第18章氨基酸、蛋白质和核酸

1、蛋白质酸、碱或酶水解多肽氨基酸（终产物）R-CH-COOHNH2 结构通式结构通式一、氨基酸的分类、命名及构型一、氨基酸的分类、命名及构型2. 2. 氨基酸的氨基酸的构型和存在形式构型和存在形式构型（用构型（用D、L表示）表示） L型型 -氨基酸氨基酸 D型型 -氨基酸氨基酸 L-甘油醛甘油醛除甘氨酸，天然除甘氨酸，天然 - -氨基酸都是旋光的，氨基酸都是旋光的，而且都是而且都是L L型的。型的。COOHNH2HRCOOHH2NHRCHOHOHCH3存在形式：存在形式：氨基酸都以偶极离子的形式存在。氨基酸都以偶极离子的形式存在。 组氨酸组氨酸CH3-CH-COO-NH3+HO2C(CH2)2-

2、CH-COO-NH3+CH2-CH-COO-NH3+NNH谷氨酸谷氨酸丙氨酸丙氨酸2.2.氨基酸的氨基酸的构型和存在形式构型和存在形式3.3.名称名称 氨基酸的氨基酸的 碳原子（除甘氨酸外）都是碳原子（除甘氨酸外）都是手性碳手性碳。其构型的表示方法与糖一样，其构型的表示方法与糖一样，用用D D或或L L表示。表示。每个氨基酸都有俗名，并都用一个缩写符号表示每个氨基酸都有俗名，并都用一个缩写符号表示。一、氨基酸的分类、命名及构型一、氨基酸的分类、命名及构型C HHC O O-N H3+CHCH3COO-NH3+COO-NH3+C C H HC C H HC C H H3 3C C H H2 2C

3、 C H H3 3COO-NH3+C C H H3 3C C H H2 2C C H HC C H HC C H H3 3C O O-N H3+C C H HC C H HC C H H3 3C C H H3 3C C H HC C H H2 2H H2 2C CH H2 2C CN N+ +H HH HC C O O O O- -C O O-N H3+C C H HC C H H2 2C O O-N H3+C C H HC C H H3 3C C H H2 2C C H H2 2S SC O O-N H3+C C H HC C H H2 2H H O OC O O-N H3+C C H HC

4、 C H HC C H H3 3O O H HC O O-N H3+C C H H2 2C C H HS S H HC O O-N H3+C C H H2 2C C H H2 2C CH H2 2N NC C H HO OC O O-N H3+C C H HO OC C H H2 2C CH H2 2N NC O O-N H3+C C H H2 2H H O OC C H HN NC C H H2 2H HC C H HC C O OO O- -N N H H3 3+ +COO-NH3+C C H H2 2C C H HC CH H O OO OCOO-NH3+C C H H2 2C C H

5、H2 2C C H HC CH H O OO OCOO-NH2N NH HC CH H2 2C CH H2 2C C H H2 2C CH HC CH H2 2N N+ +N NH H2 2COO-NH2C CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2C CH HH H3 3N N+ +N N H HN NC C H H2 2C C H HC C O O O O- -N N H H3 3+ +注意：两性离子的写法注意：两性离子的写法一、氨基酸的分类、命名及构型一、氨基酸的分类、命名及构型八个必需氨基酸八个必需氨基酸(CH3)2CHCH(NH2)COOH缬氨酸缬氨酸(CH

6、3)2CHCH2CH(NH2)COOH亮氨酸亮氨酸C2H5CHCH(NH2)COOHCH3异亮氨酸异亮氨酸C6H5CH2CH(NH2)COOH苯丙氨酸苯丙氨酸CH3CHCH(NH2)COOHOH苏氨酸苏氨酸CH3S(CH2)2CH(NH2)COOH蛋氨酸蛋氨酸H2N(CH2)4CH(NH2)COOH赖氨酸赖氨酸CH2CH(NH2)COOHNH色氨酸色氨酸H3NCOOHCH2SSCH2COOHH3NH3N CH2CH2CH2CH COONH3鸟氨酸 氨基酸既含有氨基酸既含有氨基氨基，又含有，又含有羧基羧基，他们的性，他们的性质集中地表现在这两个官能团上质集中地表现在这两个官能团上 。RCHCOO

