有机化学19-氨基酸、多肽、蛋白质和核酸课件.ppt

1、University of Science and Technology of China第十九章第十九章氨基酸、多肽、蛋白质和核酸氨基酸、多肽、蛋白质和核酸Amino Acids,PeptidesProteins and Nucleic acids有机化学Organic Chem蛋白质：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，细胞内除水外，细胞内80都是蛋白质都是蛋白质,它是生命的物质基础。它是生命的物质基础。酶（球蛋白）酶（球蛋白）机体内起催化作用机体内起催化作用 激素（蛋白质及其衍生物）激素（蛋白质及其衍生物）调节代

2、谢调节代谢 血红蛋白血红蛋白运输运输O2和和CO2 抗原抗体抗原抗体免疫作用免疫作用蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸在生命现象中起重要的作用：在生命现象中起重要的作用：Organic Chem一、氨基酸一、氨基酸H2NCOOHRCH一、简介：一、简介：蛋白质水解蛋白质水解-氨基酸氨基酸 天然天然-有旋光性，有旋光性，L-构型。构型。（S)-半光半光氨氨酸例外酸例外 L（R）型。型。COOHCH2SHHH2NCHOCH3HHOCOOHRHH2NL甘甘油油醛醛 L氨基酸Organic Chem20种常见氨基酸：种常见氨基酸：结构结构 名称名称 缩写缩写 等电点等电点 甘氨酸甘氨酸 Gly 5.97丙氨酸

3、丙氨酸 Ala 6.00*颉氨酸颉氨酸 Val 5.96*异亮氨酸异亮氨酸 Ile 5.98I、中性、中性NH2CHCOOHNH2CH(H3C)2HCCOOHNH2CHC2H5HCCOOHCH3NH2CH2COOHCH3Organic Chem 结构结构 名称名称 缩写缩写 等电点等电点*亮氨酸亮氨酸 Leu 6.02*苯丙氨酸苯丙氨酸 Phe 5.48半光氨酸半光氨酸 Cys 5.07*苏氨酸苏氨酸 Thr 5.6NH2CH COOH(H3C)2HCH2CNH2CH COOHC6H5H2CNH2CH COOHHSH2CNH2CH COOHH3CHCOHOrganic Chem谷酰胺谷酰胺 G

4、ln 5.56 天冬酰胺天冬酰胺 Asn 5.07 结构结构 名称名称 缩写缩写 等电点等电点*蛋氨酸蛋氨酸 Met 5.74丝氨酸丝氨酸 Ser 5.68OH2NC(CH2)2CHCOOHNH2OH2NC CH2CHCOOHNH2CH3S(CH2)2CHCOOHNH2HOCH2CHCOOHNH2Organic Chem 结构结构 名称名称 缩写缩写 等电点等电点脯氨酸脯氨酸 pro 6.30酪氨酸酪氨酸 Tyr 5.66 *色氨酸色氨酸 Trp 5.89 天冬氨酸天冬氨酸 Asp 2.77II 酸性酸性NHCOOHCH2CHHOCOOHNH2NHCH2CH COOHNH2HOOC CH2CH

5、 COOHNH2Organic Chem 结构结构 名称名称 缩写缩写 等电点等电点谷氨酸谷氨酸 Glu 3.22III 碱性碱性*赖氨酸赖氨酸 Lys 9.74精氨酸精氨酸 Arg 10.76组氨酸组氨酸 His 7.59(*为必需氨基酸，人体内不能合成，只能从食物中得到）为必需氨基酸，人体内不能合成，只能从食物中得到）HOOC(CH2)2CH COOHNH2H2N(CH2)4CH COOHNH2C-NH(CH2)3CH COOHNH2H2NNHNHNCH2CHNH2COOHOrganic Chem二、氨基酸的性质：二、氨基酸的性质：1、两性、两性离子型化合物：离子型化合物：熔点高（分解）熔

