第23次课-蛋白质核酸多酚及

FacultyofMaterialScience

&Chemistry,ChinaUniversityofGeosciencesMacromolecularChemistry

罗文君生物聚合物及其反应（之二）——蛋白质及多聚肽具体内容：1、氨基酸；2、蛋白质及多肽；3、不同蛋白质及其功能；4、蛋白质的生物合成；5、多肽的实验室合成；6、蛋白质的反应；阅读书目及参考书目：Allcock,H.等原著，张其锦等译.《当代聚合物化学》[M]，北京：化学工业出版社，2016.1陈嘉川，《天然高分子科学》科学出版社，200823-1蛋白质及多聚肽的一般组成I、蛋白质：(protein)氨基酸(aminoacids)通过肽键(peptidebond)相连形成的高分子含氮化合物；氨基酸经缩合反应生成的复杂的多肽共聚物肽键可以同通过人工合成制得多肽共聚物及均聚肽肽键(peptidebond)是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽……寡肽(oligopeptide)，多肽(polypeptide)。23-1蛋白质及多聚肽的一般组成II、蛋白质的生物学和材料学意义蛋白质是生物体重要组成成分分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质；含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。蛋白质是重要的功能材料历史悠久：皮革、羊毛、丝绸、兽角等的应用历史由来已久；性能优异：蛋白质材料的生物相容性和环境友好性几乎无以替代。山药粘蛋白为模板制备的碳酸钙自组装集合体23-1蛋白质及多聚肽的一般组成III、蛋白质-多肽23-2氨基酸I、氨基酸及其性质

按照氨基在碳链上位置的不同，用α、β、γ、δ、ε等对不同的氨基酸进别区别。当氨基位于羧基相邻的第一个碳原子，即α-碳原子上时，被称为α-氨基酸；如果氨基位于相邻的下一个碳原子(β-碳原子)，则为β-氨基酸，以此类推。构成蛋白质的氨基酸全部是α-氨基酸（其余的也称作非蛋白质氨基酸）。氨基酸具有下列通式：

氨基酸是简单的有机化合物，物化性质主要由其碱性官能团-NH2和酸性官能团-COOH决定。不同氨基酸之间的差别仅在于α-碳原子上的取代基R的不同。除了甘氨酸，其他氨基酸的α-碳原子均为不对称碳原子。由α-碳原子的不对称性造成的氨基酸几何异构物分别被称为L-或D-氨基酸。蛋白质中存在的氨基酸均为L-氨基酸。23-2氨基酸II、氨基酸的分类20种常见氨基酸中，除脯氨酸外，均为标准氨基酸。标准氨基酸的结构是式是具有α-氨基和α-羧基，它们之间的区别仅在于侧链官能团R。脯氨酸为亚氨基酸，它的α-亚氨基与侧链共同形成吡咯烷结构。按照侧链官能团的极性，氨基酸分为四种：1、非极性疏水性氨基酸2、极性中性（不带电荷）氨基酸3、酸性（带负电荷）氨基酸4、碱性氨基酸（带正电荷）在每一类型的不同氨基酸之间，其侧链大小、形状和极性也有差别23-2氨基酸II、氨基酸的分类1非极性疏水性氨基酸(7种)②丙氨酸

alanineAla③缬氨酸

valineVal④亮氨酸

leucineLeu⑤异亮氨酸

isoleucineIle一个简单的甲基三碳侧链四碳侧链侧链高度疏水，倾向聚集以避开水，这在建立和维持蛋白质的三维结构中起着重要的作用αC上两个氢原子，赋予分子一点点疏水性①甘氨酸glycineGla23-2氨基酸a)非极性疏水性氨基酸(7种)⑦脯氨酸

prolinePro脯氨酸明显地不同于其他19种氨基酸，它有一个环形的饱和烃侧链结合在α-碳上，严格地讲，脯氨酸是一个亚氨基酸而不是氨基酸。⑥苯丙氨酸

phenylalaninePhe苯基II、氨基酸的分类23-2氨基酸2极性中性（不带电荷）氨基酸(8种)①色氨酸

tryptophanTry吲哚基II、氨基酸的分类侧链含性极性基团，可与水形成氢键③苏氨酸threonineThr②丝氨酸serineSerβ–羟基④酪氨酸tyrosineTryβ–羟基23-2氨基酸2极性中性（不带电荷）氨基酸(8种)II、氨基酸的分类侧链含性极性基团，可与水形成氢键⑥天冬酰胺