7、H NH2 酯化酯化酰化酰化脱羧脱羧叠氮化叠氮化与亚硝酸反应与亚硝酸反应与醛酮反应与醛酮反应烃基化反应烃基化反应成盐成盐三、氨基酸的性质三、氨基酸的性质 氨基酸既含有氨基，又含有羧基，显示出酸和氨基酸既含有氨基，又含有羧基，显示出酸和碱的碱的两重性质两重性质，它既可以跟酸反应生成成盐，又，它既可以跟酸反应生成成盐，又可以跟碱反应生成盐。可以跟碱反应生成盐。R-CH-COOHNH2 + HClR-CH-COOHNH3 + Cl-+ NaOHR-CH-COO- NH2 + Na+R-CH-COOHNH2 （一（一）氨基酸的酸碱性和等电点氨基酸的酸碱性和等电点三、氨基酸的性质三、氨基酸的性质当没有外

8、界酸碱介质存在时，它还可以当没有外界酸碱介质存在时，它还可以 发生分子内电离，以两性离子的形式存在。发生分子内电离，以两性离子的形式存在。H2N-CH-COOH H3N+-CH-COO- RR内盐内盐（一）氨基酸的酸碱性和等电点（一）氨基酸的酸碱性和等电点三、氨基酸的性质三、氨基酸的性质三、氨基酸的性质三、氨基酸的性质CH3CH COONH3+H2OH2O+ H3O+NH2COOCHCH3+ OHNH3+COOHCHCH3（一）氨基酸的酸碱性和等电点（一）氨基酸的酸碱性和等电点（一）氨基酸的酸碱性和等电点（一）氨基酸的酸碱性和等电点（一）氨基酸的酸碱性和等电点（一）氨基酸的酸碱性和等电点等电点

9、时氨基酸的特性：等电点时氨基酸的特性：（一）氨基酸的酸碱性和等电点（一）氨基酸的酸碱性和等电点 正离子正离子 两性离子两性离子 负离子负离子pHpI N N H H3 3+ +C C O O O O- -O O H H- -H H+ +O O H H- -H H+ +N N H H3 3+ +C C O O O O H HC CH HR RN N H H2 2C C O O O O- -C CH HR RC CH HR R（一）氨基酸的酸碱性和等电点（一）氨基酸的酸碱性和等电点 （一）氨基酸的酸碱性和等电点（一）氨基酸的酸碱性和等电点纸电泳分离纸电泳分离AA: pH pI, 样品带样品带负电荷

10、负电荷，样品点向，样品点向阳极阳极移动移动 pH = pI, 样品样品不带电荷不带电荷，样品点，样品点不移动不移动（一）氨基酸的酸碱性和等电点（一）氨基酸的酸碱性和等电点RCH + HCCOOHNH2R HOOCH2N CHHNCCHNHCRROO+ 2H2OCHHNCCHNHCRROO浓盐酸100。CH3+NCHCNROCHCOOHCl-RHNHP1CHR1COOHNH2CHR2COP2-H2ONHP1CHR1CONHCHCOP2+R2肽键肽键2 2与茚三酮的反应与茚三酮的反应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。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。茚茚茚三

11、酮茚三酮 水合茚三酮水合茚三酮OOOHON+紫色紫色-CO2，-RCHO-3H2O互变异构互变异构2 2与茚三酮的反应与茚三酮的反应RCHCOONH3+HNO2RCHCOOOH+ N2RCHCOOH NH2Ba(OH)2RCH2NH2 + CO25.5.与与2 2，4-4-二硝基氟苯反应二硝基氟苯反应在室温和弱碱条件下，氨基酸中氨基上的氢原子在室温和弱碱条件下，氨基酸中氨基上的氢原子可与可与2 2，4-4-二硝基氟苯反应（二硝基氟苯反应（DNFBDNFB）发生亲核取代。）发生亲核取代。O2NFNO2+H2NCHCOOHRO2NNHCHCOOHNO2RDNFPDNP-氨基酸DNP氨基酸呈黄色，可

