氨基酸、多肽、蛋白质和核酸

1氨基酸、多肽、蛋白质和核酸(Aminoacids、proteinsandnucleicacids)2蛋白质：含氮的天然高聚物，生物体内一切组织的基本组成部分除水外，细胞内80％都是蛋白质,人类的主要营养物质之一。酶（球蛋白）——机体内起催化作用激素（蛋白质及其衍生物）——调节代谢血红蛋白——运输O2和CO2抗原抗体——免疫作用蛋白质→氨基酸在生命现象中起重要的作用：3§一、氨基酸一、简介：蛋白质水解→α－氨基酸天然--有旋光性，L-构型。（S)半光氨酸例外（R）型。H2NCOOHRCHCOOHCH3HHOCOOHRHH2NL－乳酸L－氨基酸COOHCH2SHHH2N420种常见氨基酸：结构名称缩写等电点甘氨酸Gly5.97丙氨酸Ala6.00*颉氨酸Val5.96*异亮氨酸Ile5.98I、中性NH2CHCOOHNH2CH(H3C)2HCCOOHNH2CHC2H5HCCOOHCH3NH2CH2COOHCH35结构名称缩写等电点*亮氨酸Leu6.02*苯丙氨酸Phe5.48半光氨酸Cys5.07*苏氨酸Thr5.6NH2CHCOOH(H3C)2HCH2CNH2CHCOOHC6H5H2CNH2CHCOOHHSH2CNH2CHCOOHH3CHCOH6谷酰胺Gln5.56天冬酰胺Asn5.07结构名称缩写等电点*蛋氨酸Met5.74丝氨酸Ser5.68OH2NC(CH2)2CHCOOHNH2OH2NCCH2CHCOOHNH2CH3S(CH2)2CHCOOHNH2HOCH2CHCOOHNH27结构名称缩写等电点脯氨酸pro6.30酪氨酸Tyr5.66*色氨酸Trp5.89天冬氨酸Asp2.77II酸性NHCOOHCH2CHHOCOOHNH2NHCH2CHCOOHNH2HOOCCH2CHCOOHNH28结构名称缩写等电点谷氨酸Glu3.22III碱性*赖氨酸Lys9.74精氨酸Arg10.76组氨酸His7.59(*为必要氨基酸，人体内不能合成，只能从食物中得到）HOOC(CH2)2CHCOOHNH2H2N(CH2)4CHCOOHNH2C-NH(CH2)3CHCOOHNH2H2NNHNHNCH2CHNH2COOH9二、氨基酸的性质：1、两性离子型化合物：熔点高（分解）难溶于有机溶剂通常以内盐形式存在：H2NHCCOOHRHClH3NHCCOOHRH2NHCCOO-Na+RNaOHH3NHCCOOR10等电点中性氨基酸5～6.3酸性氨基酸2.8～3.2碱性氨基酸7.6～10.8溶解度最小控制PH值，可得不同电荷形式的离子—电泳分离可以分别起氨基和酸基的反应：2、与亚硝酸的反应：定量分析伯氨基H3NCHCOOROCClC6H5酰基化NHHCCOOHRC6H5COR'OH酯化H2NHCCOOR'RRCHNH2COOHHNO2RCHOHCOOH+N2+H2O11紫色物质，用于α－氨基酸的比色测定和纸层析显色3、与水含茚三酮的反应：RCHNH2COOHOOOHOH+－2H2OOOOONHCHRNCHCOOHR－CO2OONCH2ROONH2HRCHO+OOOHOHOONHOOOONOOHH2O12三、氨基酸的制备：蛋白质水解——————20种常见氨基酸有机合成：1、由醛（或酮）制备：RCHOOHRHCCNNH3NH2RHCCNH2ONH2RHCCOOHNH4ClKCN13§二、多肽氨基酸A的羧基与B的氨基缩合成酰胺:2个氨基酸形成肽——二肽肽键3个氨基酸形成肽——三肽…………………………分子量10000---多肽→组成蛋白质许多多肽本身有重要的生理作用后叶催产素——八肽胰岛素——五十一肽OCNH一、多肽的结构测定：基本问题由哪些氨基酸组成的，每种有多少个？这些氨基酸按照什么次序结合成肽键？