第十五蛋白质和核酸

1、151 氨基酸氨基酸如如：R-CH-CH2-COOH R-CH-COOH NH2NH2 -氨基酸氨基酸 -氨基酸氨基酸 氨基酸是羧酸分子中碳链上的氢原子被氨基取代后的生成物。分氨基酸是羧酸分子中碳链上的氢原子被氨基取代后的生成物。分子中子中含有氨基和羧基两种官能团。含有氨基和羧基两种官能团。分分类类1. 据氨基和羧据氨基和羧 基相对位置基相对位置氨基酸氨基酸 氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸CH2-COOHNH2NH2CH2CHCOOH2. 据氨基和据氨基和羧基的数目羧基的数目 中性氨基酸中性氨基酸 碱性氨基酸碱性氨基酸 酸性氮基酸酸性氮基酸分子中分子中-NH2与与-COOH 数目相同数目相同分子中分

2、子中-NH2-COOH 数目数目分子中分子中-NH2-COOH 数目数目NH2NH2如：如：CH2-COOH CH3CHCOOH HO- -CH2CHCOOHNH2H2N-CH2CH2CH2CH2CH-COOHNH2HOOC-CH2CH2CH-COOHNH2碱性氨基酸碱性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸 在在 -氨基酸氨基酸的命名中，习惯上多数以的命名中，习惯上多数以俗名俗名来来命名命名，而组成蛋白质的而组成蛋白质的 -氨基酸仅二十多种，见表氨基酸仅二十多种，见表151。命命名名 除甘氨酸外，除甘氨酸外， -氨基酸氨基酸都都有手性有手性，有旋光性，它们的，有旋光性，它们的构型取决于构型取决于 -碳原

3、子。氨基酸的碳原子。氨基酸的构型构型是与是与乳酸乳酸相比而相比而定定。 例如：与例如：与L-乳酸相应的乳酸相应的L-丙氨酸的构型是：丙氨酸的构型是：L-L-丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸氨基酸L-L-乳酸乳酸COOHH2NHCH3HOCOOHHCH3COOHH2NHR 结结 构构蛋白质中的蛋白质中的氨基酸氨基酸续上表续上表1. 两性与等电点两性与等电点（1）两性）两性 -氨基酸含有一个酸性的羧基（氨基酸含有一个酸性的羧基（-COOH），），也含有一个碱也含有一个碱性的氨基（性的氨基（-NH2），），故它遇到酸或碱均可生成盐。故它遇到酸或碱均可生成盐。 -氨基酸分子内两基团可以生成盐（称内盐）。氨基

4、酸分子内两基团可以生成盐（称内盐）。R-CH-COOH + HCl R-CH-COOHNH2NH3Cl+-R-CH-COOH + NaOH R-CH-COO Na + H2ONH2NH2+-内盐内盐（亦称为偶极离子）（亦称为偶极离子）NH2NH3R-CH-COOH R-CH-COO+- 氨基酸的某些物理性质和光谱性质表明，氨基酸主要是以氨基酸的某些物理性质和光谱性质表明，氨基酸主要是以内盐内盐的形式存在的。分子中没有游离的的形式存在的。分子中没有游离的-NH2 或或 -COOH。 氨基酸一般在氨基酸一般在200以下不熔化，具有较高的熔点（实际上以下不熔化，具有较高的熔点（实际上是分解点）。氨基

5、酸可溶于水，而不溶于苯、醚等非极性有机溶是分解点）。氨基酸可溶于水，而不溶于苯、醚等非极性有机溶剂。这些都是由偶极离子结构所导致的特性。剂。这些都是由偶极离子结构所导致的特性。（2）等电点）等电点氨基酸在纯水溶液中可形成如下的平衡：氨基酸在纯水溶液中可形成如下的平衡：R-CH-COOH 正离子正离子（III） 两性离子两性离子（I） 负离子负离子（II）NH2H2OH2O+NH3R-CH-COO-NH3OH + R-CH-COOH+- NH2R-CH-COO + H3O-+ 由于氨基酸的酸性基团由于氨基酸的酸性基团-NH3和碱性基团和碱性基团-COO-的相对强度不完全的相对强度不完全相同。即相

