第十五蛋白質(zhì)和核酸

1、151 氨基酸氨基酸如如：R-CH-CH2-COOH R-CH-COOH NH2NH2 -氨基酸氨基酸 -氨基酸氨基酸 氨基酸是羧酸分子中碳鏈上的氫原子被氨基取代后的生成物。分氨基酸是羧酸分子中碳鏈上的氫原子被氨基取代后的生成物。分子中子中含有氨基和羧基兩種官能團(tuán)。含有氨基和羧基兩種官能團(tuán)。分分類類1. 據(jù)氨基和羧據(jù)氨基和羧 基相對位置基相對位置氨基酸氨基酸 氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸CH2-COOHNH2NH2CH2CHCOOH2. 據(jù)氨基和據(jù)氨基和羧基的數(shù)目羧基的數(shù)目 中性氨基酸中性氨基酸 堿性氨基酸堿性氨基酸 酸性氮基酸酸性氮基酸分子中分子中-NH2與與-COOH 數(shù)目相同數(shù)目相同分子中分

2、子中-NH2-COOH 數(shù)目數(shù)目分子中分子中-NH2-COOH 數(shù)目數(shù)目NH2NH2如：如：CH2-COOH CH3CHCOOH HO- -CH2CHCOOHNH2H2N-CH2CH2CH2CH2CH-COOHNH2HOOC-CH2CH2CH-COOHNH2堿性氨基酸堿性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸 在在 -氨基酸氨基酸的命名中，習(xí)慣上多數(shù)以的命名中，習(xí)慣上多數(shù)以俗名俗名來來命名命名，而組成蛋白質(zhì)的而組成蛋白質(zhì)的 -氨基酸僅二十多種，見表氨基酸僅二十多種，見表151。命命名名 除甘氨酸外，除甘氨酸外， -氨基酸氨基酸都都有手性有手性，有旋光性，它們的，有旋光性，它們的構(gòu)型取決于構(gòu)型取決于 -碳原

3、子。氨基酸的碳原子。氨基酸的構(gòu)型構(gòu)型是與是與乳酸乳酸相比而相比而定定。 例如：與例如：與L-乳酸相應(yīng)的乳酸相應(yīng)的L-丙氨酸的構(gòu)型是：丙氨酸的構(gòu)型是：L-L-丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸氨基酸L-L-乳酸乳酸COOHH2NHCH3HOCOOHHCH3COOHH2NHR 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)蛋白質(zhì)中的蛋白質(zhì)中的氨基酸氨基酸續(xù)上表續(xù)上表1. 兩性與等電點(diǎn)兩性與等電點(diǎn)（1）兩性）兩性 -氨基酸含有一個酸性的羧基（氨基酸含有一個酸性的羧基（-COOH），），也含有一個堿也含有一個堿性的氨基（性的氨基（-NH2），），故它遇到酸或堿均可生成鹽。故它遇到酸或堿均可生成鹽。 -氨基酸分子內(nèi)兩基團(tuán)可以生成鹽（稱內(nèi)鹽）。氨基

4、酸分子內(nèi)兩基團(tuán)可以生成鹽（稱內(nèi)鹽）。R-CH-COOH + HCl R-CH-COOHNH2NH3Cl+-R-CH-COOH + NaOH R-CH-COO Na + H2ONH2NH2+-內(nèi)鹽內(nèi)鹽（亦稱為偶極離子）（亦稱為偶極離子）NH2NH3R-CH-COOH R-CH-COO+- 氨基酸的某些物理性質(zhì)和光譜性質(zhì)表明，氨基酸主要是以氨基酸的某些物理性質(zhì)和光譜性質(zhì)表明，氨基酸主要是以內(nèi)鹽內(nèi)鹽的形式存在的。分子中沒有游離的的形式存在的。分子中沒有游離的-NH2 或或 -COOH。 氨基酸一般在氨基酸一般在200以下不熔化，具有較高的熔點(diǎn)（實(shí)際上以下不熔化，具有較高的熔點(diǎn)（實(shí)際上是分解點(diǎn)）。氨基

