第二十章氨基酸多肽蛋白質(zhì)和核酸6學(xué)時(shí)

1、第二十章氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)和核酸（6學(xué)時(shí)） 蛋白質(zhì)是生物高分子，化學(xué)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，種類(lèi)繁多。其組成元素主要是碳、氫、氧和氮四種。 在受到酸、堿或酶的作用時(shí)，都水解而生成a -氨基酸。 第一節(jié)氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)和命名 定義：分子中既含有氨基，又含有羧基的化合物統(tǒng)稱為氨基酸。氨基酸是組成肽和蛋白質(zhì)的結(jié) 構(gòu)單元分子。 一、結(jié)構(gòu) 1氨基酸的結(jié)構(gòu)通式為: H H2NgCOOH R 2、當(dāng)R不等于H時(shí)，a碳原子就是手性的，氨基酸存在兩種構(gòu)型。 3、構(gòu)型：D/L標(biāo)記法，距羧基最近的手性碳原子為標(biāo)準(zhǔn)。 COOH COOH COOH COOH HOH - H2NH 一 H2NH H2N 十 H H十OH CH

2、3 CH3 R CH3 L-乳酸 L-丙氨酸 L型氨基酸 L-蘇氨酸 4、天然蛋白質(zhì)水解都生成 a -氨基酸。常見(jiàn)的有 20種。 CHO HO H H OH CH3 D-蘇阿糖 2 分類(lèi) 1據(jù)氨基和羧基的數(shù)目（氨基酸的性質(zhì)）可分為：中性氨基酸、酸性氨基酸和堿性氨基酸。 2、根據(jù)所連R基團(tuán)的不同可以分為：肪族氨基酸、芳香族氨基酸、雜環(huán)氨基酸。 3、 據(jù)氨基和羧基的相對(duì)位置分為：a氨基酸、氨基酸和丫一氨基酸。 4、 除氨基和羧基外，還可據(jù)連的基團(tuán)（或原子）不一樣可分：氫氨基酸、烴基氨基酸、羥基氨基 酸、氨基氨基酸等。 命名 3-（3-吲哚基）-2-氨基丙酸 1系統(tǒng)命名法：把氨基作為羧酸的取代基來(lái)命

3、名，即把氨基酸看作是羧酸衍生物來(lái)命名。例如: (CH3)2CHCH 2chcooh Nh2 4-甲基-2-氨基戊酸 2、根據(jù)氨基酸的來(lái)源或性質(zhì)命名。例如：甘氨酸（因其具有甜味） 第二節(jié)氨基酸的性質(zhì)及反應(yīng) 由于氨基酸分子中含有氨基和羧基，所以它們既是酸又是堿，是兩性化合物。事實(shí)上，氨基酸 在結(jié)晶狀態(tài)或在接近中性的溶液中，是以兩性離子（dipolar ion）的形式存在的，是一種內(nèi)鹽（inner salt）。 A、 旋光性（optical activity）:除了甘氨酸外，所有的氨基酸都是手性分子；其手性碳的構(gòu)型為L(zhǎng) 構(gòu)型（及S 構(gòu)型），都具有旋光性。 B、 酸堿性（acid-base prope

4、rties）:氨基酸既是酸又是堿。 物理和光譜性質(zhì): A . a -氨基酸都是無(wú)色結(jié)晶。為高熔點(diǎn)固體。 B . a -氨基酸溶于水，在等電點(diǎn)時(shí)溶解度最小。由于它具兩性離子的結(jié)構(gòu)，一般難溶于非極性有 機(jī)溶劑。 C. a -氨基酸的紅外光譜(IR): 1600cm-1處有一羧負(fù)離子的吸收帶(1720 cm-1沒(méi)有羧基的典型 譜帶)。在3100-2600 cm-1 間有一強(qiáng)而寬的 N-H鍵伸縮吸收帶。 一、氨基酸的酸堿性 1、氨基酸作為酸可提供質(zhì)子 (proto n donor) NH3+nh2 + R-CCOO-RPCOO- + H HH2、氨基酸作為堿可接受質(zhì)子 (proto n accepto

