氨基酸蛋白质核酸

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Chapter 15,第15章 氨基酸、蛋白质及核酸,Amino Acids 、Protein and Nuclear Acid,1,15.1 氨基酸的分类及结构,15.2 氨基酸的来源及制法,15.3 氨基酸的性质,15.4 肽的结构及命名,15.5 多肽的结构测定及合成,15.6 蛋白质的分类、组成和性质,15.7 蛋白质的结构,15.8 核 酸,15.9 核糖核酸和脱氧核糖核酸,2,15.1 氨基酸的分类及结构,15.1.1 氨基酸的分类,15.1.2 氨基酸的命名,15.1.3 氨基酸的结构,3,15.1.1 氨基酸的分类,氨基酸,a,-氨基酸是组成蛋白质的基石，蛋白质与生命起源和生命活动密切相关。,4,1.按,氨基位置,分为：,a,，,b,，,g,，,氨基酸,a,-,氨基酸：,(1)酸性氨基酸,-COOH,数 ,-NH,2,数,(2)中性氨基酸,-COOH,数 =,-NH,2,数,(3)碱性氨基酸,-COOH,数 200 ；,溶于水，不溶于非极性溶剂；,有盐的性质。,21,表,15-2,常见的,-,氨基酸的物理性质,22,23,2 IR谱：,1600 cm,-1,( 1700 cm,-1,没有峰,),26003100 cm,-1,(,强、宽,),24,15.3.2 氨基酸的化学性质,1 两性和等电点,氨基酸有,羧基,和,氨基,化合物的典型反应，也有相互影响的,综合性质,。,强酸 强碱 弱碱 弱酸,强碱 强酸 弱酸 弱碱,（1）两性：有酸性又有碱性,25,内盐：,氨基酸本身的氨基与羧基作用形成的盐，称为内盐。,偶极离子：,内盐分子同时具有两种离子的性质，称为偶极离子，又称两性离子。,丙氨酸,谷氨酸,组氨酸,26,一个氨基酸总可以找到一个pH值，在该pH值下，正、负离子的浓度完全相等，此时向阳极移动和向阴极移动的离子彼此抵消（即没有净的迁移），或者说，电场中不显示离子的迁移。将此时的pH值称为该氨基酸的等电点(IP)。,负离子,（I,）,正离子,(III),（2）氨基酸的特殊性等电点,27,（3）甘氨酸滴定曲线,28,中性氨基酸的等电点：,IP=5.66.3,酸性氨基酸的等电点：,IP=2.83.2,碱性氨基酸的等电点：,IP=7.610.8,不同的氨基酸有不同的等电点，所以可以通过测定氨基酸的等电点来鉴别氨基酸。,等电点时，以两性离子形式存在的氨基酸浓度最大（在水溶液中），氨基酸的溶解度最小。,29,组氨酸,IP=,7.59,脯氨酸,IP=,6.3,色氨酸,IP=,5.8,30,2 受热后的消除反应,(1),-氨基酸,(2),b,-,氨基酸,31,(3), -,氨基酸,(4),w,-,氨基酸,-,H,2,O,n,- 2,H,2,N,(,C,H,2,),m,C,N,H,(,C,H,2,),O,C,O,N,H,(,C,H,2,),C,O,O,H,n,H,2,N,(,C,H,2,),C,O,O,H,(m5),m,m,m, ,32,3 与水合茚三酮的显色反应,茚茚三酮 水合茚三酮,33,（蓝紫色）,鉴别含有游离氨基的,a,-氨基酸,34,4 与亚硝酸反应,定量分析,NH,2,的含量,（Van-Slyke,反应,）,35,15.4 肽的结构及命名,15.4.1 肽的结构,15.4.2 肽的命名,36,15.4.1 肽的结构,二肽,肽（缩氨酸）,：,氨基酸分子间的氨基与羧基脱水，生成以酰胺键相连接的化合物叫做缩氨酸，简称肽,（peptides）。,肽键,：,酰胺键又叫肽键,。,a,-,氨基酸的数目决定肽链长短。如：二肽、三肽,37,N,端,C,端,命名：,丙氨酰,酪氨酰,甘氨酸,简称：,丙,酪,甘,符号表示：,Ala,-Tyr-,Gly,15.4.2 肽的命名,从N端向C端命名,某氨酰某氨酰某氨酸。如,38,N,端,C,端,命名：,甘氨酰,酪氨酰,丙氨酸,简称：,甘,酪,丙,符号表示,：,Gly,-Tyr-,Ala,39,15.5 多肽的结构测定及合成,15.5.1 概述,15.5.2 多肽结构的测定,15.5.3 多肽的合成,40,15.5.1 概述,1.