第二十章蛋白质和核酸课件.ppt

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1、产品介绍：三聚氰胺是一种重要的有机化工中间产品，主要用来制作三聚氰胺树脂，具有优良的耐水性、耐热性、耐电弧性、优良阻燃性。用途：可用于装饰板的制作，用于氨基塑料、粘合剂、涂料、币纸增强剂、纺织助剂等。,摄入人体后由于胃酸的作用三聚氰胺和三聚氰酸相互解离并被分别通过小肠吸收进入血液循环并最终进入肾脏。在肾细胞中两者再次结合沉积从而形成肾结石，堵塞肾小管，最终造成肾衰竭。由于三聚氰胺结石微溶于水，对于成年人，由于经常喝水使得结石不容易形成。但对于哺乳期的婴儿，由于喝水很少并且相比成年人肾脏狭小，造成更容易形成结石。这也是2008年中国婴幼儿奶粉污染事件中受害者基本为婴儿而很少见到其他年龄阶段的儿童

2、或成人的原因之一。中国卫生部对于该污染事件的指导治疗方案中，对于三聚氰胺造成的轻度结石，推荐使用大量饮水的方法来消除，也是基于这个原理。,蛋白质是重要的生物大分子，在生物体中含量较大，种类繁多，生物体的各种生物功能就是依靠蛋白质来完成的。,蛋白质的基本结构单位是20种-氨基酸。,多肽是多个-氨基酸分子通过酰胺键(肽键)连接而生成的化合物，蛋白质则是分子量很大的多肽。,第十五章、氨基酸、多肽、蛋白质,1 氨基酸的结构、分类和命名,在自然界中存在的氨基酸目前知道的有400多种，但在生物体内组成蛋白质的氨基酸只有20种。,组成蛋白质的氨基酸都是-氨基酸，只是基团R不同。,这些氨基酸有的只有一个氨基和

3、一个羧基，有的含有第二个氨基(碱性基团)或第二个羧基(酸性基团)。,根据氨基和羧基的相对数目,中性氨基酸,碱性氨基酸,酸性氨基酸,氨基羧基数目相等,氨基数目多于羧基,羧基数目多于氨基,返回,门冬酰胺(Asn),谷氨酰胺(Gln),按烃基的结构分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸。,氨基酸的烃基不同和相互作用，在很大程度上影响蛋白质的结构，特别是它的生理功能。,氨基酸的命名,氨基酸的系统命名法是以羧酸为母体，氨基为取代基来命名的。但-氨基酸通常按其来源或性质所得的俗名来称呼。,返回,-氨基乙酸(甘氨酸),-氨基丙酸,，-二氨基己酸(赖氨酸),-氨基戊二酸(谷氨酸),天然氨基酸常采用习惯名称

4、，即按其来源或性质命名。,门冬氨酸最初是由天门冬的幼苗中发现的；,构成蛋白质的20种氨基酸，有一套通用的符号，这些符号象元素符号一样，是国际通用的。,甘氨酸是因为具有甜味。,缬氨酸(Val),亮氨酸(Leu),异亮氨酸(Ile),苏氨酸(Thr),蛋氨酸(Met),苯丙氨酸(Phe),色氨酸(Trp),赖氨酸(Lys),8种人体必需氨基酸：,返回,2 氨基酸的构型,组成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，-碳原子都是手性的。,氨基酸的构型常用D/L法标记，但与糖D/L标记法不完全一样。,L-甘油醛,L-丙氨酸,L-脯氨酸,在苏氨酸和异亮氨酸分子中还有第二个手性碳原子，它们的构型分别为：,L-苏氨酸,(2

5、S,3R),L-异亮氨酸,(2S,3R),根据离羧基最近的手性碳原子的构型判定：氨基在左侧的为L型，氨基在右侧的为D型。,由于组成蛋白质的氨基酸都是L型的，因此习惯上仍使用D/L法。,3 氨基酸的性质,(1)-氨基酸的物理性质,甘氨酸：262(分解)；酪氨酸：310(分解)。,熔点：-氨基酸都是高熔点固体，多数在熔化时分解。,因此，-氨基酸的熔点不能作为鉴定的可靠物理常数。,(2)酸碱性,氨基酸既能和酸反应生成铵盐，也能和碱反应生成羧酸盐，是两性化合物。,在溶液中存在下列平衡：,氨基酸分子中的羧基和氨基不是以游离状态存在的，而是通过相互作用，以内盐(偶极离子)形式存在的。,(3)等电点,在不同

