蛋白质与核酸

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1、第第21章章 蛋白质与核酸蛋白质与核酸（一）氨基酸（一）氨基酸 （1）氨基酸的结构、命名和分类氨基酸的结构、命名和分类 （2）氨基酸的制法氨基酸的制法 （3）氨基酸的性质氨基酸的性质（二）肽与蛋白质的结构（二）肽与蛋白质的结构 肽与蛋白质的结构肽与蛋白质的结构氨基酸氨基酸:分子中同时含有氨基和羧基的一类化合物。分子中同时含有氨基和羧基的一类化合物。从自然界获得的氨基酸都是从自然界获得的氨基酸都是-氨基酸氨基酸；除甘氨酸外，除甘氨酸外，-碳原子都具有碳原子都具有手性手性。氨基酸的构型标记采用氨基酸的构型标记采用D/LD/L标记法：标记法：L-丝氨酸丝氨酸(Serine)L-蛋氨酸蛋氨酸(Meth

2、ionine)L-组氨酸组氨酸(Histidine)COOHCH2OHH2NHCOOHCH2SCH3H2NHCOOHCH2NNH2NHH自然界获得氨基酸基本都是自然界获得氨基酸基本都是L-L-型型。4-甲基甲基-2-氨基戊酸氨基戊酸 亮氨酸亮氨酸(Leucine)(CH3)2CHCH2CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CHCOOHNH22,6-二氨基己酸二氨基己酸赖氨酸赖氨酸(Lysine)2-氨基戊二酸氨基戊二酸 谷氨酸谷氨酸(Glutamic acid)H2NCH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2氨基酸的系统命名以氨基酸的系统命名以羧酸羧酸作为母体，作为母体，氨基氨基作为作为取代基

3、，不过由自然界蛋白质水解得到氨基酸取代基，不过由自然界蛋白质水解得到氨基酸都是都是-氨基酸氨基酸，都有，都有俗名。俗名。（乙）命名（乙）命名酸性氨基酸：酸性氨基酸：羧基数目比氨基多，等电点羧基数目比氨基多，等电点PI7(共有共有4个个)。COOHCH2CH2CH2CH2NH2H2NHCOOHCH2CH2CHCH2NH2OHH2NHCOOHCH2CH2CH2NHCNHNH2H2NHL-精氨酸精氨酸(Arginine)L-羟基赖氨酸羟基赖氨酸(Hydroxylysine)中性氨基酸：中性氨基酸：碱性氨基与羧基数目相等，碱性氨基与羧基数目相等，PI=5-7(共共17个个)。L-丝氨酸丝氨酸(Seri

4、ne)L-蛋氨酸蛋氨酸(Methionine)COOHCH2OHH2NHCOOHCH2SCH3H2NHCOOHCH2NH2NHHCOOHCH2CH2CNH2OH2NHL-谷酰胺谷酰胺(Glutamine)L-色氨酸色氨酸(Tryptophan)（2）、氨基酸的制法）、氨基酸的制法(甲甲)-卤代酸的氨解卤代酸的氨解此反应容易导致仲胺和叔胺衍生物生成此反应容易导致仲胺和叔胺衍生物生成,不易纯化不易纯化CH3CHCOOHBrNH3oC25H2OCH3CHCOOHNH256%CH3CHCOOHCH3CHCOOHNHCH3CHCOOHCH3CHCOOHNCHCH3COOH副产物副产物:(乙乙)Gabri

5、el法法此反应容易获得较纯的氨基酸此反应容易获得较纯的氨基酸CH2COOC2H5ClNKOODMF97%NCH2COOC2H5OOKOH,H2OHClCOOHCOOHH2NCH2COOH（3）、氨基酸的性质）、氨基酸的性质多数氨基酸易溶于水，具有较高熔点。多数氨基酸易溶于水，具有较高熔点。氨基酸具有氨基和羧基的典型化学性质氨基酸具有氨基和羧基的典型化学性质A 羧基的反应羧基的反应-氨基酸具有羧酸化学性质，可以与碱、五氨基酸具有羧酸化学性质，可以与碱、五氯化磷、氨、醇、氢化铝锂等反应。氯化磷、氨、醇、氢化铝锂等反应。RCHCOOHNH2PCl5POCl3,HClPhCH2OHH2ORCHCNH2

