蛋白质和核酸化学

1、第二章 蛋白质和核酸的化学单元目标 1.列出蛋白质的元素组成、元素组成特点及蛋白质基本组成单位。 2.描述蛋白质分子结构及结构与功能的关系。 3.简述蛋白质的理化性质 4.说出蛋白质的分类 5.叙述核酸的分子组成和结构蛋白质的生物学功能1. 1. 蛋白质是生物体的重要组成成分蛋白质是生物体的重要组成成分2. 2. 蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能1 1）作为生物催化剂）作为生物催化剂 2 2）代谢调节作用）代谢调节作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用 4 4）物质的转运和存储）物质的转运和存储5 5）运动与支持作用）运动与支持作用6 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息

2、传递3. 3. 氧化供能氧化供能第一节 蛋白质的分子组成一、蛋白质的元素组成一、蛋白质的元素组成1.元素：碳、氢、氧、氮2.组成特点：蛋白质含氮量是13%-19%，平均约为16%，即即1 1克氮相当于克氮相当于6.256.25克蛋克蛋白质。白质。3.计算蛋白质含量的公式：每克样品中含氮每克样品中含氮g g数数6.25=6.25=每克样品中每克样品中所含蛋白质克数所含蛋白质克数练习题1.用定氮法测出1g样品大豆中含氮0.058g，试问100g大豆中含蛋白质多少克？2. 用凯氏微量定氮法测得0.2ml血清中含氮2.1mg，问100ml血清中含蛋白质多少克？二、蛋白质的基本单位氨基酸 氨基酸是蛋白质

3、的基本组成单位。 20标准氨基酸 氨基（- -NH2）和羧基（- -COOH）不带电形式 H2NCHCOOHR +H3NCHCOO-R两性离子形式科普知识：必需氨基酸 必需氨基酸：人体必不可少，而机体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称必需氨基酸。 对成人来说，这类氨基酸有8种，包括赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、色氨酸和苯丙氨酸。对婴儿来说，组氨酸也是必需氨基酸。 这就提醒人们不要挑食，食物面越广越好。 三、蛋白质的基本结构* 肽键肽键(peptide bond)：是由一个氨基是由一个氨基酸的酸的 -羧基与另一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的 -氨基氨基脱水缩合而形成

4、的化学键。脱水缩合而形成的化学键。（一）肽键和肽（一）肽键和肽H2N C CHR1OHO+N CHHHR2COOHH2OH2N CCHR1ONCHR2COOHH肽键2.多肽链3.生物活性肽(1)(2)（二）一级结构是空间结构的基础。结构与功能密切相关，蛋白质的一级一级结构是空间结构的基础。结构与功能密切相关，蛋白质的一级结构一旦确立，其空间结构以及生理功能也基本确立。结构一旦确立，其空间结构以及生理功能也基本确立。四、蛋白质的空间结构（一）蛋白质分子的二级结构1.-螺旋2. -折叠（3）无规则卷曲是指多肽链中规则性不强的一些区段的构象（二）蛋白质的三级结构（二）蛋白质的三级结构 在二级结构的基

5、础上，多肽链进一步折叠、盘曲，主链、侧链都包括在内所形成的空间结构称为蛋白质的三级结构。 只有一条肽链构成的蛋白质具备了三级结构就有生物活性，若有2条以上肽链构成的蛋白质还需进一步形成更高级结构才具有相应的生物活性。 维持三级结构的化学键是次级键。蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构 （三）蛋白质分子的四级结构（三）蛋白质分子的四级结构有的蛋白质分子由两条以上具有独立三级结构的肽链通过非共价键相连聚合而成，其中每一条肽链称为一个亚基或亚单位亚基或亚单位(subunit)。各亚基在蛋白质分子内的空间排布及相互接触称为蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构。蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构（四）蛋白质结构与

6、功能的关系（1）种属差异蛋白质一级结构的种属差异十分明显，但相同部分氨基酸对蛋白质的功能起决定作用。根据蛋白质结构上的差异，可以断定它们在亲缘关系上的远近。（2）分子病蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。1.一级结构与功能的关系镰状细胞贫血（sick-cell anemia）从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。-链 1 2 3 4 5 6 7Hb-A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-LysHb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys 蛋白质的空间结构一旦改变就会影响蛋白质的生物活性。 （如右图）牛核糖核酸酶的空间结构与功能。疯

