chapt--氨基酸多肽蛋白質和核酸

1、Organic Chem蛋白質：蛋白質： 含氮的天然高聚物，生物體內一切組織的基本組成部分含氮的天然高聚物，生物體內一切組織的基本組成部分除水外，細胞內除水外，細胞內80都是蛋白質都是蛋白質, 它是生命的物質基礎。它是生命的物質基礎。 酶（球蛋白）酶（球蛋白）機體內起催化作用機體內起催化作用 激素（蛋白質及其衍生物）激素（蛋白質及其衍生物）調節(jié)代謝調節(jié)代謝 血紅蛋白血紅蛋白運輸運輸O2和和CO2 抗原抗體抗原抗體免疫作用免疫作用蛋白質蛋白質 氨基酸氨基酸在生命現(xiàn)象中起重要的作用：在生命現(xiàn)象中起重要的作用：Organic Chem一、氨基酸一、氨基酸H2NCOOHRCH一、簡介：一、簡介： 蛋白

2、質水解蛋白質水解- 氨基酸氨基酸 天然天然-有旋光性，有旋光性，L-構型。構型。 （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種常見氨基酸：種常見氨基酸： 結構結構 名稱名稱 縮寫縮寫 等電點等電點 甘氨酸甘氨酸 Gly 5.97丙氨酸丙氨酸 Ala 6.00*頡氨酸頡氨酸 Val 5.96*異亮氨酸異亮氨酸 Ile 5.98I、中性、中性NH2CHCOOHNH2CH(H3C)2HCCOOHNH2CHC2H5HCCOOHCH3NH2CH2COOHCH3Organic Che

3、m 結構結構 名稱名稱 縮寫縮寫 等電點等電點*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*蘇氨酸蘇氨酸 Thr 5.6NH2CH COOH(H3C)2HCH2CNH2CH COOHC6H5H2CNH2CH COOHHSH2CNH2CH COOHH3CHCOHOrganic Chem谷酰胺谷酰胺 Gln 5.56 天冬酰胺天冬酰胺 Asn 5.07 結構結構 名稱名稱 縮寫縮寫 等電點等電點*蛋氨酸蛋氨酸 Met 5.74絲氨酸絲氨酸 Ser 5.68OH2NC(CH2)2CHCOOHNH2OH2NC CH2CHCOOHNH2CH3S(

4、CH2)2CHCOOHNH2HOCH2CHCOOHNH2Organic Chem 結構結構 名稱名稱 縮寫縮寫 等電點等電點脯氨酸脯氨酸 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 COOHNH2Organic Chem 結構結構 名稱名稱 縮寫縮寫 等電點等電點谷氨酸谷氨酸 Glu 3.22III 堿性堿性*賴氨酸賴氨酸 Lys 9.74精氨酸精氨酸 Arg 10.76組氨酸組氨酸 His 7.59(*為必需氨基酸，

5、人體內不能合成，只能從食物中得到）為必需氨基酸，人體內不能合成，只能從食物中得到）HOOC(CH2)2CH COOHNH2H2N(CH2)4CH COOHNH2C-NH(CH2)3CH COOHNH2H2NNHNHNCH2CHNH2COOHOrganic Chem二、氨基酸的性質：二、氨基酸的性質：1、兩性、兩性離子型化合物：離子型化合物：熔點高（分解）熔點高（分解）難溶于有機溶劑難溶于有機溶劑通常以內鹽形式存在：通常以內鹽形式存在：H2NHC COOHRHClH3NHC COOHRH2NHC COO-Na+RNaOHH3NHC COOROrganic Chem 等電點等電點 中性氨基酸中性氨

6、基酸 56.3酸性氨基酸酸性氨基酸 2.83.2堿性氨基酸堿性氨基酸 7.610.8 溶解度最小溶解度最小控制控制PH值，可得不同電荷值，可得不同電荷形式的離子形式的離子電泳分離電泳分離可以分別起氨基和酸基的反應：可以分別起氨基和酸基的反應：2、與亞硝酸的反應：、與亞硝酸的反應：定量分析伯氨基定量分析伯氨基H3N CHCOOROC ClC6H5酰基化NHHC COOHRC6H5COROH酯化H2NHC COORRR CHNH2COOHHNO2R CHOHCOOH + N2 + H2OOrganic Chem紫色物質，用于紫色物質，用于氨基酸氨基酸的比色測定和紙層析顯色的比色測定和紙層析顯色3、

