氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)和核酸

1、第二十二章 氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)和核酸,12－1,2009 有機(jī)化學(xué),22.1氨基酸的分類,12－2,2009 有機(jī)化學(xué),2009 有機(jī)化學(xué),12－3,基本概念,從氨基酸的名字就可以看出該化合物應(yīng)該含有NH2 基和CO2H 基，其真實(shí)狀態(tài)應(yīng)該為NH3+和CO2– 。根據(jù)羧基和氨基的位置關(guān)系，氨基酸分為 a, b, g, 等氨基酸。,2009 有機(jī)化學(xué),12－4,氨基酸,a-氨基酸是生物合成乙烯的中間體,b-氨基酸是輔酶A的結(jié)構(gòu)單

2、元,g-氨基酸涉及神經(jīng)脈沖傳遞過程,a,b,g,2009 有機(jī)化學(xué),12－5,20 關(guān)鍵的氨基酸,700 多種氨基酸是自然界中存在的，但是其中 20種是非常重要的。這 20 種氨基酸是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元。所有這些氨基酸都是 a-氨基酸。它們的區(qū)別在于連接在 a 碳上的基團(tuán)不同。,2009 有機(jī)化學(xué),12－6,這些從蛋白質(zhì)水解得到的氨基酸其不同在于 R (側(cè)鏈)不同。這些氨基酸的性質(zhì)不同也是由于其 R結(jié)構(gòu)的不同所引起的。,2009 有

3、機(jī)化學(xué),12－7,甘氨酸,甘氨酸是最簡單的氨基酸，僅有的非手性氨基酸。,Glycine,(Gly 或 G),2009 有機(jī)化學(xué),12－8,丙氨酸,C,,,,,C,,O,O,–,CH3,H,H3N,+,Alanine,(Ala 或 A),2009 有機(jī)化學(xué),12－9,纈氨酸,C,,,,,C,,O,O,–,CH(CH3)2,H,H3N,+,Valine,(Val 或 V),2009 有機(jī)化學(xué),12－10,亮氨酸,C,,,,,C,,O,O,–

4、,CH2CH(CH3)2,H,H3N,+,Leucine,(Leu 或L),2009 有機(jī)化學(xué),12－11,異亮氨酸,C,,,,,C,,O,O,–,CH3CHCH2CH3,H,H3N,+,Isoleucine,(Ile 或 I),2009 有機(jī)化學(xué),12－12,蛋氨酸,C,,,,,C,,O,O,–,CH3SCH2CH2,H,H3N,+,Methionine,(Met 或 M),2009 有機(jī)化學(xué),12－13,脯氨酸,Proline,(P

5、ro 或 P),2009 有機(jī)化學(xué),12－14,苯丙氨酸,Phenylalanine,(Phe 或 F),2009 有機(jī)化學(xué),12－15,色氨酸,Tryptophan,(Trp 或 W),2009 有機(jī)化學(xué),12－16,天冬酰胺,Asparagine,(Asn 或 N),2009 有機(jī)化學(xué),12－17,谷氨酰胺,Glutamine,(Gln 或 Q),2009 有機(jī)化學(xué),12－18,絲氨酸,C,,,,,C,,O,O,–,CH2OH,H,

6、H3N,+,Serine,(Ser 或 S),2009 有機(jī)化學(xué),12－19,蘇氨酸,C,,,,,C,,O,O,–,CH3CHOH,H,H3N,+,Threonine,(Thr 或 T),2009 有機(jī)化學(xué),12－20,天冬氨酸,Aspartic Acid,(Asp 或 D),2009 有機(jī)化學(xué),12－21,谷氨酸,Glutamic Acid,(Glu 或 E),2009 有機(jī)化學(xué),12－22,酪氨酸,Tyrosine,(Tyr 或 Y

7、),2009 有機(jī)化學(xué),12－23,半胱氨酸,C,,,,,C,,O,O,–,CH2SH,H,H3N,+,Cysteine,(Cys 或 C),2009 有機(jī)化學(xué),12－24,賴氨酸,C,,,,,C,,O,O,–,CH2CH2CH2CH2NH3,H,H3N,+,Lysine,+,(Lys 或 K),2009 有機(jī)化學(xué),12－25,精氨酸,C,,,,,C,,O,O,–,CH2CH2CH2NHCNH2,H,H3N,+,Arginine,+,N

8、H2,(Arg 或 R),2009 有機(jī)化學(xué),12－26,組氨酸,Histidine,C,,,,,C,,O,O,–,H,H3N,+,(His 或 H),22.2氨基酸的立體化學(xué),12－27,2009 有機(jī)化學(xué),2009 有機(jī)化學(xué),12－28,a-氨基酸的構(gòu)型,甘氨酸是非手行的。蛋白質(zhì)中所有其它 氨基酸在其a 碳處都是 L-構(gòu)型。,2009 有機(jī)化學(xué),12－29,22.3氨基酸的酸堿行為,2009 有機(jī)化學(xué),12－30,,,甘氨酸的性

9、質(zhì),甘氨酸的性質(zhì):高熔點(diǎn) (加熱到 233°C 時(shí)分解)溶解度: 溶解于水，不溶解于非極性溶劑,性質(zhì)與該結(jié)構(gòu)相符,而不是此結(jié)構(gòu),2009 有機(jī)化學(xué),12－31,,甘氨酸的性質(zhì),甘氨酸的性質(zhì):高熔點(diǎn) (加熱到 233°C 時(shí)分解)溶解度: 溶解于水，不溶解于非極性溶劑,性質(zhì)與該結(jié)構(gòu)相符,稱為兩性離子,2009 有機(jī)化學(xué),12－32,甘氨酸的酸堿性質(zhì),甘氨酸的兩性離子結(jié)構(gòu)讓我們考慮其酸堿性質(zhì)。如果甘氨酸在強(qiáng)

