有机化学——14氨基酸蛋白质核酸

有机化学

国家卫生和计划生育委员会“十二五”规划教材 全国高等医药教材建设研究会规划教材

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第十四章 氨基酸、蛋白质、核酸

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第十四章 氨基酸、蛋白质、核酸学习要点1.氨基酸的定义、分类、结构、命名和理化性质 2.蛋白质的定义、结构和理化性质 3.核酸、多肽、酶的定义和结构

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蛋白质和核酸是最重要的生物大分子。是生命的物质基础 核酸由几种基本核苷酸组成，蛋白质由约20种氨基酸组成

第一节 氨基酸 第二节 蛋白质 第三节 核酸

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第一节 氨基酸氨基酸在自然界中主要以蛋白质或多肽形式存在于动植物体内，α-氨基酸是组成蛋白质的基本单位

一、氨基酸的结构、分类和命名(一) 氨基酸的结构和分类1. 氨基酸的结构

R–CH–COOH NH2 -氨基酸

或

R–CH–COONH3+内盐或偶极离子

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-氨基酸的构型：除甘氨酸外，其它19种氨基酸 -C都为*C,存在一对对映体

COOH H2N H R L-氨基酸

CHO HO H CH2OH

COOH H NH2 R D-氨基酸

L-甘油醛 (对照标准)

(R表示 -氨基酸的侧链)

生物体内具有旋光活性的 -氨基酸均是L型

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-氨基酸的结构通式

COOH H2N H RL-氨基酸

或

COO H H3N+ R

-

S-氨基酸 (18种)

一个例外

COOH H2N HR-半胱氨酸

CH2SH

羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基取代而生成的化

合物称为氨基酸

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2. 氨基酸的分类根据分子中氨基和羧基的相对位置不同，可分为α-氨基酸、

β-氨基酸、γ-氨基酸CH 3 CH-COOH NH2 CH2 CH-COOH NH2 CH 3 CH CH2-COOH NH2

α-氨基酸

α-氨基酸

-氨基酸

氨基酸又可根据R基团的结构分为脂肪族氨基酸、芳香族 氨基酸和杂环氨基酸 根据分子中所含氨基和羧基的相对数目不同而分为中性氨 基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸

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(二) 氨基酸的命名系统命名、俗名、英文三(单)字符号 把氨基当作取代基，以羧酸做母体，氨基的位置习惯上 用希腊字母α、β、γ 等表示天然产氨基酸普遍使用习惯命名或俗名，按其来源或性 质命名 如天冬氨酸源于天门冬植物的幼苗，甘氨酸因具有甜味 而得名 作为合成蛋白质的原料的20种氨基酸，象元素符号一样， 都有国际通用的符号，中文用简称表示

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存在于蛋白质中的20种常见氨基酸名称(缩写)

系统命名

三字母 单字母

结构式

pI

非极性氨基酸 其侧链R无极性，呈中性，具有疏水性， 通常分布在蛋白质分子内部，8个甘氨酸(甘)

氨基乙酸

Gly(G)

H3N CH2COOCH3CHCOO NH3+

+

- 5.976.00

丙氨酸(丙)

-氨基丙酸α-氨基-β-甲基 戊酸

Ala(A)Ile(I)

-

异亮氨酸* (异亮)

CH3CH2CH

CHCOO+

5.98

CH3 NH3

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缬氨酸* (缬)

α-氨基-β-甲基丁酸

Va

l(V)

(CH3)2CHCHCOO+ NH3

-

5.96

脯氨酸 (脯) 苯丙氨酸* (苯丙) 蛋(甲硫)氨酸* (蛋, 甲硫)

-四氢吡咯甲酸

Pro(P)

+ N H2

COO-

6.48

-氨基- -苯基丙酸

Phe(F)

CH2CHCOO+ NH3

-

5.48

-氨基- -甲硫基丁 酸

Met(M)

CH3SCH2CH2CHCOO NH+ 3

-

5.74

亮氨酸* (亮)

α-氨基-γ-甲基戊酸

Leu(L)

(CH3)2CHCH2CHCOO NH+ 3

6.02

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不带电荷而具极性氨基酸 其侧链R(羟基、巯基等)具亲水性， 常分布在蛋白质分子外部 ，7个丝氨酸 (丝) 谷氨酰胺 (谷酰) 苏氨酸* (苏) 半胱氨酸 (半胱) 天冬酰胺 (天酰) 酪氨酸 (酪) 色氨酸* (色) -氨基- -羟基 丙酸 -氨基戊酰胺酸 -氨基- -羟基 丁酸 -氨基- -巯基 丙酸 -氨基丁酰胺酸 -氨基- -对羟苯 基丙酸 -氨基- -(3-吲哚 基)丙酸

Ser(S)Gln(Q)

HO CH2CHCOO + NH3

-

5.685.65

H2N C CH2CH2CHCOO O NH+ 3

Thr(T) Cys(C)Asn(N) Tyr (Y) Try (W)