6、点高（分解）难溶于有机溶剂难溶于有机溶剂通常以内盐形式存在：通常以内盐形式存在：H2NHC COOHRHClH3NHC COOHRH2NHC COO-Na+RNaOHH3NHC COOROrganic Chem 等电点等电点 中性氨基酸中性氨基酸 56.3酸性氨基酸酸性氨基酸 2.83.2碱性氨基酸碱性氨基酸 7.610.8 溶解度最小溶解度最小控制控制PH值，可得不同电荷值，可得不同电荷形式的离子形式的离子电泳分离电泳分离可以分别起氨基和酸基的反应：可以分别起氨基和酸基的反应：2、与亚硝酸的反应：、与亚硝酸的反应：定量分析伯氨基定量分析伯氨基H3N CHCOOROC ClC6H5酰基化NHH

7、C COOHRC6H5COROH酯化H2NHC COORRR CHNH2COOHHNO2R CHOHCOOH+N2 +H2OOrganic Chem紫色物质，用于紫色物质，用于氨基酸氨基酸的比色测定和纸层析显色的比色测定和纸层析显色3、与水合茚三酮的反应：、与水合茚三酮的反应：R CHNH2COOHOOOHOH+2H2OOOOONHCHRN CHCOOHRCO2OON CH2ROONH2HRCHO +OOOHOHOONHOOOONOOHH2OOrganic Chem4.与与Sangers试剂的反应试剂的反应5.脱羧反应脱羧反应RHCNH2COOHRCH2NH26.脱水缩合反应脱水缩合反应RHC

8、NH2COOH2-2H2OHCHNCCHNHCOORRNO2FNO2H2NCHCOOHR+NO2O2NNHCCOOHRHFOrganic Chem三、氨基酸的制备三、氨基酸的制备：蛋白质水解蛋白质水解-20种常见氨基酸种常见氨基酸 有机合成：有机合成：1、由醛（或酮）制备：、由醛（或酮）制备：RCHOOHRHC CNNH3NH2RHC CNH2ONH2RHC COOHNH4ClKCN2、卤代酸的氨解卤代酸的氨解：CH3CH2CHCOOHBr3+NH3CH3(CH2)3CHCOOHNH2合成氨基酸常用此法Organic Chem盖布瑞尔法可得比较纯产品：盖布瑞尔法可得比较纯产品：3、由丙二酸酯合

9、成：、由丙二酸酯合成：例例：COOEtCH2COOEt+HNO2COOEtCCOOEtNOHH2/Pt 醋酐COOEtHCCOOEtNH CCH3ONKOO+RCHCOORXNOOCHCOORRNaOH/H2OCOONaCOONa +RCHCOOHH2N +ROHOr NH2NH2Organic ChemHCHOOHCOOEtCCOOEtNH CCH3OHOH2CH3OCO2COOHCHNH2HOH2CCOOEtHCCOOEtNH CCH3ONHCH2N(CH3)2NHCH2COOEtCCOOEtNH CCH3O1)H2O2)CO2NHCH2CHNH2COOH色酸COOEtHCCOOEtNH

10、CCH3O丝酸OH-Organic Chem 溴代丙二酸酯结合盖布瑞尔法亦可溴代丙二酸酯结合盖布瑞尔法亦可例：例：NKOONOOCHCOOEtCOOEtClCH2CH2SCH3NOOCCOOEtCOOEtCH2CH2SCH3NaOHCHCH2OOHNH2CH3SCH2CH250%,蛋酸BrCH(COOEt)2HClOrganic Chem4、DL-氨基酸的拆分：氨基酸的拆分：合成外消旋氨基酸，用酶拆分是重要的方法之一合成外消旋氨基酸，用酶拆分是重要的方法之一例：例：NH2OH3CC O2DL-CH3)2CHCH2CHCOOHNHH3CCO水解酶D乙酰亮氨酸 L亮氨酸CHCH2CHCOOHDL-

