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1第二十章氨基酸、蛋白质、核酸（AminoAcids，ProteinsandPeptides）授课对象：应用化学、化学反应工程、制药工程、药学学时安排：4h教材：有机化学（第四版），高等教育出版社，高鸿宾主编，2005年一、教学目的和要求：1、掌握α-氨基酸的结构、分类和命名。熟记甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天门冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸和精氨酸的名称与结构。2、掌握α-氨基酸的化学性质如两性与等电点、脱羧反应、与亚硝酸反应、显色反应等。3、熟悉必需氨基酸；肽的命名、肽键的结构特征和肽键的构型；核酸的组成和结构特点。4、了解多肽的分析、蛋白质的结构，蛋白质的一般性质。二、教学重点：氨基酸的构型、等电点与化学性质。蛋白质的结构.三、教学难点：氨基酸的等电点及其应用。蛋白质的结构。四、教学方法：讲授法为主，辅以启发和讨论。引导学生分析α-氨基酸的结构特征，帮助同学熟悉重要氨基酸的名称与结构。用多媒体手段，帮助学生理解氨基酸的两性电离及等电点的概念，并能运用它来分析和鉴定氨基酸。复习酰胺的结构与性质特点，引导学生学习肽的形成和肽的性质。列举氨基酸和肽本身的生物学作用及在蛋白质化学中的重要性，以激发学生的学习兴趣。20.1氨基酸一、氨基酸的结构、命名和分类1、蛋白质水解所得的氨基酸除个别例子外，都是α—氨基酸或其衍生物（脯氨酸）。2用酸或酶使蛋白质水解时，得到α—氨基酸，除甘氨酸以外，都是旋光的，并且都属于L型。D型α—氨基酸也存在于自然界，例如存在于某些抗生素中。2、天然产氨基酸多用习惯名称，即按其来源或性质命名。例如门冬氨基酸最初是由天门冬的幼苗中发现的；甘氨酸是因为具有甜味而得名。天然产的氨基酸目前知道的已超过一百种。但在生物体内作为合成蛋白质原料的只有二十种，这二十种氨基酸象无机符号一样，都有国际通用的符号来表示，如甘氨酸：Gly（甘）门冬氨酸：Asp（门）3、氨基酸可分为链状、芳香族、杂环氨基酸。如：根据R的不同可分为六种（R为烃基、含羟基、含氨基、含硫，含羧基，还有结构比较特殊的脯氨酸）二、氨基酸的性质1、氨基酸的酸碱性氨基酸分子中的氨基是碱性的，而羧基则是酸性的但它们的酸碱解离常数比起一般的羧基-COOH和氨基-NH2来都低的很。例如：甘氨酸：Ka=1.6×10-10，Kb=2.5×10-12大多数的羧酸：Ka=10-5这说明氨基酸在一般情况下不是以游离态的羧基和氨基存在的，而是以内盐的形式存在（内盐：偶极离子），H3N+_CHRCOO-。3如果把测得氨基酸的Ka值看成是代表甘氨酸中铵离子的酸度：Ka~-NH3+把测得甘氨酸的Kb值看成是代表甘氨酸中羧酸根离子的碱度：Kb～-COO-则其酸碱度与其测得的相符合。因为在水溶液中一个共轭酸和它的共轭碱的关系式是：Ka×Kb=10-14那么，-NH3+的共轭碱是-NH2-COO-的共轭酸是-COOH根据上式可以算出甘氨酸-NH2的Kb=6.3×10-5，同样-COOH的Ka=4×10-3。前者对一个脂肪胺来说,后者对一个有强吸电子基（-NH3+）的羧酸来说，其酸碱度是合理的数值（有强吸电子基时，酸性增强）。总之，在简单氨基酸如甘氨酸中，它的酸性基是-NH3+而不是-COOH，它的碱性基团是-COO-而不-NH2。氨基酸中有两性基团，所以既能和酸反应，也能和碱反应，它是两性化合物，在强酸性溶液中，以正离子形式存在，在强碱性溶液中以负离子形式存在。含有一个游离-NH2或-COOH基团的离子Ⅱ和Ⅲ，与偶极离子Ⅰ处于平衡状态。2、氨基酸的等电性（isoelectricpoint）当氨基酸的溶液置于电场中时，所发生的变化取决于溶液的酸碱度。4在相当碱性的溶液中，阴离子Ⅱ超过阳离子Ⅲ，因此氨基酸向阳极迁移；在相当酸性的溶液中，阳离子Ⅲ是过量的，因此，氨基酸向阴极迁移，如果Ⅱ和Ⅲ完全相等，那么，没有净迁移。