12、用于氨基酸的鉴定。氨基酸呈黄色，可用于氨基酸的鉴定。CONH一、肽的结构与命名一、肽的结构与命名H3N+CH CONH CH CONH CHCH3CH2SHCH2CH(CH3)2COO-一、肽的结构与命名一、肽的结构与命名H2N CHRCNHCHRCOOHOn多肽结构通式：多肽结构通式： 肽分子中的酰胺键的双键特征肽分子中的酰胺键的双键特征一、肽的结构与命名一、肽的结构与命名CCNCHOCCNCHOC C NC OH肽键的结构肽键的结构0.132nm具有双键性质，不具有双键性质，不能自由旋转能自由旋转 6 6个原子都在同一平面上，两个个原子都在同一平面上，两个-碳处于反式，碳处于反式，O O和

13、和H H原子处于反式。原子处于反式。一、肽的结构与命名一、肽的结构与命名肽链的旋转受阻，多肽主链构象是有限的，一肽链的旋转受阻，多肽主链构象是有限的，一般以反式构型存在。般以反式构型存在。CCCCONNHRHCOHCNNOCHCRHCOHC一、肽的结构与命名一、肽的结构与命名CCNCCNCCNCCNCHHHHOOOOHRHRRH 酰胺键的平面关系酰胺键的平面关系肽单元的空间结构特征：肽单元的空间结构特征：1 1肽单元是平面结构，组成肽单元的六个原子共平面。肽单元是平面结构，组成肽单元的六个原子共平面。2 2肽键具有部分双键性质，使肽键具有部分双键性质，使C-NC-N之间的旋转受到一定之间的旋转

14、受到一定 阻碍。阻碍。3 3肽键一般呈反式构型。肽键一般呈反式构型。一、肽的结构与命名一、肽的结构与命名H3N+CH CONH CH CONH CHCH3CH2SHCH2CH(CH3)2COO-一、肽的结构与命名一、肽的结构与命名多肽混合氨基酸酸或碱水解电泳、离子交换氨基酸分析仪等氨基酸的种类和数量二、多肽结构测定和端基分析二、多肽结构测定和端基分析 多肽酶部分水解水解碎片分离、测定各水解碎片的氨基酸组分拼凑原多肽的结构A部分水解法：部分水解法： B端基分析法：端基分析法： 用特殊试验鉴定肽链的用特殊试验鉴定肽链的C-端或端或N-端。端。端基分析有端基分析有酶解法酶解法和和化学法化学法。 二、

15、多肽结构测定和端基分析二、多肽结构测定和端基分析酶解法：酶解法：某三肽羧肽酶氨肽酶色氨酸半胱氨酸C-端AAN-端AA+ 二肽羧肽酶二肽 +氨肽酶赖氨酸C-端第二个AAN-端第二个AA赖氨酸 二、多肽结构测定和端基分析二、多肽结构测定和端基分析化学法：化学法： 二、肽结构测定和端基分析二、肽结构测定和端基分析H2OFNO2O2N+H2NCHCONHCHCOR碱性介质NHCHCONHCHCONO2O2NR1R2HCl,NHCHCOOHNO2O2NR1+NH3CHCOR2DNFPDNP-AA(1) N-(1) N-端分析端分析A A、2,4-2,4-二硝基氟苯（二硝基氟苯（DNFBDNFB）法）法B

16、 B、丹磺酰氯（、丹磺酰氯（DNS-DNS-ClCl）法）法（DNS-Cl）N(CH3)2SO2ClN(CH3)2SO2NHCHCOOHR（DNS-AA）灵敏度比上法高百倍H2NCHCORC CHNHCNSRC6H5O+酸PTC衍生物苯乙内酰硫脲衍生物(PTH衍生物) 肽链其余部分分离、鉴定N-端氨基酸的结构PTC衍生物PTH衍生物PTC酸分离、鉴定N-端第二个氨基酸的结构C6H5-N=C=S + H2NCHCONHCHCORRC6H5-NHCNHCHCONHCHCORRS异硫氰酸苯酯(PTC)(1) N-(1) N-端分析端分析C C、异硫氰酸苯酯（、异硫氰酸苯酯（P-P-EdmanEdma

