第十七章 氨基酸蛋白质和核酸

第十七章蛋白质和核酸(proteinandnucleicacid)第一节氨基酸(aminoacid)3．构型：用D/L体系表示——在费歇尔投影式中氨基位于横键右边的为D型，位于左边的为L型。例如：HCNH2COOHRCHCOOHRNH2D型L型一、分类、命名和构型1．分类：按烃基类型可分为脂肪族氨基酸，芳香族氨基酸，含杂环氨基酸。按分子中氨基和羧基的数目分为中性氨基酸，酸性氨基酸，碱性氨基酸。2．命名：多按其来源或性质而命名。二、氨基酸的性质（1）两性RCHCOOHNH2RCHCOONH2RCHCOOHNH3OHH1．氨基酸的酸-碱性——两性与等电点（2）等电点RCHCOOHNH3RCHCOONH3RCHCOONH2RCHCOOHNH2OHHOHH在氨基酸水溶液中加入酸或碱，至使羧基和氨基的离子化程度相等（即氨基酸分子所带电荷呈中性——处于等电状态）时溶液的pH值称为氨基酸的等电点。常以pI表示。2．氨基酸氨基的反应氨基酸与RX作用则烃基化成N-烃基氨基酸：R'COClNH2CHRCOOHR'CNHOCHRCOOH++HClNH2CHRCOOHNHCHRCOOH+NO2NO2FNO2NO2（1）氨基的酰基化氨基酸分子中的氨基能酰基化成酰胺。(2)氨基的烃基化（3）与亚硝酸反应CHRCOOH+HNO2CHRCOOHNH2OHN2H2O++α-氨基酸在碱性溶液中与茚三酮作用，生成显蓝色或紫红色的有色物质，是鉴别α-氨基酸的灵敏的方法。CCCOOOCCCOOOHOHH2O茚三酮水合茚三酮CCCOOOHOHRCHCOOHNH2CCCOOCCCONHO++RCHOCOH2O3反应是定量完成的，衡量的放出N２，测定N２的体积便可计算出氨基酸中氨基的含量。（4）与茚三酮反应3．氨基酸羧基的反应这里值得特别提出的是将氨基酸转化为叠氮化合物的方法（氨基酸酯与肼作用生成酰肼，酰肼与亚硝酸作用则生成叠氮化合物）。氨基酸分子中羧基的反应主要利用它能成酯、成酐、成酰胺的性质。三、氨基酸的制备1．由醛制备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：C6H5CH2CHONH3,HCNC6H5CH2CHCNNaOH,H2OH3O(1)(2)NH2C6H5CH2CHCO2NH3苯丙氨酸74%氨基酸的制取主要有三条途径：即蛋白质水解、有机合成和发酵法。氨基酸的合成方法主要有三种：此法有副产物仲胺和叔胺生成，不易纯化。因此，常用盖伯瑞尔法代替上法。CNHOOXCHRCOOR'CNOOCHRCOOR'+H3OCOOHCOOHCHRCOOHNH2+R'OH+2．α-卤代酸的氨化盖伯瑞尔法生成的产物较纯，适用于实验室合成氨基酸。RCHCOOH+NH3XRCHCOOH+HXNH2此法应用的方式多种多样，其基本合成路线是C2H5ONaPhCH2Br(1)(2)CNCOOCCOOC2H5COOC2H5CH2PhH3OCO2(1)(2)CNCOOCHCH2PhCOOHC2H5ONaPhCH2Br(1)(2)CNCOOCCOOC2H5COOC2H5CH2PhH3OCO2(1)(2)CNCOOCHCH2PhCOOHNH2NH2CCOOCHCH2PhCOOHNH2NHNH+3．由丙二酸酯法合成NH2CHRCOOHNH2CHR'COOH+-H2ONH2CHRCONHCHR'COOH肽键第二节多肽(polypeptide)一、多肽的组成和命名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n个α-氨基酸缩合而成的肽称为n肽，由多个α-氨基酸缩合而成的肽称为多肽。一般把含100个以上氨基酸的多肽（有时是含50个以上）称为蛋白质。1．肽和肽键无论肽脸有多长，在链的两端一端有游离的氨基（-NH２），称为N端；链的另一端有游离的羧基（-COOH），称为C端。NH2CHRCONHCHR'CONHCHR''COOHnCN端端2．