第十九章氨基酸蛋白质核酸蛋白质和核酸都是天然高分子化合物，是生命物质的基础。我们知道，生命活动的基本特征就是蛋白质的不断自我更新。蛋白质是一切活细胞的组织物质，也是酶、抗体和许多激素中的主要物质。所有蛋白质都是-由氨基酸构成的，因此，-由氨基酸是建筑蛋白质的砖石。要讨论蛋白质的结构和性质，首先要研究-由氨基酸的化学。320~1氨基酸一、分类、命名和构型组成蛋白质的氨基酸（天然产氨基酸）都是α-氨基酸，即在α-碳原子上有一个氨基，可用下式表示：H天然产的各种不同的α-由氨基酸只R不同而已。R-C-COOH氨基酸目前已知的已超过100种以上，但在生物体NH2内作为合成蛋白质的原料只有二十种（见P450表19-1）。1.分类：按烃基类型可分为脂肪族氨基酸，芳香族氨基酸，含杂环氨基酸。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。按氨基和羧基的相对位置分为a-氨基酸，β-氨基酸，-氨基酸等。2.命名：多按其来源或性质而命名。国际上有通用的符号（见P450表19-1）。可按系统命名法，以羧酸为母体，氨基为取代基来命名。3.构型：月用D/L体系表示一一在费歇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。例如：COOHCOOH-C-HH-CNH2NH2-RRL-氨基酸D-氨基酸天然氨基酸（出甘氨酸外）其他所有A-碳原子都是手性的，都有旋光性，而且发现主要是L型的（也有D型的，但很少）。二、氨基酸的性质α-氨基酸都是无色晶体，易溶于水而难溶于无水乙醇、乙醚等有机溶剂。具有较高的熔点，大多数溶化的同时发生分解，也记录为分解点。1.氨基酸的酸-碱性一一两性与等电点氨基酸分子中的氨基是碱性的，而羧基是酸性的，因而氨基酸既能与酸反应，也能与碱反应，是一个两性化合物。（1）两性OHR-CH-COOH_H R-CH-COOH R-CH-COO*NH3NH2NH2氨基酸在一般情况下不是以游离的羧基或氨基存在的，而是两性电离，在固态或水溶液中形成内盐。R-CH-COOHR-CH-COONH2*NH3（2）等电点在氨基酸水溶液中加入酸或碱，至使羧基和氨基的离子化程度相等（即氨基酸分子所1
1 第十九章 氨基酸 蛋白质 核酸 蛋白质和核酸都是天然高分子化合物，是生命物质的基础。我们知道，生命活动的基 本特征就是蛋白质的不断自我更新。蛋白质是一切活细胞的组织物质，也是酶、抗体和许多 激素中的主要物质。所有蛋白质都是α-由氨基酸构成的，因此，α-由氨基酸是建筑蛋白质 的砖石。要讨论蛋白质的结构和性质，首先要研究α-由氨基酸的化学。 §20~1 氨基酸 一、分类、命名和构型 组成蛋白质的氨基酸（天然产氨基酸）都是α-氨基酸，即在α-碳原子上有一个氨基， 可用下式表示： 天然产的各种不同的α-由氨基酸只 R 不同而已。 氨基酸目前已知的已超过 100 种以上，但在生物体 内作为合成蛋白质的原料只有二十种（见 P450 表 19-1）。 1．分类： 按烃基类型可分为脂肪族氨基酸，芳香族氨基酸，含杂环氨基酸。 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。 按氨基和羧基的相对位置分为α-氨基酸，β-氨基酸，γ-氨基酸等。 2．命名： 多按其来源或性质而命名。国际上有通用的符号（见 P450 表 19-1）。 可按系统命名法，以羧酸为母体，氨基为取代基来命名。 3．构型： 用 D/ L 体系表示——在费歇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。例如： D-氨基酸 L-氨基酸 天然氨基酸（出甘氨酸外）其他所有α-碳原子都是手性的，都有旋光性，而且发现主 要是 L 型的（也有 D 型的，但很少）。 二、氨基酸的性质 α-氨基酸都是无色晶体，易溶于水而难溶于无水乙醇、乙醚等有机溶剂。具有较高的 熔点，大多数溶化的同时发生分解，也记录为分解点。 1．氨基酸的酸-碱性——两性与等电点 氨基酸分子中的氨基是碱性的，而羧基是酸性的，因而氨基酸既能与酸反应，也能与 碱反应，是一个两性化合物。 （1）两性 R CH COOH NH2 R CH COO NH2 R CH COOH NH3 H OH 氨基酸在一般情况下不是以游离的羧基或氨基存在的，而是两性电离，在固态或水溶 液中形成内盐。 R CH COOH NH2 R CH COO NH3 （2）等电点 在氨基酸水溶液中加入酸或碱，至使羧基和氨基的离子化程度相等（即氨基酸分子所 R C NH2 H COOH H C NH2 COOH R C H COOH R NH2