6、同。即-NH3给质子能力大于给质子能力大于-COO-接受质子的能力。所以在平衡体接受质子的能力。所以在平衡体系中，负离子数目系中，负离子数目（II）多于正离子多于正离子（III），使氨基酸带有一定数量使氨基酸带有一定数量的净负电荷的净负电荷（II），其溶液略显酸性其溶液略显酸性（pH值略小于值略小于7）。+ 如果在氨基酸水溶液的平衡体系中外加酸，则可抑制负离子（如果在氨基酸水溶液的平衡体系中外加酸，则可抑制负离子（II）的生成，而使正离子（的生成，而使正离子（III）数量增加，平衡向左移动。当加入适量的数量增加，平衡向左移动。当加入适量的酸时，可以使（酸时，可以使（II）和（和（III）的数量

7、相等，氨基酸的净电荷等于零。的数量相等，氨基酸的净电荷等于零。将此溶液置于电场中，氨基酸向阳极移动的速度和向阴极移动的速度将此溶液置于电场中，氨基酸向阳极移动的速度和向阴极移动的速度相等。该溶液的相等。该溶液的pH值则称为氨基酸的值则称为氨基酸的等电点等电点。（简写。（简写PI） 等电点时等电点时： 氨基酸处于电氨基酸处于电中性状态中性状态 （即溶液中正、（即溶液中正、负离子浓度相等），此时溶负离子浓度相等），此时溶液的液的pH值值是氨基酸电中性是氨基酸电中性时的时的pH值。值。 正离子正离子（III） 两性离子两性离子（I） 负离子负离子（II）OH-H+NH3R-CH-COO-NH3OH

8、+ R-CH-COOH+- NH2R-CH-COO + H3O-+H+OH-氨基酸等电点的两点说明：氨基酸等电点的两点说明： 不同的氨基酸有不同的等电点。所以可以通过测定氨基酸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。的等电点来鉴别氨基酸。 等电点是每一种氨基酸的特定常数。在等电点时，以两性等电点是每一种氨基酸的特定常数。在等电点时，以两性 离子形式存在的氨基酸浓度最大（在水溶液中），氨基酸的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。溶解度最小。 中性中性氨基酸的等电点氨基酸的等电点pH=5.06.5之间。之间。碱性碱性氨基酸的等电点氨基酸

9、的等电点pH=7.610.8之间。之间。 酸性酸性氨基酸的等电点氨基酸的等电点pH=2.83.2之间。之间。 2.与亚硝酸反应与亚硝酸反应RNH2+HNO2 ROH + N2 + H2OR-CH-COOH+HNO2 R-CH-COOH + N2 + H2ONH2OH3.与甲醛反应与甲醛反应R-CH-COOH+H-C-H R-CH-COOH + H2ONH2N=CH2=O4. 氨基与羧基的反应氨基与羧基的反应羧基具有酸的一般性质，可以成酰卤、酯等反应。羧基具有酸的一般性质，可以成酰卤、酯等反应。氨基也有氨的性质，如可以进行酰化、烷基化等。氨基也有氨的性质，如可以进行酰化、烷基化等。酰基化反应：酰

10、基化反应：RC Cl + H NHCHCOOHORRCNHCHCOOH + HClR =O=烃基化反应烃基化反应如果要引入芳基，则可与如果要引入芳基，则可与2,4二硝基氟苯进行烃基化二硝基氟苯进行烃基化 R-X + HNH-CH-COOH R-NH-CH-COOH + HXRN-烃基氨基酸烃基氨基酸RNO2-HFNH-CH-COOHRNO2NO2FNO2+ H2N-CH-COOHR5. 受热反应受热反应 -氨基酸分子间脱水氨基酸分子间脱水交酰酯交酰酯R-CHNHHHO-CC OHHC-RHHN=-2H2OO=NR-CHCCCH-RNO=+OO=HH -氨基酸分子内脱水氨基酸分子内脱水R-CH

11、- CH-COOHR-CH=CH-COOH + NH3- -HNH2- - -和和-氨基酸分子内脱水氨基酸分子内脱水R-CHCH2CH2CH2-COH- -NHH=O-内戊内戊酰胺酰胺R-HCCH2CCH2NH=CH2O+ H2OCH2R-HCNHC=OCH2+ H2O-丁内酰胺丁内酰胺R-CHCH2CH2-COH=O- -NHH6. 与茚三酮反应与茚三酮反应 凡凡-氨基酸都氨基酸都可以和茚三酮发生可以和茚三酮发生呈紫色的反应。是呈紫色的反应。是鉴别鉴别-氨基酸的特氨基酸的特效反应。效反应。茚茚 茚三酮茚三酮 水合茚三酮水合茚三酮茚三酮在水溶液中茚三酮在水溶液中： + HOH茚三酮茚三酮水合茚