14做法：①多肽6NHCl110℃（11h)各种氨基酸层析分离种类含量分子量每种数目②连接顺序：a氮端分析H2NCHCORHNCHCOR1HNCHCOR2HNCHCOR3HNCHCOOHORnN端碳端15二、多肽的合成：要求：氨基酸按一定的次序连接起来达到一定分子量不外消旋化氨基酸A和BA－A，B－B，A－B和B－A要得到A－B:保护A的NH2和B的COOH16NH2的保护：NH2OCC6H5CH2OClOCC6H5CH2ONH氯甲酸苄酯COOH的保护COOCH3H2O，OHHCOOHCOOC2H5H2O，OHHCOOHCOOCH2C6H5H2O，OHH（更常用）H2/Pd,CCOOH+C6H5CH3比酰胺易水解17§三、蛋白质分类纤维蛋白:丝、毛、皮、角、爪和甲等球蛋白:酶和蛋白激素（溶于水、盐水等结合蛋白:与核酸、糖、脂肪及血红素等结合一、结构：四级结构1、氨基酸组成和顺序2、肽链按:①α－螺旋方式卷曲而成的空间结构（通常）②平行或非平行排列的折叠状3、同一根多肽链形成螺旋状，某些部分还折叠起来，链的形状、距离与特定的生理作用有关。4、若干分子堆叠形成n根纤维蛋白链扭成股，n股又扭成绳状n根链累在一起形成球状18二、蛋白质的性质：1、等电点：（分子中仍存在游离NH2、COOH、OH、SH及其他酸性或碱性的基团）胶体性质:分子颗粒直径在0.1－0.001um(胶粒幅度内)表面带电,同电排斥，隔开不粘合。2、蛋白质的变性：一、二级结构、氢键的破坏——不可逆变性三级结构－S－S－的破坏——可逆变性19氨基酸：羧酸分子中烃基上的氢被氨基取代生成的化合物。RCHCOOHNH2α–氨基酸天然氨基酸主要是α–氨基酸。肽：α–氨基酸分子中的羧基与另一分子α–氨基酸的氨基生成的酰胺。多肽：多个α–氨基酸分子用肽键连接而生成的化合物。CNHO肽键20NH2CH2CNHCH2COOOHN–甘酰基甘氨酸HO2CHNNHCOOHNH2HOHH2CSHO谷半胱甘肽21蛋白质：由多种α–氨基酸用肽键连接起来的、分子量很大的多肽。一.氨基酸的结构和命名RCCOOHNH2H*分类：根据氨基和羧基的相对位置不同，可分为α、β、γ或δ–氨基酸。组成蛋白质的几乎都是α–氨基酸。自然界存在的α–氨基酸（天然氨基酸）目前已知有一百多种，但组成蛋白质氨基酸的仅有二十多种。P658。22丝氨酸丝HOCH2CHCOOHNH2SerS常见氨基酸：符号代号汉文代号甘氨酸甘HCHCOOHNH2GlyG丙氨酸丙CH3CHCOOHNH2AlaA23根据分子中氨基和羧基个数，可分为：中性氨基酸：氨基和羧基数目相等。酸性氨基酸：羧基数目大于氨基数目。碱性氨基酸：氨基数目大于羧基数目。H2NCH2COOH中性氨基酸（甘氨酸）H2NCH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2碱性氨基酸（赖氨酸）HOOCCH2CH2CHCOOHNH2酸性氨基酸（谷氨酸）—味精24命名：由来源、性质命名。氨基酸构型习惯用D、L标记，主要看α–位手性碳，–NH2在右为D–型，–NH2在左为L–型。COOHCHH2NCH3L–丙氨酸自然界存在的氨基酸一般都是α–氨基酸，而且是L–型。25二.氨基酸的性质1.α–氨基酸的酸碱性α–氨基酸为两性化合物，与强酸或强碱作用成盐。RCHCNH3OO+NaOHRCHCNH2OONa+α–氨基酸的物理性质说明它具有内盐的结构，即为两性离子：RCHCNH2OOHRCHCNH3OORCHCNH3OO+HClRCHCNH3OOHCl26RCHCNH3OORCHCNH3OOHH+OHRCHCNH2OOOHH+用酸、碱可改变溶液的酸碱性。当溶液中正离子浓度和负离子浓度相等时，此时溶液的pH值就是该氨基酸的等电点（PI）。等电点是每一种氨基酸的特定常数，氨基酸不同，等电点不同。在等电点时，氨基酸的水溶解度最小。2.α–氨基酸的反应COOH成盐成酰氯成酯成酰胺还原NH2成盐与亚硝酸反应与甲醛反应酰化烃基化27RCHCNH2OOHHNO2RCHCOHOOH+FNO2O2NH2NCHCOOHRNHCHCOOHNO2O2NR黄色可用来鉴别氨基酸。RCHCNH2OOH+OOOHOHOONOHO水合茚三酮兰紫色可用来鉴别氨基酸。28三.α–氨基酸的合成1.