19.1氨基酸 19.1.1氨基酸的结构、分类和命名 1.结构 氨基酸是羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基(-NH2)取代后的衍生物。 构成蛋白质的20余种常见氨基酸中除脯氨酸外,都是α一氨基酸,其结构可用通式 表示: RCHCOOH NH, 2.分类 ①肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环氨基酸 ②根据氨基和羧基的相对位置分为:a一氨基酸、β一氨基酸和y一氨基酸。 ③根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。 ④除氨基和羧基外,还可根据连的基团(或原子)不一样可分: 氢氨基酸(甘氨酸)、烃基氨基酸(丙氨酸,缬氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,异氨酸, 苯丙氨酸)、羟基氨基酸(丝氨酸,苏氨酸,酪氨酸)、氨基氨基酸(色氨酸,赖氨酸, 精氨酸,组氨酸,)、含硫氨基酸(半胱氨酸,蛋氨酸)、含羧基氨基酸(门冬氨酸,谷氨 酸)、含酰氨氨基酸(谷氨酰胺)、含杂环氨基酸(脯氨酸)。 3.命名: 根据氨基酸的来源或性质命名。 见P450表19-1。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”。 4.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。 COOH COOH H CH2N CH3 H3 L乳酸 L丙氨酸 L型氨基酸 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标准。 H3 L苏氨酸 D苏阿糖
1 19.1 氨基酸 19.1.1 氨基酸的结构、分类和命名 1．结构 氨基酸是羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基（-NH2）取代后的衍生物。 构成蛋白质的 20 余种常见氨基酸中除脯氨酸外，都是α-氨基酸，其结构可用通式 表示： ２．分类 ① 肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环氨基酸 ② 根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 根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。 ④ 除氨基和羧基外，还可根据连的基团（或原子）不一样可分： 氢氨基酸（甘氨酸）、烃基氨基酸（丙氨酸，缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，异氨酸， 苯丙氨酸）、羟基氨基酸（丝氨酸，苏氨酸，酪氨酸）、氨基氨基酸（色氨酸，赖氨酸， 精氨酸，组氨酸，）、含硫氨基酸（半胱氨酸，蛋氨酸）、含羧基氨基酸（门冬氨酸，谷氨 酸）、含酰氨氨基酸（谷氨酰胺）、含杂环氨基酸（脯氨酸）。 ３．命名： 根据氨基酸的来源或性质命名。 见 P４５０表１９－１。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”。 ４．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标准。 RCHCOOH NH2 HO COOH H CH3 H2N COOH H CH3 H2N COOH H R L- 乳酸 L- 丙氨酸 L- 型氨基酸 L- 苏氨酸 H2N COOH H CH3 H OH D- 苏阿糖 HO CHO H CH3 H OH
19.1.2物理和光谱性质 1.q一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一氨基酸溶于水,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。 3.a一氨基酸IR:1600cm处有一羧负离子的吸收带(1720cm没有羧基的典型 谱带)。在3100-2600cm间有一强而宽的N-H键伸缩吸收带。 19.1.3化学性质 具有氨基和羧基的典型反应。还表现出特性 1.酸碱性一两性 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。 R-CH-COOH= R-CH-COO NH2 NH3 如果把测得甘氨酸的K值看成是代表甘氨酸中铵离子的酸度 H3 NCHRCoo H,O H3O H2 NCHRCOO Ka JHO1H2 NCHRCOO H3 NCHRCOO 如果把测得甘氨酸的K值看成是代表甘氨酸中羧酸根离子的碱度 H3 NCHRCOO +H,0= H3 NCHRCOOH HO ⊥ NCHRCOOHIHo-I Ha Nchrcoo 测得甘氨酸的K=1.6×100,甘氨酸的K=2.5×102。