5、r) NH3+NH3+ R C COO- + H+ J RC COOH HH3、氨基酸是兩性電解質(zhì)(ampholytes )。4、氨基酸 的等電點(diǎn)(Isoelectric Point ) (1)定義：如果在某一 pH值下，氨基酸所帶正電荷的數(shù)目與負(fù)電荷 的數(shù)目正好相等，即凈電荷為零，則稱該pH值為該氨基酸的等電點(diǎn)(pl)。 * HpK 彳+HpkH H3N C一COOH pK NH3CCOO- ,pKZ NH2gcoo- CH3 CH3 CH3 low pH pl high pH 電荷 伸 伸伸 1 編號(hào) n i 出 (2) 等電點(diǎn)不是中性點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，中性氨基酸的等電點(diǎn)約為pH沁6;酸性氨基

6、酸的pH沁3 ;堿 性氨基酸的pH 10。 (3) 在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸主要以偶極離子存在，所以氨基酸的溶解度最小。用調(diào)節(jié)等電點(diǎn)的方法， 可以從氨基酸的混合物中分離出某些氨基酸。 (4) 應(yīng)用：紙電泳 A、pH pI,樣品帶負(fù)電荷，樣品點(diǎn)向陽(yáng)極移動(dòng)； C、pH = pI,樣品不帶電荷，樣品點(diǎn)不移動(dòng)。 二、與亞硝酸的反應(yīng) 一級(jí)脂肪胺與HNO2反應(yīng)，放出N2并生成：R- OH , R-X，烯的混合物；因此一級(jí)氨基酸 的a -氨基也能與亞硝酸作用： R-CHCOOH + HNO2 R-gHCOOH +N2 T+ H20 NH2OH 反應(yīng)是定量的，可用于定量測(cè)定氨基酸、多肽。蛋白質(zhì)中的a -NH2的數(shù)目

7、。 三、與茚三酮反應(yīng) 茚三酮與氨或一級(jí)胺產(chǎn)生紫紅色絡(luò)合物： + RCHCOOH Nh2- 紫紅色 2 +3H2O a -氨基酸的特有反應(yīng)（鑒別a -氨基酸） 四、與2, 4-二硝基氟苯反應(yīng) 1、 Sa nger Reage nt : 2,4-二硝基氟苯 DNFB，是測(cè)定多肽、蛋白質(zhì) N 端的試。 2、現(xiàn)象：反應(yīng)產(chǎn)生黃色產(chǎn)物 ，DNP 氨基酸。 3、 多肽、蛋白質(zhì)中的游離NH2，能與DNFB反應(yīng)，生成黃色的 DNP 氨基酸 衍生物: o2n F + NO2 1 R Oi H2N-CH C十 NCH*CNC-COOH 亠O2N 2 R iO 水解 o2n 氐 NCHc-廠N-CH專C-NC-COO

8、H H;H NO2 R 1R 2 H ；N CH COOH + H2N-CHCOOH NO DNP-氨基酸 N2（黃色） R3 + H2N-CCOOH 3 3 五、羧基的反應(yīng)脫羧反應(yīng) 1、脫羧反應(yīng)（- CO 2）: a -氨基酸在咼沸點(diǎn)溶劑中加熱，或受生物體中細(xì)菌作用，可脫去羧基得 到伯胺的反應(yīng)。 2 、 羧 基 上 的 反 應(yīng)： R 酯化 R nh2nh2 R O R O HONO H2NCH COOH H 2 NCH COOR h2nchc-nh-nh 2h2nchc-n 3 疊氮化物 zhnRhO-N3 + H2nChcoor、- zhnChOhnChcoor、 六、 加熱脫水、脫羧反應(yīng)

9、 （X - ? 氨基酸受熱，可發(fā)生與羥基酸類(lèi)似的脫水、脫氨反應(yīng)；產(chǎn)物隨氨基與羧基的距離不同而異; 氨基酸發(fā)生分子間脫水，形成環(huán)狀交酰胺（二酮吡嗪） O A H3CCH oh nh2 NH2 HO陀出 C O O II H3CC.H HN、 分子間脫水 3,6-二甲基-2,5-哌嗪二酮 1、分子內(nèi)脫水: RCHCH2CH2COOH H2N Y氨基酸 2、脫氨反應(yīng)： 亠 R-CH cH2CH2 + HNC. Y內(nèi)酰胺 O h2o r-ch-ch2cooh Nh2 H RCC COOH + NH3 H a , B-不飽和羧酸 3、兩分子a-氨基酸可發(fā)生1分子的氨基和另1分子的羧基間的脫水反應(yīng)，生成二

