氨基酸蛋白質(zhì)核酸

第15章氨基酸、蛋白質(zhì)及核酸AminoAcids、ProteinandNuclearAcid當(dāng)前1頁，總共95頁。15.1氨基酸的分類及結(jié)構(gòu)15.2氨基酸的來源及制法15.3氨基酸的性質(zhì)15.4肽的結(jié)構(gòu)及命名15.5多肽的結(jié)構(gòu)測定及合成15.6蛋白質(zhì)的分類、組成和性質(zhì)15.7蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)15.8核酸15.9核糖核酸和脫氧核糖核酸當(dāng)前2頁，總共95頁。15.1氨基酸的分類及結(jié)構(gòu)氨基酸的分類氨基酸的命名氨基酸的結(jié)構(gòu)當(dāng)前3頁，總共95頁。氨基酸的分類氨基酸a-氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基石，蛋白質(zhì)與生命起源和生命活動密切相關(guān)。當(dāng)前4頁，總共95頁。1.按氨基位置分為：a，b，g，……氨基酸a-氨基酸：(1)酸性氨基酸-COOH數(shù)>-NH2數(shù)(2)中性氨基酸-COOH數(shù)=-NH2數(shù)(3)堿性氨基酸-COOH數(shù)<-NH2數(shù)當(dāng)前5頁，總共95頁。2.根據(jù)氨基結(jié)構(gòu)不同可分為：脯氨酸色氨酸精氨酸組氨酸NCHCHCNHCH2CH(NH2)COOH當(dāng)前6頁，總共95頁。命名

可以用系統(tǒng)命名、俗名、縮寫符號表示：氨基乙酸，甘氨酸(中性)，甘，Gly4-甲基-2-氨基戊酸，亮氨酸(中性)，亮,Leu2-氨基戊二酸，谷氨酸(酸性)，谷,Glu2,6-二氨基己酸，賴氨酸(堿性)，賴,Lys當(dāng)前7頁，總共95頁。表15-1

常見的a-氨基酸當(dāng)前8頁，總共95頁。當(dāng)前9頁，總共95頁。*人體必需的氨基酸，而人體又不能合成它們當(dāng)前10頁，總共95頁。氨基酸的結(jié)構(gòu)(1)R有不同的結(jié)構(gòu)，還可含有官能團(tuán)，如—OH、—SH等(2)是雙官能團(tuán)化合物，有—COOH、—NH2的結(jié)構(gòu)(3)有鹽的性質(zhì)，羧基與氨基的距離不同，又有不同的性質(zhì)

除甘氨基酸外，α-氨基酸都至少有一個手性碳原子。1.結(jié)構(gòu)當(dāng)前11頁，總共95頁。2.D-L標(biāo)記構(gòu)型：甘油醛（絲氨酸）為標(biāo)準(zhǔn)，L-構(gòu)型L-甘油醛L-(-)-絲氨酸L-(-)-天門冬氨酸L-(-)-脯氨酸L-(-)-丙氨酸當(dāng)前12頁，總共95頁。15.2氨基酸的來源及制法蛋白質(zhì)的水解鹵代酸氨解斯特雷克合成法合成法丙二酸酯合成法當(dāng)前13頁，總共95頁。蛋白質(zhì)水解OH2H+蛋白質(zhì)多肽二肽……-氨基酸a氨基酸的來源：（1）天然產(chǎn)物酸性水解 （2）微生物發(fā)酵法 （3）化學(xué)合成法當(dāng)前14頁，總共95頁。a-鹵代酸氨解當(dāng)前15頁，總共95頁。斯特雷克合成法當(dāng)前16頁，總共95頁。合成法CNCOOKCNCOOCHCOORRXCHRCOORCCOOOHOHNH2CHRCOOHR

OHH3O+-KX''++'+當(dāng)前17頁，總共95頁。丙二酸酯法合成當(dāng)前18頁，總共95頁。當(dāng)前19頁，總共95頁。15.3氨基酸的性質(zhì)氨基酸的物理性質(zhì)氨基酸的化學(xué)性質(zhì)當(dāng)前20頁，總共95頁。氨基酸的物理性質(zhì)1一般物理性質(zhì)熔點(diǎn)

