第二十章 氨基酸、多肽、蛋白质和核酸
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羧 肽 酶
N 端 第 二 个 A A
C 端 第 二 个 A A
因此，原三肽是：半胱· 赖· 色肽
化学法： 1、二硝基氟苯法（桑格尔法）
O O O F + H NCH CN H C H C NHCHCOH 2 2 p H = 8 9 室 温 CH C H NO 3 CH 2 6 5 2
O N 2
O N 2
②每种氨基酸的数目；
多 肽
酸 或 碱 水 解
混 合 氨 基 酸
肽的水解
电 泳 、 离 子 交 换 氨 基 酸 分 析 仪 等
氨 基 酸 的 种 类 和 数 量
③这些氨基酸在肽链中的排列顺序。 A．部分水解法：
水 解 碎 片 多 肽部 分 水 解 各 水 解 碎 片 的 氨 基 酸 组 分
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。
2、Edman降解法（P598）
C H N = C = S+ R-CH-CONHCHCO 6 5
NH 2
异硫氰酸苯酯
, R
+ H O 3 C H NHC NHCH CONHCHCO
. .
O
6 5
S
R
R
,
C 6H5 N S
R
NH
+
H N C H C O 2 , R
其原理已被现代氨基酸自动分析仪所采用。
三、多肽的命名
O O O H N-C H COH + H N-C H COH + H N-C H COH 2 2 2 2 CH 3
-2H CH CH(C H ) 2O 2 3 2
甘氨酸
丙氨酸
亮氨酸
二十二章节氨基酸多肽蛋白质和核酸
4〕与甲醛的反响：
〔2〕羧基的反响 1〕酸性
2〕酯化反响
3〕脱羧反响
〔3〕氨基、羧基共同参与的反响
1〕与水合茚三酮反响〔可用来鉴别α– 氨基酸〕： α-氨基酸可以和水合茚三酮发生呈紫色的反响：
O
OH O
+RCH O C H
OH
O
N2H
水合茚三酮
OO N
O OH
兰紫色
2) 成肽反响
第二十二章 氨基酸、多肽、蛋白质和核酸
(Amino acids、proteins and nucleic acids)
第二十二章
氨基酸、多肽、蛋白质和核酸 (Amino acids、proteins and nucleic acids)
一. 氨基酸的构造和命名 二. 氨基酸的性质 三. α – 氨基酸的合成 四. 多 肽 五. 核 酸
2.α-氨基酸的构型： 组成蛋白质的氨基酸的α-C均为手性碳，因此都具有
旋光性，且以L-型为主。
α-C为决定构型的碳原子：
3. 命名：由来源、性质命名。
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。
COOH
H 2N
H
CH3
L – 丙氨酸
自然界存在的氨基酸一般都是α– 氨基酸，而且是L–型。
O
O
RCH O C+ HCl RCH O CH Cl
N3H
N3H
O
O
RCH O C+NaOHRCH O C N+a
N3H
N2H
O R CHC O
NH2
OH H+
O R CHC O
有机化学：第二十章 氨基酸、多肽、蛋白质和核酸
HCO2H
R CHCOOH NMe2
3、与茚三酮的反应
O OH OH
O
水合茚三酮
－CO2
R CH COOH +
NH2
O R
N CH2
－2H2O O
O R
N CHCOOH
O
H
R H2O
N CH
RCHO +
O O
H NH2
O OO
H N
