氨基酸、多肽、蛋白質和核酸

1、第二十二章 氨基酸、多肽、蛋白質和核酸,12－1,2009 有機化學,22.1氨基酸的分類,12－2,2009 有機化學,2009 有機化學,12－3,基本概念,從氨基酸的名字就可以看出該化合物應該含有NH2 基和CO2H 基，其真實狀態(tài)應該為NH3+和CO2– 。根據(jù)羧基和氨基的位置關系，氨基酸分為 a, b, g, 等氨基酸。,2009 有機化學,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的結構單

2、元,g-氨基酸涉及神經脈沖傳遞過程,a,b,g,2009 有機化學,12－5,20 關鍵的氨基酸,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 種氨基酸是蛋白質的結構單元。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 碳上的基團不同。,2009 有機化學,12－6,這些從蛋白質水解得到的氨基酸其不同在于 R (側鏈)不同。這些氨基酸的性質不同也是由于其 R結構的不同所引起的。,2009 有

3、機化學,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 有機化學,12－8,丙氨酸,C,,,,,C,,O,O,–,CH3,H,H3N,+,Alanine,(Ala 或 A),2009 有機化學,12－9,纈氨酸,C,,,,,C,,O,O,–,CH(CH3)2,H,H3N,+,Valine,(Val 或 V),2009 有機化學,12－10,亮氨酸,C,,,,,C,,O,O,–

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

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

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

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

8、H2,(Arg 或 R),2009 有機化學,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,12－27,2009 有機化學,2009 有機化學,12－28,a-氨基酸的構型,甘氨酸是非手行的。蛋白質中所有其它 氨基酸在其a 碳處都是 L-構型。,2009 有機化學,12－29,22.3氨基酸的酸堿行為,2009 有機化學,12－30,,,甘氨酸的性

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

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

11、9 有機化學,12－35,甘氨酸的酸堿性質,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 有機化學,12－36,甘氨酸的pKa 的測定值是 2.34。甘氨酸比典型的羧酸的酸性要大，這是因為帶正電的 N 成為一個拉電子基團。,甘氨酸的酸堿性質,典型的羧酸: pKa ~5,,2009 有機化學,12－37,甘氨酸的酸堿性質,這個質子脫去的 pKa 是 9.60。這個值與NH4+ 相同。,,當pH值進

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

13、pKa1= 2.34pKa2=9.69pI =6.00,2009 有機化學,12－41,中性鏈的氨基酸,纈氨酸,pKa1= 2.32pKa2=9.62pI =5.96,2009 有機化學,12－42,中性鏈的氨基酸,亮氨酸,pKa1= 2.36pKa2=9.60pI =5.98,2009 有機化學,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 有機化學,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 有機化學,12－45,中性鏈的氨基酸,脯氨酸,pKa1= 1.99pKa2=10.60pI =6.30,2009 有機化學,12－

15、46,中性鏈的氨基酸,苯丙氨酸,pKa1= 1.83pKa2=9.13pI =5.48,2009 有機化學,12－47,中性鏈的氨基酸,色氨酸,pKa1= 2.83pKa2=9.39pI =5.89,2009 有機化學,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 有機化學,12－49,

16、中性鏈的氨基酸,谷氨酰胺,pKa1= 2.17pKa2=9.13pI =5.65,2009 有機化學,12－50,中性鏈的氨基酸,絲氨酸,pKa1= 2.21pKa2=9.15pI =5.68,2009 有機化學,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 有機化學,12

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

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

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

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

21、H5CH2Cl,(90%),2009 有機化學,12－64,示例,,HBr, H2O, 加熱,O,O,HOCCCOH,,,CH2C6H5,H3N,+,2009 有機化學,12－65,示例,,HBr, H2O, 加熱,O,HCCOH,,,CH2C6H5,H3N,+,(65%),2009 有機化學,12－66,22.5氨基酸的反應,2009 有機化學,12－67,氨基的酰化,氨基酸的氨基可用常規(guī)的?；噭⑵滢D化為酰胺,+,,(89-92