asparagineAsn⑤谷氨酰胺

glutamineGln23-2氨基酸2极性中性（不带电荷）氨基酸(8种)II、氨基酸的分类侧链含性极性基团，可与水形成氢键

⑦蛋氨酸methionineMet甲硫醚基⑧半胱氨酸cysteineCys硒在生物体中的赋存形式：硒代氨基酸[1,2][1]I.Chambers,J.Frampton,P.Goldfarb,N.Affara,W.Mcbain,P.R.Harrison,Thestructureofthemouseglutathioneperoxidasegene:theselenocysteineintheactivesiteisencodedbythe'termination'codon,TGA,EmboJournal,5(1986)1221-1227.[2]F.Zinoni,A.Birkmann,T.C.Stadtman,A.Böck,Nucleotidesequenceandexpressionoftheselenocysteine-containingpolypeptideofformatedehydrogenase(formate-hydrogen-lyase-linked)fromEscherichiacoli,ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica,83(1986)4650-4654.23-2氨基酸2极性中性（不带电荷）氨基酸(8种)II、氨基酸的分类侧链含性极性基团，可与水形成氢键半胱氨酸cysteineCys侧链上含有一个巯基(-SH)，又称巯基丙氨酸。虽然半胱氨酸的侧链具有疏水性，但-SH是一个高反应性基团，它可以失去氢质子，像一个弱酸，所以是一种极性氨基酸。二硫键胱氨酸两个半胱氨酸分连通过二硫键连接形成胱氨酸。二硫键(disulfidebond)是两个半胱氨酸的巯基成化形成的。二硫键又称为二硫桥，在稳定某些蛋白质的三维结构中起着重要作用。23-2氨基酸II、氨基酸的分类侧链含羧基3、酸性(带负电荷)氨基酸（2种）①天冬氨酸

asparticacidAsp②谷氨酸

glutamicacidGlu23-2氨基酸侧链含碱性基团d）碱性氨基酸（带正电荷）（3种）赖氨酸

lysineLys精氨酸

arginineArg组氨酸

histidineHisII、氨基酸的分类23-2氨基酸III、氨基酸的性能1、氨基酸的基本理化性质①氨基酸的一般物理性质氨基酸呈无色结晶，熔点高(>200℃)，融熔时即分解。在水中溶解度各不相同，易溶于酸或碱，一般不溶于有机溶剂，通常用乙醇可以把氨基酸从其溶液中沉淀析出。氨基酸有些味苦、有些味甜、有些无味，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。②氨基酸的光学性质蛋白质中的氨基酸除甘氨酸外都具有不对称的碳原子，所以具有旋光性，而为以左旋为多。它们的空间构型是以a-碳原子为中心的四面体，并有两种对应异构体，即L-氨基酸和D-氨基酸。虽然从蛋白质水解得到的氨基酸都是L-氨基酸，但在生物体内特别是细菌中D-型氨基酸还是广泛地存在，如细菌的细胞壁及某些抗菌素中都含有D-氨基酸。23-2氨基酸III、氨基酸的性能②氨基酸的光学性质20种蛋白质氨基酸在可见光区域都无光吸收，在近紫外(220-300nm)侧，侧链基团含有芳香环共轭双键系统的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸具有光吸收最力。其最大吸收分别在280nm波长处，因此可以利用分光光度法方便地测定的白质的含量。芳香族氨基酸的紫外吸收23-2氨基酸III、氨基酸的性能③氨基酸的两性解离氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性离子阳离子阴离子在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。等电点(isoelectricpoint,pI)

23-2氨基酸III、氨基酸的性能④氨基酸的化学反应茚三酮反应:

氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。

23-3蛋白质种类及功能I、蛋白质的分类*根据成分*根据形状这种分类法与两组中聚合物的构象特性以及蛋白质在活体中所起的作用密切相关。纤维状蛋白质球状蛋白质单纯蛋白质结合蛋白质蛋白质部分非蛋白质部分23-3蛋白质种类及功能II、纤维蛋白质纤维状蛋白质是在动物、鸟类及爬行动物的保护和结缔组织中发现的坚韧的不溶性材料，相对球状蛋白质，其二级结构简单得多。分为三个主要类别：α-角蛋白、β-角蛋白和胶原。α-角蛋白在头发、羊毛、动物的角、指甲、毛及皮革中发现，这些材料通常无弹性、坚韧有挠曲性，从古代就被人们用作技术原料。α-角蛋白的分子构象结构是氢键结合的。缠绕在一起形成“绳子”状。纤维状α-角蛋白中α-螺旋的排列是由L-氨基酸残基以右手螺旋排列而成。α-角蛋白材料的强度及韧性可追踪到将螺旋支持在构象中的多重氢键以及半胱氨酸残基之间存在的-S-S-交联。因此，还原剂可将交联键断开，生成S-H键因而使α-角蛋白软化。23-3蛋白质种类及功能II、纤维蛋白质23-3蛋白质种类及功能II、纤维蛋白质胶原是在动物结缔组织和腱中发现的韧性纤维状蛋白质。在此蛋白质中未发现正常的α-螺旋排列，代之以每条多肽链形成松散的螺旋链与其它两条链以分子间氢键结合而形成的三股绳。这样的排列阻止了链间的相对滑动。23-3蛋白质种类及功能

