有机化学---第19章 氨基酸_蛋白质_核酸.ppt

1,第十九章 氨基酸、蛋白质和核酸,一、氨基酸 结构、命名、制法、性质 二、多肽 分类、命名、结构测定、合成 三、蛋白质 四、核酸,2,第一节 氨基酸（Amino Acid）,一、分类、命名和构型 氨基酸：羧酸分子中烃基上一个或几个氢原子被氨基取代所形成的化合物。,1、分类 按氨基和羧基的相对位置可分为-氨基酸、-氨基酸、-氨基酸等*。 按分子中氨基和羧基的数目分为中性氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸*。,3,2、命名 氨基酸可以系统命名法来命名，以羧酸为母体，氨基视为取代基； 多按其来源或性质而以俗名称之。,2-氨基乙酸 -氨基乙酸 甘氨酸 甘(gly),-氨基丙酸 丙氨酸 丙(ala),-氨基戊二酸 谷氨酸 谷(glu),4,3、构型 用D-L标记法表示在费舍尔投影式中氨基位于横键右边的为D型，位于左边的为L型。,D型,L型,蛋白质水解所得-氨基酸，除甘氨酸无旋光性外，其它均为L构型或S型。,5,二、氨基酸的性质 -氨基酸均为无色晶体，易溶于水而难溶于有机溶剂；熔点较高。,1、氨基酸的酸碱性两性与等电点 （1）两性,偶极离子,负离子,正离子,6,（2）等电点 在氨基酸水溶液中加入酸或碱，致使羧基和氨基的离子化程度相等（即氨基酸分子所带电荷呈中性处于等电状态）时溶液的pH值称为氨基酸的等电点。常以pI表示。 注意： 等电点不是中性点，且氨基酸结构不同，等电点也不同： 酸性氨基酸的等电点2.83.2；中性氨基酸的等电点5.66.3；碱性氨基酸的等电点7.610.8。,7,2、氨基酸氨基的反应,（1）氨基的酰基化 氨基酸分子中的氨基能酰基化成酰胺。,（2）氨基的烃基化 氨基酸与RX作用则烃基化成N-烃基氨基酸。,8,（3）与亚硝酸反应,应用：测定N2的体积从而计算氨基酸中氨基的含量。 （4）与水合茚三酮反应,应用：是鉴别-氨基酸灵敏的方法。,蓝色或紫红色,9,3、氨基酸羧基的反应,羧基的反应主要包括生成酰氯、酯、酐、酰胺*及失水（分子内或分子间失水，与羟基酸相似)的性质。,10,三、氨基酸的制备,氨基酸的制取主要有：蛋白质水解和有机合成法。 氨基酸的合成方法主要有三种： 1、由醛制备 醛在氨存在下加氢氰酸生成-氨基腈，后者水解生成-氨基酸。,11,此法有副产物仲胺和叔胺生成，不易纯化。因此，常用盖布瑞尔法（见P320页）代替上法。,2、-卤代酸的氨解,盖布瑞尔法生成的产物较纯，适用于实验室合成氨基酸。,12,3、由丙二酸酯合成 此法应用的方式多种多样，其基本合成路线是：,D，L-苯丙氨酸,应用：合成其他方法难以得到的-氨基酸，如甲硫氨酸（蛋氨酸）。,13,第二节 多 肽(Peptides),一、多肽的组成和命名 1、肽和肽键 一分子氨基酸中的羧基与另一氨基酸分子的氨基脱水而形成的酰胺叫做肽，其形成的酰胺键称为肽键。,由n个氨基酸分子缩合而成的肽称为n肽，由多个氨基酸分子缩合而成的肽统称为多肽。 一般把含100个以上氨基酸的多肽（有时是含50个以上）称为蛋白质。