氨基酸、蛋白質(zhì)和核酸(簡(jiǎn)版)3.ppt

1、第15章 氨基酸、蛋白質(zhì)和核酸,蛋白質(zhì)、核酸都是天然大分子化合物，是生命物質(zhì)的基礎(chǔ)。,蛋白質(zhì)是一切活細(xì)胞的組織物質(zhì)，是構(gòu)成人體和動(dòng)植物的基本物質(zhì)，具有各種生理功能。如肌肉、毛發(fā)、皮膚、指甲、血清、血紅蛋白、神經(jīng)、激素、酶等。,-氨基酸的是組成蛋白質(zhì)的基本單位。,核酸在生物個(gè)體發(fā)育、生長(zhǎng)、繁殖和遺傳變異等生命活動(dòng)中起著重要作用。DNA是生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，RNA參與體內(nèi)蛋白質(zhì)合成。,2020/11/9,2,第15章 氨基酸、蛋白質(zhì)和核酸,15.1 氨基酸,15.1.1 -氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類和命名,L型(除甘氨酸外),S構(gòu)型(除半胱氨酸), R基的結(jié)構(gòu)：脂肪族、芳香族和雜環(huán) 分子中氨基與羧基的相對(duì)

2、數(shù)目： 氨基羧基：堿性氨基酸 側(cè)鏈R基的極性：極性、非極性,*命名：通常根據(jù)來源用俗名，英文縮寫或中文代號(hào)。,*分類：,*結(jié)構(gòu)：,2020/11/9,3,15.1.2 -氨基酸的性質(zhì),1.-氨基酸的物理性質(zhì),2.-氨基酸的化學(xué)性質(zhì),羧基典型反應(yīng),氨基典型反應(yīng),相互影響的特性,無色晶體，熔點(diǎn)一般高于相應(yīng)羧酸或胺，易溶于水，難溶于有機(jī)溶劑。,2020/11/9,4,1）兩性和等電點(diǎn),負(fù)離子,正離子,兩性離子或偶極離子,溶液中的兩性離子濃度最高、凈電荷為零時(shí)對(duì)應(yīng)的pH值-(等電點(diǎn)pI),等電點(diǎn)時(shí)，溶液中氨基酸在電場(chǎng)中既不向正極也不向負(fù)極移動(dòng)。,pH pI,pH =pI,pH pI,（等電點(diǎn)）,2.-

3、氨基酸的化學(xué)性質(zhì),強(qiáng)酸中主要存在形式,強(qiáng)堿中主要存在形式,2020/11/9,5,說明幾點(diǎn)：,（i）不同氨基酸，PI不同,中性：,酸性：,堿性：,（ i i ）等電點(diǎn)的應(yīng)用,A、作緩沖試劑（利用其兩性） B、鑒定或分離氨基酸 （pI時(shí)兩性離子濃度最大，溶解度最小，可結(jié)晶析出。）,(4.0pI7.0）,(pI4.0）,(pI7.0）,1）兩性和等電點(diǎn),2.-氨基酸的化學(xué)性質(zhì),2020/11/9,6,現(xiàn)在有三個(gè)氨基酸：苯丙氨酸pI=5.5、脯氨酸pI=6.3、門冬氨酸pI=2.8請(qǐng)問在以下pH條件，各氨基酸的主要存在形式是什么？在外電場(chǎng)作用下，移向陽極還是陰極？ 苯丙氨酸 脯氨酸 門冬氨酸 pH=

4、6.0,負(fù) 陽極,例題,正 陰極,負(fù) 陽極,1）兩性和等電點(diǎn),2.-氨基酸的化學(xué)性質(zhì),2020/11/9,7,（1）與亞硝酸的反應(yīng),測(cè)定反應(yīng)中放出的氮?dú)獾捏w積，可以計(jì)算出氨基的含量,范斯萊克氨基氮測(cè)定法,2.-氨基酸的化學(xué)性質(zhì),2）氨基和羧基的反應(yīng),（2）與2,4-二硝基氟苯反應(yīng),DNP-AA (黃色),(DNFB),2020/11/9,8,(3) 氧化脫氨基反應(yīng),2.-氨基酸的化學(xué)性質(zhì),2）氨基和羧基的反應(yīng),(4) 脫羧反應(yīng),組胺,尸胺,2.-氨基酸的化學(xué)性質(zhì),3）氨基和羧基的共同反應(yīng),(1) 與金屬離子形成配合物,深紫色晶體,(2) 脫羧失氨作用,工業(yè)上發(fā)酵制醇的雜醇即由此產(chǎn)生。,可用于沉

