15 氨基酸 蛋白质 核酸.ppt

1、第15章 氨基酸、蛋白质及核酸Amino Acids 、Protein and Nuclear Acid,15.1 氨基酸的分类及结构 15.2 氨基酸的来源及制法 15.3 氨基酸的性质 15.4 肽的结构及命名 15.5 多肽的结构测定及合成 15.6 蛋白质的分类、组成和性质 15.7 蛋白质的结构 15.8 核 酸 15.9 核糖核酸和脱氧核糖核酸,15.1 氨基酸的分类及结构,15.1.1 氨基酸的分类 15.1.2 氨基酸的命名 15.1.3 氨基酸的结构,15.1.1 氨基酸的分类,氨基酸,a-氨基酸是组成蛋白质的基石，蛋白质与生命起源和生命活动密切相关。,1.按氨基位置分为：a

2、，b，g，氨基酸 a-氨基酸：,(1)酸性氨基酸 -COOH数 -NH2数 (2)中性氨基酸 -COOH数 = -NH2数 (3)碱性氨基酸 -COOH数 -NH2数,2.根据氨基结构不同可分为：,脯氨酸,色氨酸,精氨酸,组氨酸,15.1.2 命名 可以用系统命名、俗名、缩写符号表示：,氨基乙酸， 甘氨酸(中性)，甘，Gly,4-甲基-2-氨基戊酸，亮氨酸(中性)，亮, Leu,2-氨基戊二酸， 谷氨酸(酸性)， 谷, Glu,2,6-二氨基己酸，赖氨酸(碱性)，赖, Lys,表15-1 常见的a-氨基酸,*人体必需的氨基酸，而人体又不能合成它们,15.1.3 氨基酸的结构,(1) R有不同的

3、结构，还可含有官能团，如OH、 SH等 (2) 是双官能团化合物，有COOH、NH2的结构 (3) 有盐的性质，羧基与氨基的距离不同，又有不同的性质,除甘氨基酸外，-氨基酸都至少有一个手性碳原子。,1.结构,2.D-L标记构型：,甘油醛（丝氨酸）为标准，L-构型,L-甘油醛,L-(-)-丝氨酸,L-(-)-天门冬氨酸,L-(-)-脯氨酸,L-(-)-丙氨酸,15.2 氨基酸的来源及制法,15.2.1 蛋白质的水解 15.2.2 a-卤代酸氨解 15.2.3 斯特雷克合成法 15.2.4 Gabriel合成法 15.2.5 丙二酸酯合成法,15.2.1 蛋白质水解,氨基酸的来源：（1）天然产物酸

4、性水解 （2） 微生物发酵法 （3） 化学合成法,15.2.2 a-卤代酸氨解,15.2.3 斯特雷克合成法,15.2.4 Gabriel合成法,15.2.5 丙二酸酯法合成,15.3 氨基酸的性质,15.3.1 氨基酸的物理性质 15.3.2 氨基酸的化学性质,15.3.1 氨基酸的物理性质,1 一般物理性质,熔点 200 ； 溶于水，不溶于非极性溶剂； 有盐的性质。,表15-2 常见的-氨基酸的物理性质,http:/www.imb-jena.de/IMAGE_AA.html,2 IR谱：,1600 cm-1 ( 1700 cm-1 没有峰 ),26003100 cm-1(强、宽),15.3

5、.2 氨基酸的化学性质,1 两性和等电点,氨基酸有羧基和氨基化合物的典型反应，也有相互影响的综合性质。,强酸 强碱 弱碱 弱酸,强碱 强酸 弱酸 弱碱,（1）两性：有酸性又有碱性,内盐：氨基酸本身的氨基与羧基作用形成的盐，称为内盐。 偶极离子：内盐分子同时具有两种离子的性质，称为偶极离子，又称两性离子。,丙氨酸,谷氨酸,组氨酸,一个氨基酸总可以找到一个pH值，在该pH值下，正、负离子的浓度完全相等，此时向阳极移动和向阴极移动的离子彼此抵消（即没有净的迁移），或者说，电场中不显示离子的迁移。将此时的pH值称为该氨基酸的等电点(IP)。,负离子（I）,正离子(III),（2）氨基酸的特殊性等电点,

6、（3）甘氨酸滴定曲线,中性氨基酸的等电点：IP=5.66.3 酸性氨基酸的等电点：IP=2.83.2 碱性氨基酸的等电点：IP=7.610.8,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。,组氨酸 IP=7.59,脯氨酸IP=6.3,色氨酸IP=5.8,2 受热后的消除反应,(1) -氨基酸,(2) b-氨基酸,(3) , -氨基酸,(4) w-氨基酸,3 与水合茚三酮的显色反应,茚茚三酮 水合茚三酮,（蓝紫色）,鉴别含有游离氨基的a-氨基酸,4 与亚硝酸反应,定量分析NH2的含量（V

