氨基酸的化学性质课件.ppt

1、汪小兰汪小兰有机化学有机化学第三版第三版CAICAI教学配套课件教学配套课件 谢启明制作主讲：谢启明主讲：谢启明 教授教授第十四章第十四章 氨基酸、多氨基酸、多 肽与蛋白质肽与蛋白质、氨基酸、氨基酸 、多、多 肽肽 、蛋、蛋 白白 质质 、氨基酸、氨基酸 一、氨基酸的构型一、氨基酸的构型二、氨基酸的物理性质二、氨基酸的物理性质三、氨基酸的化学性质三、氨基酸的化学性质四、个别四、个别-氨基酸举例氨基酸举例、氨基酸、氨基酸 1 1、结构、结构 组成蛋白质的氨基酸（天然产氨基酸）都是-氨基酸，-氨基酸是羧酸分子中烃基上的-H原子被-NH2取代得到的衍生物，其结构通式为：各种氨基酸在结构上的差异主要是

2、其R不同。RCHCOOHNH2、氨基酸、氨基酸 2 2、分类、分类 （1）根据氨基酸分子中烃基的不同可分为脂肪氨基酸、芳香氨基酸和杂环氨基酸。H3CCHCOOHNH2NH2COOHNHCH2CH COOHNH2脂肪氨基酸 芳香氨基酸 杂环氨基酸、氨基酸、氨基酸 （2）根据氨基和羧基的相对位置不同可分为-氨基酸、-氨基酸和-氨基酸。CH3CH COOHNH2CH2CH2COOHNH2CH2CH2-CH2COOHNH2 - -氨基酸氨基酸 - -氨基酸氨基酸 - -氨基酸氨基酸、氨基酸、氨基酸 中性氨基酸并非为中性物质，这里的中性是指氨基酸分子中氨基与羧基的数目相等。 （3）根据氨基与羧基的相对数

3、目不同可分为中性氨基酸、碱性氨基酸和酸性氨基酸。CH2COOHNH2HOOC CH2CH COOHNH2H2N CH2CH COOHNH2中性氨基酸 酸性氨基酸 碱性氨基酸、氨基酸、氨基酸 3 3、命名、命名 氨基酸的命名与其它取代酸相似，以羧酸为母体，将-NH2看作取代基即可。氨基酸大都有俗名。国际上有通用的符号。 H2N CH2COOHNH2CH COOHCH3NH2CH COOHCHCH3CH3NH2CH COOHCH2CHCH3CH3甘氨酸-氨基乙酸-氨基丙酸丙氨酸缬氨酸3-甲基-2-氨基丁酸亮氨酸4-甲基-2-氨基戊酸、氨基酸、氨基酸 一、氨基酸的构型一、氨基酸的构型 氨基酸除甘氨酸

4、外，其它氨基酸分子中碳原子均为手性碳原子，因此都具有旋光性。 大多数-氨基酸都只有一个手性碳原子，其构型一般用D/L法来标记。 用D/ L体系表示在费歇尔投影式中氨基位于横键右边的为D型，位于左边的为L型。HCNH2COOHRCHCOOHRNH2D-氨基酸氨基酸 L-氨基酸氨基酸 、氨基酸、氨基酸 一、氨基酸的构型一、氨基酸的构型COOHCH3H2NHCOOHCH3HOHCOOHNH2HCH3OHHL-L-乳酸乳酸L-L-丙氨酸丙氨酸L-L-苏氨酸苏氨酸 自然界存在的氨基酸大多为L-型。动物体内的酶只对L-氨基酸代谢，而对D氨基酸不起作用。、氨基酸、氨基酸 一、氨基酸的构型一、氨基酸的构型存在

5、形式：存在形式：氨基酸都以偶极离子的形式存在。氨基酸都以偶极离子的形式存在。CH3-C H -COO-NH3+丙氨酸丙氨酸HO2C(CH2)2-CH-COO-NH3+谷氨酸谷氨酸、氨基酸、氨基酸 二、氨基酸的物理性质二、氨基酸的物理性质 （1 1）溶解性）溶解性 大多数氨基酸为无色晶体，除胱氨酸、酪氨酸外，都可溶于水；除脯氨酸、半胱氨酸外，都难溶于有机溶剂。 （2 2）旋光性）旋光性 除甘氨酸外，其它氨基酸都具有旋光性。 （3 3）熔点）熔点 氨基酸的熔点远高于其异构体羟基酰胺，这是因为-氨基酸是以内盐形式存在。H2N CH2COOHH3N CH2COOHOCH2C NH2Om.p 232 1