带电荷呈中性一一处于等电状态）时溶液的pH值称为氨基酸的等电点。常以pI表示。R-CH-COOHNH2IhOHOHOR-CH-COO"R-CH-COOR-CH-COOHHOOHONH*NHsNH2等电点(pl)溶液pH>等电点溶液pH<等电点注：1°等电点为电中性而不是中性（即pH-7），在溶液中加入电极时其电荷迁移为零。中性氨基酸pl = 5.6(4.8)~6.3酸性氨基酸pl = 2.8~3.2碱性氨基酸pl=7.6~10.82°等电点时，偶极离子在水中的溶解度最小，易结晶析出。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。RRR'-COCI + NH2-CH-COOH -R'-C-NH-CH-COOH +HCI0乙酰氯、醋酸酐、苯甲酰氯邻苯二甲酸酐等都可用作酰化剂。在蛋白质的合成过程中为了保护氨基则用苄氧甲酰氯（氯甲酸酯）作为酰化剂。oRR0-CH2-O-C-NH-CH-COOH<)-CH2-O-C-CI + NH2-CH-COOH 选用芊氧甲酰氯这一特殊试剂，是因为这样的酰基易引入，对以后应用的种种试剂较稳定，同时还能用多种方法把它脱下来。（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：NO2RNO2R-F +NH2-CH-COOH+NO2-NH-CH-COOHNO2氟代二硝基苯在多肽结构分析中用作测定N端的试剂。（3）与亚硝酸反应R-CH-COOH + N21+ H20R-CH-COOH + HNO2OHNH2反应是定量完成的，测定N2的体积便可计算出氨基酸只氨基的含量。4）与三酮反应α-氢基酸在碱性溶液中与三酮作用，生成显蓝色或紫红色的有色物质，是鉴别-氨基酸的灵敏的方法。"O20-H20.OH=0OHO水合三酮节三酮CRCHO.OHRCHCOOHcOOHNH23H20OOHO2
2 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。 R CH COOH NH3 R CH COO NH3 R CH COO NH2 R CH COOH NH2 OH OH H H 溶液 pH>等电点 等电点(pI) 溶液 pH<等电点 注：1°等电点为电中性而不是中性（即 pH=7），在溶液中加入电极时其电荷迁移为零。 中性氨基酸 pI = 5.6(4.8)~6.3 酸性氨基酸 pI = 2.8~3.2 碱性氨基酸 pI = 7.6~10.8 2°等电点时，偶极离子在水中的溶解度最小，易结晶析出。 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。 R' COCl NH2 CH R COOH R' C NH O CH R + COOH + HCl 乙酰氯、醋酸酐、苯甲酰氯邻苯二甲酸酐等都可用作酰化剂。在蛋白质的合成过程中为 了保护氨基则用苄氧甲酰氯(氯甲酸苄酯)作为酰化剂。 NH2 CH R COOH C NH O CH R CH2 O C Cl + COOH O CH2 O 选用苄氧甲酰氯这一特殊试剂，是因为这样的酰基易引入，对以后应用的种种试剂较 稳定，同时还能用多种方法把它脱下来。 （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： NH2 CH R COOH NH CH R + COOH NO2 F NO2 NO2 NO2 氟代二硝基苯在多肽结构分析中用作测定 N 端的试剂。 （3）与亚硝酸反应 R CH COOH + HNO2 R CH COOH NH2 OH + N2 + H2O 反应是定量完成的，测定 N2 的体积便可计算出氨基酸只氨基的含量。 4）与茚三酮反应 α-氨基酸在碱性溶液中与茚三酮作用，生成显蓝色或紫红色的有色物质，是鉴别α- 氨基酸的灵敏的方法。 C C C O O O C C C O O OH H2O OH 茚三酮 水合茚三酮 C C C O O OH OH RCHCOOH NH2 C C C O O C C C O N HO + + RCHO CO 3H2O
3.氨基酸羧基的反应氨基酸分子中羧基的反应主要利用它能成酯、成酐、成酰胺的性质。这里值得特别提出的是将氨基酸转化为叠氮化合物的方法（氨基酸酯与肼作用生成酰肼，酰耕与亚硝酸作用则生成叠氮化合物）。叠氮化合物与另一氨基酸酯作用即能缩合成二肽（用此法能合成光学纯度的肽）P618。4.受热后的反应α-氨基酸受热后，能在两分子间发生脱水反应，生成环状的交酰胺β-氨基酸受热后，分子内脱一分子氨，生成α，β一不饱和羧酸。一或8一氨基酸受热后，分子内脱一分子水生成环状的内酰胺。分子中更远的，受热后分子间脱水生成聚酰胺。三、氨基酸的制备氨基酸的制取主要有三条途径：即蛋白质水解、有机合成和发酵法。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α-氨基腈，后者水解生成α-氨基酸。例如：NH3, HCN(1) NaOH, H20CgHsCH2CHCNCoHsCH2CHOCgHsCH2CHCO2(2) H0++NH3NH2苯丙氨酸74%2.α-卤代酸的氨解R-CH-COOH + NH3R-CH-COOH+HXxNH2此法有副产物仲胺和叔胺生成，不易纯化。因此，常用盖伯瑞尔法代替上法。O"C0RRCNH + X-CH-COOR'N-CH-COOR'T00RH3O+COOH+ NH2-CH-COOH + R'OHCOOH3