10、肽: R I H2N -HC-COOH R I + H2NCH-COOH * h2n R HC HN CH-COOH O 二肽 + h2o 由此，可形成 二肽、三肽 ，多肽等 天然多肽是由不同的氨基酸所組成的，這是它與多糖不同之處。 RR 、RCOCI + H2NCH-COOH HCHCOOH + HCl O R R LCH2CI + H2NCH-COOH RCH2HN-CH-COOH + HCl 第三節(jié)氨基酸的來(lái)源與合成 氨基酸主要從蛋白質(zhì)的水解、有機(jī)合成和發(fā)酵法等途徑獲得。氨基酸的合成主要有以下幾種方 法： 一、:-鹵代酸的氨解 O RH2C C-OH carboxylic acid (1

11、) Br 2/PBr 3 (2) H 2O BrO 4 RHCCPH 、二bromo acid (大大過(guò)量) NH2 HC-CO NH4 O 采用大大過(guò)量的氨；由于鄰位羧基的影響，降低了 好地控制。 二、由醛或酮制備一一斯垂克合成 (D, L)-二-amino acid (am mon iusm salt) a -氨基的親核性能，因此，反應(yīng)可以得到很 CH3CHO+ NH3 + HCN 込 H3C-CHH H3O1 CN NH3 H3C-C-H COOH 8 (D, L)-alamine(60%) 反應(yīng)機(jī)理如下: II RCH aldehyde nh3 _h+. -H2O NH II RCH

12、imi ne C HCN, NH2 R-C-H CN H30+ - NH3 R-C-H I COOH :-ami no n itrile (D, L) -:-amino acid(acidic form) 由丙二酸酯合成 用這種方法可以得到其他合成方法難以得到的 a-氨基酸，如甲硫氨酸(蛋氨酸) COOC 2h5 CHBr 1 COOC 2h5 (1)OH 一 (2)RX COOEt X NCR F COOEt O COOH h+，H29 h3N-c_r COOH CO 2- 加熱 R 4 I H3N CH COOH (L， D)-： -amino acid 四、DL-氨基酸的拆分 化學(xué)合成得

13、到的氨基酸是外消旋體，拆分后才能得到 D-和L-氨基酸。 L-am ino acid D-am ino acid +純手性堿(或酸) L-氨基酸鹽 D-氨基酸鹽 非對(duì)映異構(gòu)體 化學(xué)法 分離(重結(jié)晶，色譜法等) 五、氨基酸的立體有擇合成 1、Corey法一一利用不對(duì)稱前體合成方法。利用銠催化劑的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)。 第四節(jié)多肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定 1、定義：由多個(gè)a -氨基酸通過(guò)肽鍵(酰胺鍵)相連而成的化合物叫做多肽。 (1) 二肽(dipeptide): 2 amino acid residues (2) 寡肽(oligopeptide ): 210 amino acid residues (3) 多肽

14、(polypeptide ): 10 amino acid residues (4) 蛋白質(zhì)(protein ) : molecular weight 10 Kd蛋白質(zhì)也是多肽，一般含 100個(gè)或以上氨基酸殘 基單位。 2、肽的結(jié)構(gòu)特征：一分子氨基酸的羧基與另一分子氨基酸的氨基失去一分子水而形成的酰胺鍵。 4、多肽的命名： 多肽的命名是以含有完整羧基的氨基酸為母體(即C端)，從另一端(即N端)開(kāi)始，將形成肽 鍵的氨基酸的酸”字改為?！弊郑来瘟性谀阁w名稱之前。例如： OO IIII Nf -CHCfCfC- NHCHC-NHCfCOOH COOHCH2SH Y -谷氨酰半胱氨酰甘氨酸俗名為谷胱

15、甘肽 肽中氨基酸順序分析：C-端氨基酸殘基的分析：羧肽酶。 羧肽酶是肽鏈外切酶，即它專門(mén)催化水解肽鏈末端（即C-端）的肽鍵。 羧肽酶斷裂位點(diǎn) 0 0 0 HN-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-C-O R1R2R3羧肽酶A水解斷裂那些不是Arg和Lys的C-端氨 基酸。 羧肽酶B則僅水解斷裂 C-端為Arg或Lys的氨基酸（2）多肽鏈的選擇性水解（部分水解法）: 酶法和化學(xué)法。 化學(xué)法一一溴化氰水解法，選擇性切割甲硫氨酸的羧基所形成的肽鍵。 （3）采用重疊法得出整個(gè)肽鏈的氨基酸順序。 第五節(jié)多肽的合成 1、經(jīng)典合成法。 2、固相合成法。 5、其他新的合成法： （1）組合合成法1 :一次合成

