第二十章蛋白质和核酸

1、一、氨基酸一、氨基酸:CH3CHCOOHCOOHNH2NH2NH2CH2CH2COOHNH2CH2CH2CH2COOH -amino acid -amino acid -amino acido-amino benzoic acidl 组成肽和蛋白质的结构单元分子组成肽和蛋白质的结构单元分子 - amino AcidHC COOHNH2R残基残基+H3NCOO-H+H2NCOO-H+H3NCOO-HCH3+H3NCOO-HCH(CH3)2+H3NCOO-HCH2+H3NCOO-HCH(CH3)CH(CH3)2CH2CH3Glycine (Gly)Alanine (Ala)Valine (Val)

2、Leucine (Leu)Isoleucine (Ile)Proline (Pro)甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸脯氨酸1. Nonpolar, aliphalic R groups (6)+H3NCOO-HCH2+H3NCOO-HCH2+H3NCOO-HCH2Phenylalanine (Phe)Tyrosine (Tyr)Tryptophan (Try)苯丙氨酸酪氨酸色氨酸2. Aromatic R groups (3)NHOH+H3NCOO-HCH2OH+H3NCOO-HCHOH+H3NCOO-HCH2SH+H3NCOO-HCH2+H3NCOO-HCH2CH2SCH3CONH2Seri

3、ne (Ser)Threonine (Thr)Cysteine (Cys)Methionine (Met)Asparagine (Asn)Glutamine (Gln)丝氨酸苏氨酸半胱氨酸甲硫氨酸（蛋氨酸）门冬酰胺谷氨酰胺3. Polar, uncharged R groups (6)CH3+H3NCOO-HCH2CH2CONH2+H3NCOO-HCH2COO-Aspartate (Asp)Glutamate(Glu)门冬氨酸谷氨酸+H3NCOO-HCH2CH2COO-4. Negatively charged R groups (2)+H3NCOO-HCH2CH2Lysine (Lys)Ar

4、ginine (Arg)赖氨酸精氨酸+H3NCOO-HCH2CH2CH25. Positively charged R groups (3)CH2CH2NH3+NHCNH2NH2+H3NCOO-HH2CHNNHguanidinoimidazoleHistidine组氨酸（一）构型（一）构型从自然界获得的氨基酸都是从自然界获得的氨基酸都是-氨基酸；氨基酸；除甘氨酸外，除甘氨酸外，-碳原子都具有手性。碳原子都具有手性。自然界获得氨基酸基本都是自然界获得氨基酸基本都是L-L-型、型、S S型（型（L-L-半胱氨酸除外）半胱氨酸除外）COOHCH3HHOL-乳酸乳酸COOHCH3HH2NL-丙氨酸丙氨

5、酸COOHHH2NOHHCH3CHOHHOOHHCH2OHL-苏氨酸苏氨酸 D-苏阿糖苏阿糖+H3N C HCOO-R氨基酸在结晶状态或在接近中性的溶液中，是氨基酸在结晶状态或在接近中性的溶液中，是以两性离子以两性离子 (dipolar ion) 的形式存在的。是一的形式存在的。是一种内盐种内盐 (inner salt)。COOHCH3HH2N物理性质：物理性质： 高熔点固体；高熔点固体； 易溶于水，不溶于非极性溶剂。易溶于水，不溶于非极性溶剂。R C COO-NH3+HR C COO-NH2H+H+R C COO-NH3+HR C COOHNH3+H+H+ Amino acid act ei

6、ther as an acid (proton donor) Amino acid act either as an base (proton acceptor)如果在某一如果在某一pH 值下，氨基酸所带正电荷的数目值下，氨基酸所带正电荷的数目与负电荷的数目正好相等，即与负电荷的数目正好相等，即净电荷为零净电荷为零，则，则称该称该 pH 值为该氨基酸的值为该氨基酸的等电点等电点 (pI)。R C COO-NH3+HI11+R C COO-NH2HIII1Low pHHigh pHOH-H+K1R C COOHNH3+HII1OH-H+K2 等电点时，等电点时，amino acids 几乎全部以

