1、有机化学各章有机化学各章第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 烷烃烷烃第三章第三章 不饱和烃不饱和烃第四章第四章 二烯烃和共轭体系二烯烃和共轭体系第五章第五章 立体化学立体化学第六章第六章 脂环烃脂环烃第七章第七章 有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析第八章第八章 卤代脂肪烃卤代脂肪烃第九章第九章 醇和醚醇和醚第十章第十章 芳烃芳烃 芳香性芳香性第十一章第十一章 卤代芳烃卤代芳烃 芳磺酸芳磺酸第十二章第十二章 酚和醌酚和醌第十三章第十三章 醛和酮醛和酮 第十四章第十四章 羧酸及衍生物羧酸及衍生物第十五章第十五章-二羰基化合物二羰基化合物 与有机合成与有机合成第十六章第十六章 有机含氮化合物有机含
2、氮化合物第十七章第十七章 杂环化合物杂环化合物第十八章第十八章 碳水化合物碳水化合物第十九章第十九章 氨基酸氨基酸 蛋白质和核酸蛋白质和核酸第十九章第十九章 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 核酸核酸19.1 19.1 氨基酸氨基酸 19.1.1 19.1.1 氨基酸的结构与命名氨基酸的结构与命名 19.1.2 19.1.2 氨基酸的制备氨基酸的制备 19.1.3 19.1.3 氨基酸的性质氨基酸的性质19.2 19.2 多肽多肽 19.2.1 19.2.1 多肽的分类和命名多肽的分类和命名 19.2.2 19.2.2 多肽的结构测定多肽的结构测定 19.2.3 19.2.3 多肽的合成多肽的合成1
3、9.3 19.3 蛋白质蛋白质 19.3.1 19.3.1 蛋白质的分类和功能蛋白质的分类和功能 19.3.2 19.3.2 蛋白质的组成蛋白质的组成 19.3.3 19.3.3 蛋白质的性质蛋白质的性质 19.3.4 19.3.4 蛋白质的结构蛋白质的结构19.4 19.4 核酸核酸第十九章第十九章 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 核酸核酸19.1.1 19.1.1 氨基酸的分类、命名和结构氨基酸的分类、命名和结构19.1 19.1 氨基酸氨基酸CH3CHCH2CHCOOHNH2CH3H2N(CH2)4CHCOOHNH2 与羟基酸类似，氨基酸可按照氨基连在碳链上的位次不同而分为与羟基酸类似，氨基
4、酸可按照氨基连在碳链上的位次不同而分为,-氨基酸。氨基酸。但由蛋白质水解得到的氨基酸是但由蛋白质水解得到的氨基酸是-氨基酸氨基酸，且仅有二十几，且仅有二十几种，它们是组成蛋白质的基本单位。种，它们是组成蛋白质的基本单位。参与构成生命最基本的物质有蛋白质、核酸、多糖和脂类，参与构成生命最基本的物质有蛋白质、核酸、多糖和脂类，其中以蛋白质和核酸最重要。其中以蛋白质和核酸最重要。氨基酸是羧酸碳链上的氢原子被氨基取代后的化合物。分子氨基酸是羧酸碳链上的氢原子被氨基取代后的化合物。分子中含有氨基和羧基两种官能团。中含有氨基和羧基两种官能团。氨基酸的系统命名法是将氨基作为羧酸的取代基命名的，但由蛋白质水氨
5、基酸的系统命名法是将氨基作为羧酸的取代基命名的，但由蛋白质水解得到的氨基酸都有俗名解得到的氨基酸都有俗名(见表见表19-1)19-1)。4 4甲基甲基2 2氨基戊酸氨基戊酸 2 2，6 6二氨基己酸二氨基己酸 2 2氨基戊二酸氨基戊二酸 (俗名亮氨酸俗名亮氨酸)()(俗名赣氨酸俗名赣氨酸)()(俗名谷氨酸俗名谷氨酸)HOOCCH2CH2CHCOOHNH2 在氨基酸分子中可以含有多个氨基或多个羧基在氨基酸分子中可以含有多个氨基或多个羧基 氨基和羧基数目相等的为氨基和羧基数目相等的为中性氨基酸中性氨基酸，如亮氨酸等；，如亮氨酸等；氨基数目多于羧基的为氨基数目多于羧基的为碱性氨基酸碱性氨基酸，如赖氨
6、酸等；，如赖氨酸等；而羧基数目多于氨基的是而羧基数目多于氨基的是酸性氨基酸酸性氨基酸，常见的如谷氨酸。，常见的如谷氨酸。HCH2OHNH2COOHHRNH2COOH 由蛋白质获得的氨基酸，除氨基乙酸由蛋白质获得的氨基酸，除氨基乙酸(甘氨酸甘氨酸)外，分子中的外，分子中的-碳原碳原子都是手性碳原子，都具有旋光性，其构型均属于子都是手性碳原子，都具有旋光性，其构型均属于L L型，它们与型，它们与L-L-甘油醛之甘油醛之间的关系如下：间的关系如下：L-L-丝氨酸丝氨酸 L-L-氨基酸氨基酸 L-L-甘油醛甘油醛 上面的上面的L-L-氨基酸是一个通式，氨基酸是一个通式，其中其中R R是分子中的可变部分
