氨基酸蛋白质核酸课件

第十四章 氨基酸 蛋白质 核酸,第一节： 氨基酸 第二节：多肽 第三节：蛋白质 第四节：核酸,第一节 氨基酸,一、氨基酸的分类、命名和构型 1、分类：,化学结构,链状氨基酸,碳环氨基酸,杂环氨基酸,氨基和羧基数目,中性氨基酸,酸性氨基酸,碱性氨基酸,2、氨基酸的命名 以羧酸为母体，氨基作为取代基，以阿拉伯数字或希腊字母标示氨基位次。 俗名、中文、英文缩写符号 蛋白质水解：20余种-氨基酸 必需氨基酸,20种氨基酸,3、氨基酸的构型,除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性-碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。 氨基酸的构型常用D、L标记法。常见氨基酸都是L型的。常用以下通式表示：,二、 氨基酸的性质,（一） 氨基酸的离解性质：两性与等电点,氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。,1、两性,在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。,净电荷 +1 0 -1 正离子 两性离子 负离子 等电点PI,2、氨基酸的等电点,当溶液浓度为某一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。 在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。,氨基酸在碱式电离和酸式电离程度相等时的pH值称为氨基酸的等电点，用pI表示。,侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK1和pK2的算术平均值：pI = (pK1 + pK2 )/2 同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pI值也决定于两性离子两边的pK值的算术平均值。 酸性氨基酸：pI = (pK1 + pKR-COO- )/2 碱性氨基酸：pI = (pK2 + pKR-NH2 )/2,（二）与亚硝酸反应 范思莱克（Van Slyke)氨基测定法,（三）与茚三酮反应 -氨基酸反应显紫色,茚三酮的还原产物,罗曼氏紫(蓝紫色),(四)受热反应,1、-氨基酸受热脱水,交酰胺(二酮吡嗪),H+或OH-,2、-氨基酸受热脱氨,3、-氨基酸受热脱氨,4、氨基与羧基相隔5个或5个以上C原子氨基酸 受热分子间脱水,尼龙,第二节 多肽,一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。,一、多肽的结构,由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。,在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序 通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。,氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为： Ser-Val-Tyr-Asp-Gln,丝-缬-酪-天-谷酰,肽键,肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。 组成肽键的原子处于同一平面。,肽键,肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。 在大多数情况下，以反式结构存在。,二、多肽的命名,以含有完整羧基的氨基酸为母体（即C端），从另一端（即N端）开始，将形成肽键的氨基酸的“酸”字改为“酰”字，依次列在母体名称之前。,简称GSH,天然存在的重要多肽,在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。 但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽。 如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。,+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- Met-脑啡肽 +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- Leu-脑啡肽,L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val L-Orn L-Orn L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu 短杆菌肽S(环十肽) 由细菌分泌的多肽，有时也都含有D-氨基酸和一些不常见氨基酸，如鸟氨酸（Ornithine, 缩写为 Orn）。,第三节 蛋白质,蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。 蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。,Protein,木瓜蛋白酶（组织蛋白酶）,一、蛋白质的组成和分类,蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、碘、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为： 碳 50- 55% 氢 6- 7.3% 氧 19% - 24 氮 13% - 19% 硫 0 - 4 其他 微 量,(一)蛋白质的含氮量,氮占生物组织中所有含氮物质的绝大部分。因此，可以将生物组织的含氮量近似地看作蛋白质的含氮量。由于大多数蛋白质的含氮量接近于16%,即每克氮相当于6.25克蛋白质,6.25称为蛋白质系数。 