醫(yī)用有機化學：第17章-氨基酸、肽、蛋白質和核酸

第17章

氨基酸、肽、蛋白質和核酸AminoAcidsPeptidesProteinsNucleicacids第一節(jié)氨基酸(aminoacid)AA是組成蛋白質的基本單位結構通式一、氨基酸的分類、命名及構型（一）分類：1．按來源不同分：蛋白質氨基酸和天然游離氨基酸。2．根據(jù)氨基酸在水溶液中的酸堿性：酸性、中性（實際上為弱酸性）和堿性氨基酸。（二）氨基酸的構型和存在形式構型（用D、L表示）L型-氨基酸D型-氨基酸L-甘油醛

除甘氨酸，天然-氨基酸都是有旋光的，而且都是L型的。一、氨基酸的分類、命名及構型存在形式：氨基酸都以偶極離子的形式存在。組氨酸谷氨酸 丙氨酸 （二）氨基酸的構型和存在形式一、氨基酸的分類、命名及構型（三）名稱

氨基酸的碳原子（除甘氨酸外）都是手性碳。其構型的表示方法與糖一樣，用D或L表示。每個氨基酸都有俗名，并都用一個縮寫符號表示。一、氨基酸的分類、命名及構型人體必需氨基酸：20種AA中有8種AA在人體內不能合成，必須由食物供給，稱為人體必需AA，表23-1中標有*號的即是必需AA。表17-1存在于蛋白質中的20種常見氨基酸

(*為必需氨基酸）

中文名稱結構式(偶極離子)

中性氨基酸甘氨酸丙氨酸亮氨酸*異亮氨酸*纈氨酸*脯氨酸苯丙氨酸*甲硫(蛋)氨酸*表17-1蛋白質中的20種常見氨基酸（續(xù)1）

絲氨酸谷氨酰胺蘇氨酸*半胱氨酸表17-1蛋白質中的20種常見氨基酸（續(xù)2）

天冬酰胺酪氨酸色氨酸*表17-1蛋白質中的20種常見氨基酸（續(xù)3）

酸性氨基酸天冬氨酸谷氨酸

表17-1蛋白質中的20種常見氨基酸（續(xù)4）

堿性氨基酸賴氨酸*精氨酸組氨酸表17-1蛋白質中的20種常見氨基酸（續(xù)5）

這20種氨基酸不同之處在于R基團的差異，除甘氨酸外，其它氨基酸都是手性分子。雖然在一些肽類和抗生素中發(fā)現(xiàn)存在少量的D-構型氨基酸，但到目前為止，還未發(fā)現(xiàn)在天然的蛋白質中有D-構型的氨基酸。由此可以看出：天然的氨基酸都是L-構型，除半胱氨酸外全部是S-構型。一、氨基酸的分類、命名及構型（四）八個必需氨基酸纈氨酸亮氨酸異亮氨酸苯丙氨酸蘇氨酸蛋氨酸賴氨酸色氨酸修飾氨基酸（或衍生氨基酸）——蛋白質中有一些氨基酸在生物體內均無相應的遺傳密碼，往往在蛋白質合成前后，由其中相應的氨基酸經(jīng)加工修飾而成。如L-胱氨酸是由兩個L-半胱氨酸氧化而來。（五）修飾氨基酸和非蛋白質氨基酸非蛋白質氨基酸——自然界中有些氨基酸本身不是參與構成蛋白質的氨基酸，而是以各種形式分布于植物、細菌和動物體內。有的是β-、γ-、或δ氨基酸。如鳥氨酸是精氨酸的代謝中間體。（五）修飾氨基酸和非蛋白質氨基酸

組成蛋白質的氨基酸都是結晶形固體，熔點較高，一般在200~300oC之間，但達到熔點時，往往分解且放出二氧化碳，除甘氨酸外均有旋光性。氨基酸在水溶液中溶解度大小不一（見表23-2），但都能溶于強酸、強堿中。除甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸外，其它氨基酸不溶于無水乙醇，幾乎所有的氨基酸均不溶于醚。二、氨基酸的物理性質

