蛋白质和核酸化学课件

蛋白质和核酸化学单元目标1.列出蛋白质的元素组成、元素组成特点及列出蛋白质的元素组成、元素组成特点及蛋白质根本组成单位。蛋白质根本组成单位。2.描述蛋白质分子构造及构造与功能的关系。描述蛋白质分子构造及构造与功能的关系。3.简述蛋白质的理化性质简述蛋白质的理化性质4.说出蛋白质的分类说出蛋白质的分类5.表达核酸的分子组成和构造表达核酸的分子组成和构造蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能1.1.蛋白质是生物体的重要组成成分蛋白质是生物体的重要组成成分2.2.蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能1 1作为生物催化剂作为生物催化剂 2 2代谢调节作用代谢调节作用3 3免疫保护作用免疫保护作用 4 4物质的转运和存储物质的转运和存储5 5运动与支持作用运动与支持作用6 6参与细胞间信息传递参与细胞间信息传递3.3.氧化供能氧化供能第一节第一节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成一、蛋白质的元素组成一、蛋白质的元素组成1.元素：碳、氢、氧、氮2.组成特点：蛋白质含氮量是13%-19%，平均约为16%，即即1 1克氮相当于克氮相当于6.256.25克蛋克蛋白质。白质。3.计算蛋白质含量的公式：每克样品中含氮每克样品中含氮g g数数6.25=6.25=每克样品中所每克样品中所含蛋白质克数含蛋白质克数练习题练习题1.用定氮法测出1g样品大豆中含氮0.058g，试问100g大豆中含蛋白质多少克？2.用凯氏微量定氮法测得0.2ml血清中含氮2.1mg，问100ml血清中含蛋白质多少克？二、蛋白质的根本单位二、蛋白质的根本单位氨基酸氨基酸氨基酸是蛋白质的根本组成单位。氨基酸是蛋白质的根本组成单位。20标准氨基酸标准氨基酸氨基氨基-NH2和羧基和羧基-COOH不带电形式 H2NCHCOOHR +H3NCHCOO-R两性离子形式科普知识：必需氨基酸必需氨基酸必需氨基酸：人体必不可少，而机体内又不能合成的，必须从食物中补充的氨基酸，称必需氨基酸。对成人来说，这类氨基酸有8种，包括赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、色氨酸和苯丙氨酸。对婴儿来说，组氨酸也是必需氨基酸必需氨基酸。这就提醒人们不要挑食，食物面越广越好。三、蛋白质的根本构造三、蛋白质的根本构造*肽肽键键(peptide bond)：是是由由一一个个氨氨基基酸酸的的-羧羧基基与与另另一一个个氨氨基基酸酸的的-氨氨基基脱水缩合而形成的化学键。脱水缩合而形成的化学键。一肽键和肽一肽键和肽2.多肽链多肽链3.生物活性肽生物活性肽(1)(2)二二一级结构是空间结构的基础。结构与功能密切相关，蛋白质的一级一级结构是空间结构的基础。结构与功能密切相关，蛋白质的一级结构一旦确立，其空间结构以及生理功能也基本确立。结构一旦确立，其空间结构以及生理功能也基本确立。四、蛋白质的空间构造四、蛋白质的空间构造多肽链需通过各种方式卷曲成特定的空间构造。蛋白质肽链通过折叠、盘曲，使分子内部原子形成一定的空间排布及相互关系，称为蛋白质的构象，即空间构造。维持蛋白质空间构造的化学键主要有氢键、盐键、疏水键、范德华力等非共价键和二硫键，统称为次级键或副键。蛋白质的空间构造包括二级、三级和四级构造。一蛋白质分子的二级构造一蛋白质分子的二级构造1.-螺旋螺旋2.-折叠折叠3无规那么卷曲是指多肽链中规那么性不强的一些区段的构象无规那么卷曲是指多肽链中规那么性不强的一些区段的构象二蛋白质的三级构造二蛋白质的三级构造在二级构造的根底上，多肽链进一步折叠、盘曲，主链、侧链都包括在内所形成的空间构造称为蛋白质的三级构造。只有一条肽链构成的蛋白质具备了三级构造就有生物活性，假设有2条以上肽链构成的蛋白质还需进一步形成更高级构造才具有相应的生物活性。维持三级构造的化学键是次级键。蛋白质的三级构造蛋白质的三级构造 三蛋白质分子的四级构造三蛋白质分子的四级构造有的蛋白质分子由两条以上具有独立三级构造的肽链通过非共价键相连聚合而成，其中每一条肽链称为一个亚基或亚单位(subunit)。各亚基在蛋白质分子内的空间排布及相互接触称为蛋白质的四级构造。蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构四蛋白质构造与功能的关系1种属差异种属差异蛋白质一级构造的种属差异十清楚显，但一样局部氨基酸对蛋白质的功能起决定作用。根据蛋白质构造上的差异，可以断定它们在亲缘关系上的远近。2分子病分子病蛋白质分子一级构造的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。1.一级构造与功能的关系镰状细胞贫血镰状细胞贫血sick-cell anemia从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。