7、是分子中的可变部分，是蛋白，是蛋白质中各种质中各种-氨基酸的差别所在。氨基酸的差别所在。氨基酸构型的标记，通常采用氨基酸构型的标记，通常采用D D，L L命名法；分子中的手性碳原子则命名法；分子中的手性碳原子则通常采用通常采用R R，S S命名法。例如命名法。例如HNH2COOHOHHCH3HCH3NH2COOH2S2S2S2S3R3RL-L-丙氨酸丙氨酸L-L-苏氨酸苏氨酸HCH2OHOHCHOBackCH3CHCOOHBrNH3NH4BrCH3CHCOOHNH2H2O56%252+NH3C6H5CH2CHOHCNC6H5CH2CHCNNH2C6H5CH2CHCOOHNH2NaOH,H2OH
8、+NKOOCH2CO2C2H5ClNOOCH2CO2C2H5OOOHOHCH2COOHNH2C2H5OHKOH,H2O85%+HCl97%+一些氨基酸可由蛋白质的水解得到。但分离成纯品很难。合成法一些氨基酸可由蛋白质的水解得到。但分离成纯品很难。合成法可以获得单一的物质。可以获得单一的物质。(1)(1)-取代酸的氨解取代酸的氨解(2)(2)GabrialGabrial法法 在十五章中已讨论在十五章中已讨论(3)Strecher(3)Strecher合成合成 是制备是制备-氨基酸很有用的方法氨基酸很有用的方法19.1.2 19.1.2 氨基酸的制备氨基酸的制备Back19.1.3 19.1.3
9、氨基酸的性质氨基酸的性质 氨基酸是没有挥发性的粘稠液体或结晶固体。固体氨基酸的熔点很氨基酸是没有挥发性的粘稠液体或结晶固体。固体氨基酸的熔点很高。例如氨基乙酸高。例如氨基乙酸292292熔化并分解，而乙酸的熔点是熔化并分解，而乙酸的熔点是16.616.6。一般的。一般的氨基酸能溶于水，不溶于乙醚、丙酮和氯仿等非极性有机溶剂。氨基酸氨基酸能溶于水，不溶于乙醚、丙酮和氯仿等非极性有机溶剂。氨基酸具有氨基和羧基的典型性质，也具有氨基和羧基相互影响而产生的一些具有氨基和羧基的典型性质，也具有氨基和羧基相互影响而产生的一些特殊性质。特殊性质。(1)(1)羧基的反应羧基的反应 -氨基酸分子中的羧基具有典型
10、羧基的性质，氨基酸分子中的羧基具有典型羧基的性质，如能与碱、五氯化磷、如能与碱、五氯化磷、氨、醇、氢化铝锂等反应氨、醇、氢化铝锂等反应。例如：反应。例如：反应在肽的合成中可用来活化羧基；在肽的合成中可用来活化羧基；反应反应在肽的合成中可用来保护羧基。在肽的合成中可用来保护羧基。(2)(2)氨基的反应氨基的反应 -氨基酸分子中的氨基具有典型氨基的性质，氨基酸分子中的氨基具有典型氨基的性质，如能与酸、亚硝酸、如能与酸、亚硝酸、烃基化试剂、酰基化试剂、甲醛、过氧化氢等反应烃基化试剂、酰基化试剂、甲醛、过氧化氢等反应。RCHCOOHNH2PCl5POCl3PhCH2OHRCHCOClNH2RCHCOO
11、CH2PhNH2H2OHCl-(3)(3)酸碱性酸碱性两性和等电点两性和等电点RCHCOOHNH2RCHCOOHOHHNO2N2FNO2O2NPhCH2OCOClRCHCOOHNHNO2O2NRCHCOOHNHCOOCH2PhH2OHCl-HF保护氨基保护氨基测定氨基酸测定氨基酸测定伯氨基测定伯氨基 氨基酸因含有氨基和羧基，既能与酸又能与碱反应，是两性化氨基酸因含有氨基和羧基，既能与酸又能与碱反应，是两性化合物。分子内的氨基与羧基也能反应生成盐，这种盐称为内盐，亦称合物。分子内的氨基与羧基也能反应生成盐，这种盐称为内盐，亦称两性离子或偶极离子。两性离子或偶极离子。-氨基酸的物理性质也说明它是以
12、内盐形式氨基酸的物理性质也说明它是以内盐形式存在的。存在的。RCHCOOHNH3RCHCOONH3RCHCOONH2H+OHH+OH-+-正离子正离子 偶极离子偶极离子 负离子负离子 强酸性溶液中强酸性溶液中(pH=0)(pH=0)强碱性溶液中强碱性溶液中(pH=14)(pH=14)主要存在形式主要存在形式 主要存在形式主要存在形式 当溶液为某一当溶液为某一pHpH时，负离子时，负离子()()和正离子和正离子()()浓度相等，净电荷浓度相等，净电荷等于零，在电场中氨基酸既不向正极也不向负极移动，这时溶液的等于零，在电场中氨基酸既不向正极也不向负极移动，这时溶液的pHpH称为该氨基酸的等电点称为