氨基酸既含有氨基，又含有羧基，他們的性質集中地表現(xiàn)在這兩個官能團上。R—CH—COOH

NH2

酯化?；擊券B氮化與亞硝酸反應與醛酮反應烴基化反應成鹽三、氨基酸的化學性質

氨基酸既含有氨基，又含有羧基，顯示出酸和堿的兩重性質，它既可以跟酸反應生成鹽，又可以跟堿反應生成鹽，R-CH-COOHNH2

+HClR-CH-COOHNH3

++Cl-+NaOHR-CH-COO-

NH2

+Na+R-CH-COOHNH2

1．氨基酸的酸堿性（兩性）三、氨基酸的化學性質

當沒有外界酸堿介質存在時，它還可以發(fā)生分子內電離，以兩性離子的形式存在。H2N-CH-COOHH3N+-CH-COO-RR內鹽1．氨基酸的酸堿性（兩性）三、氨基酸的化學性質2．兩性電離和等電點

因氨基酸含有羧基和氨基,有酸式和堿式兩種電離方式，故稱為兩性電解質；而羧基中離解出來的H+可以和氨基結合生成-NH3+，即氨基酸中含

-COO-和-NH3+，故將此種形式的氨基酸稱為兩性離子。三、氨基酸的化學性質丙氨酸在純水溶液中的電離平衡兩性離子負離子正離子平衡時數(shù)量＜當pH=6.0時＝AA帶電狀況凈負電荷凈電荷為零（堿式電離）（酸式電離）2．兩性電離和等電點中性氨基酸的pI一般為5.0~6.5

一般為2.7~3.2酸性氨基酸的pI堿性氨基酸的pI一般為7.6~10.8

當氨基酸在溶液中的正離子和負離子的數(shù)量相等，且濃度最低,而主要以兩性離子形式存在時，這種溶液的pH值就叫做氨基酸的等電點(isoelectricpoint)：

氨基酸的等電點。每一種氨基酸都有其特定的等電點。2．兩性電離和等電點等電點——當一種氨基酸的pH值在某一個特定值時，此時氨基酸帶有的正電數(shù)與負電荷數(shù)相等，即氨基酸本身凈電荷為零（處于等電狀態(tài)，在電場中不移動）該pH值就稱為這種氨基酸的等電點（用pI表示）。等電點用pH值來表示，但要與我們一般所謂的pH值等于7的概念要嚴格區(qū)分。2．兩性電離和等電點等電點時氨基酸的特性（2）氨基酸的凈電荷為零，在外在水中的溶解度最低；加直流電場的作用下，不發(fā)生移動。（1）氨基酸的兩性離子濃度最高，2．兩性電離和等電點兩性電離和等電點:(I)(II)(III)

正離子兩性離子負離子pH<pIpH=pIpH>pI2．兩性電離和等電點

例題：已知天冬氨酸的pI=2.77，精氨酸的pI=10.76，將二者的混合溶液放在pH為5.9的緩沖溶液中進行紙上電泳，各向何極移動？氨基酸的紙上電泳色譜圖+I請指出圖譜中各斑點代表何種氨基酸，為什么？（圖中為天冬氨酸為精氨酸）2．兩性電離和等電點紙電泳分離AA:

pH<pI,樣品帶正電荷，樣品點向陰極移動pH>pI,樣品帶負電荷，樣品點向陽極移動pH=pI,樣品不帶電荷，樣品點不移動2．兩性電離和等電點3．氨基與羧基的脫水反應4．與茚三酮的反應凡是有游離氨基的氨基酸都可以和茚三酮發(fā)生呈紫色的反應。茚 茚三酮水合茚三酮+紫色-CO2，-RCHO-3H2O互變異構

此反應常用于氨基酸層析中氨基酸的顯色，同時根據(jù)生成紫色化合物的程度以及放出CO2體積，均可作為-氨基酸定量分析的依據(jù)。脯氨酸含有亞氨基的結構，可與茚三酮反應生成黃色的化合物。此反應作為鑒定氨基酸的主要化學方法之一。