6、pH值的溶液中，氨基酸能以正离子、负离子和两性离子三种离子间形成动态平衡。,适当调节溶液的pH值，使得氨基酸的羧基与氨基的离子化程度相等。,此时所带的正负电荷数相同，净电荷为零呈电中性。,这个等电状态的pH值，称为该氨基酸的等电点，用pI表示。,在等电点时，氨基酸几乎全部以两性离子形式存在，有极少量的严格相等的正离子和负离子。,在等电点时，氨基酸几乎全部以两性离子形式存在。,溶液的pHpI时，氨基酸以正离子形式存在；,溶液的pHpI时，氨基酸以负离子形式存在。,处于等电点的氨基酸溶解度最小。,可以通过测定氨基酸的等电点来鉴别氨基酸。,中性氨基酸：pI=6.26.8；,分子结构不同的氨基酸，等电

7、点各不相同。,酸性氨基酸：pI=2.83.2；,碱性氨基酸：pI=7.610.8。,课堂练习：,下列氨基酸溶于水使之达到等电点应加酸还是加碱？,(1)赖氨酸,(2)甘氨酸,(3)谷氨酸,等电点时pH7，溶于水中使之达到等电点应当加碱,等电点时pH7，溶于水中使之达到等电点应当加酸,等电点时pH7，溶于水中使之达到等电点应当加酸,返回,(4)氨基的反应,蛋白质中的20种-氨基酸除脯氨酸外，都能与亚硝酸反应，放出氮气生成-羟基酸。,反应是定量完成的，根据放出氮气的量，算出样品中氨基的含量。,可用于氨基酸的分析，称为Van slyke氨基测定法。,氨基酸能和酰氯、酸酐等发生氨解，生成酰胺。,反应要在

8、碱性溶液中进行，原因：只有在碱性溶液中，氨基酸的氨基以游离状态存在。,在人工合成蛋白质时，常用引入苄氧羰基来保护氨基。,氨基具有亲核性，可与卤代烃（RX）及醛、酮作用。,返回,与卤代烃及醛、酮的反应,N-（2,4-二硝基苯基）氨基酸,2,4-二硝基氟苯（DNFB）,此反应可用于识别多肽或蛋白质的N-端氨基酸,显黄色，可用于氨基酸的比色测定,(5)羧基的反应,在合成蛋白质时，常用引入苄酯基来保护羧基。,氨基酸的羧基，也具有羧基的一般性质，能发生酯化、成酐、成酰胺等反应。,-氨基酸可以用一般的方法酯化。,返回,脱羧反应,将氨基酸缓缓加热或在高沸点溶剂中回流，可以发生脱羧反应生成胺。,生物体内的脱羧

9、酶也能催化氨基酸的脱羧反应，这些脱羧后的产物有着重要的生理功能。例如：组胺酸脱羧生成组胺。赖氨酸脱羧生成1,5-戊二胺(尸胺)，这是蛋白质腐败发臭的主要原因。,-氨基酸的水溶液遇水合茚三酮，能生成有颜色的产物。大多数氨基酸遇此试剂显蓝紫色。,反应常用于-氨基酸的比色测定和色层分析的显色,A、与水合茚三酮的反应,返回,氨基酸中氨基和羧基共同参与的反应,水合茚三酮,蓝紫色,返回,B、与金属离子形成配合物,某些氨基酸与某些金属离子能形成结晶型化合物，有时可以用来沉淀和鉴别某些氨基酸。例如：二分子氨基酸与铜离子能形成深紫色配合物结晶。,返回,氨基酸的受热分解反应,不同的氨基酸分子受热时发生不同的反应。