7、與水合茚三酮的反應：、與水合茚三酮的反應：R CHNH2COOHOOOHOH+2H2OOOOONHCHRN CHCOOHRCO2OON CH2ROONH2HRCHO +OOOHOHOONHOOOONOOHH2OOrganic Chem4. 與與Sangers試劑的反應試劑的反應5. 脫羧反應脫羧反應RHCNH2COOHRCH2NH26. 脫水縮合反應脫水縮合反應RHCNH2COOH2-2H2OHCHNCCHNHCOORRNO2FNO2H2NCHCOOHR+NO2O2NNHCCOOHRHFOrganic Chem三、氨基酸的制備三、氨基酸的制備：蛋白質水解蛋白質水解-20種常見氨基酸種常見氨基酸

8、 有機合成：有機合成：1、由醛（或酮）制備：、由醛（或酮）制備：RCHOOHRHC CNNH3NH2RHC CNH2ONH2RHC COOHNH4ClKCN2、 鹵代酸的氨解鹵代酸的氨解：CH3CH2CHCOOHBr3+ NH3CH3(CH2)3CHCOOHNH2合成氨基酸常用此法Organic Chem蓋布瑞爾法可得比較純產(chǎn)品：蓋布瑞爾法可得比較純產(chǎn)品：3、由丙二酸酯合成：、由丙二酸酯合成：例例：COOEtCH2COOEt+ HNO2COOEtCCOOEtNOHH2 / Pt 醋酐COOEtHCCOOEtNH CCH3ONKOO+RCHCOORXNOOCHCOORRNaOH/H2OCOONa

9、COONa +RCHCOOHH2N + ROHOr NH2NH2Organic ChemHCHOOHCOOEtCCOOEtNH CCH3OHOH2CH3OCO2COOHCHNH2HOH2CCOOEtHCCOOEtNH CCH3ONHCH2N(CH3)2NHCH2COOEtCCOOEtNH CCH3O1) H2O2) CO2NHCH2CHNH2COOH色酸COOEtHCCOOEtNH CCH3O絲酸OH-Organic Chem 溴代丙二酸酯結合蓋布瑞爾法亦可溴代丙二酸酯結合蓋布瑞爾法亦可例：例： NKOONOOCHCOOEtCOOEtClCH2CH2SCH3NOOCCOOEtCOOEtCH2C

10、H2SCH3NaOHCHCH2OOHNH2CH3SCH2CH250% ,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-H3CH3COrganic Chem5. 氨基酸的立體選擇性合成氨基酸的立體選擇性合成PPh2PPh2PP(S,S)-Et-DuPhosEtEtEtEtFePPh2PPh2CHEt2CHEt2(S,S)-F

11、erroPHOSRNHAcRNHAcCOOHCOOHL*-Rh(I), H2R L * ee % 構型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的羧基與的羧基與B的氨基縮合成酰胺的氨基縮合成酰胺: 2個氨基酸形成肽個氨基酸形成肽二肽二肽 肽鍵肽鍵 3個氨基酸形成肽個氨基酸形成肽三肽三肽 分子量分子量 10000-蛋白質蛋白質 許多多肽本身有重要的生理作用許多多肽本身有重要的生理作用后葉催產(chǎn)素后葉催產(chǎn)

12、素八肽八肽胰島素胰島素五十一肽五十一肽OCNH一、多肽的結構測定一、多肽的結構測定：基本問題基本問題由哪些氨基酸組成的，每種有多少個？由哪些氨基酸組成的，每種有多少個？這些氨基酸按照什么次序結合成肽鍵？這些氨基酸按照什么次序結合成肽鍵？Organic Chem(2)順序：多肽6N HCl110（nh)各種氨基酸層析分離種類含量分子量每種數(shù)目(1) （a）、部分水解法：）、部分水解法：各種蛋白水解酶能水解特定的肽鍵：各種蛋白水解酶能水解特定的肽鍵：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、賴氨酸胰酶HN CHRCONH CH CO

13、R色、酪、苯丙麋蛋白酶HN CHRCONH CH COR色、酪、苯丙胃蛋白酶Organic Chem測測 N 端端 ： （1）桑格）桑格(Sangers)試劑法試劑法缺點：只能測缺點：只能測 N 端一個氨基酸端一個氨基酸FO2NNO2+ H2N CHRCONH CH CORO2NNO2HN CHRCONH CH CORH2OHO2NNO2NHCHRCOOHO+ NH2CH COOHOR+ 黃色，分開鑒定（b) 端基測定：端基測定：H2N CH CORHN CH COR1HN CH COR2HN CH COR3HN CH COOHORnN端C 端Organic Chem（2）、）、Edman 水