4．與茚三酮的反應可根據(jù)放出氮氣的體積用于氨基酸的定量分析。該方法叫做（Vanslyke）氨基測定法。5．與亞硝酸的反應蛋白質腐敗時，由精氨酸或鳥氨酸可以產生腐胺(putrescine)H2N-(CH2)4-NH2，由賴氨酸脫羧可得到尸胺（cadaverine）H2N-(CH2)5-NH2。人體內的胺類也是氨基酸經(jīng)脫羧后產生的。6．脫羧反應7．與2，4-二硝基氟苯反應

在室溫和弱堿條件下，氨基酸中氨基上的氫原子可與2，4-二硝基氟苯反應（DNFB）發(fā)生親核取代。DNP氨基酸呈黃色，可用于氨基酸的鑒定。定義——氨基酸殘基之間通過肽鏈相連的化合物。結構：肽鍵（peptidebond）第二節(jié)肽（peptide）和多肽酰胺鍵一、多肽的結構與命名有三個氨基酸殘基，是三肽（tripeptide）末端結構：N-末端——有—NH3+的一端C-末端——有—COO-的一端氨基酸殘基（aminoacidresidue）：肽鏈中每一個氨基酸單位。一、多肽的結構與命名多肽結構通式：圖23--1肽分子中的酰胺鍵的雙鍵特征一、多肽的結構與命名Cα

CNCα

OH肽鍵的結構0.132nm具有雙鍵性質，不能自由旋轉6個原子都在同一平面上，兩個α-碳處于反式，O和H原子處于反式。一、多肽的結構與命名

肽鏈的旋轉受阻，多肽主鏈構象是有限的，一般以反式構型存在。CCCCONNHRHCOHφψCNNOCHCRHCOHCψφ一、多肽的結構與命名圖23-2酰胺鍵的平面關系肽單元的空間結構特征：1．肽單元是平面結構，組成肽單元的六個原子共平面。2．肽鍵具有部分雙鍵性質，使C-N之間的旋轉受到一定

阻礙。3．肽鍵一般呈反式構型。一、多肽的結構與命名名稱：丙氨酰半胱氨酰亮氨酸縮寫：丙—半胱—亮或Ala—Cys—Leu簡寫：A—C—L命名：

以C-末端的氨基酸為母體，其它的氨殘基稱某氨酰，依次命名。如：一、多肽的結構與命名

二硫鍵Na+液NH3空氣氧化Cys-Tyr-Ile-Glu-Arg-Cys-Pro-Leu-Gly?NH2SS催產素一、多肽的結構與命名為了確定肽的結構，通常必須進行如下測定：①組成肽的氨基酸的種類；②每種氨基酸的數(shù)目；③這些氨基酸在肽鏈中的排列順序。1、肽的水解二、多肽結構測定和端基分析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法。二、多肽結構測定和端基分析酶解法：

用羧肽酶處理多肽，水解只發(fā)生在C-端；用氨肽酶處理多肽，水解只發(fā)生在N-端；

例如，某三肽結構的測定：因此，原三肽是：半胱·賴·色肽2、氨基酸順序的測定

二、多肽結構測定和端基分析化學法：

利用某些有效的化學試劑，與多肽中的游離氨基或游離羧基發(fā)生反應，然后將反應產物水解，其中與試劑結合的氨基酸容易與其它部分分離和鑒定。

例如：2、氨基酸順序的測定

二、多肽結構測定和端基分析(1)N-端分析A、2,4-二硝基氟苯（DNFB）法B、丹磺酰氯（DNS-Cl）法C、異硫氰酸苯酯（P-Edman）法

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。(1)N-端分析C、異硫氰酸苯酯（P-Edman）法(1)C-端分析A、肼解法B、羧肽酶催化水解法最為有效，最常用。專一地從肽鏈的C端逐個降解AA.課堂練習:1、完成下列方程式2．回答下列問題：下列氨基酸的水溶液在等電點時是酸性還是堿性？為什么？絲氨酸精氨酸天冬氨基酸(2)下列反應在何種介質中進行有利？氨基酸的酯化反應，氨基酸的?；磻?3)賴氨酸在強酸性溶液中，主要以下列形式存在，含有三個酸性基團，請指出酸性強弱的順序？三聚氰胺奶粉事件：