13、该氨基酸的等电点(用用pIpI表示表示)，不同的氨基酸具有不同的等电点，不同的氨基酸具有不同的等电点(见表见表19191)1)。在等电点时，偶极离子的浓度最大，氨基酸在水中的溶解度最小，在等电点时，偶极离子的浓度最大，氨基酸在水中的溶解度最小，因此利用调节等电点的方法，可以分离氨基酸的混合物。因此利用调节等电点的方法，可以分离氨基酸的混合物。(4)(4)与水合茚三酮反应与水合茚三酮反应 -氨基酸水溶液与水合茚三酮反应，生成蓝紫色物质。氨基酸水溶液与水合茚三酮反应，生成蓝紫色物质。由于反应很灵敏，水合茚三酮显色反应与离子交换层析法结合，由于反应很灵敏，水合茚三酮显色反应与离子交换层析法结合，广泛
14、用于定量测定氨基酸的浓度。这是因为与试剂作用生成颜色的强广泛用于定量测定氨基酸的浓度。这是因为与试剂作用生成颜色的强度直接和氨基酸的浓度有关。度直接和氨基酸的浓度有关。OHOHOORCHCOOHNH2NOONOHO+水合茚三酮水合茚三酮 (蓝紫色物质蓝紫色物质)(5)(5)受热反应受热反应-氨基酸氨基酸-氨基酸氨基酸-或或-氨基酸氨基酸更远距离更远距离氨基酸氨基酸NHCHCOHOHRCCHNHHOHORCCHNHONHCHCORRH2O+2CH3CHCHCOOHNH2HCH3CHCHCOOHNH3+OOHNHHNHOH2O+H2N(CH2)xCOOHH2N(CH2)xCONH(CH2)xCON
15、H(CH2)xCOOHH2On(n-1)n-2+交酰胺交酰胺,-不饱和羧酸不饱和羧酸聚酰胺聚酰胺Back19.2 19.2 多肽多肽H2NCH2CNHCHCOOHOCH3CONH19.2.1 19.2.1 多肽结构的分类和命名多肽结构的分类和命名 -氨基酸分子间的氨基与羧基脱水，通过酰胺键相连而成的化合物称为氨基酸分子间的氨基与羧基脱水，通过酰胺键相连而成的化合物称为肽，其中的酰胺键又称为肽键。肽，其中的酰胺键又称为肽键。由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由三个和多个氨基酸组成的肽，分别由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由三个和多个氨基酸组成的肽，分别称为三肽和多肽。组成多肽的氨基酸可以相同也可以不同
16、。称为三肽和多肽。组成多肽的氨基酸可以相同也可以不同。最简单的肽是由两分子氨基酸形成的二肽。例如，由甘氨酸与丙氨酸形最简单的肽是由两分子氨基酸形成的二肽。例如，由甘氨酸与丙氨酸形成的二肽可有如下两种结构：成的二肽可有如下两种结构：肽键肽键 ()甘氨酰丙氨酸甘氨酰丙氨酸 ()()丙氨酰甘氨酸丙氨酰甘氨酸 在肽链中，带有游离氨基的氨基酸单位称为在肽链中，带有游离氨基的氨基酸单位称为N-N-端，带有游离羧基的部分端，带有游离羧基的部分称为称为C-C-端。如在端。如在()中，甘氨酸部分保留了游离氨基，是中，甘氨酸部分保留了游离氨基，是N-N-端，丙氨酸部分端，丙氨酸部分保留了游离羧基，是保留了游离羧基
17、，是C-C-端。端。多肽的命名是多肽的命名是以含以含C C端的氨基酸为母体，把肽链中其它氨基端的氨基酸为母体，把肽链中其它氨基酸中的酸中的“酸酸“字改为字改为“酰酰”字，按在链中顺序依次写在母体名称之前字，按在链中顺序依次写在母体名称之前。肽链的排列肽链的排列顺序是将含顺序是将含N-N-端的氨基酸写在左面，端的氨基酸写在左面，C-C-端写在右面端写在右面。氨基酸单位依次编号，。氨基酸单位依次编号，从从N N端开始作为端开始作为1 1，C-C-端氨基酸最后编号。所以上面端氨基酸最后编号。所以上面()式的命名为甘氨酰式的命名为甘氨酰丙氨酸。丙氨酸。()()式为丙氨酰甘氨酸。式为丙氨酰甘氨酸。NH2
18、CHCNHOCH2COOHCH319.2.2 19.2.2 多肽结构的测定多肽结构的测定如三肽的命名：如三肽的命名：H2NCH2CONHCHCONHCHCOOHCH2OHCH3甘氨酰丙氨酰丝氨酸甘氨酰丙氨酰丝氨酸 一些肽以游离状态存在于自然界，它们一些肽以游离状态存在于自然界，它们在生物体中起着各种不同的作用在生物体中起着各种不同的作用，有，有些作为生物化学反应的催化剂，有些具有抗菌素的性质，有些则是激素，等等。些作为生物化学反应的催化剂，有些具有抗菌素的性质，有些则是激素，等等。它们的结构都具有各自的特征。结构上的差异，它们的结构都具有各自的特征。结构上的差异，有时甚至是很微小的差别，都会有
19、时甚至是很微小的差别，都会导致它们在生理功能方面的显著不同导致它们在生理功能方面的显著不同。例如，催产素和加血压素都是脑垂体分泌。例如，催产素和加血压素都是脑垂体分泌的激素，它们所含氨基酸的顺序是类似的，只有的激素，它们所含氨基酸的顺序是类似的，只有3 3和和8 8氨基酸单位不同，其余氨基氨基酸单位不同，其余氨基酸和排列顺序都相同。酸和排列顺序都相同。两个物质结两个物质结构差别虽小，但生构差别虽小，但生理功能显著不同。理功能显著不同。催产素可引起子宫催产素可引起子宫收缩，而加血压素收缩，而加血压素有抗利尿作用，并有抗利尿作用，并引起血管收缩，升引起血管收缩，升高血压。高血压。Back 由于肽的
