氨基酸、多肽、蛋白质和核酸.ppt

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1、第十八章 氨基酸、多肽、蛋白质和核酸,诺贝尔化学奖不“化学”,沃尔夫冈泡利，泡利不相容原理，1945年诺贝尔物理学奖。欧内斯特卢瑟福，被誉为“原子核物理学之父”，因“对元素蜕变以及放射化学的研究”获1908年诺贝尔化学奖。,Arieh：“我用1分钟简介我的研究。内塔尼亚胡(以色列总理)听懂了，然后他说从现在起，他会逼他的部长们在1分钟内把话说完。”,研究出计算机仿真方法，用来了解与预测化学反应过程,借助计算机的力量模拟分子反应。反应系统核心的计算基于量子物理学；远离反应核心区域的地方，模型计算则基于经典物理学；在最外的几层，原子和分子甚至混合在一起，形成同质的物体。,化学家在计算机上进行实验，

2、获得的理论结果被现实中的实验证实，之后又产生了新的线索，引导我们去探索原子世界工作的原理。,主要内容,掌握：1、氨基酸的分类和命名2、氨基酸的结构、性质与合成熟悉：多肽的结构与合成；了解：蛋白质的组成与空间结构,蛋白质、碳水化合物、脂肪(甘油醇的脂肪酸酯)是人所需营养中的三种要素。,一、氨基酸的结构、名称和物性,羧酸分子中烃基上的一个或几个氢原子被氨基取代生成的化合物叫氨基酸。,1、定义,按氨基与羧基的相对位置分：-氨基酸，-氨基酸按氨基与羧基的数目来分：中性氨基酸酸性氨基酸（如谷氨酸）碱性氨基酸（如赖氨酸）,2、分类,3、氨基酸的构型和存在形式,氨基酸的碳原子（除甘氨酸外）都是手性碳原子。其

3、构型的表示方法与糖一样，用D或L表示。每个氨基酸都有俗名，并都用一个缩写符号表示。,构型（用D、L表示）,-氨基酸通式 L型-氨基酸 D型-氨基酸 L-甘油醛,除甘氨酸，天然-氨基酸都是有旋光的，而且都是L型的。,存在形式：氨基酸都以偶极离子的形式存在。,组氨酸,谷氨酸,丙氨酸,物 理 性 质大部分的氨基酸在水中有一定的溶解度；酸性的氨基酸在水中的溶解度较差；氨基酸在200度以下都是稳定的；氨基酸的pKa为2左右；每一个光学纯的氨基酸都有旋光值。,八个必需氨基酸,缬氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,苯丙氨酸,苏氨酸,蛋氨酸,赖氨酸,色氨酸,假设来一两本邪书：假-甲硫氨酸（蛋氨酸）、设-色氨酸、来-赖氨酸

4、、一-异亮氨酸、两-亮氨酸、本-苯丙氨酸、邪-缬氨酸、书-苏氨酸,总述：具有胺和羧酸的共性。,二、氨基酸的物理和化学性质,一个氨基酸总可以找到一个pH值，在该pH值下，正、负离子的浓度完全相等，此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。将此时的pH值称为该氨基酸的等电点。,1、等电点,中性氨基酸的等电点：pH=6.26.8 酸性氨基酸的等电点：pH=2.83.2 碱性氨基酸的等电点：pH=7.610.8,不同的氨基酸有不同的等电点，所以可以通过测定氨基酸的等电点来鉴别氨基酸。,等电点时，以两性离子形式存在的氨基酸浓度最大（在水溶液中），氨基酸的

5、总溶解度最小。,？,两性离子，由于偶极之间存在较强的静电引力，所以有定向排列的趋势。即每个两性离子可能被数个两性离子所包围。这样就减弱了极性基团 NH3+和-COO-与水分子之间的作用，-COO-也难以与水接触并形成氢键，溶剂化作用降低。另外,两性离子本身偶极之间的静电引也使得NH3+和-COO-与水分子之间的作用减弱，所以等电点时氨基酸溶解度最低。,2.反应,酯化酰化,-2H2O,-H2O,谷氨酸,焦谷氨酸,（2）与茚三酮的反应,凡是有游离氨基的氨基酸都可以和茚三酮发生呈紫色的反应。,茚茚三酮 水合茚三酮,+,紫色,-CO2，-RCHO,-3H2O,互变异构,（3）氨基酸金属盐络合物的形成,

