有机化学13氨基酸蛋白质a.ppt
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1、第十三章 氨基酸 多肽蛋白质,Amino acides Polypeptide Protein,13-1 氨基酸,氨基酸的结构、分类、命名氨基酸的化学性质氨基酸的制备,蛋白质是一类天然的含氮高分子化合物,是生物体内一切组织的基本组成部分生命的物质基础。结构最复杂的化合物。蛋白质的功能及其分子,各不相同:负责输送氧气的色蛋白(血红蛋白);在新陈代谢中起调节作用的激素;催化作用的酶;预防疾病的抗体;与生物遗传有关的核蛋白等。恩格斯说过:生命是蛋白质的存在形式。并预言:只要把蛋白质的化学成分弄清楚,化学就可以着手制造活的蛋白质。1956年我国首次成功地合成了具有生理活性的蛋白质牛胰岛素(16种共51
2、个氨基酸组成的多肽51肽),植物可以通过吸收空气和土壤中的CO2、H2O、NH3(N2)和无机盐类化合物合成氨基酸直至蛋白质。动物则需通过摄取植物蛋白,然后在体内分解成氨基酸,再进行合成体内特中的蛋白质。蛋白质是生物体内各种生物化学变化最重要的组分。生命的基本特征就是蛋白质的不断自我更新核酸是与蛋白质有着密切关系的另一类生物高分子化合物。生物体的遗传就是依靠核酸完成。在酸、碱、酶的作用下,蛋白质可水解成多种氨基酸的混合物。蛋白质分子是以氨基酸为单位结合而成。氨基酸是蛋白质的基石。,氨基酸的结构、分类、命名,在分子中既具有氨基,又具有羧基就叫做氨基酸。因此氨基酸既具有胺的化学性质,又具有羧酸的化
3、学性质,属取代酸范围。氨基酸分为-氨基酸、-氨基酸、-氨基酸等,其中-氨基酸最为重要。并且天然的氨基酸(除甘氨酸外)都具有旋光活性,构型属L型天然氨基酸目前已知的有100多种,但组成蛋白质的主要有20余种-氨基酸,其中15种中性氨基酸,2种酸性氨基酸,3种碱性氨基酸。有8种是人体不能合成,必须通过食物摄取得道的称为必需氨基酸。,一、氨基酸的分类和名名:根据氨基酸分子中氨基和羧基的数目分为中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。系统命名与羟基酸相同,但更多地使用俗名,且常使用代号。1.酸性氨基酸,2-氨基丁二酸 天门冬氨酸 asp,2-氨基戊二酸 谷氨酸 glu,2.碱性氨基酸,2,6-二氨基己酸
4、赖氨酸 lys,精氨酸 arg,组氨酸 his,3.中性氨基酸,氨基乙酸 甘氨酸 gly,2-氨基丙酸 丙氨酸 ala,3-甲基-2-氨基丁酸缬氨酸 val,4-甲硫基-2-氨基丁酸蛋氨酸 met,亮氨酸 leu,异亮氨酸 ile,脯氨酸 pro,2-氨基-3-羟基丁酸 苏氨酸 thr,色氨酸 trp,3-苯基-2-氨基丙酸苯丙氨酸 phe,2-氨基-3-羟基丙酸丝氨酸 ser,半胱氨酸 cys,酪氨酸 tyr,天门冬酰胺 asn,谷酰胺 gln,二、氨基酸的构型,天然的-氨基酸除甘氨酸外,-C原子都是手性碳原子。具有旋光活性,而且其构型是L-型。氨基酸构型的确定是以-C原子为标准。通过与乳酸
5、的构型相关联得到。如果以R/S构型标记法确定,则大多数天然氨基酸属S-型。但也存在R-型,如:半胱氨酸。,COOH,CH3,HO,H,COOH,CH3,H2N,H,L-乳酸,L-丙氨酸,L-苏氨酸,D-苏阿糖,苏氨酸是与D-苏阿糖相关联,但苏氨酸确定构型的手性碳是-C,因此,为L-型。,13.1.2 氨基酸的化学性质,因此氨基酸既具有胺的化学性质,又具有羧酸的化学性质。两性与等电点水合茚三酮反应脱水脱氨反应与金属成盐,-氨基酸都是无色晶体,易溶于水,熔点较高,熔化时易分解。属双官能团化合物。氨基和羧基相互影响,而产生一些特殊的性质。,一、两性与等电点(IP),两性离子pH=pI,阴离子pHpI
