第十四章蛋白質(zhì)和核酸

第十四章蛋白質(zhì)和核酸1、氨基酸2、多肽3、蛋白質(zhì)4、核酸現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四蛋白質(zhì)：含氮的天然高聚物，生物體內(nèi)一切組織的基本組成部分除水外，細(xì)胞內(nèi)80％都是蛋白質(zhì)。在生命現(xiàn)象中起重要的作用。人類(lèi)的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一。如：酶（球蛋白）——機(jī)體內(nèi)起催化作用激素（蛋白質(zhì)及其衍生物）——調(diào)解代謝血紅蛋白——運(yùn)輸O2和CO2抗原抗體——免疫作用蛋白質(zhì)水解后都生成氨基酸現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四胰蛋白酶現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四(3)肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四血紅蛋白現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四免疫球蛋白立體結(jié)構(gòu)模型現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四一、結(jié)構(gòu)二、分類(lèi)、命名14-6氨基酸14-6-1氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)和命名羧酸分子中羥基上的一個(gè)或幾個(gè)氫原子被氨基取代的化合物叫做氨基酸。是構(gòu)成蛋白質(zhì)分子的基礎(chǔ)?？煞譃棣?氨基酸、β-氨基酸、γ-氨基酸。氨基酸可以按照系統(tǒng)命名法，以羧酸為母體，氨基酸為取代基來(lái)命名。但α-氨基酸通常按其來(lái)源或性質(zhì)所得的俗名來(lái)稱呼。例如：現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四NH2CH2COOH

α-氨基乙酸甘氨酸HOOC—CH2—CH2—CH—COOHNH2

α-氨基戊二酸谷氨酸NH2CH2CH2COOHβ-氨基丙酸丙氨酸NH2CH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2α,ε二氨基已酸賴氨酸

蛋白質(zhì)水解可以得到各種α-氨基酸的混合物?，F(xiàn)在是8頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四

蛋白質(zhì)水解后得到的氨基酸都是α－氨基酸。天然產(chǎn)氨基酸（除甘氨酸）都有旋光性，絕大多數(shù)為L(zhǎng)構(gòu)型，（少數(shù)微生物代謝產(chǎn)物是D構(gòu)型）。用R、S命名的則L構(gòu)型的氨基酸多為S型，只有L－半光氨酸為R型。天然氨基酸：現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四下列氨基酸可組成無(wú)數(shù)蛋白質(zhì)：

結(jié)構(gòu)名稱縮寫(xiě)等電點(diǎn)NH2CH2COOH甘氨酸Gly5.97丙氨酸Ala6.00*頡氨酸Val5.96*異亮氨酸Ile5.98I、中性

(*為必要氨基酸，人體內(nèi)不能合成）現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四結(jié)構(gòu)名稱縮寫(xiě)等電點(diǎn)*亮氨酸Leu6.02*苯丙氨酸Phe5.48半光氨酸Cys5.07*蘇氨酸Thr5.6谷氨酸Gln5.56天冬氨酸Asn5.07現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四*蛋氨酸Met5.47絲氨酸Ser5.68脯氨酸pro6.30酪氨酸Tyr5.66*色氨酸Trp5.89結(jié)構(gòu)名稱縮寫(xiě)等電點(diǎn)現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四II酸性天冬氨酸Asp2.77谷氨酸Glu3.22III堿性*賴氨酸Lys9.74精氨酸Arg10.76組氨酸His7.59結(jié)構(gòu)名稱縮寫(xiě)等電點(diǎn)現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四14-6-2氨基酸的性質(zhì)α-氨基酸都是無(wú)色晶體，易溶于水而難溶于無(wú)水乙醇乙醚，由蛋白質(zhì)水解所得α-氨基酸，除甘氨酸外，都具有旋光性。他們的α碳原子的結(jié)構(gòu)類(lèi)型都與L-甘油醛相同，固都屬于L型。若用R-S標(biāo)記法，這些α-氨基酸的α碳原子的構(gòu)型都是S型?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四用于定量分析，根據(jù)放出的N2的體積，可以算出樣品的伯氨基的含量。氨基酸分子中含有氨基和羧酸。他們具有氨基和羧基的典型性質(zhì)。例如，羧基可以發(fā)生脂化反應(yīng)，氨基可以發(fā)生?；磻?yīng)；氨基與亞硝酸作用可轉(zhuǎn)變?yōu)榱u基。現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四(1)酸堿性——兩性和等電點(diǎn)氨基酸還有一些特殊的性質(zhì)。R