O
O
O
O
OH OH
O
O O
H N
O O
紫色物质，用于a－氨基酸 的比色测定和纸层析显色
R/S-构型
COOH
H2N
H
R
COOH H2N H
CH2SH
除甘氨酸，天然-氨 基酸都是S-构型
半胱氨酸 R –构型， L-型
R/S根据Cahn-
Ingold-Prelog 规则，CH2SH> CO2H
氨基酸的存在形式
氨基酸都以两性（偶极）离子的形式存在。
CH3-CH-COONH3
+
丙氨酸
HO2C(CH2)2-CH-COO
氨基酸的双甲基化
R CHCOOH NaBH4 N=CHR'
R CHCOOH NHCH2R'
R CHCOOH NH2
R CHCOOH + HCHO NH2
HCHO/ HCO2H 加热
R CHCOOH NMe2
-H2O
R CHCOOH HCO2H N=CH2
R CHCOOH NHMe
HCHO -H2O
R CHCOOH N
k1 H3N CH2COOH
低pH II
Ch.20 蛋白质和核酸
第20章蛋白质和核酸蛋白质与核酸是构成生物体最重要的二类物质，是一切生命的物质基础。
这二类物质都是结构十分复杂的天然高分子化合物。
纯粹的蛋白质，不管来源如何，不管相对分子质量有多大，结构有多复杂，在酸或碱的催化下，都可以彻底水解产生各种α-氨基酸：可见，α-氨基酸是构成蛋白质的结构单元。
第一节α-氨基酸一、分类、命名、结构羧酸烃基的H被氨基取代后的产物通称为氨基酸。
1. 分类根据氨基离 -COOH的远近来分：根据氨基与-COOH的相对数目来分：2. 命名可用系统命名由蛋白质水解得到的氨基酸都是α-氨基酸,这些氨基酸都有俗名,习惯上多使用俗名。
到目前为止，从动植物体获得的α-氨基酸有近百种，但构成蛋白质的α-氨基酸只有23种。
见教材P.268 表20-1表中只列出20种♦请指出表中的中性氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸。
♦何谓必需氨基酸？一共有多少种必需氨基酸？3. 结构表中所列的均为天然存在的α-氨基酸，是由蛋白质水解得到的，除了甘氨基酸外，它们的α-C均为手性C，具有旋光性，它们的结构可表示为：二、天然α-氨基酸的构型其构型是通过将其α-C与乳酸的α-C的构型相比较来确定的。
天然α-氨基酸均为L构型：三、化学性质1. 两性和等电点α-氨基酸无论是晶体还是在水溶液中，都主要以内盐的形式存在：这个内盐也叫两性离子，或偶极离子。
因为是内盐，所以，α-氨基酸的晶体熔点很高、大多能溶于水、不溶于非极性或弱极性有机溶剂中。
α-氨基酸具有酸性，又具有碱性：α-氨基酸在水溶液中发生两性离解：通过控制溶液的pH值，可以使氨基酸阳离子的浓度与氨基酸阴离子的浓度相等，溶液此时的pH值叫做该α-氨基酸的等电点（pI）。
不同的α-氨基酸，其等电点是不同的。
各种α-氨基酸的pI见教材P.268 表20-1在等电点时，氨基酸在电场中不向正极移动，也不向阴极移动；氨基酸偶极离子的浓度最大；氨基酸在水中的溶解度最小。
2. 与水合茚三酮的显色反应大多数α-氨基酸（除脯氨酸外）都能与水合茚三酮作用生成蓝色至紫蓝色的化合物：反应很灵敏，常用于鉴定α-氨基酸，也用于α-氨基酸的比色测定及纸上层析的显色。
Chapter 23 氨基酸、多肽、蛋白质和核酸
O
O N
O
O
O
O
O N O
O
OH N
O
O
O
O
3
茚三酮反应是鉴定氨基酸最迅速最简便的方法。用纸上层析法 分离氨基酸，都毫无例外地用茚三酮作显色剂，生成的紫色溶 液在570nm有强吸收，其强度与氨基酸的量成正比。