10、酸介質(zhì)中如pH = 1 ，其結(jié)構(gòu)如何？在 pH = 1時(shí), 甘氨酸為質(zhì)子化狀態(tài) (單離子狀態(tài)).,2009 有機(jī)化學(xué),12－33,甘氨酸的酸堿性質(zhì),當(dāng) pH 值上升時(shí)，哪個(gè)質(zhì)子先離去？是正電荷的氮上，還是羧基上的質(zhì)子？,典型的銨離子: pKa ~9,,典型的羧酸: pKa ~5,,2009 有機(jī)化學(xué),12－34,甘氨酸的酸堿性質(zhì),CO2H基上的質(zhì)子酸性更大，所以當(dāng)pH上升時(shí)，其質(zhì)子優(yōu)先離去。,典型的羧酸: pKa ~5,,200

11、9 有機(jī)化學(xué),12－35,甘氨酸的酸堿性質(zhì),這樣，甘氨酸穩(wěn)定中性形態(tài)是兩性離子。,典型的羧酸: pKa ~5,,,2009 有機(jī)化學(xué),12－36,甘氨酸的pKa 的測(cè)定值是 2.34。甘氨酸比典型的羧酸的酸性要大，這是因?yàn)閹д姷?N 成為一個(gè)拉電子基團(tuán)。,甘氨酸的酸堿性質(zhì),典型的羧酸: pKa ~5,,2009 有機(jī)化學(xué),12－37,甘氨酸的酸堿性質(zhì),這個(gè)質(zhì)子脫去的 pKa 是 9.60。這個(gè)值與NH4+ 相同。,,當(dāng)pH值進(jìn)

12、一步升高時(shí)，兩性離子的 N上 的質(zhì)子也會(huì)離去。,2009 有機(jī)化學(xué),12－38,等電點(diǎn) pI,,,pKa = 2.34,pKa = 9.60,,,兩性離子濃度最大的時(shí)，其 pH 值成為等電點(diǎn)。其數(shù)值為兩個(gè)pKas的平均值。甘氨酸的 pI 是 5.97。,2009 有機(jī)化學(xué),12－39,中性鏈的氨基酸,甘氨酸,pKa1= 2.34pKa2=9.60pI =5.97,2009 有機(jī)化學(xué),12－40,中性鏈的氨基酸,丙氨酸,

13、pKa1= 2.34pKa2=9.69pI =6.00,2009 有機(jī)化學(xué),12－41,中性鏈的氨基酸,纈氨酸,pKa1= 2.32pKa2=9.62pI =5.96,2009 有機(jī)化學(xué),12－42,中性鏈的氨基酸,亮氨酸,pKa1= 2.36pKa2=9.60pI =5.98,2009 有機(jī)化學(xué),12－43,中性鏈的氨基酸,異亮氨酸,pKa1= 2.36pKa2=9.60pI

14、 =5.98,H3N,C,,,,,C,,O,O,–,CH3CHCH2CH3,H,+,2009 有機(jī)化學(xué),12－44,中性鏈的氨基酸,蛋氨酸,pKa1= 2.28pKa2=9.21pI =5.74,H3N,C,,,,,C,,O,O,–,CH3SCH2CH2,H,+,2009 有機(jī)化學(xué),12－45,中性鏈的氨基酸,脯氨酸,pKa1= 1.99pKa2=10.60pI =6.30,2009 有機(jī)化學(xué),12－

15、46,中性鏈的氨基酸,苯丙氨酸,pKa1= 1.83pKa2=9.13pI =5.48,2009 有機(jī)化學(xué),12－47,中性鏈的氨基酸,色氨酸,pKa1= 2.83pKa2=9.39pI =5.89,2009 有機(jī)化學(xué),12－48,中性鏈的氨基酸,天冬酰胺,pKa1= 2.02pKa2=8.80pI =5.41,H3N,C,,,,C,,O,O,–,H,+,,2009 有機(jī)化學(xué),12－49,

16、中性鏈的氨基酸,谷氨酰胺,pKa1= 2.17pKa2=9.13pI =5.65,2009 有機(jī)化學(xué),12－50,中性鏈的氨基酸,絲氨酸,pKa1= 2.21pKa2=9.15pI =5.68,2009 有機(jī)化學(xué),12－51,中性鏈的氨基酸,蘇氨酸,pKa1= 2.09pKa2=9.10pI =5.60,H3N,C,,,,,C,,O,O,–,CH3CHOH,H,+,2009 有機(jī)化學(xué),12

17、－52,可離子化側(cè)鏈的氨基酸,天冬氨酸,pKa1= 1.88pKa2=3.65pKa3=9.60 pI =2.77,H3N,C,,,,,C,,O,O,–,H,+,對(duì)于帶有酸性側(cè)鏈的氨基酸，其pI 為 pKa1 和 pKa2的平均值。,2009 有機(jī)化學(xué),12－53,可離子化側(cè)鏈的氨基酸,谷氨酸,pKa1= 2.19pKa2=4.25pKa3=9.67 pI =3.22,H3N,C,,,,,C,

18、,O,O,–,H,+,2009 有機(jī)化學(xué),12－54,可離子化側(cè)鏈的氨基酸,酪氨酸,pKa1= 2.20pKa2=9.11pKa3=10.07 pI =5.66,2009 有機(jī)化學(xué),12－55,可離子化側(cè)鏈的氨基酸,半胱氨酸,pKa1= 1.96pKa2=8.18pKa3=10.28 pI =5.07,2009 有機(jī)化學(xué),12－56,可離子化側(cè)鏈的氨基酸,賴氨酸,pKa1= 2.18pK

