氨基酸、蛋白质和核酸简

1、第15章 氨基酸、蛋白质和核酸,蛋白质、核酸都是天然大分子化合物，是生命物质的基础。,蛋白质是一切活细胞的组织物质，是构成人体和动植物的基本物质，具有各种生理功能。如肌肉、毛发、皮肤、指甲、血清、血红蛋白、神经、激素、酶等。,-氨基酸的是组成蛋白质的基本单位。,核酸在生物个体发育、生长、繁殖和遗传变异等生命活动中起着重要作用。DNA是生物遗传的物质基础，RNA参与体内蛋白质合成。,2020/7/28,2,第15章 氨基酸、蛋白质和核酸,15.1 氨基酸,15.1.1 -氨基酸的结构、分类和命名,L型(除甘氨酸外),S构型(除半胱氨酸), R基的结构：脂肪族、芳香族和杂环 分子中氨基与羧基的相对

2、数目： 氨基羧基：碱性氨基酸 侧链R基的极性：极性、非极性,*命名：通常根据来源用俗名，英文缩写或中文代号。,*分类：,*结构：,2020/7/28,3,15.1.2 -氨基酸的性质,1.-氨基酸的物理性质,2.-氨基酸的化学性质,羧基典型反应,氨基典型反应,相互影响的特性,无色晶体，熔点一般高于相应羧酸或胺，易溶于水，难溶于有机溶剂。,2020/7/28,4,1）两性和等电点,负离子,正离子,两性离子或偶极离子,溶液中的两性离子浓度最高、净电荷为零时对应的pH值-(等电点pI),等电点时，溶液中氨基酸在电场中既不向正极也不向负极移动。,pH pI,pH =pI,pH pI,（等电点）,2.-

3、氨基酸的化学性质,强酸中主要存在形式,强碱中主要存在形式,2020/7/28,5,说明几点：,（i）不同氨基酸，PI不同,中性：,酸性：,碱性：,（ i i ）等电点的应用,A、作缓冲试剂（利用其两性） B、鉴定或分离氨基酸 （pI时两性离子浓度最大，溶解度最小，可结晶析出。）,(4.0pI7.0）,(pI4.0）,(pI7.0）,1）两性和等电点,2.-氨基酸的化学性质,2020/7/28,6,现在有三个氨基酸：苯丙氨酸pI=5.5、脯氨酸pI=6.3、门冬氨酸pI=2.8请问在以下pH条件，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？ 苯丙氨酸 脯氨酸 门冬氨酸 pH=

4、6.0,负 阳极,例题,正 阴极,负 阳极,1）两性和等电点,2.-氨基酸的化学性质,2020/7/28,7,（1）与亚硝酸的反应,测定反应中放出的氮气的体积，可以计算出氨基的含量,范斯莱克氨基氮测定法,2.-氨基酸的化学性质,2）氨基和羧基的反应,（2）与2,4-二硝基氟苯反应,DNP-AA (黄色),(DNFB),2020/7/28,8,(3) 氧化脱氨基反应,2.-氨基酸的化学性质,2）氨基和羧基的反应,(4) 脱羧反应,组胺,尸胺,2.-氨基酸的化学性质,3）氨基和羧基的共同反应,(1) 与金属离子形成配合物,深紫色晶体,(2) 脱羧失氨作用,工业上发酵制醇的杂醇即由此产生。,可用于沉

5、淀或鉴定某些氨基酸。,2020/7/28,10,（3）与水合茚三酮反应,含游离氨基的-氨基酸均反应显紫色（个别例外）,也可用于-氨基酸、多肽、蛋白质的鉴别。,2.-氨基酸的化学性质,3）氨基和羧基的共同反应,紫色物质，用于-氨基酸 的比色测定和纸层析显色,2020/7/28,11,*(4)成肽反应,二肽,许多氨基酸分子通过肽键相互连接形成多肽,2.-氨基酸的化学性质,3）氨基和羧基的共同反应,15.2 肽,肽：氨基酸分子间通过肽键相连的一类化合物,2020/7/28,12,15.2.1 肽的组成和命名,二肽（dipeptide）：2 个氨基酸残基 寡肽（oligopeptide ）：210个

6、氨基酸残基 多肽（polypeptide ）： 10 个氨基酸残基 蛋白质（protein ）： 100个氨基酸残基，分子量 610 3,1.肽和肽键,2020/7/28,13,残基,N-端,C-端,甘氨酰丙氨酸,丙氨酰甘氨酸,15.2.1 肽的组成、结构和命名,1.肽和肽键,肽链,肽链中残基越多，可能形成的多肽异构体数目就越多。,2. 肽键的平面结构,肽键是构成肽和蛋白质分子的基本化学键。,15.2.1 肽的组成、结构和命名,肽平面 肽平面, 肽键中的C-N键具有部分双键的性质,0.132nm,0.147nm, 与肽键中C-N相连的6个原子处于同一平面上, 肽键平面中与C-N键相连的O和H或