5、酸可溶于水，而不溶于苯、醚等非極性有機(jī)溶是分解點(diǎn)）。氨基酸可溶于水，而不溶于苯、醚等非極性有機(jī)溶劑。這些都是由偶極離子結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的特性。劑。這些都是由偶極離子結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的特性。（2）等電點(diǎn)）等電點(diǎn)氨基酸在純水溶液中可形成如下的平衡：氨基酸在純水溶液中可形成如下的平衡：R-CH-COOH 正離子正離子（III） 兩性離子兩性離子（I） 負(fù)離子負(fù)離子（II）NH2H2OH2O+NH3R-CH-COO-NH3OH + R-CH-COOH+- NH2R-CH-COO + H3O-+ 由于氨基酸的酸性基團(tuán)由于氨基酸的酸性基團(tuán)-NH3和堿性基團(tuán)和堿性基團(tuán)-COO-的相對強(qiáng)度不完全的相對強(qiáng)度不完全相同。即相

6、同。即-NH3給質(zhì)子能力大于給質(zhì)子能力大于-COO-接受質(zhì)子的能力。所以在平衡體接受質(zhì)子的能力。所以在平衡體系中，負(fù)離子數(shù)目系中，負(fù)離子數(shù)目（II）多于正離子多于正離子（III），使氨基酸帶有一定數(shù)量使氨基酸帶有一定數(shù)量的凈負(fù)電荷的凈負(fù)電荷（II），其溶液略顯酸性其溶液略顯酸性（pH值略小于值略小于7）。+ 如果在氨基酸水溶液的平衡體系中外加酸，則可抑制負(fù)離子（如果在氨基酸水溶液的平衡體系中外加酸，則可抑制負(fù)離子（II）的生成，而使正離子（的生成，而使正離子（III）數(shù)量增加，平衡向左移動。當(dāng)加入適量的數(shù)量增加，平衡向左移動。當(dāng)加入適量的酸時，可以使（酸時，可以使（II）和（和（III）的數(shù)量

7、相等，氨基酸的凈電荷等于零。的數(shù)量相等，氨基酸的凈電荷等于零。將此溶液置于電場中，氨基酸向陽極移動的速度和向陰極移動的速度將此溶液置于電場中，氨基酸向陽極移動的速度和向陰極移動的速度相等。該溶液的相等。該溶液的pH值則稱為氨基酸的值則稱為氨基酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)。（簡寫。（簡寫PI） 等電點(diǎn)時等電點(diǎn)時： 氨基酸處于電氨基酸處于電中性狀態(tài)中性狀態(tài) （即溶液中正、（即溶液中正、負(fù)離子濃度相等），此時溶負(fù)離子濃度相等），此時溶液的液的pH值值是氨基酸電中性是氨基酸電中性時的時的pH值。值。 正離子正離子（III） 兩性離子兩性離子（I） 負(fù)離子負(fù)離子（II）OH-H+NH3R-CH-COO-NH3OH

8、+ R-CH-COOH+- NH2R-CH-COO + H3O-+H+OH-氨基酸等電點(diǎn)的兩點(diǎn)說明：氨基酸等電點(diǎn)的兩點(diǎn)說明： 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。的等電點(diǎn)來鑒別氨基酸。 等電點(diǎn)是每一種氨基酸的特定常數(shù)。在等電點(diǎn)時，以兩性等電點(diǎn)是每一種氨基酸的特定常數(shù)。在等電點(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。溶解度最小。 中性中性氨基酸的等電點(diǎn)氨基酸的等電點(diǎn)pH=5.06.5之間。之間。堿性堿性氨基酸的等電點(diǎn)氨基酸

9、的等電點(diǎn)pH=7.610.8之間。之間。 酸性酸性氨基酸的等電點(diǎn)氨基酸的等電點(diǎn)pH=2.83.2之間。之間。 2.與亞硝酸反應(yīng)與亞硝酸反應(yīng)RNH2+HNO2 ROH + N2 + H2OR-CH-COOH+HNO2 R-CH-COOH + N2 + H2ONH2OH3.與甲醛反應(yīng)與甲醛反應(yīng)R-CH-COOH+H-C-H R-CH-COOH + H2ONH2N=CH2=O4. 氨基與羧基的反應(yīng)氨基與羧基的反應(yīng)羧基具有酸的一般性質(zhì)，可以成酰鹵、酯等反應(yīng)。羧基具有酸的一般性質(zhì)，可以成酰鹵、酯等反應(yīng)。氨基也有氨的性質(zhì)，如可以進(jìn)行?；?、烷基化等。氨基也有氨的性質(zhì)，如可以進(jìn)行?；?、烷基化等。?；磻?yīng)：酰