肽的命名根据组成肽的氨基酸的顺序称为某氨酰某氨酰…某氨酸（简写为某、某、某）。例如：NH2CHCH3CONHCONHCHCH2C6H5COOHCHCH2OH丙氨酰丝氨酰苯丙氨酸（丙丝苯丙）二、多肽结构的测定2．氨基酸的定量分析HClH2O多肽氨基酸层析法分离各种氨基酸各种氨基酸的含量多肽结构的测定主要是作如下工作：①了解某一多肽是由哪些氨基酸组成的。②各种氨基酸的相对比例。③确定各氨基酸的排列顺序。多肽结构测定工作步骤如下：1．测定分子量O2NFH2NCHRCONHCHR'CONH………+O2NHNCHRCONHCHR'CONH…NO2NO2Na2CO3HClO2NHNCHRCOOHNO2CHR'COOH+H2N+此法的缺点是所有的肽键都被水解掉了。3．端基分析（测定N端和C端）（1）测定N端（有两种方法）a2,4-=硝基氟苯法——桑格尔(Sanger-英国人)法b异硫氰酸苯酯(Ph-N=C=S)法——艾德曼(Edman)降解法。（2）测定C端a多肽与肼反应b羧肽酶水解法C6H5N=C=SNH2CHCONHR多肽+C6H5NHC多肽SNHCHRCONHpH7pH7CNCCHHNC6H5ORS+多肽溴化氰———只能断裂羰基属于蛋氨酸的肽键。4．肽链的选择性断裂及鉴定部分水解法常用的蛋白酶有：胰蛋白酶——只水解羰基属于赖氨酸、精氨酸的肽键。糜蛋白酶——水解羰基属于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的肽键。三、多肽的合成2．活化反应基团（活化-NH2或-COOH）要使各种氨基酸按一定的顺序连接起来形成多肽是一向十分复杂的化学工程，需要解决许多难题，最主要的是要解决四大问题。1．保护-NH2或-COOH3．生物活性第三节蛋白质(protein)（2）非活性蛋白担任生物的保护或支持作用的蛋白，但本身不具有生物活性的物质。一、蛋白质的分类（2）球状蛋白质如蛋清蛋白、酪蛋白、血红蛋白、γ-球代表蛋白（感冒抗体）等。1.根据蛋白质的形状分为：2．根据组成分：(1)单纯蛋白质——其水解最终产物是α-氨基酸。（2）结合蛋白质——α-氨基酸+非蛋白质（辅基）根据蛋白质的功能分；（1）活性蛋白按生理作用不同又可分为；酶、激素、抗体、收缩蛋白、运输蛋白等。（1）纤维蛋白质如丝蛋白、角蛋白等；二蛋白质的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。由各氨基酸按一定的排列顺序结合而形成的多肽链（50个以上氨基酸）称为蛋白质的一级结构。1．蛋白质的一级结构2．蛋白质的二级结构多肽链中互相靠近的氨基酸通过氢键的作用而形成的多肽在空间排列（构象）称为蛋白质的二级结构。3．蛋白质的三级结构由蛋白质的二级结构在空间盘绕、折叠、卷曲而形成的更为复杂的空间构象称为蛋白质的三级结构。4．蛋白质的四级结构三、蛋白质的性质多肽链中有游离的氨基和羧基等酸碱基团，具有两性PCOONH2HOHPCOONH3PCOOHNH3HOHP=ProtinpHpHpIpHpI蛋白质1．两性及等电点（1）可逆沉淀（盐析）蛋白质溶液碱金属盐或铵盐沉淀溶解（蛋白质）H2O蛋白质与重金属盐作用，或在蛋白质溶液中加入有机溶剂（如丙酮、乙醇等）则发生不可逆沉淀。2．胶体性质与沉淀作用（2）不可逆沉淀3．蛋白质的变性作用变性作用的防治：①种子的贮存；②人体衰老（缓慢变性）；③防止紫外光灼伤皮肤。变性条件：物理因素：干燥、加热、高压、振荡或搅拌、紫外线、X射线、超声等等。化学因素：强酸、强碱、尿素、重金属盐、生物碱试剂（三氯乙酸、乙醇等等）。变性后的特点：①丧失生物活性②溶解度降低③易被水解（对水解酶的抵抗力减弱）。变性作用的利用：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）；4．蛋白质的颜色反应（4）茚三酮反应蛋白质与稀的茚三酮溶液共热，即呈现蓝色。