氨基酸蛋白質(zhì)與核酸

1、Zhengzhou University 教程 Tutorial for Organic Chemistry教學(xué)部門(mén)化學(xué)系 17 氨基酸、蛋白質(zhì)與核酸11、氨基酸的結(jié)構(gòu)；2、氨基酸的性質(zhì)及合成方法；3、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu);4、蛋白的性質(zhì)及合成方法; 5、核酸的結(jié)構(gòu)與組成提綱21 氨基酸的結(jié)構(gòu)17.1 氨基酸17.1.1 氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)和名稱(chēng)蛋白質(zhì)水解生成的-氨基酸中常見(jiàn)的有20種, 它們與核酸中的密碼相對(duì)應(yīng)，用于在核糖體上進(jìn)行多肽合成，從蛋白質(zhì)水解后分出的20種-氨基酸都具有如下的結(jié)構(gòu)： L-氨基酸 3 從結(jié)構(gòu)上分為三類(lèi)：1.中性氨基酸 ：R為中性的氫或烴基，如甘氨酸(R=H)、丙氨酸(R=CH

2、3)等; 2堿性氨基酸：R含有堿性基團(tuán)，如: 賴(lài)氨酸(R=H2NCH2CH2CH2CH2-); 3酸性氨基酸：R含有酸性基團(tuán)，如天冬氨酸(R=HOCOCH2-).2 -氨基酸的分類(lèi)4 -氨基酸可按系統(tǒng)法進(jìn)行命名，但都有固定的俗名及縮寫(xiě)，這對(duì)專(zhuān)門(mén)研究方便。常見(jiàn)的氨基酸結(jié)構(gòu)、名稱(chēng)及縮寫(xiě)列于表3. 氨基酸的名稱(chēng)5671. 氨基酸的酸堿性17.1.2 氨基酸的性質(zhì)兩性離子:氨基酸的這種兩性離子即可以作為堿與質(zhì)子反應(yīng)，又可作為酸與氫氧根離子反應(yīng) 甘氨酸熔點(diǎn)262，偶極矩14D等電點(diǎn) pI： 一個(gè)氨基酸的等電點(diǎn)可由實(shí)驗(yàn)測(cè)出，一般地，中性氨基酸的等電點(diǎn)稍偏酸性，通常在6.2-6.8之間；酸性氨基酸的等電點(diǎn)在

3、2.8-3.2之間；而堿性氨基酸的等電點(diǎn)在9.7-10.7之間。8酸性氨基酸的等電點(diǎn)近似于 PK1 和 PK2 的平均值。堿性氨基酸的等電點(diǎn)pI近似于 pKa2 和 pKa3 的平均值。氨基酸的等電點(diǎn)與其電離常數(shù)有一定聯(lián)系。9-氨基酸酯的鹽是穩(wěn)定的，而游離的氨基酸酯很容易交合生成交酰胺：2. 羧基的酯化3. 氨基的?；?04 .氨基酸的熱反應(yīng)5.茚三酮反應(yīng)-氨基酸與茚三酮反應(yīng)時(shí)生成紫色物質(zhì)，現(xiàn)象明顯，反應(yīng)快速，所以常用來(lái)鑒別氨基酸。11根據(jù)所放出的氮?dú)獾捏w積可以算出樣品中伯氨基的含量。這一方法叫做范思來(lái)克(Vanslyke)測(cè)定法。 有時(shí)可利用這種性質(zhì)鑒別氨基酸，如酪氨酸與硝酸汞的混合溶液（M

4、illon試劑）生成白色沉淀。這種白色沉淀加熱時(shí)變?yōu)榧t色。6.與亞硝酸反應(yīng)7.金屬絡(luò)合物的形成121.由-鹵代酸及衍生物制備。 由-鹵代酸和氨作用可生成-氨基酸。由于-氨基酸中的氨基堿性較弱，進(jìn)一步烷基化的傾向較小。例如： 17.2.3 -氨基酸的合成13 丙二酸酯與亞硝酸反應(yīng)時(shí)生成亞硝基丙二酸酯，后者重排成肟，肟在乙酸酐存在下催化加氫生成乙酰氨基丙二酸酯。乙酰氨基丙二酸酯在醇鈉存在下烴化，然后水解和脫羧就得到-氨基酸。例如：2 由氨基丙二酸酯制備。14 該方法中使用的氫氰酸劇毒，操作不便，因而進(jìn)行了許多改進(jìn)，如海因(Heidantoin)法就是用醛、碳氨和氰化鈉反應(yīng)先生成海因，然后水解得-氨

5、基酸。例如：3. 斯特雷克爾(Strecker)合成法。 將醛、氨和氫氰酸在加熱和加壓下反應(yīng)生成-氨基腈，后者水解可得到-氨基酸。例如：1517.2 多肽17.2.1 多肽的結(jié)構(gòu)肽的結(jié)構(gòu)可用下列通式表示：H2NCH(R)CONHCH(R)COnOHH2NCH2CONHCH(CH3)CO2H 簡(jiǎn)寫(xiě) 甘-丙（Gly-Ala） HO2CCH2CH2CH(NH2)CONHCH(CH2SH)CONHCH2CO2H 簡(jiǎn)寫(xiě) 谷- 半胱-甘(Gln-Cys-Gly）書(shū)寫(xiě)時(shí)總把有氨基的一端（N-端）寫(xiě)在左邊，有羧基的一端（C-端）寫(xiě)在右邊。如催產(chǎn)素的結(jié)構(gòu)表示為：1617.2.2 多肽的結(jié)構(gòu)分析 多肽鏈之間有-S