α-氨基酸可以通過(guò)用通式NH2CHCOOH表示實(shí)際上是以偶級(jí)離子的形式存在的：內(nèi)鹽現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四氨基酸的等電點(diǎn)在酸性溶液中，主要以正離子的形式存在。在堿性溶液中，主要以負(fù)離子的形式存在。在水溶液中在一定的pH值溶液中，正離子和負(fù)離子數(shù)量相等，且濃度都很低，而偶級(jí)離子濃度最高，此時(shí)電解，以偶級(jí)離子形式存在的氨基酸不移動(dòng)。這溶液的pH值就叫做氨基酸的等電點(diǎn)。現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四(2)水合茚三酮反應(yīng)等電點(diǎn)不是中性點(diǎn)；氨基酸在等電點(diǎn)時(shí)的溶解度最小.

這個(gè)顏色反應(yīng)通常用于α-氨基酸的比色測(cè)定和色層分析的顯色?，F(xiàn)在是18頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四(3)受熱后的反應(yīng)α-氨基酸受熱后，能在兩分子之間發(fā)生脫水反應(yīng)。α-氨基酸受熱后，容易脫去一分子氨，生成α,β不飽和羧酸?，F(xiàn)在是19頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四γ-或δ-氨基酸受熱后，容易分子內(nèi)脫去一分子水。分子中氨基和羧基相隔更遠(yuǎn)時(shí)，受熱后可以多分子脫水，生成聚酰胺?，F(xiàn)在是20頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四1、由蛋白質(zhì)水解——在酸、堿或酶的作用下水解得到多種-氨基酸混合物，分離得到。2、由鹵代酸氨解——羧酸在三溴化磷作用下與溴作用，生成-溴代酸，再與過(guò)量氨作用，生成：14-6-3氨基酸的制備現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四3、由醛（或酮）制備4、由丙二酸酯制備用蓋布瑞爾法代替上法,可得比較純產(chǎn)品?，F(xiàn)在是22頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四N-鄰苯二甲酰亞胺基丙二酸脂可用下法制得?，F(xiàn)在是23頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四用苯、不超過(guò)3個(gè)碳原子的有機(jī)化合物、丙二酸脂以及必要的試劑合成：⑴亮氨酸，⑵異亮氨酸，⑶苯丙氨酸，⑷胳氨酸。思考題現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四氨基酸的拆分合成方法得到的氨基酸通常是外消旋體混合物，可用多種方法拆分。其中用酶拆分是重要的方法之一。D-亮氨酸乙酰氨L-亮氨酸現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四14-7多肽許多多肽本身有重要的生理作用后葉催產(chǎn)素——八肽胰島素——五十一肽多肽是含有多個(gè)氨基酸單元的聚合物。由兩個(gè)氨基酸單元構(gòu)成的是二肽，由三個(gè)氨基酸單元構(gòu)成的是三肽，···余類(lèi)推。它們統(tǒng)稱多胎，或簡(jiǎn)稱肽。通過(guò)氨基和羧基之間脫水縮合而形成連接氨基酸單元的酰胺鍵（—CO—NH—）又叫做肽鍵?，F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四肽的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四多肽鏈可用如下通式代表：在肽鏈中，有氨基的一端叫做N端：有羧基的一斷叫做C端。在寫(xiě)多肽結(jié)構(gòu)時(shí)，通常把N端寫(xiě)在左邊，C端寫(xiě)在右邊，命名時(shí)由N端叫起，稱為氨酰（基）某氨酸。常用簡(jiǎn)寫(xiě)來(lái)表示。現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四天然多肽都是由不同的氨基酸組成的。垂體后葉催產(chǎn)素蛋白質(zhì)也是由許多氨基酸單元通過(guò)肽鍵組成的。蛋白質(zhì)部分水解可以得到多肽?