3 3．氨基酸羧基的反应 氨基酸分子中羧基的反应主要利用它能成酯、成酐、成酰胺的性质。这里值得特别提 出的是将氨基酸转化为叠氮化合物的方法（氨基酸酯与肼作用生成酰肼，酰肼与亚硝酸作用 则生成叠氮化合物）。 叠氮化合物与另一氨基酸酯作用即能缩合成二肽（用此法能合成光学纯度的肽）P618。 4．受热后的反应 α-氨基酸受热后，能在两分子间发生脱水反应，生成环状的交酰胺 β-氨基酸受热后，分子内脱一分子氨，生成α，β－不饱和羧酸。 γ－或δ－氨基酸受热后，分子内脱一分子水生成环状的内酰胺。 分子中更远的，受热后分子间脱水生成聚酰胺。 三、氨基酸的制备 氨基酸的制取主要有三条途径：即蛋白质水解、有机合成和发酵法。 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α-氨基腈，后者水解生成α-氨基酸。 例如： C6H5CH2CHO NH3 , HCN C6H5CH2CHCN NaOH, H2O H3O (1) (2) NH2 C6H5CH2CHCO2 NH3 苯丙氨酸 74% 2．α- 卤代酸的氨解 R CH COOH + NH3 X R CH COOH + HX NH2 此法有副产物仲胺和叔胺生成，不易纯化。因此，常用盖伯瑞尔法代替上法。 C NH O O X CH R COOR' C N O O CH R + COOR' H3O COOH COOH CH R + NH2 COOH + R'OH
盖伯瑞尔法生成的产物较纯，适用于实验室合成氨基酸。3.由丙二酸酯法合成此法应用的方式多种多样，其基本合成路线是：.0C-0COOC2HsCOOC2H5,COOC2HsBr2NKN-CHCH2Br-CH-OCCl4CO0C2H5COOC2HsCOOC2HsOCO0OC2H50-0(1)C2H5ONa(1) H3O+-COOC2H5NCH-COOH(2)PhCH,Br(2) CO2CH2PhOOCH2Ph.0NH2NH2NHNH2-CH-COOH-NHCH2Ph"0D，L-苯丙氨酸合成法合成的氨基酸是外消旋体，拆分后才能得到D-和L-氨基酸。氨基酸的化学合成1850年就已实现，但氨基酸的发酵法生产在一百年后的1957年才得以实现用糖类（淀粉）发酵生产谷氨酸。19.2多肽一、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分子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。ROR':RR :o-H2ONH2-CH-C-OH + NH2-CH-COOHNH2-CHiC-NHCH-COOH肽键由n个α-氨基酸缩合而成的肽称为n肽，由多个a-氨基酸缩合而成的肽称为多肽。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。无论肽链有多长，在链的两端一端有游离的氨基（-NH2），称为N端：链的另一端有游离的羧基（-COOH)，称为C端。RorR 0.P-NH-CH-COOH: NH2iCH-CNH-CH-C-JnC端N端2.肽的命名根据组成肽的氨基酸的顺序称为某氨酰某氨酰某氨酸（简写为某、某、某）。例如：CH3CH2OHCH2CsHsNH2-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-COOH100丙氨酰丝氨酰苯丙氨酸（丙-丝苯丙）很多多肽都采用俗名，如催产素、胰岛素等。4
4 盖伯瑞尔法生成的产物较纯，适用于实验室合成氨基酸。 3．由丙二酸酯法合成 此法应用的方式多种多样，其基本合成路线是： CH2 COOC2H5 COOC2H5 Br2 CCl4 CH COOC2H5 COOC2H5 Br C NK C O O C N C O O CH COOC2H5 COOC2H5 C2H5ONa PhCH2Br (1) (2) C N C O O C COOC2H5 COOC2H5 CH2Ph H3O CO2 (1) (2) C N C O O CH CH2Ph COOH NH2NH2 C C O O CH CH2Ph NH2 COOH NH NH + D，L-苯丙氨酸 合成法合成的氨基酸是外消旋体，拆分后才能得到 D-和 L-氨基酸。 氨基酸的化学合成 1850 年就已实现，但氨基酸的发酵法生产在一百年后的 1957 年 才得以实现用糖类（淀粉）发酵生产谷氨酸。 19．