而大多数羧酸K约为10°,大 多数脂肪胺的K约为10。 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K×K=10-。由上 式算出甘氨酸中的正离子一NH3K=1.6×10°,这意味着它的共轭碱一NH的K=6.3×10° 样算出甘氨酸中共轭碱一000的K为2.5×102,这意味着它的共轭酸一CO0H的K=4 ×103。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一NH3,它的碱性基团是 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
2 １9．１．２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。 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。 １9．１．３化学性质 具有氨基和羧基的典型反应。还表现出特性。 1．酸碱性－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 Ka 值看成是代表甘氨酸中铵离子的酸度， 如果把测得甘氨酸的 Kb 值看成是代表甘氨酸中羧酸根离子的碱度， 测得甘氨酸的 Ka=1.6×10-10，甘氨酸的 Kb=2.5×10-12。而大多数羧酸 Ka 约为 10-5，大 多数脂肪胺的 Kb 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 Ka×Kb=10-14。由上 式算出甘氨酸中的正离子—N + H3Ka=1.6×10-10，这意味着它的共轭碱—NH2 的 Kb=6.3×10-5。 同样算出甘氨酸中共轭碱—COO -的 Kb 为 2.5×10-12，这意味着它的共轭酸—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 + H3，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 H3 NCHRCOO + - + H2O H3O + + H2NCHRCOO - H3 NCHRCOO + - + H2O + HO - H3 NCHRCOOH + Ka= H3O + H2NCHRCOO - H3 NCHRCOO + - HO - Kb= H3 NCHRCOO + - H3 NCHRCOOH + R CH COOH NH2 R CH COO NH3 + -
子存在。在等电点时,氨基酸主要以两性离子存在: R-CH-COOH_OH R-CH-coo R-CH-COO (Ⅱ) 正离子 两性离子 负离子 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 R-CH-COOH CH-COO 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: R-CH-COOH HC R一CH-COOH+Ci NH2 R-CH-COOH +NaOH- R-CH-COO Na NH2 NH2 ④离子化 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。 R一CH-COOH+H2O R一CH-coo+H3O NH NH2 R一CH-COOH+H2O CH-COOH OH NH2 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 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。 OH +R-CH-COOH H20 R-CH-Co0'2o -R-CH-COO+ H3O NH3 (I) 正离子 两性离子 负离子
3 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 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。 OH - R CH COOH NH3 R CH COO NH3 + + - R CH COO NH2 H - 2O H2O （Ⅰ） （Ⅱ） + 正离子 两性离子 负离子 + H3O + OH - R CH COOH NH3 R CH COO NH3 + - R CH COO NH2 - （Ⅰ） （Ⅱ） + 正离子 两性离子 负离子 H + OH - H + R CH COOH NH2 R CH COO NH3 + - R CH COOH NH2 + HCl R CH COOH NH3 + + Cl - R CH COOH NH2 + R CH COO NH2 NaOH + - Na + R CH COOH NH2 + R CH COO NH2 + - H2O H3O + R CH COOH NH2 + R CH COOH NH3 H2O + + OH -
