蛋白质和核酸

第十九章 蛋白质和核酸§19—1氨基酸一、氨基酸的结构、分类和命名蛋白质完全水解后生成氨基酸。

氨基酸已有200余种，绝大多数为α—氨基酸，绝大多数为L —氨基酸。

R C 2HCOOH 天然产的各种不同的α-由氨基酸只R 不同而已。

1．分类① 肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环氨基酸。

② 据氨基和羧基的相对位置分为：α—氨基酸、β—氨基酸和γ—氨基酸。

③ 据氨基和羧基的数目可分为：中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。

2．命名：根据氨基酸的来源或性质命名。

见表20-1。

生物体内作为合成蛋白质的原料只有二十种。

这二十种氨基酸都有国际通用的符号，但熟记比较困难，暂用它的中文名的第一个字，如甘氨酸用“甘”。

二、氨基酸的构型D/L 标记法：距羧基最近的手性碳原子为标准。

注意和糖中讲的D/L构型区别，糖中是以距醛基最远的手性碳原子为HOCOOHH CH 3H 2NCOOHH CH 3H 2NCOOHHR L- 乳酸L- 丙氨酸L- 型氨基酸标准。

三、化学性质 具有氨基和羧基的典型反应。

还表现出特性。

1．两性①形成内盐 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。

如果把测得甘氨酸的K a 值看成是代表甘氨酸中铵离子的酸度。

H 3 NCHRCOO +-+H 2OH 3O ++H 2NCHRCOO-K a =H 3O +H 2NCHRCOO-H 3 NCHRCOO+-如果把测得甘氨酸的K b 值看成是代表甘氨酸中羧酸根离子的碱度。

H 3 NCHRCOO +-+H 2O+HO -H 3 NCHRCOOH +HO -K b =H 3 NCHRCOO+-H 3 NCHRCOOH +测得甘氨酸的K a =1.6×10-10，甘氨酸的K b =2.5×10-12。

而大多数羧酸K a 约为10-5，大多数脂肪胺的K b 约为10-4。

因为在水溶液中，一个共轭酸和它的共轭碱的酸碱度的关系式是L- 苏氨酸H 2N COOHH CH 3HOH D-苏阿糖HO CHO H CH 3HOH R CH COOHNH 2R CH COO3+-K a ×K b =10-14。

由上式算出甘氨酸中的正离子—N +H 3，K a =1.6×10-10，这意味着它的共轭碱—NH 2的K b =6.3×10-5。

同样算出甘氨酸中共轭碱—COO -的K b 为2.5×10-12，这意味着它的共轭酸—COOH 的K a =4×10-3。

前者对一个脂肪胺来说，后者对一个有强吸电子的羧酸来说，其酸碱度都是合理的数值。

因此，在象甘氨酸这样简单的氨基酸中它的酸性基团是—N +H 3，它的碱性基团是—COO -。

② 氨基酸存在形式：氨基酸在强酸性溶液中以正离子存在，在强碱性溶液中以负离子存在。

在等电点时，氨基酸主要以两性离子存在：这样，在强酸性介质中电解氨基酸溶液，则在阴极上析出氨基酸；反之，如在强碱性介质中，则氨基酸的负离子移向阳极。

③ 成盐在溶液中有少量不电离的氨基酸，可与强酸、强碱都能成盐，遇酸成铵盐，遇碱成羧酸盐：④ 离子化-R CH COOHNH 3R CH COONH 3+-R CH COONH 2-（Ⅱ）（Ⅰ）+正离子两性离子负离子-R CH COOHNH 2R CH COONH 3+-R C H C OOH N H 2+HClR C H C OOHN H3++Cl-RC H C OOH N H 2+RC H C OO N H 2+NaOH-Na +在水溶液中，氨基酸分子中的羧基和氨基可以分别象酸或碱一样的离子化。

2．等电点氨基酸在水中可以发生离子化，但离子化程度是不相同的。

当向氨基酸水溶液中加入酸或碱可以抑制氨基酸分子中的羧基或氨基的离子化程度。

① 等电点：当溶液调节至一定的pH 值时，氨基酸可以两性离子的形式存在，将此溶液置于电场中，氨基酸不向电场的任何一极移动，即处于电中性状态，这时溶液的pH 值称为氨基酸的等电点，通常以pl 表示。

K 1：-COOH 电离常数；K 2：-NH 3+电离常数。

② pH 值：中性氨基酸的等电点小于7（负离子要多些）。

等电点一般在5～6.3之间。

酸性氨基酸需加入酸将溶液调到等电点，故其等电点小于7。

等电点OH -R CH COOHNH 3R CH COONH 3++-R CH COO NH 2-（Ⅱ）（Ⅰ）+正离子两性离子负离子+H 3O+R CH COOHNH 3R CH COONH 3+-R CH COONH 2-（Ⅱ）（Ⅰ）++OH -OH -+RC H C OOH N H 2+RC H C OO N H 2+-H 2H 3O+RCH COOH NH 2+RCH COOH NH 3+H 2O+OH -=pIpK 1+pK 22一般在2.8～3.2之间。

碱性氨基酸需加入碱将溶液调到等电点，故其等电点大于7。

等电点一般在7.6～10.8之间。

（习题：P649，2）pH<pI 氨基酸以正离子形式存在(酸性增加)； pH>pI 氨基酸以负离子形式存在(碱性增加)。

③ 氨基酸在等电点时，溶解度最小。

可用调节氨基酸等电点的方法分离氨基酸的混合物。

3．氨基酸的反应 氨基酸分子中的氨基和羧基的化学反应。

① 氨基酰化乙酰氯、醋酸酐 、苯甲酰氯、邻苯二甲酸酐等都可作酰化剂，得到相应的氨基酸衍生物。

因为在蛋白质中氨基酸是以酰胺的形式存在的，在研究合成蛋白质的过程中人们创造了各种构成酰胺键的试剂和方法。

例如：为了保护氨基可用苄氧甲酰氯作为酰化剂，因为既可容易引入，又能用多种方法把它脱下来。

② 氨基的烃基化2，4-二硝基氟苯能氨基酸的氨基发生反应，用2，4-二硝基氟苯作为测定N 端的试剂：氨基酸的二硝基衍生物，用非极性溶剂抽提出来，再用层析法分离鉴定。

