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有机化学-第十五章


1.测定实验式 将肽在酸性溶液中彻底水解,用色谱法分离确定氨基 酸的种类、相对含量,计算出各种氨基酸的相对数目,求 出实验式。 2.确定分子式 用化学方法或物理方法测定其相对分子质量,从而确 定分子式。 3.末端残基分析法,测定多肽中氨基酸的结合顺序
二、N 端氨基酸分析
有两种方法进行 N 端氨基酸的分析 1)彻底水解法 用2,4-二硝基氟苯与多肽的 N 端氨基反应,然后彻 底水解产物,可确定 N 端的氨基酸:
三、肽的写法
在肽链中,带氨基的一端称为 N 端,有羧基的一端 称为 C 端,在书写肽的构造式时,通常将 N 端写在左边 ,C 端写在右边,如:
四、肽的命名
含有完整羧基的氨基酸作为母体,由 N 端开始,依 次称为某氨酰--某氨酸。如,丙氨酰--酪氨酰--甘氨酸:
为了方便,常简称为丙-酪-甘或 Ala-Tyr-Gly。
2)埃德曼(Edman)降解法 用异硫氰酸苯酯与多肽的 N 端氨基反应,然后水解 产物,得到 N 端氨基酸和少一个氨基酸结构单元的多肽 ,分析 N 端氨基酸结构,回收少一个氨基酸的多肽。再 重复操作,逐步确定 N 端氨基酸结构,经过多次降解, 可确定多肽的氨基酸种类和连接顺序:
三、C 端氨基酸的分析
构造式 NH2CH2COOH (CH3)2CHCH2CH(NH2)COOH HOOCCH2CH2CH(NH2)COOH NH2(CH2)4CH(NH2)COOH IUPAC命名 氨基乙酸 4-甲基-2-氨基戊酸 2-氨基戊二酸 2,6-二氨基己酸 俗名 甘氨酸 亮氨酸 谷氨酸 赖氨酸 缩写与符号表示 甘,Cly 亮,Leu 谷, Glu 赖, Lys
3.按氨基的结构不同分类
脯氨酸 (相当仲氨基)
色氨酸 (相当杂环基)
精氨酸 (相当胍基)
组氨酸 (相当杂环基)
二、氨基酸的命名
1.氨基酸现行命名有三套方法: 系统命名:按 IUPAC 方法进行命名 俗名: α-氨基酸多数来源蛋白质水解,普遍使用俗名。 缩写符号表示:取中文俗名第一个字,或英文名前三个字 符表示。
L/O/G/O
氨基酸、蛋白质及核酸
氨基酸的分类、命名与构造
羧酸中的氢原子被氨基取代所得的产物称为氨基酸。氨基 酸是多官能团化合物。α-氨基酸是羧酸的α-氢被氨基取 代的产物,它是构成蛋白质的基石。蛋白质与生命的起源 、生命的活动密切相关。掌握一点氨基酸的知识对学习生 命科学非常有意义。
一、氨基酸的分类
一、氨基的保护与羧基的活化
保护氨基:常用氯甲酸苄酯保护,因为反应后,氨基上的 苄氧羰基很容易用催化加氢的方法解除保护:
活化羰基:常使 -COOH 转化成酰氯,酸酐或酯,增强 COOH 中C 原子上的正电性,利于 -NH2 的亲核反应:
合成的一般过程为:
例:由丙氨酸和甘氨酸合成二肽甘氨酰丙氨酸:
C 50~55% O 20~23% H 6.0~7.0% N 15~17% S 0.2~0.3%
一、氨基酸的两性和等电点
1.酸性 氨基酸与碱作用生成羧酸盐,显酸性
2.氨基酸与酸作用生成铵盐,显碱性。
氨基酸两性:有酸性又有碱性,分别显示了 -COOH 和 NH2 的特征反应。
氨基酸本身能进行酸碱反应:
内盐:分子内的氨基与羧基反应生成的盐,称为内盐,在 晶体时,氨基酸是以内盐的形式存在,显示盐的性质,如 熔点高。 偶极离子:氨基酸以内盐的形式存在,分子中有正离子也 有负离子称做偶极离子,又称两性离子。偶极离子不仅在 固体时存在,在溶液中也可以存在。
