氨基酸蛋白质和核酸

氨基酸蛋白质和核酸第1页，共61页，2023年，2月20日，星期一-氨基酸可分为

中性氨基酸碱性氨基酸酸性氮基酸甘氨酸氨基乙酸

Gly

丙氨酸

-氨基丙酸

Ala

酪氨酸-氨基-3-对羟基苯基丙酸

Tyr俗名：系统命名：缩写符号：中性氨基酸在分子中-NH2与-COOH数目相同。NH2NH2如：CH2-COOHCH3CHCOOHHO--CH2CHCOOHNH2一、氨基酸的结构、命名和分类第2页，共61页，2023年，2月20日，星期一碱性氨基酸——在分子中-NH2的数目多于-COOH的数目。酸性氨基酸——在分子中-COOH数目多于-NH2数目。在-氨基酸的命名中，习惯上多数以俗名来命名。俗名：赖氨酸系统命名：2,6-二氨基己酸缩写符号：LysH2N-CH2CH2CH2CH2CH-COOHNH2HOOC-CH2CH2CH-COOHNH2俗名：谷氨酸系统命名：2-氨基戊二酸缩写符号：Glu第3页，共61页，2023年，2月20日，星期一除甘氨酸外，-氨基酸都是手性的，有旋光性，它们的构型取决于-碳原子。氨基酸的构型是与乳酸相比而确定的。例如：与L-乳酸相应的L-丙氨酸的构型是：L-丙氨酸L-氨基酸氨基酸的构型习惯于用D、L标记法一般天然产的氨基酸都为L型的，如果用R/S法标记，那么天然氨基酸大多属于S-构型。但也有R-构型的，如L-半胱氨酸为R-构型。L-乳酸COOHH2NHCH3COOHHHOCH3COOHH2NHR第4页，共61页，2023年，2月20日，星期一1.两性与等电点（1）两性-氨基酸含有一个酸性的羧基（-COOH），也含有一个碱性的氨基（-NH2），故它遇到酸或碱都能生成盐。-氨基酸分子内这两个基团也可以生成盐（称内盐）。二、化学性质R-CH-COOH+HClR-CH-COOHNH2NH3Cl+-R-CH-COOH+NaOHR-CH-COONa

+H2ONH2NH2+-NH2NH3R-CH-COOHR-CH-COO+-内盐（亦称为偶极离子）第5页，共61页，2023年，2月20日，星期一这些都是由偶极离子结构所导致的特性。氨基酸的红外光谱上，没有典型的COOH伸展吸收峰（1725~1700cm-1）,而只有COO-

负离子的伸展吸收峰（1650~1545cm-1）。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的形式存在的。分子中没有游离的-NH2或-COOH。氨基酸一般在200℃以下不熔化，具有较高的熔点（实际上是分解点）。氨基酸可溶于水，而不溶于苯、醚等非极性有机溶剂。例如：第6页，共61页，2023年，2月20日，星期一（2）等电点氨基酸在纯水溶液中可形成如下的平衡：等电点由于氨基酸的酸性基团-NH3和碱性基团-COO-的相对强度不完全相同。即-NH3给质子能力大于-COO-接受质子的能力。所以在平衡体系中，负离子数目（II）多于正离子（III），使氨基酸带有一定数量的净负电荷（II），其溶液略显酸性（pH值略小于7）。++正离子（III）

两性离子（I）

负离子（II）NH2R-CH-COOHH2OH2O+NH3R-CH-COO-NH3OH+R-CH-COOH+-

NH2R-CH-COO

+H3O-+第7页，共61页，2023年，2月20日，星期一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（III）数量增加，平衡向左移动。当加入适量的酸时，可以使（II）和（III）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相等。该溶液的pH值则称为氨基酸的等电点。（简写PI）氨基酸等电点包含两层意思：①说明在等电点时，氨基酸本身处于电中性状态（即溶液中正、负离子浓度相等）。②说明氨基酸是电中性时的pH值。第8页，共61页，2023年，2月20日，星期一氨基酸等电点的两点说明：①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。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），氨基酸的溶解度最小。

