第十六章氨基酸蛋白质和核酸.ppt

1、,第十六章氨基酸蛋白质和核酸,教学要求 了解氨基酸的分类和命名 掌握氨基酸的结构、构型、性质 理解肽和肽键，了解端基分析方法 了解蛋白质的分类，掌握蛋白质的结构和性质 了解酶的组成及分类 了解核酸的结构和生物功能,161 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、-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 氨基 酸、氨基酸和氨基酸，与人关 系最为密切的是-氨基酸,蛋白质水解可得20多种-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：,（2）按分子中氨基和羧基的数目分为

2、,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：,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-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：,二、氨基酸的性质,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,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

3、为测定N端的试剂,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,1两性（酸碱性）和等电点,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, 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：,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

4、数,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56.3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2.83.2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7.610.8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。,2、与水合茚三酮反应-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,三、-氨基酸的制备,1、- 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,2由丙二酸酯法合成,3、斯瑞克（Strecker）法,醛在氨存在下加氢氰酸生成-氨基腈，后 者水

5、解生成-氨基酸 例如,162 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,由两个-氨基酸缩合而成的肽称为二肽，由多个 -氨基酸缩合而成的肽称为多肽。,例如：,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。,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：,又如：,肽多用俗名，如催产素、胰岛素

6、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,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）,（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,（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,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,1保护反应基团（保护 -NH2）,2活化反应基团（活化-COOH）,合成,还原,四、重要的多

7、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S S 谷 门冬 半胱脯亮 甘,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。,163 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： 纤维蛋白质。 如丝蛋白、角蛋白等； 球蛋白。如蛋清蛋白、酪蛋白等。,2根据蛋白质的化学组成分为：, 单纯蛋白质：它是由多肽组成的，其水 解最终产物是-氨基酸。如白蛋白、球 蛋白、谷蛋白

8、等。 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。,3根据蛋白质的功能分为：, 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 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,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

9、指 螺旋结构和 折叠结构,蛋白质的二级结构三种主要形式,- 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 - 折叠片：由链间的氢键将肽拉在一起 形成“片”状的结构 无规则卷曲没有确定规律性,蛋白质的螺旋结构,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,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

10、,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,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,蛋白质分子在不同介质中的存在形式,2胶

11、体性质：,蛋白质分子的直径为1100nm 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： 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。 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。,3.沉 淀, 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。, 重金属法

12、：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。,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： 丧失生物活性 溶解度降低 易被水解 变性的利用： 消毒、杀菌、点豆腐等； 排毒（重金属盐中毒的急救） 肿瘤的治疗（放疗杀死癌细胞）,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

13、白质发生多种显色反应，可用来鉴别蛋白质 与水合茚三酮反应：和氨基酸一样显蓝紫色 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, 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。 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) 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,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

14、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）,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。,（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

15、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-内酯水解酶,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- 葡萄糖苷键断裂，而不能使-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

16、发酵。,（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,164 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， 其相对分子质量一般为几十万到几百万。核苷酸 是由磷酸、核糖、及碱基组成的,核苷酸中碱基是嘧啶或嘌呤衍生物，共有五种：,嘧啶衍生物：脲嘧啶、胞嘧啶、胸嘧啶 嘌呤衍生物：腺嘌呤和鸟嘌呤 二、核酸的分类 按核酸水解产物分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA） 核糖C5上的羟基与磷酸酯化得到核苷酸叫核苷酸。,核苷酸单体,三、核酸的结构,核酸是核苷酸单体中核糖的3位羟基和 5位上的磷酸基酯化而成的高分子化合 物。它有一级结构、二级结构和三级结构 1核酸一级结构 核苷酸的顺序组成了核酸的一级结构，如