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1、氨基酸的生物有机化学1你现在浏览的是第一页，共63页蛋白质、碳水化合物、脂肪蛋白质、碳水化合物、脂肪(甘油醇的脂肪酸酯甘油醇的脂肪酸酯)是人所是人所需营养中的三种要素。需营养中的三种要素。第一节第一节 氨基酸的结构、名称和物性氨基酸的结构、名称和物性羧酸分子中烃基上的一个或几个氢原羧酸分子中烃基上的一个或几个氢原子被氨基取代生成的化合物叫氨基酸。子被氨基取代生成的化合物叫氨基酸。一一定义定义2你现在浏览的是第二页，共63页二二氨基酸的氨基酸的构型和存在形式构型和存在形式构型（用构型（用D、L表示）表示）-氨基酸通式氨基酸通式L型型-氨基酸氨基酸D型型-氨基酸氨基酸L-甘油醛甘油醛除甘氨酸，天然
2、除甘氨酸，天然-氨基酸都是有旋光的，而且都是氨基酸都是有旋光的，而且都是L型的。型的。3你现在浏览的是第三页，共63页2.氨基酸的基本结构氨基酸的基本结构氨氨19种氨基酸结构可以用十字图表示种氨基酸结构可以用十字图表示(除脯氨酸除脯氨酸)：二十种氨基酸的结构、性质，对了解蛋白质的功能是极为重要的。二十种氨基酸的结构、性质，对了解蛋白质的功能是极为重要的。十字的中央为十字的中央为 碳原子碳原子，在周围的四个位置分别填上一个氢原，在周围的四个位置分别填上一个氢原子、羧基、氨基及一个子、羧基、氨基及一个R基团基团，基本的氨基酸结构即完成，基本的氨基酸结构即完成。L-formaminoacid 4你现
3、在浏览的是第四页，共63页R基团基团可以由最简单的可以由最简单的H开始填入，就是最简单的开始填入，就是最简单的glycine(甘氨酸甘氨酸)；再来是；再来是CH3就是就是alanine(丙氨酸丙氨酸)；如此越来越大，并加入其；如此越来越大，并加入其它种类的原子它种类的原子(如氧或硫如氧或硫)，或额外的氨基或羧基，就可以组成，或额外的氨基或羧基，就可以组成多多采多姿采多姿的二十种氨基酸。的二十种氨基酸。R=H glycine(甘氨酸甘氨酸)Gly,GR=CH3 alanine(丙氨酸丙氨酸)Ala,A5你现在浏览的是第五页，共63页存在形式：氨基酸都以偶极离子的形式存在。存在形式：氨基酸都以偶极
4、离子的形式存在。组氨酸组氨酸谷氨酸谷氨酸丙氨酸丙氨酸6你现在浏览的是第六页，共63页三三名称和物理性质名称和物理性质名名称称氨基酸的氨基酸的 碳原子（除甘氨酸外）都是手性碳原子。碳原子（除甘氨酸外）都是手性碳原子。其构型的表示方法与糖一样，用其构型的表示方法与糖一样，用D或或L表示。表示。每个氨基酸都有俗名，并都用一个缩写符号表示。每个氨基酸都有俗名，并都用一个缩写符号表示。物物理理性性质质大部分的氨基酸在水中有一定的溶解度；大部分的氨基酸在水中有一定的溶解度；酸性的氨基酸在水中的溶解度较差；酸性的氨基酸在水中的溶解度较差；氨基酸在氨基酸在200度以下都是稳定的；度以下都是稳定的；氨基酸的氨基
5、酸的pKa为为2左右；左右；每一个光学纯的氨基酸都有旋光值。每一个光学纯的氨基酸都有旋光值。7你现在浏览的是第七页，共63页 二十种氨基酸的氨基酸的简写符号写符号名名称称 三字母三字母符号符号单单字母字母符号符号名名称称 三字母三字母符号符号 单单字母字母符号符号 丙氨酸(alanine)AlaA亮氨酸(leucine)LeuL精氨酸(arginine)ArgR赖氨酸(lysine)LysK天冬酰胺(asparagine)AsnN甲硫氨酸(methionine)MetM天冬氨酸(aspartic acid)AspD苯丙氨酸(phenylalanine)PheF半胱氨酸(cysteine)Cys
