chapt-19-氨基酸、多肽、蛋白质和核酸

1、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, Peptides Proteins and Nucleic acids 蛋白质蛋白质: 含氮的天然高聚物含氮的天然高聚物,生物体内一切组织的基本组成部分生物体内一切组织的基本组成部分 除水外除水外,细胞内细胞内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

2、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: 一、氨基酸一、氨基酸 H2N COOH R CH 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。 COOH CH2SH HH2N CHO CH3 HHO COOH R HH2N L甘甘油油醛醛 L氨基酸 20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 5.98 I、中性、中性

3、NH2 C H COOH NH2 CH(H3C)2HCCOOH NH2 CHC2H5HCCOOH CH3 NH2CH2COOH CH3 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 5.6 NH2 CH COOH(H3C)2HCH2C NH2 CH COOHC6H5H2C NH2 CH COOHHSH2C NH2 CH COOHH3CHC OH 谷酰胺谷酰胺 Gln 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

4、氨酸 Met 5.74 丝氨酸丝氨酸 Ser 5.68 O H2NC(CH2)2CHCOOH NH2 O H2NC CH2CHCOOH NH2 CH3S(CH2)2CHCOOH NH2 HOCH2CHCOOH NH2 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 2.77 II 酸性酸性 N H COOH CH2CHHOCOOH NH2 N H CH2CH COOH NH2 HOOC CH2CH COOH NH2 结构结构 名称名称 缩写缩写 等电点等电点 谷氨酸谷氨酸 G

5、lu 3.22 III 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 (*为必需氨基酸为必需氨基酸,人体内不能合成人体内不能合成,只能从食物中得到）只能从食物中得到） HOOC(CH2)2CH COOH NH2 H2N(CH2)4CH COOH NH2 C-NH(CH2)3CH COOH NH2 H2N NH N HN CH2CH NH2 COOH 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: H2

6、N H C COOH R HCl H3N H C COOH R H2N H C COO-Na+ R NaOH H3N H C COO R 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值值,可得不同电荷可得不同电荷 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 CHCOO R O C ClC6H5 酰基化 NH H C COOH R C6H5C O ROH 酯化 H

7、2N H C COOR R R CH NH2 COOH HNO2 R CH OH COOH + N2 + H2O 紫色物质紫色物质,用于用于氨基酸氨基酸 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 CH NH2 COOH O O OH OH + 2H2O O O O O N H CH R N CHCOOH R CO2 O O N CH2 R O O NH2 H RCHO + O O OH OHO O N H O O O O N O O H H2O 4. 与与Sangers试剂的反应试剂的反应 5. 脱羧反应脱羧反应 R H C NH2 COO

8、HRCH2NH2 6. 脱水缩合反应脱水缩合反应 R H C NH2 COOH2 -2H2O HC HN C CH NH C O O R R NO2 FNO2H2NCHCOOH R + NO2 O2NNHCCOOH R HF 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: RCHO OH RHC CN NH3NH2 RHC CN H2O NH2 RHC COOH NH4Cl KCN 2、 卤代酸的氨解卤代酸的氨解: CH3CH2CHCOOH Br 3 + NH3 CH3(CH2)3CHCOOH

9、 NH2 合成氨基酸常用此法 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、由丙二酸酯合成、由丙二酸酯合成: 例例: COOEt CH2 COOEt + HNO2 COOEt C COOEt NOH H2 / Pt 醋酐 COOEt HC COOEt NH CCH3 O NK O O + R CHCOORXN O O CHCOOR R NaOH/H2O COONa COONa + R CHCOOHH2N + ROH Or NH2NH2 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: NK O O N O O CH COOEt COOEt ClCH2CH2SCH3

