有機(jī)化學(xué)氨基酸多肽蛋白質(zhì)和核酸第三學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1有機(jī)化學(xué)氨基酸多肽蛋白質(zhì)和核酸有機(jī)化學(xué)氨基酸多肽蛋白質(zhì)和核酸(h sun)第三第三第一頁，共68頁。蛋白質(zhì)存在于所有的生物細(xì)胞中，是構(gòu)成(guchng)生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，它參與了幾乎所有的生命活動(dòng)過程。第1頁/共68頁第二頁，共68頁。18.118.1氨基酸氨基酸18.1.118.1.1氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類與命名氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類與命名 按氨基與羧基的相對(duì)按氨基與羧基的相對(duì)(xingdu)(xingdu)位置：位置：氨氨基酸、基酸、氨基酸、氨基酸、氨基酸等。氨基酸等。 按烴基結(jié)構(gòu)：鏈狀氨基酸、芳香氨基酸、雜環(huán)按烴基結(jié)構(gòu)：鏈狀氨基酸、芳香氨基酸、

2、雜環(huán)氨基酸等。氨基酸等。RCHNH2COOH氨基酸CHOOCNH2HR第2頁/共68頁第三頁，共68頁。CHOOCNH2HRNHCH2CH2CH2CCOOHHCOHCCH2OHOHH用酸或酶使蛋白質(zhì)水解得到的氨基酸，除甘氨酸外都是旋光性的，并且都屬于(shy)L-型，它們與L-甘油醛之間的系為：20種氨基酸其名稱(mngchng)和縮寫見P458表18.1 L-氨基酸 L-脯氨酸 L-甘油醛第3頁/共68頁第四頁，共68頁。根據(jù)分子中所含氨基和羧基的數(shù)目分為中性氨基酸、堿性氨基酸和酸性氨基酸。中性氨基酸：分子中氨基和羧基的數(shù)目相等。 但氨基的堿性和羧基的酸性不是完全相當(dāng)?shù)?，所以它們并不是真正?/p>

3、性的物質(zhì)，只能說它們近乎中性。堿性氨基酸：分子中氨基的數(shù)目多于羧基時(shí)呈現(xiàn)堿性。 酸性氨基酸：氨基的數(shù)目少于羧基時(shí)呈現(xiàn)酸性。第4頁/共68頁第五頁，共68頁。氨基酸密碼(m m)GGlycineGly甘氨酸PProlinePro脯氨酸AAlanineAla丙氨酸VValineVal纈氨酸LLeucineLeu亮氨酸IIsoleucineIle異亮氨酸MMethionineMet蛋氨酸CCysteineCys半胱氨酸FPhenylalaninePhe苯丙氨酸YTyrosineTyr酪氨酸WTryptophanTrp色氨酸HHistidineHis組氨酸KLysineLys賴氨酸RArginineA

4、rg精氨酸QGlutamineGln谷氨酰胺NAsparagineAsn天冬酰胺EGlutamic AcidGlu谷氨酸DAspartic AcidAsp天冬氨酸SSerineSer絲氨酸TThreonineThr蘇氨酸第5頁/共68頁第六頁，共68頁。幾種重要幾種重要(zhngyo)(zhngyo)的不常見氨的不常見氨基酸基酸在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為(chn(chn wi) wi)不常見蛋白質(zhì)氨基酸。不常見蛋白質(zhì)氨基酸。這些氨基酸都是由相應(yīng)的基本氨基酸衍生而來的。這些氨基酸都是由相應(yīng)的基本氨基酸衍生而來的。其中重要的有其

5、中重要的有4-4-羥基脯氨酸、羥基脯氨酸、5-5-羥基賴氨酸、羥基賴氨酸、N-N-甲基賴氨酸、和甲基賴氨酸、和3,5-3,5-二碘酪氨酸等。這些不常見蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)如下。二碘酪氨酸等。這些不常見蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)如下。NHHOCOOH4-羥基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHOHNH25-羥基賴氨酸NH2CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH6-N-甲基賴氨酸HOIICH2CHCOOHNH23,5-二碘酪氨酸 第6頁/共68頁第七頁，共68頁。18.1.2 -氨基酸的物理性質(zhì)(wl xngzh)見P459-460甘氨酸：NH2CH2COOH,無手性，其它(qt)19種天然