7、两个C呈反式分布,3. 肽的命名,15.2.1 肽的组成、结构和命名,甘氨酰丙氨酸,丙氨酰甘氨酸,(甘丙肽，甘-丙肽),(丙甘肽，丙-甘肽),英文缩写：,Gly-Ala(G-A),Ala-Gly(A-G),以C端氨基酸为母体，肽链中其他氨基酸以“某氨酰”从N端开始依次列在母体前面。,简称：,俗名：,如催产素、加压素、胰岛素、促肾上腺皮质激素等,15.2.2 肽结构的测定（生化，略）,主要任务：确定氨基酸种类，数目，排列次序。,1.相对分子质量的测定,渗透压法，光散射法，超离心法，X射线衍射法等,2.氨基酸定量分析,基本原理：,现代方法：,3.端基分析,1）测定N-端,（1）2,4-二硝基氟苯法

8、,黄色,15.2.2 肽结构的测定（生化，略）,3.端基分析,1）测定N-端,（2）异硫氰酸苯酯法,确定R基团即可知端基氨基酸,其余肽链可保存,重复测定其余肽链，可确定这个肽链的结构。,-氨基酸顺序测定仪可自动控制测定,15.2.2 肽结构的测定（生化，略）,3.端基分析,2）测定C-端,(1) 肼解法,(2) 羧肽酶水解法,4.肽链的选择性断裂及鉴定,常用部分水解法：胰蛋白酶 糜蛋白酶 溴化氰等,15.3 蛋白质,蛋白质是一类存在于一切细胞中的含氮生物高分子化合物。,2020/7/28,19,蛋白质的元素组成： C(5055%), H(6.07.5%) , O(1924%), N(1517%

9、), S(04%), P(00.8%) 部分还含有微量的Fe, Cu, Mn, I, Zn等,蛋白质系数：6.25 （每g氮相当于6.25g蛋白质）,W粗蛋白=W氮6.25,15.3 蛋白质,15.3.1 蛋白质的分类,形状： 纤维蛋白 （如丝蛋白、角蛋白等） 球 蛋 白 （如蛋清蛋白、酪蛋白等）,化学组成： 简单蛋白 ：仅有氨基酸组成的蛋白。 结合蛋白 ：由简单蛋白与非蛋白质成分（辅基）结合而成。 如糖蛋白、脂蛋白、色蛋白、核蛋白等。,2020/7/28,21,1.蛋白质的一级结构,核心：确定氨基酸残基在肽链中的排列顺序（构造）。 不涉及氨基酸空间排列情况，也称初级结构。,一级结构,多肽链的

10、数目,每条链中氨基酸的种类、数目和排列顺序,链与链间二硫键的位置,15.3.2 蛋白质的结构层次,15.3 蛋白质,2020/7/28,22,结晶牛胰岛素（crystallized bovine insulin）牛胰岛素的晶状体。牛胰岛素是牛胰脏中胰岛-细胞所分泌的一种调节糖代谢的蛋白质激素。其一级结构1955年由英国桑格（S.Sanger）测定。我国中科院生化研究所、北大化学系及中科院有机化学研究所通力合作，于1959年开始工作、1965年9月17日获得了用人工方法合成的、有生物活性的结晶牛胰岛素，实现了世界上首次人工合成蛋白质的壮举。,1.蛋白质的一级结构,15.3.2 蛋白质的结构层次,

11、2020/7/28,23,牛胰岛素的一级结构,1.蛋白质的一级结构,2020/7/28,24,结晶牛胰岛素,人工合成牛胰岛素,1.蛋白质的一级结构,结晶牛胰岛素,人胰岛素,1.蛋白质的一级结构,2020/7/28,26,蛋白质分子多肽链本身的盘旋卷曲或折叠可形成不同的空间结构（构象）。,二级结构,-螺旋结构,-折叠结构,无规卷曲结构,-转角,2.蛋白质的二级结构,2020/7/28,27,-螺旋,-折叠,2.蛋白质的二级结构,2.蛋白质的二级结构,-螺旋结构,-螺旋结构较稳定的原因：氢键,-折叠结构（片层结构）,2.蛋白质的二级结构,维系折叠结构的作用： 氢键,2020/7/28,30,主键：

