第十九章 含氮天然化合物

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1、第十九章含氮天然化合物在自然界中，存在许多含氮的有机物，例如氨基酸、多肽、蛋白质、核酸、生物碱等。这些化合物与生命现象有着非常密切的关系。了解这些物质的结构和基本性质，对人们理解生命现象将十分有益。19.1氨基酸、多肽与蛋白质蛋白质（protein）是一类结构复杂的生物大分子，是生物体内一切细胞的重要组成成分，与多糖、核酸等生物大分子一样，蛋白质是生命的重要物质基础。从化学结构来看，蛋白质和多肽（polypeptide）都是氨基酸（aminoacid）通过肽键（peptidelinkage）连接而成的聚合物。将蛋白质和多肽水解可依次得到相对分子

2、质量较小的低聚肽，最终得到α－氨基酸。由于蛋白质分子中氨基酸的种类、数量、排列顺序和理化性质的不同，蛋白质种类繁多、结构复杂、生物功能各异。为了解多肽和蛋白质的结构特点和性质，本节对氨基酸的化学及多肽和蛋白质的结构特点作简单必要的介绍。19.1.1氨基酸一、氨基酸的结构、分类和命名自然界中存在的氨基酸有几百种，由生物体内蛋白质水解得到的氨基酸却只有20种，这20种氨基酸受DNA遗传密码控制合成蛋白质，故又称编码氨基酸，它们都是α－氨基羧酸（脯氨酸为α－亚氨基酸）。式中R代表侧链基团，不同的氨基酸只是R结构不同。R可以是H和烃基，也可以是含有其他

3、功能基的基团。这20种氨基酸中除甘氨酸（R为H）外，其他各氨基酸分子中的α—碳原子均为手性碳原子，都有旋光性。这些天然氨基酸按Fischer投影式表示时，α—氨基都在左边，因此都确定为L构型。氨基酸分子中既含有酸性的羧基，又含有碱性的氨基，因此存在质子在分子内转移的动态平衡。在生理pH情况下，羧基几乎完全以－COO－形式存在，大多数氨基则主要以－NH3+形式存在。也就是说，氨基酸通常是偶极离子，以内盐形式存在：若用R/S构型表示法标记这些氨基酸中的α—30手性碳原子，除半胱氨酸为R构型外，其余均为S构型。按分子中R基团的不同，氨基酸可以分为：1

4、）脂肪族氨基酸，如丙氨酸、亮氨酸等；2）芳香族氨基酸，如苯丙氨酸、酪氨酸等；3）杂环氨基酸，如组氨酸、色氨酸等。按分子中羧基和氨基的数目不同，可以分为：1）酸性氨基酸。分子中有两个羧基一个氨基的氨基酸，通常在生理pH情况下带有负电荷，它们是天冬氨酸和谷氨酸；2）碱性氨基酸。分子中有两个或两个以上的氨基或亚氨基、次氨基，只有一个羧基的氨基酸，通常在生理pH情况下带有正电荷，它们是赖氨酸、精氨酸和组氨酸；3）中性氨基酸。这些氨基酸因其分子中只含一个—NH3+和一个—COO-，如甘氨酸、丙氨酸等。根据R基团的结构和特性，中性氨基酸又可细分为两类：一类

5、是R基团为非极性的疏水基团，如丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸等；另一类是R基团为极性的亲水基团，如丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸和半胱氨酸等。需注意的是，上述分类中的“酸性”、“碱性”和“中性”并非指这些氨基酸水溶液的pH值。在中性氨基酸中，酸性基团释放出质子的能力比碱性基团接受质子的能力要强，所以中性氨基酸水溶液的pH值并不是7，而是略小于7。存在于生物体内蛋白质中的二十种常见氨基酸的名称、结构和英文缩写列于表19.1中。表19.1存在于蛋白质中的20种氨基酸中文名称英文名称英文三字母缩写中文缩写结构式（偶极离子）等电点(pI)非极性氨基酸甘氨酸g

6、lycineGlyG甘5.97丙氨酸alanineAlaA丙6.00亮氨酸*leucineLeuL亮5.98异亮氨酸*isoleucineIleI异亮6.02缬氨酸*valineValV缬5.96脯氨酸prolineProP脯6.3030苯丙氨酸*phenylalaninePheF苯5.48甲硫(蛋)氨酸*methionineMetM甲硫(蛋)5.74R基团为极性且不带电荷氨基酸丝氨酸serineSerS丝5.68谷氨酰胺glutamineGlnQ谷酰5.65苏氨酸*threonineThrT苏5.60半胱氨酸cysteineCysC半胱5.0

7、7天冬酰胺asparagineAsnN天酰5.41酪氨酸tyrosineTyrY酪5.66色氨酸*tryptophanTrpW色5.89酸性氨基酸天冬氨酸asparticacidAspD天2.77谷氨酸glutamicacidGluE谷3.22碱性氨基酸赖氨酸*lysineLysK赖9.74精氨酸arginineArgR精10.76组氨酸histidineHisH组7.59表中带*为必需氨基酸30氨基酸的命名可采用系统命名法，即以羧酸为母体，氨基作为取代基进行命名。但习惯上往往根据其来源和某些特性而使用俗名，例如氨基乙酸因其具有甜味而称为甘氨酸

8、，天冬氨酸最初来源于天门冬植物而得其名。还常用其英文名称的缩写符号表示，这在表示长链大分子时尤为适用。不同蛋白质中所含氨基酸的种类和数目各异，有些氨基