R-CH-COOH OH R-CH-coo OH R-CH-COO NH NH3 正离子 偶极离子 pH pI 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。 pI=pK+pK2 K:-COOH电离常数;K2:-NH3电离常数。 ②p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 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) pHpI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.氨基酸中氨基的反应 ①与亚硝酸反应大多数氨基酸中含有伯氨基,可以定量与亚硝酸反应,生成α-羟 基酸,并放氮气 R-CH-COOH+HNO2-→R- CH-COOH+H2O+N2↑ NH2 OH 该反应定量进行,从释放出的氮气的体积可计算分子中氨基的含量。这个方法称为 范斯莱克( Van Slyke)氨基测定法,可用于氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定。 ②与甲醛反应氨基酸分子中的氨基能作为亲核试剂进攻甲醛的羰基,生成(N,N 二羟甲基)氨基酸
4 R-CH-COOH + HNO2 ─→ R-CH-COOH + H2O + N2↑ | | NH2 OH 正离子 偶极离子 负离子 pH pI 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。 K1：-COOH 电离常数；K2：-NH3 +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） pHpI 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．氨基酸中氨基的反应 ① 与亚硝酸反应 大多数氨基酸中含有伯氨基，可以定量与亚硝酸反应，生成α-羟 基酸,并放氮气。 该反应定量进行，从释放出的氮气的体积可计算分子中氨基的含量。这个方法称为 范斯莱克（Van Slyke）氨基测定法，可用于氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定。 ② 与甲醛反应 氨基酸分子中的氨基能作为亲核试剂进攻甲醛的羰基，生成（N,N- 二羟甲基）氨基酸。 R CH COOH NH3 R CH COO NH3 + - R CH COO NH2 - （Ⅰ） （Ⅱ） + H + OH - OH - H + pI = pK1+pK2 2
R-CH-COOH R-CH-COOH +2HCHO→→ HOH,C-N-CH,OH 在(N,N-二羟甲基)氨基酸中,由于羟基的吸电子诱导效应,降低了氨基氮原子的 电子云密度,削弱了氮原子结合质子的能力,使氨基的碱性削弱或消失,这样就可以用 标准碱液来滴定氨基酸的羧基,用于氨基酸含量的测定。这种方法称为氨基酸的甲醛滴 定法 在生物体内,氨基酸分子中的氨基在某些酶的催化下,可与醛酮反应生成弱碱性的 西佛碱( Schiff’base),它是植物体内合成生物碱及生物体内酶促转氨基反应的中间 产物。 R'CHO+H2N- CH-COOH一→R'CH=N-CH-COH 西佛碱 ③与2,4-二硝基氟苯反应氨基酸能与2,4-二硝基氟苯(DNFB)反应生成N-(2,4 二硝基苯基)氨基酸,简称NDNP-氨基酸。这个化合物显黄色,可+用于氨基酸的比色测 定。英国科学家桑格尔( Sanger)首先用这个反应来标记多肽或蛋白质的N-端氨基酸 再将肽链水解,经层析检测,就可识别多肽或蛋白质的N端氨基酸。 O2N F+H2 N-CHCOOH碱 -NH-CHCOOH +hE R N-DNP氨基酸(黄色) ④氧化脱氨反应氨基酸分子的氨基可以被双氧水或高锰酸钾等氧化剂氧化,生 成α-亚氨基酸,然后进一步水解,脱去氨基生成α-酮酸。 R-CH-COO一→R- C-COOH R-C-CO0H a-亚氨基酸a-羟基-a-氨基酸 生物体内在酶催化下,氨基酸也可发生氧化脱氨反应,这是生物体内蛋白质分解代 谢的重要反应之一