10、,-氨基酸,交酰胺,-(或-氨基酸),内酰胺,-氨基酸,不饱和酸,返回,脱羧失氨作用,氨基酸在酶的作用下，同时脱去羧基和氨基得到醇。工业上发酵制取乙醇时，杂醇就是这样产生的。此外，一些氨基酸侧链具有的官能基团，如羟基、酚基、吲哚基、胍基、巯基及非-氨基等，均可以发生相应的反应，这是进行蛋白质化学修饰的基础。-氨基酸还可通过分子间的NH2与COOH缩合脱水形成多肽，该反应是形成蛋白质一级结构的基础。,4 肽和肽键,一分子-氨基酸中的羧基和另一分子-氨基酸的氨基，通过失水形成酰胺键而连结成的化合物叫做肽。,肽分子中的酰胺键称为肽键。,由两个氨基酸单元构成的是二肽由三个氨基酸单元构称的是三肽，。,肽

11、键,一条多肽链通常一端含有一个游离的氨基，称为N-端，另一端含有一个游离的羧基，称为C-端。,两个游离的端基也能失水形成了酰胺键，形成环肽。,N端,C端,多肽也是以两性离子形式存在，一般为链式结构。,多肽结构式的写法，一般是N-端在左，C-端在右。,肽的结构不仅取决于氨基酸的种类和数目，而且还取决于它们之间的连接次序。,甘氨酰丙氨酸,丙氨酰甘氨酸,这是少数氨基酸可以形成种类繁多的蛋白质的原因。,肽链的命名,肽链的命名以是以C-端氨基酸为母体，根据组成肽的氨基酸的顺序，从左到右依次命名，称为 某氨酰某氨酰某氨酸（简写为某、某、某）。,返回,丝氨酰-甘氨酰-色氨酰-丙氨酰-亮氨酸,命名为：,4 胰

12、岛素,胰岛素是动物胰臓中分泌的一种激素，能调节碳水化合物的代谢，用于治疗糖尿病，为51肽。,汪猷1910-1997,邢其毅1911-2002,钮经义1920-1995,1965年9月，中国在世界上首次合成牛胰岛素。,第三节 蛋白质,一、蛋白质的分类,1、根据化学组成可分为：,单纯蛋白：只有氨基酸结构单位组成的蛋白 质。如：球蛋白、谷蛋白等。,结合蛋白：由单纯蛋白与非蛋白结合而成。如脂蛋白、糖蛋白、核蛋白、血 红蛋白、磷蛋白、色蛋白等。,纤维蛋白：形状细长排列成纤维状，不溶于水。主要对机体起支撑、连接、保护作用 和负责机体的机械运动。,纤维蛋白,角蛋白：皮肤的表皮、角、毛、鳞、发、蹄、羽、指甲、

13、丝等。,胶原蛋白：以胶原纤维的形式存在。是肌肉的主要组成部分。约占体内蛋白总量的1/3。,2、根据蛋白质分子的形状和生理功能 可分为：,在新陈代谢过程中起催化作用的酶、起调节作用的激素、对机体起免疫作用的抗体、运送氧气和二氧化碳的血红蛋白、胰岛素、蛋清蛋白等都是球蛋白。,球蛋白：分子折叠、卷曲成球状或椭球状，一般能溶于水。在生物体内表现出各不同的动态功能。如：,二、蛋白质的结构,一级结构：氨基酸借助于肽键连接成的 多肽链（也就是多肽链中氨基酸 的组成和连接顺序。是属于构造 的范畴）。,二级结构：多肽链借助于氢键在空间沿着 一个方向呈规律性的排列和无 规卷曲排列。,它实际上是指一条多肽链在空间的

14、局部构象。规律性的排列是指 螺旋结构和 折迭体结构。,多肽链的局部构象,a:螺旋体 b:折迭体 c:无规卷曲,蛋白质的螺旋结构,螺旋的一圈是3.6个氨基酸结构单位，第一个氨基酸残基N上的H与第四个氨基酸残基上的羰基形成氢键。两螺旋间的距离是0.54nm,1,4,2,3,螺旋结构L.Pauling和 E.J.Corey 于1952年提出。,折迭体结构,折叠体的概念也是由P.L.Pauling及其合作者提出来的。,1、多肽链中的肽键平面通过碳原子相互折叠成1100的角，使肽链呈锯齿形结构。,2、相邻肽链之间依靠C=O和H2N所形成的链间氢键维持着折叠体构象的稳定性。,蛋白质的三级结构：,指一条多肽

