北京大学有机化学课件22

第二十二章氨基酸、多肽、蛋白质、酶和核酸exit第一节氨基酸的结构、名称及物理性质第二节氨基酸的性质第三节氨基酸的合成第四节多肽的定义、命名和结构第五节多肽的合成第六节多肽结构的测定第七节蛋白质的结构和特性第八节酶第九节核酸本章提纲蛋白质、碳水化合物、脂肪(甘油醇的脂肪酸酯)是人所需营养中的三种要素。第一节氨基酸的结构、名称和物性羧酸分子中烃基上的一个或几个氢原子被氨基取代生成的化合物叫氨基酸。R-CH-COOHNH2HO2C(CH2)2-CH-COO-NH3+CH2-CH-COO-NH3+NNH一定义按氨基与羧基的相对位置分：α-氨基酸，β-氨基酸按氨基与羧基的数目来分：中性氨基酸、酸性氨基酸，碱性氨基酸三氨基酸的构型和存在形式构型（用D、L表示）-氨基酸通式L型-氨基酸D型-氨基酸L-甘油醛R-CH-COOHNH2除甘氨酸，天然-氨基酸都是有旋光的，而且都是L型的。COOHNH2HRCOOHH2NHRCHOHOHCH3二分类存在形式：氨基酸都以偶极离子的形式存在。组氨酸CH3-CH-COO-NH3+HO2C(CH2)2-CH-COO-NH3+CH2-CH-COO-NH3+NNH谷氨酸丙氨酸四名称和物理性质名称氨基酸的碳原子（除甘氨酸外）都是手性碳原子。其构型的表示方法与糖一样，用D或L表示。每个氨基酸都有俗名，并都用一个缩写符号表示。物理性质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较差；氨基酸在200度以下都是稳定的；氨基酸的pKa为2左右；每一个光学纯的氨基酸都有旋光值。五八个必需氨基酸(CH3)2CHCH(NH2)COOH缬氨酸(CH3)2CHCH2CH(NH2)COOH亮氨酸C2H5CHCH(NH2)COOHCH3异亮氨酸C6H5CH2CH(NH2)COOH苯丙氨酸CH3CHCH(NH2)COOHOH苏氨酸CH3S(CH2)2CH(NH2)COOH蛋氨酸H2N(CH2)4CH(NH2)COOH赖氨酸CH2CH(NH2)COOHNH色氨酸一等电点二与茚三酮反应三氨基酸金属盐络合物的形成第二节氨基酸的性质谷氨酸焦谷氨酸总述：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2H3NCH2COO-+-2H2OHNNHOO-H2OONH2COO-+HOOCCH2CH2CHCOO-NH3+一个氨基酸总可以找到一个pH值，在该pH值下，正、负离子的浓度完全相等，此时向阳极移动和向阴极移动的离子彼此抵消（即没有净的迁移），或者说，电场中不显示离子的迁移。将此时的pH值称为该氨基酸的等电点。氨基酸的特殊性质一等电点R-CH-COO-NH3R-CH-COOHNH3R-CH-COOHNH2R-CH-COO-NH2++H+H+HO-HO-中性氨基酸的等电点：pH=6.2~6.8酸性氨基酸的等电点：pH=2.8~3.2碱性氨基酸的等电点：pH=7.6~10.8不同的氨基酸有不同的等电点，所以可以通过测定氨基酸的等电点来鉴别氨基酸。等电点时，以两性离子形式存在的氨基酸浓度最大（在水溶液中），氨基酸的溶解度最小。二与茚三酮的反应凡是有游离氨基的氨基酸都可以和茚三酮发生呈紫色的反应。OOOOOOHOH茚茚三酮水合茚三酮R-CH-COOHNH2OOOHOH2OOOOHNOOOHON+紫色-CO2，-RCHO-3H2O互变异构三氨基酸金属盐络合物的形成O=C-OO-C=OCH2NH2CuNH2CH2金属上有空轨道，N上有未共用电子对！氨基酸金属盐络合物具有很好的结晶形状,该反应可用来沉淀和鉴别某些氨基酸。一斯瑞克合成法--醛的氨氰化法二赫尔--乌尔哈--泽林斯基α-溴化法三盖布瑞尔法四丙二酸酯法第三节氨基酸的合成改进方法：用NH4CNorNH4Cl+KCN代替HCN+NH3应用：合成比原料醛多一个碳的氨基酸氨基酸的来源：（1）天然产物酸性水解（2）微生物发酵法（3）化学合成法一斯瑞克合成法--醛的氨氰化法RCHO+HCN+NH3RCHCN+_NH2RCHCOO-NH3++_H3+O应用盖布瑞尔法可以制备很纯的氨基酸。