第十一章氨基酸和蛋白质（课件）-《有机化学基础》同步教学（人卫版第四版）

氨基酸、蛋白质 蛋白质和核酸是构成原生质的主要成分，它存在于生物机体的组织、血液、内分泌及骨骼中。蛋白质在酸、碱、酶的作用下水解最终产物都是α-氨基酸，α–氨基酸是组成蛋白质的基本单位。 第一部分 氨基酸 分子中含有氨基的羧酸，叫做氨基酸(amino acid)。有芳香氨基酸与脂肪氨基酸。至今在自然界中发现的氨基酸已有200余种，其中绝大部分是脂肪族α-氨基酸，而且绝大部分是L型的。它们的结构如下通式表示： 作为生物体内合成蛋白质原料的α-氨基酸中分布最广的有20多种，它们的差异仅在于R基的不同。 一、氨基酸的分类和命名 天然氨基酸常根据分子中所含氨基与羧基的数目分为中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸三类。所谓中性氨基酸是指分子中氨基和羧基的数目相等的，但氨基的碱性与羧基的酸性并不是恰好抵消的，所以它们并不是真正中性的物质。分子中氨基数目多于羧基的叫碱性氨基酸，反之则是酸性氨基酸。 脂肪族氨基酸根据分子中氨基与羧基的相对位置，分为α–氨基酸、β–氨基酸、γ–氨基酸等。 天然氨基酸目前多用习惯名称，按其来源和性质命名，如天门冬氨酸最初是由天门冬的幼苗中发现的；甘氨酸是由于具有甜味而得名的。 氨基酸的系统命名法，是把氨基作为取代基，羧酸作为母体来命名。例如： 氨基酸的名称有时还使用三字母的缩写符号表示。即由各种氨基酸英文名称的前三个字母如Gly、Ala来表示甘氨酸、丙氨酸等。这种表示方法对蛋白质或多肽中α–氨基酸的排列顺序较为方便。 在20多种常见的氨基酸分子中，除氨基与羧基外，有的还含有羟基、巯基、芳香环或杂环等。个别的氨基酸，如脯氨酸分子中的氮原子是以亚氨基的形式存在于环中的。 由蛋白质水解得到的２０ 种氨基酸 ，都属于 α 氨基酸 ，即氨基都连在与羧基相 邻的 α 碳原子上 。 可用如下通式表示 ： 不同的氨基酸仅仅是R基团部分有所不同 。 除甘氨酸外 ，其他各种氨基酸的 α 碳原子都是手性碳原子，具有 D 和 L 两 种构型 。 蛋白质中所有氨基酸都是 L 构型 。 在这些 α 氨基酸中 ，除了半胱氨酸的绝 对构型为 R 构型外 ，其余的都是 S 构型 。 二、氨基酸的性质 组成蛋白质分子的 α 氨基酸都是无色晶体 ，熔点较高 ，一般在２００ ～ ３００ ℃ 之 间 ，当达到熔点时，往往会分解而放出二氧化碳。 大多数 α 氨基酸能溶于水 ，但溶解度差别很大。 它们能溶解于酸性和碱性 溶液中 ，但是难溶于非极性的有机溶剂。 两性性质和等电点 氨基酸分子中含有酸性的羧基和碱性的氨基 ，因此氨基酸是两性化合物 ，能分 别与酸或碱作用生成盐类 。 氨基酸溶于水时，氨基与羧基同时电离成为一种两性 离子 。 若将此水溶液酸化 ，则两性离子与H＋ 离子结合成为阳离子；若向此水溶液 加碱 ，则两性离子与OH－ 离子结合成为阴离子 。 根据上式可知 ，氨基酸的荷电状态随溶液的pH 不同而发生改变 。 因此，若将 氨基酸的水溶液给以适当的调节 ，则可使氨基酸的酸性电离与碱性电离相等 ，即使氨基酸带有的正 、负电荷数恰好相等 ，此时溶液的pH 值称为氨基酸的等电点。 氨 基酸的等电点以pI表示 。 每种氨基酸有其一定的pI，这是由于各种氨基酸的结构不同 ，所含酸性和碱 性基团的数目不同 ，以及各基团的电离度不同所造成的。 具有一氨基和一羧基的 氨基酸称中性氨基酸，羧基的电离度略大于氨基 ，故其等电点小于７，一般在 ５.０ ～ ６.５ 之间，二羧基一氨基氨基酸称酸性氨基酸 ，等电点在 ２.７ ～ ３.２ 之间 ；二氨基一 羧基氨基酸称碱性氨基酸 ，等电点在 ９.５ ～ １０.７ 之间。 脱水成肽反应 二分子的氨基酸可由一分子的氨基与另一分子的羧基脱去一个水分子成为一 个简单的二肽 。 二肽分子中含有的酰胺键称为肽键 。 二肽分子中仍含有自由的氨基和羧基， 因此 ，可以继续与氨基酸结合成为三肽 、四肽 、……。 与亚硝酸反应 氨基酸分子中的氨基具有伯胺的性质，与亚硝酸反应时放出氮气 。 因此 ，利用 该反应可以测定蛋白质分子中的游离氨基或氨基酸分子中的氨基含量 。 此方法称 为 VanSlyke氨基氮测定法。 与甲醛反应 由于氨基酸是两性物质，故不能用酸碱滴定法直接测定它的含量。 利用甲醛 与氨基反应生成羟甲基衍生物后，—NH３ 释放出氢离子的特点 ，就可用酸碱滴定 法测定出氨基酸的含量 。 ＋ 烃基化反应 在弱碱性条件下氨基 酸与 ２ ，４- 二硝基氟苯（DNFB）反应生成 ２ ，４- 二硝基苯基氨基酸（DNP 氨基酸）。 这个反应常用来测定蛋白质或多肽中氨基酸的排列次序。 与茚三酮反应 α 氨基酸与水合茚三酮在溶液中加热 ，被氧化分解成醛 、氨和二氧化碳 ，茚三 酮则被还原为仲醇 ，与所生成的氨结合生成蓝紫色的化合物