6、,阳离子pHpI,氨基酸分子中既含有碱性基-NH2,又含有酸性基-COOH。形成内盐以偶极离子形式存在。具有低挥发,高熔点,难溶于有机溶剂。在水中存在着两个平衡。,氨基酸具有两性,与强酸和强碱都能生成盐。但其酸式电离和碱式电离都很弱,例:甘氨酸pKa=1.610-10;pKb=2.510-12。而大多数的羧酸pKa10-5;脂肪胺pKb10-4。由于氨基酸中羧基和氨基的离子化程度(电离)并不相等,因此,中性氨基酸水溶液的pH值并不等于7(略小于7),在5.06.5之间;酸性氨基酸在2.73.2;碱性氨基酸:9.510.7。当氨基酸处于等电状态(所有的分子都以偶极离子形式存在),此时溶液的pH值
7、成为该氨基酸的等电点。氨基酸的溶解度最小,在电场中不移动。是氨基酸的物理常数p.283。,二、羧基反应:与有机羧酸性质相似。,OH-PCl5ROHNH3LiAlH4,成盐 RCHNH2COO-酰卤羧酸衍生物 酯 酰胺,-醇胺脱羧 RCH2NH2 伯胺,H+HNO2(CH3CO)2O氧化剂,成盐 RCHNH3COOHRCH-COOH+N2RCH-COOHRC-COOH RCCOOH,三、氨基反应:,+,R-CHCOOH,黄色,四、与甲醛的反应,氨基酸分子中的氨基与甲醛作用,使氨基的碱性消失。可用于氨基酸中羧基含量的测定。,NH2,R-CH-COOH+HCHO,N=CH2,R-CH-COOH+H2
8、O,NH2,R-CH-COOH+2 HCHO,N(CH2OH)2,R-CH-COOH,五、络合性质 与金属离子作用,用于鉴别分离,蓝色晶体,六、茚三酮反应,-氨基酸在碱性介质与茚三酮作用,生成蓝色或紫红色的物质。可用于-氨基酸的鉴别。脯氨酸不具有游离的氨基,不发生水合茚三酮反应,紫色,氨基和茚三酮反应,然后脱羧,生成西佛碱,水解后得到氨基茚二酮,再和一分子茚三酮反应得到紫色的化合物。,+H2O,茚三酮,水合茚三酮,+RCHO,紫色,受热脱水脱氨反应,与羟基酸加热分解相似,产物随基团的相对距离而定。-氨基酸脱水生成哌嗪-羟基酸脱氨气生成,-不饱和酸,-羟基酸脱水生成内酰胺,七、-氨基酸的颜色反应
9、:1.黄蛋白反应:芳香族氨基酸与浓硝酸作用,生成黄色沉淀。可用于鉴别苯丙氨酸、色氨酸。2.米伦反应:米伦试剂:Hg+HNO3(浓)Hg22+Hg2+HNO3 与酪氨酸反应,产生白色沉淀,加热后变红。,酪氨酸,氨基酸的制备,蛋白质水解卤代酸氨解丙二酸酯合成法哌嗪合成法,苯丙氨酸,13-2 多肽,-氨基酸可以与普通羧酸一样形成酰胺。一分子的-氨基酸的羧基与另一分子的氨基脱水,形成的酰胺化合物称为肽,肽分子中的酰胺键称为肽键。定义:-氨基酸分子间羧基与氨基失水,以酰胺键相连的化合物为肽(即含有多个氨基酸单元的聚合物)。根据肽分子中氨基酸的数目称为二肽、三肽、多肽等,天然多肽是由不同的-氨基酸单元组成
10、,与多糖化合物有截然不同的形式。淀粉、纤维素个是由单一的D-(+)-葡萄糖聚合而成的同多糖,是聚合程度不等的混合物。而多肽则完全不同,每一种多肽分子都有自己明确的分子量,且是由不同的氨基酸缩合而成。多肽和蛋白质没有明显的区别,一般将分子量超过10000的多肽称为蛋白质。多肽和蛋白质不仅组成的氨基酸单元较多、较复杂,并且其高级结构也相当复杂。与其生理活性密切相关。,一、肽链的结构:-氨基酸通过肽键相连形成肽链。在肽链中,一端具有的氨基-NH2,N-端;另一端存在自由的羧基-COOH,C-端。,多肽的结构、命名,甘-丙二肽,丙-甘二肽,C-端,N-端,其区别在N-端和C-的结构不同,既连接的顺序不