-链 1 2 3 4 5 6 7Hb-A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-LysHb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys蛋白质的空间构造一旦改变就会影响蛋白质的生物活性。如右图牛核糖核酸酶的空间构造与功能。2.2.空间构造与功能的关系空间构造与功能的关系牛脑海绵状病，简称BSE。1985年4月，医学家们在英国发现了一种新病，专家们对这一世界始发病例进展组织病理学检查，并于1986年11月将该病定名为BSE，首次在英国报刊上报道。食用被疯牛病污染了的牛肉、牛脊髓的人，有可能染上致命的克罗伊茨费尔德雅各布氏症简称克雅氏症，其典型临床病症为出现痴呆或神经错乱，视觉模糊，平衡障碍，肌肉收缩等。病人最终因精神错乱而死亡。医学界对克雅氏症的发病机理还没有定论，也未找到有效的治疗方法。五、蛋白质的理化性质+三蛋白质的沉淀三蛋白质的沉淀 蛋白质从溶液中析出的现象蛋白质从溶液中析出的现象1.盐析盐析：加盐使蛋白质沉淀析出。分段盐析：调节盐浓度，可使混合蛋白质溶液中的几种蛋白质分段析出。血清球蛋白50%(NH4)2SO4饱和度，清蛋白饱和(NH4)2SO4)。2.加有机溶剂加有机溶剂：控制低温可得到不变性的蛋白质沉淀。3.加重金属盐加重金属盐：利用该性质抢救重金属中毒者4.加某些有机酸加某些有机酸：单宁酸、苦味酸、钼酸、钨酸。临床检验中可用这些酸类检查尿蛋白。四蛋白质的变性四蛋白质的变性六、蛋白质的分类六、蛋白质的分类1.根据蛋白质分子组成：根据蛋白质分子组成：单纯蛋白质单纯由氨基酸组成单纯蛋白质单纯由氨基酸组成结合蛋白质有蛋白质局部和非蛋白质局结合蛋白质有蛋白质局部和非蛋白质局部部2.根据蛋白质分子形状根据蛋白质分子形状球状蛋白质球状蛋白质纤维状蛋白质纤维状蛋白质第二节核酸化学一、核酸的分子组成核酸核苷酸核酸的构造层次：核酸核苷酸 核苷酸磷酸+戊糖+含氮碱核苷磷酸戊糖碱基核糖RNA脱氧核糖DNA嘌呤碱A、G嘧啶碱C、U、T二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成1.磷酸 比较：蛋白质中的氮比较恒定2.戊糖核糖RNA和脱氧核糖DNA两种一核酸的根本成分一核酸的根本成分3.含氮碱含氮碱：嘌呤嘌呤(purine)腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)嘧啶嘧啶(pyrimidine)尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷脱氧腺嘌呤核苷脱氧腺嘌呤核苷核苷核苷=戊糖戊糖+碱基碱基二、核苷酸的构造二、核苷酸的构造+磷酸磷酸 =核苷酸核苷酸腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸AMPAMP鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸GMPGMP胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸CMPCMP尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸UMPUMP腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸 dAMPdAMP鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸 dGMPdGMP胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸 dCMPdCMP胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸 dTMP dTMP腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸AMP胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸d-TMP二、核酸的分子构造二、核酸的分子构造一核酸的一级构造多核苷酸链一核酸的一级构造多核苷酸链3，5-磷酸二酯键：一个核苷酸磷酸二酯键：一个核苷酸C-3上的羟基与另一个上的羟基与另一个核苷酸核苷酸C-5上的磷酸脱水缩合而成的酯键。上的磷酸脱水缩合而成的酯键。3-末端与末端与5-末端：多核苷酸链的一端是磷酸与戊糖末端：多核苷酸链的一端是磷酸与戊糖C-5相连，称为相连，称为5-末端；另一端在戊糖末端；另一端在戊糖C-3上有一个自由上有一个自由羟基，称为羟基，称为3-末端。末端。核酸的一级构造：在多核苷酸链中核苷酸的排列顺序称核酸的一级构造：在多核苷酸链中核苷酸的排列顺序称为核酸的一级构造。为核酸的一级构造。