12、三酮水合茚三酮OOOOOOHOH+ CO2 + RCHO蓝紫色蓝紫色NH2 + R-CH-COOH水合茚三酮水合茚三酮OOOHOH2OONO-O注：注：N-取代的取代的-氨基酸氨基酸、-氨基酸氨基酸、 -氨基酸氨基酸等均不与茚等均不与茚三酮发生三酮发生显色显色反应。反应。7. 失羧作用失羧作用NH2CH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2NH2CH2CH2CH2CH2CH2NH2CO28. 失羧和失氨作用（失羧和失氨作用（P288） 152 多多 肽肽蛋白质蛋白质 多肽多肽 - 氨基酸氨基酸水解水解水解水解肽肽指一分子指一分子 -氨基酸的氨基酸的-NH2和另一分子和另一分子 - 氨基酸的氨基

13、酸的-COOH之间之间 缩水所生成的酰胺化合物。缩水所生成的酰胺化合物。-C-NH-肽键O肽键-H2OH2N-CH-C-NH-CH-C-OHRR二 肽H2N-CH-C-OH + HNH-CH-C-OHRROO氨基酸 I氨基酸 IIOO由二个氨基酸组成由二个氨基酸组成称二肽称二肽由三个氨基酸组成由三个氨基酸组成称三肽称三肽由多个氨基酸组成由多个氨基酸组成称多肽称多肽 多肽与蛋白质无严格的界限，一般将分子量大（约一万以上）的多肽与蛋白质无严格的界限，一般将分子量大（约一万以上）的多肽称蛋白质。分子量小的叫多肽称蛋白质。分子量小的叫多肽多肽。从广义来说，多肽也是蛋白质。从广义来说，多肽也是蛋白质。实

14、际上，有些蛋白质本身就是多肽。实际上，有些蛋白质本身就是多肽。一、多肽的命名和表达方式一、多肽的命名和表达方式H2NCH2COOH + H2N-CHCOOHCH3甘氨酰丙氨酸甘氨酰丙氨酸 丙氨酰甘氨酸丙氨酰甘氨酸H2NCH2-C-NH-CHCOOHCH3OaH2NCH-C-NH-CH2COOHCH3Ob催产素催产素为为8肽。胰岛素肽。胰岛素为为51肽。肽。如：肌肽如：肌肽（-丙氨酰组氨酸丙氨酰组氨酸）是人体及动物肌肉组织中发现的二肽。）是人体及动物肌肉组织中发现的二肽。ab 肽的命名，是从肽的命名，是从N-端端开始，由左至右依次将每个氨基酸单位写开始，由左至右依次将每个氨基酸单位写成成“某氨酰

15、某氨酰”，最后一个氨基酸单位的羧基是完整的，写为，最后一个氨基酸单位的羧基是完整的，写为“某氨某氨酸酸”（二肽）（二肽）2个氨基酸个氨基酸组成肽组成肽有有2种异构体（二种连接方式）种异构体（二种连接方式）（三肽）（三肽）3个氨基酸个氨基酸组成肽组成肽有有6种异构体种异构体 （四（四肽）肽）4个氨基酸个氨基酸组成肽组成肽有有27种异构体种异构体 （六肽）（六肽）6个氨基酸个氨基酸组成肽组成肽有有720种异构体种异构体谷氨酰半胱氨酰甘氨酸（简称：谷谷氨酰半胱氨酰甘氨酸（简称：谷半胱半胱甘或甘或GIu-Cys-GIy）含有游离含有游离H2N-一端叫一端叫N端端写在左边；写在左边；含有游离含有游离-C

16、OOH一端叫一端叫C端端 写在右边。写在右边。谷氨酸谷氨酸半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸甘氨酸OOH2NCHCNHCHCNHCH2 COOHCH2CH2COOHCH2SH二、多肽结构的测定二、多肽结构的测定测定多肽分子中氨基酸顺序的一般步骤：测定多肽分子中氨基酸顺序的一般步骤：彻底水解成彻底水解成-氨基酸。氨基酸。测定各种氨基酸在多肽组成中的相对数目。测定各种氨基酸在多肽组成中的相对数目。测定测定C-端、端、N-端是什么氨基酸。端是什么氨基酸。测定氨基酸的排列顺序。测定氨基酸的排列顺序。153 蛋白质蛋白质 一、蛋白质的分类一、蛋白质的分类二、蛋白质的结构二、蛋白质的结构一级结构一级结构二级结构二级结

