陜西科技大學(xué)國家級精品課程《有機化學(xué)》-氨基酸、蛋白質(zhì)課件

1、第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì) 20.1 氨基酸20.2 多肽 20.3 蛋白質(zhì) 第20章 目 錄20.1 氨基酸 20.1.1 氨基酸的結(jié)構(gòu)和命名20.1.2 氨基酸的制法20.1.3 氨基酸的性質(zhì)(2) 氨基的反應(yīng)(1) 羧基的反應(yīng)(4) 與水合茚三酮反應(yīng)(3) 兩性和等電點(2) -鹵代酸的氨解(1) 蛋白質(zhì)水解(4) Strecker合成 (3) Gabrial法 第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)20.1 氨基酸 結(jié)構(gòu)特點： AA分子中既含有氨基，又含有羧基。 20.1.1 氨基酸的結(jié)構(gòu)和命名 命名：通常用俗名來稱呼氨基酸。(高四P613-614 表2

2、01)有時，可采用系統(tǒng)命名法，將氨基作為取代基來命名氨基酸。 根據(jù)NH2和COOH的相對數(shù)目： 第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì) 氨基酸的結(jié)構(gòu) 由蛋白質(zhì)獲得的氨基酸，除甘氨酸外，分子中的-C都是手性碳，且都是L-構(gòu)型。它們與L-甘油醛之間的關(guān)系如下： 氨基酸的分類和結(jié)構(gòu)(3) Gabrial法 例1：例2：氨基酸的制法(4) Strecker合成 利用醛與氨和氫氰酸反應(yīng)，首先生成-氨基腈，后者水解則氰基轉(zhuǎn)變成羧基，生成-氨基酸：第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)20.1.3 氨基酸的性質(zhì) 物性、物態(tài)： AA均為無色晶體，易溶于水，難溶于有機溶劑，m.p較高（同時分解）。旋光性： 除甘氨酸外，所有天然存在的AA都

3、含有*C，且*C的構(gòu)型均為L型（若以R/S法標(biāo)記，則為S型）。 化性： 分別具有NH2、COOH的性質(zhì)； NH2、COOH的相互影響，兩性、等電點； 特殊反應(yīng)。 第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)(1) 羧基的反應(yīng) 氨基酸的性質(zhì)(2) 氨基的反應(yīng) 第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)(3) 兩性和等電點 它既能與酸成鹽： 又能與堿成鹽： 兩性 氨基酸既含有NH2，又含有COOH氨基酸的性質(zhì)等電點 當(dāng)AA溶于水時，COOH與NH2都可電離： 但COOH和NH2的電離程度不同。通常，電離程度：COOHNH2 氨基酸的性質(zhì)加酸或加堿于氨基酸水溶液中，可調(diào)節(jié)COOH和NH2的電離程度，使COOH和NH2的電離程度相同，此時

4、溶液的pH值稱為氨基酸的等電點： 第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)不同的氨基酸，其等電點不同 等電點時，AA溶解度最小，最容易從溶液中析出。 利用等電點，可分離各種不同的氨基酸。 第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)(4) 與水合茚三酮的反應(yīng) 什么是水合茚三酮 ？ 茚三酮反應(yīng)： 其他AA，包括N-取代-AA，均無此反應(yīng)。 用茚三酮反應(yīng)可鑒別AA，也可用于AA的比色分析及色譜分析。 氨基酸的性質(zhì)20.2 多肽 20.2.1 多肽的分類和命名20.2.2 多肽結(jié)構(gòu)的測定(自學(xué))20.2.3 多肽的合成(自學(xué))(1) 傳統(tǒng)合成(2) 固相合成和組合合成(1) 肽的水解(2) 氨基酸順序的測定第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)多肽

5、20.2 多肽 20.2.1 多肽的分類和命名 肽-AA分子間失水，以 (酰胺鍵、肽鍵)相連而成的化合物。 由兩個-AA分子間失水而成的肽稱為二肽； 由三個-AA分子間失水而成的肽稱為三肽； 由多個-AA分子間失水而成的肽稱為多肽。組成多肽的-AA可以相同，也可不同。 第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)例如，由甘氨酸和丙氨酸所形成的二肽： A與B結(jié)構(gòu)不同，是不同的化合物。 A：N端甘氨酸， C端丙氨酸； B：N端丙氨酸， C端甘氨酸。 多肽的分類和命名命名： 以C端為母體。例： 第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)20.2.2 多肽結(jié)構(gòu)的測定(自學(xué)) 為了確定肽的結(jié)構(gòu)，通常必須進行如下測定： 組成肽的氨基酸的種類；

6、 每種氨基酸的數(shù)目； 這些氨基酸在肽鏈中的排列順序。 (1) 肽的水解 第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)(2) 氨基酸順序的測定 A部分水解法： B端基分析法： 用特殊試驗鑒定肽鏈的C-端或N-端。端基分析有酶解法和化學(xué)法。 多肽結(jié)構(gòu)的測定化學(xué)法： 利用某些有效的化學(xué)試劑，與多肽中的游離氨基或游離羧基發(fā)生反應(yīng)，然后將反應(yīng)產(chǎn)物水解，其中與試劑結(jié)合的氨基酸容易與其它部分分離和鑒定。例如： 多肽結(jié)構(gòu)的測定此法稱為Edman降解法，其原理已被現(xiàn)代氨基酸自動分析儀所采用。 多肽結(jié)構(gòu)的測定20.2.3 多肽的合成 (自學(xué)) (1) 傳統(tǒng)合成 采用保護羧基，活化氨基的方法也可合成多肽。 此法操作步驟繁瑣，需經(jīng)多次分

