第十四章蛋白质和核酸

第十四章蛋白质和核酸1、氨基酸2、多肽3、蛋白质4、核酸当前第1页\共有66页\编于星期六\8点蛋白质：含氮的天然高聚物，生物体内一切组织的基本组成部分除水外，细胞内80％都是蛋白质。在生命现象中起重要的作用。人类的主要营养物质之一。如：酶（球蛋白）——机体内起催化作用激素（蛋白质及其衍生物）——调解代谢血红蛋白——运输O2和CO2抗原抗体——免疫作用蛋白质水解后都生成氨基酸当前第2页\共有66页\编于星期六\8点胰蛋白酶当前第3页\共有66页\编于星期六\8点(3)肌球蛋白和肌动蛋白当前第4页\共有66页\编于星期六\8点血红蛋白当前第5页\共有66页\编于星期六\8点免疫球蛋白立体结构模型当前第6页\共有66页\编于星期六\8点一、结构二、分类、命名14-6氨基酸14-6-1氨基酸的结构、分类和命名羧酸分子中羟基上的一个或几个氢原子被氨基取代的化合物叫做氨基酸。是构成蛋白质分子的基础。可分为α-氨基酸、β-氨基酸、γ-氨基酸。氨基酸可以按照系统命名法，以羧酸为母体，氨基酸为取代基来命名。但α-氨基酸通常按其来源或性质所得的俗名来称呼。例如：当前第7页\共有66页\编于星期六\8点NH2CH2COOH

α-氨基乙酸甘氨酸HOOC—CH2—CH2—CH—COOHNH2

α-氨基戊二酸谷氨酸NH2CH2CH2COOHβ-氨基丙酸丙氨酸NH2CH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2α,ε二氨基已酸赖氨酸

蛋白质水解可以得到各种α-氨基酸的混合物。当前第8页\共有66页\编于星期六\8点

蛋白质水解后得到的氨基酸都是α－氨基酸。天然产氨基酸（除甘氨酸）都有旋光性，绝大多数为L构型，（少数微生物代谢产物是D构型）。用R、S命名的则L构型的氨基酸多为S型，只有L－半光氨酸为R型。天然氨基酸：当前第9页\共有66页\编于星期六\8点下列氨基酸可组成无数蛋白质：

结构名称缩写等电点NH2CH2COOH甘氨酸Gly5.97丙氨酸Ala6.00*颉氨酸Val5.96*异亮氨酸Ile5.98I、中性

(*为必要氨基酸，人体内不能合成）当前第10页\共有66页\编于星期六\8点结构名称缩写等电点*亮氨酸Leu6.02*苯丙氨酸Phe5.48半光氨酸Cys5.07*苏氨酸Thr5.6谷氨酸Gln5.56天冬氨酸Asn5.07当前第11页\共有66页\编于星期六\8点*蛋氨酸Met5.47丝氨酸Ser5.68脯氨酸pro6.30酪氨酸Tyr5.66*色氨酸Trp5.89结构名称缩写等电点当前第12页\共有66页\编于星期六\8点II酸性天冬氨酸Asp2.77谷氨酸Glu3.22III碱性*赖氨酸Lys9.74精氨酸Arg10.76组氨酸His7.59结构名称缩写等电点当前第13页\共有66页\编于星期六\8点14-6-2氨基酸的性质α-氨基酸都是无色晶体，易溶于水而难溶于无水乙醇乙醚，由蛋白质水解所得α-氨基酸，除甘氨酸外，都具有旋光性。他们的α碳原子的结构类型都与L-甘油醛相同，固都属于L型。若用R-S标记法，这些α-氨基酸的α碳原子的构型都是S型。当前第14页\共有66页\编于星期六\8点用于定量分析，根据放出的N2的体积，可以算出样品的伯氨基的含量。氨基酸分子中含有氨基和羧酸。他们具有氨基和羧基的典型性质。例如，羧基可以发生脂化反应，氨基可以发生酰基化反应；氨基与亚硝酸作用可转变为羟基。当前第15页\共有66页\编于星期六\8点(1)酸碱性——两性和等电点氨基酸还有一些特殊的性质。R

α-氨基酸可以通过用通式NH2CHCOOH表示实际上是以偶级离子的形式存在的：内盐当前第16页\共有66页\编于星期六\8点氨基酸的等电点在酸性溶液中，主要以正离子的形式存在。在碱性溶液中，主要以负离子的形式存在。在水溶液中在一定的pH值溶液中，正离子和负离子数量相等，且浓度都很低，而偶级离子浓度最高，此时电解，以偶级离子形式存在的氨基酸不移动。这溶液的pH值就叫做氨基酸的等电点。当前第17页\共有66页\编于星期六\8点(2)水合茚三酮反应等电点不是中性点；氨基酸在等电点时的溶解度最小.