5 在（N,N-二羟甲基）氨基酸中，由于羟基的吸电子诱导效应，降低了氨基氮原子的 电子云密度，削弱了氮原子结合质子的能力，使氨基的碱性削弱或消失，这样就可以用 标准碱液来滴定氨基酸的羧基，用于氨基酸含量的测定。这种方法称为氨基酸的甲醛滴 定法。 在生物体内，氨基酸分子中的氨基在某些酶的催化下，可与醛酮反应生成弱碱性的 西佛碱（Schiff’ base）,它是植物体内合成生物碱及生物体内酶促转氨基反应的中间 产物。 ③ 与 2,4-二硝基氟苯反应 氨基酸能与 2,4-二硝基氟苯（DNFB）反应生成 N-（2,4- 二硝基苯基）氨基酸，简称 N-DNP-氨基酸。这个化合物显黄色，可+用于氨基酸的比色测 定。英国科学家桑格尔（Sanger）首先用这个反应来标记多肽或蛋白质的 N-端氨基酸 ， 再将肽链水解，经层析检测，就可识别多肽或蛋白质的 N-端氨基酸。 ④ 氧化脱氨反应 氨基酸分子的氨基可以被双氧水或高锰酸钾等氧化剂氧化，生 成α-亚氨基酸，然后进一步水解，脱去氨基生成α-酮酸。 生物体内在酶催化下，氨基酸也可发生氧化脱氨反应，这是生物体内蛋白质分解代 谢的重要反应之一。 R-CH-COOH R-CH-COOH | + 2HCHO ─→ | NH2 HOH2C-N-CH2OH R’CHO + H2 N-CH-COOH ─→R’CH=N-CH-COOH | | R R 西佛碱 OH O [O] H2O | -NH3 ‖ R-CH-COOH ─→ R-C-COOH ─→ R-C-COOH ─→ R-C-COOH | ‖ | NH2 NH NH2 α-亚氨基酸 α-羟基-α-氨基酸 F NO2 O2N + H2N-CHCOOH R 弱碱 NO2 O2N NH-CHCOOH R + HF N-DNP-氨基酸（黄色）
4.氨基酸中羧基的反应 ①与醇反应氨基酸在无水乙醇中通入干燥氯化氢,加热回流时生成氨基酸酯 0 R-cH-C-OH+C2H5-OH→→R-CH-C-0-CaH5+HO α-氨基酸酯在醇溶液中又可与氨反应,生成氨基酸酰胺 R-CH-C-OC2H5+ NH3--R-CH-C-NH2+ C2Hs-OH 这是生物体内以谷氨酰胺和天冬酰胺形式储存氮素的一种主要方式。 ②脱羧反应将氨基酸缓缓加热或在高沸点溶剂中回流,可以发生脱羧反应生成胺。 生物体内的脱羧酶也能催化氨基酸的脱羧反应,这是蛋白质腐败发臭的主要原因。例如 赖氨酸脱羧生成1,5-戊二胺(尸胺)。 H2N-CH2( CH2)3-CH-COOH H2N-(CH2)5-NHa 戊二胺(尸胺) 5.氨基酸中氨基和羧基共同参与的反应 ①与水合茚三酮的反应a-氨基酸与水合茚三酮的弱酸性溶液共热,一般认为先 发生氧化脱氨、脱羧,生成氨和还原型茚三酮,产物再与水合茚三酮进一步反应,生成 蓝紫色物质。这个反应非常灵敏,可用于氨基酸的定性及定量测定。 OH +H2N-CH-COOH +R-CHo t cO2 +NH3 还原型茚三酮 A+NH+HO、C 蓝紫色 凡是有游离氨基的氨基酸都和水合茚三酮试剂发生显色反应,多肽和蛋白质也有此 反应,脯氨酸和羟脯氨酸与水合茚三酮反应时,生成黄色化合物
6 4．氨基酸中羧基的反应 ① 与醇反应 氨基酸在无水乙醇中通入干燥氯化氢，加热回流时生成氨基酸酯。 α-氨基酸酯在醇溶液中又可与氨反应，生成氨基酸酰胺。 这是生物体内以谷氨酰胺和天冬酰胺形式储存氮素的一种主要方式。 ② 脱羧反应 将氨基酸缓缓加热或在高沸点溶剂中回流，可以发生脱羧反应生成胺。 生物体内的脱羧酶也能催化氨基酸的脱羧反应，这是蛋白质腐败发臭的主要原因。例如 赖氨酸脱羧生成 1,5-戊二胺（尸胺）。 5．氨基酸中氨基和羧基共同参与的反应 ① 与水合茚三酮的反应 α-氨基酸与水合茚三酮的弱酸性溶液共热，一般认为先 发生氧化脱氨、脱羧，生成氨和还原型茚三酮，产物再与水合茚三酮进一步反应，生成 蓝紫色物质。这个反应非常灵敏，可用于氨基酸的定性及定量测定。 凡是有游离氨基的氨基酸都和水合茚三酮试剂发生显色反应，多肽和蛋白质也有此 反应，脯氨酸和羟脯氨酸与水合茚三酮反应时，生成黄色化合物。 O O ‖ 干 HCl ‖ R-CH-C-OH + C2H5-OH ─→ R-CH-C-O-C2H5 + H2O | | NH2 NH2 O O ‖ ‖ R-CH-C-OC2H5 + NH3 ─→ R-CH-C- NH2 + C2H5-OH | | NH2 NH2 △ H2N-CH2(CH2)3-CH-COOH ─→ H2N-(CH2)5-NH2 | NH2 戊二胺（尸胺） C C C O O H OH C C C O O OH OH + H2N-CH-COOH │ R ──→ + R-CHO + CO2 +NH3 C C C O O H OH C C C O O HO HO 蓝紫色 + NH3 + ──→ 还原型茚三酮 C C C O O C C C O N O -