19、a2=8.95pKa3=10.53pI =9.74,對(duì)于帶有堿性側(cè)鏈的氨基酸，其 pI 為 pKa2 和 pKa3平均值。,2009 有機(jī)化學(xué),12－57,可離子化側(cè)鏈的氨基酸,精氨酸,pKa1= 2.17pKa2=9.04pKa3=12.48pI =10.76,2009 有機(jī)化學(xué),12－58,可離子化側(cè)鏈的氨基酸,組氨酸,pKa1= 1.82pKa2=6.00pKa3=9.17

20、pI =7.59,2009 有機(jī)化學(xué),12－59,22.4氨基酸的合成,2009 有機(jī)化學(xué),12－60,以 a-鹵代羧酸為原料,,2NH3,+,H2O,+,–,(65-70%),+,NH4Br,2009 有機(jī)化學(xué),12－61,Strecker 合成,,NH4Cl,NaCN,(52-60%),,2009 有機(jī)化學(xué),12－62,用乙酰氨基丙二酸二乙酯為原料,2009 有機(jī)化學(xué),12－63,示例,,1. NaOCH2CH3,2. C6

21、H5CH2Cl,(90%),2009 有機(jī)化學(xué),12－64,示例,,HBr, H2O, 加熱,O,O,HOCCCOH,,,CH2C6H5,H3N,+,2009 有機(jī)化學(xué),12－65,示例,,HBr, H2O, 加熱,O,HCCOH,,,CH2C6H5,H3N,+,(65%),2009 有機(jī)化學(xué),12－66,22.5氨基酸的反應(yīng),2009 有機(jī)化學(xué),12－67,氨基的?；?氨基酸的氨基可用常規(guī)的酰化試劑將其轉(zhuǎn)化為酰胺,+,,(89-92

22、%),2009 有機(jī)化學(xué),12－68,羧基的酯化,氨基酸的羧基可以轉(zhuǎn)化為酯。下例就是丙氨酸的 Fischer 酯化。,+,CH3CH2OH,,(90-95%),HCl,H3NCHCOCH2CH3,+,,CH3,2009 有機(jī)化學(xué),12－69,氧化脫氨：水合茚三酮試驗(yàn),氨基酸可用水和茚三酮反應(yīng)生成紫色檢驗(yàn)。,+,,+,CO2,+,H2O,+,,2009 有機(jī)化學(xué),12－70,22.6氨基酸的一些生物化學(xué)反應(yīng),2009 有機(jī)化學(xué),12－7

23、1,L-谷氨酸的生物合成,,NH3,+,酶和還原輔酶,2009 有機(jī)化學(xué),12－72,L-谷氨酸的氨基交換,L-谷氨酸作為氨基的來源在生物化學(xué)反應(yīng)將 a-酮酸轉(zhuǎn)化為氨基酸。如將丙酮酸轉(zhuǎn)化為丙氨酸。,2009 有機(jī)化學(xué),12－73,L-谷氨酸的氨基交換,,酶,+,2009 有機(jī)化學(xué),12－74,機(jī)理,第一步是L-谷氨酸與丙酮酸生成烯胺。,2009 有機(jī)化學(xué),12－75,機(jī)理,,CH3CCO2,–,HO2CCH2CH2CHCO2,,N,–

24、,2009 有機(jī)化學(xué),12－76,,H,第二步是將一個(gè)碳上的 質(zhì)子 離去，然后質(zhì)子化另外一個(gè)碳。,2009 有機(jī)化學(xué),12－77,,H,,2009 有機(jī)化學(xué),12－78,–,將烯胺水解得到a-酮基戊二酸 和 L-丙氨酸。,2009 有機(jī)化學(xué),12－79,–,+,,H2O,2009 有機(jī)化學(xué),12－80,L-酪氨酸的生物合成是從苯丙氨酸開始的。其關(guān)鍵是芳環(huán)的環(huán)氧化生成芳烴的環(huán)氧中間體。,L-酪氨酸的生物合成,2009 有機(jī)化學(xué),12－

25、81,L-酪氨酸的生物合成,,O2, 酶,2009 有機(jī)化學(xué),12－82,L-酪氨酸的生物合成,,酶,2009 有機(jī)化學(xué),12－83,L-酪氨酸的生物合成,轉(zhuǎn)化為 L-酪氨酸是L-苯丙氨酸代謝的主要途徑。苯丙酮尿癥就是缺乏相應(yīng)的酶將 L-苯丙氨酸轉(zhuǎn)化為 L-酪氨酸。其結(jié)果是 L-苯丙氨酸被轉(zhuǎn)化成苯丙酮酸，該化合物是有毒的。治療的辦法是減少苯丙氨酸的攝入。,2009 有機(jī)化學(xué),12－84,脫羧反應(yīng),脫羧反應(yīng)是 a-氨基酸常見的反應(yīng)。例

26、如將 L-組氨酸轉(zhuǎn)化為組胺。抗組胺劑就是阻止組胺的作用。,2009 有機(jī)化學(xué),12－85,脫羧反應(yīng),–CO2,酶,,2009 有機(jī)化學(xué),12－86,22.7多肽,2009 有機(jī)化學(xué),12－87,肽,肽是由一個(gè)氨基酸的氨基與另一個(gè)氨基酸的羧基以酰胺鍵相連的化合物。這種酰胺鍵常稱為肽鍵。,2009 有機(jī)化學(xué),12－88,丙氨酸和甘氨酸,2009 有機(jī)化學(xué),12－89,丙氨酰甘氨酸,在丙氨酰甘氨酸中，兩個(gè) a-氨基酸以肽鍵相連。有兩個(gè)氨基