,14,无论肽链有多长，在链的一端有游离的氨基(-NH2)，称为N端；另一端有游离的羧基(-COOH)，称为C端。,2、肽的命名,根据组成肽的氨基酸的顺序称为“某氨酰(基)某氨酰某氨酸”（简写为“某某某”）。,丙氨酰丝氨酰苯丙氨酸,丙丝苯丙,15,二、多肽结构的测定*,多肽结构测定工作步骤如下： 1、测定分子量 2、氨基酸的定量分析,3、末端分析（测定N端和C端） （1）测定N端 a）2,4- 二硝基氟苯法桑格尔法(Sanger-英),16,此法的缺点是所有的肽键都被水解掉了。,b）异硫氰酸苯酯(Ph-N=C=S)法艾德曼降解法(Edman),17,（2）测定C端 羧肽酶水解法*,4、肽链的选择性断裂及鉴定 对于肽链较长的多肽，需先将其进行部分水解分解成较短的肽链，再进行末端分析，从而推断出多肽中各氨基酸的排列顺序。,18,三、多肽的合成,要使各种氨基酸按一定的顺序连接起来形成多肽是一项十分复杂的化学工程，需要解决许多难题，最主要的是要解决以下几个问题： 保护-NH2或-COOH 活化反应基团（活化-NH2或-COOH）* 生物活性 保护羧基: 将其转变为酯进行保护。 保护氨基： 与氯甲酸苄酯作用。,19,第三节 蛋 白 质（Proteins）,一、蛋白质的分类 1、根据蛋白质的形状或溶解度分类 （1）纤维状蛋白质 如丝蛋白、角蛋白、肌蛋白等； （2）球状蛋白质 如蛋清蛋白、酪蛋白、血红蛋白、-球蛋白（感冒抗体）等。 2、根据组成分类 （1）单纯蛋白质 其水解最终产物是-氨基酸； （2）结合蛋白质 -氨基酸 + 非蛋白质（辅基）,20,3、根据蛋白质的功能分类 （1）活性蛋白 按生理作用不同又可分为：酶、激素、抗体、运输蛋白等。 （2）非活性蛋白 担任生物的保护或支持作用的蛋白，但本身不具有生物活性的物质。,21,二、蛋白质的性质,1、两性及等电点 多肽链中有游离的氨基和羧基等酸碱基团，具有两性。,2、溶液性质,蛋白质分子量高，其溶液具有亲水胶体的性质，不能透过半透膜。据此可分离、提纯蛋白质。,= pI,22,3、盐析,可逆沉淀,不同蛋白质盐析时所需盐的最低浓度不同，据此可分离蛋白质。,4、蛋白质的变性不可逆沉淀 蛋白质与重金属盐作用，或在蛋白质溶液中加入有机溶剂（如丙酮、乙醇等）则发生不可逆沉淀。 蛋白质在一定外界环境影响下，复杂结构发生变化而沉淀出来的现象称为蛋白质的变性。,23,变性条件： 物理因素：干燥、加热、高压、振荡或搅拌、紫外线、X射线、超声波等。 化学因素：强酸、强碱、重金属盐、尿素、生物碱试剂（三氯乙酸、乙醇等等）。 变性后的特点： 丧失生物活性； 溶解度降低； 易被水解（对水解酶如蛋白酶的抵抗力减弱）。,24,变性作用的利用： 消毒、杀菌； 点豆腐； 肿瘤的治疗（放疗杀死癌细胞）； 变性作用的防治： 人体衰老（缓慢变性）； 防止紫外光灼伤皮肤； 低温保存生物试剂。,25,5、蛋白质的颜色反应,（1）缩二脲反应 蛋白质与新配置的碱性硫酸铜溶液反应，呈紫色，称为缩二脲反应。 （2）蛋白黄反应 蛋白质中有含苯环的氨基酸，遇浓硝酸发生硝化反应而生成黄色硝基化合物的反应称为蛋白黄反应。 （3）水合茚三酮反应 蛋白质与水合茚三酮溶液共热，即呈现蓝色。