3. 一般反应 α-氨基酸具有羧酸和胺的一般反应，例如，羧基可以酯化， 氨基可以酰化等。
§23.2 α-氨基酸的来源与合成 氨基酸在食品工业、饲料生产和医药行业有许多用途。氨基酸 主要由蛋白质水解、有机合成和发酵法生产。 氨基酸可以用多种方法合成。有普遍意义的方法有A. Strecher 法和羧酸α-位溴化后氨化法。 Strecher法是醛在氨存在下加氢氰酸生成α-氨基腈，然后再水 解得α-氨基酸：
N H
O
O NH N H H H O
O
O-
9
O
NK
BrCH(CO2C2H5)2
O N C(CO2C2H5)2 O CH2CH2SCH3
O
N CH(CO2C2H5)2
O
ClCH2CH2SCH3 Na
O
1. NaOH 2. HCl CH3SCH2CH2CHCOO NH3 蛋氨酸, 50%
4
§23.3多肽及蛋白质的合成： 多肽的合成是一项重要的有机合成，近二、三十年来取得了很 大的进展。从合成的技术上看，主要就是把氨基酸按顺序连接 起来。但氨基酸中有两个或两个以上的官能团，两个氨基酸相 连可以有两种方式，因此在连接前要按照结构的需要，把某个 氨基酸的氨基保护起来，而把另一个氨基酸的羧基保护起来， 然后再实行两个氨基酸的连接，即形成酰氨键。因此在合成肽 的时候，基团的保护是一项基本的和必需的步骤，相应的还有 去保护也是一项基本的和必需的步骤。 其次，指定生成肽键的氨基和羧基有时需要活化，同时合成肽 的反应条件应比较温和，不能导致手性碳的消旋，不能使已形 成的肽键断裂，等等。 1.氨基的保护 保护氨基的两个最重要的化合物是 氯甲酸酯：氨基酸与氯甲酸苄酯在碱性溶液中反应，生成N-苄 氧羰基氨基酸：
第20章 蛋白质和核酸(proteins and nucleic acid)
奋斗，合成的牛胰岛素经过物理化学及生物活性的测定，与天然 的完全相同，这是当时世界上第一次用人工方法合成的与天然产 物完全相同的分子量最大的多肽，牛胰岛素的合成不仅是一项技 术上的成就，更重要的是它使人类在认识生命，揭开生命的奥秘 的伟大历程又前进了一步。 蛋白制是一类含氮的天然的高聚物，由N,C,O,H,有少量S,P, Cu,Mn,Zn,I等元素组成，它是生物体内一切组织的基本组成部分， 细胞内除水外，其余的80%的物质是蛋白质，在生物体内蛋白质 的功能是极其复杂的。 生理作用：负责输送氧气 ——血红蛋白 新陈代谢起调节作用——激素 催化作用——酶 预防疾病的发生（免疫）——抗体 与生物遗传有关——核蛋白（RNA,DNA)
+
H 2N C H C O N H R
鲜红色，比色分析 用已知的丙氨酸做成的比色，从而知道N端是什么氨基
NH2 NH2
应用：1） 在等电点(PI)时，偶极离子浓度最大，氨基酸的溶解度 最小，通过调节溶液的PI值，可以从氨基酸的混合物中分离出某 中氨基酸。 2） 知道等电点，在查什么类型的氨基酸，做鉴定用。 3. 氨基酸的物性和光谱性质 物性：1. ɑ-氨基酸 无色结晶 2.在PI等电点时，两性离子，有极强的静电力 3.由于是偶极离子，难溶于有机溶剂 4.IR: υ –COOH=1600cm-1 υ –NH=3100-2600cm-1（宽）
-10
H 3O ++NH 2CH2 COO = 1.6×10-10 = 6.3 ×10-5
苷胺酸中 -COO碱性基团
+ H 3NCH2 COO - + H 2O + [H 3NCH 2COOH][OH -] Kb = + [H 3NCH 2COO -][H2 O] ka .kb= 10-14 ka =10-14 kb