27、酸組成的肽稱為二肽。,2009 有機(jī)化學(xué),12－90,丙氨酰甘氨酸,Ala—Gly,AG,N-端,C-端,2009 有機(jī)化學(xué),12－91,丙氨酰甘氨酸和甘氨酰丙氨酸為同分異構(gòu)體,丙氨酰甘氨酸Ala—GlyAG,甘氨酰丙氨酸Gly—AlaGA,2009 有機(jī)化學(xué),12－92,丙氨酰甘氨酸,肽鍵為平面構(gòu)型,2009 有機(jī)化學(xué),12－93,多肽,肽根據(jù)其氨基酸的數(shù)量分類：二肽，三肽，四肽，等等亮氨酸腦菲肽就是一個(gè)五肽。,2009

28、 有機(jī)化學(xué),12－94,亮氨酸腦菲肽,Tyr—Gly—Gly—Phe—LeuYGGFL,2009 有機(jī)化學(xué),12－95,催產(chǎn)素,催產(chǎn)素是一個(gè)環(huán)九肽。其環(huán)是由兩個(gè)半胱氨酸的 S—S 鍵連接的。,N-端,C-端,2009 有機(jī)化學(xué),12－96,催產(chǎn)素,S—S bond,,2009 有機(jī)化學(xué),12－97,22.8多肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定,2009 有機(jī)化學(xué),12－98,一級(jí)結(jié)構(gòu),一級(jí)結(jié)構(gòu)指氨基酸的序列及二硫鍵的連接。,2009 有機(jī)化學(xué),12－99

29、,經(jīng)典策略 (Sanger),1.確定氨基酸的組成和分子比。2. 將肽分解成小的片斷，確定這些小的片斷中氨基酸的組成。3. 確定母肽即每個(gè)碎片中的N-端和 C-端。4.組織所有的信息，從小碎片的重疊部分推斷出整個(gè)序列。,2009 有機(jī)化學(xué),12－100,22.9氨基酸的分析,2009 有機(jī)化學(xué),12－101,氨基酸的分析,肽酸水解 (6 M HCl, 24 hr) 得到氨基酸的混合物根據(jù)氨基酸pI的不同，采用離子交換色

30、譜分離。氨基酸用水合茚三酮檢測(cè)。采用自動(dòng)分析方法，只需要 10-5 到 10-7 g 肽即可,2009 有機(jī)化學(xué),12－102,22.10蛋白質(zhì)的部分水解,2009 有機(jī)化學(xué),12－103,肽和蛋白質(zhì)的部分水解,酸水解肽能夠斷裂所有的肽鍵。部分水解肽和蛋白質(zhì)得到較小的碎片。這些小的碎片通過分離，在檢測(cè)其中的氨基酸。酶催化水解是理想的部分水解的方法。,2009 有機(jī)化學(xué),12－104,羧肽酶,羧肽酶是一種分解蛋白質(zhì)的酶。(催

31、化水解蛋白質(zhì)).,2009 有機(jī)化學(xué),12－105,羧肽酶,,羧肽酶是一種分解蛋白質(zhì)的酶。(催化水解蛋白質(zhì)).,羧肽酶選擇性水解肽鍵的 C-端的氨基酸。,2009 有機(jī)化學(xué),12－106,胰蛋白酶,,胰蛋白酶選擇性水解賴氨酸和精氨酸的羧基,賴氨酸或精氨酸,,2009 有機(jī)化學(xué),12－107,糜蛋白酶,,糜蛋白酶選擇性水解含芳香側(cè)鏈的氨基酸的羧基。,,苯丙氨酸，酪氨酸，色氨酸,2009 有機(jī)化學(xué),12－108,22.11端基分析,20

32、09 有機(jī)化學(xué),12－109,端基分析,氨基酸的序列是模糊的，除非知道是從左到右還是從右到左。必須知道N-端和 C-端的氨基酸。C-端氨基酸可以通過羧肽酶催化水解來測(cè)定。幾種化學(xué)方法用于測(cè)定 N-端氨基酸。,2009 有機(jī)化學(xué),12－110,Sanger方法,Sanger試劑是2，4-二硝基氟苯 Sanger試劑是用于確定多肽N-端 2,4-二硝基氟苯對(duì)芳環(huán)的取代反應(yīng)活性非常強(qiáng)。,2009 有機(jī)化學(xué),12－111,Sanger

33、方法,2,4-二硝基氟苯與 N-端氨基酸的氨基氮反應(yīng),+,2009 有機(jī)化學(xué),12－112,Sanger方法,+,,2009 有機(jī)化學(xué),12－113,Sanger方法,酸水解所有的肽鍵得到混合氨基酸，只有一個(gè)氨基酸含有 2,4-DNP 基，這個(gè)氨基酸就是 N-端氨基酸。,2009 有機(jī)化學(xué),12－114,Sanger方法,酸水解所有的肽鍵得到混合氨基酸，只有一個(gè)氨基酸含有 2,4-DNP 基，這個(gè)氨基酸就是 N-端氨基酸。,,H3O+,

34、2009 有機(jī)化學(xué),12－115,Sanger方法,酸水解所有的肽鍵得到混合氨基酸，只有一個(gè)氨基酸含有 2,4-DNP 基，這個(gè)氨基酸就是 N-端氨基酸。,,H3O+,H3NCHCO–,,CH3,+,+,+,+,2009 有機(jī)化學(xué),12－116,22.12胰島素,2009 有機(jī)化學(xué),12－117,胰島素,胰島素是含有51個(gè)氨基酸的多肽。她有兩個(gè)鏈，A 連含有 21 個(gè)氨基酸和 B 連含有30 個(gè)氨基酸。下面是如何測(cè)定B鏈氨基酸的序