利用等电点时溶液的特性,可以分离混合氨基酸。调 节溶液的 pH 值,使某种氨基酸达到等电点,溶解度最小 ,过滤出。 由于 -COOH 的酸性稍大于 -NH2 的碱性,因此中性 氨基酸的等电点溶液应偏酸性,pH<7。 中性氨基酸:IP=5.6~6.3 酸性氨基酸:IP=2.8~3.2 碱性氨基酸:IP=7.6~10.8
L-甘油醛
L-(-)-丝氨酸
L-天门冬氨酸
L-丙氨酸
氨基酸的来源与制法
一、α -氨基酸的来源
蛋白质是由各种 α-氨基酸组成的高分子化合物, 在酸或碱的催化下,蛋白质可以逐步水解成短链化合物, 直到 α-氨基酸为止,将各种混合 α-氨基酸进行分离, 可以得到单一的 α-氨基酸。
二、 α-氨基酸的合成
2.按溶解度分类 1)纤维状蛋白:不溶于水的蛋白质。这类蛋白质构成动 物的组织如丝、毛发、皮肤、角、爪甲、蹄、羽毛等。 2)球状蛋白:可溶于水或酸、碱、盐的溶液中的蛋白质 。包括各种酶、蛋白激素等。这类蛋白质在生物体内起着 维护、调节生命活动的功能。
三、蛋白质的组成
从蛋白质的分类可知,蛋白质的组成复杂,蛋白 质的相对分子量很大,通常在1万以上,有的达几万,几 十万,个别的甚至上千万。如烟草斑纹病毒的核蛋白的相 对分子质量已超过二千万。很难弄清其组成。从元素分析 得知,蛋白质主要由 C、H、O、N 及少量 S 组成,有的 有微量的 P、Fe、Zn、Mo 等元素。一般干燥蛋白质的元 素含量为:
四种产物是甘-甘氨酸,甘-丙氨酸,丙-甘氨酸,丙-丙氨 酸; 多肽中有肽键存在,易发生各种反应,如水解、氨解等, 这就要求合成条件必须缓和,也就要对参于反应的氨基、 羧基进行“活化”,使反应容易进行; 有多个 -NH2 和 -COOH 存在,可能同时参加反应,这就 要求把不需要参加反应的 -NH2 和 -COOH 暂时"保护"起 来,只留下参加反应的 -NH2 和 -COOH。
肽、肽键与命名
一、肽
氨基酸分子间通过氨基与羧基间脱水,生成以酰胺 键相连接的化合物:
酰胺键: 又称肽键。 肽:以酰胺键相连接的氨基酸缩合物称为缩氨酸,简 称肽。 二肽:有一个酰胺键相连的肽称为二肽。 三肽:有两个酰胺键相连的肽称为三肽。 以次类推,三肽以上的肽又统称多肽。
二、肽的结构
α-氨基酸的数目决定肽链的长短:二肽,三肽…… α-氨基酸的种类决定肽链的结构、肽链的数目(相 当异构体数目)。 如,同种氨基酸组成的二肽只有一种二肽:
2.通式
重复2)-3)-4)步操作,接上第三个氨基酸,第四 个氨基酸……最后用无水 HF 断下高分子,得到多肽。 1)是把第一个氨基酸接到树脂上, 2)是脱去 -NH2 保护基, 3)是形成第一个肽键,即接上第二个氨基酸, 4)脱去连在树脂上的二肽的 -NH2 保护基。 3.固相合成技术的优点 操作简单,每步产率高;分离纯化过程无中间产物损 失;容易实现自动化。
由于羧基 -COOH 解离出质子的能力与氨基 -NH2 接受质 子的能力不同,即 -COOH 的酸性大于 -NH2 的碱性,因 此,在不同 pH 值溶液中,氨基酸存在的形态不同。在中 性溶液中,氨基酸也不全是以偶极离子形态存在,可有下 列平衡存在:
把这种平衡关系做成图,如下所示:
等电点(IP):在溶液中,当氨基酸正离子和负离子 的浓度相等,主要以偶极离子形态存在时的溶液的 pH 值 称做该氨基酸的等电点,用 IP 表示。 等电点时溶液的特征:偶极离子浓度最大,溶解度最 小,如果在溶液中加两个电极,偶极离子不向正极方向移 动,也不向负极方向移动。
二、氨基酸受热后消除反应
不同结构的氨基酸受热后,由于有不同的消除方式,得到 不同的产物。 1.α-氨基酸受热后,两分子间脱水,生成六元环的交酰胺 :
2.