>200℃；溶于水，不溶于非極性溶劑；有鹽的性質(zhì)。當(dāng)前21頁，總共95頁。表15-2

常見的α-氨基酸的物理性質(zhì)當(dāng)前22頁，總共95頁。當(dāng)前23頁，總共95頁。2IR譜：1600cm-1(1700cm-1沒有峰

)2600~3100cm-1(強(qiáng)、寬)當(dāng)前24頁，總共95頁。氨基酸的化學(xué)性質(zhì)1兩性和等電點(diǎn)氨基酸有羧基和氨基化合物的典型反應(yīng)，也有相互影響的綜合性質(zhì)。強(qiáng)酸強(qiáng)堿弱堿弱酸強(qiáng)堿強(qiáng)酸弱酸弱堿（1）兩性：有酸性又有堿性當(dāng)前25頁，總共95頁。內(nèi)鹽：氨基酸本身的氨基與羧基作用形成的鹽，稱為內(nèi)鹽。偶極離子：內(nèi)鹽分子同時具有兩種離子的性質(zhì)，稱為偶極離子，又稱兩性離子。丙氨酸 谷氨酸

組氨酸當(dāng)前26頁，總共95頁。

一個氨基酸總可以找到一個pH值，在該pH值下，正、負(fù)離子的濃度完全相等，此時向陽極移動和向陰極移動的離子彼此抵消（即沒有凈的遷移），或者說，電場中不顯示離子的遷移。將此時的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)(IP)。負(fù)離子（I）正離子(III)（2）氨基酸的特殊性——等電點(diǎn)當(dāng)前27頁，總共95頁。（3）甘氨酸滴定曲線當(dāng)前28頁，總共95頁。

中性氨基酸的等電點(diǎn)：IP=5.6~6.3

酸性氨基酸的等電點(diǎn)：IP=2.8~3.2

堿性氨基酸的等電點(diǎn)：IP=7.6~10.8

不同的氨基酸有不同的等電點(diǎn)，所以可以通過測定氨基酸的等電點(diǎn)來鑒別氨基酸。

等電點(diǎn)時，以兩性離子形式存在的氨基酸濃度最大（在水溶液中），氨基酸的溶解度最小。當(dāng)前29頁，總共95頁。組氨酸

IP=7.59脯氨酸IP=6.3色氨酸IP=5.8當(dāng)前30頁，總共95頁。2受熱后的消除反應(yīng)(1)α-氨基酸(2)b-氨基酸當(dāng)前31頁，總共95頁。(3)γ,δ-氨基酸(4)w-氨基酸-H2On-2H2N(CH2)mCNH(CH2)OCONH(CH2)

COOHnH2N(CH2)

COOH(m>5)mmm[]當(dāng)前32頁，總共95頁。3與水合茚三酮的顯色反應(yīng)茚 茚三酮水合茚三酮當(dāng)前33頁，總共95頁。（藍(lán)紫色）鑒別含有游離氨基的a-氨基酸當(dāng)前34頁，總共95頁。4與亞硝酸反應(yīng)定量分析—NH2的含量（Van-Slyke反應(yīng)）當(dāng)前35頁，總共95頁。15.4肽的結(jié)構(gòu)及命名肽的結(jié)構(gòu)肽的命名當(dāng)前36頁，總共95頁。肽的結(jié)構(gòu)二肽肽（縮氨酸）：氨基酸分子間的氨基與羧基脫水，生成以酰胺鍵相連接的化合物叫做縮氨酸，簡稱肽（peptides）。肽鍵：酰胺鍵又叫肽鍵。a-氨基酸的數(shù)目決定肽鏈長短。如：二肽、三肽…當(dāng)前37頁，總共95頁。N端C端命名：