35、列。,2009 有機(jī)化學(xué),12－118,牛胰島素B 鏈,苯丙氨酸 (F) 是 N 端。胃蛋白酶水解得到四個(gè)肽： FVNQHLCGSHL VGAL VCGERGF YTPKA,2009 有機(jī)化學(xué),12－119,牛胰島素B 鏈,FVNQHLCGSHL,VGAL,VCGERGF,YTPKA,2009 有機(jī)化學(xué),12－120,牛胰島素B 鏈,苯丙氨酸 (F) 是 N 端。胃蛋白酶水解得到四個(gè)肽： FVNQHLCGSHL

36、 VGAL VCGERGF YTPKA上述肽的序列發(fā)現(xiàn)在另外的四個(gè)肽中有重疊：SHLVLVGAALTTLVC,2009 有機(jī)化學(xué),12－121,牛胰島素B 鏈,FVNQHLCGSHL,SHLV,LVGA,VGAL,ALY,YLVC,VCGERGF,YTPKA,2009 有機(jī)化學(xué),12－122,牛胰島素B 鏈,苯丙氨酸 (F) 是 N 端。胃蛋白酶水解得到四個(gè)肽： FVNQHLCGSHL VGAL

37、 VCGERGF YTPKA上述肽的序列發(fā)現(xiàn)在另外的四個(gè)肽中有重疊：SHLVLVGAALTTLVC胰蛋白酶水解得到 GFFYTPK ，從而得到完整的序列。,2009 有機(jī)化學(xué),12－123,牛胰島素B 鏈,FVNQHLCGSHL,SHLV,LVGA,VGAL,ALY,YLVC,VCGERGF,GFFYTPK,YTPKA,2009 有機(jī)化學(xué),12－124,牛胰島素B 鏈,FVNQHLCGSHL,SHLV,LVG

38、A,VGAL,ALY,YLVC,VCGERGF,GFFYTPK,YTPKA,FVNQHLCGSHLVGALYLVCGERGFFYTPKA,2009 有機(jī)化學(xué),12－125,胰島素,A 鏈的序列用相同的方法測(cè)定。二硫鍵通過兩個(gè)半胱氨酸連接從而得到其一級(jí)結(jié)構(gòu)。,2009 有機(jī)化學(xué),12－126,牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu),A 鏈的N 端,B鏈的N 端,B鏈的C 端,A 鏈的C 端,2009 有機(jī)化學(xué),12－127,22.13Edman 降解

39、和肽的自動(dòng)測(cè)序,2009 有機(jī)化學(xué),12－128,Edman 降解,1. 用于測(cè)定 N-端的氨基酸。2.從一端能連續(xù)測(cè)定。3. 10-10 g 的樣品就可以。4. 已經(jīng)自動(dòng)化。,2009 有機(jī)化學(xué),12－129,Edman 降解,Edman 降解的試劑是異硫氰酸苯酯。,2009 有機(jī)化學(xué),12－130,Edman 降解,異硫氰酸苯酯與N-端氨基酸的氨基氮反應(yīng)。,+,2009 有機(jī)化學(xué),12－131,Edman 降解,+,,

40、2009 有機(jī)化學(xué),12－132,Edman 降解,產(chǎn)物為苯氨甲硫酰衍生物 (PTC衍生物),PTC 衍生物在無水溶劑中用HCl 或三氟乙酸處理，N-端氨基酸從肽中斷裂。,2009 有機(jī)化學(xué),12－133,Edman 降解,,HCl,+,2009 有機(jī)化學(xué),12－134,Edman 降解,其產(chǎn)物為二氫噻唑酮，在反應(yīng)條件下重排成乙內(nèi)酰苯硫脲衍生物 (PTH衍生物)。,+,2009 有機(jī)化學(xué),12－135,Edman 降解,,乙內(nèi)酰苯硫脲

41、衍生物 (PTH衍生物)通過分離鑒定。降解過的肽繼續(xù)進(jìn)行第二次 Edman 降解。,+,2009 有機(jī)化學(xué),12－136,22.14肽的合成策略,2009 有機(jī)化學(xué),12－137,一般考慮,生成氨基酸間的肽鍵并不難。難的是將氨基酸按照正確的序列相連接。苯丙氨酸和甘氨酸隨機(jī)生成肽鍵可以得到四個(gè)二肽。Phe—PheGly—GlyPhe—Gly Gly—Phe,2009 有機(jī)化學(xué),12－138,總的策略,1.通過保護(hù)一個(gè)氨基

42、酸的氨基和另一個(gè)氨基酸的羧基來控制可能性的數(shù)目。,2009 有機(jī)化學(xué),12－139,總的策略,2.偶聯(lián)兩個(gè)保護(hù)的氨基酸,,2009 有機(jī)化學(xué),12－140,總的策略,3.將N-端的氨基和C-端的羧基脫保護(hù)。,Phe-Gly,,2009 有機(jī)化學(xué),12－141,22.15氨基的保護(hù),2009 有機(jī)化學(xué),12－142,氨基的保護(hù)通常是轉(zhuǎn)化成酰胺。芐氧羰基 (C6H5CH2OCO—) 是常用的保護(hù)基。其簡寫為 Z。Z-保護(hù)是將氨基酸

43、與芐氧甲酰氯（氯甲酸芐酯）反應(yīng)。,將氨基保護(hù)成酰胺,2009 有機(jī)化學(xué),12－143,將氨基保護(hù)成酰胺,+,,1. NaOH, H2O,2. H+,(82-87%),2009 有機(jī)化學(xué),12－144,將氨基保護(hù)成酰胺,縮寫為:,或 Z-Phe,2009 有機(jī)化學(xué),12－145,芐氧?；Ｗo(hù)的優(yōu)點(diǎn)是很容易將保護(hù)脫去：a) 氫解b) 在乙酸中用 HBr 斷鍵,Z-保護(hù)的脫保護(hù),2009 有機(jī)化學(xué),12－146,Z-保護(hù)基的氫解,