6、氨基酸都有手性，且大多是L型。HCOOHHOCH3HCOOHH2NCH3 L-乳酸 L-丙氨酸 第7頁/共68頁第八頁，共68頁。18.1.3 -氨基酸的酸堿性氨基酸的酸堿性氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以游離的羧基或氨基形式存在，而是離解成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質(zhì)子化氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以游離的羧基或氨基形式存在，而是離解成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質(zhì)子化(-NH3+)(-NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)(zhungti)(-COO-)(zhungti)(-COO-)存在。存在。在不同的在不同的pHpH條件下，兩性離子的狀態(tài)

7、條件下，兩性離子的狀態(tài)(zhungti)(zhungti)也隨之發(fā)生變化。也隨之發(fā)生變化。PH 1 7 10凈電荷(dinh) +1 0 -1 正離子 兩性離子 負(fù)離子 等電點(diǎn)PICOO-CHH3N+-pK1+H+H+COOHCHH3N+H+H+pK2-COO-HH NRCOO-H3+R-pK1+H+H+COOHHH3N+RH+H+pK2-COO-CHH2N第8頁/共68頁第九頁，共68頁。氨基酸的等電點(diǎn)氨基酸的等電點(diǎn) 當(dāng)溶液濃度為某一pH值時(shí)，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-數(shù)目正好相等(xingdng)，凈電荷為0。這一pH值即為氨基酸的等電點(diǎn)，簡(jiǎn)稱pI。在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸既不向正

8、極也不向負(fù)極移動(dòng)，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。 側(cè)鏈不含離解基團(tuán)的中性氨基酸，其等電點(diǎn)是它的pK1和pK2的算術(shù)平均值：pI = (pK1 + pK2 )/2 同樣，對(duì)于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK值的算術(shù)平均值。 酸性氨基酸：pI= (pK1 + pKR-COO- )/2 鹼性氨基酸：pI= (pK2 + pKR-NH2 )/2 第9頁/共68頁第十頁，共68頁。第10頁/共68頁第十一頁，共68頁。第11頁/共68頁第十二頁，共68頁。見見P461-462圖圖18.1和表和表18.2第12頁/共68頁第十三頁，共68頁。18.1.4 -氨基酸的反應(yīng)氨基酸的反

9、應(yīng)(fnyng)18.1.4.1 酯化H5C6H2CCHN+COO-HHH+CH3OH+HClH5C6H2CCHN+COO-HHHCH3Cl18.1.4.2 ?；疌H2OCOCl+ H2N CHRCOOH CH2OCONHCHCOOHR芐氧甲酰氯第13頁/共68頁第十四頁，共68頁。18.1.4.3 氧化(ynghu)脫氨(與茚三酮反應(yīng))除脯氨酸外的氨基酸，都能與茚三酮的堿性溶液作用，生成(shn chn)藍(lán)色或者紫紅色物質(zhì)。是鑒定氨基酸的靈敏方法。OOOH2OOOOHOH茚三酮水合茚三酮第14頁/共68頁第十五頁，共68頁。CCCOOOHOH2+CHCOOHNH2RCCHCHOCCCOONO

10、H+RCHO+CO+3H2O紫色第15頁/共68頁第十六頁，共68頁。18.1.5 -氨基酸的合成氨基酸的合成(hchng)18.1.5.1 -鹵代酸的氨化CH3CHBrCOOH+2NH3H2OCH3CHN+COO-HHH+NH4+Br-25NKOOBrCHRCOORNCHRCOOROOH2ONH2CHRCOOHGabriel合成(hchng)法第16頁/共68頁第十七頁，共68頁。18.1.5.2 N-取代取代(qdi)氨基丙二酸酯的烴氨基丙二酸酯的烴化化乙酰氨基(nj)丙二酸酯異亮氨酸CH2(CO2C2H5)2HNO2O=N-CH(CO2C2H5)2HON=C(CO2C2H5)2Ac2O,

11、H2/PtCH3CONHCH(CO2C2H5)2CH3CONHCH(CO2C2H5)2(1)NaOC2H5,(CH3)2CHCH2Br(2)H3O+(CH3)2CHCH2CHCOO-+NH3第17頁/共68頁第十八頁，共68頁。18.1.5.3 斯特雷克爾斯特雷克爾(strecker)合成合成(hchng)C6H5CH2CHONH3,HCNCH2CH CNNH2H5C6(1)NaOH,H2O(2)H+3OCH2CH COO-N+H5C6HHH第18頁/共68頁第十九頁，共68頁。18.1.6 -氨基酸的拆開氨基酸的拆開(chi ki)18.1.6.1 結(jié)晶法DL-丙氨酸 N-苯甲?；?DL-丙