7、離提純，最后產(chǎn)率不高。1965年，中國科學(xué)家首次合成牛胰島素。 第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)(2) 固相合成和組合合成 固相合成的一般方法： 組合合成法： 參見高P514-515。 多肽的合成20.3 蛋白質(zhì) 20.3.1 蛋白質(zhì)的組成和分類 20.3.2 蛋白質(zhì)的性質(zhì) (1) 溶液性質(zhì) (2) 鹽析 (3) 兩性和等電點 (4) 變性(5) 顯色反應(yīng) 20.3.3 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)20.3 蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)和多肽都是由AA組成的，它們之間沒有嚴(yán)格的區(qū)別。 一般M1萬，叫蛋白質(zhì)；M1萬，叫多肽。 20.3.1 蛋白質(zhì)的組成和分類 組成元素： C：5055%，H：6.57.

8、5%，O：1924%， N：1519%， S：0.232.4%，F(xiàn)e、I、P等微量。 分類：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，只能根據(jù)形狀、組成、生理作用、溶解度分類。 第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)20.3.2 蛋白質(zhì)的性質(zhì) 溶液性質(zhì) 蛋白質(zhì)分子量高，其溶液具有親水膠體的性質(zhì)，不能透過半透膜。據(jù)此可分離、提純蛋白質(zhì)。(2) 鹽析 向蛋白質(zhì)溶液中加入無機鹽（如(NH4)2SO4、MgSO4、NaCl等），蛋白質(zhì)可從溶液中析出。 鹽析為可逆過程。（但若蛋白質(zhì)在濃的無機鹽溶液中久置會變性） 不同蛋白質(zhì)鹽析時所需鹽的最低濃度不同。據(jù)此可分離蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的性質(zhì)(3) 兩性和等電點 與AA相似，蛋白質(zhì)也是兩性物質(zhì)：蛋白質(zhì)與強

9、酸或強堿都能成鹽；在強酸性介質(zhì)中，蛋白質(zhì)以正離子形式存在，在電場中向陰極運動； 在強堿性介質(zhì)中，蛋白質(zhì)以負(fù)離子形式存在，在電場中向陽極運動。調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)溶液的pH值，總會在某一pH值下使蛋白質(zhì)以偶極離子形式存在，所以蛋白質(zhì)也有等電點。不同蛋白質(zhì)具有不同的等電點，據(jù)此可分離蛋白質(zhì)。如梯度pH電泳。(4) 變性 蛋白質(zhì)受熱、紫外線及某些化學(xué)試劑（如HNO3、Cl3CCOOH、苦味酸、單寧酸、重金屬鹽Cr3+、Hg2+、As3+等）作用時，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)發(fā)生變化，失去生理活性。如煮雞蛋、生皮鞣制等。 蛋白質(zhì)的變性一般為不可逆的。 第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)(5) 顯色反應(yīng) A. 水合茚三酮反應(yīng) B.

10、 縮二脲反應(yīng) 蛋白質(zhì)的性質(zhì)C. 黃色反應(yīng) 可利用顏色反應(yīng)來鑒別蛋白質(zhì)。如臨床分析中尿蛋白的檢驗。 第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)20.3.3 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)是最復(fù)雜的天然高分子，其結(jié)構(gòu)可用四級結(jié)構(gòu)來描述。 一級結(jié)構(gòu)指AA的排列順序。 (動畫，肽平面)二級結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象。 由于氫鍵的作用使肽鏈（蛋白質(zhì)）呈-螺旋或-折疊片結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 螺旋：第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)肽鏈呈右手螺旋狀。(動畫1、動畫2)每圈3.6個AA單位，螺距0.54nm。 折疊片：肽鏈伸展在褶紙形的平面上，相鄰的肽鏈又通過氫鍵締合。 (動畫)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 很多蛋白質(zhì)常常是在分子鏈中既有-螺旋，又有-折疊，并且多次重

11、復(fù)這兩種空間結(jié)構(gòu)： 第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì)螺旋：肽鏈呈左手螺旋狀。每圈3個AA單位，螺距2.86nm。 螺旋存在于膠朊纖維中。由于脯氨酸和羥脯氨酸的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，與其他氨基酸縮合成肽鏈后，不再存在NH，不利于形成-螺旋。 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再進一步卷曲、褶疊、盤繞。（多條肽鏈扭成“麻花”。） 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是其他次級鍵，如SS（二硫鍵）、離子鍵、氫鍵、疏水鍵、支鏈等，共同作用的結(jié)果。 第二十章 氨基酸、蛋白質(zhì) 四級結(jié)構(gòu)在三級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，各亞基再進一步形成特定的空間結(jié)構(gòu)。 四級結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)的生理活性有關(guān)。例如，馬血紅蛋白由四個獨立的亞基組成。兩個各含141個氨基酸殘基的a-蛋白和兩個各含146個氨基酸殘基的b-蛋白。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 使蛋白質(zhì)亞基聚集的主要因素是疏水基團之間的作用力。當(dāng)把各個亞基分開時，其三維形狀使極性