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

23、1,L-谷氨酸的生物合成,,NH3,+,酶和還原輔酶,2009 有機化學,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反應將 a-酮酸轉化為氨基酸。如將丙酮酸轉化為丙氨酸。,2009 有機化學,12－73,L-谷氨酸的氨基交換,,酶,+,2009 有機化學,12－74,機理,第一步是L-谷氨酸與丙酮酸生成烯胺。,2009 有機化學,12－75,機理,,CH3CCO2,–,HO2CCH2CH2CHCO2,,N,–

24、,2009 有機化學,12－76,,H,第二步是將一個碳上的 質子 離去，然后質子化另外一個碳。,2009 有機化學,12－77,,H,,2009 有機化學,12－78,–,將烯胺水解得到a-酮基戊二酸 和 L-丙氨酸。,2009 有機化學,12－79,–,+,,H2O,2009 有機化學,12－80,L-酪氨酸的生物合成是從苯丙氨酸開始的。其關鍵是芳環(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 有機化學,12－

25、81,L-酪氨酸的生物合成,,O2, 酶,2009 有機化學,12－82,L-酪氨酸的生物合成,,酶,2009 有機化學,12－83,L-酪氨酸的生物合成,轉化為 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的酶將 L-苯丙氨酸轉化為 L-酪氨酸。其結果是 L-苯丙氨酸被轉化成苯丙酮酸，該化合物是有毒的。治療的辦法是減少苯丙氨酸的攝入。,2009 有機化學,12－84,脫羧反應,脫羧反應是 a-氨基酸常見的反應。例

26、如將 L-組氨酸轉化為組胺。抗組胺劑就是阻止組胺的作用。,2009 有機化學,12－85,脫羧反應,–CO2,酶,,2009 有機化學,12－86,22.7多肽,2009 有機化學,12－87,肽,肽是由一個氨基酸的氨基與另一個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 有機化學,12－88,丙氨酸和甘氨酸,2009 有機化學,12－89,丙氨酰甘氨酸,在丙氨酰甘氨酸中，兩個 a-氨基酸以肽鍵相連。有兩個氨基

27、酸組成的肽稱為二肽。,2009 有機化學,12－90,丙氨酰甘氨酸,Ala—Gly,AG,N-端,C-端,2009 有機化學,12－91,丙氨酰甘氨酸和甘氨酰丙氨酸為同分異構體,丙氨酰甘氨酸Ala—GlyAG,甘氨酰丙氨酸Gly—AlaGA,2009 有機化學,12－92,丙氨酰甘氨酸,肽鍵為平面構型,2009 有機化學,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五肽。,2009

28、 有機化學,12－94,亮氨酸腦菲肽,Tyr—Gly—Gly—Phe—LeuYGGFL,2009 有機化學,12－95,催產素,催產素是一個環(huán)九肽。其環(huán)是由兩個半胱氨酸的 S—S 鍵連接的。,N-端,C-端,2009 有機化學,12－96,催產素,S—S bond,,2009 有機化學,12－97,22.8多肽結構的測定,2009 有機化學,12－98,一級結構,一級結構指氨基酸的序列及二硫鍵的連接。,2009 有機化學,12－99

29、,經典策略 (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序列。,2009 有機化學,12－100,22.9氨基酸的分析,2009 有機化學,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。采用自動分析方法，只需要 10-5 到 10-7 g 肽即可,2009 有機化學,12－102,22.10蛋白質的部分水解,2009 有機化學,12－103,肽和蛋白質的部分水解,酸水解肽能夠斷裂所有的肽鍵。部分水解肽和蛋白質得到較小的碎片。這些小的碎片通過分離，在檢測其中的氨基酸。酶催化水解是理想的部分水解的方法。,2009 有機化學,12－104,羧肽酶,羧肽酶是一種分解蛋白質的酶。(催

