化学竞赛培训课件 有机化学 氨基酸

第22章氨基酸、蛋白质和多肽weijunfa蛋白质是构成生物体的基本物质。图为电子显微镜下的蛋白质。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除水外，细胞内80％都是蛋白质,人类的主要营养物质之一。

酶(球蛋白)——机体内起催化作用激素(蛋白质及其衍生物)——调节代谢血红蛋白——运输O2和CO2

抗原抗体——免疫作用在生命现象中起重要的作用：蛋白质、碳水化合物和脂肪是人赖以生存的三要素，是维持生命所不可缺少的物质。一.氨基酸的结构和命名二.氨基酸的性质三.α–氨基酸的合成四.多肽五.蛋白质1、氨基酸：羧酸分子中烃基上的氢被氨基取代生成的化合物。α–氨基酸天然氨基酸主要是α–氨基酸。2、肽：α–氨基酸分子中的羧基与另一分子α–氨基酸的氨基生成的酰胺。

3、多肽：多个α–氨基酸分子用肽键连接而生成的化合物。肽键谷半胱甘肽4、蛋白质：由多种α–氨基酸用肽键连接起来的、分子量很大的多肽。水解时生成α-氨基酸的混合物。

一.氨基酸的结构和命名1、分类：

(1)根据氨基和羧基的相对位置不同，可分为α、β、γ或δ–氨基酸。组成蛋白质的几乎都是α–氨基酸。自然界存在的α–氨基酸（天然氨基酸）目前已知有一百多种，但组成蛋白质氨基酸的仅有二十多种。(2)根据分子中氨基和羧基个数，可分为：中性氨基酸：氨基和羧基数目相等。酸性氨基酸：羧基数目大于氨基数目。碱性氨基酸：氨基数目大于羧基数目。2、氨基酸的结构由蛋白质获得的氨基酸，除甘氨酸外，分子中的α-C都是手性碳。氨基酸构型习惯用D、L标记，主要看α–位手性碳，NH2在右为D-型，NH2在左为L-型。它们与L-甘油醛之间的关系如下：

自然界存在的氨基酸一般都是α–氨基酸，而且是L–型。含一个不对称碳原子的α-氨基酸大多为S-型。注意：用D,L标记法表示氨基酸的构型，是以距羧基最近的手性碳原子为标准。思考：判断下列氨基酸的相对构型。二、氨基酸的性质

物性、物态：

α－AA均为无色晶体，易溶于水，难溶于有机溶剂，m.p较高（同时分解）。旋光性：

除甘氨酸外，所有天然存在的α－AA都含有*C，且*C的构型均为L－型（若以R/S法标记，则为S－型）。化性：

①分别具有－NH2、－COOH的性质；√②－NH2、－COOH的相互影响，两性、等电点；③特殊反应。成盐成酰氯成酯成酰胺还原成盐与亚硝酸反应与甲醛反应酰化烃基化1、两性(2)氨基酸本身就可以形成内盐(两性离子)。(1)氨基酸与强酸强碱都能成盐。氨基酸的高熔点(实际为分解点)、难溶于非极性有机溶剂等性质说明氨基酸在结晶状态是以正负离子存在的。(3)氨基酸在水溶液中能形成如下的平衡：(1)中性氨基酸水溶液的pH是否等于7？为什么？(2)正负离子的量是否相等？思考？-COO-结合质子的能力与-NH3+

给出质子的能力不是完全相同的。通常，-NH3+给出质子的能力＞－COO-

结合质子的能力。

因此，中性氨基酸水溶液的pH一般略小于7；负离子的量对于正离子的量。怎样使正负离子的量相等？思考？Method：往体系中加酸，抑制-NH3+

给出质子。(4)等电点：在氨基酸中，正、负离子相等时溶液的pH是该氨基酸的等电点。这时分子的净电荷为零。中性氨基酸的等电点：pH=6.2~6.8酸性氨基酸的等电点：pH=2.8~3.2碱性氨基酸的等电点：pH=7.6~10.8特点2：等电点是每一种氨基酸的特定常数，氨基酸不同，等电点不同。所以可以通过测定氨基酸的等电点来鉴别氨基酸。特点3：在等电点时，向阳极移动和向阴极移动的离子彼此抵消(即没有净的迁移)，或者说，电场中不显示离子的迁移。特点1：氨基酸在等电点时，溶解度最小。利用等电点，可分离各种不同的氨基酸。2、酯化：