12、氨酸N-苯甲?；?L-丙氨酸 的馬錢子堿鹽晶體(jngt)N-苯甲?；?L-丙氨酸 L-丙氨酸 馬錢子堿H+3O(2)H+3O(1)OH-,H2OL-丙氨酸第19頁/共68頁第二十頁，共68頁。18.1.6.2 酶化見P46518.1.7 -氨基酸的用途氨基酸的用途(yngt)和工業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)生產(chǎn)見P465第20頁/共68頁第二十一頁，共68頁。18.2 多肽多肽(du ti)18.2.1 肽的結(jié)構(gòu)肽的結(jié)構(gòu)(jigu)和和性質(zhì)性質(zhì)一個(gè)氨基酸的氨基與另一個(gè)氨基酸的羧基之間失水形成的酰胺鍵稱為一個(gè)氨基酸的氨基與另一個(gè)氨基酸的羧基之間失水形成的酰胺鍵稱為肽鍵肽鍵，所形成的化合物稱為，所形成的化合物稱

13、為肽肽。第21頁/共68頁第二十二頁，共68頁。l由兩個(gè)由兩個(gè)(lin(lin )氨基酸組成的肽稱為二肽，由多個(gè)氨基酸組成的肽則稱為多肽。組成多肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基。氨基酸組成的肽稱為二肽，由多個(gè)氨基酸組成的肽則稱為多肽。組成多肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基。CCNCCNCCNCCNCCH2CHCH2CH2CH2COO-OHCO2HCH2CONH2OHCH3H3N+OOOOHHHHHHHHHSerValTyrAspGlnCH3N-端C-端肽鍵第22頁/共68頁第二十三頁，共68頁。在多肽鏈中，氨基(nj)酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基(nj)酸順序通常在多肽鏈的一端含有一個(gè)

14、游離的-氨基(nj)，稱為氨基(nj)端或N-端；在另一端含有一個(gè)游離的-羧基，稱為羧基端或C-端。氨基(nj)酸的順序是從N-端的氨基(nj)酸殘基開始，以C-端氨基(nj)酸殘基為終點(diǎn)的排列順序。如上述五肽可表示為： Ser-Val-Tyr-Asp-Gln第23頁/共68頁第二十四頁，共68頁。18.2.2 多肽和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)多肽和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)(jigu)測(cè)測(cè)定定蛋白質(zhì)氨基酸順序的測(cè)定蛋白質(zhì)氨基酸順序的測(cè)定(cdng)(cdng)是蛋是蛋白質(zhì)化學(xué)研究的基礎(chǔ)。自從白質(zhì)化學(xué)研究的基礎(chǔ)。自從19531953年年F.SangerF.Sanger測(cè)定測(cè)定(cdng)(cdng)了胰島素的一級(jí)了胰島素

15、的一級(jí)結(jié)構(gòu)以來，現(xiàn)在已經(jīng)有上千種不同蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)以來，現(xiàn)在已經(jīng)有上千種不同蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)被測(cè)定的一級(jí)結(jié)構(gòu)被測(cè)定(cdng)(cdng)。 蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)的測(cè)的測(cè)定定第24頁/共68頁第二十五頁，共68頁。測(cè)定測(cè)定(cdng)(cdng)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)的要求的要求1 1，樣品，樣品(yngpn)(yngpn)必需純（必需純（97%97%以以上）；上）；2 2，知道蛋白質(zhì)的分子量；，知道蛋白質(zhì)的分子量；3 3，知道蛋白質(zhì)由幾個(gè)亞基組成；，知道蛋白質(zhì)由幾個(gè)亞基組成；4 4，測(cè)定蛋白質(zhì)的氨基酸組成；并根據(jù)，測(cè)定蛋白質(zhì)的氨基酸組成；并根據(jù)分子量計(jì)算

16、每種氨基酸的個(gè)數(shù)。分子量計(jì)算每種氨基酸的個(gè)數(shù)。5 5，測(cè)定水解液中的氨量，計(jì)算酰胺的，測(cè)定水解液中的氨量，計(jì)算酰胺的含量。含量。第25頁/共68頁第二十六頁，共68頁。18.2.2.1 氨基酸分析(fnx)測(cè)定測(cè)定(cdng)(cdng)步步驟驟(1)，多肽鏈的拆分。由多條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)分子，必須(bx)先進(jìn)行拆分。第26頁/共68頁第二十七頁，共68頁。(2)，測(cè)定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目。通過測(cè)定末端(m dun)氨基酸殘基的摩爾數(shù)與蛋白質(zhì)分子量之間的關(guān)系，即可確定多肽鏈的數(shù)目。第27頁/共68頁第二十八頁，共68頁。(3)，二硫鍵的斷裂幾條多肽鏈通過二硫鍵交聯(lián)在一起?？稍诳捎?mol