二赫尔--乌尔哈--泽林斯基α-溴化法RCHCOOHNH2RCHCOOHBrRCH2COOHNH3Br2P在封管或高压釜内进行三盖布瑞尔法+RCHCOOCH3BrNKOOCHCOOCH3NOORCOOHCOOH++NH3CHCOO-+CH3OHRH3O+1.通过酰基丙二酸酯法四丙二酸酯法COOEtCH2+O=N-OHCOOEtCOOEtC=N-OHCOOEtH-C-NHCOCH3COOEtCOOEtH-C-NHCOCH3COOEtCOOEtNCCH2CH2-C-NHCOCH3COOEtCOOEt+NC-CH=CH2H2NCH2CH2CH2CHCOOHNH2H3+OH2/Pt醋酸麦克尔加成碱H2/催加热-CO2OH-丝氨酸的合成H-C-NHCOCH3COOEtCOOEt+CH2=OHOCH2-C-NHCOCH3COOEtCOOEtH3+O-CO2丝氨酸（65%）+NH3HOCH2CHCOO-2.通过溴代丙二酸酯法合成CH2(COOEt)2BrCH(COOEt)2ClCH2CH2SCH3NKOON-CH(COOEt)2OONH-C-CH2CH2SCH3COO-OCOO-COO-N-C-CH2CH2SCH3OOCOOEtCOOEtH3N+-CH-CH2CH2SCH3COO-HClBr2CCl4NaNaOH蛋氨酸（50%）烷基化谷氨酸的合成N-CH(COOEt)2OON-C-CH2CH2COOEtOOCOOEtCOOEtHOOC(CH2)2CHCOO-NH3++CH2=CHCOOEt麦克尔加成NaOEtH3+O谷氨酸（70%）脯氨酸的合成N-CH(COOEt)2OON-C-CH2CH2CH2BrOOCOOEtCOOEtNHCOO-COO-H2NCOO-COO-BrNH2COO-H+H3+ONaOEtBr(CH2)3BrEtOHNaOH脯氨酸70%分子内亲核取代一个氨基酸的羧基与另一分子氨基酸的氨基通过失水反应，形成一个酰氨键，新生成的化合物称为肽，肽分子中的酰氨键叫肽键。二分子氨基酸失水形成的肽叫二肽，多个分子氨基酸失水形成的肽叫多肽。第四节多肽的定义、命名和结构一定义二命名H2N-CH2-COH+H2N-CH-COH+H2N-CH-COHCH3CH2CH(CH3)2OOO甘氨酸丙氨酸亮氨酸H2N-CH2-C-NH-CH-C-NH-CH-COHCH3CH2CH(CH3)2OOO产物三肽的名称为：甘氨酰-丙氨酰-亮氨酸（甘-丙-亮）（Gly-Ala-Leu）-2H2O肽键C-端N端1.肽键和肽的几何形状三结构NCCNCCNCCHHHHHRRRHOOO2.二硫键SCH2CHNH3COO-+CH2SCHNH3COO-+CH2SHCHNH3COO-+Na+液NH3空气氧化Cys-Tyr-Ile-Glu-Arg-Cys-Pro-Leu-Gly•NH2SS牛催产素一氨基的保护二羧基的保护三侧链的保护四接肽方法1混合酸酐法2活泼酯法、3碳二亚胺法4环酸酐法、5固相接肽第五节多肽的合成保护基必须具备的条件（1）易在预定的部位引入（2）在某特定的条件下，保护基很易除去（3）引入和除去保护基时，分子中的其它部位不会受到影响，特别是已接好的肽键。多肽合成必须解决下面四个问题1.氨基保护2.羧基保护3.侧链保护4.接肽方法C6H5CH2OH+COCl2（光气)一氨基的保护1.