31、化水解蛋白質).,2009 有機化學,12－105,羧肽酶,,羧肽酶是一種分解蛋白質的酶。(催化水解蛋白質).,羧肽酶選擇性水解肽鍵的 C-端的氨基酸。,2009 有機化學,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 有機化學,12－107,糜蛋白酶,,糜蛋白酶選擇性水解含芳香側鏈的氨基酸的羧基。,,苯丙氨酸，酪氨酸，色氨酸,2009 有機化學,12－108,22.11端基分析,20

32、09 有機化學,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定。幾種化學方法用于測定 N-端氨基酸。,2009 有機化學,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 2,4-二硝基氟苯對芳環(huán)的取代反應活性非常強。,2009 有機化學,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,+,2009 有機化學,12－112,Sanger方法,+,,2009 有機化學,12－113,Sanger方法,酸水解所有的肽鍵得到混合氨基酸，只有一個氨基酸含有 2,4-DNP 基，這個氨基酸就是 N-端氨基酸。,2009 有機化學,12－114,Sanger方法,酸水解所有的肽鍵得到混合氨基酸，只有一個氨基酸含有 2,4-DNP 基，這個氨基酸就是 N-端氨基酸。,,H3O+,

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

35、列。,2009 有機化學,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肽： FVNQHLCGSHL VGAL VCGERGF YTPKA,2009 有機化學,12－119,牛胰島素B 鏈,FVNQHLCGSHL,VGAL,VCGERGF,YTPKA,2009 有機化學,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肽： FVNQHLCGSHL

36、 VGAL VCGERGF YTPKA上述肽的序列發(fā)現(xiàn)在另外的四個肽中有重疊：SHLVLVGAALTTLVC,2009 有機化學,12－121,牛胰島素B 鏈,FVNQHLCGSHL,SHLV,LVGA,VGAL,ALY,YLVC,VCGERGF,YTPKA,2009 有機化學,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肽： FVNQHLCGSHL VGAL

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

38、A,VGAL,ALY,YLVC,VCGERGF,GFFYTPK,YTPKA,FVNQHLCGSHLVGALYLVCGERGFFYTPKA,2009 有機化學,12－125,胰島素,A 鏈的序列用相同的方法測定。二硫鍵通過兩個半胱氨酸連接從而得到其一級結構。,2009 有機化學,12－126,牛胰島素的一級結構,A 鏈的N 端,B鏈的N 端,B鏈的C 端,A 鏈的C 端,2009 有機化學,12－127,22.13Edman 降解

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

40、2009 有機化學,12－132,Edman 降解,產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 有機化學,12－133,Edman 降解,,HCl,+,2009 有機化學,12－134,Edman 降解,其產物為二氫噻唑酮，在反應條件下重排成乙內酰苯硫脲衍生物 (PTH衍生物)。,+,2009 有機化學,12－135,Edman 降解,,乙內酰苯硫脲

41、衍生物 (PTH衍生物)通過分離鑒定。降解過的肽繼續(xù)進行第二次 Edman 降解。,+,2009 有機化學,12－136,22.14肽的合成策略,2009 有機化學,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生成肽鍵可以得到四個二肽。Phe—PheGly—GlyPhe—Gly Gly—Phe,2009 有機化學,12－138,總的策略,1.通過保護一個氨基

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

43、與芐氧甲酰氯（氯甲酸芐酯）反應。,將氨基保護成酰胺,2009 有機化學,12－143,將氨基保護成酰胺,+,,1. NaOH, H2O,2. H+,(82-87%),2009 有機化學,12－144,將氨基保護成酰胺,縮寫為:,或 Z-Phe,2009 有機化學,12－145,芐氧酰基保護的優(yōu)點是很容易將保護脫去：a) 氫解b) 在乙酸中用 HBr 斷鍵,Z-保護的脫保護,2009 有機化學,12－146,Z-保護基的氫解,

44、,H2, Pd,CH3,CO2,(100%),2009 有機化學,12－147,Z-保護基的HBr斷鍵,,HBr,CH2Br,CO2,(82%),+,2009 有機化學,12－148,叔丁氧酰基保護基,縮寫為:,或 Boc-Phe,,2009 有機化學,12－149,Boc-保護基的HBr斷鍵,NHCHCNHCH2CO2CH2CH3,,CH2C6H5,(CH3)3COC,,O,,HBr,CO2,(86%),+,2009 有機化學,12－