16、多種肽的混合物（多肽庫(kù)）混合裂分法。 （2） 組合合成法2： 一次合成多種肽的混合物（多肽庫(kù)）光印跡法（光控合成法或光定向法） （3）Biosynthesis of Peptides 第六節(jié)蛋白質(zhì)的性質(zhì) 一、蛋白質(zhì)的分類(lèi) 1、根據(jù)蛋白質(zhì)的形狀分為： 纖維蛋白質(zhì)。如絲蛋白、角蛋白等； （2）球蛋白。如蛋清蛋白、酪蛋白等。2、根據(jù)蛋白質(zhì)的化學(xué)組成分為： （1）單純蛋白質(zhì) （2）結(jié)合蛋白質(zhì)3、根據(jù)蛋白質(zhì)的功能分為： （1）活性蛋白質(zhì)。 （2）非活性蛋白質(zhì)。 1、兩性和等電點(diǎn) 蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)水溶性最小，在電場(chǎng)中既不向陽(yáng)極移動(dòng)，也不向陰極 蛋白質(zhì)形成膠體溶液，它具有一定穩(wěn)定性，主要原因是： （1） 蛋

17、白質(zhì)分子中含有許多親水基如：-COOH、-NH2、-OH等，它們外在顆粒表面，在水溶液中 能與水起水合作用形成水化膜，水化膜的存在增強(qiáng)了蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。 （2） 蛋白質(zhì)是兩性化合物，顆粒表面都帶有電荷，由于同性電荷相互排斥，使蛋白質(zhì)分子間不會(huì)互 相凝聚。 蛋白質(zhì) t t 胨 t 多肽 t 氨基酸 蛋白質(zhì)在某些理化因素的作用下，其空間結(jié)構(gòu)受到破壞，從而改變其理化性質(zhì)，并失去其生物活性， 稱為蛋白質(zhì)的變性。 變性的實(shí)質(zhì)是破壞了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，并不引起一級(jí)結(jié)構(gòu)的改變。與水合茚 三酮反應(yīng)：呈現(xiàn)藍(lán)紫色（和氨基酸一樣）?？s二脲反應(yīng)：蛋白質(zhì)和縮二脲在 NaOH溶液中加入CuSO4 稀溶液時(shí)會(huì)呈現(xiàn)紅紫色。

18、黃蛋白反應(yīng)。 米勒反應(yīng)。 第七節(jié)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)：是由酰胺鍵形成的高分子，一般分子量在10000以上。初級(jí)結(jié)構(gòu)：（一級(jí)結(jié)構(gòu)）蛋白質(zhì) 分子中氨基酸連接順序。高級(jí)結(jié)構(gòu)：包括二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)，決定蛋白質(zhì)的專一的生理作用。 一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 1、氨基酸在蛋白質(zhì)多肽鏈中的排列順序。 -異-谷-半-半-蘇-絲_亮_ OH 肽鍵是蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)鍵 二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 1、a -螺旋：一條肽鏈可以通過(guò)一個(gè)酰胺鍵中羰基的氧與另一酰胺鍵中氨基的氫形成氫鍵而繞成螺 旋形結(jié)構(gòu)。2、3 -折疊片：由鏈間的氫鍵將肽拉在一起形成片”狀的結(jié)構(gòu)。 （1） 3 -折疊片在小R基的氨基酸（如 glyci ne, ala nine, seri ne）中是非常常見(jiàn)的，在羊毛蛋白纖 維中大約 有80%在重復(fù) 一Gly Ser Gly Ala Gly Ala 系列的排列； （2）3 -折疊片是柔軟可折疊的，但不能拉伸。 三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 三級(jí)結(jié)構(gòu)：由幾條螺旋型肽鏈相互扭在一起。 1、 蛋白質(zhì)在二級(jí)結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤(pán)曲折疊而形成特定格式的三級(jí)結(jié)構(gòu)。 2、三級(jí)結(jié)構(gòu)主要依靠疏水鍵。 3、 具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的某些蛋白質(zhì)多肽鏈即可表現(xiàn)生物學(xué)活性。 四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu) 四級(jí)結(jié)構(gòu)：許多球型但蛋白質(zhì)是由一條或多條肽鏈構(gòu)成的，每條肽鏈都有各自的一、二、三級(jí) 結(jié)構(gòu)。這些肽鏈稱為蛋白