α-氨基酸可以用一般方法酯化得到氨基酸酯盐酸盐。3、酰化：在碱性溶液中进行，这时氨基以游离形式存在。4、氧化脱胺

α-氨基酸的水溶液用水合茚三酮处理时呈紫色。在反应中α-氨基酸α-碳原子氧化成醛同时脱去氨基。思考？三、α-氨基酸的合成1.α

-卤代酸的氨解

：亲核取代法(羧酸出发)

氨基酸的合成实质上就是在羧酸的

-位引入一个氨基的过程，可归结为亲核取代和亲核加成两种基本方法。

该方法产率低，操作复杂，应用面较窄，目前丙氨酸可用该法合成：

2.Strecker法——亲核加成法(醛酮出发)3.Gabriel法——亲核取代法

4、Gabrial法：邻苯二甲酰亚胺丙二酸二乙酯法5.乙酰氨基丙二酸二乙酯法

在邻苯二甲酰亚胺丙二酸二乙酯的基础上，发展了乙酰氨基丙二酸二乙酯法合成氨基酸，而且这种中间产物具有较小的空间阻碍，对合成是非常有利的。

肟亚硝基丙二酸脂乙酰氨基丙二酸酯四、多肽

多肽与蛋白质之间没有明显的界限，一种区分方法是以能透过一种天然的渗析膜的定为多肽的上限，相当于分子量10000左右，含100个氨基酸基的多肽。有时把含50个以上氨基酸基的多肽成为蛋白质。蛋白质是分子量大的肽，部分水解时能生成多肽。书写多肽的化学式，一般把有胺基的一端（N-端）写在左边，有羧基的一端（C-端）写在右边。多肽和氨基酸一样，也是两性离子。1、多肽的分类和命名

肽——α-AA分子间失水，以酰胺键、肽键相连而成的化合物。(1)由两个α-AA分子间失水而成的肽称为二肽；(2)由三个α-AA分子间失水而成的肽称为三肽；(3)由多个α-AA分子间失水而成的肽称为多肽。组成多肽的α-AA可以相同，也可不同。

例如，由甘氨酸和丙氨酸所形成的二肽A与B结构不同，是不同的化合物。

A：N端——甘氨酸，C端——丙氨酸；

B：N端——丙氨酸，C端——甘氨酸。2、多肽结构的测定(自学)

为了确定肽的结构，通常必须进行如下测定：①组成肽的氨基酸的种类；②每种氨基酸的数目；③这些氨基酸在肽链中的排列顺序。

(1)肽的水解(2)氨基酸顺序的测定

A．部分水解法：

B．端基分析法：

用特殊试验鉴定肽链的C-端或N-端。端基分析有酶解法和化学法。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·色肽

3、多肽的合成(自学)

(1)传统合成

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。(2)固相合成和组合合成

固相合成的一般方法：1、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。2、盐析

向蛋白质溶液中加入无机盐（如(NH4)2SO4、MgSO4、NaCl等），蛋白质可从溶液中析出。盐析为可逆过程。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。五.蛋白质3、两性和等电点4、变性

蛋白质受热、紫外线及某些化学试剂(如HNO3、Cl3CCOOH、苦味酸、单宁酸、重金属盐Cr3+、Hg2+、As3+等)作用时，蛋白质的结构、性质发生变化，失去生理活性。如煮鸡蛋、生皮鞣制等。

蛋白质的变性一般为不可逆的。

5、蛋白质的颜色反应与水合茚三酮兰色与硫酸铜碱性溶液紫色蛋白质的一级、二级、三级、四级结构又统称为空间结构，指的是蛋白质分子中原子和基团在三维空间的排列和分布。一级结构：表示的是组成蛋白质分子的氨基酸残基排列顺序。各种蛋白质的生物活性首先是由一级结构决定的。二级结构：是指蛋白质分子局部在空间的分布关系。多肽链中相互靠近的氨基、羧基的构象关系。借助氢键来维持其稳定性。α－螺旋β－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。

很多蛋白质常常是在分子链中既有α-螺旋，又有β-折叠，并且多次重复这两种空间结构：三级结构：在二级结构的基础上再进一步卷曲、褶叠、盘绕。(多条肽链扭成“麻花”。)

蛋白质的三级结构是其他次级键，如－S－S－（二硫键）、离子键、氢键、疏水键、支链等，共