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1、第十九章 氨基酸蛋白质多肽和核糖核酸,氨基酸是构成蛋白质的基本结构单元。氨基酸的不同组合构成不同的蛋白质。蛋白质和核糖核酸是生命体的最重要的组成成分，在生命体活动中其着关键性作用。生命的生长、发育繁殖、遗传等生命的基本现象都与核酸和蛋白质之间的作用密切相关。所以，“氨基酸是生命的基石”。,血红素的输氧作用,血红蛋白的结构,血红蛋白两种构象,-蛋白酶抑制剂,虾红素的活性位点,本章主要内容,1、氨基酸的分类、命名与结构2、氨基酸的性质：两性电离、酯化、脱羧、脱氨与显色3、氨基酸的合成4、蛋白质的结构与性质5、核酸与核苷酸,19.1 氨基酸,一、氨基酸的分类：1、按氨基在分子中位置分为-、-氨基酸等
2、。-氨基酸一般形式：RCH（NH2）COOH。2、根据分子中氨基和羧基的个数分为中性、酸性和碱性氨基酸。3、按Fischer投影式中氨基在左或者右分为L型与D型，天然氨基酸一般是L型,D-，L-氨基酸,除了甘氨酸外，其他氨基酸都具有手性。氨基酸Fischer投影式的书写。氨基酸命名用俗名，见教材P658。,D-氨基酸 L-氨基酸,二、氨基酸的化学性质,结构特点：分子中具碱性氨基和酸性羧基代表性质：具有羧酸和胺的性质。1、两性电离它既可以酸式电离又可以碱式电离。存在形式与环境pH值相关。三种存在形式：阴离子、阳离子和偶极离子。,氨基酸的等电点,当溶液处于某一pH值时，某种氨基酸全部以偶极离子形式
3、存在，此时的pH值就称为某氨基酸的等电点。由于R基不同,不同的氨基酸有不同的等电点。,pH pI pH=pI pH pI阳离子 偶极离子 阴离子,氨基酸在等电点的特性,某种氨基酸在等电点时，以偶极离子的形式存在，在溶液中的溶解度最小。在电场中不定向移动可以通过溶解度或电泳分离提纯混合物中的氨基酸。,氨基酸在电场中的移动方向,氨基酸，其“酸性”、“碱性”溶液具有 不同含义。半光氨酸pI为5.06，处于pH值为4.0的溶液中，酸性溶液以正离子存在。处于pH值为5.5的溶液中碱性溶液以负离子存在。,溶液pH值 pH=4.0 pH=pI=5.0 6 pH=5.5电场中移向 负极 不移动 正极,酸性氨基
4、酸,天门冬氨酸，分子中两羧基，一个碱基酸性氨基酸，pI=2.77。处于pH值为3.0的溶液碱性溶液中，处于pH值为2.0的溶液酸性溶液中。,pH值 pH=2.0 pH=pI=2.77 pH=3.0电场中移向 负极 不移动 正极,碱性氨基酸,赖氨酸，两碱基，一羧基碱性氨基酸pI=10.76。处于pH值为10.0的溶液酸性溶液。在 pH值为11.0的溶液中碱性溶液。,pH值 pH=10.0 pH=pI=10.76 pH=11.0电场中移向 负极 不移动 正极,各类氨基酸大致pI范围,中性氨基酸等电点在57。碱性氨基酸等电点在910。酸性氨基酸等电点在23。,2、氨基酸的酯化与酰化反应,用HCl或苯
5、磺酸催化可以合成氨基酸酯。用酰氯或酸酐在氮原子上酰化,3、氨基酸的氧化脱胺,氨基酸可以被氧化成亚胺，然后水解脱胺。,4、氨基酸与茚三酮显色,茚三酮水溶液与-氨基酸反应生成紫色化合物。用于鉴别氨基酸。,5、氨基酸的定量分析基础,-氨基酸与2，4-二硝基氟苯反应，生成黄色物质，用于比色分析定量。-氨基酸与甲醛反应，释放出酸，用于酸碱滴定分析定量。,6、氨基酸脱羧反应,氨基酸在碱性条件下受热脱羧生成伯胺：动物尸体在腐烂过程中，赖氨酸分解生成尸胺，放出恶臭。,7、氨基酸的成肽反应,两分子的氨基酸在一定条件下可以形成肽键：,二肽,肽分为寡肽（210个残几基组成）与多肽（多于10个残基）。肽的明明是从N-