②与金属离子形成配合物某些氨基酸与某些金属离子能形成结晶型化合物,有时 可以用来沉淀和鉴别某些氨基酸。例如二分子氨基酸与铜离子能形成深紫色配合物结晶: 2R-CH-COOH + Cu2+ CH-R 2H ③脱羧失氨作用氨基酸在酶的作用下,同时脱去羧基和氨基得到醇 (CH3)2CH-CH2-CH-COOH+ H20-( CH3)2CH-CHz-CH20H CO2 +NH3 工业上发酵制取乙醇时,杂醇就是这样产生的 此外,一些氨基酸侧链具有的官能基团,如羟基、酚基、吲哚基、胍基、巯基及非 α-氨基等,均可以发生相应的反应,这是进行蛋白质化学修饰的基础。a-氨基酸还可 通过分子间的-NH2基与-COOH基缩合脱水形成多肽,该反应是形成蛋白质一级结构的基 础,将在蛋白质部分介绍 6.氨基酸的受热分解反应 a-氨基酸受热时发生分子间脱水生成交酰胺;Y-或δ-氨基酸受热时发生分子内脱 水生成内酰胺:β-氨基酸受热时不发生脱水反应,而是失氨生成不饱和酸 R-CH NHNH, CH-R NH CH-R q-氨基酸 交酰胺 HCHCOOF △ r RCHCHCOOH +Nh, H2 -氨基酸 a,B-不饱和酸 RCHCH2 CH,COOH_△ N 7
7 ② 与金属离子形成配合物 某些氨基酸与某些金属离子能形成结晶型化合物，有时 可以用来沉淀和鉴别某些氨基酸。例如二分子氨基酸与铜离子能形成深紫色配合物结晶： ③ 脱羧失氨作用 氨基酸在酶的作用下，同时脱去羧基和氨基得到醇。 工业上发酵制取乙醇时，杂醇就是这样产生的。 此外，一些氨基酸侧链具有的官能基团，如羟基、酚基、吲哚基、胍基、巯基及非 α-氨基等，均可以发生相应的反应，这是进行蛋白质化学修饰的基础。α-氨基酸还可 通过分子间的-NH2 基与-COOH 基缩合脱水形成多肽，该反应是形成蛋白质一级结构的基 础，将在蛋白质部分介绍。 6. 氨基酸的受热分解反应 α-氨基酸受热时发生分子间脱水生成交酰胺；γ-或δ-氨基酸受热时发生分子内脱 水生成内酰胺；β-氨基酸受热时不发生脱水反应，而是失氨生成不饱和酸。 α-氨基酸 交酰胺 β-氨基酸 α,β-不饱和酸 酶 (CH3)2CH-CH2-CH-COOH + H2O ──→ (CH3)2CH- CH2 - CH2OH + CO2 +NH3 │ NH2 RCH=CHCOOH + NH3 NH2 RCHCH2COOH C O NH2 RCH NH RCHCH2CH2COOH CH2 CH2 R-CH OH NH2 HO C C O O NH2 CH-R O C R-CH NH NH CH-R O C NH2 O / R-CH C=O │ Cu │ 2R-CH-COOH + Cu2 + ──→ O = C CH-R + 2H+ │ / NH2 O NH2
Y-氨基酸 内酰胺 19.1.4氨基酸的制备 1.有蛋白质水解 2.由卤代酸氨解 3.由丙二酸酯制备 19.2多肽 19.2.1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 R O H2N-CH-C. R O RO R 肽键 H2N-CH-C HC-C. -COOH 2.肽的结构 CH3 H2N-CH2-C-I C-COOH (I)甘氨酰丙氨酸,简写为甘丙(Gly-Ala) ChaO I HN-CH-8:N一cH2-co0H (I)丙氨酰-甘氨酸,简写为丙-甘(Aa-Gly) C一端:保留游离的羧基 N一端: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 多肽的命名 以含C一端的氨基酸为母体,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一端的氨基酸
8 γ-氨基酸 内酰胺 19.1.4 氨基酸的制备 １．有蛋白质水解 ２．由卤代酸氨解 ３．由丙二酸酯制备 １9．２多肽 １9．２．１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 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。 H2N CH R C H N HC R COOH 1 O 2 二肽 H2N CH R C H N HC R C 1 O 2 三肽 H N O C H R COOH 3 H2N CH2 C H N O HC CH3 COOH （Ⅰ）甘氨酰- 丙氨酸，简写为甘- 丙（Gly - Ala） H2N CH C H N O CH2 COOH 丙氨酰 - 甘氨酸，简写为丙- 甘（Ala - Gly） CH3 （Ⅱ） C NH O 肽键
HOOC-CHCH2 CH2-C-1-N-CH-C -N-C-COOH CH SH 谷氨酰半胱氨酰-甘氨酸 简写为谷-半胱-甘(Gu-Cys-Gly) 我国于1965年成功合成了世界上第一个具有生物活性的蛋白质一一牛胰岛素。这 是我国的骄傲 19.2.2多肽结构的测定和末端分析 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 ①2,4—一二硝基氟苯法(DNFB- Dinitrofluorobenzene法) 2NF + H2N-CH CH-C OOH O2N O2N〈 :- CH- O2N N时+++o+ao O2N DNFB为标记N一端试剂。N一端的氨基酸生成为黄色的N(2,4一二硝基苯基)
