氨基酸的生物有機(jī)化學(xué)

關(guān)于氨基酸的生物有機(jī)化學(xué)12

蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪(甘油醇的脂肪酸酯)是人所需營(yíng)養(yǎng)中的三種要素。第一節(jié)氨基酸的結(jié)構(gòu)、名稱和物性

羧酸分子中烴基上的一個(gè)或幾個(gè)氫原子被氨基取代生成的化合物叫氨基酸。一定義第2頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天3二氨基酸的構(gòu)型和存在形式構(gòu)型（用D、L表示）

-氨基酸通式 L型

-氨基酸D型

-氨基酸 L-甘油醛除甘氨酸，天然

-氨基酸都是有旋光的，而且都是L型的。第3頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天42.氨基酸的基本結(jié)構(gòu)氨19種氨基酸結(jié)構(gòu)可以用十字圖表示(除脯氨酸)：二十種氨基酸的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，對(duì)了解蛋白質(zhì)的功能是極為重要的。

十字的中央為a碳原子，在周圍的四個(gè)位置分別填上一個(gè)氫原子、羧基、氨基及一個(gè)R基團(tuán)，基本的氨基酸結(jié)構(gòu)即完成。L-formaminoacid

第4頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天5R基團(tuán)可以由最簡(jiǎn)單的H開始填入，就是最簡(jiǎn)單的glycine(甘氨酸)；再來(lái)是CH3

就是alanine(丙氨酸)；如此越來(lái)越大，并加入其它種類的原子(如氧或硫)，或額外的氨基或羧基，就可以組成多采多姿的二十種氨基酸。R=Hglycine(甘氨酸)Gly,GR=CH3alanine(丙氨酸)Ala,A第5頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天6存在形式：氨基酸都以偶極離子的形式存在。

組氨酸谷氨酸 丙氨酸 第6頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天7三名稱和物理性質(zhì)

名稱氨基酸的碳原子（除甘氨酸外）都是手性碳原子。其構(gòu)型的表示方法與糖一樣，用D或L表示。每個(gè)氨基酸都有俗名，并都用一個(gè)縮寫符號(hào)表示。

物理性質(zhì)大部分的氨基酸在水中有一定的溶解度；酸性的氨基酸在水中的溶解度較差；氨基酸在200度以下都是穩(wěn)定的；氨基酸的pKa為2左右；每一個(gè)光學(xué)純的氨基酸都有旋光值。第7頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天8

二十種氨基酸的簡(jiǎn)寫符號(hào)第8頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天9常見二十種氨基酸的記法甘丙纈亮異脂鏈;絲蘇半蛋羥巰添;天谷精賴組酸堿;脯酪苯色芳雜環(huán);天冬酰胺谷酰胺.第9頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天10二十種氨基酸基團(tuán)在蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中的模擬圖解：丙氨酸精氨酸天冬酰胺天冬氨酸半胱氨酸谷氨酰胺谷氨酸甘氨酸組氨酸異亮氨酸亮氨酸賴氨酸甲硫氨酸笨丙氨酸脯氨酸絲胺酸蘇氨酸色氨酸酪氨酸頡氨酸N-C-C-N-C-C-N-C-CR1R2R3第10頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天11可以看出各種基團(tuán)大小的不同，在蛋白質(zhì)構(gòu)造中所造成的不同填充效果；較大的基團(tuán)(如Trp色氨酸)可占據(jù)較大的空間，較小如Gly者幾乎看不到各種帶有

電荷的氨基酸基團(tuán)，也會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)的構(gòu)形或性質(zhì)做出貢獻(xiàn)；帶負(fù)電荷的Asp(天冬氨酸)與Glu(谷氨酸)色氨酸第11頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天12帶有正電的堿性基團(tuán)(如Lys(賴氨酸),Arg(精氨酸))都有相當(dāng)長(zhǎng)的側(cè)鏈基團(tuán)，因此有相當(dāng)大的自由活動(dòng)空間：賴氨酸Isoelectricpoint(pH)9.59精氨酸11.15最別扭的Pro(脯氨酸)則在蛋白質(zhì)表面轉(zhuǎn)折成一個(gè)急轉(zhuǎn)角，蛋白質(zhì)長(zhǎng)鏈通常會(huì)在此逆轉(zhuǎn)方向，形成一個(gè)轉(zhuǎn)角(turn)脯氨酸6.30第12頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天13雖然這二十種氨基酸很稱職地組合成蛋白質(zhì)的立體構(gòu)造，但是其反應(yīng)性基團(tuán)的活性都不是非常高，無(wú)法提供極強(qiáng)力的官能團(tuán)，以供催化反應(yīng)時(shí)的活性基團(tuán)。因此，許多蛋白質(zhì)合成出來(lái)之后，經(jīng)常還要進(jìn)行各種修飾(例如磷酸化)，或添加其它輔助因子(例如金屬或輔酶)，以便達(dá)成更復(fù)雜的任務(wù)。第13頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天14氨基酸模擬地鐵圖：氨基酸模擬地鐵圖環(huán)狀線第14頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天15人體所必須的八種氨基酸:賴色纈,蘇亮亮,苯蛋.第15頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天16