第三种纤维状蛋白质的结构是已被详细研究过的β-角蛋白或排列好的丝纤蛋白，它们在蒸汽中受热和潮气的作用时可拉伸到相当程度。这一过程包括分子内氢键的断裂及α-螺旋线团转变为伸展的锯齿形构象。此时伸展链通过分子间氢键与相邻的链结合，形成有褶的薄片状排列。II、纤维蛋白质23-3蛋白质种类及功能III、球状蛋白质球状蛋白质可溶于水介质中。它们负责组织在活体中进行的化学反应。酶、抗体、血红蛋白、肌红蛋白、血清白蛋白及某些激素都是球状蛋白质。球状蛋白质与纤维状蛋白质不同，它们是由及α-螺旋和非螺旋链段的相互缠结所组成的复杂折叠构成的分子。水分子可占据蛋白质的内部空间，通常存在辅基。了解球状蛋白质的结构和功能可能有三条进攻路线：当人们操作这三个相机的步骤之际，可以确切地说，没有一种球状蛋白质能在所有这三条路线中被充分地了解。目前的学习可通过实例来理解。其一，必须建立氨基酸残基在每条链上的序列，一般用化学方法；其二，必须测定链构象和辅基的位置，一般用X射线衍射技术，虽然也能使用NMR、ESR（电子自旋共振）及其它光谱方法；其三，可尝试根据同一链上不同氨基酸残基之间的引力或斥力合理构筑二级结构和三级结构。23-3蛋白质种类及功能III、球状蛋白质1、肌红蛋白三个球蛋白的例子：由一条肽链（153个氨基酸残基）和一个血红素辅基组成的结合蛋白。功能：在肌肉中运输和储氧23-3蛋白质种类及功能III、球状蛋白质2、细胞色素c三个球蛋白的例子：来自三羧酸循环中产生的琥珀酸辅酶A，其肽链仅有104个氨基酸残基，体内大量存在，一般无需外源补充；且外源补充与体内含量相比甚微。细胞色素C是生物氧化的一个非常重要的电子传递体，在线粒体崤上与其它氧化酶排列成呼吸链，参与细胞呼吸过程。23-3蛋白质种类及功能III、球状蛋白质3、溶菌酶（lysozyme）三个球蛋白的例子：又称胞壁质酶（muramidase）或N-乙酰胞壁质聚糖水解酶（N-acetylmuramideglycanohydrlase），是一种能水解致病菌中粘多糖的碱性酶。主要通过破坏细胞壁中的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡糖之间的β-1,4糖苷键，使细胞壁不溶性粘多糖分解成可溶性糖肽，导致细胞壁破裂、内容物逸出而使细菌溶解。溶菌酶还可与带负电荷的病毒蛋白直接结合，与DNA、RNA、脱辅基蛋白形成复盐，使病毒失活。因此，该酶具有抗菌、消炎、抗病毒等作用。溶菌酶可采用生物工程技术进行克隆、提取而制取,是一种天然酶，无抗药性。23-3蛋白质种类及功能III、球状蛋白质3、溶菌酶（lysozyme）结构三个球蛋白的例子：23-3蛋白质种类及功能III、球状蛋白质3、溶菌酶三个球蛋白的例子：应用领域1．食品行业，主要用于防腐。现已广泛应用于水产品、肉食品、蛋糕、清酒、料酒及饮料中的防腐；还可以添入乳粉中，使牛乳人乳化，以抑制肠道中腐败微生物的生存，同时直接或间接地促进肠道中双歧杆菌的增殖。2．医用：溶菌酶作为一种存在于人体正常体液及组织中的非特异性免疫因素，具有多种药理作用，它具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤的功效，医用溶菌酶其适应症为出血、血尿、血痰和鼻炎等。23-3蛋白质种类及功能III、球状蛋白质3、溶菌酶三个球蛋白的例子：3．生物工程：溶菌酶具有破坏细菌细胞壁结构的功能，以此酶处理G+细菌得到原生质体，因此，溶菌酶是基因工程、细胞工程中细胞融合操作必不可少的工具酶。机理细菌（细胞壁的肽聚糖）溶菌酶水解N-乙酰胞壁酸(NAM)的1位碳原子N-乙酰葡萄糖胺(NAG)的4位碳原子间的β-1.4糖苷键23-3蛋白质种类及功能IV、不冻蛋白质(抗冻蛋白)23-3蛋白质种类及功能IV、不冻蛋白质(抗冻蛋白)Antifreezeproteins，AFPs,或叫冰结构蛋白（icestructuringproteins，ISPs)由某些脊椎动物、植物、真菌和细菌产生的多肽。特点：非依数性即AFP对冰点的降低不和浓度成正比。功能：使宿主物种在零下温度环境下生存。机理：AFP结合到小的冰晶上，阻止冰的结晶化和晶体的生长。越来越多的证据表明，AFP与哺乳动物细胞膜相互作用保护细胞膜不会被冻坏。关于不冻蛋白的研究提示：ATF参与生物体对冷气候的适应过程。目前广泛使用的汽车抗冻剂，如乙二醇，按照依数性规律起作用。AFP对冰点的降低不和浓度成正比，在相当于其他溶解的溶质的1/300到1/500的浓度，而起到防冻剂的作用。这将使它们对渗透压的影响降至最小。AFP得到这种非凡的能力归因于它们在特定的冰晶表面上的结合能力。建议查阅的文献的关键搜索词：耐热微生物和耐盐生物思考题：特殊的蛋白质结构具有特殊的性能，这些结构-性能构效关系对材料设计的意义人为什么会冻僵？23-3蛋白质种类及功能IV、不冻蛋白质(抗冻蛋白)23-3蛋白质种类及功能V、贻贝粘附蛋白贻贝（学名：Mytilusedulis）亦称海虹，也叫青口，煮熟后加工成干品——淡菜贻贝的足腺细胞能分泌出一种超强度粘液,在海水中凝固成足丝,紧密附着在基体材料表面上[6].这种粘液的主要成分是贻贝粘附蛋白(musseladhesiveproteins,MAPs),它可以在潮湿的环境中迅速固化,与基体材料表面形成较强的相互作用。足丝与粘附基体的MAPs界面层中含有大量蛋白质组分Mfp-5(mytilusfootprotein5),其氨基酸序列中含有近30%的L-多巴和15%的赖氨酸(lysine)残基,是赋予APs特殊粘附性能的关键成分[7-8]。[6]M.J.Sever,J.T.Weisser,J.Monahan,S.Srinivasan,J.J.W.Prof,Metal‐MediatedCross‐LinkingintheGenerationofaMarine‐MusselAdhesive,AngewandteChemieInternationalEdition,116(2010)3046-3046.[7]M.Yu,A.JungyeonHwang,T.J.Deming,Roleofl-3,4-DihydroxyphenylalanineinMusselAdhesiveProteins,J.am.chem.soc,121(1999)5825-5826.[8]H.Zhao,J.H.Waite,LinkingadhesiveandstructuralproteinsintheattachmentplaqueofMytiluscalifornianus,JournalofBiologicalChemistry,281(2006)26150-26158.仿贻贝粘附蛋白聚合物的合成23-3蛋白质种类及功能V、贻贝粘附蛋白作业3：查文献:仿贻贝粘附蛋白聚合物的合成