，F(xiàn)在是32頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四一般將多肽在酸性溶液中水解，再用色層分離法把各種氨基酸分開(kāi)，然后進(jìn)行分析。氨基酸的排列順序，則是通過(guò)末端分析的方法，配合部分水解，加以確定。14-7-1多肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四末端分析——用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)方法，可以使多肽末端的氨基酸斷裂，經(jīng)過(guò)分析，就可以知道多肽鏈的兩端是哪兩個(gè)氨基酸，這就叫末端分析。降解了的肽鏈還可以再反復(fù)進(jìn)行末端分析，可以確定多肽鏈中蛋白質(zhì)的連接次序。（一般結(jié)合部分水解的方法）現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四例如：設(shè)某三肽完全水解后，可得到谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸。這三種氨基酸可以有六種排列順序：要推知該三肽是哪一種組合方式，可以部分水解。知道它們是谷·半胱和半胱·谷。由此可見(jiàn)，半胱氨酸是在三肽鏈的中間，谷氨酸在N端，甘氨酸在C端即該三肽的結(jié)構(gòu)是：谷·半胱·甘現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四缺點(diǎn)：氨基酸都水解，形成混合物，只能測(cè)N端的一個(gè)氨基酸。N端氨基酸的分析可用2，4-二硝基氟苯與多肽作用現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四N端氨基酸的分析還可以用異硫氰酸苯脂與多肽作用現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四C端氨基酸的分析，一般羧肽酶可以有選擇地只把C端氨基酸水解下來(lái)，對(duì)這個(gè)氨基酸進(jìn)行鑒定，就可以知道原來(lái)C端是什么氨基酸。C端氨基酸的分析，一般是用羧肽酶作用下水解的方法?，F(xiàn)在是38頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四14-7-2多肽的合成要求：氨基酸按一定的次序連接起來(lái)達(dá)到一定分子量不外消旋化（緩和的條件）推測(cè)出來(lái)的結(jié)構(gòu)是否完全正確，需要通過(guò)多肽的合成加以證實(shí)。另一方面，由于多肽與蛋白質(zhì)有著密切的關(guān)系，在需要使一種氨基酸的羧基和另一種羧基酸的羧基相結(jié)合時(shí)，要防止同一種氨基酸分子之間相互結(jié)合。因此，在合成時(shí)，必須把某些氨基或羧基保護(hù)起來(lái)，以便反應(yīng)能按所要求的方式進(jìn)行。而所選用的保護(hù)基團(tuán)，必須符合以下條件：在以后脫除該保護(hù)的條件下，肽鍵不會(huì)發(fā)生斷裂?，F(xiàn)在是39頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四羧基常通過(guò)生成酯加以保護(hù)，因?yàn)轷ケ弱０啡菀姿猓脡A性水解的方法，就可以把保護(hù)的基團(tuán)除去。現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四氨基可以通過(guò)與氯甲酸芐酯C6H5CH2OCOCL）作用加以保護(hù)，因?yàn)榘被系钠S氧基很容易用催化氫解的方法除去?，F(xiàn)在是41頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四例如：設(shè)要合成甘氨酰丙氨酸（甘.丙）若直接用谷氨酸和丙氨酸脫水縮合，將得到四種二肽的混合物：如果采用下列反應(yīng)，則可以得到所要求的二肽：現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四反復(fù)使用這樣的方法，每次構(gòu)成一個(gè)肽鍵，就可以把各種氨基酸按一定的次序一個(gè)個(gè)地連接起來(lái)。多肽的合成是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作。例如，牛胰腺核糖核酸酶的多肽鏈已可合成出來(lái)，它是由124個(gè)氨基酸單元所構(gòu)成的。