12、肽键,副键,共价键,非 共 价 键,3.蛋白质的三级结构,三级结构 蛋白质分子在二级结构的基础上进一步卷曲、折叠而构成的一种不规则的、特定的、更复杂的空间结构。,a 氢键,b 盐键,c 疏水键,d 二硫键,3.蛋白质的三级结构,肌红蛋白的三级结构,2020/7/28,32,四级结构 由两条和两条以上具有三级结构的多肽链缔合成特定的蛋白质分子构象。其中每条肽链称为原体或亚基。,副键：,盐键、疏水键、氢键等,4.蛋白质的四级结构,-链,-链,主键：肽键,血红蛋白,1. 两性和等电点,2020/7/28,33,两性离子,pH = pI,pH pI,负离子,正离子,pH pI,用途：分离和提纯蛋白质,

13、pH = pI：溶解度最小，容易聚集沉淀,15.3.3 蛋白质的性质,15.3.3 蛋白质的性质,2. 胶体性质（略）,2020/7/28,34,蛋白质分子颗粒的直径一般在1-100nm，具有胶体溶液的特征: 在水中不易沉淀、布朗运动、电泳现象、不能透过半透膜、吸附性质等。,原因,极性基团在一定的pH溶液中可电离而带有同性电荷,极性基团吸引水分子在其表面定向排列而形成水化膜,用途,分离提纯蛋白质,3.沉淀（略）,改变条件，使蛋白质分子在溶液中发生凝聚，从而从溶液中析出。,2020/7/28,35,（1）可逆沉淀,加入中性盐类(如NaCl、Na2SO4、(NH4)2SO4等),盐析,（2）不可逆

14、沉淀,a.加入极性有机溶剂(如甲醇、乙醇或丙酮等),长时间接触不可逆,b.化学试剂沉淀法（如重金属盐）,pH pI:,15.3.3 蛋白质的性质,c.生物碱试剂沉淀法（如苦味酸、鞣酸等）,d.其他沉淀法（强酸、强碱、紫外线、X-射线等）,4.变性（略）,变性：天然蛋白质因受物理或化学因素的影响， 结构发生了改变，从而导致性质的改变,2020/7/28,36,(一级结构未发生变化),变性,可逆变性,不可逆变性,变性后可重新恢复原来性质,变性后不能恢复原来性质,改变到三级结构,改变到二级结构,15.3.3 蛋白质的性质,2020/7/28,37,5. 蛋白质的水解,蛋白质,H+ or OH- or

15、 酶,H2O,氨基酸,15.3.3 蛋白质的性质,6. 显色反应,15.4.1 核酸的化学组成,水解,含氮有机碱,戊糖,15.4 核 酸,核酸,水解,核苷酸,核苷,磷酸,（核糖或脱氧核糖）,（嘌呤碱或嘧啶碱）,核酸的元素组成： C, H, O, N, P(9.5%)。,W粗核酸 = WP10.5,每克磷相当于10.5g的核酸，如果核酸的含磷量为WP，,则：,脱氧核糖核酸 ( Deoxyribonucleic acid, DNA),核糖核酸 ( Ribonucleic acid, RNA),主要存在于细胞质中，控制体内蛋白合成。,主要存在于细胞核中，决定生物体的繁殖、遗传及变异。,脱氧鸟苷,脱氧

16、胞苷,腺嘌呤核苷,尿嘧啶核苷,氮苷键,1. 核苷,15.4.1 核酸的化学组成,核苷是由糖和含氮有机碱构成的糖苷。,2.核苷酸,核苷的磷酸酯,腺嘌呤核苷,腺苷酸,脱氧胸苷,脱氧胸苷酸,(两性化合物),5-腺嘌呤核苷酸 或腺嘌呤核苷- 5 -磷酸,5-胸腺嘧啶脱氧核苷酸 或胸腺嘧啶核苷- 5 -磷酸,15.4.1 核酸的化学组成,核糖核苷酸,脱氧核糖核苷酸,15.4.1 核酸的化学组成,3.核酸,核酸是由有许多单核苷酸按一定的顺序连接而成的多（聚）核苷酸大分子。,生物体内的核酸通常与蛋白质结合成核蛋白。,15.4.2 核酸的结构,1. 核酸的一级结构,核酸分子中核苷酸的排列顺序。,组成核酸的各核苷酸之间按照一定的种类、 数量和排列顺序彼此相连而成的长链核苷酸。,15.4.2 核酸的结构,2. 核酸的二级结构,DNA的双螺旋结构,主链,走向相反的右手双螺旋体,15.4.2 核酸的结构,2. 核酸的二级结构,DNA的双螺旋结构,2. 核酸的二级结构,DNA的双螺旋结构,碱基对,纵向： 碱