中山大学有机化学课件第19章.ppt

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1、第十九章氨基酸、肽和蛋白质 Amino Acids,Peptides and Protein本章主要内容一、蛋白质概述一、蛋白质概述二、氨基酸二、氨基酸(Amino Acid)(Amino Acid)三、肽三、肽(Peptides)(Peptides)四、蛋白质的结构四、蛋白质的结构(Proteins)(Proteins)一、蛋白质概述构成生物体最基本的结构物质和功能物质。一切生命过程，都离不开蛋白质的参与。Protein来自希腊文“Proteios”-“首要地位”-1838年，荷兰化学家G.J.Mulder蛋白质的主要功能蛋白质的主要功能a.构成生命体，特别是动物体的基本结构材料(struc

2、tural proteins)b.催化活性-酶(enzyme)c.物质的转运(transport proteins)d.协调运动，调节机体活动(motile and regulatory proteins)e.营养物(nutrient proteins)f.免疫保护(defense proteins)g.支架(adapter proteins)h.控制生长和分化蛋白质的化学组成(1)元素组成l 都含有C、H、O、Nl 其他主要是S、P、Fe、Cu、Zn、Mg、和 I 等蛋白质的化学组成(2)蛋白质含量计算l 蛋白质占生物组织中所有含氮物质的绝大部分。因此，可以将生物组织的含氮量近似地看作蛋白质

3、的含氮量。l 蛋白质粗略含量的计算公式：蛋白质的化学组成(3)蛋白质的结构单元分子-氨基酸l 完全水解：各种氨基酸的混合物。l 氨基酸是蛋白质的基本结构单元。l 基本氨基酸：大多数的蛋白质都是由20种氨基酸 组成，称作基本氨基酸(standard amino acids)。二、氨基酸(Amino Acid)l l 分子中既含有氨基，又含有羧基的化合物统称为氨基酸。分子中既含有氨基，又含有羧基的化合物统称为氨基酸。l 组成肽和蛋白质的结构单元分子-Amino Acid1.1.Configuration Configuration When R H,a-C is a chiral carbon,t

4、here are two stereoisomers(D and L-amino acid).The amino acids in protein molecules are the L-amino acids.20 standard amino acids in proteins.Side chain二、氨基酸(Amino Acid)2.20 standard amino acids(1)Nonpolar side chain(9 members)2.20 standard amino acids(2)Uncharged polar side chain(6 members)2.20 sta

5、ndard amino acids(3)Charged polar side chain(5 members)Acidic amino acidsBasic amino acids2.20 standard amino acids3.Nonstandard Amino AcidsD-amino acidl 非蛋白氨基酸l Components of relatively short(20 residues)bacterial polypeptides(细菌多肽).l Important constituents of bacterial cell wallsl Components of ma

6、ny bacterially produced peptide antibiotics(抗生素)3.Nonstandard Amino Acidsl Tyrosine derivativel An iodine-containing thyroid(甲状腺)hormone that generally stimulates vertebrate(脊椎动物)metabolism二、氨基酸(Amino Acids)4.Properties of Amino Acids(1)旋光性(Optical activity)l 除Glycine(R=H)外，氨基酸均含有一个手性-碳原子，因此都具有旋光性。l

7、 比旋光度()是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。4.Properties of Amino Acids 4.Properties of Amino Acids(2)UV absorptionUV特征吸收：max=260 280 nm(3)(3)酸碱性 酸碱性(acid-base properties)(acid-base properties)氨基酸既是酸又是碱 氨基酸既是酸又是碱物理性质：高熔点固体；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(dipolar ion)的形式存在的。是一种内盐(inner salt)。4.Propert

8、ies of Amino Acids 4.Properties of Amino Acids 二、氨基酸(Amino Acids)Amino acid act either as an base(proton acceptor)Amino acids are ampholytes(两性电解质)。(3)Acid-Base Properties(1)氨基酸既是酸又是碱 Amino acid act either as an acid(proton donor)4.Properties of Amino Acids 4.Properties of Amino Acids (4)(4)Isoelect

9、ric Isoelectric Point Point(氨基酸的等电点 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)。4.Properties of Amino Acids 4.Properties of Amino Acids a 等电点时，amino acids 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。b 处于等电点的氨基酸，其溶解度最小。c pI 与解离常数 pK 间的关系 Neutral amino acids:pI=(pK1+pK2)/2 Acidic

10、 amino acids:pI=(pK1+pKRCOOH)/2 Basic amino acids:pI=(pK1+pKRNH2)/2(4)Isoelectric Point4.Properties of Amino Acids 4.Properties of Amino Acids 思考：为什么-氨基酸中羧基的酸性比醋酸的酸性强100倍以上？1.诱导效应2.场效应4.Properties of Amino Acids 4.Properties of Amino Acids 二、氨基酸(Amino Acids)5.Chemical Reactionsl 自学（参看教材相关内容）(1)-氨基参与