中性氨基酸的等电点pH=5.0~6.3之间。◆碱性氨基酸的等电点pH=7.6~10.8之间。◆

酸性氨基酸的等电点pH=2.8~3.2之间。◆第9页，共61页，2023年，2月20日，星期一2.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。氨基也有氨的性质，如可以进行酰化、烷基化等。此法常用来保护氨基。也可用苄氧甲酰氯作酰化剂。酰基化反应：R—C—Cl+HNHCHCOOHOR’R—C—NHCHCOOH+HClOR’R-HClCH2-O-C-NHCHCOOHOCH2O-C-Cl+NH2-CH-COOHOR第10页，共61页，2023年，2月20日，星期一烃基化反应：如果要引入芳基，则可与2,4—二硝基氟苯进行烃基化3.与亚硝酸反应：

R-X+HNH-CH-COOHR-NH-CH-COOH+HXR’R’N-烃基氨基酸NO2--FNO2NO2--NO2+H2N-CH-COOHR-HFNH-CH-COOHRRNH2+HNO2ROH+N2+H2OR-CH-COOH+HNO2R-CH-COOH+N2+H2ONH2OH第11页，共61页，2023年，2月20日，星期一4.与茚三酮反应茚三酮在水溶液中：注：N-取代的α-氨基酸、β-氨基酸、γ-氨基酸等均不与茚三酮发生显色反应。=O+OOHOHOOOHOH茚三酮水合茚三酮O—N=CNH2+R-CH-COOHOOOHOH2OO水合茚三酮+CO2+RCHO蓝紫色OH第12页，共61页，2023年，2月20日，星期一凡是有游离氨基的氨基酸都可以和茚三酮发生呈紫色的反应。茚 茚三酮水合茚三酮第13页，共61页，2023年，2月20日，星期一反应历程：-CO2重排OO-CH-N=CHR氨基茚三酮H2O-RCHOOOCH-NH2-2H2OOOOHOH+H2N-CH-COOHROO=N-CH-COOHROOOHOHOOCHO—N=CO—N=COOOOH蓝紫色第14页，共61页，2023年，2月20日，星期一氨基酸不仅是组成蛋白质的结构单元，而且它们本身也是人体生长的重要营养物质，具有特殊的生理作用。因此氨基酸的生产和应用早就得到人们的重视。游离的氨基酸在自然界很少见，它们主要以聚合体形式（多肽或蛋白质）存在于动、植物中。1.蛋白质水解2.微生物发酵法——以糖质原料（如淀粉、果糖、蔗糖）或以石油及其制品（如石蜡、煤油、乙醇、醋酸）为主要碳源，在氮、磷、钾等物质存在下，经过微生物发酵而生成氨基酸。人毛发胱氨酸、半胱氨酸水解小麦蛋白（面筋）谷氨酸（其钠盐为味精）水解三、氨基酸的来源与合成第15页，共61页，2023年，2月20日，星期一微生物发酵法的原料价廉，在大多数情况下，由于细菌的特异作用，能直接得到L—型氨基酸，无需再进行外消旋的拆分。3.酶法在酶的作用下，可将一定原料转化成L-氨基酸。特点：酶的催化选择很强，生产过程简单，产率高，副产品少，周期短，成本低。——得到的氨基酸多是外消旋体，要进行拆分才能得到光学活性物质。反—丁烯二酸HHOOCC=CHCOOH天门冬氨酸酶NH4L—天门冬氨酸COOHH2NHCH2COOH+4.化学合成法第16页，共61页，2023年，2月20日，星期一（1）由醛酮作原料：（2）由α-卤代酸氨解：（3）盖瑞尔法：

α-卤代酸酯和邻苯二甲酰亚胺钾反应，再经水解，可制得产率、纯度较高的氨基酸。NH3R-CH-CNNH2H2OR-CH-COOHNH2NH3R-CH-COOH+HBrNH2~60%H2OH+-C-OH-C-OHOO+H3N-CH-COOH