15、链借助于各种副键在空间总的折叠、卷曲、盘旋的形状。,它实际上是指一条多肽链或蛋白质的亚基在空间的总体构象。,蛋白质分子中的结合力：主键：肽键副键：氢键、盐键、二硫键、疏水键 范德华力,肌红蛋白的三级结构,+,+,-,维持肽链构象的作用力 蛋白质化学中的各种副键,-,a:氢键 b:盐键 c:二硫键 d:疏水键 e:范德华力,a,b,b,c,d,d,e,e,蛋白质的四级结构：,当蛋白质分子由两条或两条以上肽链组成时，每条肽链叫做蛋白质的亚基。蛋白质亚基之间相互作用所形成的特定的空间结构叫做蛋白质的四级结构。,也就是指整个蛋白质分子在空间的构象。只有一条多肽链的蛋白质分子无四级结构。只有多于一条多肽

16、链的蛋白质分子才有四级结构。单独的亚基不具有生理活性，只有亚基相互结合构成的四级结构才有生理活性。,血红蛋白的四级结构：由两条-链和两条-链组成。每条肽链都卷曲成球状，都有一个空穴容纳一个血红素分子，相互之间又进行作用形成球状的血红蛋白分子。,三、蛋白质的性质,1、蛋白质的两性与等电点,蛋白质分子的链端有游离的NH2和游离的COOH，肽链中碱性氨基酸的残基上连接有NH2，酸性氨基酸的残基上连接有 COOH，因此它与氨基酸一样，也具有 两性离解和等电点的性质。,蛋白质分子在酸性条件下以正离子的形式存在；在碱性条件下以负离子的形式存在；在等电点时分子所带的正、负电荷的数目相等，以两性偶极离子的形式

17、存在。,2、蛋白质的胶体性质,蛋白质分子的直径：1100nm（胶体溶液）故具有：丁达尔效应，不能透过半透膜。,3、蛋白质的水化与沉淀,维持蛋白质溶液稳定性的两个主要因素：、蛋白质分子表面的水化膜。蛋白质分子将疏水基包在内部，亲水基在外部与水结合形成水化膜。使蛋白质分子稳定地存在溶液之中。,、蛋白质分子所带的电荷。蛋白质分子在碱性条件下以负离子的形式存在，酸性条件下以正离子的形式存在。蛋白质分子带同种电荷相互排斥而稳定地存在溶液之中。,、盐析：向蛋白质溶液中加入高浓度的中性 盐如:(NH4)2SO4 Na2SO4 NaCl MgSO4,、加入极性较强、与水的亲和力较大的有 机溶剂如：甲醇、乙醇、

18、丙酮等破坏蛋 白质的水化膜。,若使蛋白质分子发生沉淀：、破坏其水化膜；、中和其所带电荷。,（一）、加脱水剂除去蛋白质的水化膜,、在碱性溶液中（pHpI)蛋白质分子 以负离子的形式存在，加入重金属盐 Ag+、Hg2+、Cu2+、Pb2+可使其发生 沉淀：,（二）、中和电荷,、在酸性溶液中（pHpI)蛋白质分子 以正离子的形式存在，加入某些生物 碱试剂（用X-表示）如：苦味酸、鞣 酸、磷钨酸等，可使其发生沉淀：,天然蛋白质非分解性变更而引起理化性质的改变、生理活性的丧失叫蛋白质的变性。,4、蛋白质的变性,变性后的蛋白质溶解度降低、粘度增大、结晶性能丧失、对水解酶的抵御能力降低。,非分解性变更是指：

19、一级结构肽键没发生断裂但空间结构遭到了破坏。多肽链在空间规则有序的结构转变为杂乱无序的结构。,5、蛋白质的颜色反应,反 应 名 称 试剂 颜色 作用基团,缩二脲反应 稀CuSO4/强碱 紫或红紫 肽键,茚三酮反应 茚三酮溶液 蓝紫色 氨基,黄蛋白反应 浓硝酸 深黄色 芳环,Millon反应 硝酸汞 红色 酚羟基（酪氨酸）,第四节 酶,酶是生物体内自行合成的，具有催化作用的活性蛋白质。,辅酶：与酶蛋白松弛地结合的辅助因子称 为辅酶。辅基：与酶蛋白紧密地结合的辅助因子称 为辅基。,生物体内的化学反应达到了能量消耗最低，原料利用率最高的理想境界，原因是生物体内所有的化学反应都是由酶催化的。酶作为生物