`R COClRCH COOHH 2N +`R CRCH COOHHN O+HCl`R CH 2Cl RCH COOHH 2N +`RCH 2RCH COOH HN +HClRCH C OOHH 2N +RCH COOHH N HFF NO 2N O 2N O 2NO 2-③ 与亚硝酸反应：HNO 2的作用—范斯莱克氨基酸测定法（测定计算分子中氨基的含量）放出的氮气，一半来自氨基酸的氨基，半来自亚硝酸，反应是定量完成的，衡量放出的氮气。

④ 与茚三酮反应—α-氨基酸的特有反应（鉴别α-氨基酸）一般生成紫色。

脯氨酸、羟基脯氨酸生成黄色。

甲醛作用 （使氨基消失，既碱性消失，可用碱滴定羧基的含量）⑤ 氨基酸羧基的反应主要利用它能生成酯，成酐、成酰胺的一些反应。

将氨基酸转化成酯再与肼作用生成酰肼，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作用即能缩合成二肽：R`COOR``H 2N R 3ZHN O +`R COOR``HN R O↑R CH COOH NH 2+HNO 2R CH COOH OH+N 2+H 2O R CH COOH NH 2+R CH COOH N=CH 2+H 2OH 2NCHCOOH R +OH OH OONOO O O2+RCHO CO 23H 2O++RC H C O OH H 2N RC H C O OR `H 2N NH 2NH 2R CH C-NH-NH2H 2N OHONOR CH C-N 3H 2N O叠氮法合成的肽能保持产品光学纯度。

⑥ 受热反应 （注意和前面讲过的羟基酸受热反应比较） α-氨基酸受热时，两分子α-氨基酸失水形成哌嗪二酮的衍生物α-羟基酸加热形成交酯。

β-氨基酸受热时则失氨而形成α，β-不饱和酸。

（和β-羟基酸受热产物一样）γ-氨基酸和δ-氨基酸受热则分子内氨基与羧基失水形成内酰胺。

（γ-羟基酸和δ-羟基酸受热形成内酯。

） 四、物理和光谱性质1．α—氨基酸都是无色结晶。

因是在等电点成两性离子时结晶出来的，在分子内即有极强的静电引力，其熔点无疑要较相应的胺或羧酸高，通常熔融时都分解。

2．α—氨基酸溶于水，在等电点时溶解度最小。

由于它具两性离子的结构，一般难溶于非极性有机溶剂。

2C CHH 3C O OH NH 2C CH CH 3OHO+HNC CHH 3C ONH CCH 3O3,6-二甲基-2,5-哌嗪二酮H 2CH R CH 2COOH△HC CHR COOH +NH 3H 2CH R CH 2CH 2COOH△+H 2OCH R CH 2CH 2COγ-氨基酸γ-内酰胺3．α—氨基酸IR ：1600cm -1处有一羧负离子的吸收带（1720 cm -1没有羧基的典型谱带）。

在3100-2600 cm -1间有一强而宽的N-H 键伸缩吸收带。

§19—2 多肽 一、肽和肽键氨基酸分子间的氨基与羧基失水，以酰胺键（肽键）相连而成的化合物叫做肽。

1．肽键2．肽的结构C —端：保留游离的羧基；N —端：保留游离的氨基。

三肽有6种可能的方式；四肽有24种可能的方式；六肽有720种可能的方式。

氨基酸和二肽类的整个酰胺基是共平面的，即羰基碳、氮以及连接它们的四个原子都处于一个平面中， 3．多肽的命名H 2N CH R NRCOOHO 12二肽H 2N CH R NHC R O 12三肽N O C HRCOOH3H 2N CH 2OHC CH 3COOH（Ⅰ）甘氨酰- - 丙（Gly - Ala）H 2N CHO CH 2COOH丙氨酰 - - 甘（Ala - Gly ）CH 3（Ⅱ）CNHO肽键以含C —端的氨基酸为母体，把肽链中其它氨基酸名称中的酸字改为酰字，将含N —端的氨基酸写在最前，然后按它们在链中的顺序依次排列至最后含C —端的氨基酸。

二、多肽结构的测定和端基分析确定天然多肽结构是很麻烦的。

首先知道由哪些氨基酸组成的（可通过长度水解确定），还要知道各氨基酸的连接顺序。

1．分子量大小的测定（相对分子质量）多肽虽是个高分子化合物，但是个具有极其严格而精细结构的，有固定的相对分子质量，而不是象一般高分子化合物那样只是一个平均相对分子质量，可用化学方法或用各种物理方法，如渗透压法、光散射法，以用测量超离心时的性能和X 衍射。

2．氨基酸的定量分析多肽在6mol/LHCl ，105℃时水解（碱性水解易引起手性碳的外消旋化，故不能用）。

水解后得的氨基酸混合液可用氨基酸分析仪分离和测定。

3．测定N 端和C 端① 2，4—二硝基氟苯法NH 2CHCH 2CH 2OCH 谷氨酰- 半胱氨酰 - 甘氨酸简写为谷- 半胱 - 甘（Glu - Cys - Gly ）HOOCCH 2H 2C COOHSHOH 2N CH OCH RR CH COOHOO 2NO 2NR 123F +DNFB 为标记N —端试剂。