壁虎吸盘、爬墙虎吸盘

荷叶比表面你的认识？23-4蛋白质的生物合成在活细胞中，蛋白质的合成是在酶的作用下由氨基酸在核蛋白体部位完成氨基酸序列：由mRNA中的核酸所决定聚合能量：由ATP供给蛋白质的构筑：

从第一个氨基酸的羧端基与第二个氨基酸的氨基的缩合反应开始，依此类推。23-4蛋白质的生物合成合成分步骤：第1步：氨基酸通过酶的作用以酯化反应键合在转录RNA分子上；最后：mRNA指令的最后一个密码已执行，完整的蛋白质从核蛋白体上分离出来。第2步：在氨基酸-转录RNA酯与mRNA之间生成引发配合物；第3步：按mRNA特定的密码，氨基酸残基建立序列，开始多肽的合成，在每个氨基酸残基都引入以后，mRNA及转录RNA-肽链沿核蛋白体运动至下一个密码点的位置；23-5多肽的实验室合成I、均聚肽的合成可按简单氨基酸常规的缩合反应直接合成但是：这样的聚合物不是蛋白质，它们通常：均聚肽作为材料，仍然具有技术意义：例如，作为可吸收的纤维或外科缝线，提供有价值的模型物以估量特定氨基酸残基在决定天然存在的多肽构象中所起的作用，它们也提供了计算蛋白质构象能的原始材料。֍在水中的溶解度很小֍可能高度结晶֍有多分散的分子量֍在溶液或固态下不采取独立的折叠构象。23-5多肽的实验室合成(化学合成)II、共聚物的合成蛋白质合成中的主要问题是：此一技术以如下反应表示:正常情况下，缩合反应只能发生在一个端基上。这样的过程需要使用“封锁基”或“保护基”以阻止不需要的、非序列的反应发生。多肽链必须逐步地建立，故必须阻止在增长分子两端的缩合反应。缩合反应中常用的脱水剂是：DCC（二环己基碳二亚胺）X、Y为保护基此法用于含9～39个残基的简单肽激素的合成以及胰岛素链的合成23-5多肽的实验室合成II、共聚物的合成碳二亚胺类试剂用作脱水剂的反应机理羧酸1与碳二亚胺反应生成中间体O-酰基异脲2（类似于引进酯基活化羧酸）

2与胺反应生成酰胺3和脲42可与一分子羧酸反应生成酸酐5和脲4酸酐与胺反应也得到酰胺3反应副产物:2重排生成的N-酰基脲6使用低介电常数的溶剂（如二氯甲烷、氯仿）可减少6的生成23-5多肽的实验室合成II、共聚物的合成碳二亚胺用作脱水剂的种类DCC（二环己基碳二亚胺）反应效率高，价格便宜副产物N,N‘-二环己基脲不溶于水，一般用过滤除去，但仍有少量残留于溶液中，难以除净；DCC不如其他固相接肽试剂方便，产物二环己基脲难以从多肽树脂上分离出来；DCC会造成过敏。DIC（N,N'-二异丙基碳二亚胺）用作DCC的替代品，与DCC相比有以下几点优势：DIC为液态，更容易使用；产物N,N'-二异丙基脲可溶于大多数有机溶剂，很容易通过溶剂萃取除去，DIC也因此常用在固态合成中；DIC导致过敏的可能性较低。EDC（1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐）是个可溶于水的碳二亚胺，在酰胺合成中用作羧基的活化试剂，也用于活化磷酸酯基团、蛋白质与核酸的交联和免疫偶连物的制取。使用时的pH范围为4.0-6.0，常和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）或N-羟基硫代琥珀酰亚胺连用，以提高偶联效率。23-5多肽的实验室合成II、共聚物的合成于1963年提出固相多肽合成技术：将氨基酸的羧基末端与不溶性树脂连接，从其氨基端再经过反应添加下一个氨基酸，多余的试剂及副产物则被洗去，如此反复，肽链按设定的系列从羧基端向氨基端延伸。梅里菲尔德合成法（MerrifieldSynthesis）R.B.Merrifield(1921～)美国生物化学家23-5多肽的实验室合成II、共聚物的合成梅里菲尔德合成法（MerrifieldSynthesis）23-6蛋白质的反应I、变性及复性蛋白质的变性(denaturation)在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。造成变性的因素