,26,三、蛋白质的结构,1、蛋白质的一级结构 由各种氨基酸按一定的排列顺序结合而形成的多肽链（50个以上氨基酸）称为蛋白质的一级结构。 2、蛋白质的二级结构 多肽链中互相靠近的氨基酸通过氢键的作用而形成的多肽在空间的排列（构象）称为蛋白质的二级结构。,氨基酸的排列顺序,蛋白质的空间构象*,27,3、蛋白质的三级结构* 由蛋白质的二级结构在空间盘绕、折叠、卷曲而形成的更为复杂的空间构象称为蛋白质的三级结构。,4、蛋白质的四级结构* 由一条或几条多肽链构成蛋白质的最小单位称为蛋白质亚基，由几个亚基借助各种副键的作用而构成的一定空间结构称为蛋白质的四级结构。,28,第四节 核 酸 简 介,一、核苷酸和核苷,核酸是链状高分子链，其结构单元是核苷酸； 核酸主要以核蛋白形式存在于生物体中；核蛋白为结合蛋白，辅基是核酸。,29,1、核糖和2-脱氧核糖,核糖,2-脱氧核糖,核酸,核糖核酸（RNA),脱氧核糖核酸（DNA),30,2、碱基 核苷酸中的碱基(杂环碱)主要有五种，都是嘧啶碱或嘌呤碱的衍生物。它们是：,胞嘧啶 C,尿嘧啶 U,胸腺嘧啶 T,鸟嘌呤 G,腺嘌呤 A,31,（2）2-脱氧核苷（由DNA水解而得）,3、核苷 戊糖和杂环碱形成的苷叫做核苷。 （1）核苷（由RNA水解而得）,32,4、核苷酸 核糖C5上的羟基与磷酸酯化得到核苷酸。,核苷酸碱性水解，即失去磷酸生成核苷。,33,二、核酸的结构 核酸是由许多核苷酸单元通过磷酸酯键在戊糖的3位上联接而成的高分子化合物。,1、核酸一级结构,34,3、核酸的三级结构 核酸的三级结构是在二级结构的基础上进一步紧缩、扭曲成闭链状环或开链状环以及麻花状的一定空间关系的结构。,2、核酸的二级结构* DNA的二级结构为右手双股螺旋结构。,35,三、核酸的生理功能,根据在蛋白质合成中所起的作用，RNA分为三类： 1、信使核酸（mRNA） 传递DNA的遗传信息，合成模板； 2、核糖体核酸（rRNA） 合成蛋白质的场所； 3、转移核糖核酸（tRNA） 搬运工具。,36,本章小结 一、氨基酸(Amino Acid)* （一）结构特点 （二）20种基本-氨基酸 （三）氨基酸的特性 （四）氨基酸的合成与拆分 二、肽 (Peptides) 三、蛋白质 (Proteins) 四、核酸简介,37,38,2. 碱性氨基酸,分子中NH2和COOH的数目相等。,分子中NH2数目 COOH数目。,3. 酸性氨基酸,分子中COOH数目 NH2 数目。,1. 中性氨基酸,39,羧基的反应,40,牛胰岛素是由51个AA组成。,41,酶解法：,用羧肽酶处理多肽，水解只发生在C-端；用氨肽酶处理多肽，水解只发生在N-端； 例如，某三肽结构的测定：,因此，原三肽是：半胱赖色,42,采用保护羧基，活化氨基的方法也可合成多肽。 此法操作步骤繁琐，需经多次分离提纯，最后产率不高。 1965年，中国科学家首次合成牛胰岛素。,43,螺旋：肽链呈右手螺旋状。 每圈3.6个AA单位，螺距0.54nm。,44,折叠片：肽链伸展在褶纸形的平面上，相邻的肽链又通过氢键缔合。,45,很多蛋白质常常是在分子链中既有-螺旋，又有-折叠，并且多次重复这两种空间结构：,46,三级结构：在二级结构的基