10、基化反應(yīng)：RC Cl + H NHCHCOOHORRCNHCHCOOH + HClR =O=烴基化反應(yīng)烴基化反應(yīng)如果要引入芳基，則可與如果要引入芳基，則可與2,4二硝基氟苯進(jìn)行烴基化二硝基氟苯進(jìn)行烴基化 R-X + HNH-CH-COOH R-NH-CH-COOH + HXRN-烴基氨基酸烴基氨基酸RNO2-HFNH-CH-COOHRNO2NO2FNO2+ H2N-CH-COOHR5. 受熱反應(yīng)受熱反應(yīng) -氨基酸分子間脫水氨基酸分子間脫水交酰酯交酰酯R-CHNHHHO-CC OHHC-RHHN=-2H2OO=NR-CHCCCH-RNO=+OO=HH -氨基酸分子內(nèi)脫水氨基酸分子內(nèi)脫水R-CH

11、- CH-COOHR-CH=CH-COOH + NH3- -HNH2- - -和和-氨基酸分子內(nèi)脫水氨基酸分子內(nèi)脫水R-CHCH2CH2CH2-COH- -NHH=O-內(nèi)戊內(nèi)戊酰胺酰胺R-HCCH2CCH2NH=CH2O+ H2OCH2R-HCNHC=OCH2+ H2O-丁內(nèi)酰胺丁內(nèi)酰胺R-CHCH2CH2-COH=O- -NHH6. 與茚三酮反應(yīng)與茚三酮反應(yīng) 凡凡-氨基酸都氨基酸都可以和茚三酮發(fā)生可以和茚三酮發(fā)生呈紫色的反應(yīng)。是呈紫色的反應(yīng)。是鑒別鑒別-氨基酸的特氨基酸的特效反應(yīng)。效反應(yīng)。茚茚 茚三酮茚三酮 水合茚三酮水合茚三酮茚三酮在水溶液中茚三酮在水溶液中： + HOH茚三酮茚三酮水合茚

12、三酮水合茚三酮OOOOOOHOH+ CO2 + RCHO藍(lán)紫色藍(lán)紫色NH2 + R-CH-COOH水合茚三酮水合茚三酮OOOHOH2OONO-O注：注：N-取代的取代的-氨基酸氨基酸、-氨基酸氨基酸、 -氨基酸氨基酸等均不與茚等均不與茚三酮發(fā)生三酮發(fā)生顯色顯色反應(yīng)。反應(yīng)。7. 失羧作用失羧作用NH2CH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2NH2CH2CH2CH2CH2CH2NH2CO28. 失羧和失氨作用（失羧和失氨作用（P288） 152 多多 肽肽蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 多肽多肽 - 氨基酸氨基酸水解水解水解水解肽肽指一分子指一分子 -氨基酸的氨基酸的-NH2和另一分子和另一分子 - 氨基酸的氨基

13、酸的-COOH之間之間 縮水所生成的酰胺化合物?？s水所生成的酰胺化合物。-C-NH-肽鍵O肽鍵-H2OH2N-CH-C-NH-CH-C-OHRR二 肽H2N-CH-C-OH + HNH-CH-C-OHRROO氨基酸 I氨基酸 IIOO由二個氨基酸組成由二個氨基酸組成稱二肽稱二肽由三個氨基酸組成由三個氨基酸組成稱三肽稱三肽由多個氨基酸組成由多個氨基酸組成稱多肽稱多肽 多肽與蛋白質(zhì)無嚴(yán)格的界限，一般將分子量大（約一萬以上）的多肽與蛋白質(zhì)無嚴(yán)格的界限，一般將分子量大（約一萬以上）的多肽稱蛋白質(zhì)。分子量小的叫多肽稱蛋白質(zhì)。分子量小的叫多肽多肽。從廣義來說，多肽也是蛋白質(zhì)。從廣義來說，多肽也是蛋白質(zhì)。實(shí)