11、H3CH3COrganic Chem5.氨基酸的立体选择性合成氨基酸的立体选择性合成PPh2PPh2PP(S,S)-Et-DuPhosEtEtEtEtFePPh2PPh2CHEt2CHEt2(S,S)-FerroPHOSRNHAcRNHAcCOOHCOOHL*-Rh(I),H2R L *ee%构型H (S)-BINAP 98 RH (S,S)-Et-DuPHOS 99.4 S Ph (R,R)-FerroPHOS 99.9 RPh (R)-BINAP 100 S(R)-BINAPOrganic Chem二、多肽二、多肽氨基酸氨基酸A的羧基与的羧基与B的氨基缩合成酰胺的氨基缩合成酰胺:2个氨基酸

12、形成肽个氨基酸形成肽二肽二肽 肽键肽键 3个氨基酸形成肽个氨基酸形成肽三肽三肽 分子量分子量 10000-蛋白质蛋白质 许多多肽本身有重要的生理作用许多多肽本身有重要的生理作用后叶催产素后叶催产素八肽八肽胰岛素胰岛素五十一肽五十一肽OCNH一、多肽的结构测定一、多肽的结构测定：基本问题基本问题由哪些氨基酸组成的，每种有多少个？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？这些氨基酸按照什么次序结合成肽键？Organic Chem(2)顺序：多肽6N HCl110（nh)各种氨基酸层析分离种类含量分子量每种数目(1)（a）、部分水解法：）、部分水解法：各种蛋白水解酶能水解特

13、定的肽键：各种蛋白水解酶能水解特定的肽键：多肽多肽 小肽，然后分析小肽，然后分析.Organic Chem如如：HN CHRCONH CH COR精、赖氨酸胰酶HN CHRCONH CH COR色、酪、苯丙麋蛋白酶HN CHRCONH CH COR色、酪、苯丙胃蛋白酶Organic Chem测测 N 端端：（1）桑格）桑格(Sangers)试剂法试剂法缺点：只能测缺点：只能测 N 端一个氨基酸端一个氨基酸FO2NNO2+H2N CHRCONH CH CORO2NNO2HN CHRCONH CH CORH2OHO2NNO2NHCHRCOOHO+NH2CH COOHOR+黄色，分开鉴定（b)端基测

14、定：端基测定：H2N CH CORHN CH COR1HN CH COR2HN CH COR3HN CH COOHORnN端C 端Organic Chem（2）、）、Edman 水解：水解：异硫睛酸苯酯异硫睛酸苯酯（）N CSC6H5N C SC6H5+H2N CHRCONH CH CORNHC6H5CSHN CHRCONH CH CORHClNC CHNHCOC6H5SR+NH2CH COR层析分离，与标准样品对照，确定CHRCOOH继续降解自动化分析（多肽不太长时可靠）只能测几十个氨基酸的顺序Organic Chem测测C端端：（1）、羧基多肽酶法：）、羧基多肽酶法：HN CHRCONH

15、CH COOHORH2O羧基多肽酶HN CHRCOOHO+NH2CH COOHOR多次重复，连续检断下来的氨基酸(5-6只靠近游离羧基一端的肽键被水解Organic Chem二、多肽的合成：二、多肽的合成：要求：要求：氨基酸按一定的次序连接起来氨基酸按一定的次序连接起来达到一定分子量达到一定分子量不外消旋化不外消旋化1.COOH的保护的保护 比酰胺比酰胺易水解易水解氨基酸 A 和 BAA，BB，AB 和 BA要得到 AB:保护 A 的NH2和 B 的COOHCOOCH3H2O，OHHCOOHCOOC2H5H2O，OHHCOOHCHOOCH2C6H5H2O，H（更常用 ）H2,Pd/CCOOH

16、+C6H5CH3OHOrganic Chem2.NH2的保护：的保护：OCC6H5CH2OClOC(H3C)3CON3OCC6H5CH2ONHOC(H3C)3CONHH2/PdC6H5CH3+RCHCOOHHOOCNHHClC(CH3)3RCHCOOH +HOOCNH-CO2-CO2HOOCHC NH2RHOOCHC NH2RCHCOOHRNH2Organic Chem3.COOH 的活化和缩合的活化和缩合C6H5CH2OCONHCHCOOHR+N C NC6H5CH2OCONHCHCOORCNHN(1)(1)+H2NCHCOOCH2C6H5RC6H5CH2OCONHCHCORNHCHCOOC

