第十六章氨基酸蛋白质核酸

第十六章氨基酸、蛋白质、核酸第一节氨基酸第二节多肽第三节蛋白质第四节核酸第一节氨基酸一、氨基酸的结构、分类和命名*结构及分类●羧酸分子中羟基上的一个或几个氢原子被氨基取代的化合物叫做氨基酸。根据氨基和羧基的相对位置可分为α-氨基酸，β-氨基酸，γ-氨基酸等。其中α-氨基酸在自然界中分布最广，也最重要，是构成蛋白质分子的基础。●氨基酸分子中可以有多个氨基和多个羧基。氨基数目与羧基相等叫做中性氨基酸，多于羧基的是呈现碱性，叫碱性氨基酸，羧基数目多于氨基的呈现酸性，叫酸性氨基酸。*命名氨基酸可以按系统命名法，以羧酸为母体，氨基为取代基来命名，但α-氨基酸通常按其来源和性质所得的俗名来命名。如：*蛋白质水解可以得到各种α-氨基酸的混合物。二、氨基酸的性质*物理性质●α-氨基酸是无色晶体，易溶于水，而难溶于有机溶剂，具有较高的熔点，且大多数是熔化的同时发生分解。●由蛋白质水解所得的α-氨基酸除甘氨酸外，都具有旋光性。*化学性质氨基酸分子中含有氨基和羧基，它们具有氨基和羧基的典型性质。例如：羧基可以发生酯化；氨基可以发生酰基化反应；氨基与亚硝酸作用可转变为羟基等等。此外，由于官能团的相互影响氨基酸还有其特殊的性质。●酸碱性——两性和等电点（1）氨基酸既有氨基、又有羧基、它可以和酸成盐，也可与碱成盐，所以是两性物质。对于R-CH（NH2）COOH氨基酸的晶体是以偶极离子的形式存在的：N+H3-CH（R）-COO-这种偶极离子又称内盐，它决定了氨基酸具有高的熔点和难溶于有机溶剂。在水溶液中偶极离子有如下转换：（2）在一定PH值溶液中，正离子和负离子的数量相等，且浓度都很低，而偶极离子浓度最高，此时电解，以偶极离子形式存在的氨基酸不移动，这种溶液的PH值就叫做氨基酸的等电点。（3）等电点不是中性点。不同的氨基酸由于结构不同，等电点也不同。一般中性氨基酸的等电点为5.6～6.3；酸性氨基酸的等电点为2.8～3.2；碱性氨基酸的等电点为7.6～10.8。（4）氨基酸在等电点时的溶解度最小，所以可利用这性质调整PH值，将等电点不同的氨基酸从氨基酸的混合液中分别分离出来。●水合茚三酮反应这个颜色反应常用于α-氨基酸的比色测定和色层分析的显色。●受热后的反应由于氨基和羧基相对位置的不同，氨基酸受热后所发生的反应也不同。（1）α-氨基酸——生成的交酰胺（2）β-氨基酸——生成α、β--不饱和酸（3）γ-或δ-氨基酸-生成环状内酰胺（4）氨基酸与羧基相隔更远——生成聚酰胺三、氨基酸的制备*由蛋白质水解此法可得到多种α-氨基酸*由卤代酸氨解*由丙二酸酯制备先将丙二酸酯转化成N-乙酰基丙二酸酯或N-邻苯二甲酰亚胺基丙二酸酯，然后烷基化、水解；最后再脱羧，即可得到α-氨基酸。如：第二节多肽*结构、命名多肽可以看做是由多个氨基酸分子通过氨基和羧基之间脱水缩合而形成的。如：在多肽链中，氨基的一端称N端，有羧基的一端称C端，写多肽结构时常把N端写在左边，C端写在右边。命名时从N端起，称为某氨酰（基）某氨酸。如：*多肽结构测定●测定方法一般将多肽在酸性溶液中进行水解，再用色层分离法把各种氨基酸分开，然后进行分析，可知多肽是由哪几种氨基酸组成的，以及各种氨基酸的相对数目，至于这些氨基酸在多肽分子中的排列次序，则是通过末端分析法，并配合以部分水解而加以确定。●结构测定举例设某三肽完全水解后，可得到谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸，这三种酸有六种排列次序：谷●半胱●甘半胱●甘●谷甘●谷●半胱谷●甘●半胱半胱●谷●甘甘●半胱●谷要推知三肽是哪一种组合方式，可以把它们部分水解，水解产物中有两种多肽，把它们分离后，分别进行末端分析，知道它们是谷●半胱和半胱●甘，由于推知半胱氨酸是在三肽中间，谷氨酸在N端，甘氨酸在C端即该三肽的结构是谷●半脱●甘。第三节蛋白质一、蛋白质的概述●蛋白质是一类很重要的天然有机化合物，它是生物体内一切组织的基础物质，并在生命现象和生命过程中起着决定性的作用。●蛋白质由C、H、O、N、S等元素组成，有些还有P、Fe、I等元素，其结构很复杂，它们基本上是由数百个，甚至上千个氨基酸所构成。●水解后只生成多种α-氨基酸的蛋白质叫单纯蛋白质，水解后除生成α-氨基酸外，还有非蛋白物质（如糖、脂肪、色素、含磷、含铁化合物等）叫做结合蛋白质。结合蛋白质中的非蛋白质部分叫辅基。