45、150,22.16羧基的保護,2009 有機化學,12－151,羧基通常用酯來保護甲基酯和乙基酯通常用皂化來脫保護。芐酯通常用氫解脫保護。,用酯保護羧基,2009 有機化學,12－152,芐酯的氫解,,H2, Pd,C6H5CH3,CO2,(87%),+,–,CH3C6H5,2009 有機化學,12－153,22.17肽鍵的形成,2009 有機化學,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)保護的氨基酸。 2. 通過N-端氨基酸的活性酯,肽鍵的生成,2009 有機化學,12－155,DCCI偶聯(lián),+,,DCCI, 氯仿,(83%),2009 有機化學,12－156,DCCI偶聯(lián)的機理,+,,2009 有機化學,12－157,DCCI偶聯(lián)的機理,,+,2009 有機化學,12－158,對硝基苯酯就是活性酯的一例。對硝基苯基比甲基、乙基更容易離去。對硝基苯基酯在親核酰基取代反應活性很大。,活性酯法,2009 有機

47、化學,12－159,活性酯法,+,NO2,2009 有機化學,12－160,活性酯法,+,,氯仿,(78%),+,NO2,2009 有機化學,12－161,22.18固相肽的合成法:Merrifield合成法,2009 有機化學,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。反應物加到溶液中。反應發(fā)生在固體和溶液的界面上。因為起始原料鍵合在固體上，任何產物也是鍵合在固體上。純化只要簡單地從固體支持物

48、上沖洗去副產物就可以。,2009 有機化學,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構。,2009 有機化學,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 有機化學,12－165,固相支持,側鏈的氯甲基是一個芐鹵，很容易發(fā)生親核取代反應 (SN2)。,2009 有機化學,12－1

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

50、field 合成程序,脫去 Boc 保護基,2009 有機化學,12－171,Merrifield 合成程序,在加上另一個氨基酸，不斷重復….,2009 有機化學,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 有機化學,12－173,Merrifield 合成程序,–,2009 有機化學,12－174,Merrifield 方法,Merrifield 已經將他的固相合成

51、法自動化。合成一個九肽（血管舒緩激肽,1962)花費 8 天，總收率 68%。合成核酸酶 (124 氨基酸，1969) 。369 步反應; 11,391 步Nobel 化學獎: 1984,2009 有機化學,12－175,22.19肽和蛋白質的二級結構,2009 有機化學,12－176,蛋白質的結構水平,一級結構 = 氨基酸的序列+雙硫鍵的連接二級結構= 鄰近氨基酸的構象關系a 螺旋b 折疊片,2009 有機化學

52、,12－177,蛋白質的結構水平,肽鍵的平面幾何構型主鏈的反式構象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 有機化學,12－178,b 折疊片,上圖為甘氨酸和丙氨酸殘基交替蛋白質鏈形成的 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 有機化學,12－179,b 折疊片,b 折疊片常見于含有小的側鏈的氨基酸 (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 有機化學,12－180,a 螺旋,圖示是由L-丙氨酸組成的蛋白質的 a 螺旋。螺旋是右螺旋，每一個螺旋由 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 有機化學,12－18

54、1,22.20肽和蛋白質的三級結構,2009 有機化學,12－182,三級結構,三級結構指蛋白總的形狀 (肽鏈是如何折疊的)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 有機化學,12－183,羧肽酶,羧肽酶能夠催化水解蛋白質的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 有機化學,

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

56、?,O,O,–,H2N,H2N,C,,Arg-145,+,肽或蛋白質的帶負電的羧基負離子與Arg145通過靜電作用結合到活性中心。,,2009 有機化學,12－187,在活性中心，反應是如何進行的?,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 有機化學,12－188,在活性中心，反