丙氨?！野滨！拾彼岷喎Q：

丙—酪—甘符號表示：

Ala-Tyr-Gly肽的命名從N端向C端命名某氨?！嘲滨！嘲彼?。如當(dāng)前38頁，總共95頁。N端C端命名：

甘氨酰—酪氨?！彼岷喎Q：甘—酪—丙符號表示：

Gly-Tyr-Ala當(dāng)前39頁，總共95頁。15.5多肽的結(jié)構(gòu)測定及合成概述多肽結(jié)構(gòu)的測定多肽的合成當(dāng)前40頁，總共95頁。概述1.定義多肽:一般是將相對分子質(zhì)量在10000以下，能透過半透膜以及不被三氯乙酸或硫酸所沉淀的稱為多肽。當(dāng)前41頁，總共95頁。N近似sp2雜化肽鍵的幾何形狀HNCCHROCOCRHNCCHRNHO123o114o114o125o121o110o123o0.147nm0.153nm0.124nm0.132nm2.肽鍵構(gòu)型當(dāng)前42頁，總共95頁。3.肽分子中可能有二硫鍵Na+液NH3空氣氧化Cys-Tyr-Ile-Glu-Arg-Cys-Pro-Leu-Gly?NH2SS牛催產(chǎn)素肽中的—SH氧化成—S—S—鍵當(dāng)前43頁，總共95頁。肽鏈結(jié)構(gòu)的測定1.測定肽或蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行下面幾項(xiàng)工作：（1）徹底水解，測氨基酸的相對含量，求實(shí)驗(yàn)式（2）測相對分子質(zhì)量，確定分子式（3）測定肽或蛋白質(zhì)中各氨基酸的排列順序當(dāng)前44頁，總共95頁。2.測相對分子質(zhì)量，確定分子式該工作由氨基酸自動分析儀完成3.

測定肽或蛋白質(zhì)中各氨基酸的排列順序當(dāng)前45頁，總共95頁。

Edman降解法3R"CHCONHRCHCONHCHRNHCONHCSHO'+異硫氰酸苯酯只有N端的氨基酸水解，逐步確定順序CHRNHCOCSN+苯基乙內(nèi)酰硫脲RCHCONHRCHCONH2''"(1)N端氨基酸分析當(dāng)前46頁，總共95頁。(2)C端氨基酸分析逐步確定氨基酸的連接順序R"CHCONHOHRCHCONHCHRHNCOOH2RCHCONHCHRHNCOOHR"CHCONH2OH'~+~+羧肽酶(降解后的多肽)'當(dāng)前47頁，總共95頁。催產(chǎn)素和加壓素是九肽，結(jié)構(gòu)如下：SS2NH2NH2半胱——酪——異亮半胱—天門冬—谷—NH脯—亮—甘(催產(chǎn)素)SSNH2NH2半胱——酪——苯丙半胱—天門冬—谷—NH2脯—精—甘（加壓素）催產(chǎn)素已有工業(yè)生產(chǎn)。當(dāng)前48頁，總共95頁。多肽的合成1反應(yīng)的特點(diǎn)四種產(chǎn)物(1)甘氨酰甘氨酸甘、甘甘氨酰丙氨酸甘、丙丙氨酰甘氨酸丙、甘丙氨酰丙氨酸丙、丙

當(dāng)前49頁，總共95頁。CNHO鍵，易反應(yīng)。(2)多肽中有(3)多–NH2、-COOH存在，形成不同的肽鍵。當(dāng)前50頁，總共95頁。2氨基的保護(hù)與羧基的活化（1）活化—COOH：（Y=Cl,OCOR,OC6H4NO2等）（2）保護(hù)—NH2：氯甲酸芐酯當(dāng)前51頁，總共95頁。NH2CHCOOHRRCOOHNH2保護(hù)ROZ-NHCHC-YNH2-CH-C-NH-CHCOOHORR'Z-NH-CH-C-NH-CHCOOHORR'NH2CHCOOHR'Z—NHCHCOOH活化去保護(hù)基+Z

活化目的：增加羰基碳的電正性，有利-NH2親核進(jìn)攻，降低反應(yīng)溫度。保護(hù)目的：防止與其它試劑反應(yīng)，受其它試劑的干擾。（3）合成過程當(dāng)前52頁，總共95頁。3合成實(shí)例(氯甲酸芐酯)(甘氨酸)(芐氧碳酰甘氨酸)(芐氧碳酰甘酰氯)(甘氨酰丙氨酸)去保護(hù)基當(dāng)前53頁，總共95頁。1953年合成催產(chǎn)素9個氨基酸組成，由-S-S-連成環(huán)狀。1965年中國合成結(jié)晶牛胰島素(51個氨基酸組成)。A鏈21個-SB鏈30個-S1979年日本合成牛胰核糖核酸酯(124個氨基酸組成)。反復(fù)保護(hù)—活化—反應(yīng)……直到完成合成。當(dāng)前54頁，總共95頁。4固定相技術(shù)原理：