20、结构与其生理功能之间有着密切的关系，所以要研究肽由于肽的结构与其生理功能之间有着密切的关系，所以要研究肽结构的测定。为了确定肽的结构，通常必须进行如下测定：组成肽的氨结构的测定。为了确定肽的结构，通常必须进行如下测定：组成肽的氨基酸的种类；每一种氨基酸的数目；这些氨基酸在肽链中的排列顺序。基酸的种类；每一种氨基酸的数目；这些氨基酸在肽链中的排列顺序。(1)(1)肽的水解肽的水解 在酸或碱的作用下，肽键断裂生成氨基酸的混合物。然后采取适当在酸或碱的作用下，肽键断裂生成氨基酸的混合物。然后采取适当的方法，如电泳、离子交换层析或氨基酸分析仪等，测定氨基酸的种类的方法，如电泳、离子交换层析或氨基酸分析
21、仪等，测定氨基酸的种类和数量。和数量。(2)(2)氨基酸顺序的测定氨基酸顺序的测定 两个不同的氨基酸组成二肽时，有两种连接方式；随组成肽的氨基两个不同的氨基酸组成二肽时，有两种连接方式；随组成肽的氨基酸的数目增多，则理论上的连接方式也随之增加。由三个不同氨基酸形酸的数目增多，则理论上的连接方式也随之增加。由三个不同氨基酸形成的三肽可能有六种，四肽可能有二十四种，五肽以上则更多。由此可成的三肽可能有六种，四肽可能有二十四种，五肽以上则更多。由此可以看出，要确定肽的结构是困难的。以看出，要确定肽的结构是困难的。Sanger FSanger F正是由于确定了胰岛素正是由于确定了胰岛素(一一种多肽种多
22、肽)的结构，而于的结构，而于19581958年获得诺贝尔奖。年获得诺贝尔奖。测定肽中氨基酸顺序通常有两种方法：测定肽中氨基酸顺序通常有两种方法：一种是用某些酶将原来的肽链水解为较小的片断，再分析每一片一种是用某些酶将原来的肽链水解为较小的片断，再分析每一片断的氨基酸组分；断的氨基酸组分；另一种是测定原肽中和通过酶水解所得片断中另一种是测定原肽中和通过酶水解所得片断中C C端和端和N N端氨基端氨基酸，然后将碎片拼起来得到完整的顺序。酸，然后将碎片拼起来得到完整的顺序。A A 用酶部分水解用酶部分水解 通常用蛋白酶将肽部分水解，每种酶往往只能水解一定类型的肽通常用蛋白酶将肽部分水解，每种酶往往只
23、能水解一定类型的肽键。例如胃蛋白酶优先水解苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸氨基上的肽键；键。例如胃蛋白酶优先水解苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸氨基上的肽键；胰蛋白酶优先水解碱性氨基酸如赖氨酸和精氨酸羧基上的肽键。由此胰蛋白酶优先水解碱性氨基酸如赖氨酸和精氨酸羧基上的肽键。由此可以推测太可能的结构，在京端基分析最后确定其结构。可以推测太可能的结构，在京端基分析最后确定其结构。B B 端基分析端基分析 端基分析就是用特殊试验鉴定肽链中端基分析就是用特殊试验鉴定肽链中C C端或端或N N端。端基分析是端。端基分析是测定多肽中氨基酸顺序的重要步骤。分析方法有酶解法和化学法。测定多肽中氨基酸顺序的重要步骤。分析方法有
24、酶解法和化学法。(a)(a)酶解法酶解法 C-C-端用酶解法测定，用羧肽酶处理多肽，水解只发生在端用酶解法测定，用羧肽酶处理多肽，水解只发生在C-C-端。端。N N端也可用酶测定，用氨肽酶处理，可从端也可用酶测定，用氨肽酶处理，可从N N端水解多肽。端水解多肽。追踪这些酶作用下定期水解得到的游离氨基酸，就可以测定多肽中氨追踪这些酶作用下定期水解得到的游离氨基酸，就可以测定多肽中氨基酸的排列顺序。基酸的排列顺序。H2O+NHCHCONHCHCOOHRRNHCHCOOHRH2NCHCOOHR羧肽酶H2O+H2NCHCONHR氨肽酶NH2CHCONHCHCONHRRH2NCHCOOHR (b)(b)
25、化学法化学法 利用某些有效的化学试剂，与多肽中的游离氨基或游离羧基发生利用某些有效的化学试剂，与多肽中的游离氨基或游离羧基发生反应，然后将反应产物水解，其中与试剂结合韵氨基酸容易与其它部反应，然后将反应产物水解，其中与试剂结合韵氨基酸容易与其它部分分离和鉴定。分分离和鉴定。N N端的游离氨基反应端的游离氨基反应+H3NCHCOOHRNH2CHCONHCHCORRFNO2O2NNHCHCONHCHCONO2O2NRRHCl H2ONHCHCOOHNO2O2NR+.+Back 19.2.3 19.2.3 多肽的合成多肽的合成 由于有特殊的生理效能；而在临床上极为重要。因此多肽的合成由于有特殊的生理