6、ClORCHCNH2OOCH2Ph活化羧基活化羧基保护羧基保护羧基（乙）、（乙）、氨基氨基的反应的反应-氨基酸还具有典型的伯胺化学性质；如氨基酸还具有典型的伯胺化学性质；如能与酸、亚硝酸、烃基化试剂、酰基化试能与酸、亚硝酸、烃基化试剂、酰基化试剂、甲醛、过氧化氢等反应。剂、甲醛、过氧化氢等反应。氨基酸测定氨基酸测定保护羧基保护羧基RCHCOOHNH2HNO2RCHCOOHOHN2HFNO2O2NFPhCH2OCOClHClRCHCOOHNHCOOCH2PhRCHCOOHNHNO2O2N（丙）、氨基酸的两性和等电点（丙）、氨基酸的两性和等电点偶极离子（偶极离子（I）负离子负离子(II)在强碱溶液

7、中主在强碱溶液中主要存在形式，在要存在形式，在电场中移向正极电场中移向正极RCHCOONH3+H+H+OH-OH-RCHCOONH2RCHCOOHNH3+正离子正离子(III)在强酸溶液中主在强酸溶液中主要存在形式，在要存在形式，在电场中移向负极电场中移向负极当当pH适中时，适中时，II和和III的浓度相等，氨基酸净的浓度相等，氨基酸净电荷为零，在电场中不移动，该电荷为零，在电场中不移动，该pH值定义为值定义为该氨基酸的等电点。该氨基酸的等电点。（丁）、与水合茚三酮的显色反应（丁）、与水合茚三酮的显色反应 用于氨基酸的定性与定量鉴定用于氨基酸的定性与定量鉴定OOOHOHRCHCOOHNH22O

8、OHOONRCHO水合茚三酮水合茚三酮蓝紫色蓝紫色第二节第二节 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 一分子氨基酸中的羧基与另一分子氨基酸分子的氨基脱水而形成的酰胺叫做肽，其形成的酰胺键称为肽键。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个以上氨基酸的多肽（有时是含50个以上）称为蛋白质。NH2CHRCOOHNH2CHRCOOH+-H2ONH2CHRCONHCHRCOOH肽键 无论肽链有多长，在链的两端一端有游离的氨基（-NH2），称为N端；链的另一端有游离的羧基（-COOH），称为C端。NH2CHRCONHCHRCONH

9、 CHRCOOHnCN端端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）。例如：NH2CHCH3CONHCONHCHCH2C6H5COOHCHCH2OH丙 氨 酰 丝 氨 酰 苯 丙 氨 酸（丙 丝 苯 丙）二、多肽结构的测定二、多肽结构的测定多肽结构的测定主要是作如下工作：了解某一多肽是由哪些氨基酸组成的。各种氨基酸的相对比例。确定各氨基酸的排列顺序。多肽结构测定工作步骤步骤如下：1测定分子量2氨基酸的定量分析HClH2O多 肽氨 基 酸层 析 法 分 离各 种 氨 基 酸各 种 氨 基 酸 的 含 量3端基分析（测定N端和C端）（1）测定N端（有两种

10、方法）a 2,4-=硝基氟苯法桑格尔(Sanger-英国人)法 此法的缺点是所有的肽键都被水解掉了。O2NFH2N CHRCONH CHRCONH+O2NHN CHRCONH CHRCONHNO2NO2Na2CO3HClO2NHN CHRCOOHNO2CHRCOOH+H2N+b 异硫氰酸苯酯(Ph-N=C=S)法艾德曼(Edman)降解法。（2）测定C端a 多肽与肼反应b 羧肽酶水解法C6H5N=C=SNH2CHCONHR多肽+C6H5NHC多肽SNHCHRCONHpH7pH7CNCCHHNC6H5ORS+多肽4肽链的选择性断裂及鉴定鉴定部分水解法常用的蛋白酶有：胰蛋白酶胰蛋白酶只水解羰基属于