6、端到C-端。生物体肽的形成内是由酶来完成的,三、氨基酸的合成方法,1、卤代酸与氨在室温反应生成氨基酸。,2、Strecker合成法,醛和按氨、氢氰酸一起反应后水解。可能机理：先成醛亚胺，再与氢氰酸加成。,3、酶法合成氨基酸,一些氨基酸如色氨酸，可以用酶法生产。,4、氨基酸外消旋体的拆分,人工合成氨基酸拆分得有用途的L-氨基酸。1）结晶拆分：将D/L-氨基酸酰基化，与一种左或右旋碱生成非对映体盐，合适溶剂结晶分离。,2）酶法拆分消旋体,一种水解酶只能水解一种酰化氨基酸。再用溶剂提取或离子交换法分离。,19.2 多肽,多肽由多个氨基酸残基通过肽键相连而成。多肽能透过一种天然渗析膜，分子量约为100
7、00，约100氨基酸残基组成。多肽具有N端和C端。多肽书写，带氨基一端在左，称为N-端；带羧基一端在右，称谓C-端。多肽具有两性电离和等电点；多肽在不同pH值溶液中可以带正、负电。在等电点以偶极离子存在。,肽的重要生理作用,谷半胱甘肽（谷氨酸用-氨基成肽键），在生物体内参与氧化还原过程。短杆菌胎S是由5种氨基酸组成的环状10肽，是一种抗菌素。,多肽和蛋白质的合成,两种氨基酸混合脱水产生四种产物。进行官能团保护可以避免。例：把苯丙氨酸的氨基用苄氧基甲酰氯保护。甘氨酸的羧基用苄酯保护。,肽键合成与去保护,然后将两种保护了的氨基酸混合形成肽键，再将两端去保护就合成了所需要的二肽。,19.3 蛋白质,
8、一、组成蛋白质元素 主要为H、C、O、N，少量S。蛋白质还含有P、Fe、I、Zn、Se等元素。虽各中蛋白质组成差异大，但氮元素含量接近，平均约16。任何蛋白质质量约为其氮元素质量的6.25倍。测试生物样品中氮元素的含量，进行换算成蛋白质含量。,二、蛋白质的结构,蛋白质的结构可以分为一、二、三、四级。同种蛋白质-氨基酸的种类与含量相同。各-氨基酸连接顺序一定：肽链结构一定。1、蛋白质的一级结构肽链结构氨基酸残基顺序蛋白质一级结构。一级结构决定蛋白质的N-端和C-端。蛋白质具有两性。一级结构决定蛋白质的等电点。蛋白质在等电点时的溶解度也很小。,2、蛋白质的构象,二、三、四级结构为蛋白质次级结构。蛋
9、白质的二、三级结构：肽链的构象的结构。二级结构蛋白质的肽平面构象。相邻两氨基酸残基-碳原子和酰胺键上O、C、N、H共6个原子在一个平面内肽平面。,肽平面的两种构象,肽平面在空间取向称为蛋白质的二级结构。肽平面主要有-螺旋结构和-折叠结构。-螺旋结构肽链肽平面在空间形成螺旋结构。,-折叠结构,两肽链肽平面在空间形成象屏风一样折叠结构。-折叠结构又分为-平行折叠和-反平行折叠。,-平行折叠-反平行折叠,蛋白质的三级结构,三级结构具二级结构肽链在空间折叠构象。,亚基与四级结构,具三级结构的肽链亚基。四级结构一个或多个亚基在空间组成状况。,3、维系次级结构的作用,维系二、三、四级结构作用范德华力、氢键