現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四14-8蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是一類(lèi)很重要的天然有機(jī)物，是生物體內(nèi)一切組織的基礎(chǔ)物質(zhì)，并在生命現(xiàn)象和生命過(guò)程中起著決定的作用。

蛋白質(zhì)主要由C、H、O、N、S等元素組成，有些還含有P、Fe、I等元素。蛋白質(zhì)基本上是由數(shù)百個(gè)、甚至數(shù)千個(gè)氨基酸所構(gòu)成。水解后只生成多種-氨基酸的，叫單純蛋白質(zhì)（如卵白蛋白、血清球蛋白、米精蛋白等）。

現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四水解后除生成-氨基酸外，還有非蛋白質(zhì)物質(zhì)（如糖、脂肪、含磷化合物、含鐵化合物等）生成的，叫結(jié)合蛋白質(zhì)。（如：核蛋白、粘蛋白、肌肉中的脂蛋白、血紅蛋白等）。結(jié)合蛋白中的非蛋白質(zhì)部分，叫做輔基。分類(lèi)纖維蛋白（絲、毛、皮、角、爪和甲等）球蛋白、酶和蛋白激素（溶于水、鹽水、酸堿溶液和乙醇等）結(jié)合蛋白（與核酸、糖、脂肪及血紅素等結(jié)合）現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四14-8-1蛋白質(zhì)的分類(lèi)和功能按溶解度分類(lèi)：一類(lèi)不溶于水的纖維狀蛋白質(zhì)；一類(lèi)是能溶于水、酸、堿或鹽溶液的球狀蛋白質(zhì)。纖維狀蛋白質(zhì)的分子形狀是一條條線裝的，分子中的多肽鏈扭在一起或平行并列，且以氫鍵互相連接著。這類(lèi)蛋白質(zhì)在水中不能溶解。纖維狀蛋白質(zhì)是動(dòng)物組織的主要結(jié)構(gòu)材料，角蛋白、骨膠蛋白和肌蛋白都是纖維狀蛋白質(zhì)。球狀蛋白質(zhì)的分子形狀是一團(tuán)團(tuán)球狀的，它們的多肽鏈自身扭曲折疊成特有的球形。在折疊時(shí)，分子內(nèi)某些基團(tuán)之間通過(guò)氫鍵、二硫鍵或范德華引力相互作用著。分子中的疏水基團(tuán)（如烴基等）分布在球形內(nèi)部，而親水基團(tuán)（如—OH、—NH2、—SH、—COOH等）分布在球形表面。因此，球狀蛋白質(zhì)的水溶性比較大。例如酶、血紅蛋白等都是球狀蛋白。現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四蛋白質(zhì)的功能