A-T-G-C-C-A-G-G-TT-A-C-G-G-T-C-C-A53355磷酸磷酸3羟基羟基3,5-磷酸二磷酸二酯键酯键(二二 核酸的表示方式核酸的表示方式字母式字母式5PAPCPGPCPTPGPTPAOH 3 5 PACGCTGTAOH 3线条式线条式OH多核苷酸链多核苷酸链3端端5端端1.DNA的碱基组成及规律的碱基组成及规律 碱基组成：碱基组成：A、G、T、C Chargaff规那么：规那么：1所有所有DNA中都均存在以下关系中都均存在以下关系A=T、G=C，即嘌呤，即嘌呤=嘧啶嘧啶 A+G=T+C 2DNA的碱基组成具有种属特异性，而的碱基组成具有种属特异性，而无组织和器官特异性，也不随条件的变化而变化无组织和器官特异性，也不随条件的变化而变化意义：是双螺旋构造模型的重要依据意义：是双螺旋构造模型的重要依据 三核酸的空间构造三核酸的空间构造2.DNA2.DNA的二级构造：的二级构造：1 1WatsonCrickWatsonCrick双双螺螺旋旋构构造造模模型：型：碱基A或GT或C2 nm特点：特点：a.双链反向平行右手螺旋双链反向平行右手螺旋b.糖糖-Pi 在螺旋外侧构成主链骨架，在螺旋外侧构成主链骨架，c.碱基在内侧且与轴平面垂直碱基在内侧且与轴平面垂直 d.配对碱基形成氢键，总是配对碱基形成氢键，总是A与与T、G与与C为碱基对，碱基对间氢键为碱基对，碱基对间氢键数：数：A=T、GCe.螺旋直径为螺旋直径为2nm，10对核苷酸上对核苷酸上升一圈，螺距为升一圈，螺距为3.4nm 该模型提醒了该模型提醒了DNADNA作为遗传物质的稳定性特征，最作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了碱基配对原那么，这是有价值的是确认了碱基配对原那么，这是DNADNA复制、复制、转录和反转录的分子根底，亦是遗传信息传递和表达转录和反转录的分子根底，亦是遗传信息传递和表达的分子根底。该模型的提出是上个世纪生命科学的重的分子根底。该模型的提出是上个世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速开展的基石。个生命科学飞速开展的基石。沃森和克里克的沃森和克里克的DNADNA双螺旋构造模型具有十分重双螺旋构造模型具有十分重大的生物学意义。大的生物学意义。3.RNA的空间构造的空间构造RNARNA分子通常以单链的形式存在，但是单链可以在分子通常以单链的形式存在，但是单链可以在分子通常以单链的形式存在，但是单链可以在分子通常以单链的形式存在，但是单链可以在某些节段回折形成局部的双螺旋构造。某些节段回折形成局部的双螺旋构造。某些节段回折形成局部的双螺旋构造。某些节段回折形成局部的双螺旋构造。1 tRNA主要特征：主要特征：1.四臂四环；四臂四环；2.氨基酸臂氨基酸臂3端有端有CCAOH的共有构造；的共有构造；3.D环上有二氢尿嘧啶环上有二氢尿嘧啶D；4.反密码环上的反密码子与反密码环上的反密码子与mRNA相互作用；相互作用；5.可变环上的核苷酸数目可以变动；可变环上的核苷酸数目可以变动；6.TC环含环含有有T和和；7.含有修饰碱基和不变核苷酸。含有修饰碱基和不变核苷酸。氨基酸臂氨基酸臂功能：结合氨基酸功能：结合氨基酸T C环环额外环额外环可变环可变环反密码子反密码子功能：识别密码子功能：识别密码子反密码环反密码环DHU环环功能：与核糖功能：与核糖体体rRNA结合结合二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶假尿嘧啶假尿嘧啶二级构造：三叶草型二级构造：三叶草型二级构造：三叶草型二级构造：三叶草型三级构造：倒三级构造：倒L形形tRNAtRNA三级构造三级构造*tRNA的功能的功能活活化化、搬搬运运氨氨基基酸酸到到核核糖糖体体，参参与与蛋蛋白质的翻译。白质的翻译。游离核苷酸的作用：游离核苷酸的作用：是生物体生理活动所需能量的直接供体，如是生物体生理活动所需能量的直接供体，如ATP。是合成糖原、磷脂、蛋白质、是合成糖原、磷脂、蛋白质、DNA和和RNA所必需的物质和原料，如各种核苷三磷酸。所必需的物质和原料，如各种核苷三磷酸。是某些重要辅酶基的组成成分。是某些重要辅酶基的组成成分。有的核苷酸是体内代谢调节的重要物质，如有的核苷酸是体内代谢调节的重要物质，如cAMP和和cGMP。三磷酸核苷与环化核苷酸三磷酸核苷与环化核苷酸cAMP（信息传递）ATP(能量供应）PO-OOAMPOPOHOADPATPP OHHOO3、DNA的热变性：DNA稀盐溶液加热到稀盐溶液加热到801000C，几分钟内，几分钟内双螺旋键即解开，形成无规那么的线团。双螺旋键即解开，形成无规那么的线团。伴随伴随DNA的变性，的变性，OD260增高增色效应增高增色效应，粘度降低，生物活性消失。，粘度降低，生物活性消失。四核酸的复性变性变性DNA在适当的条件下除去变性因素在适当的条件下除去变性因素，可使两条分开的链按照碱基配对规律，可使两条分开的链按照碱基配对规律重新缔合重新缔合reassociation成双螺旋构造，成双螺旋构造，这一过程称为复性。这一过程称为复性。复性后的复性后的DNA其理化性质和生物功能都得其理化性质和生物功能都得到局部恢复。到局部恢复。减色效应：复性的减色效应：复性的DNA溶液紫外吸收下降溶液紫外吸收下降 核酸核酸的变性、复性和杂交的变性、复性和杂交变性（加热）变性（加热）探针探针杂交（缓慢冷却）杂交（缓慢冷却）复性（缓慢冷却）复性（缓慢冷却）Thank You!不尽之处，恳请指正！不尽之处，恳请指正！