这个颜色反应通常用于α-氨基酸的比色测定和色层分析的显色。当前第18页\共有66页\编于星期六\8点(3)受热后的反应α-氨基酸受热后，能在两分子之间发生脱水反应。α-氨基酸受热后，容易脱去一分子氨，生成α,β不饱和羧酸。当前第19页\共有66页\编于星期六\8点γ-或δ-氨基酸受热后，容易分子内脱去一分子水。分子中氨基和羧基相隔更远时，受热后可以多分子脱水，生成聚酰胺。当前第20页\共有66页\编于星期六\8点1、由蛋白质水解——在酸、碱或酶的作用下水解得到多种-氨基酸混合物，分离得到。2、由卤代酸氨解——羧酸在三溴化磷作用下与溴作用，生成-溴代酸，再与过量氨作用，生成：14-6-3氨基酸的制备当前第21页\共有66页\编于星期六\8点3、由醛（或酮）制备4、由丙二酸酯制备用盖布瑞尔法代替上法,可得比较纯产品。当前第22页\共有66页\编于星期六\8点N-邻苯二甲酰亚胺基丙二酸脂可用下法制得。当前第23页\共有66页\编于星期六\8点用苯、不超过3个碳原子的有机化合物、丙二酸脂以及必要的试剂合成：⑴亮氨酸，⑵异亮氨酸，⑶苯丙氨酸，⑷胳氨酸。思考题当前第24页\共有66页\编于星期六\8点当前第25页\共有66页\编于星期六\8点当前第26页\共有66页\编于星期六\8点氨基酸的拆分合成方法得到的氨基酸通常是外消旋体混合物，可用多种方法拆分。其中用酶拆分是重要的方法之一。D-亮氨酸乙酰氨L-亮氨酸当前第27页\共有66页\编于星期六\8点14-7多肽许多多肽本身有重要的生理作用后叶催产素——八肽胰岛素——五十一肽多肽是含有多个氨基酸单元的聚合物。由两个氨基酸单元构成的是二肽，由三个氨基酸单元构成的是三肽，···余类推。它们统称多胎，或简称肽。通过氨基和羧基之间脱水缩合而形成连接氨基酸单元的酰胺键（—CO—NH—）又叫做肽键。当前第28页\共有66页\编于星期六\8点肽的结构当前第29页\共有66页\编于星期六\8点多肽链可用如下通式代表：在肽链中，有氨基的一端叫做N端：有羧基的一断叫做C端。在写多肽结构时，通常把N端写在左边，C端写在右边，命名时由N端叫起，称为氨酰（基）某氨酸。常用简写来表示。当前第30页\共有66页\编于星期六\8点当前第31页\共有66页\编于星期六\8点天然多肽都是由不同的氨基酸组成的。垂体后叶催产素蛋白质也是由许多氨基酸单元通过肽键组成的。蛋白质部分水解可以得到多肽。当前第32页\共有66页\编于星期六\8点一般将多肽在酸性溶液中水解，再用色层分离法把各种氨基酸分开，然后进行分析。氨基酸的排列顺序，则是通过末端分析的方法，配合部分水解，加以确定。14-7-1多肽结构的测定当前第33页\共有66页\编于星期六\8点末端分析——用适当的化学方法，可以使多肽末端的氨基酸断裂，经过分析，就可以知道多肽链的两端是哪两个氨基酸，这就叫末端分析。降解了的肽链还可以再反复进行末端分析，可以确定多肽链中蛋白质的连接次序。（一般结合部分水解的方法）当前第34页\共有66页\编于星期六\8点例如：设某三肽完全水解后，可得到谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸。这三种氨基酸可以有六种排列顺序：要推知该三肽是哪一种组合方式，可以部分水解。知道它们是谷·半胱和半胱·谷。由此可见，半胱氨酸是在三肽链的中间，谷氨酸在N端，甘氨酸在C端即该三肽的结构是：谷·半胱·甘当前第35页\共有66页\编于星期六\8点缺点：氨基酸都水解，形成混合物，只能测N端的一个氨基酸。N端氨基酸的分析可用2，4-二硝基氟苯与多肽作用当前第36页\共有66页\编于星期六\8点N端氨基酸的分析还可以用异硫氰酸苯脂与多肽作用当前第37页\共有66页\编于星期六\8点C端氨基酸的分析，一般羧肽酶可以有选择地只把C端氨基酸水解下来，对这个氨基酸进行鉴定，就可以知道原来C端是什么氨基酸。C端氨基酸的分析，一般是用羧肽酶作用下水解的方法。当前第38页\共有66页\编于星期六\8点14-7-2多肽的合成要求：氨基酸按一定的次序连接起来达到一定分子量不外消旋化（缓和的条件）推测出来的结构是否完全正确，需要通过多肽的合成加以证实。另一方面，由于多肽与蛋白质有着密切的关系，在需要使一种氨基酸的羧基和另一种羧基酸的羧基相结合时，要防止同一种氨基酸分子之间相互结合。因此，在合成时，必须把某些氨基或羧基保护起来，以便反应能按所要求的方式进行。而所选用的保护基团，必须符合以下条件：在以后脱除该保护的条件下，肽键不会发生断裂。当前第39页\共有66页\编于星期六\8点羧基常通过生成酯加以保护，因为酯比酰胺容易水解，用碱性水解的方法，就可以把保护的基团除去。当前第40页\共有66页\编于星期六\8点氨基可以通过与氯甲酸苄酯C6H5CH2OCOCL）作用加以保护，因为氨基上的苄氧基很容易用催化氢解的方法除去。当前第41页\共有66页\编于星期六\8点例如：设要合成甘氨酰丙氨酸（甘.丙）若直接用谷氨酸和丙氨酸脱水缩合，将得到四种二肽的混合物：如果采用下列反应，则可以得到所要求的二肽：当前第42页\共有66页\编于星期六\8点反复使用这样的方法，每次构成一个肽键，就可以把各种氨基酸按一定的次序一个个地连接起来。多肽的合成是一项十分复杂的工作。例如，牛胰腺核糖核酸酶的多肽链已可合成出来，它是由124个氨基酸单元所构成的。