6、-S-鍵連接，或多肽內(nèi)有-S-S-鍵連成的環(huán)。在測(cè)定多肽的氨基酸組分之前，必須首先將-S-S-鍵斷開(kāi)。 多肽的結(jié)構(gòu)分析是指各氨基酸的連接方式的分析。一般使用的方法有N-端氨基酸的測(cè)定法，C-端氨基酸的測(cè)定法，逐漸降解即艾德曼P. Edman降解法和多肽的選擇水解法， 171 N-端氨基酸的測(cè)定 2 艾德曼(Edman)降解 183 C-端氨基酸的測(cè)定 多肽可以在各種酶催化下水解，若使用羧肽酶做催化劑，多肽鏈中只有C-端的氨基酸能水解下來(lái)：1917.2.3 多肽的合成 1.氨基的保護(hù)。 另一個(gè)常用的氨基保護(hù)試劑為 ClCO2C(CH3)3, 簡(jiǎn)寫(xiě)為BOC N-芐氧羰基（簡(jiǎn)寫(xiě)成Z或CBZ） 2.羧

7、基的保護(hù) 203. 側(cè)鏈的保護(hù) 金屬鈉+液氨 4. 肽鍵的生成 2117.3 蛋白質(zhì)2.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指肽鏈中互相靠近的氨基酸單元的構(gòu)象關(guān)系。 1.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)肽鏈中氨基酸的連接次序，又稱(chēng)為氨基酸序列。1-折疊結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是肽鏈伸展成鋸齒狀 2-螺旋結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是肽鏈排列成按順時(shí)針?lè)较虮P(pán)旋前進(jìn)的右螺旋結(jié)構(gòu) 3無(wú)規(guī)線(xiàn)團(tuán)結(jié)構(gòu) 17.3.1 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)22- 螺旋結(jié)構(gòu)蛋白的-折疊結(jié)構(gòu) 233 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)通常指的是多肽鏈的折疊狀況。肌紅蛋白結(jié)構(gòu)示意圖 4蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。指蛋白質(zhì)分子通過(guò)非共價(jià)鍵連接起來(lái)的低聚體形式 2417.3.2

8、 蛋白質(zhì)的性質(zhì)3.蛋白質(zhì)的沉淀 2.蛋白質(zhì)的變性。1.蛋白質(zhì)的酸堿性。4、蛋白質(zhì)能和茚三銅發(fā)生反應(yīng)生成紫色物質(zhì) 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)受熱、光照影響或PH發(fā)生變化，或用有機(jī)溶劑處理時(shí)，由于肽鏈中各基團(tuán)間的相互作用受到影響。蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)被破壞。其性能也發(fā)生變化， 有機(jī)溶劑，或者重金屬離子都能使蛋白質(zhì)沉淀2517.4 核酸 17.4.1 核酸的組成及結(jié)構(gòu) 核酸分為兩種：脫氧核糖核酸（DNA, Deoxyribonucleic acid），核糖核酸（RNA, Ribonucleic acid）。 RNA和DNA完全水解時(shí)都得到等摩爾的磷酸，糖和生物堿。它們的區(qū)別在于前者水解所得到的糖為核糖，DNA水解所得到的

9、糖為2-脫氧核糖。26 RNA水解所得的生物堿包括四種，它們是腺嘌呤、鳥(niǎo)嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶。DNA所得到的生物堿也是四種，有三種與RDA中的生物堿相同，只是不含尿嘧啶，取而代之的是胸腺嘧啶。各種生物堿的結(jié)構(gòu)、名稱(chēng)和簡(jiǎn)寫(xiě)如下： 27 核糖核酸或脫氧核糖核酸是由不同的核苷酸或脫氧核苷酸通過(guò)磷酸在3-位和5-位連接起來(lái)的高分子化合物。2817.4.2 脫氧核糖核酸（DNA） DNA的分析表明，所有的DNA都含等量的嘌呤環(huán)堿和嘧啶環(huán)堿。而且，腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的含量接近等摩爾，鳥(niǎo)嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的含量接近等摩爾。 A和T能以氫鍵締合，G和C也以氫鍵締合，所以總是成對(duì)出現(xiàn) 29 氫鍵把兩條DNA鏈聯(lián)系起來(lái)。兩條鏈?zhǔn)腔パa(bǔ)的，一條鏈中的腺嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤分別和另一條鏈的胸腺嘧啶和胞嘧啶配對(duì)或者相反。 DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA具有按照自己的結(jié)構(gòu)復(fù)制 3017.4.3 核糖核酸（RNA） DNA是合成蛋白質(zhì)的模板，在細(xì)胞核內(nèi)，DNA按照其結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄一份副本而成信息核糖核酸(mRNA)， mRNA與DNA鏈分開(kāi)后，轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中，與核糖體中