17、/L尿素或6mol/L鹽酸胍存在下，用過量的-巰基乙醇處理，使二硫鍵還原為巰基，然后(rnhu)用烷基化試劑保護(hù)生成的巰基，以防止它重新被氧化。反應(yīng)式見P468第28頁/共68頁第二十九頁，共68頁。18.2.2.2 N-端氨基酸的測(cè)定端氨基酸的測(cè)定(cdng)Sanger法。2,4-二硝基氟苯在堿性條件下，能夠(nnggu)與肽鏈N-端的游離氨基作用，生成二硝基苯衍生物（DNP）。在酸性條件下水解，得到黃色DNP-氨基酸。該產(chǎn)物能夠(nnggu)用乙醚抽提分離。不同的DNP-氨基酸可以用色譜法進(jìn)行鑒定。第29頁/共68頁第三十頁，共68頁。在堿性條件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以與在堿

18、性條件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以與N-N-端氨基酸的游離端氨基酸的游離(yul)(yul)氨基作用，得到丹磺酰氨基作用，得到丹磺酰- -氨基酸。氨基酸。此法的優(yōu)點(diǎn)是丹磺酰此法的優(yōu)點(diǎn)是丹磺酰- -氨基酸有很強(qiáng)的熒光性質(zhì)，檢測(cè)靈敏度可以達(dá)到氨基酸有很強(qiáng)的熒光性質(zhì)，檢測(cè)靈敏度可以達(dá)到1 110-9mol10-9mol。第30頁/共68頁第三十一頁，共68頁。18.2.2.3 Edman 降解(jin ji)Edman Edman （苯異硫氰酸酯法）氨基酸順序分析法實(shí)際上也是一種（苯異硫氰酸酯法）氨基酸順序分析法實(shí)際上也是一種N-N-端分析法。此法的特點(diǎn)端分析法。此法的特點(diǎn)(tdin)(td

19、in)是能夠不斷重復(fù)循環(huán)，將肽鏈?zhǔn)悄軌虿粩嘀貜?fù)循環(huán)，將肽鏈N-N-端氨基酸殘基逐一進(jìn)行標(biāo)記和解離。端氨基酸殘基逐一進(jìn)行標(biāo)記和解離。NCSNHCHCOR2NCHCOR1HHNHS:CCHCOR1HNNHCHCOR2SNHCNHOCR1CHNH2CHCOR2NCOC HNHSCR1第31頁/共68頁第三十二頁，共68頁。18.2.2.4 C-端氨基酸的測(cè)定端氨基酸的測(cè)定(cdng)羧肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的羧肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的C-C-端逐個(gè)的水解。根據(jù)端逐個(gè)的水解。根據(jù)(gnj)(gnj)不同的反應(yīng)不同的反應(yīng)時(shí)間測(cè)出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數(shù)時(shí)間測(cè)出酶水解所釋放出

20、的氨基酸種類和數(shù)量，從而知道蛋白質(zhì)的量，從而知道蛋白質(zhì)的C-C-末端殘基順序。末端殘基順序。目前常用的羧肽酶有四種：目前常用的羧肽酶有四種：A,B,CA,B,C和和Y Y；A A和和B B來自胰臟；來自胰臟；C C來自柑桔葉；來自柑桔葉；Y Y來自面包酵母。來自面包酵母。羧肽酶羧肽酶A A能水解除能水解除Pro,ArgPro,Arg和和LysLys以外的所有以外的所有C-C-末端氨基酸殘基；末端氨基酸殘基；B B只能水解只能水解ArgArg和和LysLys為為C-C-末端殘基的肽鍵。末端殘基的肽鍵。第32頁/共68頁第三十三頁，共68頁。0.1mol.L-1HCl+H3N+HNCHCH2CH2