当前第43页\共有66页\编于星期六\8点14-8蛋白质蛋白质是一类很重要的天然有机物，是生物体内一切组织的基础物质，并在生命现象和生命过程中起着决定的作用。

蛋白质主要由C、H、O、N、S等元素组成，有些还含有P、Fe、I等元素。蛋白质基本上是由数百个、甚至数千个氨基酸所构成。水解后只生成多种-氨基酸的，叫单纯蛋白质（如卵白蛋白、血清球蛋白、米精蛋白等）。

当前第44页\共有66页\编于星期六\8点水解后除生成-氨基酸外，还有非蛋白质物质（如糖、脂肪、含磷化合物、含铁化合物等）生成的，叫结合蛋白质。（如：核蛋白、粘蛋白、肌肉中的脂蛋白、血红蛋白等）。结合蛋白中的非蛋白质部分，叫做辅基。分类纤维蛋白（丝、毛、皮、角、爪和甲等）球蛋白、酶和蛋白激素（溶于水、盐水、酸碱溶液和乙醇等）结合蛋白（与核酸、糖、脂肪及血红素等结合）当前第45页\共有66页\编于星期六\8点14-8-1蛋白质的分类和功能按溶解度分类：一类不溶于水的纤维状蛋白质；一类是能溶于水、酸、碱或盐溶液的球状蛋白质。纤维状蛋白质的分子形状是一条条线装的，分子中的多肽链扭在一起或平行并列，且以氢键互相连接着。这类蛋白质在水中不能溶解。纤维状蛋白质是动物组织的主要结构材料，角蛋白、骨胶蛋白和肌蛋白都是纤维状蛋白质。球状蛋白质的分子形状是一团团球状的，它们的多肽链自身扭曲折叠成特有的球形。在折叠时，分子内某些基团之间通过氢键、二硫键或范德华引力相互作用着。分子中的疏水基团（如烃基等）分布在球形内部，而亲水基团（如—OH、—NH2、—SH、—COOH等）分布在球形表面。因此，球状蛋白质的水溶性比较大。例如酶、血红蛋白等都是球状蛋白。当前第46页\共有66页\编于星期六\8点蛋白质的功能