17、n）法）法(1) C-(1) C-端分析端分析A A、肼解法、肼解法B B、羧肽酶催化水解法、羧肽酶催化水解法H2NCHCO-NHCHCOR1+NH2CHCOOHRnNHCHCOOHR2RnH2NNH2（过量）H2NCHCOR1NHNH2H2NCHCOR2NHNH2+C6H5CHOC6H5CH NCHCONHN CHC6H5R1+ C6H5CH NCHCONHN CHC6H5R2氨基酸酰肼二亚苄衍生物最为有效，最常用。专一地从肽链的最为有效，最常用。专一地从肽链的C端逐个降解端逐个降解AA. 二硫键二硫键 1. 1.谷胱甘肽谷胱甘肽三、生物活性肽三、生物活性肽H3NCHCH2CH2CONHCH

18、CONHCH2COOCOOCH2SH 还原型还原型-谷氨酰半胱氨酰胱甘氨酸谷氨酰半胱氨酰胱甘氨酸H3NCHCH2CH2CONHCHCONHCH2COOCOOCH2SH3NCHCH2CH2CONHCHCONHCH2COOCOOCH2S 氧化型氧化型-谷氨酰半胱氨酰胱甘氨酸谷氨酰半胱氨酰胱甘氨酸参与细胞的氧化还原参与细胞的氧化还原半 胱酪异 亮谷精半 胱脯亮NH2苷NH2SS 二硫键二硫键Cys-Tyr-Ile-Glu-Arg-Cys-Pro-Leu-Gly NH2SS 2. 2.催产素催产素三、生物活性肽三、生物活性肽 NaNO2 / HCl-H2O 低温H3N-CH2-COO+-H3N-CH2

19、-COO+NaOHHOCH2CHCOONH3NaOHH2O-+(3)(4)HOCH2CHCOONH3-+HNO3(1)(2)课堂练习课堂练习:1.完成下列方程式完成下列方程式2回答下列问题回答下列问题下列氨基酸的水溶液在等电点时是酸性还是下列氨基酸的水溶液在等电点时是酸性还是碱性？为什么？碱性？为什么？ 丝氨酸丝氨酸 精氨酸精氨酸 天冬氨基酸天冬氨基酸(2)下列反应在何种介质中进行有利？下列反应在何种介质中进行有利？氨基酸的酯化反应，氨基酸的酰化反应氨基酸的酯化反应，氨基酸的酰化反应(3)赖氨酸在强酸性溶液中，主要以下列形式存赖氨酸在强酸性溶液中，主要以下列形式存在，含有三个酸性基团，请指出酸

20、性强弱的在，含有三个酸性基团，请指出酸性强弱的顺序？顺序？NH3CH2CH2CH2CH2CHCOOHNH3pKa1=2.85pKa2=8.95pKa3=10.5318.4 18.4 核酸核酸一、核酸的组成一、核酸的组成核酸核苷酸磷酸核苷戊糖(核糖或脱氧核糖)含氮碱(嘌呤碱或嘧啶碱)核核酸逐步水解的过程：酸逐步水解的过程： 核酸分为核糖核酸核酸分为核糖核酸(RNA)(RNA)和脱氧核糖核酸和脱氧核糖核酸(DNA) (DNA) 。RNARNA主要存在于细胞质中，参与生物体内蛋白质的合成。主要存在于细胞质中，参与生物体内蛋白质的合成。DNADNA主要分布在细胞核中，它决定着生物体的繁殖、遗主要分布在

21、细胞核中，它决定着生物体的繁殖、遗传和变异。传和变异。 核苷酸是核酸的基本结构单位。 核糖核苷酸为RNA的组成单位，脱氧核糖核苷酸是DNA的组成单位。生物体内多数核苷酸是5-核苷酸。核苷酸核苷酸核苷酸的命名是取含氮碱的字头加上“核苷酸” ，脱氧核苷酸则在含氮碱的字头前再加“脱氧”两字。HOOHNH2OH2PO3OCH2NNNNOPO3H2HOCH2NH2ONNNN5-腺苷酸(5-AMP)3-脱氧腺苷酸(3-dAMP)构成核酸的戊糖构成核酸的戊糖n核成核酸的戊糖有两类：核成核酸的戊糖有两类：n核糖和脱氧核糖，对应的核酸称为核糖核酸（核糖和脱氧核糖，对应的核酸称为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（