6、C脯氨酸(proline)ProP谷氨酰胺(glutanine)GlnQ丝胺酸(serine)SerS谷氨酸(glutamic acid)GluE苏氨酸(threonine)ThrT甘氨酸(Glycine)GlyG色氨酸(tryptophan)TrpW组氨酸(histidine)HisH酪氨酸(tyrosine)TyrY异亮氨酸(isoleucine)IleI颉氨酸(valine)ValV8你现在浏览的是第八页，共63页常见二十种常见二十种氨基酸氨基酸的记法的记法甘丙缬亮异甘丙缬亮异脂链脂链;丝苏半蛋丝苏半蛋羟巯添羟巯添;天谷精赖组天谷精赖组酸碱酸碱;脯酪苯色脯酪苯色芳杂环芳杂环;天天冬酰胺冬
7、酰胺谷谷酰胺酰胺.9你现在浏览的是第九页，共63页二十种氨基酸基团在蛋白质分子结构中的模拟图解二十种氨基酸基团在蛋白质分子结构中的模拟图解：丙氨酸丙氨酸精氨酸精氨酸天冬天冬酰酰胺胺天冬氨酸天冬氨酸半胱氨酸半胱氨酸谷氨谷氨酰酰胺胺谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸组组氨酸氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸赖赖氨酸氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸笨丙氨酸笨丙氨酸脯氨酸脯氨酸丝胺酸丝胺酸苏氨酸苏氨酸色氨酸色氨酸酪氨酸酪氨酸颉氨酸颉氨酸N-C-C-N-C-C-N-C-CR1R2R310你现在浏览的是第十页，共63页可以看出各种基团可以看出各种基团大小大小的不同，在蛋白质构造中所造成的不同填充效的不同，在蛋白质构造中所造成的不
8、同填充效果；较大的基团果；较大的基团(如如Trp色氨酸色氨酸)可占据较大的空间，较小如可占据较大的空间，较小如Gly者几乎看不到者几乎看不到各种带有各种带有电荷电荷的氨基酸基团，也会对蛋白质的构形或性质做出贡的氨基酸基团，也会对蛋白质的构形或性质做出贡献；带负电荷的献；带负电荷的Asp(天冬氨酸天冬氨酸)与与Glu(谷氨酸谷氨酸)色氨酸色氨酸11你现在浏览的是第十一页，共63页带有正电的碱性基团带有正电的碱性基团(如如Lys(赖氨酸赖氨酸),Arg(精氨酸精氨酸)都有相当都有相当长的侧链基团，因此有相当大的自由活动空间：长的侧链基团，因此有相当大的自由活动空间：赖氨酸赖氨酸Isoelectri
9、cpoint(pH)9.59精氨酸精氨酸11.15最别扭的最别扭的Pro(脯氨酸脯氨酸)则在蛋白质表面转折成一个急转角，蛋白质长则在蛋白质表面转折成一个急转角，蛋白质长链通常会在此逆转方向，形成一个链通常会在此逆转方向，形成一个转角转角(turn)脯氨酸脯氨酸6.3012你现在浏览的是第十二页，共63页虽然这二十种氨基酸很称职地组合成蛋白质的立体构造，但虽然这二十种氨基酸很称职地组合成蛋白质的立体构造，但是其反应性基团的活性都不是非常高，是其反应性基团的活性都不是非常高，无法提供极强力的官能无法提供极强力的官能团，以供催化反应时的活性基团团，以供催化反应时的活性基团。因此，许多蛋白质合成出来之