17、H2C6H5RH2,Pd/CNH2CHCONHCHCOOHRRNH CONH+Organic Chem4 多肽的固相合成多肽的固相合成Cl+HONHBocORNaOHOONHBocRH2,Pd/COONH2RANHBocOROONHRORNHBocA=Organic Chem三、蛋白质三、蛋白质分类分类纤维蛋白纤维蛋白:丝、毛、皮、角、爪和甲等丝、毛、皮、角、爪和甲等球蛋白球蛋白:酶和蛋白激素（溶于水、盐水等酶和蛋白激素（溶于水、盐水等结合蛋白结合蛋白:与核酸、糖、脂肪及血红素等结合与核酸、糖、脂肪及血红素等结合 一、结构：四级结构一、结构：四级结构 1、氨基酸组成和顺序、氨基酸组成和顺序、2

18、、肽链按、肽链按:螺旋方式卷曲而成的空间结构（通常）螺旋方式卷曲而成的空间结构（通常）平行或非平行排列的折叠状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、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。的形状、距离与特定的生理作用有关。4、若干分子堆叠形成、若干分子堆叠形成 n根根纤维蛋白链扭成股，纤维蛋白链扭成股，n股又扭成绳状股又扭成绳状n根链累在一起形成球状根链累在一起形成球状Organic Chem二、蛋白质的性质：二、蛋白质的性质：1、等电点等电点：（分子中仍存在游离分子中仍存在游离NH2、COOH、OH、SH及其他

19、酸性或碱性的基团）及其他酸性或碱性的基团）胶体性质胶体性质:分子颗粒直径在分子颗粒直径在0.10.001um(胶粒幅度内胶粒幅度内)表面带电表面带电,同电排斥，隔开不粘合。同电排斥，隔开不粘合。2、蛋白质的变性、蛋白质的变性：一、二级结构、氢键的破坏一、二级结构、氢键的破坏不可逆变性不可逆变性三级结构三级结构 SS 的破坏的破坏可逆变性可逆变性Organic Chem四、核酸四、核酸一、组成：一、组成：核苷酸缩水核酸核 杂环 磷糖 碱基 酸CH2OHOHOHHO 核苷CH2OHBOHHOBOHHOOP OHOHO 核苷 核(OH)(OH)(OH)Organic Chem杂环碱基嘌呤嘧啶:腺嘌呤

20、鸟嘌呤胞嘧啶嘧啶胸腺嘧啶NNHNNHONNNNHNH2NH2NHNONH2NHNHOONHNHOOH3CRNADNAOrganic ChemCH2OHOHOHO胸腺嘧啶CH2OHOHONNHOOH3C 2脱 氧核糖 2脱氧胸苷CH2OHOHOHOHO腺嘌呤CH2OHOHOHONNNNNH2CH2OHOHOHONNHOOD核糖腺苷尿苷尿嘧啶Organic ChemNNNNNH2CH2OHOHOOPOOHOH3腺嘌呤核苷酸CH2OHOHOOP OHOHONNHOO5-尿嘧啶核苷酸（3腺苷酸）（5尿苷酸）Organic ChemNNHNNONH2NNNNNH2CH2OHOCH2OHOHOOPOOOHNNHOOOCH2OHOOPOOOHCH2OHOOPOOOHNNONH2POOHONNHNNONH2NNNNNH2CH2OCH2OHOOPOOOHNNHOOOCH2OOPOOOHCH2OOPOOOHNNONH2POOHOCH3RNADNAOrganic Chem双螺旋结构中的碱基配对双螺旋结构中的碱基配对NNONNNOOCH3HNNNNNNNNNHNO腺嘌呤(A)H鸟嘌呤(G)HHHHH胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)TA-CG-Organic Chem