5、淀或鑒定某些氨基酸。,2020/11/9,10,（3）與水合茚三酮反應(yīng),含游離氨基的-氨基酸均反應(yīng)顯紫色（個(gè)別例外）,也可用于-氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)的鑒別。,2.-氨基酸的化學(xué)性質(zhì),3）氨基和羧基的共同反應(yīng),紫色物質(zhì)，用于-氨基酸 的比色測(cè)定和紙層析顯色,2020/11/9,11,*(4)成肽反應(yīng),二肽,許多氨基酸分子通過肽鍵相互連接形成多肽,2.-氨基酸的化學(xué)性質(zhì),3）氨基和羧基的共同反應(yīng),15.2 肽,肽：氨基酸分子間通過肽鍵相連的一類化合物,2020/11/9,12,15.2.1 肽的組成和命名,二肽（dipeptide）：2 個(gè)氨基酸殘基 寡肽（oligopeptide ）：210個(gè)

6、氨基酸殘基 多肽（polypeptide ）： 10 個(gè)氨基酸殘基 蛋白質(zhì)（protein ）： 100個(gè)氨基酸殘基，分子量 610 3,1.肽和肽鍵,2020/11/9,13,殘基,N-端,C-端,甘氨酰丙氨酸,丙氨酰甘氨酸,15.2.1 肽的組成、結(jié)構(gòu)和命名,1.肽和肽鍵,肽鏈,肽鏈中殘基越多，可能形成的多肽異構(gòu)體數(shù)目就越多。,2. 肽鍵的平面結(jié)構(gòu),肽鍵是構(gòu)成肽和蛋白質(zhì)分子的基本化學(xué)鍵。,15.2.1 肽的組成、結(jié)構(gòu)和命名,肽平面 肽平面, 肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵的性質(zhì),0.132nm,0.147nm, 與肽鍵中C-N相連的6個(gè)原子處于同一平面上, 肽鍵平面中與C-N鍵相連的O和H或

7、兩個(gè)C呈反式分布,3. 肽的命名,15.2.1 肽的組成、結(jié)構(gòu)和命名,甘氨酰丙氨酸,丙氨酰甘氨酸,(甘丙肽，甘-丙肽),(丙甘肽，丙-甘肽),英文縮寫：,Gly-Ala(G-A),Ala-Gly(A-G),以C端氨基酸為母體，肽鏈中其他氨基酸以“某氨?！睆腘端開始依次列在母體前面。,簡(jiǎn)稱：,俗名：,如催產(chǎn)素、加壓素、胰島素、促腎上腺皮質(zhì)激素等,15.2.2 肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定（生化，略）,主要任務(wù)：確定氨基酸種類，數(shù)目，排列次序。,1.相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定,滲透壓法，光散射法，超離心法，X射線衍射法等,2.氨基酸定量分析,基本原理：,現(xiàn)代方法：,3.端基分析,1）測(cè)定N-端,（1）2,4-二硝基氟苯法

8、,黃色,15.2.2 肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定（生化，略）,3.端基分析,1）測(cè)定N-端,（2）異硫氰酸苯酯法,確定R基團(tuán)即可知端基氨基酸,其余肽鏈可保存,重復(fù)測(cè)定其余肽鏈，可確定這個(gè)肽鏈的結(jié)構(gòu)。,-氨基酸順序測(cè)定儀可自動(dòng)控制測(cè)定,15.2.2 肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定（生化，略）,3.端基分析,2）測(cè)定C-端,(1) 肼解法,(2) 羧肽酶水解法,4.肽鏈的選擇性斷裂及鑒定,常用部分水解法：胰蛋白酶 糜蛋白酶 溴化氰等,15.3 蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)是一類存在于一切細(xì)胞中的含氮生物高分子化合物。,2020/11/9,19,蛋白質(zhì)的元素組成： C(5055%), H(6.07.5%) , O(1924%), N(1517%