7、两性离子几乎全部以两性离子 I 的的形式存在形式存在, 并伴以极少量、严格相等的并伴以极少量、严格相等的 II 和和 III。处于等电点的氨基酸，其溶解度最小。处于等电点的氨基酸，其溶解度最小。现在有四个氨基酸：苯丙氨酸现在有四个氨基酸：苯丙氨酸pI=5.5、脯氨酸、脯氨酸pI=6.3、门冬、门冬氨酸氨酸pI=2.8和赖氨酸和赖氨酸pI=9.7，请问在以下，请问在以下pH条件下进行电条件下进行电泳，各氨基酸的主要存在形式是什么？在外电场作用下，泳，各氨基酸的主要存在形式是什么？在外电场作用下，移向阳极还是阴极？移向阳极还是阴极？ 苯丙氨酸苯丙氨酸 脯氨酸脯氨酸 门冬氨酸门冬氨酸 赖氨酸赖氨酸（

8、1）pH=7.0（2）pH=6.0（3）pH=5.0（4）pH=2.0正正 阴极阴极 正正 阴极阴极 负负 阳极阳极 正正 阴极阴极负负 阳极阳极 负负 阳极阳极 负负 阳极阳极 正正 阴极阴极正正 阴极阴极 正正 阴极阴极 正正 阴极阴极 正正 阴极阴极负负 阳极阳极 正正 阴极阴极 负负 阳极阳极 正正 阴极阴极（甲）羧基的反应（甲）羧基的反应 -氨基酸具有羧酸化学性质，可以与碱、五氨基酸具有羧酸化学性质，可以与碱、五氯化磷、氨、醇、氢化铝锂等反应。氯化磷、氨、醇、氢化铝锂等反应。RCHCOOHNH2PCl5POCl3 ,HClPhCH2OHH2ORCHCNH2ClORCHCNH2OOCH

9、2Ph活化羧基活化羧基保护羧基保护羧基（乙）、氨基的反应（乙）、氨基的反应-氨基酸还具有典型的伯胺化学性质；如氨基酸还具有典型的伯胺化学性质；如能与酸、亚硝酸、烃基化试剂、酰基化试能与酸、亚硝酸、烃基化试剂、酰基化试剂、甲醛、过氧化氢等反应。剂、甲醛、过氧化氢等反应。RCHCOOHNH2HNO2RCHCOOHOHN2HFNO2O2NFPhCH2OCOClHClRCHCOOHNHCOOCH2PhRCHCOOHNHNO2O2N脯氨酸除外OOOHOHRCCOO-NH3+HOONO-O+Ninhydrin -amino acidPurple product (or yellow for Pro)（丙）

10、、（丙）、茚三酮反应茚三酮反应 （鉴别反应）（鉴别反应）蓝或紫红色的有色物质脯氨酸除外1 1）由醛酮制备）由醛酮制备 最早发现的合成方法最早发现的合成方法CH3CHO + NH3+ HCNH2OCH3CHCNNH2H3O+CH3CHCOOHNH3(D，L)-alamine(60%)反应机理如下：反应机理如下：CRHO+NH3aldehydeH+imine- H2OCRHN HHCNCRHNHHCNCRHCNNH2 -amino nitrileH3O+CRCOOHHNH3（D，L）- -amino acid(acidic form)2 2）-卤代酸的氨化卤代酸的氨化 采用大大过量的氨采用大大过量

11、的氨邻位羧基的影响，降低了邻位羧基的影响，降低了-氨基的亲核性能氨基的亲核性能因此，反应可以得到很好地控制因此，反应可以得到很好地控制CRH2COHOcarboxylic acid(1)Br2/PBr3(2)H2OCRHCOHOBr -bromo acidNH3(大大过量)(D，L)- -amino acid(ammoniusm salt)CHCOORNH2NH43 3）Gabriel-丙二酸酯合成法丙二酸酯合成法 用这种方法可以得到其他合成方法难以得到的用这种方法可以得到其他合成方法难以得到的-氨基酸，如甲硫氨酸（蛋氨酸）氨基酸，如甲硫氨酸（蛋氨酸）CHCOOC2H5COOC2H5BrNNO