21、OO+BrCNCO2-+CH3SCNH3N+CH2CH2SCH3H3N+ 多肽1 NHCHCO=NH-多肽2-CO2- 多肽1 多肽2 18.2.2.5 多肽多肽(du ti)的選擇水解的選擇水解Sanger及其他工作者花了約10年時(shí)間(shjin)于己于1953年首先測(cè)定出牛胰島素的氨基酸順序,并且于1958年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng).第33頁/共68頁第三十四頁，共68頁。18.2.3 多肽多肽(du ti)和蛋白和蛋白質(zhì)的合成質(zhì)的合成天冬氨酸 + 苯丙氨酸 天冬-天冬 +苯丙-苯丙 + 天冬-苯丙 +苯丙-天冬-H2O所以要進(jìn)行(jnxng)保護(hù)某官能團(tuán).18.2.3.1 氨基(nj)的保護(hù)H5

22、C6CH2O COCl+CHCH2C6H5COOHN+HHH(1)NaOH,H2O(2)H3+OH5C6CH2O CONHCHCH2C6H5COOHN-芐氧羰基氨基酸第34頁/共68頁第三十五頁，共68頁。H5C6CH2O CONHCHCH2C6H5CH2CO2C2H5H2,PdC6H5CH3+CO2NH2CHCH2C6H5CH2CO2C2H5第35頁/共68頁第三十六頁，共68頁。18.2.3.2 羧基(su j)的保護(hù)羧基的保護(hù)(boh)方法是轉(zhuǎn)變?yōu)轷?18.2.3.3 肽鍵(ti jin)的生成RCOOH+RNH2+NCNCHCl3R C NHOR+NH CNHON,N,-二環(huán)己基碳二亞

23、胺(DCCI或DCC)CHCH2C6H5CONHZNH CH2COO CH2C6H5H2,PdCHCH2C6H5CON+NH CH2COO-HHH+C6H5CH3+CO2第36頁/共68頁第三十七頁，共68頁。NH CHCH2C6H5COOHZ+NH2CH2COOEtDCCI,CHCl3NH CH2COOEtNHCHCH2C6H5CZO1965年我國(guó)化學(xué)家首先合成了具有(jyu)生理活性的結(jié)晶牛胰島素.1971年又完成了豬胰島素晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定,牛胰島素和豬胰島素都是51肽.第37頁/共68頁第三十八頁，共68頁。18.2.3.4 多肽(du ti)的固相合成見P474-4751984年年Mer

24、rifield獲得獲得(hud)諾貝諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)爾化學(xué)獎(jiǎng)第38頁/共68頁第三十九頁，共68頁。18.2.4 多肽多肽(du ti)和蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)蛋白質(zhì)的二級(jí)(Secondary)(Secondary)結(jié)結(jié)構(gòu)是指肽鏈的主鏈在空間的構(gòu)是指肽鏈的主鏈在空間的排列排列, ,或規(guī)則的幾何或規(guī)則的幾何(j (j h)h)走向、旋轉(zhuǎn)及折疊。它走向、旋轉(zhuǎn)及折疊。它只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵。內(nèi)或鏈間形成的氫鍵。主要有主要有- -螺旋、螺旋、- -折疊、折疊、- -轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)角。第39頁/共68頁第四十頁，共68頁。（1 1）- -螺旋螺

25、旋(luxun)(luxun) -helix-helix在在- -螺旋中肽平面的鍵長(zhǎng)和鍵角一定；螺旋中肽平面的鍵長(zhǎng)和鍵角一定；肽鍵的原子排列肽鍵的原子排列(pili)(pili)呈反式構(gòu)型呈反式構(gòu)型；相鄰的肽平面構(gòu)成兩面角；相鄰的肽平面構(gòu)成兩面角；第40頁/共68頁第四十一頁，共68頁。多肽鏈中的各個(gè)肽平面圍多肽鏈中的各個(gè)肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上升的距離即螺距為升的距離即螺距為0.54nm,0.54nm,含含20.620.6個(gè)氨基酸殘基；兩個(gè)氨基酸殘基；兩個(gè)氨基酸之間的距離為個(gè)氨基酸之間的距離為0.15nm;0.15nm;