6、18、氨基酸、氨基酸 三、氨基酸的化学性质三、氨基酸的化学性质1氨基酸的酸氨基酸的酸-碱性碱性 R CH COOHNH2R CH COONH2R CH COOHNH3OHH 氨基酸在一般情况下不是以游离的羧基或氨基存在的，而是两性电离，在固态或水溶液中形成内盐。 R CH COOHNH2RCH COONH3、氨基酸、氨基酸 三、氨基酸的化学性质三、氨基酸的化学性质R CH COOHNH2R CH COONH2R CH COOHNH3OHH 由于-氨基酸分子中既含有-NH2又有-COOH，因此，它既具有酸性，又具有碱性，它不但可以与酸、碱作用生成盐，而且自身可发生中和反应生成内盐。、氨基酸、氨基

7、酸 三、氨基酸的化学性质三、氨基酸的化学性质 氨基酸在一般情况下不是以游离的羧基或氨基存在的，而是两性电离，在固态或水溶液中形成内盐。 CH3CH COOHNH2CH3CH COONH3、氨基酸、氨基酸 三、氨基酸的化学性质三、氨基酸的化学性质等电点：等电点： 在一定的pH值溶液中，正离子和负离子数量相等且浓度都很低，而偶极浓度最高，这时溶液的pH值便是该氨基酸的等电点。R CH COOHNH3R CH COONH3R CH COONH2R CH COOHNH2OHHOHH溶液pH等电点 等电点(pI) 溶液pH 三、氨基酸的化学性质三、氨基酸的化学性质 注：1等电点为电中性而不是中性（即pH

8、=7），在溶液中加入电极时其电荷迁移为零。 中性氨基酸中性氨基酸 pIpI = 4.86.3 = 4.86.3 酸性氨基酸酸性氨基酸 pIpI = 2.73.2 = 2.73.2 碱性氨基酸碱性氨基酸 pIpI = 7.610.8 = 7.610.8 2等电点时，偶极离子在水中的溶解度最小，易结晶析出。 、氨基酸、氨基酸 三、氨基酸的化学性质三、氨基酸的化学性质2、与亚硝酸反应、与亚硝酸反应 CHRCOOH + HNO2CHRCOOHNH2OHN2H2O+ 反应是定量完成的，衡量的放出N2，测定N2的体积便可计算出氨基酸只氨基的含量。 3 3、与甲醛作用、与甲醛作用 甲醛能与氨基酸中的氨基作用

9、，使氨基酸的碱性消失，这样就可以用碱来滴定羧基的含量。、氨基酸、氨基酸 三、氨基酸的化学性质三、氨基酸的化学性质2、与亚硝酸反应、与亚硝酸反应 CHRCOOH + HNO2CHRCOOHNH2OHN2H2O+ 反应是定量完成的，衡量的放出N2，测定N2的体积便可计算出氨基酸只氨基的含量。 3 3、与甲醛作用、与甲醛作用 甲醛能与氨基酸中的氨基作用，使氨基酸的碱性消失，这样就可以用碱来滴定羧基的含量。、氨基酸、氨基酸 三、氨基酸的化学性质三、氨基酸的化学性质4、络合性能、络合性能 氨基酸能与某些金属离子形成稳定的络合物。如与Cu2+能形成蓝色络合物结晶，可用以分离或鉴定氨基酸。、氨基酸、氨基酸

10、三、氨基酸的化学性质三、氨基酸的化学性质5、与茚三酮反应与茚三酮反应 、氨基酸、氨基酸 三、氨基酸的化学性质三、氨基酸的化学性质6、氨基酸的受热反应、氨基酸的受热反应 -氨基酸受热时，两分子-氨基酸的羧基与氨基两两失水形成哌嗪二酮的衍生物。、氨基酸、氨基酸 三、氨基酸的化学性质三、氨基酸的化学性质 -氨基酸受热时则失氨而形成，-不饱和酸。 -或-氨基酸受热则分子内氨基与羧基失水形成内酰胺。、氨基酸、氨基酸 三、氨基酸的化学性质三、氨基酸的化学性质、氨基酸、氨基酸 三、氨基酸的化学性质三、氨基酸的化学性质 当氨基与羧基距离更远时，受热后则多个分子间的氨基与羧基失水生成聚酰胺。NNHCH2CHCO

11、OH脱羧酶组氨酸NH2NNHCH2CH2 + CO2组（织）胺（能促进胃酸分泌，过多易引起变态反应。）NH2、氨基酸、氨基酸 四、个别四、个别-氨基酸举例氨基酸举例 甘氨酸是无色结晶，有甜味。它是最简单的、且没有手性碳原子的氨基酸，存在于多种蛋白质中，也以酰胺的形式存在于胆酸、马尿酸和谷胱甘肽中。1、甘氨酸、甘氨酸 、氨基酸、氨基酸 四、个别四、个别-氨基酸举例氨基酸举例 在植物中分布很广的甜菜碱，可以看作是甘氨酸的三甲基内盐，在甜菜中含量较多。2、半胱氨酸和胱氨酸、半胱氨酸和胱氨酸 它们多存在于蛋白性的动物保护组织(如毛发、角、指甲等)中，并可通过氧化还原而相互转化。 、氨基酸、氨基酸 四、