β—氨基酸受热后,分子内脱氨分子生成α、β—不饱 和酸:
3.γ、δ—氨基酸受热后,分子内脱水生成五元环或六元 环的内酰胺:
δ-氨基酸
δ-内酰胺(六元环)
三、氨基酸的结构与构型
1.结构:
1)R有不同结构,还可含官能团,如 -OH 、-SH等。 2)至少是双官能团化合物,有 -COOH、-NH2 …… 3)有盐的结构。
2.构型:除甘氨酸外,α-氨基酸至少有一个手性碳原子。 通常采用 D-L 标记法标记构型,即用甘油醛(或丝 氨酸)为参考标准。α-氨基酸都是L-构型。
(氯甲酸苄酯)
(甘氨酸)
(苄氧碳酰甘氨酸)
(苄氧碳酰甘氨酰氯)
(甘氨酰丙氨酸)
二、固相合成技术
20世纪70年代美国化学家梅里菲尔德(Merrifield R B)发明了一项快速、定量、能连续合成多肽的方法,固 相合成技术,由此他获得1984年 Noble 化学奖。
1.原理 把要合成的肽链的末端氨基酸的羧基以共价键的形式 与不溶性(固相)高分子树脂(如氯甲基化的聚苯乙烯小 球)相连,形成高分子树脂为酯基的氨基酸酯;另一氨基 保护的氨基酸与之反应,形成肽键,脱去氨基保护,再与 另一个氨基保护的氨基酸反应,形成第二个肽键,重复上 述操作,形成第三个,第四个……肽键,最后从固相上断 裂下来合成的多肽链,得到纯净的多肽。
4.ω—氨基酸受热后,分子间脱水,缩聚成高分子化合物 能与水合茚三酮反应生成兰紫色物质:
此反应是 α-氨基酸特有的反应,用这个反应可以鉴别 α-氨基酸的存在,也常用作 α-氨基酸的比色测定和色 层分析的显色。
四、与亚硝酸反应
氨基酸与亚硝酸反应,生成羟基酸,放出氮,反应 迅速,定量完成。测量放出氮的体积,可算出试样中氨基 数量。做为定量分析用,称为范斯莱克法。
在羧肽霉作用下水解,有选择的使游离羧基的 α-氨基酸的酰胺键水解,对水解下来的氨基酸进行鉴定 ,确定结构:
经过反复多次降解,可以逐步把多肽的链结构顺序弄清楚。
多肽的合成
多肽的合成是一项很繁杂的工作,要求有旋光性的 α-氨基酸,按一定顺序连接起来,又要保持旋光性不变 。例如由丙氨酸和甘氨酸两种氨基酸合成二肽,两个氨基 和两个羧基的反应活性相差不大。
多肽结构的测定
一、概述
多肽与蛋白质都是由 α-氨基酸为结构单元,它们 之间无严格界线。一般认为相对分子质量< 1万,能透过 半透膜,不被三氯乙酸或浓硫酸所沉淀的为多肽。 多肽广泛存在于自然界,在生物体内起着重要作用, 如谷-胱-甘肽保护人体免受毒素对细胞的侵袭,延缓人体 衰老。 对肽的研究有两方面工作:测定肽的组成和 α-氨基 酸在肽链中排列顺序;合成多肽,保证测定结果的正确性 ,多肽结构测定大体分三步。
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