7、an-Slyke反应）,15.4 肽的结构及命名,15.4.1 肽的结构 15.4.2 肽的命名,15.4.1 肽的结构,二肽,肽（缩氨酸）：氨基酸分子间的氨基与羧基脱水，生成以酰胺键相连接的化合物叫做缩氨酸，简称肽（peptides）。 肽键：酰胺键又叫肽键。,a-氨基酸的数目决定肽链长短。如：二肽、三肽,N端,C端,命名： 丙氨酰酪氨酰甘氨酸,简称： 丙酪甘,符号表示： Ala-Tyr-Gly,15.4.2 肽的命名,从N端向C端命名 某氨酰某氨酰某氨酸。如,N端,C端,命名： 甘氨酰酪氨酰丙氨酸,简称： 甘酪丙,符号表示： Gly-Tyr-Ala,15.5 多肽的结构测定及合成,15.5

8、.1 概述 15.5.2 多肽结构的测定 15.5.3 多肽的合成,15.5.1 概述,1.定义 多肽: 一般是将相对分子质量在10000以下， 能透过半透膜以及不被三氯乙酸或硫酸所沉 淀的称为多肽。,N近似sp2杂化,肽键的几何形状,2.肽键构型,3.肽分子中可能有二硫键,Na +液NH3,空气氧化,Cys-Tyr-Ile-Glu-Arg-Cys-Pro-Leu-Gly NH2,S,S,牛催产素,肽中的SH氧化成SS键,15.5.2 肽链结构的测定,1.测定肽或蛋白质的一级结构需要进行下面几项工作： （1）彻底水解，测氨基酸的相对含量，求实验式 （2）测相对分子质量，确定分子式 （3）测定肽

9、或蛋白质中各氨基酸的排列顺序,2. 测相对分子质量，确定分子式,该工作由氨基酸自动分析仪完成,3. 测定肽或蛋白质中各氨基酸的排列顺序,Edman降解法,异硫氰酸苯酯,只有N端的氨基酸水解，逐步确定顺序,(1) N端氨基酸分析,(2) C端氨基酸分析,逐步确定氨基酸的连接顺序,催产素和加压素是九肽，结构如下：,催产素已有工业生产。,15.5.3 多肽的合成,1 反应的特点,四种产物,C,N,H,O,键，易反应。,(2) 多肽中有,(3)多NH2、-COOH存在，形成不同的肽键。,2 氨基的保护与羧基的活化,（1）活化COOH：,（Y= Cl, OCOR, OC6H4NO2 等）,（2）保护NH

10、2：,氯甲酸苄酯,活化目的：增加羰基碳的电正性，有利-NH2亲核进攻，降低反应温度。 保护目的：防止与其它试剂反应，受其它试剂的干扰。,（3）合成过程,3 合成实例,(氯甲酸苄酯) (甘氨酸),(苄氧碳酰甘氨酸) (苄氧碳酰甘酰氯),1953年 合成催产素 9个氨基酸组 成，由 -S-S-连成环状。,1965年 中国合成结晶牛胰岛素(51个氨基酸组成)。,A链 21个-S,B链 30个-S,1979年 日本合成牛胰核糖核酸酯(124个氨基酸组成)。,反复保护活化反应直到完成合成。,4 固定相技术 原 理： 把要合成肽链的末端氨基酸的羧基以共价键与不溶性（固相）高分子树脂相连，形成高分子树脂为酯

11、基的氨基酸酯；其氨基在DCC促进下，与另一氨基保护基的氨基酸反应，形成肽键；脱去氨基保护基，再重复上述操作，增长肽键；最后从固定相上断裂下来，得纯净的多肽。,Bruce Merrifield 1984，Nobel Prize,“固相合成技术”专题,5 组合化学 以树脂为载体，经过几次同步合成可获得上百万个多肽分子。 例如：19种氨基受保护的天然蛋白氨基酸分别连到树脂上，即得19种与树脂相连的氨基酸，混合后脱保护，再分成19份分别与19种氨基受保护的天然氨基酸进行偶联反应，得到1919种与树脂相连的二肽。混合后脱保护，再分成19份，与19种天然氨基酸偶联，可得191919种与树脂相连的三肽，如是

12、进行五次合成可得2,476,099种五肽（称为250万种五肽库)。,“组合化学”专题,15.6 蛋白质的分类、组成和性质,15.6.1 蛋白质的功能 15.6.2 蛋白质的分类 15.6.3 蛋白质的组成 15.6.4 蛋白质的性质,15.6.1 蛋白质的功能,输送氧色蛋白、血红蛋白,调节代谢激素、酶,防病抗体,遗传核蛋白,15.6.2 蛋白质的分类,1.按水解产物分类 (1) 简单蛋白质： 水解后只能生成-氨基酸的蛋白质。 (2) 结合蛋白质： 水解后除生成-氨基酸外，还生成非蛋白物质的蛋白质。 辅基： 结合蛋白质的非蛋白物质通常有糖类、脂类、核酸和各种辅助基团等，它们统称辅基。,2.根据辅