H3C CHCHCOOH OH NH+3

-

5.70 5.05

HS CH2CHCOO+ NH3

5.41

H2N C CH2CHCOO O NH+ 3

HO

CH2CHCOO NH+3

5.66

CH2CHCOO N H NH3+

5.80

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酸性氨基酸 其侧链R(羧基等)具亲水性， 常分布在蛋白质分子外部，2个天冬氨酸( 天) 谷氨酸 (谷) -氨基丁二酸 -氨基戊二酸 Asp (D) Glu (E)HOOCCH2CHCOO NH+ 3

-

2.77

HOOCCH 2CH2CHCOO NH3+

3.22

碱性氨基酸 其侧链R(氨基等)具亲水性， 常分布在蛋白质分子外部，3个赖氨酸* (赖) α,ω-二氨基已 酸+

Lys(K)Arg(R) His (H)

H3N(CH2)4CHCOO NH2+ NH2N N H+ NH 3

9.7410.76

精氨酸 (精)组氨酸 (组)

-氨基- -胍基 戊酸α-氨基-β-(4咪啶)丙酸

H2N C NH(CH2)3CHCOO NH2CH2CHCOO

-

7.59

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人体对必需氨基酸的需要量氨基酸 赖氨酸 需要量(每日mg /kg体重) 婴幼儿 儿童(4~6个月) (10~12岁)

成人

色氨酸苯丙氨酸 甲硫(蛋)氨酸 苏氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 缬氨酸

99 21 141 49 68 135 83 92

44 4 22 22 28 42 28 25

12 3 16 10 8 16 12 4

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二、氨基酸的性质氨基酸分子中同时含有碱性的氨基和酸性的羧基，具有酸 碱两性

(一) 氨基酸的两性电离和等电点氨基酸既能与酸，又能与碱反应成盐，分子内碱性基团 和酸性基团相互作用也形成盐，这种盐称为内盐

R-CH COOH NH2

R-CH COO NH3+

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在水溶液中的偶极离子 , 既可以给出H+,使氨基酸带负

电荷，以阴离子存在又可以接受H+,使氨基酸带正电荷，以阳离子存在 OHH+

R-CH-COOH + NH3 阳离子

OH R-CH-COO+ + NH3 H

R-CH-COONH2 阴离子

偶极离子 两性离子

在三种离子共同存在的平衡体系中，以哪一种离子为主， 取决于氨基酸的结构和溶液的pH

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等电点：通过调节溶液的pH 值，使氨基酸的酸性与碱性电离程度 相同，此时氨基酸主要以两性离子的形式存在，氨基酸呈电中 性。这种使氨

基酸处于电中性状态的溶液的pH 值称为该氨基 酸的等电点，用pI表示 OH-

R-CH-COOH + NH3

R-CH-COONH3+

OHH+

R-CH-COONH2

-

H

+

pH < pI阳离子向负极移动

pH=pI偶极离子 原点

pH > pI阴离子 向正极移动

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结论：当pH=pI时，氨基酸主要以偶极离子存在当pH>pI时，氨基酸主要以阴离子存在 当pH<pI时，氨基酸主要以阳离子存在CH CHCOO3

-

NH+

丙氨酸的等电点pI = 6.02 电泳方向NH+ 3

溶液PH值

3

主要存在形式 阳离子 阴离子CH3CHCOOH

pH = 3.0 pH = 9.0 pH = 6.0

向负极移动 向正极移动-

CH3CHCOO NH2NH3+

-

偶极离子

CH3CHCOO

不移动

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等电点是氨基酸的重要理化常数之一。每种氨基酸都有其特定的等电点 等电点时氨基酸的溶解度最小 酸性氨基酸： pI 2.7~ 3.2 (pH<4)

中性氨基酸： pI 5.0 ~ 6.3 (pH<7)碱性氨基酸： pI 7.6 ~ 10.8(pH>7.5)

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(二)脱羧反应α-氨基酸与Ba(OH)2共热，即脱去羧基生成伯胺R-CH NH2 COOHBa(OH)2

R CH2

NH2 + CO2

脱羧反应也可因某些细菌的脱羧酶作用而发生 例如蛋白质腐败时鸟氨酸转变为腐胺(1,4-丁 二胺)。脑内存在的重要神经递质γ-氨基丁酸是由 谷氨酸中α-羧基脱羧后转变而成

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(三)与亚硝酸反应氨基酸中的氨基与亚硝酸作用时，氨基被羟基置换，同时放出氮气。反应可定量完成R-CH COOH + HNO2 NH2 R-CH COOH + N2 OH

+ H2O

利用这个反应，由反应所得氮气的体积，可计 算出氨基酸和蛋白质分子中氨基的含量，这一方法

称为范斯莱克(Van Slyke)氨基测定法

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