20---氨基酸、蛋白质及核酸
系命名： 氨基乙酸
缩符号： Gly
-氨基丙酸
Ala
-氨基-3-对羟基苯基丙酸
Tyr 酸性氨基酸——在分子中-COOH数目多于-NH2数目。 HOOC-CH2CH2CH-COOH NH2 俗 名： 谷氨酸 缩写符号：Glu 系统命名： 2-氨基戊二酸
碱性氨基酸—— 89%
O C C O
R N-CH-COOC2H5
97%
C2H5OH
（4）由丙二酸酯合成：
O C C NK
O O O O O OH OH
茚
茚三酮
水合茚三酮
茚三酮在水溶中：
O =O + HOH O
茚三酮
O
OH OH
O
水合茚三酮
O 2 O
水合茚三酮
OH
OH + R-CH-COOH OH NH2
O —N=C
蓝紫色
O
O
+ CO2 + RCHO
注： α-氨基酸中的脯氨酸和羟脯氨酸、 N-取代的α-氨基酸、 β-氨基酸、 γ-氨基酸等均不与茚三酮发生显色反应。 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。
CHO HO H CH2OH
L-甘油醛
COOH HO CH3
L-乳酸
COOH H2N CH3
L-丙氨酸
H
H
其他氨基酸的构型都取决于α-碳原子，因此所有的L-型氨基 酸都可以用下边通式表示其构型。
COOH H2N R
L-氨基酸
㈡α－氨基酸的性质
H
D-型 和L-型氨基酸在化学结构上区 别很小，但其生理功能却大不相同。 例如，乳酸菌在含有L-亮氨酸的培 养基上可以生长，而在含有D-亮氨 酸的培养基上生长受到抑制。
氨基酸、多肽、蛋白质与核酸
α-氨基酸的构型通常采用D、L标记法。
人为规定：
-OH在碳链左边者称为L-型甘油醛，实测为左旋；-OH在 碳链右边者称为D-型甘油醛，实测为右旋。其它化合物的 构型可通过与甘油醛建立起化学反应的方法确定。
以甘油醛为参考标准，在Fischer投影式中：凡氨基
酸分子中α-NH2的位置与甘油醛手性碳原子上-OH的位置 相同者为L-型。
HO 2C(C2H )2-CH C-O-O
N
NH 3
+
N
谷氨酸内盐
H
CH2-CH-COONH3
+
组氨酸内盐
RC HC O O HO H - RC HC O O - O H - RC HC O O -
N H 3 +
H + N H 3 +
H + N H 2
阳离子
偶极离子
阴离子
α-氨基酸 挥发性低的白色结晶，一般熔点较高，难溶于有机溶剂。
• 如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽； 蛇毒多肽等。
OH
CH3 CH CH2OH
CH O
O
O
HN CH C NH CH C NH CH2 C
CO
H
CH
HO
N
CH2
OS N O CH2 H
OH O
NH
CH3
CH CH
CH2CH3
CO
C CH2 NH C CH NH C CH2 NH O
多肽和蛋白质分子中也有自由的氨基和羧基，它们 是两性物质，也有等电点。
课堂练习
1、丙氨酸的等电点PI=6.0, 当pH=12时,离子结构为：
A
CH3CHCOOH NH2
有机化学 第二十一章 氨基酸、蛋白质和核酸
氨基酸等电点可由相应氨基酸盐酸盐的pKa值求 出。如丙氨酸盐酸盐，可看作一个二元酸，具有两
个平衡常数K1和K2