把要合成肽鏈的末端氨基酸的羧基以共價鍵與不溶性（固相）高分子樹脂相連，形成高分子樹脂為酯基的氨基酸酯；其氨基在DCC促進(jìn)下，與另一氨基保護(hù)基的氨基酸反應(yīng)，形成肽鍵；脫去氨基保護(hù)基，再重復(fù)上述操作，增長肽鍵；最后從固定相上斷裂下來，得純凈的多肽。

BruceMerrifield1984，NobelPrize——“固相合成技術(shù)”專題當(dāng)前55頁，總共95頁。5組合化學(xué)

以樹脂為載體，經(jīng)過幾次同步合成可獲得上百萬個多肽分子。

例如：19種氨基受保護(hù)的天然蛋白氨基酸分別連到樹脂上，即得19種與樹脂相連的氨基酸，混合后脫保護(hù)，再分成19份分別與19種氨基受保護(hù)的天然氨基酸進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)，得到19×19種與樹脂相連的二肽?；旌虾竺摫Ｗo(hù)，再分成19份，與19種天然氨基酸偶聯(lián)，可得19×19×19種與樹脂相連的三肽，如是進(jìn)行五次合成可得2,476,099種五肽（稱為250萬種五肽庫)?！敖M合化學(xué)”專題當(dāng)前56頁，總共95頁。15.6蛋白質(zhì)的分類、組成和性質(zhì)蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的組成蛋白質(zhì)的性質(zhì)當(dāng)前57頁，總共95頁。蛋白質(zhì)的功能輸送氧——色蛋白、血紅蛋白調(diào)節(jié)代謝——激素、酶防病——抗體遺傳——核蛋白……當(dāng)前58頁，總共95頁。蛋白質(zhì)的分類1.按水解產(chǎn)物分類(1)簡單蛋白質(zhì)：水解后只能生成α-氨基酸的蛋白質(zhì)。(2)結(jié)合蛋白質(zhì)：水解后除生成α-氨基酸外，還生成非蛋白物質(zhì)的蛋白質(zhì)。

輔基：結(jié)合蛋白質(zhì)的非蛋白物質(zhì)通常有糖類、脂類、核酸和各種輔助基團(tuán)等，它們統(tǒng)稱輔基。當(dāng)前59頁，總共95頁。2.根據(jù)輔基不同，結(jié)合蛋白質(zhì)又分為：糖蛋白脂蛋白核蛋白色蛋白當(dāng)前60頁，總共95頁。3.按溶解度不同分類(1)纖維蛋白

不溶于水，這類蛋白質(zhì)構(gòu)成動物的組織。如：絲、羊毛、皮膚、頭發(fā)、角、爪甲、蹄、羽毛等。(2)球蛋白

可溶于水或酸、堿、鹽水溶液，這類蛋白質(zhì)是在動物體內(nèi)起著維護(hù)、調(diào)節(jié)生命活動的功能性蛋白質(zhì)。如：酶、激素等。當(dāng)前61頁，總共95頁。蛋白質(zhì)的組成COHNSPFeZnMo%50~5520~236~715~170.2~3Wm=1~2000萬_微量當(dāng)前62頁，總共95頁。蛋白質(zhì)的性質(zhì)1兩性和等電點(diǎn)表15-3一些蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)在等電點(diǎn)時蛋白質(zhì)溶解度最小，易分離當(dāng)前63頁，總共95頁。2高分子性質(zhì)(1)在水中，有穩(wěn)定雙電層的膠體質(zhì)(1~10μm)(2)鹽析：(可逆性)

不同蛋白質(zhì)，需要鹽的濃度不同，可達(dá)分離作用。3變性受物理、化學(xué)因素的作用，使蛋白質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)改變。如：Hg2+、Pb2+導(dǎo)致中毒，高溫、酒精也能使蛋白凝固。當(dāng)前64頁，總共95頁。15.7蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)當(dāng)前65頁，總共95頁。一級結(jié)構(gòu)