第三節(jié)蛋白質（protein）

蛋白質是構成一切細胞的生物高分子化合物，在機體中它承擔著各種各樣的生理作用與機械功能，如供給機體營養(yǎng)，執(zhí)行保護機能，負責機械運輸，控制代謝過程，輸送氧氣，防御病菌侵襲和傳遞遺傳信息等。第三節(jié)蛋白質（protein）

一、蛋白質的組成和分類蛋白質分子的元素組成為：C；50%~55%H：6.0%~7.3%O：19%~24%S：0~4%N：13%~19%大多數(shù)蛋白質的含氮量近似為16%即每克氮相當于6.25克蛋白質。（一）根據(jù)蛋白質的形狀分類：蛋白質分為纖維蛋白和球狀蛋白。（二）根據(jù)化學組成分類：蛋白質分為單純蛋白質和結合蛋白質。二、蛋白質的結構（一）蛋白質的一級結構多肽鏈中氨基酸的排列順序稱為蛋白質的一級結構。多肽鏈是蛋白質分子的基本結構。第三節(jié)蛋白質（protein）二、蛋白質的結構二級結構：多肽鏈借助于氫鍵在空間沿著一個方向呈規(guī)律性的排列和無規(guī)卷曲排列。

它實際上是指一條多肽鏈在空間的局部構象。規(guī)律性的排列是指α-螺旋結構和β-折疊體結構。多肽鏈的局部構象a:α—螺旋體b:β—折疊體c:無規(guī)卷曲蛋白質的α-螺旋結構

螺旋的一圈是3.6個氨基酸結構單位，第一個氨基酸殘基N上的H與第四個氨基酸殘基上的羰基形成氫鍵。兩螺旋間的距離是0.54nm1423α-螺旋結構L.Pauling和E.J.Corey于1952年提出。β-折疊體結構

β-折疊體的概念也是由P.L.Pauling及其合作者提出來的。1．多肽鏈中的肽鍵平面通過α-碳原子相互折疊成1100的角，使肽鏈呈鋸齒形結構。2．相鄰肽鏈之間依靠C=O和H2N—所形成的鏈間氫鍵維持著β-折疊體構象的穩(wěn)定性。二、蛋白質的結構Β-折疊體結構Β-折疊體結構C-端N-端蛋白質的三級結構：

指一條多肽鏈借助于各種副鍵在空間總的折疊、卷曲、盤旋的形狀。

它實際上是指一條多肽鏈或蛋白質的亞基在空間的總體構象。蛋白質分子中的結合力：主鍵：肽鍵副鍵：氫鍵、鹽鍵、二硫鍵、疏水鍵二、蛋白質的結構⑴二硫鍵⑵鹽鍵⑶氫鍵⑷疏水鍵形成蛋白質三級結構的作用力肌紅蛋白的三級結構蛋白質的四級結構：

當?shù)鞍踪|分子由兩條或兩條以上肽鏈組成時，每條肽鏈叫做蛋白質的亞基。蛋白質亞基之間相互作用所形成的特定的空間結構叫做蛋白質的四級結構。

也就是指整個蛋白質分子在空間的構象。只有一條多肽鏈的蛋白質分子無四級結構。只有多于一條多肽鏈的蛋白質分子才有四級結構。單獨的亞基不具有生理活性，只有亞基相互結合構成的四級結構才有生理活性。

由兩條α-鏈和兩條β-鏈組成。每條肽鏈都卷曲成球狀，都有一個空穴容納一個血紅素分子，相互之間又進行作用形成球狀的血紅蛋白分子。血紅蛋白的四級結構：三、蛋白質的性質（一）兩性電離與等電點

