蛋白质氨基酸和核酸

蛋白质氨基酸和核酸第1页/共66页第十六章氨基酸蛋白质和核酸[教学要求]

①了解氨基酸的分类和命名②掌握氨基酸的结构、构型、性质③理解肽和肽键，了解端基分析方法④了解蛋白质的分类，掌握蛋白质的结构和性质⑤了解酶的组成及分类⑥了解核酸的结构和生物功能第2页/共66页§16—1氨基酸

氨基酸是羧酸分子中碳链上的氢原子被氨基取代后的生成物，分子中含有氨基和羧基两种官能团一、α-氨基酸的结构、命名和分类

1．分类：(1)据氨基和羧基的相对位置分为

α—氨基酸、β—氨基酸和γ—氨基酸，与人关系最为密切的是α-氨基酸第3页/共66页蛋白质水解可得20多种α-氨基酸其中有八种是人体所需要的必需氨基酸（即人体本身不能合成的氨基酸），它们是：第4页/共66页（2）按分子中氨基和羧基的数目分为

中性氨基酸：分子中－NH2数目=－COOH数目如：碱性氨基酸：－NH2数目＞－COOH数目如：酸性氨基酸：－COOH数目＞－NH2数目如：第5页/共66页2．命名：多按其来源或性质而命名。国际上有通

用的符号3、结构：组成蛋白质的天然产氨基酸都是α-氨基酸且具有旋光性，构型均为L–型其构型与甘油醛的关系是：

第6页/共66页二、氨基酸的性质α—氨基酸都是无色结晶，易溶于水，难溶于乙醚、苯等。易形成内盐熔点较相应的胺或羧酸高，熔融时都分解分子中既有氨基又有羧基，具有胺和羧酸的性质例如：氨基酰化——乙酰氯、醋酸酐等都可作酰化剂，得到相应的氨基酸衍生物第7页/共66页氨基的烃基化2，4-二硝基氟苯能与氨基酸的氨基发生反应，作为测定N端的试剂第8页/共66页与亚硝酸反应——测定氨基酸含量的方法

与甲醛作用—使氨基消失，即碱性消失，可用碱滴定羧基的含量第9页/共66页1．两性（酸碱性）和等电点

①形成内盐氨基酸一般情况下不是以游离的羧基或氨基存在的，而是两性电离，在固态或水溶液中形成内盐

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②氨基酸存在形式：

氨基酸在强酸性溶液中以正离子存在，在强碱性溶液中以负离子存在。在一定介质时，主要以两性离子存在：第11页/共66页③等电点

当溶液调节至一定的pH值时，氨基酸可以两性离子的形式存在，将此溶液置于电场中，氨基酸不向电场的任何一极移动，即处于电中性状态，这时溶液的pH值称为氨基酸的等电点，通常以pl表示。K1：-COOH电离常数；K2：-NH3+电离常数

第12页/共66页氨基酸的pH值：中性氨基酸：等电点小于7（负离子要多些），等电点一般在5～6.3之间。酸性氨基酸：需加酸调到等电点，故其等电点小于7，一般在2.8～3.2之间。碱性氨基酸：需加碱调到等电点，故其等电点大于7，一般在7.6～10.8之间。氨基酸在等电点时，溶解度最小，可用调节等电点的方法分离氨基酸的混合物。第13页/共66页2、与水合茚三酮反应—α-氨基酸的鉴别反应一般生成紫色。脯氨酸、羟基脯氨酸生成黄色