11、的反应(2)-羧基参与的反应(3)-氨基和羧基共同参与的反应l 要求了解 1、各反应的原理及其用途 2、生物体系中的有关反应过程二、氨基酸(Amino Acids)5.Chemical Reactions(4)侧链基团的化学性质 a.Sulfhydryl(-SH)-弱酸性(pKa=10.28)-亲核性-络合性-还原性(4)侧链基团的化学性质 b.Imidazole group（咪唑基）-酸碱性（重要特性）-磷酰化-烷基化二、氨基酸(Amino Acids)5.Chemical ReactionsAcid-base properties of imidazole group5.Chemical

12、Reactions磷酰化烷基化二、氨基酸(Amino Acids)6.Preparation of amino acids1.蛋白质水解法2.微生物发酵法3.人工合成法a.还原氨化法b.-卤代酸的氨化c.Gabriel-丙二酸酯合成法d.Strecker合成法消旋产物化学或酶法拆分(1)经典化学合成法及拆分(自学，参见教材相关内容)二、氨基酸(Amino Acids)7.Chemical Synthesisa.应用不对称前体(asymmetric precursor)合成法的原理b.应用不对称催化剂(asymmetric catalyst)合成法的原理(2)(2)氨基酸的不对称合成（了解原理）

13、氨基酸的不对称合成（了解原理）（参见教材相关内容）（参见教材相关内容）二、氨基酸(Amino Acids)7.Chemical Synthesis三、肽(Peptides)1 1 肽 肽(Peptides)(Peptides)-由两个以上氨基酸通过肽键连接起来的化合物 由两个以上氨基酸通过肽键连接起来的化合物。dipeptide(2 amino acid residues)oligopeptide(210 amino acid residues)polypeptide(10 amino acid residues)protein(molecular weight 10 Kd)自然界存在多种肽类

14、物质，如胰岛素、脑啡肽、青霉素等。2 2 肽键 肽键(Peptide bond)(Peptide bond)-一 一分 分子 子氨 氨基 基酸 酸的 的羧 羧基 基与 与另 另一 一分 分子 子氨 氨基 基酸 酸的 的氨 氨基 基失 失去 去一 一分 分子 子水而形成的键。水而形成的键。氨基酸残基 氨基酸残基(Amino acid residue)(Amino acid residue)-组成肽及蛋白质的氨基酸单元。组成肽及蛋白质的氨基酸单元。三、肽(Peptides)2.Peptide bondl 肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。l 组成肽键的原子处于同一平面，一般为

15、反式。2.Peptide bondl 肽键中键具有部分双键性质，不能自由旋转l 两个相邻的肽键通过共同的-碳(C)相连，C-N，C-C 可以自由旋转。2.Peptide bondThe structure of a tetrapeptide三、肽(Peptides)3.氨基酸顺序(Amino acid sequence)-多肽链中氨基酸残基排列的顺序Are Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu and Leu-Ala-Tyr-Gly-Ser same peptides?三、肽(Peptides)4.Chemical Synthesis of PeptidesThere are three w

16、ays to obtain a peptides:(1)Purification from tissue(2)Genetic engineering(3)Direct chemical synthesis4.Chemical synthesis of peptidesl 策略：定向形成酰胺键l 方法：保护不反应的基团（氨基和羧基）活化反应的基团（羧基）Solid-Phase Peptide Synthesis(1962,Robert Bruce Merrifield,1984 Nobel Chemical Proze)四、蛋白质的结构*蛋白质是由一条或多条多肽链以特殊方式结 合而成的生物大分子

17、。*蛋白质与多肽并无严格的界线。蛋白质分子量 6000 D*蛋白质分子量变化范围很大。约6 KD1,000 KD，甚至更大。四、蛋白质的结构*蛋白质结构非常复杂。*1969年，IUPAC对蛋白质高级结构的不同层次作了界定。*一级结构：肽链的线性结构。空间结构：肽链的卷曲、折叠等。包括二级、三级和四级结构。Four Levels of Protein Structurel Primary structure-the liner sequence of amino acids in the chain and the location of the disulfide bridges(二硫键).l

18、 Secondary structure-the conformation of segments of the backbone chain(主链)of a protein.l Tertiary structure-the three-dimensional arrangement of all the atoms in the protein.l Quaternary structure-the way the subunits(亚基)are arranged in space.Four Levels of Protein Structure本章主要内容一、氨基酸一、氨基酸(Amino Acid)(Amino Acid)二、肽二、肽(Peptides)(Peptides)三、蛋白质三、蛋白质(Proteins)(Proteins)重点掌握：1.氨基酸的结构、性质2.肽、肽键、氨基酸顺序的概念3.蛋白质结构的层次划分及内涵