2 多 肽 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分子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。 NH2 CH R C O OH NH2 CH R' + COOH - H2O NH2 CH R C O NH CH R' COOH 肽键 由 n 个α-氨基酸缩合而成的肽称为 n 肽，由多个α-氨基酸缩合而成的肽称为多肽。 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。 无论肽链有多长，在链的两端一端有游离的氨基（-NH2），称为 N 端；链的另一端有游 离的羧基（-COOH），称为 C 端。 NH2 CH R C O NH CH R' C O NH CH R'' COOH n N 端 C 端 2．肽的命名 根据组成肽的氨基酸的顺序称为某氨酰某氨酰.某氨酸（简写为某、某、某）。 例如： NH2 CH CH3 C O NH C O NH CH CH2C6H5 CH COOH CH2OH 丙氨酰丝氨酰苯丙氨酸 （丙 丝 苯丙） 很多多肽都采用俗名，如催产素、胰岛素等
二、多肽结构的测定由氨基酸组成的多肽数目惊人，情况十分复杂。假定100个氨基酸聚合成线形分子，可能具有20100种多肽。例如：由甘氨酸、氨酸、亮氨酸三种氨基酸就可组成六种三肽。甘-缬-亮；甘-亮-；缬-亮-甘：-甘-亮：亮-甘-；亮--甘。多肽结构的测定主要是作如下工作：①了解某一多肽是由哪些氨基酸组成的。②各种氨基酸的相对比例。③确定各氨基酸的排列顺序。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HCI层析法分离各种氨基酸多肽各种氨基酸的含量氨基酸H20现代方法是将水解后的氨基酸混和液用氨基酸分析仪进行分离和测定。3.端基分析（测定N端和C端）（1）测定N端（有两种方法）a2,4-=硝基氟苯法一一桑格尔(Sanger-英国人)法2,4-=硝基氟苯与氨基酸的N端氨基反应后，再水解，分离除N-二硝基苯基氨基酸用色谱法分析，即可知道N端为何氨基酸。Na2CO3-F + H2N-CH-CONH-CH-CONH-O2N-RRNO2HCIO,NHN-CH-CONH-CH-CONH-..R:NO2RO2N-HN-CH-COOH + H2N·CH-COOH +R:NO2R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（Edman）降解法OpH>7C-NH-多肽CHsN=C=S + NH2CHCONH-CoHsNHC多肽CHRNH-RHS.NpH<7CH-R多肽NC6H5O测定咪唑衍生物的R，即可知是哪种氨基酸。异硫氰酸苯酯法的特点是，除多肽N端的氨基酸外，其余多肽链会保留下来。这样就可以继续不断的测定其N端。（2）测定C端a多肽与肼反应5
5 二、多肽结构的测定 由氨基酸组成的多肽数目惊人，情况十分复杂。假定 100 个氨基酸聚合成线形分子， 可能具有 20100 种多肽。 例如：由甘氨酸、缬氨酸、亮氨酸三种氨基酸就可组成六种三肽。 甘-缬-亮； 甘-亮-缬； 缬-亮-甘； 缬-甘-亮； 亮-甘-缬； 亮-缬-甘。 多肽结构的测定主要是作如下工作： ① 了解某一多肽是由哪些氨基酸组成的。 ② 各种氨基酸的相对比例。 ③ 确定各氨基酸的排列顺序。 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 HCl H2O 多肽 氨基酸 层析法分离 各种氨基酸 各种氨基酸的含量 现代方法是将水解后的氨基酸混和液用氨基酸分析仪进行分离和测定。° 3．端基分析（测定 N 端和 C 端） （1）测定 N 端（有两种方法） a 2,4- = 硝基氟苯法——桑格尔(Sanger-英国人)法 2,4- = 硝基氟苯与氨基酸的 N 端氨基反应后，再水解，分离除 N-二硝基苯基氨基酸， 用色谱法分析，即可知道 N 端为何氨基酸。 O2N F H2N CH R CONH CH R' CONH . + . O2N HN CH R CONH CH R' CONH . NO2 NO2 Na2CO3 HCl O2N HN CH R COOH NO2 CH R' + H2N COOH + 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(Edman)降解法。 C6H5N=C=S NH2CHCONH R + 多肽 C6H5NHC 多肽 S NH CH R C O NH < pH >7 pH 7 C N C CH H N C6H5 O R S + 多肽 测定咪唑衍生物的 R，即可知是哪种氨基酸。 异硫氰酸苯酯法的特点是，除多肽 N 端的氨基酸外，其余多肽链会保留下来。这样就 可以继续不断的测定其 N 端。 （2）测定 C 端 a 多肽与肼反应