26、效能；而在临床上极为重要。因此多肽的合成是一项重要的有机合成。近三四十年来取得了很大进展。是一项重要的有机合成。近三四十年来取得了很大进展。(1)(1)传统合成传统合成 多肽合成是一个分步缩合反应。在这个过程中，一个氨基酸的氨多肽合成是一个分步缩合反应。在这个过程中，一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基进行缩合，这种操作重复多次，直至生成多基与另一个氨基酸的羧基进行缩合，这种操作重复多次，直至生成多肽。这个过程很复杂，因为每个氨基酸分子都包含氨基和羧基两种官肽。这个过程很复杂，因为每个氨基酸分子都包含氨基和羧基两种官能团。能团。要使不同的氨基酸按照需要的顺序连接起来形成肽链，并达到较高相对分要
27、使不同的氨基酸按照需要的顺序连接起来形成肽链，并达到较高相对分子质量，必须注意两点。子质量，必须注意两点。一是用保护基把氨基酸中的一个官能团一是用保护基把氨基酸中的一个官能团(例如氨基例如氨基)保保护起来，只让留下的羧基与另一个氨基酸分子缩合。对于保护基团的要求是不护起来，只让留下的羧基与另一个氨基酸分子缩合。对于保护基团的要求是不仅容易反应，而且要在肽键形成后还应容易脱去。二是要活化羧基，这样才能仅容易反应，而且要在肽键形成后还应容易脱去。二是要活化羧基，这样才能使反应在温和的条件下进行。使反应在温和的条件下进行。现以合成二肽丙氨酰甘氨酸为例现以合成二肽丙氨酰甘氨酸为例 保护保护N N端氨基
28、酸的氨基端氨基酸的氨基H2NCHCOOHCH3HNCHCOOHCH3BBB:氨基化试剂活化被保护活化被保护N N端单位的羧基端单位的羧基HNCHCCH3BOOHHNCHCCH3BOAAA:羧基活化试剂HNCHCCH3BOA+HNHCH2COOHHNCHCCH3BONHCH2COOHHA+HNCHCCH3BONHCH2COOH+H2,PdH2NCHCCH3ONHCH2COOHHB 我国科学工作者于我国科学工作者于19651965年首先合成了生理活性与天然产品基本相同年首先合成了生理活性与天然产品基本相同的牛胰岛素。它是由的牛胰岛素。它是由5151个氨基酸组成的两个多肽链个氨基酸组成的两个多肽链(
29、A(A链和链和B B链链)通过通过S SS S桥连接而成。胰岛素的合成标志着人类在探索生命奥秘的征途上桥连接而成。胰岛素的合成标志着人类在探索生命奥秘的征途上向前迈进了一步。向前迈进了一步。与第二个氨基酸连接与第二个氨基酸连接脱去保护基团脱去保护基团(2)(2)固相合成和组合合成固相合成和组合合成 固相合成是将反应物连接在一个不溶性的固相载体上的一种合成方法。由于长肽固相合成是将反应物连接在一个不溶性的固相载体上的一种合成方法。由于长肽链的合成不仅操作步骤繁琐，而且由于多次分离提纯，最后产率不高。链的合成不仅操作步骤繁琐，而且由于多次分离提纯，最后产率不高。2020世纪世纪6060年代年代初提
30、出的固相合成法，避免了上述的一些缺点。初提出的固相合成法，避免了上述的一些缺点。在合成肽时应用高分子试剂，例如在苯乙烯与对二乙烯苯共聚树脂上，引入氯在合成肽时应用高分子试剂，例如在苯乙烯与对二乙烯苯共聚树脂上，引入氯甲基，再将保护好氨基的氨基酸与树脂表面上的甲基，再将保护好氨基的氨基酸与树脂表面上的-CH-CH2 2ClCl反应，然后再逐一按需要和别反应，然后再逐一按需要和别的氨基酸连接。的氨基酸连接。组合合成是在相同条件下一次同步合成一系列化合物组合合成是在相同条件下一次同步合成一系列化合物(亦称化合物库亦称化合物库)。与易单一。与易单一化合物为目标分子进行合成的传统方法相比，组合合成不在以
31、单个化合物为目标逐个化合物为目标分子进行合成的传统方法相比，组合合成不在以单个化合物为目标逐个合成，从而极大地提高了合成效率组合化学合成，从而极大地提高了合成效率组合化学(组合合成组合合成)是基于药物开发研究的要求而是基于药物开发研究的要求而发展起采的一种新的合成方法，它不仅给药物开发研究带来了发展起采的一种新的合成方法，它不仅给药物开发研究带来了“工业革命工业革命”，而且在，而且在农药、催化材料、高分于材料和金属配体等的合成中已被采用，其思想已波及到整个农药、催化材料、高分于材料和金属配体等的合成中已被采用，其思想已波及到整个化学领域，将给化学学科各领域带来更大的变革。化学领域，将给化学学科