R+89%+C2H5OHCCOONK+Cl-CH-COOC2H5RR-CHO+HCNOHR-CH-CNBr2PR-CH2-COOHBrR-CH-COOHCCOON-CH-COOC2H5R97%第17页，共61页，2023年，2月20日，星期一（4）由丙二酸酯合成：CH2(COOC2H5)2BrCH(COOC2H5)2Br2①

C2H5ONa②

RXCCOON-C(COOC2H5)2ROH-H20H+R-CH-COOHNH2CCOON-CH(COOC2H5)2

CONKCO中间物第18页，共61页，2023年，2月20日，星期一

R-X除为一般的伯卤外，还可以为ClCH2COOC2H5、ClCH2CH2SCH3等多种卤代物。中间物也可以与α、β-不饱和酯（酮）进行麦克尔加成，合成各种结构的氨基酸。+C2H5ONaCCOON-CH(COOC2H5)2CCOON-C

(COOC2H5)2_C6H5CH2CHCOOH（64%）NH2H3O+HOOCCH2CHCOOH（33%）NH2H3O+CH3SCH2CH2CHCOOH（50%）NH2H3O+HOOCCH2CH2CHCOOH（75%）NH2H3O+CH2=CHCOOC2H5ClCH2CH2SCH3ClCH2COOC2H5ClCH2C6H5第19页，共61页，2023年，2月20日，星期一§19—2多肽由二个氨基酸组成——称二肽由三个氨基酸组成——称三肽由多个氨基酸组成——称多肽蛋白质多肽-氨基酸水解水解肽分子中的酰胺键称为肽键。肽——指一分子-氨基酸的-NH2和另一分子-氨基酸的-COOH之间缩水所生成的酰胺化合物。肽键-H2OH2N-CH-C-NH-CH-C-OHRR‘OO二肽H2N-CH-C-OH+HNH-CH-C-OHRR’OO氨基酸I氨基酸II-C-NH-肽键O第20页，共61页，2023年，2月20日，星期一多肽与蛋白质无严格的界限，一般把分子量大（约一万以上）的多肽称蛋白质。分子量小的叫多肽。从广义来说，多肽也是蛋白质。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H2NCH2COOH+H2N-CHCOOHCH3甘氨酰丙氨酸H2NCH2-C-NH-CHCOOHCH3O

丙氨酰甘氨酸H2NCH-C-NH-CH2COOHCH3Oab…………………………a…………………………………………………………………………b胰岛素——为51肽。催产素——为8肽。如：肌肽——（β-丙氨酰组氨酸）是人体及动物肌肉组织中发现的二肽。第21页，共61页，2023年，2月20日，星期一书写时规定：肽的命名，是从N-端开始，由左至右依次将每个氨基酸单位写成“某氨酰”，最后一个氨基酸单位的羧基是完整的，写为“某氨酸”例如：谷氨酰半胱氨酰甘氨酸（简称：谷—半胱—甘）谷氨酸半胱氨酸甘氨酸含有游离H2N-一端叫N端——写在左边；含有游离-COOH一端叫C端——写在右边。OOH2N—CH—C—NH———CH——C—NH—CH2—COOHCH2-CH2-COOHCH2SH…………………………………………………………………………………………第22页，共61页，2023年，2月20日，星期一二、多肽结构的测定测定多肽分子中氨基酸顺序的一般步骤：①彻底水解成α-氨基酸。②测定各种氨基酸在多肽组成中的相对数目。③测定C-端、N-端是什么氨基酸。④测定氨基酸的排列顺序。1、端基分析法如：H2N—A—B—C—D—E—COOHX—NH—A—B—C—D—E—COOH