6、金属上有空轨道，N上有未共用电子对！,氨基酸金属盐络合物具有很好的结晶形状,该反应可用来沉淀和鉴别某些氨基酸。,1、赫尔-乌尔哈-泽林斯基-溴化法2、斯瑞克合成法-醛的氨氰化法3、盖布瑞尔法4、丙二酸酯法,三、氨基酸的合成,改进方法：用NH4CN or NH4Cl+KCN代替HCN+NH3应 用：合成比原料醛多一个碳的氨基酸,氨基酸的来源：（1）天然产物酸性水解（2）微生物发酵法（3）化学合成法,1、斯瑞克合成法-醛的氨氰化法,RCHO+HCN+NH3,H3+O,应用盖布瑞尔法可以制备很纯的氨基酸。,2、赫尔-乌尔哈-泽林斯基-溴化法,RCH2COOH,NH3,Br2,PBr3,在封管或高压釜

7、内进行,3、盖布瑞尔法,H3O+,盖布瑞尔示例：溴代丙二酸酯法,CH2(COOEt)2,BrCH(COOEt)2,ClCH2CH2SCH3,HCl,Br2 CCl4,Na,NaOH,蛋氨酸（50%）,烷基化,谷氨酸的合成,工业多采用发酵法制备,4、丙二酸酯法,H2/Pt,醋酸,一个氨基酸的羧基与另一分子氨基酸的氨基通过失水反应，形成一个酰胺键，新生成的化合物称为肽，肽分子中的酰胺键叫肽键。二分子氨基酸失水形成的肽叫二肽，多个分子氨基酸失水形成的肽叫多肽。,四 多肽的定义、命名及合成,（一）定义,（二）命名,甘氨酸丙氨酸亮氨酸,产物三肽的名称为：甘氨酰-丙氨酰-亮氨酸（甘-丙-亮）（Gly-Al

8、a-Leu）,-2H2O,肽键,C-端,N端,一 氨基的保护二 羧基的保护三 接肽方法 碳二亚胺法、固相接肽,（三）多肽的合成,保护基必须具备的条件（1）易在预定的部位引入（2）在某特定的条件下，保护基很易除去（3）引入和除去保护基时，分子中的其它部位 不会受到影响，特别是已接好的肽键。,多肽合成必须解决下面四个问题1.氨基保护 2.羧基保护 3.侧链保护 4.接肽方法,C6H5CH2OH+COCl2（光气),1、氨基的保护,i.用氯代甲酸苯甲酯（或称苯甲氧基甲酰氯）保护,Benzoxycarbonyl（简写Z）,H2 Pd/C,+NH3CH2CO2-,OH-,H+,SOCl2,+NH3CH2

9、CO2-,OH-,H+,H+,CF3COOH,（1mol）,上保护基,接肽,去保护基,反应过程：,ii 用氯代甲酸叔丁酯保护,t-Butoxycarbonyl 简写BOC,在多肽中的应用：,CF3COOH HOAc,-OH,25oC,上保护基,接肽（过程略）,去保护基,*1.催化氢化和稀碱都不能除去BOC，通常用温 和的酸性水解法除去。*2.若氨基酸中有多个氨基，在接肽前均需保护。*3.用Z保护还是用BOC保护，视实际情况而定。,2、羧基的保护,使用的酸为：CF3COOH HBr/HOAcA代表：,HCl,CH3OH,接肽,Na2CO3,接肽,Pd/H2,(CH3)2C=CH2,接肽,H3+O

10、,去保护基,去保护基,上保护基,上保护基,上保护基,去保护基,A,A,A,水解机理：酸性单分子断裂Aal1,i.碳二亚胺法接肽,dicyclohexylcarbodimide(DCC),接肽,H2/Pd-C,去保护基,3、肽键的生成,EDC:1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide,失水机制,二环己基脲,ii.固相接肽,Merrifield发明；解决了蛋白质和多肽的一些合成问题。,在不溶的高分子树脂的表面上进行接肽反应称为固相接肽。,五、蛋白质的结构和特性,相对分子质量超过1万的多肽称为蛋白质。蛋白质有两个重要的性质：盐析、变性,蛋白质有四级结

11、构 肽链中各种氨基酸相互联接的顺序是蛋白质的初级结构，也叫一级结构。多肽链主链骨架中的若干肽段，通过氢键，形成有规则的构象，这称为二级结构。-螺旋-折叠 在二级结构的基础上，多肽链进行盘旋和折叠，因而产生的特定的三维空间结构，这称为三级结构，链的形状、距离与特定的生理作用有关。若干分子堆叠(n根纤维蛋白链扭成股，n股又扭成绳状；n根链垒在一起形成球状)四级结构。,蛋白质的生理活性是由二级、三级、四级结构来决定的。,Prato Reaction,H,J.Am.Chem.Soc.1993,115,6506，J.Am.Chem.Soc.1993,115,6510，J.Am.Chem.Soc.1993,115,7918，Bull.Soc.Chem.Jpn.1996,69,2143-2151,HIV蛋白酶有一个直径约10A得开口空腔，内部疏水，正好和C60匹配,抗HIV活性,