第14页/共66页三、α-氨基酸的制备

1、α-卤代酸的氨化——此法有副产物仲胺和叔胺生成，不易纯化

常用盖伯瑞尔法代替第15页/共66页2．由丙二酸酯法合成

第16页/共66页3、斯瑞克（Strecker）法

醛在氨存在下加氢氰酸生成α-氨基腈，后者水解生成α-氨基酸例如第17页/共66页§16—2多肽一、多肽的组成和命名1．肽和肽键

一分子氨基酸中的羧基与另一分子氨基酸分子的氨基脱水而形成的酰胺叫做肽，其形成的酰胺键称为肽键第18页/共66页

由两个α-氨基酸缩合而成的肽称为二肽，由多个

α-氨基酸缩合而成的肽称为多肽。

例如：第19页/共66页一般把含100个（有时是含50个）以上氨基酸的多肽称为蛋白质

肽链中有游离氨基的一端（-NH2），称为N端；有游离的羧基一端（-COOH），称为C端。第20页/共66页2．肽的命名

按氨基酸在链中的顺序依次由N—端排列至C—端，以C—端的氨基酸为母体，将N—端的氨基酸写在最前，肽链中其它氨基酸名称中的“酸”改为“酰”例如：第21页/共66页

又如：

肽多用俗名，如催产素、胰岛素等

1965年我国成功合成了世界上第一个具有生物活性的蛋白质—­—牛胰岛素。这是我国的骄傲。牛胰岛素结晶如右图第22页/共66页二、多肽结构的测定

1．测定分子量

2．氨基酸的定量分析——现代用氨基酸分析仪进行分离和测定3．端基分析（测定N端和C端）第23页/共66页（1）测定N-端

2,4-=硝基氟苯(DNFB)法——为标记N—端试剂

黄色的N—（2，4—二硝基苯基）氨基酸第24页/共66页（2）测定C-端——羧肽酶水解法

在羧肽酶催化下，多肽链中只有C端的氨基酸能逐个断裂下来

第25页/共66页三、多肽的合成

两种氨基酸可生成四种二肽例如甘+丙甘—丙+丙—甘+甘—甘+丙—丙第26页/共66页1．保护反应基团（保护-NH2）2．活化反应基团（活化-COOH）第27页/共66页

合成

还原第28页/共66页四、重要的多肽

1、催产素：脑垂体后叶分泌的一种激素，

1958年由北大合成异亮—酪—半胱—SS谷—门冬———半胱——脯—亮—甘第29页/共66页2、胰岛素

由16种51个氨基酸组成的激素蛋白，分子量约为6000，正六面无色晶体。

第30页/共66页§16—3蛋白质

由氨基酸以酰胺键（肽键）形成的（一般相对分子质量在1万以上）高分子化合物一、蛋白质的元素组成组成元素主要是C、H、O、N四种，大多数含有S元素二、蛋白质的分类

1．根据蛋白质的形状分为：①纤维蛋白质。如丝蛋白、角蛋白等；②球蛋白。如蛋清蛋白、酪蛋白等。第31页/共66页2．根据蛋白质的化学组成分为：①单纯蛋白质：它是由多肽组成的，其水解最终产物是α-氨基酸。如白蛋白、球蛋白、谷蛋白等。②结合蛋白质：它是由单纯蛋白质与非蛋白质部分结合而成的。如脂蛋白、磷蛋白、色蛋白、金属蛋白、血红蛋白。第32页/共66页3．根据蛋白质的功能分为：①活性蛋白质：它包括在生命运动过程中一切有活性的蛋白质。酶、激素、抗体、收缩蛋白、运输蛋白等②非活性蛋白质：主要包括一大类担任生物的保护或支持作用的蛋白，不具有生物活性。例如：贮存蛋白（清蛋白、酪蛋白等），结构蛋白（角蛋白、弹性蛋白胶原等）等第33页/共66页三、蛋白质的结构

分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构

一级结构：氨基酸借助于肽键连接成有一定次序的多肽链二级结构：多肽链借助于氢键在空间沿着一个方向呈规律性的排列和无规卷曲排列。规律性排列是指

α—螺旋结构和β—折叠结构第34页/共66页蛋白质的二级结构三种主要形式

①α-螺旋：一条肽链通过一个酰胺键中羰基氧原子与另一酰胺键中氨基氢原子形成氢键而绕成螺旋形结构②β-折叠片：由链间的氢键将肽拉在一起形成“片”状的结构③无规则卷曲——没有确定规律性第35页/共66页第36页/共66页蛋白质的α—螺旋结构

螺旋的一圈是3.6个氨基酸结构单位，第一个氨基酸残基N上的H与第四个氨基酸残基上的羰基形成氢键。两螺旋间的距离是0.54nm第37页/共66页第38页/共66页

蛋白质的三级结构

指一条多肽链借助于各种副键在空间总的折叠、卷曲、盘旋的形状，即一条多肽链或蛋白质的亚基在空间的总体构象蛋白质分子中的：主键：肽键副键：氢键、盐键、二硫键、疏水键范德华力第39页/共66页第40页/共66页第41页/共66页

蛋白质的四级结构

由一条或几条多肽链构成蛋白质的最小单位称为蛋白质亚基，由几个亚基借助各种副键的作用而构成的一定空间结构称为蛋白质的四级结构

也就是指整个蛋白质分子在空间的构象。只有一条多肽链的蛋白质分子无四级结构。只有多于一条多肽链的蛋白质分子才有四级结构第42页/共66页第43页/共66页四、蛋白质的性质1.两性和等电点蛋白质分子在酸性溶液中能电离成阳离子，在碱性溶液中能电离成阴离子，在某一pH值溶液中蛋白质成两性离子，这时溶液的pH值就是该蛋白的等电点pI。蛋白质在等电点时水溶性最小，在电场中既不向阳极移动，也不向阴极。据此可在等电点分离、提纯蛋白质

第44页/共66页蛋白质分子在不同介质中的存在形式第45页/共66页2．胶体性质：

蛋白质分子的直径为1—100nm

具有：丁达尔效应，不能透过半透膜蛋白质形成稳定胶体溶液的主要原因：①蛋白质分子中含有许多亲水基如：

-COOH、-NH2、-OH等，它们围在颗粒表面，与水起水合作用形成水化膜，它增强了蛋白质的稳定性。②蛋白质是两性化合物，颗粒表面都带有电荷，由于同性电荷相互排斥，使蛋白质分子间不会互相凝聚。第46页/共66页3.沉淀

