氨基酸、肽和蛋白质-ok

第十四章氨基酸、肽和蛋白质AminoAcids,PeptidesandProtein本章主要内容一、氨基酸(AminoAcid)（重点内容）（一）结构特点（二）20种基本氨基酸（三）氨基酸的特性（四）氨基酸的合成与拆分二、肽(Peptides)三、蛋白质(Proteins)（简述）一、AminoAcid分子中既含有氨基，又含有羧基的化合物统称为氨基酸。组成肽和蛋白质的结构单元分子——a-aminoAcidCH3CHCOOHCOOHNH2NH2NH2CH2CH2COOHNH2CH2CH2CH2COOHa-aminoacid-aminoacid-aminoacido-aminobenzoicacid一、AminoAcids（一）Configuration•WhenR≠H,a-Cisachiralcarbon,therearetwostereoisomers(DandL-a-aminoacid)•TheaminoacidsinproteinmoleculesaretheL-a-aminoacids.•20standardaminoacidsinproteinsH2NHCOOHRHNH2COOHRL-a-aminoacidD-a-aminoacid（二）20standardaminoacids+H3NCOO-H+H2NCOO-H+H3NCOO-HCH3+H3NCOO-HCH(CH3)2+H3NCOO-HCH2+H3NCOO-HCH(CH3)CH(CH3)2CH2CH3Glycine(Gly)Alanine(Ala)Valine(Val)Leucine(Leu)Isoleucine(Ile)Proline(Pro)甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸脯氨酸1.Nonpolar,aliphalicRgroups(6)一、氨基酸(AminoAcids)（二）20standardaminoacidsUV特征吸收：l=280nm+H3NCOO-HCH2+H3NCOO-HCH2+H3NCOO-HCH2Phenylalanine(Phe)Tyrosine(Tyr)Tryptophan(Try)苯丙氨酸酪氨酸色氨酸2.AromaticRgroups(3)NHOH（二）20standardaminoacids+H3NCOO-HCH2OH+H3NCOO-HCHOH+H3NCOO-HCH2SH+H3NCOO-HCH2+H3NCOO-HCH2CH2SCH3CONH2Serine(Ser)Threonine(Thr)Cysteine(Cys)Methionine(Met)Asparagine(Asn)Glutamine(Gln)丝氨酸苏氨酸半胱氨酸甲硫氨酸（蛋氨酸）门冬酰胺谷氨酰胺3.Polar,unchargedRgroups(6)CH3+H3NCOO-HCH2CH2CONH2一、AminoAcids（二）20standardaminoacidsAcidicaminoacids——containingtwocarboxylicgroups+H3NCOO-HCH2COO-Aspartate(Asp)Glutamate(Glu)门冬氨酸谷氨酸+H3NCOO-HCH2CH2COO-4.NegativelychargedRgroups(2)（二）20standardaminoacidsBasicaminoacids——containingtwoaminogroups+H3NCOO-HCH2CH2Lysine(Lys)Arginine(Arg)赖氨酸精氨酸+H3NCOO-HCH2CH2CH25.PositivelychargedRgroups(3)CH2CH2NH3+NHCNH2NH2++H3NCOO-HH2CHNNHguanidinoimidazoleHistidine组氨酸Histidine(酸碱催化中的重要氨基酸)COOHCH2H3NCOOHH2CH3NpKa=6.00HNNNNHCOOHH2CH3NHNNH+COOHH2CH3N+HNNHH+-H+EssentialaminoacidsTheaminoacidsthatmustobtainfromourdietsbecauseweeithercannotsynthesizethematallorcannotsynthesizetheminadequateamounts10essentialaminoacids:Val,Leu,Ile,Thr,Met,Lys,Arg,Phe,His,Try一、AminoAcids（三）PropertiesofAminoAcids1.旋光性(opticalactivity)2.酸碱性(acid-baseproperties)(1)氨基酸既是酸又是碱+H3NCHCOO-R物理性质：①高熔点固体；②易溶于水，不溶于非极性溶剂。氨基酸在结晶状态或在接近中性的溶液中，是以两性离子(dipolarion)的形式存在的。是一种内盐(innersalt)。․Aminoacidacteitherasanbase(protonacceptor)RCCOO-NH3+HRCCOO-NH2H+H+RCCOO-NH3+HRCCOOHNH3+H+H+Aminoacidsareampholytes(两性电解质)。2.酸碱性（Acid-BaseProperties）(1)氨基酸既是酸又是碱․Aminoacidacteitherasanacid(protondonor)2.酸碱性（Acid-BaseProperties）(2)IsoelectricPoint(氨基酸的等电点)如果在某一pH值下，氨基酸所带正电荷的数目与负电荷的数目正好相等，即净电荷为零，则称该pH值为该氨基酸的等电点(pI)。RCCOO-NH3+HI11+RCCOO-NH2HIII1LowpHHighpHOH-H+K1RCCOOHNH3+HII1OH-H+K2②等电点时，aminoacids几乎全部以两性离子I的形式存在,并伴以极少量、严格相等的II和III。