用碱调节丙氨酸盐酸盐水溶液pH值，当加入 0.5mol碱时，平衡中氨基酸正离子4的浓度与偶极 离子5的相同，[4] =[5]此时溶液pH值等于pK1，实 际上此溶液中只有50%的偶极离子5。当加入1.5mol 碱时，溶液中氨基酸偶极离子5的浓度等于负离子6， [5]=[6]此时溶液的pH值等于pK2 ，溶液中也含50% 偶极离子5。所以使丙氨酸完全以偶极离子5存在时， pH值应为pK1和pK2的平均值，这个pH值即为丙氨酸 的等电点(pI),pI=(pK1 + pK2)/2。根据表21-2数据， 丙氨酸盐酸盐的pK1为2. 3、pK2为9. 7，可求出丙 氨酸等电点为6. 0:
三、氨基酸的来源与合成 氨基酸不仅是组成蛋白质的结构单元，而且它
们本身也是人体生长的重要营养物质，具有特殊的 生理作用，因此氨基酸的生产和应用早就得到人们 的重视。
生产氨基酸主要有以下四条途径: 1.蛋白质的水解
由蛋白质水解制备氨基酸是从1820年开始的, 这是一个最古老的方法。味精早期就是由小麦蛋白 质—面筋水解得到。胱氨酸、半咣氨酸是由头发水 解制得的。
天然氨基酸，除甘氨酸外， α碳原子都有手 性，且都是L构型。氨基酸的构型是与乳酸相比而 确定的（也就是从甘油醛导出来的）。例如，与L -乳酸相应的L -丙氨酸的构型是：
正像糖类化合物一样，氨基酸的构型习惯于用 D,L标记法。如果用R/S法标记，那么天然氨基酸大 多属于S构型。但也有R构型的，如L-半胱氨酸为R构 型。
胺与羧酸反应很容易形成铵盐，当氨基和羧基存在 于同一分子时，可在分子内发生质子迁移而形成内盐 （zwitterion):
《蛋白质和核酸》课件
05
核苷酸彻底水解生成磷酸、
06
戊糖和碱基。
07
核酸是最根本的生命的物质基础，
08
是生物用来制造蛋白质的模型。
核酸是由核苷酸聚合而成的。
核酸(核苷酸聚合）
核蛋白
蛋白质
核苷酸
核苷
磷酸
核糖
碱基
D-核糖
D-2-脱氧核糖
嘌呤碱
嘧啶碱
胞嘧啶 胸腺嘧啶 尿嘧啶
腺嘌呤 鸟嘌呤
D-2-脱氧核糖
D-核糖 戊糖：核酸分解所得的戊糖有两种：D-核糖和D-2-脱氧核糖 RNA：核糖核酸(细胞质中) 。 DNA：脱氧核糖核酸(细胞核中)。
(蛋白质分子亚基的空间结构)
各氨基酸按一定的排列顺序通过
对蛋白质分子性质起决定性作用。
肽键联结而成的骨架。侧链
（1）氢键：
（2）盐键：
范德华引力。
1
2
a：氢键 b：盐键 c：疏水作用 d：范德华力
3.蛋白质的空间结构
脯氨酸
赖氨酸
甘氨酸
半胱氨酸
重点练习：命名或写构造式
赖氨酸
1、
2、
赖氨酸
3、
苯丙氨酸或
或
2，6-二氨基己酸
３-苯基-２-氨基丙酸
01
酸碱性和等电点
02
中性氨基酸在水溶液中是以两性
03
离子的形式存在的，
甘氨酰-
端
端
肽键
命名：
以C端氨基酸为母体，
氨基酸称为“某氨酰”，
从左至右加在母体名称前。
(甘-甘)
二肽
其他
依次
甘氨酸
(N-端→C-端)
丙氨酰-
02
三肽
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第二十章 氨基酸、多肽、蛋白质和核酸
1.写出下列氨基酸的Fischer 投影式，注明其R 或S ：
（1）L-丙氨酸 （2）甘氨酸 （3）L-丝氨酸 （4）L-组氨酸 （5）L-半胱氨酸 2.写出下列反应产物的结构式：
3CH 2COO -
+HCl
?
(1)
CH 3
CH COO -
+NaOH
?
(2)H 3N
+?N C N
C 6H 5CH 2NH 2+CH 3CH 2COOH
(3)
NH 2
CH 3CH (4)
CONH H
C CH 2CH(CH 3)2
CONHCH 2COOH
+2?