14、解：水解： 異硫睛酸苯酯異硫睛酸苯酯（ ）N CSC6H5N C SC6H5+ H2N CHRCONH CH CORNHC6H5CSHN CHRCONH CH CORHClNC CHNHCOC6H5SR+NH2CH COR層析分離，與標準樣品對照，確定CHRCOOH繼續(xù)降解自動化分析（多肽不太長時可靠）只能測幾十個氨基酸的順序Organic Chem測測C端端： （1）、羧基多肽酶法：）、羧基多肽酶法：HN CHRCONH CH COOHORH2O羧基多肽酶HN CHRCOOHO+NH2CH COOHOR多次重復，連續(xù)檢斷下來的氨基酸(5-6只靠近游離羧基一端的肽鍵被水解Organic Che

15、m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連接起來氨基酸按一定的次序連接起來達到一定分子量達到一定分子量不外消旋化不外消旋化1. COOH的保護的保護 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: 保護 A 的NH2和 B 的COOHCOOCH3H2O，OHHCOOHCOOC2H5H2O，OHHCOOHCHOOCH2C6H5H2O，H（更常用 ）H2 ,Pd/CCOOH + C6H5CH3OHOrganic Chem2. NH2的保護：的保護：OCC6H5CH2OClOC(H3C)3CON3OCC6H5CH2ONHOC(H3C)3CO

16、NHH2 / PdC6H5CH3+RCHCOOHHOOCNHHClC(CH3)3RCHCOOH +HOOCNH-CO2-CO2HOOCHC NH2RHOOCHC NH2RCHCOOHRNH2Organic Chem3. COOH 的活化和縮合的活化和縮合C6H5CH2OCONHCHCOOHR+N C NC6H5CH2OCONHCHCOORCNHN(1)(1) +H2NCHCOOCH2C6H5RC6H5CH2OCONHCHCORNHCHCOOCH2C6H5RH2, Pd/CNH2CHCONHCHCOOHRRNH CONH+Organic Chem4 多肽的固相合成多肽的固相合成Cl+HONHBo

17、cORNaOHOONHBocRH2, Pd/COONH2RANHBocOROONHRORNHBocA=Organic Chem三、蛋白質三、蛋白質分類分類纖維蛋白纖維蛋白: 絲、毛、皮、角、爪和甲等絲、毛、皮、角、爪和甲等球蛋白球蛋白: 酶和蛋白激素（溶于水、鹽水等酶和蛋白激素（溶于水、鹽水等結合蛋白結合蛋白: 與核酸、糖、脂肪及血紅素等結合與核酸、糖、脂肪及血紅素等結合 一、結構：四級結構一、結構：四級結構 1、氨基酸組成和順序、氨基酸組成和順序、 2、肽鏈按、肽鏈按: 螺旋方式卷曲而成的空間結構（通常）螺旋方式卷曲而成的空間結構（通常） 平行或非平行排列的折疊狀平行或非平行排列的折疊狀 3

18、、同一根多肽鏈形成螺旋狀，某些部分還折疊起來，鏈、同一根多肽鏈形成螺旋狀，某些部分還折疊起來，鏈 的形狀、距離與特定的生理作用有關。的形狀、距離與特定的生理作用有關。 4、若干分子堆疊形成、若干分子堆疊形成 n根根纖維蛋白鏈扭成股，纖維蛋白鏈扭成股，n股又扭成繩狀股又扭成繩狀n根鏈累在一起形成球狀根鏈累在一起形成球狀Organic Chem二、蛋白質的性質：二、蛋白質的性質：1、等電點等電點 ： （ 分子中仍存在游離分子中仍存在游離NH2、COOH、OH、 SH及其他酸性或堿性的基團）及其他酸性或堿性的基團）膠體性質膠體性質: 分子顆粒直徑在分子顆粒直徑在0.10.001um(膠粒幅度內膠粒幅度內) 表面帶電表面帶電,同電排斥，隔開不粘合。同電排斥，隔開不粘合。2、蛋白質的變性、蛋白質的變性：一、二級結構、氫鍵的破壞一、二級結構、氫鍵的破壞不可逆變性不可逆變性三級結構三級結構 SS 的破壞的破壞可逆變性可逆變性Organic Chem四、核酸四、核酸一、組成：一、組成：核苷酸縮水核酸核 雜環(huán) 磷糖 堿基 酸CH2OHOHOHHO 核苷CH2OHBOHHOBOHHOOP OHOH