第二十章蛋白质和核酸.ppt

第二十章第二十章 蛋白质和核酸蛋白质和核酸第一节第一节 氨基酸氨基酸第二节第二节 多多 肽肽第三节第三节 蛋蛋 白白 质质第四节第四节 酶酶第五节第五节 核核 酸酸 简简 介介Honghe University Prof Guo Ya-li第一节第一节 氨基酸氨基酸一、分类、命名和构型一、分类、命名和构型1．分类：．分类： 按烃基类型可分为：                    脂肪族氨基酸；芳香族氨基酸；含杂环氨基酸；                   按分子中氨基和羧基的数目分为：                   中性氨基酸；酸性氨基酸；碱性氨基酸中性氨基酸；酸性氨基酸；碱性氨基酸2．命名：．命名：天然产氨基酸多用习惯名称，即按其来源或性质命名例如门冬氨基酸最初是由天门冬的幼苗中发现的；甘氨酸是因为具有甜味而得名天然产的氨基酸目前知道的已超过一百种但在生物体内作为合成蛋白质原料的只有二十种（其中8种为必须氨基酸），这二十种氨基酸象无机符号一样，都有国际通用的符号来表示， 见P616表20-1 Honghe University Prof Guo Ya-li   3．构型．构型： 用D/ L体系表示——在费歇尔投影式中氨基位于横键右边的为D构型，位于左边的为L构型。

 例如：         用酸或酶使蛋白质水解时，得到α—氨基酸，除甘氨酸以外，都是旋光的，并且都属于L构型         D构型α—氨基酸也存在于自然界，例如存在于某些抗生素中  Honghe University Prof Guo Ya-li二、氨基酸的性质二、氨基酸的性质1．氨基酸的酸氨基酸的酸-碱性碱性——两性与等电点（1）两性：氨基酸分子中的氨基是碱性的，而羧基则是酸性的但它们的酸碱解离常数比起一般的 羧基-COOH和氨基-NH2 来都低  例如：甘氨酸：Ka=1.6×10-10，Kb=2.5×10-12 大多数的羧酸：Ka=10-5         这说明氨基酸在一般情况下不是以游离态的羧基和氨基存在的，而是以内盐的形式存在（内盐：偶极离子）：                                            H3N+ －CHRCOO - Honghe University Prof Guo Ya-li（2）等电点        在氨基酸水溶液中加入酸或碱，至使羧基和氨基的离子化程度相等（即氨基酸分子所带电荷呈中性——处于等电状态）时溶液的pH值称为氨基酸的等电点。

常以pI表示         一般来说，氨基酸含氨基多，pI值较高，含羧基多者pI值较低         Honghe University Prof Guo Ya-li1°等电点为电中性而不是pH中性（即pH=7），在溶液中加入电极时其电荷迁移为零             中性氨基酸     pI = 4.8~6.3             酸性氨基酸     pI = 2.7~3.2             碱性氨基酸     pI = 7.6~10.8       可以利用电泳的方法，通过调整体系的PH值，利用不同氨基酸带电性的不同，在电场中移动方向不同，进行电泳分离氨基酸2°在等电点时，氨基酸的溶解度最小，因而用调节等电点的方法可   以从氨基酸的混合物中分离出某些氨基酸     Honghe University Prof Guo Ya-li2．氨基酸氨基的反应．氨基酸氨基的反应（1）氨基的酰基化酰基化           氨基酸分子中的氨基能酰基化成酰胺            （2）氨基的烃基化烃基化          氨基酸与RX作用则烃基化成N-烃基氨基酸：    F－被氨基亲核取代。

    可用于肽链N-端测定（反应厚度Pr链进行水解时，DNP-AA不发生水解，其他肽键均水解生成游离氨基酸   DNFB                             DNP-AAHonghe University Prof Guo Ya-li（3）与与HCHO的反应的反应产物中无氨基H，可以用标准NaOH溶液进行滴定COOH中的[H+],间接定量测定[AA] Honghe University Prof Guo Ya-li（4）与亚硝酸亚硝酸反应（Van Slyke 氨基氮测定法）    反应是定量完成的，衡量的放出N2，测定N2的体积便可计算出氨基酸中氨基的含量    α－NH2反应快，其他氨基不产生干扰    不适用于脯氨酸Honghe University Prof Guo Ya-li（5）与茚三酮茚三酮反应       α-氨基酸在碱性溶液中与茚三酮作用，生成显蓝色或紫红色的有色物质，是鉴别α-氨基酸的灵敏的方法Honghe University Prof Guo Ya-li3．氨基酸羧基的反应．氨基酸羧基的反应（1）叠氮法合成肽叠氮法合成肽    氨基酸分子中羧基的反应主要利用它能成酯、成酐、成酰胺的性质。