57、應是如何進行的?,H3N,,,peptide,,O,NHCHC,+,C,??,??,O,O,–,H2N,H2N,C,,Arg-145,+,水對羰基發(fā)生親核?；〈磻?2009 有機化學,12－189,在活性中心，反應是如何進行的?,H2N,C,,Arg-145,+,2009 有機化學,12－190,22.21輔酶,2009 有機化學,12－191,輔酶,由氨基酸參與的化學反應相對來說是有限的：酸-堿反應 (質子的轉移和接受)

58、親核?；〈磻S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 有機化學,12－192,輔酶,NADH, 輔酶 A 和輔酶 B12 都是輔酶。血紅素也是輔酶。,2009 有機化學,12－193,血紅素,卟啉鐵,2009 有機化學,12－194,肌紅蛋白,血紅素,,血紅素是肌紅蛋白（將氧儲存在肌肉中）和血紅蛋白（氧的運輸）與氧鍵合的輔酶。,2009 有機化學,12－195,22.22蛋白質的四級

59、結構:血紅蛋白,2009 有機化學,12－196,蛋白質的四級結構,一些蛋白質是由兩個或更多的鏈組裝成的。這些鏈組裝的方式稱為四級結構。例如：血紅蛋白有4個亞單元組成。有兩個相同的 a 鏈和兩個相同的 b鏈每個亞單元有一個血紅素，每個蛋白與肌紅蛋白的大小相當。,2009 有機化學,12－197,22.23嘧啶和嘌呤,2009 有機化學,12－198,嘧啶和嘌呤,為了理解DNA 和 RNA 的結構和性質，首先必須了解其結構組成。

60、嘧啶和嘌呤芳香雜環(huán)化合物使DNA和RNA的基本組成。,2009 有機化學,12－199,嘧啶和嘌呤,嘧啶,嘌呤,2009 有機化學,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 有機化學,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 有機化學,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 有機化學,12－203,22.24核苷,2009 有機化學,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 有機化學,12－205,尿苷

62、和腺苷,尿苷(嘧啶核苷),腺苷(嘌呤核苷),2009 有機化學,12－206,22.25核苷酸,2009 有機化學,12－207,核苷酸,核苷酸是核苷的磷酸酯,2009 有機化學,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 有機化學,12－209,腺苷二磷酸酯 (ADP),2009 有機化學,

63、12－210,腺苷三磷酸酯 (ATP),2009 有機化學,12－211,ATP 儲存能量,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 有機化學,12－212,腺苷 3‘-5’-環(huán)單磷酸酯 (cAMP),cAMP 是生物過程中重要的調節(jié)劑。,2009 有機化學,12－213,

64、22.26核酸,2009 有機化學,12－214,核酸,核酸是聚合的核苷酸。一個核苷酸的5‘ 位氧與另一個核苷酸的 3’ 位氧相連。,2009 有機化學,12－215,核酸的片斷,2009 有機化學,12－216,22.27DNA的結構和復制:雙螺旋結構,2009 有機化學,12－217,DNA的組成,Erwin Chargaff (哥倫比亞大學) 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 有機化學,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、 有機化學,12－219,堿基配對,Watson 和 Crick 提議t A 和 T 是等量的因為兩者的氫鍵是互補的。,2-脫氧核糖,2-脫氧核糖,A,T,2009 有機化學,12－220,堿基配對,同樣, G 和 C 的量是相同的也是因為其氫鍵的互補。,2-脫氧核糖,2-脫氧核糖,G,C,2009 有機化學,12－221,DNA 雙螺旋,Watson 和 Crick 建議DNA是雙鏈結構，其中嘌呤和嘧啶根據(jù)其互補的氫鍵相連。,2009

67、 有機化學,12－222,,DNA兩條反平行的帶通過嘌呤和嘧啶間的互補氫鍵配對。,2009 有機化學,12－223,DNA 雙螺旋結構 嘌呤和嘧啶堿基在一邊，糖及磷酸酯在另一邊。,2009 有機化學,12－224,DNA 的復制,C,G,T,A,當雙螺旋分開時，每條鏈作為模板，在上面復制。,2009 有機化學,12－225,DNA 的復制,A,C,G,T,T',A',G',C',2009 有機化學

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