氨基酸在蛋白質(zhì)肽鏈中排列的順序叫做蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。牛胰島素甘-異亮-纈-谷-谷-半胱-半胱-丙-絲-纈-半胱-絲-亮-酪-谷-亮-谷-天冬-酪-半胱苯丙-纈-天冬-谷-組-亮-半胱-甘-絲-組-亮-纈—谷—丙—亮—酪—亮—纈—半胱蘇—賴—脯—蘇—酪—苯丙—苯丙—甘—精—谷—甘SSSSSSNH2NH2NH2NH2NH2A鏈：B鏈：1234567891011121314151617181920123456789101112131415161718193029282726252423222120天冬21一級結(jié)構(gòu)決定生物活性當(dāng)前66頁，總共95頁。二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)肽鏈的排列形狀叫做蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)。當(dāng)前67頁，總共95頁。1

a-螺旋二級結(jié)構(gòu)(a-螺旋)在一個方向，向下當(dāng)前68頁，總共95頁。C為sp2，N近似sp2必在一個平面內(nèi)不能旋轉(zhuǎn)可以旋轉(zhuǎn)2

b-折疊形當(dāng)前69頁，總共95頁。3

b-折疊形多肽鏈b-折疊形構(gòu)象當(dāng)前70頁，總共95頁。當(dāng)前71頁，總共95頁。三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)：

蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是肽鏈（二級結(jié)構(gòu)）進(jìn)一步扭曲折疊形成的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)。是由—s—s—鍵扭在一起。核糖核酸酶的三級結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)前72頁，總共95頁。當(dāng)前73頁，總共95頁。四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)：各個亞基聚合成大分子的方式稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。亞基（原體）：構(gòu)成蛋白質(zhì)的肽鏈。胰島素：由相對分子量為6000或12000的兩個以上亞基聚合而成。血紅蛋白：由兩條a-鏈和兩條b-鏈構(gòu)成的四聚體。當(dāng)前74頁，總共95頁。當(dāng)前75頁，總共95頁。蛋白質(zhì)有四級結(jié)構(gòu)肽鏈中各種氨基酸相互聯(lián)接的順序是蛋白質(zhì)的初級結(jié)構(gòu)，也叫一級結(jié)構(gòu)。多肽鏈主鏈骨架中的若干肽段，通過氫鍵，形成有規(guī)則的構(gòu)象，這稱為二級結(jié)構(gòu)。

α-螺旋 β-折疊在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈間通過氨基酸殘基側(cè)鏈的相互作用而進(jìn)行盤旋和折疊，因而產(chǎn)生的特定的三維空間結(jié)構(gòu)，這稱為三級結(jié)構(gòu)，也稱為蛋白質(zhì)的亞基。各個亞基在低聚蛋白中的空間排布及相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。當(dāng)前76頁，總共95頁。15.8核酸核酸的組成核酸及脫氧核酸堿基核苷核苷酸當(dāng)前77頁，總共95頁。核酸：

核酸是從細(xì)胞內(nèi)分離出來的有酸性的生物高分子（多聚核苷酸），是生物合成蛋白質(zhì)不可缺少的物質(zhì)，是生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。C、H、O、N、P、S15~16%9~10%核酸的組成當(dāng)前78頁，總共95頁。蛋白質(zhì)核蛋白核酸核苷酸核苷戊糖堿基（雜環(huán)堿）磷酸當(dāng)前79頁，總共95頁。核糖及脫氧核糖b-D-呋喃核糖a-D-呋喃核糖b-D-呋喃脫氧核糖a-D-呋喃脫氧核糖當(dāng)前80頁，總共95頁。堿基核苷酸水解得到堿基——嘌呤堿和嘧啶堿。腺嘌呤

(Adenine,簡稱A)鳥嘌呤

(Guanine,簡稱G)胞嘧啶

(Cytosine，簡稱C)尿嘧啶

(Uracil，簡稱U)胸腺嘧啶

(Thymine，簡稱T)當(dāng)前81頁，總共95頁。

嘌呤：

嘌呤是由一個咪唑環(huán)和一個嘧啶環(huán)稠合而成的雜環(huán)化合物。咪唑嘧啶嘌呤以上五種雜環(huán)堿都有互變異構(gòu)體存在。如：鳥嘌呤以酮式與烯醇式兩種互變異構(gòu)體存在。酮式烯醇式當(dāng)前82頁，總共95頁。核苷核苷：有戊糖和堿基縮合而成的糖苷成為核苷。腺嘌呤核苷(adenosine)胞嘧啶脫氧核苷(deoxycytidine)當(dāng)前83頁，總共95頁。

核苷中的D-核糖及D-2-脫氧核糖均為呋喃型環(huán)狀結(jié)