X——通过一定的化学方法确定肽链的N-端或C-端氨基酸的种类。端基分析X—NH—A—COOH+NH2—B—C—D—E—COOH水解第23页，共61页，2023年，2月20日，星期一（1）N—端分析法

a)2，4-二硝基氟苯法（也叫桑格法）桑格法的缺点是在水解时，整个肽链都被破坏，所以在肽链上只能进行一次N-端分析。NO2--FNO2HFOO+H2N-CH-C-NH-CH-C-NH-肽链-COOHR

R，NO2-NO2-NH-CH-C-NH-CH-C-NH-肽链-COOHOORR，HClRNO2-NO2-NH-CH-COOH+H2NCHCOOH+其它各种氨基酸R第24页，共61页，2023年，2月20日，星期一（2）C—端分析法羧肽酶法：羧肽酶是催化C-端氨基酸水解的特效酶。在羧肽酶作用下，只有靠近游离羧基的那个肽键发生水解，而其它肽键不变。2、部分水解法部分水解——将多肽用蛋白水解酶进行部分水解为许多小肽，分离后逐个进行端基测定。C-NH-CH-C-NH-CH-COOHROR，O……H2O羧肽酶余肽CNH-CH-C-OH+NH2-CH-COOH……ROR，C-端氨基酸~~~~新的C-端O第25页，共61页，2023年，2月20日，星期一蛋白水解酶对肽键的水解有催化作用，但每一种蛋白水解酶只能水解一定类型的肽键，对肽键水解有高度的专一性。赖氨酸精氨酸（水解羧基上的肽键）苯丙氨酸酪氨酸（水解羧基上的肽键）苯丙氨酸色氨酸酪氨酸（水解羧基上的肽键）苯丙氨酸酪氨酸色氨酸（水解羧基上的肽键）糜蛋白酶

胰蛋白酶

胰凝乳蛋白酶

胃蛋白酶蛋白水解酶第26页，共61页，2023年，2月20日，星期一经测定由8种α-氨基酸组成（丙、亮、赖、苯丙、脯、丝、酪、缬氨酸）6mol/LHCl110℃水解48h例：某多肽糜蛋白酶部分水解八肽三肽酪氨酸四肽二肽二肽二肽二肽二肽缬-亮丙-脯脯-苯丙赖-丝丝-缬进一步水解，37℃,6天，12mol/LHCl进一步水解，37℃,6天，12mol/LHCl测定方法：N-端：丙氨酸