32、各领域带来更大的变革。A A链链B B链链牛胰岛素分子中氨基酸的排列顺序牛胰岛素分子中氨基酸的排列顺序Back19.3 19.3 蛋白质蛋白质19.3.1 19.3.1 蛋白质的分类和功能蛋白质的分类和功能 蛋白质在机体内承担着各种生理作用和机械功能。肌肉、毛发、指甲、角、蛋白质在机体内承担着各种生理作用和机械功能。肌肉、毛发、指甲、角、蹄、酶、血清、血红蛋白等都是由不同的蛋白质组成的。蹄、酶、血清、血红蛋白等都是由不同的蛋白质组成的。根据蛋白质的形状、溶解度和化学组成可分为纤维蛋白、球蛋白和结合蛋根据蛋白质的形状、溶解度和化学组成可分为纤维蛋白、球蛋白和结合蛋白三类。白三类。纤维蛋白纤维蛋白
33、的分子为细长形，不溶于水，如蚕丝、毛发、指甲、角、蹄的分子为细长形，不溶于水，如蚕丝、毛发、指甲、角、蹄等；等；球蛋白球蛋白呈球形或椭球形，一般能溶于水或含有盐类、酸、碱和乙醇的水溶呈球形或椭球形，一般能溶于水或含有盐类、酸、碱和乙醇的水溶液，如酶、蛋白激素等；液，如酶、蛋白激素等；结合蛋白结合蛋白由蛋白质与非氨基酸物质结合而成，非蛋白由蛋白质与非氨基酸物质结合而成，非蛋白质部分称为辅基。辅基可以是碳水化合物、脂类、核酸或磷酸酯等。在结合蛋质部分称为辅基。辅基可以是碳水化合物、脂类、核酸或磷酸酯等。在结合蛋白的核蛋白中，其辅基为核酸，而在血红蛋白中的基则为血红素分子。白的核蛋白中，其辅基为核酸
34、，而在血红蛋白中的基则为血红素分子。蛋白质是一类很重要的天然有机物。它是生物体被一切组织的基蛋白质是一类很重要的天然有机物。它是生物体被一切组织的基础物质，并在生命现象和生命过程中其着决定性作用。础物质，并在生命现象和生命过程中其着决定性作用。19.3.2 19.3.2 蛋白质的组成蛋白质的组成 蛋白质经元素分析，其组成中含有碳、氢、氧、氮及少量硫，有的还含有蛋白质经元素分析，其组成中含有碳、氢、氧、氮及少量硫，有的还含有微量磷、铁、锌、钼等元素。一般干燥蛋白质的元素含量微量磷、铁、锌、钼等元素。一般干燥蛋白质的元素含量(质量分数质量分数)为：为：碳碳 氧氧 氢氢 氮氮 硫硫 50%55%20
35、%23%6%7%15%17%0.3%2.5%蛋白质的相对分子质量很大，通常在蛋白质的相对分子质量很大，通常在10 00010 000以上，结构也非常复杂。它水以上，结构也非常复杂。它水解生成相对分子质量大小不等的肽和氨基酸。氨基酸是组咸蛋白质的基本单位。解生成相对分子质量大小不等的肽和氨基酸。氨基酸是组咸蛋白质的基本单位。Back19.3.3 19.3.3 蛋白质的性质蛋白质的性质 由于蛋白质分子结构复杂，相对分子质量很大，分子中带有很多极性基团由于蛋白质分子结构复杂，相对分子质量很大，分子中带有很多极性基团并彼此间相互作用着，某些基团还带有电荷，所以它们表现出一系列物理和化并彼此间相互作用着
36、，某些基团还带有电荷，所以它们表现出一系列物理和化学特性。学特性。(1)(1)溶液性质溶液性质(胶体溶液的性质胶体溶液的性质)蛋白质是高分子化合物，蛋白质的水溶液不能透过半透膜。人们可利用这种性蛋白质是高分子化合物，蛋白质的水溶液不能透过半透膜。人们可利用这种性质，将蛋白质和低分子化合物或无机盐通过透析法分离开来，质，将蛋白质和低分子化合物或无机盐通过透析法分离开来，达到分离和纯化的达到分离和纯化的目的。目的。蛋白质水溶液是一种稳定的亲水胶体，这是因为它含有同种电荷和极性基团的蛋白质水溶液是一种稳定的亲水胶体，这是因为它含有同种电荷和极性基团的缘故。缘故。(2)(2)盐盐析析 蛋白质溶液加人无
37、机盐蛋白质溶液加人无机盐(如硫酸铵、硫酸镁、氯化钠等如硫酸铵、硫酸镁、氯化钠等)溶液后，蛋白质便从溶溶液后，蛋白质便从溶液中析出，这种作用称为盐析。这是一个可逆过程，盐析出来的蛋白质还可再溶于液中析出，这种作用称为盐析。这是一个可逆过程，盐析出来的蛋白质还可再溶于水；并不影响其性质。所有的蛋白质在浓的盐溶液中都可沉淀出来水；并不影响其性质。所有的蛋白质在浓的盐溶液中都可沉淀出来(称为盐析称为盐析)，但，但不同的蛋白质盐析出来时，盐的最低浓度是不相同时。利用不同的蛋白质盐析出来时，盐的最低浓度是不相同时。利用 这个性质可以分离不这个性质可以分离不同的蛋白质。同的蛋白质。用乙醇等对水有很大亲和力的
38、有机溶剂，处理蛋白质的水溶液，也可使蛋白质用乙醇等对水有很大亲和力的有机溶剂，处理蛋白质的水溶液，也可使蛋白质沉淀出来，在初期也是可逆的。而用重金属离子时沉淀出来，在初期也是可逆的。而用重金属离子时HgHg2+2+、PbPb2+2+等，形成不帘性蛋白等，形成不帘性蛋白质，则是不可逆过程。质，则是不可逆过程。(4)(4)变性变性 许多蛋白质在受热、紫外光照射或化学试剂作用时，性质会发生改变，许多蛋白质在受热、紫外光照射或化学试剂作用时，性质会发生改变，溶解度降低，甚至凝固，这种现象称为蛋白质的变性。变性作用主要是由于溶解度降低，甚至凝固，这种现象称为蛋白质的变性。变性作用主要是由于蛋白质分子内部