用氯代甲酸苯甲酯（或称苯甲氧基甲酰氯）保护C6H5CH2OCClOBenzoxycarbonyl（简写Z）H2Pd/C+NH3CH2CO2-C6H5CH2OCClOOH-OC6H5CH2OC-NHCH2COO-H+SOCl2OC6H5CH2OC-NHCH2CClO+NH3CH2CO2-,OH-H+OC6H5CH2OC-NHCH2C-NHCH2COOHOH+CF3COOHOC6H5CH3+CO2+H3N+CH2C-NHCH2COO-O[C6H5CH2OCOOH]+H3N+CH2C-NHCH2COO-[C6H5CH2OCOOH]+2H3N+CH2COO-（1mol）上保护基接肽去保护基反应过程：2用氯代甲酸三级丁酯保护(CH3)3COCClO(CH3)3COCN3Ot-Butoxycarbonyl简写BOCO(CH3)3COC-在多肽中的应用：(CH3)3COCClOH3N+-CH-COO-RHN-CH-COO-RO(CH3)3COC-CH3CHCOOHNH2CH3ORO(CH3)3COC-NH-CH-CNHCHCOOHCF3COOHHOAcCH3OR(CH3)3C++CO2++NH3CHCNHCHCOO--OH,25oC上保护基接肽（过程略）去保护基*1.催化氢化和稀碱都不能除去BOC，通常用温和的酸性水解法除去。*2.若氨基酸中有多个氨基，在接肽前均需保护。*3.用Z保护还是用BOC保护，视实际情况而定。二羧基的保护RCHCOO-NH3+RCHCOOCH2NH2CH3SO3HCH2OH使用的酸为：CF3COOHHBr/HOAcA代表：HClCH3OH接肽Na2CO3接肽Pd/H2(CH3)2C=CH2ORCHCOBu-tNH2接肽H3+O去保护基去保护基上保护基上保护基上保护基H2NCHCOOCH3RR'CHCHNCHCOOCH3RNH2O去保护基R'CHCHNCHCOOHRNH2OR'CHCHNCHCOOBu-tRNH2OAAAR'CHCOOHNH2例如：三侧链的保护当氨基酸的侧链带有某些官能团时，在合成多肽时，有时也需要加以保护，保护的方法，要视具体情况而定。巯基经常用苯甲基保护，保护基可以在钠、液氨作用下除去。C6H5CH2Cl+ZNHCHCOORHSCH2ZNHCHCOORCH2SCH2C6H5ZNHCHCOORCH2SHZNHCHCOORCH2SZNHCHCOORSCH2上保护基去保护基空气中氧化Na,NH3(l)四接肽的方法1混合酸酐法（活化羧基）H3N+CHCOO-CH3-OH,25oCZNHCHCOOHCH3N(C2H5)3-5-0oC[ZNHCHCOO-]NH(C2H5)3CH3+ClCOOC2H5-(C2H5)3N•HClOZNHCHCOCOC2H5OCH3C6H5CH2CHCOOHNH2OZNHCHCNHCHCOOHCH3CH2C6H5H2/Pd-CONH3CHCNHCHCOO-CH3+CH2C6H5接肽C6H5CH2OCOCl2活泼酯法(CH3)3COCCl+NH3CHCOO-OCH3+(CH3)3COCNHCHCOOHOCH3NO2HO(CH3)3COCNHCHCOOOCH3NO2H3N+CHCOO-ROBOCNHCHC-NHCHCOOHRCH3N(C2H5)3ClCOOC2H5OOBOCNHCHC-NHCHCOCOEtRCH3OH3N+CHCOO-R'OOBOCNHCHC-NHCHCNHCHCOOHRCH3R'H+OONH3CHC-NHCHCNHCHCOO-+RCH3R'3.碳二亚胺法接肽N=C=Ndicyclohexylcarbodimide(DCC)ZNHCHCNHCHCOCH2C6H5RR'OORR'OONH3CHCNHCHCO-+接肽H2/Pd-C去保护基ZNHCHCOOH+DCC+NH2CHCOOCH2C6H5RR'失水机制N=C=N+HOCRONH-C=NO-CROH-NHRNHCNHRCNHR'+OO二环己基脲1.保护氨基和活化羧基同时完成2.氨基甲酸不稳定4.环酸酐法接肽OORCHCO-+Cl-C-ClNH3+HNOOORHNOOOR+NH2CHCOO-R'ORCHCNHCHCOO-NHCOOHR'-CO2ORCHCNHCHCOO-NH3R'+二肽环状酸酐215.固相接肽麦尔德发明；解决了蛋白质和多肽的一些合成问题。在不溶的高分子树脂的表面上进行接肽反应称为固相接肽。测定肽或蛋白质的一级结构需要进行下面几项工作：一测定分子中是否存在二硫键二检测氨基酸的组成及其相对比例三测定肽或蛋白质中各