C-端：亮氨酸①完全水解②端基分析：测得③分子比：1：1④用糜蛋白酶进行部分水解第27页，共61页，2023年，2月20日，星期一三肽排列有二种：丙—脯—苯丙苯丙—脯—丙因端基分析N-端为丙氨酸，故三肽顺序应为：丙—脯—苯丙四肽排列也有二种：赖—丝—缬—亮亮—缬—丝—赖因端基分析，C-端为亮氨酸，故四肽顺序应为：赖—丝—缬—亮故八肽的排列顺序为：丙—脯—苯丙—酪—赖—丝—缬—亮第一种：丙—脯脯—苯丙第二种：苯丙—脯脯—丙第一种：赖—丝丝—缬缬—亮第二种：亮—缬缬—丝丝—赖第28页，共61页，2023年，2月20日，星期一§20—3蛋白质一、蛋白质的分类蛋白质的种类繁多，可以从不同的角度，根据它们不同的特征进行分类。1、按形状分类纤维蛋白质球蛋白分子呈细长形，排列成纤维状，一般不溶于水。该蛋白是动物组织的主要结构材料。如蚕丝、羊毛、头发、羽毛、指甲、皮肤等。分子折叠，卷曲成球形，一般能溶于水，该蛋白质主要起着维护和调节的生命过程中的有关功能作用，如：酶、激素、蛋清蛋白等。2、按化学组成分类单纯蛋白结合蛋白仅由氨基酸单位组成。如白蛋白、球蛋白、谷蛋白等。由单纯蛋白质与非蛋白质部分(称辅基)结合而成。第29页，共61页，2023年，2月20日，星期一蛋白质就是生命！二、蛋白质的结构蛋白质的物理、化学性质和生物功能都依赖于它们的结构。蛋白质的结构相当复杂，通常分为一级结构二级结构三级结构四级结构（高级结构）统称空间结构（初级结构）第30页，共61页，2023年，2月20日，星期一1、蛋白质的一级结构牛胰岛素的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。第31页，共61页，2023年，2月20日，星期一胰核糖核酸酶的一级结构第32页，共61页，2023年，2月20日，星期一2、蛋白质的二级结构蛋白质中有二种类型的二级结构α-螺旋型β-折叠型（由肽链之间的氢键所造成）（由两条肽链或一条肽链内两段肽链之间形成氢键）H-NC=OH-NC=O……δ-δ+氢键二级结构是由于肽键之间的氢键造成。在一个肽键的C=O与另一个肽键的-NH2之间存在氢键。第33页，共61页，2023年，2月20日，星期一中心洞太小(1～1.1nm),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。{第34页，共61页，2023年，2月20日，星期一β-折叠型反平行N端C端第35页，共61页，2023年，2月20日，星期一3、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。主要包括二硫键氢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）三级结构实际上蛋白质分子很少以简单的α-螺旋或β-折叠型结构存在，而是在二级结构的基础上进一步卷曲折叠，构成具有特定构象的紧凑结构。第36页，共61页，2023年，2月20日，星期一第37页，共61页，2023年，2月20日，星期一肌红蛋白的三级结构第38页，共61页，2023年，2月20日，星期一4、蛋白质四级结构其中每条肽链称为一个亚基。维护四级结构的主要是静电引力。蛋白质分子中作为一个整体所含有的不止一肽链。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。四级结构第39页，共61页，2023年，2月20日，星期一α1、α2、

β1、

β2分别代表血红蛋白四条肽链第40页，共61页，2023年，2月20日，星期一三、蛋白质的性质1、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C-端的COOH；N-端的NH2）有它们的等电点。不同蛋白质，其等电点不相同。在等电点时，蛋白质的溶解度最小，因此可以通过调节溶液的pH值，使蛋白质从溶液中析出，达到分离或提纯的目的。阳离子NH3+PCOOH阴离子PCOO-NH2PNH2COOH两性离子NH3+PCOO-等电点OH-OH-H+H+第41页，共61页，2023年，2月20日，星期一2、蛋白质的变性当蛋白质受到物理或化学因素影响时，可使蛋白质二、三级结构的结合力遭受破坏，肽链松散，导致蛋白质在理化和生物性质上的改变，这种现象称为蛋白质的变性。如：原来结构一级结构变性后蛋白质在变性初期，分子构象未遭到深度破坏（只破坏了三级结构，而二级结构未变）那么还有可能恢复原来的结构和性质。可逆变性如果变性过度，就会成为不可逆性，这时二级结构也遭受破坏，无法恢复。不可逆变性第42页，共61页，2023年，2月20日，星期一引起蛋白质变性的主要因素蛋白质变性后表现为：☆溶解度降低、凝固☆丧失生理活性3、蛋白质的沉淀蛋白质是高分子化合物，在水溶液中形成的颗粒直径在1~100nm内，具有胶体性质，所以蛋白质溶液不能通过半透膜。在水溶液中是以胶体形式存在的。（如酸、碱、丙酮、酒精、单宁酸、重金属盐等）加热加压紫外线激烈摇荡或搅拌化学试剂第43页，共61页，2023年，2月20日，星期一蛋白质分子含有肽键，-NH2、-COOH、-OH等，可与水分子形成氢键而形成一种水化膜，故蛋白质在水溶液中不沉淀。-OHH-OH…-

H-OH……

C-NHOH-OH

C-N·HO…

NH2H-OH…如果破坏蛋白质在水中溶液中的水化膜，蛋白质就会在水溶液中沉淀。破坏水化膜的因素有：（1）盐析加入大量的电解质如：NaCl、（NH4)2SO4、Na2SO4等，蛋白质将会以沉淀析出，这种作用称为盐析。盐析反应一般是可逆的，即这种沉淀是不变性的。第44页，共61页，2023年，2月20日，星期一（2）脱水剂