26、肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取向取向(q xin(q xin) )幾乎與幾乎與軸平行，第一個(gè)氨基酸殘軸平行，第一個(gè)氨基酸殘基的酰胺基團(tuán)的基的酰胺基團(tuán)的-CO-CO基與第基與第四個(gè)氨基酸殘基酰胺基團(tuán)四個(gè)氨基酸殘基酰胺基團(tuán)的的-NH-NH基形成氫鍵?；纬蓺滏I。蛋白質(zhì)分子為右手蛋白質(zhì)分子為右手- -螺旋螺旋。（1 1）- -螺旋螺旋(luxun)(luxun)第41頁/共68頁第四十二頁，共68頁。 - -螺旋螺旋(luxun)(luxun)第42頁/共68頁第四十三頁，共68頁。（2 2）- -折折疊疊(zhdi)(zhdi) - -折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈平折疊是由

27、兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列，通過鏈間的氫鍵交聯(lián)而形成的。肽鏈行排列，通過鏈間的氫鍵交聯(lián)而形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒樁折疊構(gòu)象的主鏈呈鋸齒樁折疊構(gòu)象在在 - -折疊中，折疊中， - -碳原子總是碳原子總是(zn(zn sh) sh)處處于折疊的角上，氨基酸的于折疊的角上，氨基酸的R R基團(tuán)處于折疊的棱基團(tuán)處于折疊的棱角上并與棱角垂直，兩個(gè)氨基酸之間的軸心距角上并與棱角垂直，兩個(gè)氨基酸之間的軸心距為為0.35nm0.35nm； 第43頁/共68頁第四十四頁，共68頁。 - -折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的；也折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的；也可以在同一肽鏈的不同部分之間

28、形成。幾乎所有肽鍵可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。幾乎所有肽鍵都參與鏈內(nèi)氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長(zhǎng)軸接近都參與鏈內(nèi)氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長(zhǎng)軸接近(jijn)(jijn)垂直。垂直。 - -折疊有兩種類型。一種為平行式，即所有肽鏈的折疊有兩種類型。一種為平行式，即所有肽鏈的N-N-端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰兩條肽鏈端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。的方向相反。（2 2）- -折疊折疊(zhdi)(zhdi)第44頁/共68頁第四十五頁，共68頁。（3 3）- -轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角角(zhunjio)(zhunjio) -turn-turn在在- -轉(zhuǎn)角部分轉(zhuǎn)角部分(b (

29、b fen)fen)，由四個(gè)氨基酸殘，由四個(gè)氨基酸殘基組成基組成; ;彎曲處的第一個(gè)氨基酸彎曲處的第一個(gè)氨基酸殘基的殘基的 -C=O -C=O 和第四個(gè)和第四個(gè)殘基的殘基的 N-H N-H 之間形成之間形成氫鍵，形成一個(gè)不很穩(wěn)氫鍵，形成一個(gè)不很穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)主要存在于球這類結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子中。狀蛋白分子中。第45頁/共68頁第四十六頁，共68頁。18.2.518.2.5多肽多肽(du ti)(du ti)和蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)(Tertiary Structure)(Tertiary Structure)是指在二級(jí)

30、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，肽鏈的不同區(qū)段是指在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，肽鏈的不同區(qū)段的側(cè)鏈基團(tuán)相互作用在空間進(jìn)一步盤繞、的側(cè)鏈基團(tuán)相互作用在空間進(jìn)一步盤繞、折疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的特折疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的特征三維結(jié)構(gòu)。征三維結(jié)構(gòu)。維系這種特定結(jié)構(gòu)的力主要有氫鍵、疏水維系這種特定結(jié)構(gòu)的力主要有氫鍵、疏水鍵、離子鍵和范德華力等。尤其鍵、離子鍵和范德華力等。尤其(yuq)(yuq)是疏水鍵，在蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)是疏水鍵，在蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)中起著重要作用。中起著重要作用。第46頁/共68頁第四十七頁，共68頁。第47頁/共68頁第四十八頁，共68頁。18.2.6 18.2.6 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)

31、構(gòu)(jigu)(jigu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)(Quaternary Structure)是指由是指由多條各自具有一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu)的肽鏈通過非共多條各自具有一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu)的肽鏈通過非共價(jià)鍵連接起來的結(jié)構(gòu)形式；各個(gè)亞基在這些蛋白價(jià)鍵連接起來的結(jié)構(gòu)形式；各個(gè)亞基在這些蛋白質(zhì)中的空間排列方式質(zhì)中的空間排列方式(fngsh)及亞基之間的相互及亞基之間的相互作用關(guān)系。作用關(guān)系。這種蛋白質(zhì)分子中，最小的單位通常稱為亞基或這種蛋白質(zhì)分子中，最小的單位通常稱為亞基或亞單位亞單位Subunit，它一般由一條肽鏈構(gòu)成，無生理，它一般由一條肽鏈構(gòu)成，無生理活性；活性；維持亞基之間的作用力主要是疏水力。