39、结构发生变化所致。硝酸、三氯乙酸、单宁酸、苦味酸、重蛋白质分子内部结构发生变化所致。硝酸、三氯乙酸、单宁酸、苦味酸、重金属盐、脲、丙酮等都可使蛋白质变牲。金属盐、脲、丙酮等都可使蛋白质变牲。蛋白质变性后，不仅丧失原有的可蛋白质变性后，不仅丧失原有的可溶性，也失去子原有的许多生理效能。例如，原来的蛋白质是酶，变性后就溶性，也失去子原有的许多生理效能。例如，原来的蛋白质是酶，变性后就失去了酶的催化活性。失去了酶的催化活性。(5)(5)显色反应显色反应 蛋白质中含有不同的氨基酸，可以和不同的试剂发生特殊的颜色变化，蛋白质中含有不同的氨基酸，可以和不同的试剂发生特殊的颜色变化，利用这些反应可以鉴别蛋白
40、质。利用这些反应可以鉴别蛋白质。A A 茚三酮反应茚三酮反应：因为茚三酮可和蛋白质生成蓝紫色物质。：因为茚三酮可和蛋白质生成蓝紫色物质。B B 缩二脲反应：缩二脲反应：蛋白质和缩二脲一样，在氢氧化钠溶液中加入硫酸铜稀蛋白质和缩二脲一样，在氢氧化钠溶液中加入硫酸铜稀溶液时出现紫色或粉红色，称为缩二脲反应，二肽以上的肽和蛋白质都发生溶液时出现紫色或粉红色，称为缩二脲反应，二肽以上的肽和蛋白质都发生这个显色反应。这个显色反应。(3)(3)两性和等电点两性和等电点 与与 氨基酸相似，蛋白质也是两性物质。它与强酸或强碱都可成盐。在强氨基酸相似，蛋白质也是两性物质。它与强酸或强碱都可成盐。在强酸性溶液中，
41、蛋白质以正离子状态存在；在强碱溶液中，则以负离子状态存酸性溶液中，蛋白质以正离子状态存在；在强碱溶液中，则以负离子状态存在。因此，蛋白质也有等电点。不同的蛋白质具窄不同的等电点。在等电点在。因此，蛋白质也有等电点。不同的蛋白质具窄不同的等电点。在等电点时，蛋白质分子在电场中也不迁移，这时的溶解度最小。通过调节蛋白质溶时，蛋白质分子在电场中也不迁移，这时的溶解度最小。通过调节蛋白质溶液的液的pHpH至等电点，可使蛋白质从溶液中析出采。至等电点，可使蛋白质从溶液中析出采。蛋白质的二级结构是由肽链之间的氢键形成的。由于肽链不是直线形的，蛋白质的二级结构是由肽链之间的氢键形成的。由于肽链不是直线形的，
42、价键之间有一定键角，而且分子中又含有许多酰胺键，因此一条肽链可以通价键之间有一定键角，而且分子中又含有许多酰胺键，因此一条肽链可以通过一个酰胺键中的氧与另一酰胺键中氨基的氢形成氢键，而绕成螺旋形，称过一个酰胺键中的氧与另一酰胺键中氨基的氢形成氢键，而绕成螺旋形，称为为-螺旋螺旋，这是蛋白质的一种二级结构。，这是蛋白质的一种二级结构。C C 蛋白质黄色反应：蛋白质黄色反应：有些蛋白质遇浓硝酸后，即变成黄色，可能是由于蛋有些蛋白质遇浓硝酸后，即变成黄色，可能是由于蛋白质中含苯环的氨基酸发生了硝化反应的缘故。例如，苯丙氨酸、酪氨酸和白质中含苯环的氨基酸发生了硝化反应的缘故。例如，苯丙氨酸、酪氨酸和色
43、氨酸都能发生这个颜色反应；皮肤、指甲遇浓硝酸变成黄色也是这个原因。色氨酸都能发生这个颜色反应；皮肤、指甲遇浓硝酸变成黄色也是这个原因。19.3.3 19.3.3 蛋白质的结构蛋白质的结构 蛋白质的结构很复杂，它是由许多氨基酸通过肽键相连而成的。各种蛋蛋白质的结构很复杂，它是由许多氨基酸通过肽键相连而成的。各种蛋白质分子中氨基酸的组成、排列顺序和肽链的立体结构都各不相同。白质分子中氨基酸的组成、排列顺序和肽链的立体结构都各不相同。蛋白质分子中氨基酸的种类、数目和排列顺序只是蛋白质的最基本的结蛋白质分子中氨基酸的种类、数目和排列顺序只是蛋白质的最基本的结构，构，称为初级结构或一级结构称为初级结构或
44、一级结构。而其特殊的立体结构称为蛋白质的。而其特殊的立体结构称为蛋白质的二级结构、二级结构、三级结构或四级结构，统称为蛋白质的高级结构三级结构或四级结构，统称为蛋白质的高级结构。蛋白质的生理作用、不稳。蛋白质的生理作用、不稳定性及容易变性等特征，则主要与它们的高级结构有关。定性及容易变性等特征，则主要与它们的高级结构有关。另一种二级结构也是靠肽链之间的氢键形成的，称为另一种二级结构也是靠肽链之间的氢键形成的，称为-折叠结构折叠结构。Back-螺旋螺旋氢键氢键a a 肽键段间的氢键作用肽键段间的氢键作用 b b 示意图示意图-折叠折叠a a 肽键段间的氢键作用肽键段间的氢键作用 b b 示意图示