11、同。因此,两者是不同的物质。,二、多肽的命名:以多肽分子中的含游离羧基的C-端氨基酸为母体,其余的氨基酸将酸改为酰排列顺序从N-端开始,从左至右进行。,谷氨酰-半光胺酰-甘氨酸还原型谷胱甘三肽(GSH),氧化型谷胱甘三肽(GS-SG),谷胱甘三肽存在于大部分的细胞内,其氧化型和还原型很易转化。因此,在生物体中其氧化还原作用(电子的传递作用)。多肽在自然界中极为普遍它们在生物体内起着不同的作用。后叶催产素、增压素都是八肽;胰岛素是由胰脏分泌的一种51肽激素,是碳水化合物进行正常代谢的必需物质。在多肽分子中氨基酸之间以酰胺键相连成多肽长链,其他基团则为肽链上的侧链,酪胺酰-苯并胺酰-赖氨酰-天门冬
12、氨酰-丝氨酰-缬氨酰-丙氨酸 N-端 七肽 C-端,CH2,这些侧链的基团具有不同的性质:酸性基团、碱性基团;亲水基团、疏水基团。这些基团的存在对蛋白质和多肽的理化、生理性质产生影响,并对蛋白质的多肽长链形成一定的空间结构具有重要的作用。,多肽的结构的测定和端基分析,多肽的化学性质与氨基酸相同。因为,太分子中具有游离的氨基和羧基,可分别发生反应。由于多肽具有的严格而精细的分子结构,因此,每一种多肽具有固定的分子量可供精确测定。进而水解测定其组成的氨基酸种类和数量(氨基酸的定性、定量分析)。最困难和复杂的是:多肽分子中氨基酸的连接顺序的测定。现代的分析仪器的发展,使这些工作大大加快。一般的方法原
13、理如下:,一、端基分析:对多肽链中的N-端(游离的氨基)和C-端(游离的羧基)进行确定。然后逐步向链中间进行,直至全部测得连接顺序。1.2.4-二硝基氟苯法(桑格法):2.4-二硝基氟苯(DNFB)于多肽链中游离的氨基作用,生成2.4-二硝基苯基(DNP)衍生物,在酸中水解测定。主要缺点:当水解分离DNP-N-端氨基酸时,整个多肽链发生全部水解。,F,NHCH-COOH+其他各种氨基酸,DNP-N-端氨基酸,2.异硫氰酸苯酯法(爱德曼降解法):异硫氰酸苯酯与N-端氨基酸反应,生成苯基硫脲衍生物。在有机溶剂中,用无水HCl处理,N-端氨基酸以咪唑衍生物形式从肽链上断裂。用萃取法分离。肽链区域部水
14、解,得到一个新的N-端,继续测定。,咪唑衍生物,肽链的剩余部分,应用此法,1950年成功测定了40个N-端氨基酸。现已制成测定仪,曾对肌红蛋白(153肽)的结构进行了N-端前60个氨基酸的鉴定。,3.C-端-A-羧酸多肽酶法:该酶是催化C-端氨基酸水解的特效酶。只水解带游离羧基的C-端氨基酸,肽链的其余部分不变。二、部分水解法:上述的端基分析法,一步只能测定一个氨基酸,测定周期长。因此,往往结合部分水解法,对一个多肽链进行同时鉴定。选择特定的蛋白酶,对多肽链进行部分水解催化。例:糜蛋白酶只能打断苯丙氨酸、色氨酸及酪氨酸羧基上的肽键;胰蛋白酶可打断精氨酸及赖氨酸羧基上的肽键;胃蛋白酶打断苯丙氨酸
15、、酪氨酸及色氨酸氨基上的肽键。为多肽结构测定提供更多的信息和便利。,例:有一寡肽甲经测定组成为六种九个氨基酸。分别是:丙氨酸;2甘氨酸;赖氨酸;3苯丙氨酸;丝氨酸;缬氨酸。端基分析知:C-端为苯丙氨酸;N-端为甘氨酸。经部分水解得甲1和甲2两部分,甲1完全水解得2甘氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸;甲2得丙氨酸、赖氨酸、2苯丙氨酸、丝氨酸。甲1部分水解得:(甘缬)、(苯丙缬)、(苯丙甘);甲2部分水解得:(赖丝)、(丙赖)、(苯丙丝)。写出甲的可能结构。解:N-端为甘氨酸;C-端为苯丙氨酸甲1:甘、甘、苯丙、缬;甲2:丙、赖、苯丙、苯丙、丝 甘-缬-苯丙-甘 丙-赖-丝-苯丙-苯丙 或 甘-苯丙-缬-甘
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