7、牛病疯牛病疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引引起的一组人和动物神经退行性病变。起的一组人和动物神经退行性病变。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPc。PrPc在某在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为种未知蛋白质的作用下可转变成全为-折叠的折叠的PrPsc，从而致病。从而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病牛脑海绵状病，简称BSE。1985年4月，医学家们在英国发现了一种新病，专家们对这一世界始发病例进行组织病理学检查，并于1986年11月将该病定名为BSE，首次在英国报刊上报道。 食用被疯牛病污染了的

8、牛肉、牛脊髓的人，有可能染上致命的克罗伊茨费尔德雅各布氏症（简称克雅氏症），其典型临床症状为出现痴呆或神经错乱，视觉模糊，平衡障碍，肌肉收缩等。病人最终因精神错乱而死亡。 医学界对克雅氏症的发病机理还没有定论，也未找到有效的治疗方法。+（三）蛋白质的沉淀（三）蛋白质的沉淀 蛋白质从溶液中析出的现象1. 盐析：加盐使蛋白质沉淀析出。分段盐析：调节盐浓度，可使混合蛋白质溶液中的几种蛋白质分段析出。血清球蛋白（50%(NH4)2SO4饱和度），清蛋白（饱和(NH4)2SO4)。2. 加有机溶剂：控制低温可得到不变性的蛋白质沉淀。3. 加重金属盐 ：利用该性质抢救重金属中毒者4. 加某些有机酸：单宁酸

9、、苦味酸、钼酸、钨酸。临床检验中可用这些酸类检查尿蛋白。（四）蛋白质的变性六、蛋白质的分类 1.根据蛋白质分子组成： 单纯蛋白质（单纯由氨基酸组成） 结合蛋白质（有蛋白质部分和非蛋白质部分） 2.根据蛋白质分子形状 球状蛋白质 纤维状蛋白质第二节核酸化学一、核酸的分子组成核酸核苷酸核酸的结构层次：核酸核苷酸 核苷酸磷酸+戊糖+含氮碱核苷磷酸戊糖碱基核糖RNA脱氧核糖DNA嘌呤碱A、G嘧啶碱C、U、T二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成 1.磷酸 （比较：蛋白质中的氮比较恒定） 2.戊糖（核糖RNA和脱氧核糖DNA两种）（一）核酸的基本成分3. 含氮碱：嘌呤嘌呤(purine) NNNHN123

10、456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)嘧啶嘧啶(pyrimidine)NNH132456尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOOCH3腺嘌呤核苷OOHOHNNNNNH2HOH2COOHHNNNNNH2HOH2C脱氧腺嘌呤核苷核苷 =戊糖+碱基（二）、核苷酸的结构+ 磷酸 =核苷酸腺嘌呤核苷酸（AMP）OO HO HNNNNN H2O H2CP胸腺嘧啶脱氧核苷酸（d-TMP）OHO HO H2CNNOOC

11、H3P二、核酸的分子结构二、核酸的分子结构3，5-磷酸二酯键：一个核苷酸C-3上的羟基与另一个核苷酸C-5上的磷酸脱水缩合而成的酯键。3-末端与5-末端：多核苷酸链的一端是磷酸与戊糖C-5相连，称为5-末端；另一端在戊糖C-3上有一个自由羟基，称为3-末端。核酸的一级结构：在多核苷酸链中核苷酸的排列顺序称为核酸的一级结构。A-T-G-C-C-A-G-G-TT-A-C-G-G-T-C-C-A5335ONHHOHHOHHCH2OPOHOOH（H）ONHHOHHOHHCH2OPOHOOH（H）ONHHOHHOHHCH2OPOHOOH（H）ONHHOHHOHHCH2OPOHOOH（H）（H）ONHHO

12、HHOHHCH2OPOOHOONHHOHHHCH2OPOHOOH（H）5磷酸3羟基3,5 -磷酸二酯键(二 ）核酸的表示方式字母式5PAPCPGPCPTPGPTPAOH 3 5 PACGCTGTAOH 3线条式PP5335PP53P53ACGTOH多核苷酸链3端5端1. DNA的碱基组成及规律 碱基组成：A、G、T、C Chargaff规则： （1）所有DNA中都均存在以下关系A=T、G=C，即嘌呤=嘧啶 A+G=T+C （2）DNA的碱基组成具有种属特异性，而无组织和器官特异性，也不随条件的变化而变化意义：是双螺旋结构模型的重要依据意义：是双螺旋结构模型的重要依据 （三）核酸的空间结构2.

