第十六章 氨基酸、蛋白质、核酸（课件）- 《有机化学》同步教学（华中科技大学版）

第十六章 氨基酸、蛋白质、核酸 十 · 目录 第一节氨基酸 第二节肽和蛋白质 第三节核酸 学习目标 氨基酸的两性电离、等电点和与茚三酮的反应；蛋 白质的变性、沉淀反应和颜色反应。 氨基酸的结构；蛋白质的一级结构和二级结构， RNA和DNA的基本结构单元；氨基酸的命名。 氨基酸、蛋白质和核酸的分类。 熟悉 了解 掌握 第一节氨基酸 一、结构、分类和命名 二、性质 根据氨基酸中氨基和羧基的相对数目，氨基酸分为中性氨基酸(含有一个羧 基和一个氨基),酸性氨基酸(含有两个羧基和一个氨基),碱性氨基酸(含有 一个羧基和两个氨基)。 氨基酸是分子中既有氨基，又有羧基的化合物。根据氨基和羧基的相对位 置不同，分为α-氨基酸、β-氨基酸、γ-氨基酸等。 一、结构、分类和命名 自然界存在500种以上的氨基酸，但在生物体内构成蛋白质的氨基酸主要有二十 种。大多数氨基酸可以在人体内合成，但有8种氨基酸不能被人体自身合成， 或者虽 然能被合成(如精氨酸和组氨酸),但不能满足正常的需要，必须从食物中摄取，这 8种氨基酸称为必需氨基酸(用“*”号标记)。 根据氨基酸中R的不同，氨基酸分为脂肪族氨基酸，芳香族氨基酸和杂环氨基酸。 组成蛋白质的氨基酸主要是α-氨基酸，即在α-碳原子上有一个氨基，可用下式 表示： 蛋白质中除了上述20种 a- 氨基酸之外，还有两种比较罕见的 a- 氨基酸，只存 在于某些特殊的蛋白质分子中， 一种是硒代半胱氨酸(1986年),存在于含硒蛋白 中，另一种是吡咯赖氨酸(2002年),仅存在于一些真菌和古细菌体内。 a-氨基酸除甘氨酸外，a-碳原子都为手性碳原子，它们都具有旋光性。通常 a-氨基酸的构型用相对构型D/L表示，构成蛋白质的α-氨基酸均为L构型。 CHO HO — H CH₂OH L-甘油醛 L-氨基酸 还有很多非蛋白质氨基酸，有的是蛋白质的组成成分，如胶原蛋白中的4- 羟基脯氨酸和5-羟基赖氨酸，它们是脯氨酸和赖氨酸进入多肽链后被羟化酶羟 化后的衍生物。 HSeCH₂CHCOOH NH₂ 硒代半胱氨酸 selenocysteine 吡咯赖氨酸 pyrrolysine 二 、性质 氨基酸都为无色结晶，易溶于水，难溶于乙醚、苯等有机溶剂。 (一)酸碱性与等电点 虽然我们通常用—COOH 和 —NH2 来表示氨基酸的结构，但是氨基酸的实 际结构主要为离子形式：羧基失去一个质子变成羧酸离子，氨基质子化变成铵 离子，这种离子称为两性离子或偶极离子。 (少量) (主要) 正是由于氨基酸在溶液中存在上述平衡，所以，氨基酸在不同pH 值溶液中 的存在形式不同，在强酸性溶液中，氨基酸主要以阳离子的形式存在，分子带 正电荷；而在强碱性溶液中，氨基酸主要以阴离子形式存在，分子带负电荷， 如甘氨酸，当溶液的pH<2.3 时，甘氨酸主要以阳离子的形式存在，分子带正 电荷；当溶液的pH>9.6 时，甘氨酸主要以阴离子形式存在，分子带负电荷； 在两性离子中，既含有NH₃+, 又含有COO-,NH₃+ 具有酸性，而COO- 具有碱性，所以氨基酸具有两性。因此，氨基酸在溶液中存在下列平衡： 而当溶液的2.3＜pH＜9.6时，甘氨酸主要以两性离子存在，在两性离子中，净电 荷为零。因此，我们可以通过调节溶液的pH值来控制氨基酸在溶液中的存在形式 和所带的电荷。如果调节溶液的pH值，使溶液中的氨基酸几乎完全以两性离子形 式存在，则分子所带净电荷为零，此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。 甘氨酸的pI=6.0。 一般中性氨基酸的等电点pI=5.0～6.3；酸性氨基酸的等电点 pI=2.8～3.2；碱性氨基酸的pI=7.6～10.8。 （二）氨基的酰基化 氨基酸分子中的氨基与酰氯或酸酐在弱碱性条件下发生反应，氨基被酰基化生 成酰胺。 其中的 称为苄氧羰基，简写为Cbz 或Z, 常用作氨基的保护基， 苄氧羰基可以用催化氢解的方法除去。 (三)氨基的烃基化 氨基酸中氨基上H 原子可被烃基取代。例如：在弱碱性条件下，氨基酸与 2,4-二硝基氟苯 (DNFB) 发生芳环上的亲核取代反应，生成2,4-二硝基苯基 氨基酸(简称为DNP- 氨基酸)。 十 产物为黄色的固体，可用于氨基酸的定性鉴定，通常在多肽及蛋白质结 构分析中用作测定N端的氨基酸。 （四）与亚硝酸反应 氨基酸与脂肪族伯胺相似，可以与亚硝酸反应，释放出N2 ，生成 α -羟 基酸。 R CH NH2 COOH + HNO2 R CH COOH + N2 + H