44、,H2, Pd,CH3,CO2,(100%),2009 有機(jī)化學(xué),12－147,Z-保護(hù)基的HBr斷鍵,,HBr,CH2Br,CO2,(82%),+,2009 有機(jī)化學(xué),12－148,叔丁氧?；Ｗo(hù)基,縮寫為:,或 Boc-Phe,,2009 有機(jī)化學(xué),12－149,Boc-保護(hù)基的HBr斷鍵,NHCHCNHCH2CO2CH2CH3,,CH2C6H5,(CH3)3COC,,O,,HBr,CO2,(86%),+,2009 有機(jī)化學(xué),12－

45、150,22.16羧基的保護(hù),2009 有機(jī)化學(xué),12－151,羧基通常用酯來保護(hù)甲基酯和乙基酯通常用皂化來脫保護(hù)。芐酯通常用氫解脫保護(hù)。,用酯保護(hù)羧基,2009 有機(jī)化學(xué),12－152,芐酯的氫解,,H2, Pd,C6H5CH3,CO2,(87%),+,–,CH3C6H5,2009 有機(jī)化學(xué),12－153,22.17肽鍵的形成,2009 有機(jī)化學(xué),12－154,有兩種方法：1. 用N,N‘-二環(huán)己基碳二亞胺 (DCC

46、I)偶聯(lián)保護(hù)的氨基酸。 2. 通過N-端氨基酸的活性酯,肽鍵的生成,2009 有機(jī)化學(xué),12－155,DCCI偶聯(lián),+,,DCCI, 氯仿,(83%),2009 有機(jī)化學(xué),12－156,DCCI偶聯(lián)的機(jī)理,+,,2009 有機(jī)化學(xué),12－157,DCCI偶聯(lián)的機(jī)理,,+,2009 有機(jī)化學(xué),12－158,對(duì)硝基苯酯就是活性酯的一例。對(duì)硝基苯基比甲基、乙基更容易離去。對(duì)硝基苯基酯在親核?；〈磻?yīng)活性很大。,活性酯法,2009 有機(jī)

47、化學(xué),12－159,活性酯法,+,NO2,2009 有機(jī)化學(xué),12－160,活性酯法,+,,氯仿,(78%),+,NO2,2009 有機(jī)化學(xué),12－161,22.18固相肽的合成法:Merrifield合成法,2009 有機(jī)化學(xué),12－162,固相肽的合成,在固相合成中，起始原料連接到惰性固體支持物上。反應(yīng)物加到溶液中。反應(yīng)發(fā)生在固體和溶液的界面上。因?yàn)槠鹗荚湘I合在固體上，任何產(chǎn)物也是鍵合在固體上。純化只要簡單地從固體支持物

48、上沖洗去副產(chǎn)物就可以。,2009 有機(jī)化學(xué),12－163,固相支持,固體支持物是苯乙烯和二烯基苯的共聚物。圖例是聚苯乙烯。苯乙烯和二烯基苯的共聚物有更僵硬的結(jié)構(gòu)。,2009 有機(jī)化學(xué),12－164,固相支持,將聚合物支持物用氯甲基甲基醚(ClCH2OCH3)和SnCl4 將 ClCH2 加到部分苯環(huán)上。,2009 有機(jī)化學(xué),12－165,固相支持,側(cè)鏈的氯甲基是一個(gè)芐鹵，很容易發(fā)生親核取代反應(yīng) (SN2)。,2009 有機(jī)化學(xué),12－1

49、66,固相支持,氯甲基化的樹脂用 Boc-保護(hù)的C-端氨基酸處理，親核反應(yīng)發(fā)生， Boc-保護(hù)的氨基酸與樹脂健合成酯。,2009 有機(jī)化學(xué),12－167,Merrifield 合成程序,2009 有機(jī)化學(xué),12－168,Merrifield 合成程序,接著， Boc 保護(hù)基用 HCl脫去。,2009 有機(jī)化學(xué),12－169,Merrifield 合成程序,用DCCI為偶聯(lián)劑與第二個(gè)氨基酸反應(yīng),2009 有機(jī)化學(xué),12－170,Merri

50、field 合成程序,脫去 Boc 保護(hù)基,2009 有機(jī)化學(xué),12－171,Merrifield 合成程序,在加上另一個(gè)氨基酸，不斷重復(fù)….,2009 有機(jī)化學(xué),12－172,Merrifield 合成程序,最后，用HBr的 CF3CO2H溶液將多肽從樹脂上脫下來,2009 有機(jī)化學(xué),12－173,Merrifield 合成程序,–,2009 有機(jī)化學(xué),12－174,Merrifield 方法,Merrifield 已經(jīng)將他的固相合成

51、法自動(dòng)化。合成一個(gè)九肽（血管舒緩激肽,1962)花費(fèi) 8 天，總收率 68%。合成核酸酶 (124 氨基酸，1969) 。369 步反應(yīng); 11,391 步Nobel 化學(xué)獎(jiǎng): 1984,2009 有機(jī)化學(xué),12－175,22.19肽和蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu),2009 有機(jī)化學(xué),12－176,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)水平,一級(jí)結(jié)構(gòu) = 氨基酸的序列+雙硫鍵的連接二級(jí)結(jié)構(gòu)= 鄰近氨基酸的構(gòu)象關(guān)系a 螺旋b 折疊片,2009 有機(jī)化學(xué)