13、DNA2. DNA的二级结构：的二级结构：（1）WatsonCrick双螺旋结构模型：碱基A或GT或C2 nm特点：a.双链反向平行右手螺旋b.糖-Pi 在螺旋外侧构成主链骨架，c.碱基在内侧且与轴平面垂直 d.配对碱基形成氢键，总是A与T、G与C为碱基对，碱基对间氢键数：A=T、GCe.螺旋直径为2nm， 10对核苷酸上升一圈，螺距为3.4nm图 5-11B-DNA的双螺旋结构模型3.4nm0.34nm1nm小沟大沟该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出是上个世纪生命科

14、学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。3.RNA的空间结构（1） tRNA主要特征：1.四臂四环；2.氨基酸臂3端有CCAOH的共有结构；3.D环上有二氢尿嘧啶（D）；4.反密码环上的反密码子与mRNA相互作用；5.可变环上的核苷酸数目可以变动；6.TC环含有T和；7.含有修饰碱基和不变核苷酸。OCCHRN H2O3氨基酸臂氨基酸臂功能：结合氨基酸功能：结合氨基酸T C环环额外环额外环（可变环）（可变环）反密码子反密码子功能：识别密码子功能：识别密码子反密码环反密码环DHU环环功能：与核糖功能：与核糖体体rRNA结合结合二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶假尿嘧啶假尿嘧

15、啶三级结构：倒L形tRNAtRNA三级结构三级结构* tRNA的功能的功能活化、搬运氨基活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。白质的翻译。游离核苷酸的作用： 是生物体生理活动所需能量的直接供体，如ATP。 是合成糖原、磷脂、蛋白质、DNA和RNA所必需的物质和原料，如各种核苷三磷酸。 是某些重要辅酶（基）的组成成分。 有的核苷酸是体内代谢调节的重要物质，如cAMP和cGMP。 三磷酸核苷与环化核苷酸三磷酸核苷与环化核苷酸OOHOOH2CNNNNNH2P OOHcAMP（信息传递）OOHOHOH2CPOPOPOHOOHOHOHOONNNNNH2 ATP(能量供应）PO-O

16、OAMPOPOHOADPATPP OHHOO3、DNA的热变性： DNA稀盐溶液加热到801000C，几分钟内双螺旋键即解开，形成无规则的线团。伴随DNA的变性，OD260增高（增色效应），粘度降低，生物活性消失。（四）核酸的复性 变性DNA在适当的条件下（除去变性因素），可使两条分开的链按照碱基配对规律重新缔合（reassociation）成双螺旋结构，这一过程称为复性。 复性后的DNA其理化性质和生物功能都得到部分恢复。 减色效应：复性的DNA溶液紫外吸收下降 核酸的变性、复性和杂交变性（加热）探针杂交（缓慢冷却）复性（缓慢冷却） 2. -折叠（二）蛋白质的三级结构（二）蛋白质的三级结构

17、在二级结构的基础上，多肽链进一步折叠、盘曲，主链、侧链都包括在内所形成的空间结构称为蛋白质的三级结构。 只有一条肽链构成的蛋白质具备了三级结构就有生物活性，若有2条以上肽链构成的蛋白质还需进一步形成更高级结构才具有相应的生物活性。 维持三级结构的化学键是次级键。镰状细胞贫血（sick-cell anemia）从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。-链 1 2 3 4 5 6 7Hb-A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-LysHb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys镰状细胞贫血（sick-cell anemia）从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。-链 1 2 3 4 5 6 7Hb-A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-LysHb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys第二节核酸化学2. DNA2. DNA的二级结构：的二级结构：（1）WatsonCrick双螺旋结构模型：碱基A或GT或C2 nm特点：a.双链反向平行右手螺旋b.糖-Pi 在螺旋外侧构成主链骨架，c.碱基在内侧且与轴平面垂直 d.配对碱基形成氢键，总是A与T、G与C为碱基对，碱基对间氢键数：A=T、GCe.螺旋直