NH 2
CH 3CH ?
(5)
COOH
+
C 6H 5CH 2O C Cl
O
?
?
H 2NCHCONHCH
CH 3
C 6H 5CHNHCO
CONHCHCOOH
CH(CH 3)2
N
HN
65
(6)
3.写出赖氨酸在强酸溶液和强碱溶液中占优势的结构式。
说明为什么在等电点时，赖氨酸偶极离子的结
构为NH 3CH 2CH 2CH 2CH 2CHCO 2-
NH 2，而不是CH 2CH 2CH 2CH 2CHCO 2-NH 3
NH
2。
4.合成下列氨基酸： （1）（±）-苯丙氨酸 （2）（±）-天门冬氨酸 （3）（±）-亮氨酸
（4）（±）-NH 3
CO 2-
（5）（±）-CH 3CH 2CCO 2-
NH 3
CH 3 N H 2
CO 2-
(6)
5.由指定的标记化合物及必要的试剂合成下列标记氨基酸：
*CO 2
*CH 3SCH 2CH 2CHCO 2-NH 3
(1)
*CO 2
HOO*CCH 2CH
NH 3
(2)
CO 2-
NH 3
(3)
D 2O
(CD 3)2CH CHCO 2-
6.一个三肽与2，4-二硝基氟苯作用后水解，得到下列化合物：N-(2,4-二硝基苯基)甘氨酸、N-(2,4-二硝
基苯基)甘氨酰丙氨酸、丙氨酰亮氨酸、丙氨酸及亮氨酸，推测此三肽结构。
7.一个多肽由12个氨基酸组成：2个甘氨酸、2个丝氨酸、1个精氨酸、1个色氨酸、1个组氨酸、1个赖氨酸、1个苯丙氨酸、3个丙氨酸。
N-端单元是丝氨酸，C-端是甘氨酸。
胰蛋白酶水解得到三个肽碎片（假定总产率是100%）：
N-端C-端每个碎片含有未知次序的氨基酸碎片A 丝精苯丙、丙、组
碎片B 丙甘色、甘
碎片C 丝赖丙
糜蛋白酶水解得到三个肽碎片：
N-端C-端还含有
碎片D 丝苯丙丝、赖、丙、组
碎片E 丙色丙、甘、精
碎片F 甘
此十二肽中氨基酸的顺序是什么？
8．如何用蛋氨酸甲酯和其他必要的化合物合成甘-丙-蛋三肽？
9.α-角蛋白纤维（例如头发）当遭受湿热时，能伸长到它原来长度的二倍。
在伸长的情况下，它们的X 射线图型类似丝，冷却的纤维回复到它的原有长度，同时再次产生α-螺旋的X射线图型。
问：
（1）当纤维加热和伸长时，蛋白质结构发生什么变化？
（2）当冷却时，纤维自发地回复到它原有的α-螺旋结构，为什么？
10.假定一个二肽缬-丝由光学纯的L-缬氨酸和外消旋的丝氨酸为原料来制备。
写出所产生的异构体的立体结构式。
异构体之间的构型关系是什么？注明每个异构体构型的符号（R或S）。
11.用简单的化学方法鉴别：
CH3H
C COOH
NH2
、H2NCH2CH2COOH 和 C6H5NH2
(1)
（2）天门冬氨酸和顺丁烯二酸
（3）谷氨酸和β-氨基戊二酸
12.写出亮氨酸与下列试剂作用所得到的反应产物：
（1）水合茚三酮（2）DNFB，NaHCO3水溶液
（3）异硫氰酸苯酯（4）CH3OH，HCl
（5）(CH3)3C—O—COCl （6）邻苯二甲酸酐
13.信使RNA上丝氨酸密码的碱基排列顺序是：尿嘧啶（U）、胞嘧啶（A）。
画出此信使RNA的部分结构式（5’-磷酸酯端在左边，3’-OH端在右边）。