10、 N O O C COOEt COOEt CH2CH2SCH3 NaOH CHCH2OOH NH2 CH3SCH2CH2 50% ,蛋酸 BrCH(COOEt)2 HCl 4、DL-氨基酸的拆分氨基酸的拆分: 合成外消旋氨基酸合成外消旋氨基酸,用酶拆分是重要的方法之一用酶拆分是重要的方法之一 例例: NH2 O H3CC O 2 DL- CH3)2CHCH2CHCOOH NHH3CC O 水解酶 D乙酰亮氨酸 L亮氨酸 CHCH2CHCOOH DL- H3C H3C 5. 氨基酸的立体选择性合成氨基酸的立体选择性合成 PPh2 PPh2 PP (S,S)-Et-DuPhos Et Et Et

11、Et Fe PPh2 PPh2 CHEt2 CHEt2 (S,S)-FerroPHOS R NHAc R NHAc COOHCOOH L*-Rh(I), H2 R L * ee % 构型 H (S)-BINAP 98 R H (S,S)-Et-DuPHOS 99.4 S Ph (R,R)-FerroPHOS 99.9 R Ph (R)-BINAP 100 S (R)-BINAP 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

12、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 O CNH 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由哪些氨基酸组成的,每种有多少个每种有多少个? 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? (2)顺序： 多肽 6N HCl 110（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 小肽小肽,然后分析然后分析. 如如: HN CH R C

13、O NH CH C O R 精、赖氨酸 胰酶 HN CH R C O NH CH C O R 色、酪、苯丙 麋蛋白酶 HN CH R C O NH CH C O R 色、酪、苯丙 胃蛋白酶 测测 N 端端 : （1）桑格）桑格(Sangers)试剂法试剂法 缺点缺点:只能测只能测 N 端一个氨基酸端一个氨基酸 FO2N NO2 + H 2N CH R C O NH CH C O R O2N NO2 HN CH R C O NH CH C O R H2O H O2N NO2 NHCH R COOH O + NH2CH COOH O R + 黄色，分开鉴定 （b) 端基测定端基测定: H2N CH

14、 C O R HN CH C O R1 HN CH C O R2 HN CH C O R3 HN CH COOH O Rn N端 C 端 （2）、）、Edman 水解水解: 异硫睛酸苯酯异硫睛酸苯酯（ ） N C SC6H5 N C SC6H5 + H 2N CH R C O NH CH C O R NHC6H5C S HN CH R C O NH CH C O R HCl N C CH NH C O C6H5 S R +NH2CH C O R 层析分离，与标准 样品对照，确定 CH R COOH 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 测测C端端: （1）、羧基多

15、肽酶法）、羧基多肽酶法: HN CH R C O NH CH COOH O R H2O 羧基多肽酶 HN CH R COOH O + NH2CH COOH O R 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 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COOH COOCH3 H2O，OHH COOH COOC2H

16、5H2O，OH H COOH CHOOCH2C6H5 H2O，H （更常用 ） H2 ,Pd/C COOH + C6H5CH3 OH 2. NH2的保护的保护: O CC6H5CH2OCl O C(H3C)3CON3 O CC6H5CH2ONH O C(H3C)3CONH H2 / Pd C6H5CH3 + R CHCOOHHOOCNH HCl C(CH3)3 R CHCOOH +HOOCNH -CO2 -CO2 HOOCHC NH2 R HOOCHC NH2 R CHCOOH R NH2 3. COOH 的活化和缩合的活化和缩合 C6H5CH2OCONHCHCOOH R +N C N C6H

17、5CH2OCONHCHCOO R C NH N (1) (1) + H2NCHCOOCH2C6H5 R C6H5CH2OCONHCHCO R NHCHCOOCH2C6H5 R H2, Pd/C NH2CHCONHCHCOOH RR NH C O NH+ 4 多肽的固相合成多肽的固相合成 Cl + HO NHBoc O R NaOH O O NHBoc R H2, Pd/C O O NH2 R A NHBoc O R O O N H R O R NHBoc A= 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

18、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、结构一、结构:四级结构四级结构 1、氨基酸组成和顺序、氨基酸组成和顺序、 2、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、同一根多肽链形成螺旋状,某些部分还折叠起来某些部分还折叠起来,链链 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 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,同电排斥同电排斥,隔开不粘合。隔开不粘合。 2、蛋白质的变性、蛋白质的变性: 一、二级结