α–卤代酸的氨解RCHCXOOHNH3RCHCNH2OOH2.盖布瑞尔法RCHCXOOR'+NKOONOOCHCOOR'RRCHCNH2OOHH3O+COOHCOOH++R'OH制备比较纯的氨基酸。293.从醛、酮合成RCHOHCNRCHOHCNNH3RCHNH2CNH2ORCHNH2COOH4.从丙二酸酯合成CH2(COOC2H5)2CCl4Br2BrCH(COOC2H5)2NKOOBrCH(COOC2H5)2NOOCH(COOC2H5)2C2H5ONaRXNOOC(COOC2H5)2RRCHCNH2OOH1.OHH2O2.H+30NOOCH(COOC2H5)2C2H5ONaClCH2C6H5ClCH2COOC2H5CH2CHCOOC2H51.OHH2O2.H+C6H5CH2CHCOOHNH2HOOCCH2CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CHCOOHNH231四.多肽肽：α–氨基酸分子中的羧基与另一分子α–氨基酸的氨基生成的酰胺。多肽：多个α–氨基酸分子用肽键连接而生成的化合物。分子量超过一万的多肽实际上就是蛋白质。多肽和蛋白质没有明显的界限。RCHCH2NOOHR'CHCH2NOOH+RCHCH2NONHR'CHCOOH二肽命名：开链状的肽总有两个末端，一般游离–NH2写在左边，称N–端，游离–COOH写在右边，称C–端。1.多肽的结构和名目32肽的命名从N–端开始，称“某氨酰某氨酸”。CH3CHCH2NONHCH2CH2C6H5CHCOOHCNHO丙氨酰–甘氨酰–苯丙氨酰（丙–甘–苯丙）（Ala–Gly–Phe）性质：多肽和氨基酸一样，是两性离子。它们的性质同氨基酸有许多相似之处。例：多肽也有等电点。在等电点时溶解度最小。氨基酸和多肽都可以用离子变换层析法进行分离。332.多肽和蛋白质的结构测定多肽（或蛋白质）的结构与其生物功能密切相关。多肽与氨基酸的关系相当于英文单词和字母的关系，字母的特点排列得到特定含义的词。各种氨基酸（约二十种）在肽链中的排列顺序可以决定一个肽（或蛋白质）的生物功能。确定多肽的结构是一项非常复杂而细致的工作。英国化学家桑格（F.Sanger）花了十年的时间，在1955年首次测定出牛胰岛素的氨基酸顺序，于1958年获得诺贝尔化学奖。桑格的工作为多肽结构的测定奠定了基础。近三十年来，随分离分析技术的发展，有不少多肽（蛋白质）的结构相继被确定。确定多肽结构氨基酸种类氨基酸数目氨基酸在肽链中的排列顺序343.多肽和蛋白质的合成多肽的合成主要根据氨基酸之间脱水形成酰胺键（肽键）的反应，这个反应并不复杂，但多肽合成工作较困难。甘氨酸和丙氨酸一起反应，来合成二肽，除生成甘–丙外还会有丙–甘、甘–甘、丙–丙。4.蛋白质的结构蛋白质的结构相当复杂，通常用一级结构、二级结构、三级结构、四级结构四种不同的层次来描述。蛋白质的一级、二级、三级、四级结构又统称为空间结构，指的是蛋白质分子中原子和基团在三维空间的排列和分布。一级结构：表示的是组成蛋白质分子的氨基酸残基排列顺序。各种蛋白质的生物活性首先是由一级结构决定的。35二级结构：蛋白质的二级结构涉及肽链在空间的优势构象和所呈现的形状。在一个肽链中的羰基和另一个肽链中的氨基之间可形成氢键，正是由于这种氢键的存在维持了蛋白质的二级结构。三级结构：蛋白质分子很少以简单的α–螺旋型或β–折叠型结构存在，而是在二级结构的基础上进一步卷曲折叠，构成具有特定构象的紧凑结构，称为三级结构。维持三级结构的力来自氨基酸侧链之间的相互作用。在蛋白质分子中有两种类型的二级结构：α–螺旋型β–折叠型四级结构：蛋白质分子作为一个整体所含有的不止一条肽链，由多条肽链聚合而形成特定构象的分子叫做蛋白质的四级结构。365.蛋白质的性质1）.两性与等电点2）.胶体性质3）.蛋白质的沉淀4）.蛋白质的变形5）.蛋白质的颜色反应与水合茚三酮兰色与硫酸铜碱性溶液紫色含有芳环的氨基酸与浓硝酸先生成白色，加热变为黄色。6.酶酶是对特定的生物化学反应有