(1）缩二脲反应蛋白质与新配置的碱性硫酸铜溶液反应呈紫色，称为缩二脲反应。（2）蛋白黄反应蛋白质中含有苯环的氨基酸，遇浓硝酸发生硝化反应而生成黄色硝基化合物的反应称为蛋白黄反应。（3）米勒反应蛋白质中酪氨酸的酚基遇到硝酸汞的硝酸溶液。第四节酶(enzyme)2．相对分子质量低的有机物，如血红素、叶绿素、肌醇、烟酰胺、维生素B1、B2、B6、B12等等。酶单纯酶（催化活性仅由蛋白质的结构决定）结合酶（蛋白质辅酶），催化活性由蛋白质和辅酶共同配合完成。+一、酶的组成辅酶的种类颇多，按其化学组成可分两类：1．无机的金属元素，如铜、锌、锰。二、酶催化反应的特异性3.反应条件温和——一般是在常温常压和pH7左右进行的。人体内如果缺少某种酶，就会引起疾病或死亡。1．催化效率高（比一般催化剂高108~1010倍）。2．选择性强（1）化学选择性——能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。（2）立化学选择性——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。三、酶的分类和命名(6)连接酶（合成酶）1．分类按催化反应的类型，可把酶分为六大类：(1)氧化还原酶(2)转移酶(3)水解酶(4)裂解酶(5)异构酶2．酶的命名第五节核酸简介一、核酸的组成核蛋白蛋白质核酸胰酶核苷酸肠酶核苷碱基核糖（脱氧核糖）磷酸核苷酸中的碱基主要有五种，都是嘧啶或嘌呤的衍生物。它们是：胞嘧啶，脲嘧啶，胸腺嘧啶，腺嘌呤，鸟嘌呤。：CUTAGβHCHOOHHOHCH2OHHOHHCHOOHHOHCH2OHHOHOCH2OHHOHHHOHOCH2OHHOHHOHOHD2βD脱氧呋喃核糖呋喃核糖1.核糖和2-脱氧核糖2.碱基3．核苷OCH2OHHOHHOHOHOCH2OHHOHHOHBB=UACG脲嘧啶核苷脲苷（）腺嘌呤核苷腺苷（）胞嘧啶核苷胞苷（）鸟嘌呤核苷鸟苷（）UACG核糖核苷碱基核苷名称（2）2-脱氧核苷——（由DAN水解而得）2脱氧核糖OCH2OHHOHHHOHOCH2OHHOHHHBB=TACGdT核苷碱基核苷名称2脱氧胸腺苷dAdCdG（）（）（）（）2脱氧鸟苷2脱氧胞苷2脱氧腺苷（1）核苷——（由RNA水解而得）4．核苷酸核糖C5上的羟基与磷酸酯化便得到核苷酸。中的核苷酸单体OCH2HOHHHBOPOHOHOOCH2HOHHOHBOPOHOHO中的核苷酸单体RNADNA二、核酸的结构1．核酸一级结构CH2HHOHHHOCH2HHOHHHOCH2HHOHHHOCH2HHOHHHOOPOOOH~OPOOOHOPOOOHOPOOOH~NNNNNH2NNNH2ONHNNNONH2NHNOO5'3'端端腺苷酸胞苷酸鸟苷酸脲苷酸ACGURNA或DNA中的多核苷酸链，都按上图方式表示，显然太繁复了，所以现在都用简化了的示意法来表示。如上图可简化如下：PPOHPOHPOHPOHACGU5'3'2'5'3'PPHPHPHPH5'3'2'5'3'R1R2R3R4RNADNA链简化图链简化图其中R1、R2、R3、R4表示碱基，P表示磷酸基，一竖表示糖分子，2ˊ、3ˊ、5ˊ表示糖中C原子编号。还可以进一步简化成PA-C-G-UP。RNA与DNA的区别：核糖——RNA中为核糖，DNA中为2-脱氧核糖。碱基——RNA中为A、U、C、G；DNA中为A、T、2．核酸的二级结构两条链的走向相反碱基是配对的维持双螺旋的力量3'5'3'5'ACTG(1.1nm)(1.06nm)核酸的三级结构是在二级结构的基础上进一步紧缩、扭曲成闭链状环或开链状环以及麻花状的一定空间关系的结构。DNA的二级结构为右手双股螺旋结构。3．核酸的三级结构三、核酸的生物功能3．转移核糖核酸（tRNA）——搬运工具根据在蛋白质合成中所起的作用，RNA分为三类：1．信使核酸（mRNA）——传递DNA的遗传信息，合成模板。2．核糖体核酸（rRNA）——合成蛋白质的场所。