11、赖氨酸、精氨酸的肽键。糜蛋白酶糜蛋白酶水解羰基属于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的肽键。溴化氰溴化氰只能断裂羰基属于蛋氨酸的肽键。三、多肽的合成三、多肽的合成 要使各种氨基酸按一定的顺序连接起来形成多肽是一向十分复杂的化学工程，需要解决许多难题，最主要的是要解决四大问题。1保护-NH2或-COOH2活化反应基团（活化-NH2或-COOH）3生物活性第三节第三节 蛋蛋 白白 质质一、蛋白质的分类一、蛋白质的分类1.根据蛋白质的形状分为：（1）纤维蛋白质 如丝蛋白、角蛋白等；（2）球状蛋白质 如蛋清蛋白、酪蛋白、血红蛋白、-球代表蛋白（感冒抗体）等。2根据组成分：单纯蛋白质其水解最终产物是-氨基酸。（2

12、）结合蛋白质-氨基酸+非蛋白质（辅基）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。二二 蛋白质的结构蛋白质的结构1蛋白质的一级结构一级结构 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。2蛋白质的二级结构二级结构 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（构象）称为蛋白质的二级结构。3蛋白质的三级结构三级结构 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。4蛋白质

13、的四级结构四级结构 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。三、蛋白质的性质三、蛋白质的性质 1两性及等电点两性及等电点 多肽链中有游离的氨基和羧基等酸碱基团，具有两性。PCOONH2HOHPCOONH3PCOOHNH3HOHP=ProtinpH pHpIpHpI蛋白质2胶体性质与沉淀作用胶体性质与沉淀作用（1）可逆沉淀（盐析）（2）不可逆沉淀 蛋白质与重金属盐作用，或在蛋白质溶液中加入有机溶剂（如丙酮、乙醇等）则发生不可逆沉淀。蛋白质溶液碱金属盐或铵盐沉淀溶解（蛋白质）H2O3蛋白质的变性作用蛋白质的变性作用

14、变性变性条件：物理物理因素：干燥、加热、高压、振荡或搅拌、紫外线、X射线、超声等等。化学化学因素：强酸、强碱、尿素、重金属盐、生物碱试剂（三氯乙酸、乙醇等等）。变性后的特点特点：丧失生物活性 溶解度降低 易被水解（对水解酶的抵抗力减弱）。变性作用的利用利用：消毒、杀菌、点豆腐等；排毒（重金属盐中毒的急救）；肿瘤的治疗（放疗杀死癌细胞）；变性作用的防治防治：种子的贮存；人体衰老（缓慢变性）；防止紫外光灼伤皮肤。4蛋白质的颜色反应蛋白质的颜色反应 （1）缩二脲缩二脲反应 蛋白质与新配置的碱性硫酸铜溶液反应，呈紫色，称为缩二脲反应。（2）蛋白黄蛋白黄反应 蛋白质中含有苯环的氨基酸，遇浓硝酸发生硝化反

15、应而生成黄色硝基化合物的反应称为蛋白黄反应。（3）米勒米勒反应 蛋白质中酪氨酸的酚基遇到硝酸汞的硝酸溶液。（4）茚三酮茚三酮反应 蛋白质与稀的茚三酮溶液共热，即呈现蓝色。第四节第四节 酶酶一、酶的组成一、酶的组成 辅酶的种类颇多，按其化学组成可分两类：1无机的金属元素，如铜、锌、锰。2相对分子质量低的有机物，如血红素、叶绿素、肌醇、烟酰胺、维生素B1、B2、B6、B12等等。酶单纯酶（催化活性仅由蛋白质的结构决定）结合酶（蛋白质 辅酶），催化活性由蛋白质和辅酶共同配合完成。+二、酶催化反应的特异性二、酶催化反应的特异性1催化效率高催化效率高（比一般催化剂高1081010倍）。2选择性强选择性强