酒精、丙酮等对水的亲和力很大，可以夺取水化膜中的H2O，故蛋白质的水化膜被破坏，使蛋白质沉淀出来。（3）重金属盐蛋白质可以和Hg2+、Cu2+、Pb2+、Ag+等重金属离子结合成不溶性蛋白质。重金属有杀菌的作用，即是由于它能沉淀蛋白质。Ag++NH3COO-PPNH3COOAg+4、显色反应（1）缩二脲反应蛋白质与硫酸铜碱性溶液反应，呈现紫色，称为缩二脲反应。蛋白质紫色络合物CuSO4NaOH第45页，共61页，2023年，2月20日，星期一（2）蛋白黄反应蛋白质黄色（芳环上的硝化反应）浓HNO3（3）米勒（Millon）反应蛋白质红色或砖红色HgNO3利用该反应就可以检验蛋白质中有无酪氨酸存在。（4）水合茚三酮反应蛋白质与稀的水合茚三酮一起加热呈蓝色。该反应主要用于纸上层析。如果蛋白质中的氨基酸含有芳香环(如苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸等)遇到浓HNO3后产生白色沉淀，加盐时沉淀为黄色。蛋白黄反应如果蛋白质中的氨基酸含有酚基（如酪氨酸），遇到HgNO3形成有色化合物。米勒反应第46页，共61页，2023年，2月20日，星期一§19—4核酸生物所特有的生长和繁殖机能以及遗传与变异的特征，都是核蛋白起着重要作用。核酸正如多糖及蛋白质，也是生物高分子（分子量从几十万~几百万）。蛋白质是生物体用以表达各项功能的具体工具。核酸是生物用来制造蛋白质的模型。没有核酸就没有蛋白质，因此，核酸是最根本的生命的物质基础。核酸可以是游离状态，也可以与蛋白质结合，组成结合蛋白质（称核蛋白）。瑞士生理学家米歇尔（F.Miescher）于1869年从细胞核中首次分离到一种具有酸性的新物质。核酸第47页，共61页，2023年，2月20日，星期一D-2-脱氧核糖的核苷+磷酸D-核糖+碱基结构组成核糖核苷酸核糖核酸D-核糖的核苷+磷酸核酸 脱氧核糖核酸脱氧核糖核甘酸D-2-脱氧核糖+碱基聚合聚合第48页，共61页，2023年，2月20日，星期一一、核酸的组成部分核蛋白蛋白质水解核酸水解戊糖有机碱（杂环碱）D-核糖D-2-去氧核糖嘌呤衍生物嘧啶衍生物水解核苷酸磷酸水解核苷第49页，共61页，2023年，2月20日，星期一核酸的分类主要有两种：核酸①核糖核酸（RNA）

存在于细胞浆质中。②脱氧核糖核酸（DNA）

存在于细胞核中。核糖核酸

H3PO4+水解（RNA）OHOCH2OHOHOHβ-D-核糖OONHNH+脲嘧啶或NNNH2NNH腺嘌呤NNH2ONH胞嘧啶NNHNNHOH2N鸟嘌呤第50页，共61页，2023年，2月20日，星期一或NNNH2NNH腺嘌呤NNH2ONH胞嘧啶NNHNNHOH2N鸟嘌呤+ONHNHOH3C胸腺嘧啶OHOCH2OHHOH+β-D-2-脱氧核糖脱氧核糖核酸

H3PO4水解(DNA)H第51页，共61页，2023年，2月20日，星期一β-D-脱氧核糖

β-D-核糖含有2-脱氧核糖的核酸叫脱氧核糖核酸（DNA）。含有核糖的核酸称为核糖核酸（RNA）。2、碱基部分：核酸中所含的杂环碱常称为碱基，它们是嘌呤和嘧啶