二、蛋白质的分类功能*分类按溶解度分类，可分成两大类●纤维状蛋白质纤维状蛋白质分子形状是一条条线状的，分子中的多肽链扭在一起或平行排列，且以氢键相互联结着，不溶于水。纤维状蛋白质是动物组织的主要结构材料，如角蛋白，骨蛋白，肌蛋白等。●球状蛋白质其分子结构是一团团球状的，它们的多肽链自身扭曲折叠成特有的球形。分子中的疏水基（如烃基等）分布在球形内部，而亲水基（如-OH、-NH3、-SH、-COOH）分布在球形表面。球状蛋白质能溶于水、酸、碱或盐溶液，如酶、血红蛋白等。*功能●起组织结构的作用，如角蛋白组成皮肤、毛发、指甲、头角；骨蛋白组成腱、骨；肌球蛋白组成肌肉等。●起生物调节作用，如各种酶对生物化学反应起催化作用；血红蛋白在血液中输送氧气；胰岛素调节葡萄糖代谢等。三、蛋白质的性质*总述●蛋白质和氨基酸一样，也是两性物质，在酸性溶液中蛋白质带正电，在碱性溶液中带负电。不同的蛋白质有不同的等电点。●蛋白质是高分子化合物，多数蛋白质可溶于水或其它极性溶剂，不溶于有机溶剂，蛋白质的水溶液具有胶体溶液的性质。●蛋白质都具有旋光性。蛋白质受热或受化学试剂的作用，即凝聚而沉淀出来，这种现象叫蛋白质的变性。随着蛋白质的变性，它们的旋光性也会改变，并且往往失去生理活性。蛋白质的变性通常是不可逆的。*颜色反应蛋白质虽然分子量很大，但性质活泼，能发生多种颜色反应，这些反应可用来鉴别蛋白质。●缩二脲反应在蛋白质水溶液中加碱和硫酸铜溶液，即产生紫红色。●黄色反应分子中含有苯环的蛋白质，遇浓硝酸即显黄色（因为苯环发生了硝化），再用碱处理，黄色就会转为橙色。●水合茚三酮反应蛋白质溶液与水合茚三酮溶液作用，也有颜色反应，但颜色与氨基酸的不大一样。*水解反应蛋白质容易水解，完全水解可得到多种α-氨基酸的混合物，如果部分水解则得到分子量较小的多肽。蛋白质→多肽→二肽→α-氨基酸四、蛋白质的结构蛋白质的结构是非常复杂的，通常分成四级结构。*一级结构多肽链中氨基酸的组成和排列次序是蛋白质的一级结构。*二级结构多肽链由于某些基团之间的氢链作用，在空间肽链具有一定的构象，称蛋白质的二级结构。*三级结构整个分子因链段的相互作用而扭曲，折叠成一定的形态，这是蛋白质的三级结构。*四级结构几个各具有特定的一、二、三级结构的多肽链在一起或者还和辅基在一起，再以一定的关系相集合，这是蛋白质的四级结构。*每一种蛋白质都有其特定结构，从而在生物体内有其特殊的功能，只要任何一级结构不同，蛋白质的生理作用就不一样。第四节核酸一、概述核酸存在于一切生物体中，也是生命的最基本物质，它与一切生命活动及代谢有着密切的联系，在生物体内，核酸对遗传信息的储存、蛋白质的生物合成都起着决定性的作用。核酸是链状高分子化合物，组成核酸链的单元是核苷酸。在生物体内，核酸主要以核蛋白的形式存在，核蛋白是结合蛋白。二、核苷酸和核苷*核苷酸●核酸水解时，随反应条件不同，水解程度也不同，由此可以得到不同产物。在适当酶的催化下，或在弱碱的作用下，核酸可以水解成核苷酸。●由核酸水解得到的戊糖有两种，即核糖和2-脱氧核糖按水解后得到戊糖的不同，核酸分成两类，水解后得到核糖的称核糖核酸（简称RNA），水解后得到的2-脱氧核糖的称脱氧核糖核酸（简称DNA）。*核苷戊糖与杂环碱形成的苷叫做核苷，由于RNA、DNA所含杂环碱各有四种，所以它们各有四种核苷。核苷中糖-5'位（核酸中糖的碳原子的位置以1'、2'……表示）羟基与磷酸所形成的酯叫做核苷酸。三、核酸的结构核酸是由许多核苷酸单元所构成的高分子化合物，在核酸分子中，核苷酸单元是通过磷酸酯键，在戊糖的3'位上联结起来的，如:*RNA的结构*DNA结构：DNA具有双螺旋的二级结构，两条反向平行的DNA链，沿着一个轴向左盘旋成双螺旋体，在双螺旋体中，一条脱氧核糖核酸链上的碱基与另一条链上的碱基之间，通过氢链相互联结。双螺旋体一般不单独存在，而是与蛋白质以更复杂得多的形式相结合，形成具有各种生理活性的核蛋白。四、核酸的功能核酸的具有极其重要的生理功能，是生物遗传的物质基础。DNA主要存在于细胞核中，它们是遗传信息的携带者。DNA的结构决定生物合成蛋白质的特定结构，并保证把这种特性遗传给下一代。RNA主要存在于细胞质中，它们是以DNA为模板而形成的，并直接参与蛋白质的生物合成过程。因此，DNA是RNA的模板，而RNA又是蛋白质的模板。存在于DNA分子上的遗传信息就是这样由DNA→RNA→蛋白质。通过DNA复制，遗传信息一代代传下去。