17、构三级结构三级结构四级结构四级结构（高级结构）统称空间结构（高级结构）统称空间结构（初级结构）（初级结构）1. 1. 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构牛胰岛素的一级结构一级结构一级结构是指蛋白质分子链中各种氨基酸结合的顺序。是指蛋白质分子链中各种氨基酸结合的顺序。胰核糖核酸酶的一级结构2. 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构蛋白质中有蛋白质中有两种类型的两种类型的二级结构二级结构-螺旋型螺旋型 -折叠型折叠型由肽链之间的由肽链之间的氢键所造成）氢键所造成）由两条肽链或一条由两条肽链或一条肽链内两段肽链之肽链内两段肽链之间形成氢键）间形成氢键）H-NC=O H-NC=O氢键氢键二级结构二级结构 是

18、由于肽键之间的氢键造成。在一个肽键的是由于肽键之间的氢键造成。在一个肽键的C=O与与 另一个肽键的另一个肽键的-NH2之间存在氢键。之间存在氢键。中心洞太小(11.1nm),溶剂分子无法进入。螺旋线间隔约0.54nm。 每圈有3.6个氨基酸单位。-折叠型反平行N端C端3. 蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构维持三级结构的力来自氨基酸侧链之间的相互作用。维持三级结构的力来自氨基酸侧链之间的相互作用。主要包括主要包括二硫键二硫键氢键氢键正负离子间的静电引力（离子键）正负离子间的静电引力（离子键）疏水基团间的亲和力（疏水键）疏水基团间的亲和力（疏水键）三级结构：三级结构：实际上蛋白质分子很少以简单的实

19、际上蛋白质分子很少以简单的-螺旋或螺旋或 -折叠折叠 型型结构存在，而是在二级结构的基础上进结构存在，而是在二级结构的基础上进 一步卷曲折叠，构成具一步卷曲折叠，构成具有特定构象的紧凑结构有特定构象的紧凑结构。 肌红蛋白的三级结构4. 蛋白质四级结构蛋白质四级结构其中每条肽链称为一个其中每条肽链称为一个亚基亚基。维护四级结构的主要是维护四级结构的主要是静电引力静电引力。蛋白质分子中由多条肽链（三级结构）聚合而形蛋白质分子中由多条肽链（三级结构）聚合而形成特定构象的分子叫做蛋白质的四级结构。成特定构象的分子叫做蛋白质的四级结构。四级结构四级结构 1、2 、 1 、 2分别代表血红蛋白四条肽链 a

20、.盐键（离子键盐键（离子键 ） b.氢键氢键 c.疏水相互作用力疏水相互作用力 d.范德华力范德华力 e.二硫键二硫键 f. 酯键酯键维系蛋白质分子的一级结构：维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键肽键、二硫键维系蛋白质分子的二级结构：维系蛋白质分子的二级结构：氢键氢键维系蛋白质分子的三级结构：维系蛋白质分子的三级结构：疏水相互作用力、氢键、范德华力、盐键疏水相互作用力、氢键、范德华力、盐键维系蛋白质分子的四级结构：维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键范德华力、盐键 1. 两性与等电点两性与等电点 蛋白质和氨基酸一样，也是两性物质（在肽链中有蛋白质和氨基酸一样，也是两性物质（在肽链中有C-

21、端的端的COOH；N-端的端的NH2）有它们的等电点。有它们的等电点。 不同蛋白质，其等电点不相同。在等电点时，蛋白质的溶不同蛋白质，其等电点不相同。在等电点时，蛋白质的溶解度最小，因此可以通过调节溶液的解度最小，因此可以通过调节溶液的pH值，使蛋白质从溶液值，使蛋白质从溶液中析出，达到分离或提纯的目的。中析出，达到分离或提纯的目的。阳离子阳离子NH3+P COOH阴离子阴离子PCOO-NH2PNH2COOH两性离子两性离子NH3+P COO-等电点等电点OH-OH-H+H+三、蛋白质的理化特性三、蛋白质的理化特性2. 蛋白质的胶体性质蛋白质的胶体性质 由于蛋白质的分子量很大，在水中能够形成胶体溶液