10、后，经常还要进行各种修饰因此，许多蛋白质合成出来之后，经常还要进行各种修饰(例如磷酸化例如磷酸化)，或添加其它辅助因子，或添加其它辅助因子(例如金属或辅酶例如金属或辅酶)，以便达成更复杂的任务。以便达成更复杂的任务。13你现在浏览的是第十三页，共63页人体所必须的八种氨基酸人体所必须的八种氨基酸:赖色缬赖色缬,苏亮亮苏亮亮,苯蛋苯蛋.15你现在浏览的是第十五页，共63页八个必需氨基酸八个必需氨基酸缬氨酸缬氨酸亮氨酸亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸苏氨酸苏氨酸蛋氨酸蛋氨酸赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸16你现在浏览的是第十六页，共63页一一等电点等电点二二与茚三酮反应与茚三酮反应三三氨基酸金属盐
11、络合物的形成氨基酸金属盐络合物的形成第二节第二节氨基酸的性质氨基酸的性质四四氨基酸的重要反应氨基酸的重要反应17你现在浏览的是第十七页，共63页谷氨酸谷氨酸焦谷氨酸焦谷氨酸总述：具有胺和羧酸的共性。例如形成酰胺总述：具有胺和羧酸的共性。例如形成酰胺2分子甘氨酸分子甘氨酸2,5-二嗪哌酮二嗪哌酮-2H2O-H2O18你现在浏览的是第十八页，共63页一个氨基酸总可以找到一个一个氨基酸总可以找到一个pH值，在该值，在该pH值下，正、值下，正、负离子的浓度完全相等，此时向阳极移动和向阴极移动的离负离子的浓度完全相等，此时向阳极移动和向阴极移动的离子彼此抵消（即没有净的迁移），或者说，电场中不显示离子彼
12、此抵消（即没有净的迁移），或者说，电场中不显示离子的迁移。将此时的子的迁移。将此时的pH值值称为该氨基酸的等电点。称为该氨基酸的等电点。氨基酸的特殊性质氨基酸的特殊性质一一等电点等电点19你现在浏览的是第十九页，共63页中性氨基酸的等电点：中性氨基酸的等电点：pH=6.26.8酸性氨基酸的等电点：酸性氨基酸的等电点：pH=2.83.2碱性氨基酸的等电点：碱性氨基酸的等电点：pH=7.610.8不同的氨基酸有不同的等电点，所以可以通过测定氨基不同的氨基酸有不同的等电点，所以可以通过测定氨基酸的等电点来鉴别氨基酸。酸的等电点来鉴别氨基酸。等电点时，以两性离子形式存在的氨基酸浓度最大等电点时，以两性
13、离子形式存在的氨基酸浓度最大（在水溶液中），氨基酸的溶解度最小。（在水溶液中），氨基酸的溶解度最小。20你现在浏览的是第二十页，共63页氨基酸羧基的pKa在1.82.6之间，比通常羧基（乙酸的为4.76）小，是场效应影响造成的氨基酸氨基的pKa比RNH2中氨基小：诱导效应21你现在浏览的是第二十一页，共63页二二 与茚三酮的反应与茚三酮的反应凡是有凡是有游离氨基游离氨基的氨基酸都可以和茚三酮发生的氨基酸都可以和茚三酮发生呈紫色呈紫色的反应。的反应。(例外：例外：Pro黄色黄色；Asn棕色棕色)茚茚(indene)茚三酮茚三酮(ninhydrin)水合茚三酮水合茚三酮+紫色紫色-CO2，-RCH