9、), S(04%), P(00.8%) 部分還含有微量的Fe, Cu, Mn, I, Zn等,蛋白質(zhì)系數(shù)：6.25 （每g氮相當(dāng)于6.25g蛋白質(zhì)）,W粗蛋白=W氮6.25,15.3 蛋白質(zhì),15.3.1 蛋白質(zhì)的分類,形狀： 纖維蛋白 （如絲蛋白、角蛋白等） 球 蛋 白 （如蛋清蛋白、酪蛋白等）,化學(xué)組成： 簡(jiǎn)單蛋白 ：僅有氨基酸組成的蛋白。 結(jié)合蛋白 ：由簡(jiǎn)單蛋白與非蛋白質(zhì)成分（輔基）結(jié)合而成。 如糖蛋白、脂蛋白、色蛋白、核蛋白等。,2020/11/9,21,1.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu),核心：確定氨基酸殘基在肽鏈中的排列順序（構(gòu)造）。 不涉及氨基酸空間排列情況，也稱初級(jí)結(jié)構(gòu)。,一級(jí)結(jié)構(gòu),多肽鏈的

10、數(shù)目,每條鏈中氨基酸的種類、數(shù)目和排列順序,鏈與鏈間二硫鍵的位置,15.3.2 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次,15.3 蛋白質(zhì),2020/11/9,22,結(jié)晶牛胰島素（crystallized bovine insulin）牛胰島素的晶狀體。牛胰島素是牛胰臟中胰島-細(xì)胞所分泌的一種調(diào)節(jié)糖代謝的蛋白質(zhì)激素。其一級(jí)結(jié)構(gòu)1955年由英國(guó)桑格（S.Sanger）測(cè)定。我國(guó)中科院生化研究所、北大化學(xué)系及中科院有機(jī)化學(xué)研究所通力合作，于1959年開始工作、1965年9月17日獲得了用人工方法合成的、有生物活性的結(jié)晶牛胰島素，實(shí)現(xiàn)了世界上首次人工合成蛋白質(zhì)的壯舉。,1.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu),15.3.2 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次,

11、2020/11/9,23,牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu),1.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu),2020/11/9,24,結(jié)晶牛胰島素,人工合成牛胰島素,1.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu),結(jié)晶牛胰島素,人胰島素,1.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu),2020/11/9,26,蛋白質(zhì)分子多肽鏈本身的盤旋卷曲或折疊可形成不同的空間結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）。,二級(jí)結(jié)構(gòu),-螺旋結(jié)構(gòu),-折疊結(jié)構(gòu),無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu),-轉(zhuǎn)角,2.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu),2020/11/9,27,-螺旋,-折疊,2.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu),2.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu),-螺旋結(jié)構(gòu),-螺旋結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定的原因：氫鍵,-折疊結(jié)構(gòu)（片層結(jié)構(gòu)）,2.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu),維系折疊結(jié)構(gòu)的作用： 氫鍵,2020/11/9,30,主鍵：

12、肽鍵,副鍵,共價(jià)鍵,非 共 價(jià) 鍵,3.蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu),三級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)分子在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步卷曲、折疊而構(gòu)成的一種不規(guī)則的、特定的、更復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。,a 氫鍵,b 鹽鍵,c 疏水鍵,d 二硫鍵,3.蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu),肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu),2020/11/9,32,四級(jí)結(jié)構(gòu) 由兩條和兩條以上具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈締合成特定的蛋白質(zhì)分子構(gòu)象。其中每條肽鏈稱為原體或亞基。,副鍵：,鹽鍵、疏水鍵、氫鍵等,4.蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu),-鏈,-鏈,主鍵：肽鍵,血紅蛋白,1. 兩性和等電點(diǎn),2020/11/9,33,兩性離子,pH = pI,pH pI,負(fù)離子,正離子,pH pI,用途：分離和提純蛋白質(zhì),