等電點時，蛋白質的溶解度、粘度、滲透壓和膨脹性都最小。（二）鹽析

蛋白質是生物高分子，蛋白質溶液具有膠體性質。

往蛋白質膠體溶液中加入一定量的中性鹽，如Na2SO4，(NH4)2SO4等，蛋白質便沉淀析出，這種現(xiàn)象稱為蛋白質的鹽析(saltingout)。鹽析的應用：

蛋白質鹽析所需鹽的最小濃度，稱為鹽析濃度，不同的蛋白質其鹽析濃度是不相同的。因此可以用不同濃度的鹽溶液使不同的蛋白質分段析出，達到分離的目的。（三）蛋白質的變性

蛋白質在某些物理或化學因素的影響下，改變其分子內部結構，且理化性質和生物功能也隨之改變，這稱為蛋白質的變性(denaturation)。

若引起變性的因素比較溫和，蛋白質的分子結構改變較小，一旦除去這些因素，仍可恢復其原來的空間構型和原有的生物功能，這便是可逆變性。若用較強烈的處理方法，蛋白質的變性將是不可逆的。蛋白質的二級結構和三級結構的改變或破壞，一般都是變性的結果。（四）蛋白質的顏色反應（自學）

第四節(jié)酶

酶是生物體內自行合成的，具有催化作用的活性蛋白質。輔酶：與酶蛋白松弛地結合的輔助因子稱為輔酶。輔基：與酶蛋白緊密地結合的輔助因子稱為輔基。

生物體內的化學反應達到了能量消耗最低，原料利用率最高的理想境界，原因是生物體內所有的化學反應都是由酶催化的。酶作為生物催化劑的特點：1．催化效率高酶的催化效率比一般的化學催化劑高108～1010倍。如：一分子過氧化氫酶在一分鐘內可以使500萬個過氧化氫分子分解，2．條件溫和酶的催化一般是在常溫、常壓和pH≈7的條件下進行。（有例外：胃蛋白酶是在pH=1～2時進行催化。我們吃了肉后在胃里幾個小時就可將其消化，若在實驗室里用6M的鹽酸在1200下加熱回流20個小時才能使蛋白質水解）。第四節(jié)酶3．具有高度的區(qū)域選擇性和立體選擇性

酶的催化被稱為一把鑰匙開一把鎖，非酶催化則相當于多用鑰匙。例：麥芽糖酶只能水解葡萄糖的α-1,4-苷鍵，苦杏仁酶只能水解葡萄糖的β-1,4-苷鍵；酸性水溶液則可水解所有類型的糖苷鍵。酶可識別一對對映體，對其中一個有效另一個則無效。4．容易失活

酶的催化一般是在常溫、常壓和近中性的條件下進行，若在酸性、堿性或高溫條件下酶就會失活。如：連續(xù)高燒后吃飯沒胃口，就是因為在高溫下唾液中的各種消化酶淀粉酶、蛋白酶被燒死的緣故。第四節(jié)酶第四節(jié)核酸核酸(nucleicacid)：

是一類含磷的酸性生物高分子化合物，由于最早發(fā)現(xiàn)于細胞核，故稱為核酸。根據(jù)其組成，核酸可分為兩大類：核糖核酸(ribonucleicacid簡稱RNA)脫氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid簡稱DNA)。前者90％存在于細胞質，10％存在于細胞核中，而后者98％以上存在于細胞核中。D-2-脫氧核糖的核苷+磷酸一、核酸的化學組成D-核糖+堿基核糖核苷酸核糖核酸D-核糖的核苷+磷酸核酸 脫氧核糖核酸脫氧核糖核甘酸D-2-脫氧核糖+堿基聚合聚合核酸

核糖核酸(RNA)脫氧核糖核酸(DNA)水解產

物磷酸

磷酸磷酸戊糖

D-核糖D-2-脫氧核糖雜環(huán)堿嘌堿呤腺嘌呤(A)，鳥嘌呤(G)腺嘌