③处于等电点的氨基酸，其溶解度最小。①pI与解离常数pK间的关系Neutralaminoacids:pI=(pK1+pK2)/2Acidicaminoacids:pI=(pK1+pKRCOOH)/2Basicaminoacids:pI=(pK1+pKRNH2)/22.酸碱性（Acid-BaseProperties）(2)IsoelectricPointTitrationCurveandpICalculationofpI(1)HCCOOHNH3HCCOONH2HCCOOpK1pK2lowpHpIhighpH电荷1111编号ⅡⅠⅢH3NCH3CH3CH3CalculationofpI(2)N+H3CH2CH2CH2CH2CHCOOHNH3pK1N+H3CH2CH2CH2CH2CHCOO-NH3pK2N+H3CH2CH2CH2CH2CHCOO-NH2pKNH2NH2CH2CH2CH2CH2CHCOO-NH2221111CalculationofpI(3)HOOCCH2CH2CHCOOHNH3pK1HOOCCH2CH2CHCOO-NH3pKCOOH-OOCCH2CH2CHCOO-NH3pK2-OOCCH2CH2CHCOO-NH2221111(2)IsoelectricPointpHpI,样品带正电荷，样品点向阴极移动pHpI,样品带负电荷，样品点向阳极移动pH=pI,样品不带电荷，样品点不移动④纸电泳(Paperelectrophoresis)(2)IsoelectricPoint例题与习题现在有四个氨基酸：苯丙氨酸pI=5.5、脯氨酸pI=6.3、门冬氨酸pI=2.8和赖氨酸pI=9.7，请问在以下pH条件下进行电泳，各氨基酸的主要存在形式是什么？在外电场作用下，移向阳极还是阴极？苯丙氨酸脯氨酸门冬氨酸赖氨酸（1）pH=7.0（2）pH=6.0（3）pH=5.0（4）pH=2.0正阴极正阴极负阳极正阴极负阳极负阳极负阳极正阴极正阴极正阴极正阴极正阴极负阳极正阴极负阳极正阴极3.ChemicalReactionsofAminoAcids1)a-氨基酸的特殊反应：①分子间失水②茚三酮反应（鉴别反应）OOOHOHRCCOO-NH3+HOONO-O+Ninhydrina-aminoacidPurpleproduct(oryellowforPro)H3CNH2COOHHOONH2CH3+HNNHOOH3CCH3+2H2O3.ChemicalReactionsofAminoAcids2)合成中的a-氨基酸的保护反应：①羧基的保护H2NCOOprolineCH2PhOHHCl(气体)H2NCOOCH2PhCHH3NCH2PhCOOCH2PhH2，PdCHH3NCH2PhCOOH3C+phenylalaminebenzylesterphenylalaminetoluene②氨基的保护3.氨基酸的化学反应2)合成中的a-氨基酸的保护反应：CHH2NCH2CH(CH3)2COOHleucineCOClPhCH2OCHHNCH2CH(CH3)2COOHCOPhCH2ON-benzyloxycarbonylleucineCH2OCONHCHCCH3OValPheNH2CHCCH3OValPhe+CO2+CH3H2/Pd4.SynthesisofAminoacid1)还原氨化法2)a-卤代酸的氨化3)Gabriel-丙二酸酯合成法4)Strecker合成法消旋产物4.SynthesisofAminoacid1)还原氨化法——实际是一步完成，又称为仿生合成CROCOOa-酮酸(a-ketoacid)+NH3(过量)CRCOONHNH4亚胺(imine)H2/PdCHRNH2COO(D，L)-a-aminoacidCPhCH2COOHO3-phenyl-2-oxopropanoicacidNH3，H2/PdCHPhCH2NH2COONH4(D，L)-phenylalanine(ammoniumsalt)(30%)CHOOCCH2CH2COOO+NH4NHHCNH2sugar2-ketoglutaricacid+O+HenzymeCHHOOCCH2CH2NH3COO+L-glutamicacidNHsugarNH2ONAD+H2ONADH与生物合成极为相似4.SynthesisofAminoacid2）α-卤代酸的氨化采用大大过量的氨邻位羧基的影响，降低了α-氨基的亲核性能因此，反应可以得到很好地控制CRH2COHOcarboxylicacid(1)Br2/PBr3(2)H2OCRHCOHOBra-bromoacidNH3(大大过量)(D，L)-a-aminoacid(ammoniusmsalt)CHCOORNH2NH44.SynthesisofAminoacid3）Gabriel-丙二酸酯合成法用这种方法可以得到其他合成方法难以得到的α-氨基酸，如甲硫氨酸（蛋氨酸）CHCOOC2H5COOC2H5BrNNOOKOOCHCOOEtCOOEtNOOCCOOEtCOOEtR(1)OH-(2)RXH+，H2OCCOOHCOOHRH3NCO2加热CHH3NRCOOH(L，D)-a-aminoacid4.SynthesisofAminoacid4）Strecker合成法——最早发现的合成方法CH3CHO+NH3+HCNH2OCH3CHCNNH2H3O+CH3CHCOOHNH3(D，L)-alamine(60%)反应机理如下：CRHO+NH3aldehydeH+imine-H2OCRHNHHCNCRHNHHCNCRHCNNH2a-aminonitrileH3O+CRCOOHHNH3（D，L）-a-aminoacid(acidicform)5.ResolutionofD-andL-AminoacidsL-aminoacidD-aminoacid+纯手性碱(或酸)L-氨基酸盐D-氨基酸盐分离(重结晶，色谱法等)COO