12、OKOOCHCOOEtCOOEtNOOCCOOEtCOOEtR(1)OH-(2)RXH+， H2OCCOOHCOOHRH3NCO2加热CHH3NRCOOH(L，D)- -amino acid二、多肽二、多肽二肽（二肽（dipeptide）：）：2 amino acid residues寡肽（寡肽（oligopeptide ）：）：210 amino acid residues多肽（多肽（polypeptide ）：）： 10 amino acid residues蛋白质（蛋白质（protein ）：）：molecular weight 10 Kd（一）（一）肽和肽键肽和肽键H2NCCOHHR1

13、ONHCCOOHHR2HH2NCCHR1OHNCCOOHHR2peptide bondH2O+H3NHCC NHCH2C NHCHC NHCHCNHCHCOO-OCH3OCH2CH2OOHOH2CCH(CH3)2OHSerGlyTyrAlaLeuN-terminateC-terminaten 肽链的氨基酸顺序与命名肽链的氨基酸顺序与命名（二）多（二）多肽的结构测定和端基分析肽的结构测定和端基分析纯多肽或蛋白质二硫键的拆分各条肽链选择性水解(至少两种方法)小肽段氨基酸顺序分析各肽段的氨基酸顺序(至少两组)叠加法肽链的氨基酸顺序N C SPITCNHCHHR1CONH CHR2CO+N-端氨基酸第

14、一步CHNNHSPhCHR1C NHOCHR2COHNCCHNHR1CSOPhNH CHR2COHNCH CNSR1ONHHCHPhR2COHNCHNSOPhR1+CHNh2R2CO第二步第三步PTH=苯乙内酰硫脲 (phenylthiohydrantoin)PTH-氨基酸PITC=异硫氰酸苯脂(phenyl isothiocyanate)HFH+适用于适用于50肽肽CHHNR1C NHOCHR2C NHOCHR3C OO羧肽酶断裂位点羧肽酶羧肽酶A水解断裂那些不是水解断裂那些不是Arg和和Lys的的C-端氨基酸端氨基酸羧肽酶羧肽酶B则仅水解断裂则仅水解断裂C-端为端为Arg或或Lys的氨基酸

15、的氨基酸CHHNCH2CCH2NHOSH3CCHRCO+CBrN+-S CNH3C-Br-+H2OHCH2CH2COCHNHCHNNH CHRCO+CHH3NRCO高丝氨酸内酯(homoserine lactone)CHHNCH2CCH2NHOSH3CCHRCOC NOOT-1T-2T-3T-4GASMALIKNGAAWHDFNPIDPRQCVHSDWLIACGPMTKT-2T-3placed at N-terminuspalced at C-terminusC-1C-2C-3NGAAWHDFNPIDPRGASMTKQCVHSDALIKWLIACGPMNGAAWHDFNPIDPRGASMALI

16、KWLIACGPMTKQCVHSDN-terminusC-terminusT-2T-3T-4T-1C-1C-3C-2disulfidebenzyl choroformateCH2O COCl +CHH2NCH3COOHAlaCH2OCONH CHCH3COHO+ HCl氯代甲酸苄基酯(Z-Cl)Z-Ala苄氧羰基(carbobenzoxy group)，简称Cbz或ZNHCHZCH3COO+NHCHZCH3COONCHNprotontransferDCC亚胺酯(imidate)protectedactivatedCNNCNNHNHCHZCNCHNOCH3CHNH(H3C)2HCCOOO Hte

17、trahedral intermediateNHCHZCCH3ONHCHCOCH(CH3)2O+HNCHNOZ-Ala-Valdicyclohexylureanew peptide bondOCCHNH2OCH(CH3)2+.CH2ClCH2OOCCHNH-tBocCHNHR1-OOCtBocR1cold CF3COOHCH2OOCCHNH3+R1CH2OOCCHNHCOCHNH-tBocR1CHNHR2-OOCtBocR2cold CF3COOHHF Hydrolysis-OOCCHNHCOCHNHCOR1R2(From C-terminate to N-terminate)Insoluble polystyrene bead四、核苷酸四、核苷