52、,12－177,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)水平,肽鍵的平面幾何構(gòu)型主鏈的反式構(gòu)象N—H 和 O=C的氫鍵,a-螺旋和 b 折疊片都可以用下列方法來表征：,2009 有機(jī)化學(xué),12－178,b 折疊片,上圖為甘氨酸和丙氨酸殘基交替蛋白質(zhì)鏈形成的 b 折疊片。鄰近的鏈為反平行。鏈間有氫鍵。van der Waals 力使之形成折疊片。,2009 有機(jī)化學(xué),12－179,b 折疊片,b 折疊片常見于含有小的側(cè)鏈的氨基酸 (甘氨酸, 丙氨酸, 絲氨

53、酸).80% 絲心蛋白 (絲綢中的主要蛋白) 含有重復(fù)序列of —Gly—Ser—Gly—Ala—Gly—Ala—.b 折疊片是柔軟的，但能夠抗拉伸。,2009 有機(jī)化學(xué),12－180,a 螺旋,圖示是由L-丙氨酸組成的蛋白質(zhì)的 a 螺旋。螺旋是右螺旋，每一個(gè)螺旋由 3.6 氨基酸組成。單鏈間存在著氫鍵。肌肉的蛋白 (肌漿蛋白) 和羊毛 (a-角蛋白) 含有大區(qū)域的 a-落選。這些鏈能夠被拉伸。,2009 有機(jī)化學(xué),12－18

54、1,22.20肽和蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu),2009 有機(jī)化學(xué),12－182,三級(jí)結(jié)構(gòu),三級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白總的形狀 (肽鏈?zhǔn)侨绾握郫B的)纖維蛋白 (頭發(fā)，羊毛) 有伸長的形狀。球形蛋白幾乎是球狀的：大多數(shù)酶是球形蛋白如：羧肽酶就是球形蛋白,2009 有機(jī)化學(xué),12－183,羧肽酶,羧肽酶能夠催化水解蛋白質(zhì)的C-端。它是一種金屬酶，在其活性中心含有 Zn2+。帶正電的氨基酸 (Arg-145) 緊挨著活性中心。,2009 有機(jī)化學(xué),

55、12－184,羧肽酶,二硫鍵,N-端,C-端,Zn2+,,Arg-145,,tube model,ribbon model,2009 有機(jī)化學(xué),12－185,在活性中心，反應(yīng)是如何進(jìn)行的?,H3N,,,peptide,,O,NHCHC,+,C,??,??,O,O,–,H2N,H2N,C,,Arg-145,+,2009 有機(jī)化學(xué),12－186,在活性中心，反應(yīng)是如何進(jìn)行的?,H3N,,,peptide,,O,NHCHC,+,C,??,?

56、?,O,O,–,H2N,H2N,C,,Arg-145,+,肽或蛋白質(zhì)的帶負(fù)電的羧基負(fù)離子與Arg145通過靜電作用結(jié)合到活性中心。,,2009 有機(jī)化學(xué),12－187,在活性中心，反應(yīng)是如何進(jìn)行的?,H3N,,,peptide,,O,NHCHC,+,C,??,??,O,O,–,H2N,H2N,C,,Arg-145,+,Zn2+ 作為 Lewis 酸與羰基的氧作用，增加羰基碳的正電性。,2009 有機(jī)化學(xué),12－188,在活性中心，反

57、應(yīng)是如何進(jìn)行的?,H3N,,,peptide,,O,NHCHC,+,C,??,??,O,O,–,H2N,H2N,C,,Arg-145,+,水對(duì)羰基發(fā)生親核?；〈磻?yīng)。,2009 有機(jī)化學(xué),12－189,在活性中心，反應(yīng)是如何進(jìn)行的?,H2N,C,,Arg-145,+,2009 有機(jī)化學(xué),12－190,22.21輔酶,2009 有機(jī)化學(xué),12－191,輔酶,由氨基酸參與的化學(xué)反應(yīng)相對(duì)來說是有限的：酸-堿反應(yīng) (質(zhì)子的轉(zhuǎn)移和接受)

58、親核?；〈磻?yīng)許多其它的生物過程如氧化-還原需要輔酶、輔助因子或輔基的存在才能發(fā)生。,2009 有機(jī)化學(xué),12－192,輔酶,NADH, 輔酶 A 和輔酶 B12 都是輔酶。血紅素也是輔酶。,2009 有機(jī)化學(xué),12－193,血紅素,卟啉鐵,2009 有機(jī)化學(xué),12－194,肌紅蛋白,血紅素,,血紅素是肌紅蛋白（將氧儲(chǔ)存在肌肉中）和血紅蛋白（氧的運(yùn)輸）與氧鍵合的輔酶。,2009 有機(jī)化學(xué),12－195,22.22蛋白質(zhì)的四級(jí)

59、結(jié)構(gòu):血紅蛋白,2009 有機(jī)化學(xué),12－196,蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu),一些蛋白質(zhì)是由兩個(gè)或更多的鏈組裝成的。這些鏈組裝的方式稱為四級(jí)結(jié)構(gòu)。例如：血紅蛋白有4個(gè)亞單元組成。有兩個(gè)相同的 a 鏈和兩個(gè)相同的 b鏈每個(gè)亞單元有一個(gè)血紅素，每個(gè)蛋白與肌紅蛋白的大小相當(dāng)。,2009 有機(jī)化學(xué),12－197,22.23嘧啶和嘌呤,2009 有機(jī)化學(xué),12－198,嘧啶和嘌呤,為了理解DNA 和 RNA 的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，首先必須了解其結(jié)構(gòu)組成。

60、嘧啶和嘌呤芳香雜環(huán)化合物使DNA和RNA的基本組成。,2009 有機(jī)化學(xué),12－199,嘧啶和嘌呤,嘧啶,嘌呤,2009 有機(jī)化學(xué),12－200,重要的嘧啶化合物,在DNA中存在的嘧啶是胞嘧啶和胸腺嘧啶。 在RNA 中存在的嘧啶是尿嘧啶和胞嘧啶,尿嘧啶URNA,胸腺嘧啶TDNA,HN,NH,NH2,O,胞嘧啶CDNA,RNA,2009 有機(jī)化學(xué),12－201,重要的嘌呤化合物,在DNA 和 RNA中存在的嘌呤是腺嘌呤和鳥嘌呤,