32、維持亞基之間的作用力主要是疏水力。由多個(gè)亞基聚集而成的蛋白質(zhì)常常稱為寡聚蛋白由多個(gè)亞基聚集而成的蛋白質(zhì)常常稱為寡聚蛋白；第48頁/共68頁第四十九頁，共68頁。四級(jí)四級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(ji(jigugu) )的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(ji(jigugu) )模模型型第49頁/共68頁第五十頁，共68頁。兩個(gè)兩個(gè)(li(lin n )亞基的亞基的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第50頁/共68頁第五十一頁，共68頁。18.2.7 蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)的性質(zhì)(xngzh)蛋白質(zhì)與多肽一樣，能夠發(fā)生兩性離解，也蛋白質(zhì)與多肽一樣，能夠發(fā)生兩性離解，也有等電點(diǎn)。在等電點(diǎn)時(shí)有等電點(diǎn)。在等電點(diǎn)時(shí)(Isoelectric point (Isoelect

33、ric point pI)pI)，蛋白質(zhì)的溶解度最小，在電場(chǎng)中不移動(dòng)，蛋白質(zhì)的溶解度最小，在電場(chǎng)中不移動(dòng)。在不同的在不同的pHpH環(huán)境下，蛋白質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)不同環(huán)境下，蛋白質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)不同。在等電點(diǎn)偏酸性溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶負(fù)。在等電點(diǎn)偏酸性溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶負(fù)正荷，在電場(chǎng)中向負(fù)極移動(dòng)；在等電點(diǎn)偏堿正荷，在電場(chǎng)中向負(fù)極移動(dòng)；在等電點(diǎn)偏堿性溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶負(fù)電荷，在電場(chǎng)中性溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶負(fù)電荷，在電場(chǎng)中向正極向正極(zhngj)(zhngj)移動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為蛋白移動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)電泳質(zhì)電泳(Electrophoresis)(Electrophoresis)。第51頁/共68頁第

34、五十二頁，共68頁。電泳電泳(din y(din yn n) )蛋白質(zhì)在蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)等電點(diǎn)pHpH條件下，條件下，不發(fā)生電不發(fā)生電泳現(xiàn)象。泳現(xiàn)象。利用蛋白利用蛋白質(zhì)的電泳質(zhì)的電泳現(xiàn)象，可現(xiàn)象，可以將蛋白以將蛋白質(zhì)進(jìn)行質(zhì)進(jìn)行(jnxn(jnxng)g)分離純分離純化?；?。第52頁/共68頁第五十三頁，共68頁。由于蛋白質(zhì)的分子量很大，它在水中能夠形由于蛋白質(zhì)的分子量很大，它在水中能夠形成膠體溶液。蛋白質(zhì)溶液具有膠體溶液的典成膠體溶液。蛋白質(zhì)溶液具有膠體溶液的典型性質(zhì)型性質(zhì)(xngzh)(xngzh)，如丁達(dá)爾現(xiàn)象、布郎運(yùn)，如丁達(dá)爾現(xiàn)象、布郎運(yùn)動(dòng)等。動(dòng)等。由于膠體溶液中的蛋白質(zhì)不能通過半透膜，由

35、于膠體溶液中的蛋白質(zhì)不能通過半透膜，因此可以應(yīng)用透析法將非蛋白的小分子雜質(zhì)因此可以應(yīng)用透析法將非蛋白的小分子雜質(zhì)除去。除去。第53頁/共68頁第五十四頁，共68頁。蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性與它的分子量大小蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性與它的分子量大小、所帶的電荷和水化作用有關(guān)。、所帶的電荷和水化作用有關(guān)。改變?nèi)芤旱臈l件改變?nèi)芤旱臈l件(tiojin)(tiojin)，將影響蛋白，將影響蛋白質(zhì)的溶解性質(zhì)質(zhì)的溶解性質(zhì)在適當(dāng)?shù)臈l件在適當(dāng)?shù)臈l件(tiojin)(tiojin)下，蛋白質(zhì)能夠下，蛋白質(zhì)能夠從溶液中沉淀出來。從溶液中沉淀出來。第54頁/共68頁第五十五頁，共68頁。在溫和條件下，通過改變?nèi)芤旱脑跍睾蜅l