①盐析法：在蛋白质溶液中加入大量盐[如

NaCl、Na2SO4、硫酸铵等]，由于盐既是电解又是亲水性的物质，它能破坏蛋白质的水化膜，因此当加入的盐达到一定的浓度时，蛋白质就会从溶液中沉淀析出，盐浓度变稀时蛋白质溶解，为可逆沉淀。

②重金属法：在蛋白质溶液中加入Hg2+、Pb2+

等能与蛋白质结合成不溶性蛋白质的重金属离子（盐）。重金属中毒，可用蛋白质（如牛奶、豆浆、生鸡蛋等）解毒,为不可逆沉淀。第47页/共66页4、蛋白质的变性——蛋白质在一定条件下，共价键不变，但构象发生变化而丧失生物活性的过程成为蛋白质的变性

变性条件：

物理因素：加热、高压、振荡或搅拌、紫外线化学因素：强酸、强碱、重金属盐、生物碱试剂变性后的特点：①丧失生物活性②溶解度降低③易被水解变性的利用：①消毒、杀菌、点豆腐等；②排毒（重金属盐中毒的急救）③肿瘤的治疗（放疗杀死癌细胞）第48页/共66页5.水解

蛋白质在酸或碱催化下能水解为氨基酸的混合物

蛋白质→→胨→多肽→氨基酸6.显色反应

蛋白质发生多种显色反应，可用来鉴别蛋白质①与水合茚三酮反应：和氨基酸一样显蓝紫色②缩二脲反应：蛋白质和缩二脲（NH2CONHCONH2）在NaOH溶液中加入CuSO4

稀溶液时会显红紫色

第49页/共66页③黄蛋白反应

蛋白质中存在有苯环的氨基酸（如苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸），。苯环发生了硝化反应遇浓硝酸生成黄色的硝基化合物。皮肤接触浓硝酸变黄就是这个缘故。④米勒反应蛋白质与硝酸汞的硝酸溶液变为红色。(酪氨基酸的反应)⑤醋酸铅反应含硫的蛋白质（如含半胱氨酸）与碱共热后与醋酸铅反应生成黑色的硫化铅沉淀第50页/共66页五、酶

酶是一种有生物活性的蛋白质，是生物体内的催化剂，是生命活动的基础，哪里有生命现象，哪里就有酶的活动。1、酶的分类和命名（1）分类

按催化反应的类型分为六大类：

氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶、连接酶（合成酶）

第51页/共66页按化学组成可以分为单纯酶和结合酶两类单纯蛋白酶：仅由蛋白质构成，其催化活性仅由蛋白结构所决定。如脲酶、淀粉酶、溶菌酶等水解酶类。结合蛋白酶：由酶蛋白和辅助因子（非蛋白部分）所组成。若两者分离，往往失去催化活性辅酶按其化学组成可分两类：

a.无机的金属元素，如铜、锌、锰。

b.相对分子质量小的有机物，如血红素、叶绿素、肌醇、烟酰胺、维生素B1、B2、B6、B12等。第52页/共66页（2）酶的命名

习惯命名：按所作用的底物命名，如起催化水解淀粉的酶叫淀粉酶，催化水解蛋白质的酶叫蛋白酶等。有时还要加上来源以区别不同来源的同一类酶，如胃蛋白酶、胰蛋白酶。系统命名法：是以酶的催化反应为基础进行命名的。规定每种酶的名称要写出底物的构型、名称及其催化反应的性质，末尾再加上酶字例如:

D-葡萄糖-δ-内酯水解酶第53页/共66页2、酶催化的特点（1）具有极高的催化效率——酶的催化效力远远效超过化学催化剂（催化效率是一般催化剂的108-1010倍）（2）具有化学选择性——即从混合物中挑选特殊的作用物。例如麦芽糖酶只能使α-

葡萄糖苷键断裂，而不能使β-葡萄糖苷键断裂。（3）具有立体化学选择性——辨别对映体，酵母中的酶只能使天然D-型糖发酵，而不能使相应的L-型糖发酵。第54页/共66页

（4）一定条件可使酶失活

酶的催化作用一般在温和条件下进行——

即在pH=7附近和37℃进行（但胃蛋白酶可在pH1-2时催化例外）。但加热或其它条件也能使之失活，如有机磷农药中毒就是破坏了动物体内的胆碱酯酶，使之不能水解体内有毒的乙酰胆碱，致使中毒而亡。又如，小孩缺乏半乳糖酶时，就不能吃奶（因不能分解半乳糖）一吃就吐第55页/共66页§16—4核酸一、核酸的组成核酸是由许多核苷酸结合而成的高分子化合物