所以，可以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质的大概含量： 蛋白质含量（克%）= 每克生物样品中含氮的克数 6.25,（二）蛋白质的分类 1、根据形状分类 按照蛋白质的外形可分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。 （1）球状蛋白质：globular protein 外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类。 （2）纤维状蛋白质：fibrous protein 分子类似纤维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质。,2、依据蛋白质的组成分类,按照蛋白质的组成，可以分为 简单蛋白(simple protein) 和结合蛋白(conjugated protein),二、 蛋白质的结构,蛋白质是由一条或多条多肽(polypeptide)链以特殊方式结合而成的生物大分子。 蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在10000以上的多肽称为蛋白质。 蛋白质分子量变化范围很大.,（一） 蛋白质的一级结构,蛋白质的一级结构(Primary structure)指蛋白质分子中氨基酸的连接方式和排列顺序。 包括组成蛋白质的多肽链数目.多肽链的氨基酸顺序，以及多肽链内或链间二硫键的数目和位置。 其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能的基础。,拆分多肽链间的二硫键,（二）蛋白质的二级结构,蛋白质的二级(Secondary)结构是指肽链的主链在空间的排列。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。 主要有-螺旋、-折叠。,（1）-螺旋,在-螺旋中肽平面的键长和键角一定； 肽键的原子排列呈反式构型； 相邻的肽平面构成两面角；,多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm; 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成氢键。 蛋白质分子为右手-螺旋。,-螺旋,-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象。 在-折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm。,（2）-折叠,-折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。 -折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。,（三）蛋白质的三级结构,蛋白质的三级结构(Tertiary Structure)是指在二级结构基础上，多肽链通过副键或范德华力在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。 维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用。,（四）蛋白质的四级结构,由多条各自具有一、二、三级结构的肽链(亚基)通过非共价键聚合成一定空间构型的聚合体,这种空间构象称为蛋白质的四级结构 包括:各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。,三、蛋白质的性质,蛋白质与多肽一样，能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时，蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。 在不同的pH环境下，蛋白质的电学性质不同。在等电点偏酸性溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极移动；在等电点偏碱性溶液中，蛋白质粒子带正电荷，在电场中向负极移动。这种现象称为蛋白质电泳。,（一）两性电离与等电点,（二）盐析,少量的盐能促进蛋白质的溶解，但加入盐溶液达到一定浓度时，蛋白质溶解度开始降低并逐渐从溶液中析出，这种作用称为盐析。 析出的蛋白质加水稀释后仍能溶解，并不影响原来蛋白质的性质。 多次盐析和溶解可以分离提纯蛋白质。,某些物理或化学因素，能够破坏蛋白质的结构状态，引起蛋白质理化性质改变并导致生理活性丧失。这种现象称为蛋白质的变性。 引起变性的主要因素是热、紫外光、激烈的搅拌以及强酸和强碱等。 临床上解救重金属(Cu2+Pb2+Hg2+)中毒，服用生鸡蛋、牛奶或豆浆；用酒精、蒸煮、高压和紫外线消毒杀菌；利用蛋白质受热凝固来检验尿液中的蛋白质。,（三）变性,缩二脲反应：蛋白质在碱性溶液中与微量的硫酸铜溶液反应呈现紫红色。 黄蛋白反应：在蛋白质溶液中加入浓硝酸就会有白色沉淀，加热沉淀变黄色，冷却后碱化，沉淀变橙色，这个反应称为黄蛋白反应。 茚三酮反应：同氨基酸，生成蓝紫色化合物 米隆反应：在蛋白质溶液中加入米隆试剂(汞和亚汞的硝酸及亚硝酸盐的混合物)，再加热，沉淀变成砖红色。,（四）颜色反应,第四节 核酸,Nucleic Acid,核酸与蛋白质一样，是一切生物机体不可缺少的组成部分。 核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅对于生命的延续，生物物种遗传特性的保持，生长发育，细胞分化等起着重要的作用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。 因此，核酸是现代生物化学、分子生物学和医学的重要基础之一。,一、核酸的水解,二、核酸的化学组成,核酸所含主要元素有C.H.O.N.P等，各种核酸分子含P均为9%-10%，通过测P来测定核酸含量。 水解的最终产物是磷酸、戊糖和碱基，它们是组成核酸的基本成分。,1. 磷酸（分子式H3PO4）,2. 戊糖,RNA中所含的戊糖是核糖，DNA中所含的戊糖是2-脱氧核糖。,-D-核糖,-D-2-脱氧核糖,嘧啶碱有三种：,3. 碱基 核酸的碱基分两类：嘧啶碱和嘌呤碱。,胞嘧啶(C),尿嘧啶(U),胸腺嘧啶(T),嘌呤碱有两种：,4. 核酸的基本单位,核酸