八個(gè)必需氨基酸纈氨酸亮氨酸異亮氨酸苯丙氨酸蘇氨酸蛋氨酸賴氨酸色氨酸第16頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天17一等電點(diǎn)二與茚三酮反應(yīng)三氨基酸金屬鹽絡(luò)合物的形成第二節(jié)氨基酸的性質(zhì)四氨基酸的重要反應(yīng)第17頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天18谷氨酸 焦谷氨酸總述：具有胺和羧酸的共性。例如形成酰胺2分子甘氨酸 2,5-二嗪哌酮-2H2O-H2O第18頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天19

一個(gè)氨基酸總可以找到一個(gè)pH值，在該pH值下，正、負(fù)離子的濃度完全相等，此時(shí)向陽(yáng)極移動(dòng)和向陰極移動(dòng)的離子彼此抵消（即沒有凈的遷移），或者說(shuō)，電場(chǎng)中不顯示離子的遷移。將此時(shí)的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。氨基酸的特殊性質(zhì)一等電點(diǎn)第19頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天20中性氨基酸的等電點(diǎn)：pH=6.2~6.8

酸性氨基酸的等電點(diǎn)：pH=2.8~3.2

堿性氨基酸的等電點(diǎn)：pH=7.6~10.8

不同的氨基酸有不同的等電點(diǎn)，所以可以通過(guò)測(cè)定氨基酸的等電點(diǎn)來(lái)鑒別氨基酸。

等電點(diǎn)時(shí)，以兩性離子形式存在的氨基酸濃度最大（在水溶液中），氨基酸的溶解度最小。第20頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天21氨基酸羧基的pKa在1.8～2.6之間，比通常羧基（乙酸的為4.76）小，是場(chǎng)效應(yīng)影響造成的氨基酸氨基的pKa比RNH2中氨基小：誘導(dǎo)效應(yīng)第21頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天22二與茚三酮的反應(yīng)凡是有游離氨基的氨基酸都可以和茚三酮發(fā)生呈紫色的反應(yīng)。(例外：Pro黃色；Asn棕色)茚(indene) 茚三酮(ninhydrin)水合茚三酮+紫色-CO2，-RCHO-3H2O互變異構(gòu)第22頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天23三氨基酸金屬鹽絡(luò)合物的形成金屬上有空軌道，N上有未共用電子對(duì)！

氨基酸金屬鹽絡(luò)合物具有很好的結(jié)晶形狀,該反應(yīng)可用來(lái)沉淀和鑒別某些氨基酸。第23頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天24四氨基酸的重要反應(yīng)1.烴基化反應(yīng)DNF(2,4-二硝基氟苯),2,4-dinitrofluorobenzene第24頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天25第25頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天26與苯異硫氫酸酯(PITC)反應(yīng)生成苯氨基硫甲酰(PTC)phenylthiocarbamoylphenylisothicyanate苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物第26頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天272.?；磻?yīng)第27頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天28酰氯或酸酐在微堿中溶液中的與氨基酸的?；磻?yīng)

叔丁氧酰氯(Tertiarybutyloxycarbonylchloride)鄰苯二甲酸酐

(phthalic)

丹黃酰氯(dansylchloride)對(duì)甲苯磺酰氯第28頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天29苯甲酸在生物體內(nèi)的解毒過(guò)程－氨基酸的?；?9頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天303.脫氨基作用氨基酸

－酮酸轉(zhuǎn)氨酶磷酸吡哆醛（pyridoxyalphosphate）Coenzymeoftransaminases第30頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天31磷酸吡哆醛催化氨基酸轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)過(guò)程第31頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天324.脫羧基作用脫羧酶第32頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天335.與亞硝酸反應(yīng)是VanSlyke法測(cè)定氨基酸的基礎(chǔ)第33頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天346.與醛反應(yīng)生成西佛堿(Schiff’sbase)Schiff’swbase第34頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天357.疊氮反應(yīng)第35頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天36氨基上的反應(yīng)：亞硝酸、茚三酮、DNF(2,4-二硝基氟苯)、PTC(苯氨基硫甲酰)、醛、酰胺化、脫氨基羧基上的反應(yīng)：酯化、酰胺化、脫羧側(cè)基上的反應(yīng)：（多肽鏈的反應(yīng)）小結(jié):氨基酸的重要反應(yīng)第36頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天37一氨化還原法二斯瑞克合成法(Strecker)--醛的氨氰化法三赫爾--烏爾哈--澤林斯基α-溴化法四蓋布瑞爾法五丙二酸酯法第三節(jié)氨基酸的經(jīng)典化學(xué)合成第37頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天38一氨化還原法氨基酸的來(lái)源：（1）天然產(chǎn)物酸性水解 （2）微生物發(fā)酵法 （3）化學(xué)合成法第38頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天39改進(jìn)方法：用NH4CNorNH4Cl+KCN代替HCN+NH3應(yīng)用：合成比原料醛多一個(gè)碳的氨基酸二斯瑞克合成法--醛的氨氰化法RCHO+HCN+NH3H3+O