这里值得特别提出的是将氨基酸转化为叠氮化合物的方法（氨基酸酯与肼作用生成酰肼，酰肼与亚硝酸作用则生成叠氮化合物）这个叠氮化合物与另一氨基酸酯作用即能缩合成二肽此法可称为叠氮法，用此法合成的肽能保持光学纯度Honghe University Prof Guo Ya-li（（2）脱羧反应）脱羧反应      氨基酸在脱羧酶或Ba(OH)2的作用下，可以发生脱羧反应      氨基酸在脱羧酶的作用下，产生的CO2通过呼吸放出，生成的胺再在生物体内进行降解放出NH3，通过尿液排除体外Honghe University Prof Guo Ya-li三、氨基酸的制备三、氨基酸的制备   氨基酸的制取主要有三条途径：即蛋白质水解、有机合成和发酵法   氨基酸的合成方法主要有三种：1．由醛制备由醛制备   醛在氨存在下加氢氰酸生成α-氨基腈，后者水解生成α-氨基酸例如：Honghe University Prof Guo Ya-li2.α- 卤代酸的氨化卤代酸的氨化      此法有副产物仲胺和叔胺生成，不易纯化3.盖伯瑞尔法盖伯瑞尔法伯胺合成法        盖伯瑞尔法生成的产物较纯，适用于实验室合成氨基酸。

Honghe University Prof Guo Ya-li3．由丙二酸酯法合成由丙二酸酯法合成        此法应用的方式多种多样，其基本合成路线是： D，L-苯丙氨酸 Honghe University Prof Guo Ya-li第二节第二节 多多 肽肽 一、多肽的组成和命名一、多肽的组成和命名1． 肽和肽键        一分子氨基酸中的羧基与另一分子氨基酸分子的氨基脱水而形成的酰胺叫做肽，其形成的酰胺键称为肽键        由n个α-氨基酸缩合而成的肽称为n肽，由多个α-氨基酸缩合而成的肽称为多肽        一般把含100个以上氨基酸的多肽（有时是含50个以上）称为蛋白质Honghe University Prof Guo Ya-li   无论肽链有多长，在链的两端一端有游离的氨基（-NH2），称为N端；链的另一端有游离的羧基（-COOH），称为C端Honghe University Prof Guo Ya-li2．肽的命名．肽的命名   根据组成肽的氨基酸的顺序称为：                   某氨酰某氨酰…某氨酸简写为：     某－某－某例如：         甘－缬－亮甘－缬－亮很多多肽都采用俗名，如催产素、胰岛素等。

Honghe University Prof Guo Ya-li二、多肽结构的测定二、多肽结构的测定多肽结构的测定主要是作如下工作：① 了解某一多肽是由哪些氨基酸组成的 ② 各种氨基酸的相对比例③ 确定各氨基酸的排列顺序多肽结构测定工作步骤步骤如下：1．测定分子量2．氨基酸的定量分析Honghe University Prof Guo Ya-li3．端基分析．端基分析（测定N端和C端）（1）测定N端（有两种方法）a  2,4- = 硝基氟苯法——桑格尔(Sanger-英国人)法  此法的缺点是所有的肽键都被水解掉了Honghe University Prof Guo Ya-lib  异硫氰酸苯酯(Ph-N=C=S)法——艾德曼(Edman)降解法2）测定C端a  多肽与肼反应b  羧肽酶水解法Honghe University Prof Guo Ya-li4．肽链的选择性断裂及鉴定鉴定部分水解法常用的蛋白酶有：    胰蛋白酶胰蛋白酶——只水解羰基属于赖氨酸、精氨酸的肽键    糜蛋白酶糜蛋白酶——水解羰基属于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的肽键    溴化氰溴化氰———只能断裂羰基属于蛋氨酸的肽键。