10、、盐键、疏水作用、偶极作用、酯键、二硫键等。,范德华力,指原子中带正电荷的核与另一个带负电荷的原子电子层之间的静电引力。包括取向力,诱导力和色散力;该力一般比较小,在维持蛋白质构象中虽有一定的作用,其实际意义难以正确估价;,盐键,定义:正负基团相互接近时,的静电作用特点:在蛋白质内部不多,但在带电的介质中,盐键的形成有利于维持蛋白内部的疏水环境;盐键类型:a.赖氨酸,精氨酸带正电荷,与酸性基团形成;b.天冬氨酸和谷氨酸带负电荷,与碱性基团;c.肽链的C端形成;d.核酸分子中的磷酸基团带负电荷,疏水作用与酯键,实质:热力学作用力-熵作用:体系自由能的最低状态;酯键肽链中游离羧基（如天门冬氨酸、谷
11、氨酸有两个羧基）与羟基（如丝氨酸、苏氨酸有羟基）在酶作用下形成酯键,4、水溶性蛋白质的性质1）两性与等电点2）胶体性质丁铎尔现象、布朗（Brown）运动、电泳现象和不能透过半透膜。3）变性作用蛋白质二、三级结构遭受破坏，理化、生物性质改变。溶解度降低，粘度变大，难以结晶，为酶所水解，丧失生物活性。不可逆变性，二级结构破坏，无法恢复。紫外线、X射线、热、氯化汞、酸性或碱性染料、苯酚或甲醛等,4）沉淀作用可逆沉淀：脱去胶粒的水膜（乙醇、电解质的盐析等），使沉淀出来；不可逆沉淀：变性5）显色反应蛋白质分子中所含的肽键、苯环、酚、某些氨基酸与试剂起作用产生颜色反应。常利用这些颜色反应来鉴别蛋白质。,蛋
12、白质重要的显色反应,注意：非水溶性蛋白质也有部分显色反应,6、（各种）蛋白质的水解肽键本质上是酰胺键。酸性或碱性条件下水解成多肽链。水解的最终产物是氨基酸。局部水解可以帮助分析蛋白质的结构。天然蛋白质水解在生产和生理上都有重要意义。,核酸,核酸是具重要生理作用的天然内高分子化合物。最初从细胞核中分离出来的具有酸性的物质。根据核酸分子中所含核糖不同分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。RNA含核糖，DNA含脱氧核糖。分子中的杂环（碱基）种类也略有差别。核酸的元素组成为C、O、N、P、H。P元素组成比较恒定，一般在9.5，故样品中核算的含量P元素的10.5倍。,核酸完全水解产物,核酸完全
13、水解产物为核糖、杂环和磷酸。RNA水解产物含核糖，DNA水解产物含脱氧核糖。,D-核糖 D-脱氧核糖,核酸分子中的嘧啶碱基,核酸分子中含有三种嘧啶和两种嘌呤。RNA含尿嘧啶、胞嘧啶、腺嘌呤和鸟嘌呤。DNA含胸腺嘧啶、胞嘧啶、腺嘌呤和鸟嘌呤。,尿嘧啶,胸腺嘧啶,胞嘧啶,核酸分子中的嘌呤碱基,RNA含尿嘧啶、胞嘧啶、腺嘌呤和鸟嘌呤。DNA含胸腺嘧啶、胞嘧啶、腺嘌呤和鸟嘌呤。,腺嘌呤,鸟嘌呤,碱基的酮式与烯醇式互变,五个碱基，除了腺嘌呤外都有酮式与烯醇式互变。,核苷,杂环N上H原子与核糖半缩醛羟基脱水形成苷键核苷键核苷。,核糖 尿嘧啶 尿苷（核苷）,脱氧核苷,杂环N上H原子与脱氧核糖半缩醛羟基脱水形成苷键核苷键脱氧核苷。,脱氧核糖 胸腺嘧啶 脱氧胸腺苷,核苷酸,核苷分子上的糖部分的羟基与磷酸用酯键形成的化合物称为核苷酸。,鸟苷酸,脱氧核苷酸,脱氧核苷分子上的糖部分的羟基与磷酸用酯键形成的化合物称为脱氧核苷酸。,脱氧鸟苷酸,核苷的水解,核苷酸，水解成核糖和嘧啶或嘌呤。,脱氧核苷的水解,脱氧核苷酸水解成脱氧核糖和嘧啶或嘌呤。,脱氧核糖核酸和核糖核酸的结构,核苷酸通过磷酸二酯键连接成核糖核酸。,核糖核酸的碱基,脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成脱氧核糖核酸。,脱氧核糖核酸,DNA的双聚螺旋结构,DNA的球状模型,