14、O-3H2O互变异构互变异构22你现在浏览的是第二十二页，共63页三三 氨基酸金属盐络合物的形成氨基酸金属盐络合物的形成金属上有空轨道，金属上有空轨道，N上有未共用电子对！上有未共用电子对！氨基酸金属盐络合物具有很好的结晶形状氨基酸金属盐络合物具有很好的结晶形状,该反该反应可用来沉淀和鉴别某些氨基酸。应可用来沉淀和鉴别某些氨基酸。23你现在浏览的是第二十三页，共63页四四 氨基酸的重要反应氨基酸的重要反应1.烃基化反应烃基化反应DNF(2,4-DNF(2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯二硝基氟苯二硝基氟苯),2,4-),2,4-d di in nitroitrof fluorobenzeneluor
15、obenzene24你现在浏览的是第二十四页，共63页25你现在浏览的是第二十五页，共63页与苯异硫氢酸酯与苯异硫氢酸酯(PITC)反应生成苯氨基硫甲酰反应生成苯氨基硫甲酰(PTC)phenylthiocarbamoylphenylisothicyanate苯乙内酰硫脲衍生物苯乙内酰硫脲衍生物26你现在浏览的是第二十六页，共63页2.2.酰基化反应酰基化反应酰基化反应酰基化反应27你现在浏览的是第二十七页，共63页酰氯或酸酐在微碱中溶液中的与氨基酸的酰基化反应酰氯或酸酐在微碱中溶液中的与氨基酸的酰基化反应 叔丁氧酰氯(Tertiary butyloxycarbonyl chloride)邻苯二
16、甲酸酐邻苯二甲酸酐 (phthalic)丹黄酰氯丹黄酰氯(dansyl chloride)对甲苯磺酰氯对甲苯磺酰氯28你现在浏览的是第二十八页，共63页苯甲酸在生物体内的解毒过程氨基酸的酰化苯甲酸在生物体内的解毒过程氨基酸的酰化苯甲酸在生物体内的解毒过程氨基酸的酰化苯甲酸在生物体内的解毒过程氨基酸的酰化29你现在浏览的是第二十九页，共63页3.脱氨基作用脱氨基作用氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸 酮酸酮酸酮酸酮酸转氨酶转氨酶转氨酶转氨酶磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛（pyridoxyal pyridoxyal phosphatephosphate）Coenzyme of Coenzyme o
17、f transaminases transaminases 30你现在浏览的是第三十页，共63页磷酸吡哆醛催化氨基酸转氨基反应过程磷酸吡哆醛催化氨基酸转氨基反应过程磷酸吡哆醛催化氨基酸转氨基反应过程磷酸吡哆醛催化氨基酸转氨基反应过程31你现在浏览的是第三十一页，共63页4.4.脱羧基作用脱羧基作用脱羧基作用脱羧基作用脱羧酶脱羧酶脱羧酶脱羧酶32你现在浏览的是第三十二页，共63页5.与亚硝酸反应与亚硝酸反应是是Van Slyke法测定氨基酸的基础法测定氨基酸的基础33你现在浏览的是第三十三页，共63页6.与醛反应生成西佛碱与醛反应生成西佛碱(Schiffs base)Schiffsw base3
18、4你现在浏览的是第三十四页，共63页7.叠氮反应叠氮反应35你现在浏览的是第三十五页，共63页1.氨基上的反应：亚硝酸、茚三酮、氨基上的反应：亚硝酸、茚三酮、DNF(2,4-二硝二硝基氟苯基氟苯)、PTC(苯氨基硫甲酰苯氨基硫甲酰)、醛、酰胺化、醛、酰胺化、脱氨基脱氨基2.羧基上的反应：酯化、酰胺化、脱羧羧基上的反应：酯化、酰胺化、脱羧3.侧基上的反应侧基上的反应：（多肽链的反应）：（多肽链的反应）：（多肽链的反应）：（多肽链的反应）小结小结:氨基酸的重要反应氨基酸的重要反应36你现在浏览的是第三十六页，共63页一一氨化还原法氨化还原法二二斯瑞克合成法斯瑞克合成法(Strecker)-醛的氨氰