16、（1）化学选择性能从混合物中挑选特殊的作用物。例如，麦芽糖酶只能使-葡萄糖苷键断裂，而不能使-葡萄糖苷键断裂。（2）立化学选择性辨别对映体，酵母中的酶只能使天然D型糖发酵，而不能使相应的L型糖发酵。3.反应条件温和反应条件温和一般是在常温常压和pH 7左右进行的。人体内如果缺少某种酶，就会引起疾病或死亡。三、酶的分类和命名三、酶的分类和命名1分类分类按催化反应的类型，可把酶分为六大类：(1)氧化还原酶(2)转移酶(3)水解酶(4)裂解酶(5)异构酶(5)连接酶（合成酶）2酶的命名酶的命名 第五节第五节 核核 酸酸 简简 介介一、核酸的组成一、核酸的组成核蛋白蛋白质核酸胰酶核苷酸肠酶核苷碱基核糖

17、（脱氧核糖）磷酸1.核糖和核糖和2-脱氧核糖脱氧核糖2.碱基碱基核苷酸中的碱基主要有五种，都是嘧啶或嘌呤的衍生物。它们是：胞嘧啶，脲嘧啶，胸腺嘧啶，腺嘌呤，鸟嘌呤。：C U T A GHCHOOHHOHCH2OHHOHHCHOOHHOHCH2OHHOHOCH2OHHOHHHOHOCH2OHHOHHOHOHD2D脱氧呋喃核糖呋喃核糖3核苷（1）核苷（由RNA水解而得）（2）2-脱氧核苷（由DAN水解而得）OCH2OHHOHHOHOHOCH2OHHOHHOHBB=UACG脲嘧啶核苷 脲苷（）腺嘌呤核苷 腺苷（）胞嘧啶核苷 胞苷（）鸟嘌呤核苷 鸟苷（）UACG核 糖核 苷碱 基核 苷 名 称2脱氧核

18、糖OCH2OHHOHHHOHOCH2OHHOHHHBB=TACGdT核 苷碱 基核 苷 名 称2脱氧胸腺苷dAdCdG（）（）（）（）2脱氧鸟苷2脱氧胞苷2脱氧腺苷4核苷酸核苷酸 核糖C5上的羟基与磷酸酯化便得到核苷酸。中的核苷酸单体OCH2HOHHHBOPOHOHOOCH2HOHHOHBOPOHOHO中的核苷酸单体RNADNA二、核酸的结构二、核酸的结构1核酸一级结构CH2HHOHHHOCH2HHOHHHOCH2HHOHHHOCH2HHOHHHOOPOOOHOPOOOHOPOOOHOPOOOHNNNNNH2NNNH2ONHNNNONH2NHNOO53端端腺苷酸胞苷酸鸟苷酸脲苷酸ACGU RN

19、A或DNA中的多核苷酸链，都按上图方式表示，显然太繁复了，所以现在都用简化了的示意法来表示。如上图可简化如下：其中R1、R2、R3、R4表示碱基，P表示磷酸基，一竖表示糖分子，2、3、5表示糖中C原子编号。还可以进一步简化成PA-C-G-UP。RNA与DNA的区别：核糖RNA中为核糖，DNA中为2-脱氧核糖。碱基RNA中为A、U、C、G；DNA中为A、T、PPOHPOHPOHPOHACGU53253PPHPHPHPH53253R1R2R3R4RNADNA链简化图链简化图2核酸的二级结构核酸的二级结构 DNA的二级结构为右手双股螺旋结构。3核酸的三级结构核酸的三级结构 核酸的三级结构是在二级结构的基础上进一步紧缩、扭曲成闭链状环或开链状环以及麻花状的一定空间关系的结构。两条链的走向相反碱基是配对的维持双螺旋的力量3535ACTG(1.1nm)(1.06nm)三、核酸的生物功能三、核酸的生物功能 根据在蛋白质合成中所起的作用，RNA分为三类三类：1信使核酸（mRNA）传递DNA的遗传信息，合成模板。2核糖体核酸（rRNA）合成蛋白质的场所。3转移核糖核酸（tRNA）搬运工具-折叠折叠