13、pH = pI：溶解度最小，容易聚集沉淀,15.3.3 蛋白質(zhì)的性質(zhì),15.3.3 蛋白質(zhì)的性質(zhì),2. 膠體性質(zhì)（略）,2020/11/9,34,蛋白質(zhì)分子顆粒的直徑一般在1-100nm，具有膠體溶液的特征: 在水中不易沉淀、布朗運(yùn)動(dòng)、電泳現(xiàn)象、不能透過半透膜、吸附性質(zhì)等。,原因,極性基團(tuán)在一定的pH溶液中可電離而帶有同性電荷,極性基團(tuán)吸引水分子在其表面定向排列而形成水化膜,用途,分離提純蛋白質(zhì),3.沉淀（略）,改變條件，使蛋白質(zhì)分子在溶液中發(fā)生凝聚，從而從溶液中析出。,2020/11/9,35,（1）可逆沉淀,加入中性鹽類(如NaCl、Na2SO4、(NH4)2SO4等),鹽析,（2）不可逆

14、沉淀,a.加入極性有機(jī)溶劑(如甲醇、乙醇或丙酮等),長(zhǎng)時(shí)間接觸不可逆,b.化學(xué)試劑沉淀法（如重金屬鹽）,pH pI:,15.3.3 蛋白質(zhì)的性質(zhì),c.生物堿試劑沉淀法（如苦味酸、鞣酸等）,d.其他沉淀法（強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、紫外線、X-射線等）,4.變性（略）,變性：天然蛋白質(zhì)因受物理或化學(xué)因素的影響， 結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，從而導(dǎo)致性質(zhì)的改變,2020/11/9,36,(一級(jí)結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化),變性,可逆變性,不可逆變性,變性后可重新恢復(fù)原來性質(zhì),變性后不能恢復(fù)原來性質(zhì),改變到三級(jí)結(jié)構(gòu),改變到二級(jí)結(jié)構(gòu),15.3.3 蛋白質(zhì)的性質(zhì),2020/11/9,37,5. 蛋白質(zhì)的水解,蛋白質(zhì),H+ or OH- or

15、 酶,H2O,氨基酸,15.3.3 蛋白質(zhì)的性質(zhì),6. 顯色反應(yīng),15.4.1 核酸的化學(xué)組成,水解,含氮有機(jī)堿,戊糖,15.4 核 酸,核酸,水解,核苷酸,核苷,磷酸,（核糖或脫氧核糖）,（嘌呤堿或嘧啶堿）,核酸的元素組成： C, H, O, N, P(9.5%)。,W粗核酸 = WP10.5,每克磷相當(dāng)于10.5g的核酸，如果核酸的含磷量為WP，,則：,脫氧核糖核酸 ( Deoxyribonucleic acid, DNA),核糖核酸 ( Ribonucleic acid, RNA),主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，控制體內(nèi)蛋白合成。,主要存在于細(xì)胞核中，決定生物體的繁殖、遺傳及變異。,脫氧鳥苷,脫氧

16、胞苷,腺嘌呤核苷,尿嘧啶核苷,氮苷鍵,1. 核苷,15.4.1 核酸的化學(xué)組成,核苷是由糖和含氮有機(jī)堿構(gòu)成的糖苷。,2.核苷酸,核苷的磷酸酯,腺嘌呤核苷,腺苷酸,脫氧胸苷,脫氧胸苷酸,(兩性化合物),5-腺嘌呤核苷酸 或腺嘌呤核苷- 5 -磷酸,5-胸腺嘧啶脫氧核苷酸 或胸腺嘧啶核苷- 5 -磷酸,15.4.1 核酸的化學(xué)組成,核糖核苷酸,脫氧核糖核苷酸,15.4.1 核酸的化學(xué)組成,3.核酸,核酸是由有許多單核苷酸按一定的順序連接而成的多（聚）核苷酸大分子。,生物體內(nèi)的核酸通常與蛋白質(zhì)結(jié)合成核蛋白。,15.4.2 核酸的結(jié)構(gòu),1. 核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu),核酸分子中核苷酸的排列順序。,組成核酸的各核苷酸之間按照一定的種類、 數(shù)量和排列順序彼此相連而成的長(zhǎng)鏈核苷酸。,15.4.2 核酸的結(jié)構(gòu),2. 核酸的二級(jí)結(jié)構(gòu),DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu),主鏈,走向相反的右手雙螺旋體,15.4.2 核酸的結(jié)構(gòu),2. 核酸的二級(jí)結(jié)構(gòu),DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu),2. 核酸的二級(jí)結(jié)構(gòu),DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu),堿基對(duì),縱向： 堿