在这样的条件下，任何一个分子作为正离子和作为负离子存在的机会是完全相等的，向一个电极方向的任何微小移动，马上就被一个相等的朝另一个电极的方向移动所抵消。当一个特定的氨基酸在电场的影响下不发生迁移时，这个氨基酸所在溶液的氢离子浓度叫做氨基酸的等电点,通常pI表示。净电荷为零的氨基酸所在的溶液的pH值为pI。氨基酸的pI值主要由其羧酸和氨基的电离常数来决定的，假如以pK1代表-COOH基的电离常数，pK2代表-NH3+基团电离常数，则pI和它们的关系可用下式表示：在等电点时，氨基酸的溶解度最小，因而用调节等电点的方法可以从氨基酸的混合物中分离出某些氨基酸。中性氨基酸pI=5.5~6.3，酸性氨基酸pI=2.8~3.2，碱性氨基酸pI=7.6~10.6。一般来说，氨基酸含氨基，pI值较高，含羧基多者pH值较低。当氨基酸中氨基多于一个时，当净电荷为零时，氨基酸溶液碱性强于氨基与羧基相等的溶液的pH值，故溶液pH值较高，pI值高。同理，氨基酸羧基多时，pI值较值小。3、氨基酸的反应氨基酸含有氨基和羧基，因而能起氨基和羧基的化学反应。⑴氨基酰化：苄氧甲酰氯苄氧甲酰氯作为酰化剂，与氨基酰化后，对以后应用的试剂（如SOCl2）较稳定，因5为这个试剂容易引入，还能用多种方法把它脱下来，所以，在合成蛋白质的过程中，作为氨基的保护基团。⑵氨基的烃基化：氨基酸与RX作用则烃基化而成N-烃基衍氨基酸，如：用氟代二硝基苯作为测定N端的试剂.（DNP：二硝基苯基）⑶与亚硝酸反应：除亚氨基酸（脯氨酸）外，α－氨基酸都能与亚硝酸反应，氨基酸与亚硝酸作用放出氮气，得到羟基酸，放出的氮气一半来自氨基酸的氨基一半来自亚硝酸，反应是定量完成的，衡量放出氮气的体积便可计算出氨基酸中氨基的含量，这称为Vanslyke（范斯莱克）氨基测定法。⑷与茚三酮反应：α－氨基酸在碱性溶液中与茚三酮作用，能生成显蓝或紫红色的有色物质，这是鉴别α－氨基酸的灵敏方法，大多数的α－氨基酸（除脯氨酸外）都有此反应，有色物质是这样生成的：茚三酮水合茚三酮6（蓝色）⑸氨基酸羧基的反应：这里值得特别提出的是把氨基酸转化成叠氮化合物的方法，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：7这个叠氮化合物与另一氨基酸酯作用即能缩合成二肽此法可称为叠氮法，用此法合成的肽能保持光学纯度。两分子氨基酸在适当条件下加热，分子中的氨基也可以与羧基相互作用失去两分子水生成二酮吡嗪。二酮吡嗪四、氨基酸的制备方法氨基酸的制备主要有蛋白质的水解，有机合成和发酵法三条途径。氨基酸合成主要有三种方法：1、由醛或酮制备（Strecker法）2、α-卤代酸的氨解②Gabriel法（可得到较纯的氨基酸）83、由丙二酸酯合成20.2肽一、肽的结构和命名肽是氨基酸残基之间彼此之间通过酰胺键相连而成的一类化合物。什么叫肽键？肽也是以两性离子的形式存在。按构成肽的氨基酸残基的数目称为几肽。十肽以下的称为寡肽；大于十肽的称为多肽。肽链的书写规则，通常氨基末端或N-端写在左边，羧基末端或C-端写在右边。多肽命名常以含C-端的氨基酸为母体，称为某氨基酸，肽链中其它氨基酸残基则从N-9端开始依次称为某氨酰，置于母体名称之前。常用英文或中文符号表示。二、肽键平面肽单元：肽键与相邻两个α-碳原子所组成的基团（-Cα-CO-NH-Cα-）。肽单元的空间结构的三个特征：1、肽单元是平面结构。2、肽键具有部分双键性质。3、肽键一般呈反式构型。肽的化学性质与氨基酸有些类似。三、多肽序列的测定1、氨基酸的组成和含量分析2、肽末端氨基酸残基的分析3、肽的部分水解介绍N-端的分析和C-端的分析及末端分析与部分水解相结合的分析方法。四、生物活性肽生物体内存在一类具有活性的肽类，称为活性肽如谷胱甘肽。介绍几种生物活性肽的组成及生理功能。1、神经肽2、多肽生成因子3、非蛋白质来源多肽20.3核酸1、酸的组成和分类2、核苷3、核苷酸4、核酸的结构（主要介绍一级结构）先复习核糖、糖苷和嘌呤碱的结构。