12、个别四、个别-氨基酸举例氨基酸举例 它们都可由头发水解制得。在医药上半胱氨酸可用于肝炎、锑剂中毒或放射性药物中毒的治疗。胱氨酸有促进机体细胞氧化还原机能，增加白血球和阻止病原菌发育等作用，并可用于治疗脱发症。、氨基酸、氨基酸 四、个别四、个别-氨基酸举例氨基酸举例3、色氨酸、色氨酸 色氨酸是动物生长所不可缺少的氨基酸，它存在于大多数蛋白质中。色氨酸在动物大肠中能因细菌的分解作用而产生粪臭素。色氨酸也是植物幼芽中所含生长素-吲哚乙酸的来源。色氨酸在医药上有防治癞皮病的作用。、氨基酸、氨基酸 四、个别四、个别-氨基酸举例氨基酸举例4、谷氨酸、谷氨酸 谷氨酸是难溶于水的结晶。L-(-)-谷氨酸的单钠

13、盐就是味精，工业上可由糖类物质发酵或由植物蛋白水解制取。D-谷氨酸是无味的。HCH2CH2COOHH2NCOONa谷 氨酸 单 钠 （味 精 ）、多、多 肽肽一、多肽的组成和命名一、多肽的组成和命名 二、多肽结构的测定二、多肽结构的测定 三、多肽的合成三、多肽的合成、多、多 肽肽 一、多肽的组成和命名一、多肽的组成和命名 1 肽和肽键肽和肽键 NH2CHRCOOHNH2CHRCOOH+- H2ONH2CHRCONHCHRCOOH肽键NH2CHRCONHCHRCONH CHRCOOHnCN端端 由n个-氨基酸缩合而成的肽称为n肽，由多个-氨基酸缩合而成的肽称为多肽。一般把含100个以上氨基酸的多

14、肽（有时是含50个以上）称为蛋白质。 、多、多 肽肽 一、多肽的组成和命名一、多肽的组成和命名2肽的命名肽的命名 根据组成肽的氨基酸的顺序称为某氨酰某氨酰某氨酸（简写为某、某、某）。 NH2CHCH3CONHCONHCHCH2C6H5COOHCHCH2OH丙 氨 酰 丝 氨 酰 苯 丙 氨 酸（ 丙 丝 苯 丙 ）很多多肽都采用俗名，如催产素、胰岛素等。 、多、多 肽肽 一、多肽的组成和命名一、多肽的组成和命名 由氨基酸组成的多肽数目惊人，情况十分复杂。假定100个氨基酸聚合成线形分子，可能具有20100中多肽。 例如：由甘氨酸、缬氨酸、亮氨酸三种氨基酸就可组成六种三肽。 甘-缬-亮； 甘-亮

15、-缬； 缬-亮-甘； 缬-甘-亮； 亮-甘-缬； 亮-缬-甘。 、多、多 肽肽 二、多肽结构的测定二、多肽结构的测定 多肽结构测定工作步骤如下：多肽结构测定工作步骤如下： 1测定分子量 2氨基酸的定量分析3端基分析（测定N端和C端） （1）测定N端（有两种方法） a a 2,4- = 硝基氟苯法 b b 异硫氰酸苯酯(Ph-N=C=S)法 （2）测定C端 a a 多肽与肼反应 b b 羧肽酶水解法 4肽链的选择性断裂及鉴定 、多、多 肽肽 二、多肽结构的测定二、多肽结构的测定 例：某八肽 A、完全水解后，经分析氨基酸的组成为：丙、亮、赖、苯丙、脯、丝、酪、缬。 B、端基分析：N-端 丙亮 C-

16、端。 C、胰蛋白酶催化水解：分离得到酪氨酸，一种三肽和一种四肽。 D、用Edman降解分别测定三肽、四肽的顺序，结果为：丙-脯-苯丙；赖-丝-缬-亮。 E、由上述信息得知，八肽的顺序为： 丙 脯 苯 丙 酪 赖 丝 缬 亮三 肽四 肽糜 蛋 白 酶、多、多 肽肽 三、多肽的合成三、多肽的合成 许多天然多肽具有十分重要的生理作用。为研究天然多肽和蛋白质的结构，必须对有关多肽进行结构测定。而推测出来的结构是否完全正确，需要通过多肽的合成加以证实。这是多肽合成意义重要的一方面。另一方面，由于多肽与蛋白质有着密切的关系，进行多肽的合成又是探索蛋白质结构及其合成的必不可少的步骤。、多、多 肽肽 三、多肽