一方面是起組織結(jié)構(gòu)的作用。例如，角蛋白組成皮膚、肌肉等。另一面，蛋白質(zhì)起調(diào)節(jié)作用。例如：毛發(fā)、指甲、頭角：骨膠蛋白組成腱、骨；肌球蛋白組成各種酶對(duì)生物化學(xué)反應(yīng)起催化作用；血紅蛋白在血液中，輸送氧氣；胰島素調(diào)節(jié)葡萄糖的代謝；等等在生物體內(nèi)起重要調(diào)節(jié)作用的各種酶，都是蛋白質(zhì)。常把酶叫做生物催化劑酶的催化效率很高，并且有高度選擇性有的酶還具有立體專(zhuān)一性現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四14-8-2蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)和氨基酸一樣，也是兩性物質(zhì)，與酸或堿都能生成鹽。不同的蛋白質(zhì)有不同等電點(diǎn)。例如，卵清蛋白為4.9，酪蛋白為4.6。胰島素為5.3，血紅蛋白.為6.8。蛋白質(zhì)是高分子化合物水溶液具有膠體溶液的性質(zhì)，不能透過(guò)半透膜，能夠電泳；蛋白質(zhì)都具有旋光性；蛋白質(zhì)的變性通常都是不可逆的；蛋白質(zhì)雖然分子很大，但性質(zhì)活潑，能發(fā)生多種顏色反應(yīng)。現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四⑴縮二脲反應(yīng)蛋白質(zhì)分子中都有—CO—NH—CHR—CO—NH基團(tuán)在蛋白質(zhì)水溶液中加堿和硫酸銅溶液，即產(chǎn)生紅紫色。⑵黃色反應(yīng)分子中含有苯環(huán)的蛋白質(zhì)，遇濃硝酸即顯黃色，這是苯環(huán)發(fā)生硝化的緣故。黃色溶液再用堿處理，就會(huì)轉(zhuǎn)為橙色。⑶水合茚三酮反應(yīng)

蛋白質(zhì)溶液與水合茚三酮溶液作用，也有顏色反應(yīng)。但顏色與氨基酸的不太一樣?，F(xiàn)在是49頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四此外，蛋白質(zhì)容易水解，酸、堿、酶能促進(jìn)蛋白質(zhì)的水解。可得到多種α-氨基酸的混合物。如果部分水解則得到分子較小的多肽?，F(xiàn)在是50頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四14-8-3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)多肽鏈及多肽鏈中氨基酸的組成和排列次序.多肽鏈在空間不是任意排布的，由于某些基團(tuán)之間的氫鍵作用，肽鏈具有一定的構(gòu)象.整個(gè)分子因鏈段的相互作用而扭曲,折疊成一定的形態(tài).最后，幾個(gè)各具有特定的1,2,3,級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈在一起，或者有時(shí)還和輔基在一起，再以一定的關(guān)系相結(jié)合.現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四蛋白質(zhì)多肽鏈的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要有兩種形式：一種是右螺旋型，又叫做α-螺旋型；另一種是褶紙型，又叫做β-褶紙型。α-螺旋型多肽鏈結(jié)構(gòu)可示意如圖現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四褶紙形多肽鏈結(jié)構(gòu)示意圖肽鏈伸展在紙型的片面上，相鄰的肽鏈又通過(guò)氫鍵（圖中虛線）相互連接?，F(xiàn)在是53頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是多肽鏈的進(jìn)一步扭曲折疊。在在扭折時(shí)，傾向于把親水的極性基團(tuán)露于表面，而疏水的非極性基團(tuán)包在中間。肌紅蛋白的空間結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四許多蛋白質(zhì)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的多肽鏈集合而形成蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。例如磷酸化酶就是由兩條相同的多肽鏈組成的，只有兩條肽鏈一起存在才有催化作用。胰島素含有兩條多肽鏈，共有51個(gè)氨基酸單元:現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四14-9核酸核酸存在于一切生物體中，像蛋白質(zhì)一樣，也是生命的最基本物質(zhì)。與一切生命活動(dòng)及各種代謝有著密切的關(guān)系。在生物體內(nèi)，核酸對(duì)遺傳信息的儲(chǔ)存、蛋白質(zhì)的生物合成都起著決定性的作用。核酸也是鏈狀高分子化合物，組成核酸的單元是核苷酸。在生物體內(nèi)，核酸主要以核蛋白的形式存在。核蛋白是結(jié)合蛋白，核酸作為輔基與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起。核酸在適當(dāng)酶的催化下，或在弱堿作用下可以水解成核苷酸；如果溫度升高，則進(jìn)一步水解成核苷和磷酸；在無(wú)機(jī)酸作用下則完全水解：14-9-1核苷酸和核苷現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期四核酸水解由核酸水解所得到的戊糖有兩種：核糖和2-脫氧核糖現(xiàn)在是57頁(yè)