36、件下，通過改變?nèi)芤旱膒HpH或電或電荷狀況，使蛋白質(zhì)從膠體溶液中沉淀荷狀況，使蛋白質(zhì)從膠體溶液中沉淀(chndin)(chndin)分離。分離。在沉淀在沉淀(chndin)(chndin)過程中，結(jié)構(gòu)和性過程中，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都沒有發(fā)生變化，在適當(dāng)?shù)臈l件下，質(zhì)都沒有發(fā)生變化，在適當(dāng)?shù)臈l件下，可以重新溶解形成溶液，所以這種沉淀可以重新溶解形成溶液，所以這種沉淀(chndin)(chndin)又稱為非變性沉淀又稱為非變性沉淀(chndin)(chndin)?？赡娉恋砜赡娉恋?chndin)(chndin)是分離和純化蛋是分離和純化蛋白質(zhì)的基本方法，如等電點(diǎn)沉淀白質(zhì)的基本方法，如等電點(diǎn)沉淀(chndin

37、)(chndin)法、鹽析法和有機(jī)溶劑沉法、鹽析法和有機(jī)溶劑沉淀淀(chndin)(chndin)法等。法等。第55頁/共68頁第五十六頁，共68頁。在強(qiáng)烈沉淀?xiàng)l件在強(qiáng)烈沉淀?xiàng)l件(tiojin)(tiojin)下，不僅破下，不僅破壞了蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性，而且也破壞了蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性，而且也破壞了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，產(chǎn)生的蛋白質(zhì)壞了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，產(chǎn)生的蛋白質(zhì)沉淀不可能再重新溶解于水。沉淀不可能再重新溶解于水。由于沉淀過程發(fā)生了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)由于沉淀過程發(fā)生了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化，所以又稱為變性沉淀。的變化，所以又稱為變性沉淀。如加熱沉淀、強(qiáng)酸堿沉淀、重金屬鹽沉淀如加熱沉淀

38、、強(qiáng)酸堿沉淀、重金屬鹽沉淀和生物堿沉淀等都屬于不可逆沉淀。和生物堿沉淀等都屬于不可逆沉淀。第56頁/共68頁第五十七頁，共68頁。蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性(binxng)(binxng)變性蛋白質(zhì)通常都是固體狀態(tài)物質(zhì)，不溶于變性蛋白質(zhì)通常都是固體狀態(tài)物質(zhì)，不溶于水和其它溶劑，也不可能恢復(fù)原有蛋白質(zhì)所水和其它溶劑，也不可能恢復(fù)原有蛋白質(zhì)所具有的性質(zhì)。所以，蛋白質(zhì)的變性通常都伴具有的性質(zhì)。所以，蛋白質(zhì)的變性通常都伴隨著不可逆沉淀。引起變性的主要因素是熱隨著不可逆沉淀。引起變性的主要因素是熱、紫外光、激烈、紫外光、激烈(jli)(jli)的攪拌以及強(qiáng)酸和的攪拌以及強(qiáng)酸和強(qiáng)堿等。強(qiáng)堿等。第57頁/共6

39、8頁第五十八頁，共68頁。蛋白質(zhì)的性質(zhì)與它們的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。某些蛋白質(zhì)的性質(zhì)與它們的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。某些物理或化學(xué)因素，能夠破壞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀物理或化學(xué)因素，能夠破壞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)態(tài)(zhungti)(zhungti)，引起蛋白質(zhì)理化性質(zhì)改變并，引起蛋白質(zhì)理化性質(zhì)改變并導(dǎo)致其生理活性喪失。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)導(dǎo)致其生理活性喪失。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性的變性(denaturation)(denaturation)。第58頁/共68頁第五十九頁，共68頁。大部分蛋白質(zhì)均含有帶芳香環(huán)的苯丙氨大部分蛋白質(zhì)均含有帶芳香環(huán)的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。酸、酪氨酸和色氨酸。這三種這三種(sn zhn(sn zhn) )氨基酸的在氨基酸的在280nm 280nm 附近有最大吸收。因此，大多數(shù)蛋白質(zhì)附近有最大吸收。因此，大多數(shù)蛋白質(zhì)在在280nm 280nm 附近顯示強(qiáng)的吸收。附近顯示強(qiáng)的吸收。利用這個(gè)性質(zhì)，可以對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行定性利用這個(gè)性質(zhì)，可以對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行定性鑒定。鑒定。第59頁/共68頁第六十頁，共68頁。18.2.8 酶 (見P478) 18.3 核核 酸酸核酸(h