例如：假定有一个多肽，将之与6NHCl在110度加热48小时使其完全水解经过分离，鉴定水解产物含有8种氨基酸：丙、亮、赖、苯丙、脯、丝、酪、缬，其含量都是1：1多肽的分子量测定也证明它是由上述8种氨基酸组成的八肽从端基分析知道N-端为丙，C-端为亮，还必须测定中间的六个氨基酸单位的排列顺序        蛋白水解酶对肽键的水解有催化作用，每一种蛋白的水解酶只能水解一定类型的肽键，例如，糜蛋白酶主要使羰基属于色氨酸，苯丙氨酸或酪氨酸的肽键水解  Honghe University Prof Guo Ya-liHonghe University Prof Guo Ya-li三、多肽的合成三、多肽的合成    要使各种氨基酸按一定的顺序连接起来形成多肽是一向十分复杂的化学工程，需要解决许多难题，最主要的是要解决四大问题1．保护-NH2或-COOH2．活化反应基团（活化-NH2或-COOH）3．生物活性催产素：9肽，1954年由Cornell药学院的Vincent Vigneaud合成，因        此获得1955年的Nobel奖胰岛素：51肽，1956年我国科学家首次完全人工合成。

Honghe University Prof Guo Ya-li         合成多肽必须保证氨基酸的排列顺序与天然多肽相同，并与天然多肽不论在物理、化学性质和生物活力各方面都一样，才具有意义我国1965年6月发表合成成功牛胰岛素的文章，生物活性1.2~70%西德…………7月……………羊………………，…………0.5~10%美国1967年发表文章   （胰岛素合成方法的改进）前苏联1972年发表文章 （胰岛素合成方法的改进）胰岛素是一种激素，可用于治疗糖尿病，但只能用和人体结构相近的胰岛素，如猪胰岛素，其它的则不起疗效        几种哺乳动物胰岛素的氨基酸顺序的差异                              A链                                    B链                                 8           9             10             30                   人      苏         丝           异亮           苏                   猪      …         …             …             丙                   牛      丙         …             缬             …                   马      …         甘             …             …                   羊      …         …             …             … Honghe University Prof Guo Ya-li第三节第三节 蛋蛋 白白 质质一、蛋白质的分类一、蛋白质的分类1.根据蛋白质的形状分为：（1）纤维蛋白质    如丝蛋白、角蛋白等；（2）球状蛋白质    如蛋清蛋白、酪蛋白、血红蛋白、γ-球代表蛋白（感冒抗体）等。

2．根据组成分：单纯蛋白质——其水解最终产物是α- 氨基酸2）  结合蛋白质——α- 氨基酸 +  非蛋白质（辅基）根据蛋白质的功能分；（1） 活性蛋白  按生理作用不同又可分为；酶、激素、抗体、收缩蛋白、运输蛋白等2）非活性蛋白  担任生物的保护或支持作用的蛋白，但本身不具有生物活性的物质Honghe University Prof Guo Ya-li二、蛋白质的结构二、蛋白质的结构1．蛋白质的蛋白质的一级结构一级结构        由各氨基酸按一定的排列顺序结合而形成的多肽链（50个以上氨基酸）称为蛋白质的一级结构构造)        主要包括：肽链中氨基酸的种类、数量、连接顺序、二硫键的位置种类、数量、连接顺序、二硫键的位置牛胰岛素的组成牛胰岛素的组成关键词关键词:蛋白质的构造，构型，构象，一级结构，二级结构，三级结构，四级结构，α-螺旋型，β-折叠型，氢键，亚基，副键 Honghe University Prof Guo Ya-liHonghe University Prof Guo Ya-li          对某一蛋白质，若结构顺序发生改变，则可引起疾病或死亡。

例如，血红蛋白是由两条α-肽链（各为141肽）和两条β-肽链（各为146肽）四条肽链（共574肽）组成的             在β链，N-6为谷氨酸，若换为缬氨酸，则造成红血球附聚，即由球状变成镰刀状，若得了这种病（镰刀形贫血症）不到十年就会死亡 Honghe University Prof Guo Ya-li2．蛋白质的蛋白质的二级结构二级结构      多肽链中互相靠近的氨基酸通过氢键的作用而形成的多肽在空间排列（构象）称为蛋白质的二级结构      主要包括： 1,α—螺旋型螺旋型 2,β—折叠结构折叠结构, ( 3,无规则卷曲无规则卷曲 )Honghe University Prof Guo Ya-liHonghe University Prof Guo Ya-li3．蛋白质的蛋白质的三级结构三级结构        由蛋白质的二级结构在空间盘绕、折叠、卷曲而形成的更为复杂的空间构象称为蛋白质的三级结构维持三级结构的作用力有：         共价键（-S-S-）                           静电键（盐键）                            氢键                                       憎水基（烃基等）                      形成三级结构后，亲水基团在结构外，憎水基团在结构内，故球状蛋白溶于水。