一方面是起组织结构的作用。例如，角蛋白组成皮肤、肌肉等。另一面，蛋白质起调节作用。例如：毛发、指甲、头角：骨胶蛋白组成腱、骨；肌球蛋白组成各种酶对生物化学反应起催化作用；血红蛋白在血液中，输送氧气；胰岛素调节葡萄糖的代谢；等等在生物体内起重要调节作用的各种酶，都是蛋白质。常把酶叫做生物催化剂酶的催化效率很高，并且有高度选择性有的酶还具有立体专一性当前第47页\共有66页\编于星期六\8点14-8-2蛋白质的性质蛋白质和氨基酸一样，也是两性物质，与酸或碱都能生成盐。不同的蛋白质有不同等电点。例如，卵清蛋白为4.9，酪蛋白为4.6。胰岛素为5.3，血红蛋白.为6.8。蛋白质是高分子化合物水溶液具有胶体溶液的性质，不能透过半透膜，能够电泳；蛋白质都具有旋光性；蛋白质的变性通常都是不可逆的；蛋白质虽然分子很大，但性质活泼，能发生多种颜色反应。当前第48页\共有66页\编于星期六\8点⑴缩二脲反应蛋白质分子中都有—CO—NH—CHR—CO—NH基团在蛋白质水溶液中加碱和硫酸铜溶液，即产生红紫色。⑵黄色反应分子中含有苯环的蛋白质，遇浓硝酸即显黄色，这是苯环发生硝化的缘故。黄色溶液再用碱处理，就会转为橙色。⑶水合茚三酮反应

蛋白质溶液与水合茚三酮溶液作用，也有颜色反应。但颜色与氨基酸的不太一样。当前第49页\共有66页\编于星期六\8点此外，蛋白质容易水解，酸、碱、酶能促进蛋白质的水解。可得到多种α-氨基酸的混合物。如果部分水解则得到分子较小的多肽。当前第50页\共有66页\编于星期六\8点14-8-3蛋白质的结构蛋白质的一级结构蛋白质的二级结构蛋白质的三级结构蛋白质的四级结构多肽链及多肽链中氨基酸的组成和排列次序.多肽链在空间不是任意排布的，由于某些基团之间的氢键作用，肽链具有一定的构象.整个分子因链段的相互作用而扭曲,折叠成一定的形态.最后，几个各具有特定的1,2,3,级结构的多肽链在一起，或者有时还和辅基在一起，再以一定的关系相结合.当前第51页\共有66页\编于星期六\8点蛋白质多肽链的二级结构主要有两种形式：一种是右螺旋型，又叫做α-螺旋型；另一种是褶纸型，又叫做β-褶纸型。α-螺旋型多肽链结构可示意如图当前第52页\共有66页\编于星期六\8点褶纸形多肽链结构示意图肽链伸展在纸型的片面上，相邻的肽链又通过氢键（图中虚线）相互连接。当前第53页\共有66页\编于星期六\8点蛋白质的三级结构是多肽链的进一步扭曲折叠。在在扭折时，倾向于把亲水的极性基团露于表面，而疏水的非极性基团包在中间。肌红蛋白的空间结构当前第54页\共有66页\编于星期六\8点许多蛋白质由两个或两个以上的多肽链集合而形成蛋白质的四级结构。例如磷酸化酶就是由两条相同的多肽链组成的，只有两条肽链一起存在才有催化作用。胰岛素含有两条多肽链，共有51个氨基酸单元:当前第55页\共有66页\编于星期六\8点14-9核酸核酸存在于一切生物体中，像蛋白质一样，也是生命的最基本物质。与一切生命活动及各种代谢有着密切的关系。在生物体内，核酸对遗传信息的储存、蛋白质的生物合成都起着决定性的作用。核酸也是链状高分子化合物，组成核酸的单元是核苷酸。在生物体内，核酸主要以核蛋白的形式存在。核蛋白是结合蛋白，核酸作为辅基与蛋白质结合在一起。核酸在适当酶的催化下，或在弱碱作用下可以水解成核苷酸；如果温度升高，则进一步水解成核苷和磷酸；在无机酸作用下则完全水解：14-9-1核苷酸和核苷当前第56页\共有66页\编于星期六\8点核酸水解由核酸水解所得到的戊糖有两种：核糖和2-脱氧核糖当前第57页\共有