22、和脱氧核糖核酸（DNA）。HCHOOHOHHOHHCH2OHHCHOHOHHOHHCH2OHOHHOH2CHHOHHOHOHOHHOH2CHHOHHO HH核糖核糖2-脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖2-脱氧核糖脱氧核糖环状环状结构结构链状链状结构结构构成的核酸的杂环碱构成的核酸的杂环碱n嘌呤嘌呤：NNNHNNH2NHNNHNONH2 腺嘌呤腺嘌呤(Adenine，A) 鸟嘌呤鸟嘌呤(Guanine，G) 6氨基嘌呤氨基嘌呤 2氨基氨基6氧嘌呤氧嘌呤 嘧啶嘧啶：NNHNH2ONHNHOONHNHOO 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(Thymine，T)尿嘧啶尿嘧啶(Uracil，U)胞嘧啶胞嘧啶(Cytonine，

23、A)核糖核酸和脱氧核糖核酸的区别核糖核酸和脱氧核糖核酸的区别n核糖核酸（核糖核酸（RNA）含有的戊糖是核糖，含有的含有的戊糖是核糖，含有的杂环碱有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶杂环碱有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶n脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNA）含有的戊糖是含有的戊糖是2-脱氧核脱氧核糖，含有的杂环碱有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶糖，含有的杂环碱有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶和尿嘧啶核苷核苷n戊糖与杂环碱戊糖与杂环碱形成的苷叫核苷，形成的苷叫核苷，RNA的四种核苷的四种核苷是是：NNNNNH2OHHOH2COHO19NHNNNONH2OHHOH2COHO19NNNH2OOHHOH2COH

24、O11NHNOOOHHOH2COHO11腺腺嘌呤核苷嘌呤核苷鸟鸟嘌呤核苷嘌呤核苷胞胞嘧啶核苷嘧啶核苷尿尿嘧啶核苷嘧啶核苷DNA的四种核苷的四种核苷OHHOH2CO19NNNNNH2NHNNNONH2OHHOH2CO19NNNH2OOHHOH2CO16NHNOOOHHOH2CO16CH3腺嘌呤脱氧核苷腺嘌呤脱氧核苷鸟鸟嘌呤脱氧核苷嘌呤脱氧核苷胞胞嘧啶脱氧核苷嘧啶脱氧核苷胞腺胞腺嘧啶脱氧核苷嘧啶脱氧核苷核苷酸核苷酸n核苷中糖的核苷中糖的5 （核酸中糖的碳原子的位次以核酸中糖的碳原子的位次以1 ，2 ，3 表示）羟基，与磷酸形成的酯，叫做核苷酸。如表示）羟基，与磷酸形成的酯，叫做核苷酸。如：NHNO

25、OOHHO P OCH2OHO1OOH5NNNNNH2OHHO P OCH2O1OOH5尿尿嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸腺腺嘌呤脱氧核苷酸嘌呤脱氧核苷酸核苷酸在碱溶液中水解，即失去磷酸生成核苷。核苷酸在碱溶液中水解，即失去磷酸生成核苷。核酸是许多核苷酸相互连接而成的多核苷酸长链。核酸是许多核苷酸相互连接而成的多核苷酸长链。 RNARNA、DNADNA，核苷酸之间都是通过核苷酸之间都是通过33，5-5-磷酸二酯磷酸二酯键相互连接而成。键相互连接而成。33，5-5-磷酸二酯键是磷酸分别与相邻两个核苷中戊糖磷酸二酯键是磷酸分别与相邻两个核苷中戊糖33位和位和55位上的羟基脱水形成的酯键。位上的羟基脱水形成的酯键。二、二、 核酸的结构和生物功能核酸的结构和生物功能 核酸的一级结构是指各个核苷酸在核酸分子中的排核酸的一级结构是指各个核苷酸在核酸分子中的排列顺序。列顺序。核酸链的走向一般是从核酸链的走向一般是从5-5-端至端至3-3-端。端。 OHO P OCH2O1OOH5O P OCH2O1OOH5OH P OCH2O1OH5O碱基碱基碱基OH333 DNA分子是由两条平行的多核苷酸链组成，它们围绕同一中心轴以相反的走向平行旋绕而成右手双螺旋结构。 在同一条