20、催化剂，有下列几个特点：,1、催化效率高 酶的催化效率比一般的化学催化剂高1081010倍。如：一分子过氧化氢酶在一分钟内可以使500万个过氧化氢分子分解，,2、条件温和 酶的催化一般是在常温、常压和pH 7的条件下进行。,（有例外：胃蛋白酶是在pH=12时进行催化。我们吃了肉后在胃里几个小时就可将其消化，若在实验室里用6N的盐酸在1200下加热回流20个小时才能使蛋白质水解）。,3、具有高度的区域选择性和立体选择性酶的催化被称为一把钥匙开一把锁，非酶催化则相当于多用钥匙。例：麦芽糖酶只能水解葡萄糖的-1,4-苷键，苦杏仁酶只能水解葡萄糖的-1,4-苷键；酸性水溶液则可水解所有类型的糖苷键。酶

21、可识别一对对映体，对其中一个有效另一个则无效。,4、容易失活酶的催化一般是在常温、常压和近中性的条件下进行，若在酸性、碱性或高温条件下酶就会失活。如：连续高烧后吃饭没胃口，就是因为在高温下唾液中的各种消化酶淀粉酶、蛋白酶被烧死的缘故。,第五节 核酸,1868年，瑞典青年科学家米歇尔（F.Miescher)从绷带上脓细胞的细胞核中分离出一种物质，它的含磷量很高并具有很强的酸性，后来，就根据它的来源和性质把它叫做核酸。,核酸是一类重要的生物大分子化合物，核酸与蛋白质结合生成的核蛋白构成了生命的原生质。蛋白质是生命体用以表达各项功能的具体工具，而核酸则是用来合成蛋白质的模版。核酸是生物化学界近些年来

22、研究得最为活跃、并且有重大突破的领域。,一、核酸的组成和结构,脲嘧啶（U）,腺嘌呤（A）,鸟嘌呤（G）,胞嘧啶（C）,核酸（RNA）中的核糖和碱基：,腺嘌呤（A）,鸟嘌呤（G）,胞嘧啶（C）,胸腺嘧啶（T）,脱氧核酸（DNA）中的脱氧核糖和碱基：,核糖（RNA)中的核苷：,鸟苷（G）腺苷（A）,胞苷（C）,脲苷（U）,脱氧核糖（DNA)中的核苷：,2-脱氧胞苷dC 2-脱氧胸腺苷dT,2-脱氧鸟苷 dG 2-脱氧腺苷dA,二、核酸的结构,核酸的一级结构：单核苷酸通过3、5位上的磷酸酯键连接起来的多核苷酸链。,核酸的二级结构：多核苷酸链借助于分子内的氢键，通过碱基配对的形式形成的DNA双螺旋的结

23、构。,核酸的三级结构：DNA在双螺旋结构的基础上进一步折叠、盘绕形成的闭链环状、开链环状或麻花状等形状的结构。,腺嘌呤（A）,脲嘧啶（U）,鸟嘌呤（G）,胞嘧啶（C）,RAN中的多核苷酸链,DAN中的多核苷酸链,腺嘌呤（A）,鸟嘌呤（G）,胞嘧啶（C）,胸腺嘧啶（T）,在核酸中，嘌呤碱与嘧啶碱总是成对出现的，也就是说这两种碱基是互补的。,DNA中嘌呤碱与嘧啶碱之间的氢键,DAN的双螺旋结构，由沃森（Watson)与格里克（Crick)于1953年共同提出，由此奠定了分子生物学的基础，而获得1962年的Noble奖。,酵母丙氨酸转移核糖核酸的结构,所谓遗传密码，就是DNA中碱基的排列顺序。DNA所携带的全部遗传信息，都记录在DNA所包含的全部核苷酸的排列顺序中。,DNA的复制,蛋白质的合成,