61、腺嘌呤ADNA,RNA,鳥嘌呤GDNA,RNA,2009 有機(jī)化學(xué),12－202,咖啡因和可可堿,咖啡因 (咖啡) 和 可可堿 (咖啡和茶）是天然的嘌呤化合物。,2009 有機(jī)化學(xué),12－203,22.24核苷,2009 有機(jī)化學(xué),12－204,核苷,D-核糖或2-脫氧-D-核糖與嘧啶或嘌呤生成的N-苷叫核苷。廣義的核苷：任何糖與嘧啶或嘌呤生成的N-苷.核苷中嘧啶和嘌呤稱為嘧啶堿和嘌呤堿,2009 有機(jī)化學(xué),12－205,尿苷

62、和腺苷,尿苷(嘧啶核苷),腺苷(嘌呤核苷),2009 有機(jī)化學(xué),12－206,22.25核苷酸,2009 有機(jī)化學(xué),12－207,核苷酸,核苷酸是核苷的磷酸酯,2009 有機(jī)化學(xué),12－208,腺苷 5‘-單磷酸酯 (AMP),腺苷 5‘-單磷酸酯 (AMP) 又稱為 5’-腺苷酸,1',2',3',4',5',2009 有機(jī)化學(xué),12－209,腺苷二磷酸酯 (ADP),2009 有機(jī)化學(xué),

63、12－210,腺苷三磷酸酯 (ATP),2009 有機(jī)化學(xué),12－211,ATP 儲(chǔ)存能量,AMP,,ADP,,ATP,每一步都是吸熱的。每步的能量是從糖的代謝得來的。逆過程是放熱的，是生物過程中能量來源。ATP水解到 ADP的自由能變化 DG° 為 –35 kJ/mol,2009 有機(jī)化學(xué),12－212,腺苷 3‘-5’-環(huán)單磷酸酯 (cAMP),cAMP 是生物過程中重要的調(diào)節(jié)劑。,2009 有機(jī)化學(xué),12－213,

64、22.26核酸,2009 有機(jī)化學(xué),12－214,核酸,核酸是聚合的核苷酸。一個(gè)核苷酸的5‘ 位氧與另一個(gè)核苷酸的 3’ 位氧相連。,2009 有機(jī)化學(xué),12－215,核酸的片斷,2009 有機(jī)化學(xué),12－216,22.27DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制:雙螺旋結(jié)構(gòu),2009 有機(jī)化學(xué),12－217,DNA的組成,Erwin Chargaff (哥倫比亞大學(xué)) 研究了不同來源的DNA，分析其嘧啶和嘌呤的分布。不同來源的DNA，其堿基腺嘌呤

65、 (A), 鳥嘌呤 (G), 胸腺嘧啶 (T)和胞嘧啶 (C) 含量也不同。但總嘌呤 (A 和 G) 和總嘧啶 (T 和C) 的量總是相同的。而且: %A = %T, %G = %C,2009 有機(jī)化學(xué),12－218,人類 DNA的組成,腺嘌呤 (A) 30.3%胸腺嘧啶 (T) 30.3%鳥嘌呤 (G) 19.5%胞嘧啶 (C) 19.9%總嘌呤: 49.8%總嘧啶: 50.1%,例如：,嘌呤,嘧啶,,2009

66、 有機(jī)化學(xué),12－219,堿基配對(duì),Watson 和 Crick 提議t A 和 T 是等量的因?yàn)閮烧叩臍滏I是互補(bǔ)的。,2-脫氧核糖,2-脫氧核糖,A,T,2009 有機(jī)化學(xué),12－220,堿基配對(duì),同樣, G 和 C 的量是相同的也是因?yàn)槠錃滏I的互補(bǔ)。,2-脫氧核糖,2-脫氧核糖,G,C,2009 有機(jī)化學(xué),12－221,DNA 雙螺旋,Watson 和 Crick 建議DNA是雙鏈結(jié)構(gòu)，其中嘌呤和嘧啶根據(jù)其互補(bǔ)的氫鍵相連。,2009

67、 有機(jī)化學(xué),12－222,,DNA兩條反平行的帶通過嘌呤和嘧啶間的互補(bǔ)氫鍵配對(duì)。,2009 有機(jī)化學(xué),12－223,DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu) 嘌呤和嘧啶堿基在一邊，糖及磷酸酯在另一邊。,2009 有機(jī)化學(xué),12－224,DNA 的復(fù)制,C,G,T,A,當(dāng)雙螺旋分開時(shí)，每條鏈作為模板，在上面復(fù)制。,2009 有機(jī)化學(xué),12－225,DNA 的復(fù)制,A,C,G,T,T',A',G',C',2009 有機(jī)化學(xué)

68、,12－226,22.28DNA-引導(dǎo)下的蛋白質(zhì)的生物合成,2009 有機(jī)化學(xué),12－227,DNA 和蛋白質(zhì)的合成,根據(jù) Crick分子生物學(xué)的中心教義：“DNA 制造 RNA，RNA 制造蛋白質(zhì)"三種 RNA相關(guān)：信息核糖核酸 (mRNA)轉(zhuǎn)移核糖核酸 (tRNA)核糖體核糖核酸 (rRNA)兩個(gè)主要階段：轉(zhuǎn)錄翻譯,2009 有機(jī)化學(xué),12－228,轉(zhuǎn)錄,轉(zhuǎn)錄是以DNA的一條鏈為模板，生成 m