17、的合成三、多肽的合成要合成一种与天然多肽相同的化合物，必须把各种有旋光性的氨基酸按一定的顺序连接成一定长度的肽链。在需要使一种氨基酸的羧基和另一种氨基酸的氨基相结合时，要防止同一种氨基酸分子之间相互结合。因此，在合成时，必须把某些氨基或羧基保护起来，以便反应能按所要求的方式进行。而所选用的保护基团，必须符合以下条件：在以后脱除该保护基的条件下，肽键不会发生断裂。、蛋白质、蛋白质一、蛋白质的分类一、蛋白质的分类 二二 、蛋白质的结构、蛋白质的结构 、 蛋白质蛋白质 一、蛋白质的分类一、蛋白质的分类 1、根据蛋白质的形状分、根据蛋白质的形状分 （1）纤维蛋白质 如丝蛋白、角蛋白等；（2）球状蛋白质

18、 如蛋清蛋白、酪蛋白、血红蛋白、-球蛋白（感冒抗体）等。 2 2根据组成分根据组成分（1）单纯蛋白质其水解最终产物是- 氨基酸。（2）结合蛋白质- 氨基酸 + 非蛋白质（辅基） 辅基为糖时称为糖蛋白；辅基为核酸时称为核蛋白；辅基为血红素时称为血红素蛋白等。、 蛋白质蛋白质 一、蛋白质的分类一、蛋白质的分类3、根据蛋白质的功能分、根据蛋白质的功能分（1） 活性蛋白 按生理作用不同又可分为；酶、激素、抗体、收缩蛋白、运输蛋白等。（2）非活性蛋白 担任生物的保护或支持作用的蛋白，但本身不具有生物活性的物质。例如：贮存蛋白（清蛋白、酪蛋白等），结构蛋白（角蛋白、弹性蛋白胶原等）等等。 、 蛋白质蛋白质

19、 一、蛋白质的分类一、蛋白质的分类 各种蛋白质的特定结构，决定了各种各种蛋白质的特定结构，决定了各种蛋白质的特定生理功能。蛋白质的特定生理功能。蛋白质种类繁多，蛋白质种类繁多，结构极其复杂。结构极其复杂。 通过长期研究确定，通过长期研究确定，蛋白质的结构可蛋白质的结构可分为一级结构、二级结构、三级结构和四分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。级结构。 、 蛋白质蛋白质 二、蛋白质的结构二、蛋白质的结构1蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 由各氨基酸按一定的排列顺序结合而形成的多肽链（50个以上氨基酸）称为蛋白质的一级结构。 、 蛋白质蛋白质 二、蛋白质的结构二、蛋白质的结构2蛋白质的二级结

20、构蛋白质的二级结构 多肽链中互相靠近的氨基酸通过氢键的作用而形成的多肽在空间排列（肽链的构象）称为蛋白质的二级结构。蛋白质的二级结构主要有三种形式。 1-螺旋右螺旋； 2-折叠和-转角； 3无规则卷曲没有确定规律性。 、 蛋白质蛋白质 二、蛋白质的结构二、蛋白质的结构（1）-螺旋螺旋-螺旋是通过肽链中的氮上的氢和羰基的氧形成氢键固定下来的。-螺旋分为-右手螺旋和-左手螺旋两种，多肽链的构象为右螺旋形。、 蛋白质蛋白质 二、蛋白质的结构二、蛋白质的结构（2）-折叠折叠 肽键是伸直的，就是成为一种锯齿的形状，每一个这样的肽链再和相邻的肽键形成键间的氢键，两个肽链折叠的结构，很像一个扇面。、 蛋白质

21、蛋白质 二、蛋白质的结构二、蛋白质的结构3蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构 由蛋白质的二级结构在空间盘绕、折叠、卷曲而形成的更为复杂的空间构象称为蛋白质的三级结构。维持三级结构的作用力有： 共价键（-S-S-） 静电键（盐键） 氢键 憎水基（烃基等） 形成三级结构后，亲水基团在结构外，憎水基团在结构内，故球状蛋白溶于水。 总称为副键、 蛋白质蛋白质 二、蛋白质的结构二、蛋白质的结构、 蛋白质蛋白质 二、蛋白质的结构二、蛋白质的结构4蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构 由一条或几条多肽链构成蛋白质的最小单位称为蛋白质亚基，由几个亚基借助各种副键的作用而构成的一定空间结构称为蛋白质的四级结构。 四级结构并不是每个蛋白质都具有的，只有那些由两条或两条以上多肽链组成的蛋白质才具有四级结构。 、 蛋白质蛋白质 二、蛋白质的结构二、蛋白质的结构