Honghe University Prof Guo Ya-li4．蛋白质的蛋白质的四级结构四级结构   由一条或几条多肽链构成蛋白质的最小单位称为蛋白质亚基，由几个亚基借助各种副键的作用而构成的一定空间结构称为蛋白质的四级结构核糖核酸核糖核酸酶的三的三级结构构血红素的四级结构图Honghe University Prof Guo Ya-li三、蛋白质的性质三、蛋白质的性质 1．两性及等电点两性及等电点   多肽链中有游离的氨基和羧基等酸碱基团，具有两性      与氨基酸类似，在等电点时，蛋白质的溶解度最小，可以通过调节溶液的 pH 至等电点，使蛋白质从溶液中分离出来　　不同蛋白质有不同的等电点，如下表所示：一些蛋白质的等电点一些蛋白质的等电点蛋白质等电点蛋白质等电点丝纤维蛋白2.0～2.4乳球蛋白4.5～5.5酪蛋白4.6胰岛素 5.3～5.35白明胶4.8～4.85血清球蛋白5.4～5.5血清蛋白4.88血红蛋白6.79～6.83 卵清蛋白4.84～4.90 鱼精蛋白12～12.4 Honghe University Prof Guo Ya-li2．胶体性质与沉淀作用胶体性质与沉淀作用（1）可逆沉淀（盐析）（2）不可逆沉淀        蛋白质与重金属盐作用，或在蛋白质溶液中加入有机溶剂（如丙酮、乙醇等）则发生不可逆沉淀。

        如70-75%的酒精可破坏细菌的水化膜，是细菌发生沉淀和变性，从而起到消毒的作用 Honghe University Prof Guo Ya-li3．蛋白质的变性作用．蛋白质的变性作用变性条件变性条件： 物理物理因素：干燥、加热、高压、振荡或搅拌、紫外线、X射线、超声等等化学化学因素：强酸、强碱、尿素、重金属盐、生物碱试剂（三氯乙酸、乙醇等等）变性后的特点特点：    ① 丧失生物活性                                ② 溶解度降低                                ③ 易被水解（对水解酶的抵抗力减弱）变性作用的利用利用：① 消毒、杀菌、点豆腐等；                                ② 排毒（重金属盐中毒的急救）；                                ③ 肿瘤的治疗（放疗杀死癌细胞）；变性作用的防治防治：① 种子的贮存；                                ② 人体衰老（缓慢变性）；                                ③ 防止紫外光灼伤皮肤。

 Honghe University Prof Guo Ya-li4．蛋白质的颜色反应．蛋白质的颜色反应   （1）缩二脲缩二脲反应   蛋白质与新配置的碱性硫酸铜溶液反应，呈紫色，称为缩二脲反应   （2）蛋白黄蛋白黄反应   蛋白质中含有苯环的氨基酸，遇浓硝酸发生硝化反应而生成黄色硝基化合物的反应称为蛋白黄反应   （3）米勒米勒反应    蛋白质中酪氨酸的酚基遇到硝酸汞的硝酸溶液   （4）茚三酮茚三酮反应  蛋白质与稀的茚三酮溶液共热，即呈现蓝色Honghe University Prof Guo Ya-li四、四、 蛋白质的新来源蛋白质的新来源,应用前途应用前途蛋白质来源蛋白质来源　　人类各种生理活动大多数都由蛋白质承担，人类蛋白质主要来源是动物性食物，如肉、鱼、蛋、奶等解决蛋白质新来源三种可能途径解决蛋白质新来源三种可能途径：：1） 人工合成食品2） 人工模拟生物体内的转化过程生产食品3） 人工培养微生物生产蛋白质　　利用微生物生产蛋白质的原料丰富:石油、煤炭、天然气、淀粉、工业废料、农副产品下脚料、城市垃圾近年发现一种新氢细菌的微生物，能直接用 H2、CO2 和一些简单的无机物来生产蛋白质。