13、基不同，结合蛋白质又分为：,糖蛋白 脂蛋白 核蛋白 色蛋白,3.按溶解度不同分类 (1) 纤维蛋白 不溶于水，这类蛋白质构成动物的组织。 如：丝、羊毛、皮肤、头发、角、爪甲、蹄、羽毛等。 (2)球蛋白 可溶于水或酸、碱、盐水溶液，这类蛋白质是在动物体内起着维护、调节生命活动的功能性蛋白质。 如：酶、激素等。,15.6.3 蛋白质的组成,Wm = 12000万,_,微 量,15.6.4 蛋白质的性质,1 两性和等电点,表15-3 一些蛋白质的等电点,在等电点时蛋白质溶解度最小，易分离,2 高分子性质 (1)在水中，有稳定双电层的胶体质(110m) (2)盐析： (可逆性) 不同蛋白质，需要盐的浓

14、度不同，可达分离作用。 3 变性 受物理、化学因素的作用，使蛋白质的 物理、化学性质改变。,如：Hg2+、Pb2+导致中毒，高温、酒精也能使蛋白凝固。,15.7 蛋白质的结构,15.7.1 一级结构 15.7.2 二级结构 15.7.3 三级结构 15.7.4 四级结构,15.7.1 一级结构,氨基酸在蛋白质肽链中排列的顺序叫做蛋白质的一级结构。,牛胰岛素,一级结构决定生物活性,15.7.2 二级结构,二级结构： 蛋白质肽链的排列形状叫做蛋白质的二级结构。,1 a-螺旋,二级结构(a-螺旋),在一个方向，向下,C为sp2，N近似sp2,必在一个平面内,不能旋转,可以旋转,2 b-折叠形,3 b

15、-折叠形,多肽链b-折叠形构象,15.7.3 三级结构,三级结构： 蛋白质的三级结构是肽链（二级结构）进一步扭曲折叠形成的复杂空间结构。是由ss键扭在一起。,核糖核酸酶的三级结构示意图,15.7.4 四级结构,四级结构： 各个亚基聚合成大分子的方式称为 蛋白质的四级结构。 亚基（原体）：构成蛋白质的肽链。,胰岛素： 由相对分子量为6000或12000的两个以上亚基聚合而成。,血红蛋白： 由两条a-链和两条b-链构成的四聚体。,/BMB/Chime/Lisa/HEMEMAST.HTM,蛋白质有四级结构 肽链中各种氨基酸相互联接的顺序是蛋白质的初级结

16、构，也叫一级结构。 多肽链主链骨架中的若干肽段，通过氢键，形成有规则的构象，这称为二级结构。 -螺旋 -折叠 在二级结构的基础上，多肽链间通过氨基酸残基侧链的相互作用而进行盘旋和折叠，因而产生的特定的三维空间结构，这称为三级结构，也称为蛋白质的亚基。 各个亚基在低聚蛋白中的空间排布及相互作用，称为蛋白质的四级结构。,15.8 核 酸,15.8.1 核酸的组成 15.8.2 核酸及脱氧核酸 15.8.3 碱基 15.8.4 核苷 15.8.5 核苷酸,核酸： 核酸是从细胞内分离出来的有酸性的生物高分子（多聚核苷酸），是生物合成蛋白质不可缺少的物质，是生物遗传的物质基础。,C 、 H 、 O 、

17、N 、 P 、 S,1516%,910%,15.8.1 核酸的组成,磷酸,15.8.2 核糖及脱氧核糖,15.8.3 碱 基,核苷酸水解得到碱基嘌呤碱和嘧啶碱。,胞嘧啶 (Cytosine，简称C),尿嘧啶 (Uracil，简称U),胸腺嘧啶 (Thymine，简称T),嘌呤： 嘌呤是由一个咪唑环和一个嘧啶环稠合而成的杂环化合物。,咪唑 嘧啶 嘌呤,以上五种杂环碱都有互变异构体存在。,如：鸟嘌呤以酮式与烯醇式两种互变异构体存在。,15.8.4 核 苷,核苷： 有戊糖和碱基缩合而成的糖苷成为核苷。,核苷中的D-核糖及D-2-脱氧核糖均为呋喃型环状结构。 糖环中的1 -C是不对称碳原子，所以有a-

18、及b-两种构型。但核酸分子的糖苷键均为b-糖苷键。 核苷分为： 核糖核苷 脱氧核糖核苷,15.8.5 核苷酸,核苷酸： 核苷中2 、3 、和5 的羟基被磷酸酯化， 产物是核苷酸。 核苷酸分为： 核苷酸和脱氧核苷酸,5 -腺嘌呤核苷酸 (AMP),3 -胞嘧啶脱氧核苷酸 3 -dCMP,15.9 核糖核酸和脱氧核糖核酸,15.9.1 RNA和DNA的一级结构 15.9.2 DNA的二级结构 15.9.3 核酸的功能,15.9.1 RNA和DNA的一级结构,核糖核酸（RNA）： 核酸水解得到的核糖的核苷酸。 脱氧核糖核酸（DNA）: 核酸水解得到的脱氧核糖的核苷酸。 一级结构： 核酸中诸核苷酸之间连键的性质及核苷酸排列的顺序。 空间结构：