Strecker合成

（1850年德國(guó)化學(xué)家Strecker發(fā)現(xiàn)）第39頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天40應(yīng)用蓋布瑞爾法可以制備很純的氨基酸。三赫爾--烏爾哈--澤林斯基α-溴化法RCH2COOHNH3Br2P在封管或高壓釜內(nèi)進(jìn)行四蓋布瑞爾法H3O+第40頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天411.通過(guò)?；狨シㄎ灞狨シ?NC-CH=CH2H3+OH2/Pt醋酸麥克爾加成堿H2/催加熱-CO2第41頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天42OH-絲氨酸的合成+CH2=OH3+O-CO2

絲氨酸（65%）第42頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天432.通過(guò)溴代丙二酸酯法合成CH2(COOEt)2BrCH(COOEt)2ClCH2CH2SCH3HClBr2CCl4NaNaOH蛋氨酸（50%）

烷基化

第43頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天44谷氨酸的合成+CH2=CHCOOEt麥克爾加成NaOEtH3+O

谷氨酸（70%）第44頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天45脯氨酸的合成H3+ONaOEtBr(CH2)3BrEtOHNaOH脯氨酸70%分子內(nèi)親核取代

第45頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天46第四節(jié)氨基酸的不對(duì)稱合成拆分不對(duì)稱烷基化亞胺的不對(duì)稱烷基化Kagan-Corey合成法Corey法合成手性純氨基酸不對(duì)稱氫化

Evans合成法第46頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天47化學(xué)方法拆分：一氨基酸光學(xué)異構(gòu)體的拆分D－氨基酸L－氨基酸＋手性酸（或堿）D－氨基酸鹽L－氨基酸鹽分離（重結(jié)晶、色譜法）

－氨基酸具有酸性，經(jīng)?？梢杂檬中杂袡C(jī)堿和氨基醇來(lái)拆分。

第47頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天48Berkes采用結(jié)晶誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)拆分(CIDR)方法拆分氨基酸，即通過(guò)Micheal加成把手性氨基醇，采用適當(dāng)?shù)娜軇?R)構(gòu)型產(chǎn)物1溶解度比較小而析出，(S)構(gòu)型異構(gòu)體通過(guò)溶解沉淀平衡而逐步轉(zhuǎn)化為（R）構(gòu)型產(chǎn)物。第48頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天49Deng用金雞納堿衍生物(DHQD)2AQN2進(jìn)行動(dòng)力學(xué)拆分消旋氨基酸前體噁唑酮。兩種構(gòu)型氨基酸都可以用這種拆分方法得到，而且ee值很高，有一定應(yīng)用前景Hang,J.;Tian,S.-K.;Tang,L.;Deng,L.J.Am.Chem.Soc.,2001;123(50);12696-12697.第49頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天50酶法拆分第50頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天51Wong用L－蘇氨酸Aldol酶(LTA)從醛和甘氨酸出發(fā)通過(guò)Aldol反應(yīng)合成手性

－羥基－

－氨基酸，蘇式/赤式比<1:99Kimura,T.;Vassilev,V.P.;Shen,G.-J.;Wong,C.-H.J.Am.Chem.Soc.1997;119(49);11734-11742.酶法拆分：第51頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天52二不對(duì)稱烷基化Seebach提出的“手性自復(fù)制”(chiralityself-reproduction)是個(gè)很巧妙的方法，以丙氨酸為手性源，依靠丙氨酸的手性產(chǎn)生叔丁基的手性，再依靠叔丁基的構(gòu)型來(lái)決定底物R的進(jìn)攻方向，從而得到比較難合成的四級(jí)

－氨基酸。第52頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天53不對(duì)稱Strecker反應(yīng)三亞胺的烷基化>99%ee70-91%ee91-95%ee第53頁(yè),共63頁(yè)，2024年2月25日，星期天54不對(duì)稱Mannich反應(yīng)Lectka研究了不對(duì)稱催化烷基化

-亞胺酯合成β-酮--氨基酸。他發(fā)現(xiàn)Pd(ClO4)2與BINAP絡(luò)合的催化劑可以有效催化這個(gè)反應(yīng)，但是AgSbF4或CuClO4和BINAP絡(luò)合的催化劑可取得更高的對(duì)映選擇性，而CuClO4-TolBINAP催化劑是最好的催化劑，取得高達(dá)>99%ee的對(duì)映選擇性，anti/syn達(dá)到>20/1Ferraris,D.;Young,B.;Lectka,T;etal.J.Am.Chem.Soc.;2002;124(1),67-77.第54頁(yè),共63頁(yè)