19、化法醛的氨氰化法三三赫尔赫尔-乌尔哈乌尔哈-泽林斯基泽林斯基-溴化法溴化法四四盖布瑞尔法盖布瑞尔法五五丙二酸酯法丙二酸酯法第三节第三节氨基酸的经典化学合成氨基酸的经典化学合成37你现在浏览的是第三十七页，共63页一 氨化还原法氨基酸的来源：（氨基酸的来源：（1）天然产物酸性水解）天然产物酸性水解（2）微生物发酵法微生物发酵法（3）化学合成法化学合成法38你现在浏览的是第三十八页，共63页改进方法：改进方法：用用NH4CNorNH4Cl+KCN代替代替HCN+NH3应应用：用：合成比原料醛多一个碳的氨基酸合成比原料醛多一个碳的氨基酸二二斯瑞克合成法斯瑞克合成法-醛的氨氰化法醛的氨氰化法RCHO+
20、HCN+NH3H3+OStrecker合成合成（1850年德国化学家年德国化学家Strecker发现）发现）39你现在浏览的是第三十九页，共63页应用盖布瑞尔法可以制备很纯的氨基酸。应用盖布瑞尔法可以制备很纯的氨基酸。三三 赫尔赫尔-乌尔哈乌尔哈-泽林斯基泽林斯基-溴化法溴化法RCH2COOHNH3Br2P在封管或高在封管或高压釜内进行压釜内进行四四盖布瑞尔法盖布瑞尔法H3O+40你现在浏览的是第四十页，共63页1.通过酰基丙二酸酯法通过酰基丙二酸酯法五五 丙二酸酯法丙二酸酯法+NC-CH=CH2H3+OH2/Pt醋酸醋酸麦克尔加成麦克尔加成碱碱H2/催催加热加热-CO241你现在浏览的是第四
21、十一页，共63页OH-丝氨酸的合成丝氨酸的合成+CH2=OH3+O-CO2丝氨酸丝氨酸（65%）42你现在浏览的是第四十二页，共63页2.通过溴代丙二酸酯法合成通过溴代丙二酸酯法合成CH2(COOEt)2BrCH(COOEt)2ClCH2CH2SCH3HClBr2CCl4NaNaOH蛋氨酸（蛋氨酸（50%）烷基化烷基化43你现在浏览的是第四十三页，共63页谷氨酸的合成谷氨酸的合成+CH2=CHCOOEt麦克尔加成麦克尔加成NaOEtH3+O谷氨酸谷氨酸（70%）44你现在浏览的是第四十四页，共63页脯氨酸的合成脯氨酸的合成H3+ONaOEtBr(CH2)3BrEtOHNaOH脯氨酸脯氨酸70%
22、分子内亲核取代分子内亲核取代 45你现在浏览的是第四十五页，共63页第四节第四节氨基酸的不对称合成氨基酸的不对称合成拆分拆分不对称烷基化不对称烷基化亚胺的不对称烷基化亚胺的不对称烷基化Kagan-Corey合成法合成法Corey法合成手性纯氨基酸法合成手性纯氨基酸不对称氢化不对称氢化Evans合成法合成法46你现在浏览的是第四十六页，共63页化学方法拆分：一一 氨基酸光学异构体的拆分氨基酸光学异构体的拆分D氨基酸L氨基酸手性酸（或碱）D氨基酸盐L氨基酸盐分离（重结晶、色谱法）氨基酸具有酸性，经常可以用手性有机碱和氨基醇来拆分。氨基酸具有酸性，经常可以用手性有机碱和氨基醇来拆分。47你现在浏览的
23、是第四十七页，共63页Berkes采用采用结晶诱导动力学拆分结晶诱导动力学拆分(CIDR)方法拆分氨基酸，即通方法拆分氨基酸，即通过过Micheal加成把手性氨基醇，采用适当的溶剂，加成把手性氨基醇，采用适当的溶剂，(R)构型产物构型产物1溶解度比较小而析出，溶解度比较小而析出，(S)构型异构体通过溶解沉淀平衡而逐步转构型异构体通过溶解沉淀平衡而逐步转化为（化为（R）构型产物。）构型产物。48你现在浏览的是第四十八页，共63页Deng用用金鸡纳碱衍生物金鸡纳碱衍生物(DHQD)2AQN2进行动力学拆分消旋氨基酸前体噁唑酮。两进行动力学拆分消旋氨基酸前体噁唑酮。两种构型氨基酸都可以用这种拆分方法