45、意图a a-螺旋螺旋 b b-折叠折叠 c c 无规则卷曲无规则卷曲蛋白质结构示意图蛋白质结构示意图 很多蛋白质常常在分子中既有卷曲又有折叠链结构，并多次重复这两种很多蛋白质常常在分子中既有卷曲又有折叠链结构，并多次重复这两种空间结构。空间结构。由于肽链中除含有形成氢键的酰胺键外，有的氨基酸中还可能含有羟基、巯由于肽链中除含有形成氢键的酰胺键外，有的氨基酸中还可能含有羟基、巯基、烃基、游离氨基与羧基等，这些基团可以借助静电引力、氢键、二硫键基、烃基、游离氨基与羧基等，这些基团可以借助静电引力、氢键、二硫键(-S-(-S-S-)S-)及范德华力等将肽链或链中的某些部分联系在一起。这些相互作用力，
46、使得及范德华力等将肽链或链中的某些部分联系在一起。这些相互作用力，使得蛋白质在二级结构的基础上进一步卷曲折叠，以一定形态的紧密结构存在，这就蛋白质在二级结构的基础上进一步卷曲折叠，以一定形态的紧密结构存在，这就是蛋白质的是蛋白质的三级结构三级结构。肌红蛋白的三级结构肌红蛋白的三级结构 酶是一种由活细胞合成的蛋白质。酶按其结构可分为单纯蛋白酶和结合酶是一种由活细胞合成的蛋白质。酶按其结构可分为单纯蛋白酶和结合蛋白酶。其中单纯蛋白酶不含非蛋白物质，如淀粉酶等，结合蛋白酶除含有蛋白酶。其中单纯蛋白酶不含非蛋白物质，如淀粉酶等，结合蛋白酶除含有蛋白质外，还含有非蛋白物质，如氧化酶等。蛋白质外，还含有非
47、蛋白物质，如氧化酶等。酶能催化反应而参与生物体的代谢，它是一种催化剂。酶催化的反应与酶能催化反应而参与生物体的代谢，它是一种催化剂。酶催化的反应与实验室进行的同类反应相比，它不需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件，实验室进行的同类反应相比，它不需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件，而是在温和条件下而是在温和条件下(体温，体温，pHpH7)7)，在体内即能顺利而迅速地进行，它是一，在体内即能顺利而迅速地进行，它是一种生物化学反应，酶是生物催化剂。它具有一般催化剂的特征，如反应中本种生物化学反应，酶是生物催化剂。它具有一般催化剂的特征，如反应中本身不被消耗，有极少量即可加速反应，只能催化热力学上允
48、许进行的反应。身不被消耗，有极少量即可加速反应，只能催化热力学上允许进行的反应。但它又与一般催化剂不同，其催化效率极高，比用一般催化剂反应速率快但它又与一般催化剂不同，其催化效率极高，比用一般催化剂反应速率快10610610131013倍。倍。四级结构：四级结构：在一些蛋白质中，整个分子不止含有一个多肽链。其中每个多肽链可认在一些蛋白质中，整个分子不止含有一个多肽链。其中每个多肽链可认为是一个亚单位或叫亚基。蛋白质韵四级结构涉及在整个分子中亚基的聚集状为是一个亚单位或叫亚基。蛋白质韵四级结构涉及在整个分子中亚基的聚集状态，以及保持亚基在一起的静电引力。态，以及保持亚基在一起的静电引力。19.3
49、.4 19.3.4 酶酶 Back19.4 19.4 核酸核酸19.4.1 19.4.1 核酸组成核酸组成NNOHOH 核酸是核酸是18691869年首次被分离得到的，由于它是从细胞核中发现的，又具有年首次被分离得到的，由于它是从细胞核中发现的，又具有酸性，故称为核酸。核酸除存在于细胞核中之外，还存在于细胞的其它部分，酸性，故称为核酸。核酸除存在于细胞核中之外，还存在于细胞的其它部分，可以是游离状态，也可以与蛋白质结合成为核蛋白。与多糖和蛋白质相似，可以是游离状态，也可以与蛋白质结合成为核蛋白。与多糖和蛋白质相似，核酸也是一种重要的生物高分子化合物。核酸中的重复单位是核苷酸，因此核酸也是一种重
50、要的生物高分子化合物。核酸中的重复单位是核苷酸，因此核酸也称为多核苷酸。核酸参与生物体的新陈代谢，也参与生物体内蛋白质核酸也称为多核苷酸。核酸参与生物体的新陈代谢，也参与生物体内蛋白质的合成，生物的遗传也与核酸有密切关系。的合成，生物的遗传也与核酸有密切关系。核酸水解得核苷酸，核苷酸继续水解得磷酸、戊糖核酸水解得核苷酸，核苷酸继续水解得磷酸、戊糖(核糖或脱氧核糖或脱氧核糖核糖)和杂环碱和杂环碱(嘌呤环及嘧啶环嘌呤环及嘧啶环)组成。组成。NNOHOHCH3NNNH2OH尿嘧啶尿嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 胞嘧啶胞嘧啶 腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤NNNNNH2NNNNNH2OH构成核苷酸的杂环碱：构成