蛋白质应用前途蛋白质应用前途1．． 了解生命的本质了解生命的本质2．． 蛋白质构成集成电路，其大小仅为现在硅集成电路的十万分之一，蛋白质构成集成电路，其大小仅为现在硅集成电路的十万分之一，开关速度可达一千亿分之一秒开关速度可达一千亿分之一秒3．． 制造生物芯片制造生物芯片 Honghe University Prof Guo Ya-li第四节第四节 酶酶一、酶的组成一、酶的组成        可以分为单纯酶和结合酶两类            辅酶的种类颇多       按其化学组成可分两类：1．无机的金属元素，如铜、锌、锰2．相对分子质量低的有机物，如血红素、叶绿素、肌醇、烟酰胺、维生素B1、B2、B6、B12等等Honghe University Prof Guo Ya-li二、酶催化反应的特异性二、酶催化反应的特异性1．高催化效率高催化效率（比一般催化剂高108~1010倍）2．高选择性高选择性（1）化学选择性——能从混合物中挑选特殊的作用物例如，麦芽糖酶只能使α-葡萄糖苷键断裂，而不能使β-葡萄糖苷键断裂2） 立化学选择性——辨别对映体，酵母中的酶只能使天然D型糖发酵，而不能使相应的L型糖发酵。

3.反应条件温和反应条件温和——一般是在常温常压和pH 7左右进行的人体内如果缺少某种酶，就会引起疾病或死亡 Honghe University Prof Guo Ya-li三、酶的分类和命名三、酶的分类和命名1．分类．分类按催化反应的类型，可把酶分为六大类：(1)氧化还原酶(2)转移酶(3)水解酶(4)裂解酶(5)异构酶(5)连接酶（合成酶）2．酶的命名．酶的命名 Honghe University Prof Guo Ya-li第五节第五节 核核 酸酸 简简 介介一、核酸的组成一、核酸的组成Honghe University Prof Guo Ya-li1.核糖和核糖和2-脱氧核糖脱氧核糖2.碱基碱基核苷酸中的碱基主要有五种，都是嘧啶或嘌呤的衍生物它们是：          胞嘧啶，脲嘧啶，胸腺嘧啶，腺嘌呤，鸟嘌呤胞嘧啶，脲嘧啶，胸腺嘧啶，腺嘌呤，鸟嘌呤 C U T A GHonghe University Prof Guo Ya-li3．核苷．核苷（1）核苷——（由RNA水解而得） （2） 2-脱氧核苷——（由DAN水解而得）Honghe University Prof Guo Ya-li4．核苷酸核苷酸    核糖C5上的羟基与磷酸酯化便得到核苷酸。

Honghe University Prof Guo Ya-li二、核酸的结构二、核酸的结构1．核酸一级结构．核酸一级结构Honghe University Prof Guo Ya-li   RNA或DNA中的多核苷酸链，都按上图方式表示，显然太繁复了，所以现在都用简化了的示意法来表示如上图可简化如下：   其中R1、R2、R3、R4表示碱基，P表示磷酸基，一竖表示糖分子，2ˊ、3ˊ、5ˊ表示糖中C原子编号还可以进一步简化成PA-C-G-UPRNA与DNA的区别：   核糖——RNA中为核糖，DNA中为2-脱氧核糖   碱基——RNA中为A、U、C、G； DNA中为A、T、 Honghe University Prof Guo Ya-li2．核酸的核酸的二级结构二级结构   DNA的二级结构为右手双股螺旋结构Honghe University Prof Guo Ya-li3．核酸的．核酸的三级结构三级结构        核酸的三级结构是在二级结构的基础上进一步紧缩、扭曲成闭链状环或开链状环以及麻花状的一定空间关系的结构Honghe University Prof Guo Ya-li三、核酸的生物功能三、核酸的生物功能   根据在蛋白质合成中所起的作用，RNA分为三类三类：1．信使核酸（mRNA）——传递DNA的遗传信息，合成模板。

2．核糖体核酸（rRNA）——合成蛋白质的场所3．转移核糖核酸（tRNA）——搬运工具Honghe University Prof Guo Ya-liHonghe University Prof Guo Ya-liHonghe University Prof Guo Ya-li。