9 我国于 1965 年成功合成了世界上第一个具有生物活性的蛋白质——牛胰岛素。这 是我国的骄傲。 １9．２．２多肽结构的测定和末端分析 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(DNFB—Dintrofluorobenzene 法) DNFB 为标记 N—端试剂。N—端的氨基酸生成为黄色的 N—（2，4—二硝基苯基） NH2 CHCH2CH2 C H N O CH C 谷氨酰- 半胱氨酰 - 甘氨酸 简写为谷- 半胱 - 甘（Glu - Cys - Gly） HOOC CH2 H N H2 C COOH SH O H2N CH C H N O CH C R R H N CH COOH O O2N O2N R 1 2 3 F + O2N O2N N H CH C H N O CH C R R H N CH COOH O R 1 2 3 水解 O2N O2N N H CH COOH R 1 H2N CH COOH R 2 H2N CH COOH R 3 + +
氨基酸,通过纸上层析便可确定N一端是哪一种氨基酸。此法的主要缺点是当水解分离 N-二硝基苯氨基酸的同时,整个多肽链也会分解成氨基酸了 ②异硫氰酸酯法 R QN=++8---o H S <yN-C-NH-CH-F-i-i N CH-CO EN NH H2N-CH-COnw C—CHR 苯乙内酰硫脲 末端氨基与异硫氰酸酯中的碳进行亲核加成得到标记的肽,小心水解,则末端氨基 酸与标记试剂环化,形成苯乙酰硫脲而从多肽链上分离,再与标准试剂比较,可确定哪 种氨基酸。这个方法的特点是,除多肽N端的氨基酸外,其余多肽链会保留下来。这样 可继续不断的测定其N端。 ③酶水解(蛋白质水解有高度选择性,往往只水解一种肽键。) 现在有自控的氨基酸顺序测定仪问世,用它测定氨基酸的顺序,就较为便捷了 ④测定C端。氨基酸的酯与肼反应生成酰肼的方法也是测定C端的方法。因为只有 酯、酰胺能与肼反应而生成酰肼,而羧基不能与肼反应。所以多肽与肼反应时,所有的 肽键(酰胺)都与肼反应而断裂成酰肼,只有C端的氨基酸有游离的羧基,不会与肼反应 成酰肼。这就是说与肼反应后仍具有游离羧基的氨基酸就是多肽C端的氨基酸了。 4.肽链选择性地裂解并鉴定 相对分子量较大的多肽一般需要把它裂解成小碎片,一一测定这些小碎片的顺序, 再从各个碎片在排列上的重叠,重建整个肽链的顺序。 19.3蛋白质 蛋白质是由多种α一氨基酸组成的一类天然高分子化合物,分子量一般可由一万左右 到几百万,有的分子量甚至可达几千万,但元素组成比较简单,主要含有碳、氢、氮、 氧、硫,有些蛋白质还有磷、铁、镁、碘、铜、锌等。 各种蛋白质的含氮量很接近,平均为16%,即每克氮相当于6.25g蛋白质,生物体中 10
10 氨基酸，通过纸上层析便可确定 N—端是哪一种氨基酸。此法的主要缺点是当水解分离 N-二硝基苯氨基酸的同时，整个多肽链也会分解成氨基酸了。 ② 异硫氰酸酯法 末端氨基与异硫氰酸酯中的碳进行亲核加成得到标记的肽，小心水解，则末端氨基 酸与标记试剂环化，形成苯乙酰硫脲而从多肽链上分离，再与标准试剂比较，可确定哪 种氨基酸。这个方法的特点是，除多肽 N 端的氨基酸外，其余多肽链会保留下来。这样 可继续不断的测定其 N 端。 ③ 酶水解 （蛋白质水解有高度选择性，往往只水解一种肽键。） 现在有自控的氨基酸顺序测定仪问世，用它测定氨基酸的顺序，就较为便捷了。 ④ 测定 C 端。氨基酸的酯与肼反应生成酰肼的方法也是测定 C 端的方法。因为只有 酯、酰胺能与肼反应而生成酰肼，而羧基不能与肼反应。所以多肽与肼反应时，所有的 肽键(酰胺)都与肼反应而断裂成酰肼，只有 C 端的氨基酸有游离的羧基，不会与肼反应 成酰肼。这就是说与肼反应后仍具有游离羧基的氨基酸就是多肽 C 端的氨基酸了。 4．肽链选择性地裂解并鉴定 相对分子量较大的多肽一般需要把它裂解成小碎片，一一测定这些小碎片的顺序， 再从各个碎片在排列上的重叠，重建整个肽链的顺序。 １9．３蛋白质 蛋白质是由多种α-氨基酸组成的一类天然高分子化合物，分子量一般可由一万左右 到几百万，有的分子量甚至可达几千万，但元素组成比较简单，主要含有碳、氢、氮、 氧、硫，有些蛋白质还有磷、铁、镁、碘、铜、锌等。 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为 16%，即每克氮相当于 6.25g 蛋白质，生物体中 H2N CH C H N O CH CO R R 1 2 N C S + OH - N C S NH CH C H N O CH CO R R 1 2 H 稀酸 H2N CH CO R 2 + N C S NH C CHR O 苯乙内酰硫脲