14、際上，有些蛋白質(zhì)本身就是多肽。實(shí)際上，有些蛋白質(zhì)本身就是多肽。一、多肽的命名和表達(dá)方式一、多肽的命名和表達(dá)方式H2NCH2COOH + H2N-CHCOOHCH3甘氨酰丙氨酸甘氨酰丙氨酸 丙氨酰甘氨酸丙氨酰甘氨酸H2NCH2-C-NH-CHCOOHCH3OaH2NCH-C-NH-CH2COOHCH3Ob催產(chǎn)素催產(chǎn)素為為8肽。胰島素肽。胰島素為為51肽。肽。如：肌肽如：肌肽（-丙氨酰組氨酸丙氨酰組氨酸）是人體及動物肌肉組織中發(fā)現(xiàn)的二肽。）是人體及動物肌肉組織中發(fā)現(xiàn)的二肽。ab 肽的命名，是從肽的命名，是從N-端端開始，由左至右依次將每個氨基酸單位寫開始，由左至右依次將每個氨基酸單位寫成成“某氨酰

15、某氨?！?，最后一個氨基酸單位的羧基是完整的，寫為，最后一個氨基酸單位的羧基是完整的，寫為“某氨某氨酸酸”（二肽）（二肽）2個氨基酸個氨基酸組成肽組成肽有有2種異構(gòu)體（二種連接方式）種異構(gòu)體（二種連接方式）（三肽）（三肽）3個氨基酸個氨基酸組成肽組成肽有有6種異構(gòu)體種異構(gòu)體 （四（四肽）肽）4個氨基酸個氨基酸組成肽組成肽有有27種異構(gòu)體種異構(gòu)體 （六肽）（六肽）6個氨基酸個氨基酸組成肽組成肽有有720種異構(gòu)體種異構(gòu)體谷氨酰半胱氨酰甘氨酸（簡稱：谷谷氨酰半胱氨酰甘氨酸（簡稱：谷半胱半胱甘或甘或GIu-Cys-GIy）含有游離含有游離H2N-一端叫一端叫N端端寫在左邊；寫在左邊；含有游離含有游離-C

16、OOH一端叫一端叫C端端 寫在右邊。寫在右邊。谷氨酸谷氨酸半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸甘氨酸OOH2NCHCNHCHCNHCH2 COOHCH2CH2COOHCH2SH二、多肽結(jié)構(gòu)的測定二、多肽結(jié)構(gòu)的測定測定多肽分子中氨基酸順序的一般步驟：測定多肽分子中氨基酸順序的一般步驟：徹底水解成徹底水解成-氨基酸。氨基酸。測定各種氨基酸在多肽組成中的相對數(shù)目。測定各種氨基酸在多肽組成中的相對數(shù)目。測定測定C-端、端、N-端是什么氨基酸。端是什么氨基酸。測定氨基酸的排列順序。測定氨基酸的排列順序。153 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 一、蛋白質(zhì)的分類一、蛋白質(zhì)的分類二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)

17、構(gòu)三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)（高級結(jié)構(gòu)）統(tǒng)稱空間結(jié)構(gòu)（高級結(jié)構(gòu)）統(tǒng)稱空間結(jié)構(gòu)（初級結(jié)構(gòu)）（初級結(jié)構(gòu)）1. 1. 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子鏈中各種氨基酸結(jié)合的順序。是指蛋白質(zhì)分子鏈中各種氨基酸結(jié)合的順序。胰核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)2. 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)中有蛋白質(zhì)中有兩種類型的兩種類型的二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)-螺旋型螺旋型 -折疊型折疊型由肽鏈之間的由肽鏈之間的氫鍵所造成）氫鍵所造成）由兩條肽鏈或一條由兩條肽鏈或一條肽鏈內(nèi)兩段肽鏈之肽鏈內(nèi)兩段肽鏈之間形成氫鍵）間形成氫鍵）H-NC=O H-NC=O氫鍵氫鍵二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu) 是