如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等。

变性的本质破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构应用举例医学上，消毒及灭菌；防止蛋白质变性;材料制备上，制革柔化、缫丝等。

生活中，烫发23-6蛋白质的反应I、变性及复性变性会改变蛋白质的二级和三级结构，二级结构的螺旋、折叠及无规卷曲的构象样式会转变为改变为更无规的线团排列。三级结构所展现的构象主要取决于疏水和亲水的分子内相互作用（加上二硫键）。因此，可预期一旦除去变性因素，则可能重新形成生物活性构象（复性）。e.g.机体体验（发热与退热）；血红蛋白中被移开的血红素残基会再重新进人原先的三维结构内；将酶中的金属原子移去后，酶的活性会失去，再引入金属离子后，酶的催化活性又会恢复。近代聚合物研究的一个主要领域是详细了解为何及如何会发生蛋白质的折叠。一旦在氨基酸序列与折叠蛋白质的形状之间建立相互关系，则通过更换链上一个或几个氨基酸残基就会改变蛋白质的功能。由由于蛋白质的折叠取决于个别氨基酸残基的疏水性和亲水性以及它们的立体、氢键和内部交联能力，根据首要原则，应能预言任何球状状蛋白质的形状及功能。23-6蛋白质的反应II、水解蛋白质可以被酸、碱或蛋白酶催化水解成氨基酸完全水解部分水解在精准的水平上将蛋白质进行选择性水解可用作结构鉴定的方法。水解的方法：1、酸水解：一般用6mol/LHCl或4mol/LH2SO4回流10-24h(100-120℃)，蛋白质完全水解，不引起消旋，得到的是L-型氨基酸。但色氨酸完全被破坏，羟基氨基酸部分被分解，天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解下来。2、碱水解：与5mol/LNaOH共煮10-20h(100-120℃)，完全水解，多数氨基酸不同程度地被破坏，得到的是L型和D型的混合物；精氨酸脱氨，但色氨酸稳定23-6蛋白质的反应II、水解3、酶水解不产生消旋，不破坏氨基酸。部分水解。可用的酶：胰蛋白酶(trypsin)；胰凝乳蛋白酶(chymotrypsin，糜蛋白酶)；胃蛋白酶(pepsin)。特点：专一性，因此酶法水解成为趋势。蛋白质水解酶，protease：按水解底物的部位可分为：内肽酶：水解蛋白质中间部分的肽键外肽酶：自蛋白质氨基或羧基末端逐步降解氨基酸残基。23-6蛋白质的反应III、侧基反应1、以氧化氘或氧化氚处理蛋白质，可交换肽键中的氢原子。交换速率取决于特定肽键在链上的位置及作用。疏水性侧基（R）或包含N-H基的氢键能延缓交换。因此，可用氘交换研究测定特定氨基酸残基在一个未变性蛋白质中所处的环境。23-6蛋白质的反应III、侧基反应含卤素试剂能与-SH、-OH、-NH2或-COOH反应。例如碘乙酸ICH2COOH与-SH或-NH2基的反应。半胱氨酸残基可用此步骤鉴别及蛋白质改性。蛋白质中不同的取代基，包括含:-OH、-COOH、-NH2、-NH-、-CONH2、-SH或-SCH3功能基的R基可被合适的试剂诱导其反应。这类反应可用于结构测定或用于特定位点上的精细改性，以观察蛋白质在生理性质上的变化工业上，利用侧链反应可改进含蛋白质产品的物理性质。23-6蛋白质的反应III、侧基反应卤代酰基或酸酐可与-OH、-NH2、-COOH基反应,乙酸酐能使羊毛中至少90%的侧氨基酰化。在酸性条件下可用醇使羧酸基酯化。硫酸与-OH或-SH基反应生成硫酸酯或硫代酸酯。23-6蛋白质的反应III、呈色反应⒈茚三酮反应(ninhydrinreaction)⒉双缩脲反应(biuretreaction)蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。在碱性溶液（NaOH）中，双缩脲（H2NOC－NH－CONH2）能与铜离子（Cu2+）作用，形成紫红色配合物。23-6蛋白质的反应III、呈色反应⒉双缩脲反应(biuretreaction)蛋白质分子中含有很多与双缩脲结构相似的肽键，因此也能与铜离子在碱性溶液中发生双缩脲反应，且颜色深浅与蛋白质的含量的关系在一定范围内符合比尔定律，而与蛋白质的氨基酸组成及分子量无关，故可用双缩脲法测定蛋白质的含量（借助分光光度计可减小误差）生物聚合物及其反应（之三）——核酸阅读书目及参考书目：1、Allcock,H.等原著，张其锦等译.《当代聚合物化学》[M]，北京：化学工业出版社，2016.12、陈嘉川，《天然高分子科学》科学出版社，2008；3、周爱儒，《生物化学》第6版，200724-1生物信息大分子——核酸1、核酸的概念及研究史核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息VIIIVIIVIVIVIIIIII1953年

Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构1968年Nirenberg发现遗传密码1975年Temin和Baltimore发现逆转录酶1981年Gilbert和Sanger建立DNA测序方法1985年Mullis发明PCR技术1990年美国启动人类基因组计划(HGP)1994年中国启动中国人类基因组计划2001年美、英等国完成人类基因组计划基本框架1868年FridrichMiescher从脓细胞中提取“核素”1944年

Avery等人证实DNA是遗传物质72聚合酶链式反应(PolymeraseChainReaction)，简称PCR，是一种分子生物学技术，用于放大特定的DNA片段。可看作生物体外的特殊DNA复制。生物聚合物及其反应（之三）——核酸DNA是生物的最重要的遗传物质。其双螺旋结构被发现后，人们意识到：DNA之所以拥有惊人存储能力，是因为它的分子具有和计算机软件类似的编码方式。DNA通过4种碱基的排列组合进行编码，存储了生物所有的遗传信息，是一种四进制的表达方式。尽管今天电子计算机广泛使用的是二进制编码方式，但二者实则殊途同归。这也就意味着，理论上我们可以使用4种碱基的组合来对信息进行编码，并操作这些编码来进行运算。生物聚合物及其反应（之三）——核酸一个数学中的经典难题：由14条单行道连接着7座城市，请找出走过上述全部城市的最近路途，而且不能走回头路。——著名的“汉密尔顿路径问题”1994年，阿德曼发表了一篇论文，提出了用DNA计算的方式解决这一问题的技术：美国南加利福尼亚大学计算机科学家用不同碱基的组合分子定义出每个城市和每两个城市之间的路径，其中路径的编码刚好和两个城市的编码互补；再把这些分子和合适的酶放进试管，让它们自由组合。只需要几秒钟，分子们就已经组合出了正确的答案。阿德曼的成功，掀起了生物计算的热潮。1997年，美国罗切斯特大学的研究者用DNA分子实现了计算机的基本器件逻辑门，这就让类似电子计算机所用的那种传统布尔逻辑运算成为可能。但是，有了逻辑门并不意味着就可以制造出计算机，这就像掌握了烧砖的技术并不意味着能够建造起摩天大楼一样。科学家还在继续摸索。生物聚合物及其反应（之三）——核酸24-1生物信息大分子——核酸1、核酸的分类及结构携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。核糖核酸(ribonucleicacid,RNA)脱氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等分布于胞核、胞液。24-1生物信息大分子——核酸1、核酸的分类及结构

核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸聚合而成的具有一定空间结构的大分子化合物。磷酸核苷碱基戊糖核酸→核苷酸其它嘌呤（核酸的代谢产物）：黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等24-1生物信息大分子——核酸1、核酸的分类及分布核苷中戊糖与碱基的连接方式：

腺嘌呤核苷（adenosine）胞嘧啶脱氧核苷（deoxycytidne）天然核苷：一般为反式构象

核糖核苷（核苷）：A、G、C、U脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：dA、dG、dC、dT核苷命名，简写符号:

24-1生物信息大分子——核酸1、核酸的分类及结构2’，3’，5’一核糖核苷酸(2´-AMP)(3´-AMP)(5´-AMP)24-1生物信息大分子——核酸1、核酸的分类及结构5’→3’1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构。24-2植物多酚（植物单宁）植物多酚(plantpolyphenol)又称为植物单宁(vegetaoletannin)，是植物中所含单宁及与单宁有生源关系的化合物的总称。I、植物多酚的概念单宁的结构式作为植物次生代谢产物广泛存在于高等植物的根、皮、叶及果实中，如豆科(Leguminosae)，桃金娘科(Myrtaceae)和马鞭草科(Verloenacea)，其含量仅次于纤维素、木质素和半纤维素，在植物体内通常与蛋白质、多糖以氢键和疏水链的形式形成稳定的分子复合物。含单宁较多的植物超过800种，已知单宁也有5000多种，是一类分布广、资源丰富、种类繁多的天然产物。II、植物多酚的理化性能24-2植物多酚（植物单宁）天然的植物多酚一般为米色、浅褐色至红褐色无定型固体，少数单宁在纯化后能形成晶体。具有强极性，溶于水、甲醇、乙醇、丙酮，低相对分子质量单宁溶于乙酸乙酯，难溶或不溶于乙醚，不溶于苯、氯仿、石油醚及二硫化碳。单宁在水溶液中呈弱酸性，且溶液具有半胶体溶液的性质，单宁胶体带负电荷，加盐能使一部分单宁在溶液中盐析而沉淀。为什么呈弱酸性？为什么呈就胶体性能？II、植物多酚的理化性能24-2植物多酚（植物单宁）植物多酚含有多种活性基团，容易发生氧化分解反应、水解反应、酚醛缩合和曼尼希反应、磺化反应和缩合反应等。水解类单宁在酸、碱和酶的作用下不易水解，但可以在强酸作用下缩合形成沉淀。含疏水键的多酚分子能够以疏水反应形式进入蛋白质，多酚的酚羟基与蛋白质的极性基团发生多位点氢键结合，产生不溶于水的化合物。酚羟基的氢和蛋白质上的氨基、亚氨基，羰基等均能形成氢键II、植物多酚的理化性能24-2植物多酚（植物单宁）羟基上的反应显色反应：遇三价铁盐呈蓝或绿色遇亚硝酸钠，碘酸钾等呈红色或褐色鉴别酚或烯醇式结构的存在氧化反应：容易被氧化生成醌类物质，单宁水溶液能吸收空气中的氧，氧化后的多酚物质颜色变深。醚化反应：多酚酚羟基能够转化为醚，醚化后的多酚极性减小，水溶性降低，酯溶性提高，增加了其稳定性。II、植物多酚的理化性能24-2植物多酚（植物单宁）羟基上的反应羟基上的活泼氢可以与糖端基的羟基缩合形成糖苷，多酚分子中糖的接入，可以使其水溶性增加，稳定性增强。适宜于酚类的苷化方法主要是乙酰化糖法和乙酰卤糖法。植物体内的多酚苷化则是在糖菊基转化酶的催化下完成的。苷化反应：酰化反应：酚羟基和醇羟基都能被酰化，但由于反应吸热，酚羟基较醇羟基更难反应。通过衍生化方法酰化，能够得到多酚的酯，被用于植物多酚的分离及结构鉴定。乙酸酐-吡啶法可将全部的醇羟基和酚羟基转化为乙酸酯。甲基醚通过酰化能产生乙酸酯，从甲氧基、乙酰基的个数可以判断酚羟基和醇羟基的个数。天然多酚的酰化形式最常见的是其桔酸酯。II、植物多酚的理化性能24-2植物多酚（植物单宁）溴化反应单宁溶液中加入溴水，缩合类单宁产生黄色或红色沉淀，而水解类单宁则保持澄清。缩合单宁A环6位及8位为亲核性位置，容易与缺电子试剂发生取代反应，在亲电试剂过量的情况下，还可在B环上发生取代，生成6，8，2’-三取代产物。因而溴化反应可作为单宁的一种定性方法。水解反应水解反应包括酸水解、碱水解、加热水解、酶水解和醇解，多酚在不同的pH条件下会发生水解或缩合；水解、化学降解或磺化处理后的多酚物质相对分子质量减小，与金属配位时的空间位阻减小，可以提高单宁与金属离子配位能力。II、植物多酚的理化性能24-2植物多酚（植物单宁）酚醛缩合和曼尼希反应单宁、甲醛和盐酸共沸，发生多酚苯环上的亲电取代反应，以A环上6、8位亲核活性中心