24、得到，而且种构型氨基酸都可以用这种拆分方法得到，而且ee值很高，有一定应用前景值很高，有一定应用前景Hang,J.;Tian,S.-K.;Tang,L.;Deng,L.J.Am.Chem.Soc.,2001;123(50);12696-12697.49你现在浏览的是第四十九页，共63页酶法拆分50你现在浏览的是第五十页，共63页Wong用用L苏氨酸苏氨酸Aldol酶酶(LTA)从醛和甘氨酸出发通过从醛和甘氨酸出发通过Aldol反反应合成手性应合成手性 羟基羟基 氨基酸，氨基酸，苏式苏式/赤式比赤式比99%ee70-91%ee91-95%ee53你现在浏览的是第五十三页，共63页不对称不对称Ma
25、nnich反应反应Lectka研究了不对称催化烷基化研究了不对称催化烷基化-亚胺酯亚胺酯合成合成-酮酮-氨氨基酸基酸。他发现。他发现Pd(ClO4)2与与BINAP络合的催化剂可以有效催化络合的催化剂可以有效催化这个反应，但是这个反应，但是AgSbF4或或CuClO4和和BINAP络合的催化剂可络合的催化剂可取得更高的对映选择性，而取得更高的对映选择性，而CuClO4-TolBINAP催化剂是最好催化剂是最好的催化剂，取得高达的催化剂，取得高达99%ee的对映选择性，的对映选择性，anti/syn达到达到20/1Ferraris,D.;Young,B.;Lectka,T;etal.J.Am.C
26、hem.Soc.;2002;124(1),67-77.54你现在浏览的是第五十四页，共63页Barbas报道了通过报道了通过L-脯氨酸催化的脯氨酸催化的Mannich型反应来合成型反应来合成手性手性-氨基酸，在相当温和的条件下，氨基酸，在相当温和的条件下，L-脯氨酸催化各种脯氨酸催化各种未改良的醛或者酮跟未改良的醛或者酮跟N-PMP保护的保护的-亚胺乙酯进行亚胺乙酯进行Mannich反应，产率（大于反应，产率（大于80%）、）、ee（99%）.Cordova,A.;Notz,W.;M.;Barbas,C.F.,III;etal.J.Am.Chem.Soc.2002;124(9);1842-18
27、43.L脯氨酸这个有机小分子在这个反应中的催化性能表现出脯氨酸这个有机小分子在这个反应中的催化性能表现出了类似酶催化的专一性了类似酶催化的专一性55你现在浏览的是第五十五页，共63页四四 Kagan-Corey合成法合成法56你现在浏览的是第五十六页，共63页五五 Corey法合成手性纯氨基酸法合成手性纯氨基酸57你现在浏览的是第五十七页，共63页58你现在浏览的是第五十八页，共63页六六 不对称催化氢化合成法不对称催化氢化合成法(+)或(-)-顺,顺-1,6-双(二芳基膦氧或二烷基膦氧)-螺4,4壬烷59你现在浏览的是第五十九页，共63页反应机制60你现在浏览的是第六十页，共63页铑（I）络合物催化剂61你现在浏览的是第六十一页，共63页反应机制62你现在浏览的是第六十二页，共63页七七 Evans合成法合成法立体效应立体效应63你现在浏览的是第六十三页，共63页