18、由于肽鍵之間的氫鍵造成。在一個肽鍵的是由于肽鍵之間的氫鍵造成。在一個肽鍵的C=O與與 另一個肽鍵的另一個肽鍵的-NH2之間存在氫鍵。之間存在氫鍵。中心洞太小(11.1nm),溶劑分子無法進(jìn)入。螺旋線間隔約0.54nm。 每圈有3.6個氨基酸單位。-折疊型反平行N端C端3. 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)維持三級結(jié)構(gòu)的力來自氨基酸側(cè)鏈之間的相互作用。維持三級結(jié)構(gòu)的力來自氨基酸側(cè)鏈之間的相互作用。主要包括主要包括二硫鍵二硫鍵氫鍵氫鍵正負(fù)離子間的靜電引力（離子鍵）正負(fù)離子間的靜電引力（離子鍵）疏水基團(tuán)間的親和力（疏水鍵）疏水基團(tuán)間的親和力（疏水鍵）三級結(jié)構(gòu)：三級結(jié)構(gòu)：實(shí)際上蛋白質(zhì)分子很少以簡單的實(shí)

19、際上蛋白質(zhì)分子很少以簡單的-螺旋或螺旋或 -折疊折疊 型型結(jié)構(gòu)存在，而是在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)結(jié)構(gòu)存在，而是在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn) 一步卷曲折疊，構(gòu)成具一步卷曲折疊，構(gòu)成具有特定構(gòu)象的緊湊結(jié)構(gòu)有特定構(gòu)象的緊湊結(jié)構(gòu)。 肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)4. 蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)其中每條肽鏈稱為一個其中每條肽鏈稱為一個亞基亞基。維護(hù)四級結(jié)構(gòu)的主要是維護(hù)四級結(jié)構(gòu)的主要是靜電引力靜電引力。蛋白質(zhì)分子中由多條肽鏈（三級結(jié)構(gòu)）聚合而形蛋白質(zhì)分子中由多條肽鏈（三級結(jié)構(gòu)）聚合而形成特定構(gòu)象的分子叫做蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。成特定構(gòu)象的分子叫做蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu) 1、2 、 1 、 2分別代表血紅蛋白四條肽鏈 a

20、.鹽鍵（離子鍵鹽鍵（離子鍵 ） b.氫鍵氫鍵 c.疏水相互作用力疏水相互作用力 d.范德華力范德華力 e.二硫鍵二硫鍵 f. 酯鍵酯鍵維系蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)：維系蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)：肽鍵、二硫鍵肽鍵、二硫鍵維系蛋白質(zhì)分子的二級結(jié)構(gòu)：維系蛋白質(zhì)分子的二級結(jié)構(gòu)：氫鍵氫鍵維系蛋白質(zhì)分子的三級結(jié)構(gòu)：維系蛋白質(zhì)分子的三級結(jié)構(gòu)：疏水相互作用力、氫鍵、范德華力、鹽鍵疏水相互作用力、氫鍵、范德華力、鹽鍵維系蛋白質(zhì)分子的四級結(jié)構(gòu)：維系蛋白質(zhì)分子的四級結(jié)構(gòu)：范德華力、鹽鍵范德華力、鹽鍵 1. 兩性與等電點(diǎn)兩性與等電點(diǎn) 蛋白質(zhì)和氨基酸一樣，也是兩性物質(zhì)（在肽鏈中有蛋白質(zhì)和氨基酸一樣，也是兩性物質(zhì)（在肽鏈中有C-

21、端的端的COOH；N-端的端的NH2）有它們的等電點(diǎn)。有它們的等電點(diǎn)。 不同蛋白質(zhì)，其等電點(diǎn)不相同。在等電點(diǎn)時，蛋白質(zhì)的溶不同蛋白質(zhì)，其等電點(diǎn)不相同。在等電點(diǎn)時，蛋白質(zhì)的溶解度最小，因此可以通過調(diào)節(jié)溶液的解度最小，因此可以通過調(diào)節(jié)溶液的pH值，使蛋白質(zhì)從溶液值，使蛋白質(zhì)從溶液中析出，達(dá)到分離或提純的目的。中析出，達(dá)到分離或提純的目的。陽離子陽離子NH3+P COOH陰離子陰離子PCOO-NH2PNH2COOH兩性離子兩性離子NH3+P COO-等電點(diǎn)等電點(diǎn)OH-OH-H+H+三、蛋白質(zhì)的理化特性三、蛋白質(zhì)的理化特性2. 蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì) 由于蛋白質(zhì)的分子量很大，在水中能夠形成膠體溶液