定义,多肽:,一般是将相对分子质量在,10000,以下，,能透过半透膜以及不被三氯乙酸或硫酸所沉,淀的称为多肽。,41,N,近似,sp,2,杂化,肽键的几何形状,H,N,C,C,H,R,O,C,O,C,R,H,N,C,C,H,R,N,H,O,123,o,114,o,114,o,125,o,121,o,110,o,123,o,0.147nm,0.153nm,0.124nm,0.132nm,2.肽键构型,42,3.肽分子中可能有,二硫键,Na +液NH,3,空气氧化,Cys-Tyr-Ile-Glu-Arg-Cys-Pro-Leu-Gly NH,2,S,S,牛催产素,肽中的SH氧化成SS键,43,15.5.2 肽链结构的测定,1.测定肽或蛋白质的一级结构需要进行下面几项工作：,（1）彻底水解，测氨基酸的相对含量，求实验式,（2）测相对分子质量，确定分子式,（3）测定肽或蛋白质中各氨基酸的排列顺序,44,2. 测相对分子质量，确定分子式,该工作由氨基酸自动分析仪完成,3.,测定肽或蛋白质中各氨基酸的排列顺序,45,Edman,降解法,3,R,C,H,C,O,N,H,R,C,H,C,O,N,H,C,H,R,N,H,C,O,N,H,C,S,H,O,+,异硫氰酸苯酯,只有,N,端的氨基酸水解，逐步确定顺序,C,H,R,N,H,C,O,C,S,N,+,苯基乙内酰硫脲,R,C,H,C,O,N,H,R,C,H,C,O,N,H,2,(1) N端氨基酸分析,46,(2) C端氨基酸分析,逐步确定氨基酸的连接顺序,R,C,H,C,O,N,H,O,H,R,C,H,C,O,N,H,C,H,R,H,N,C,O,O,H,2,R,C,H,C,O,N,H,C,H,R,H,N,C,O,O,H,R,C,H,C,O,N,H,2,O,H,+,+,羧,肽酶,(降解后的多肽),47,催产素和加压素是九肽，结构如下：,S,S,2,N,H,2,N,H,2,半胱酪异亮,半胱天门冬谷NH,脯亮甘,(催产素),S,S,NH,2,NH,2,半胱酪苯丙,半胱天门冬谷NH,2,脯精甘,（加压素）,催产素已有工业生产。,48,15.5.3 多肽的合成,1 反应的特点,四种产物,(1),甘氨酰 甘氨酸 甘、甘,甘氨酰 丙氨酸 甘、丙,丙氨酰 甘氨酸 丙、甘,丙氨酰 丙氨酸 丙、丙,49,C,N,H,O,键，易反应,。,(2),多肽中有,(3)多,NH,2,、-COOH,存在，形成不同的肽键,。,50,2 氨基的保护与羧基的活化,（1）活化,COOH：,（,Y= Cl, OCOR, OC,6,H,4,NO,2,等,）,（2）保护,NH,2,：,氯甲酸苄酯,51,N,H,2,C,H,C,O,O,H,R,R,C,O,O,H,N,H,2,保护,R,O,Z-NHCHC-Y,N,H,2,-,C,H,-,C,-,N,H,-,C,H,C,O,O,H,O,R,R,Z,-,N,H,-,C,H,-,C,-,N,H,-,C,H,C,O,O,H,O,R,R,N,H,2,C,H,C,O,O,H,R,ZNHCHCOOH,活化,去保护基,+,Z,活化目的：增加羰基碳的电正性，有利-NH,2,亲核进攻，降低反应温度。,保护目的：防止与其它试剂反应，受其它试剂的干扰。,（3）,合成过程,52,3 合成实例,(氯甲酸苄酯) (甘氨酸),(苄氧碳酰甘氨酸) (苄氧碳酰甘酰氯),(甘氨酰丙氨酸),去保护基,53,1953年 合成催产素 9个氨基酸组,成，由 -S-S-连成环状。,1965年 中国合成结晶牛胰岛素(51个氨基酸组成)。,A链 21个-S,B链 30个-S,1979年 日本合成牛胰核糖核酸酯(124个氨基酸组成)。,反复保护活化反应直到完成合成。,54,4 固定相技术,原 理：,把要合成肽链的末端氨基酸的羧基以共价键与不溶性（固相）高分子树脂相连，形成高分子树脂为酯基的氨基酸酯；其氨基在DCC促进下，与另一氨基保护基的氨基酸反应，形成肽键；脱去氨基保护基，再重复上述操作，增长肽键；最后从固定相上断裂下来，得纯净的多肽。,Bruce Merrifield,1984，Nobel Prize,“固相合成技术”专题,55,5 组合化学,以树脂为载体，经过几次同步合成可获得上百万个多肽分子。,例如：19种氨基受保护的天然蛋白氨基酸分别连到树脂上，即得19种与树脂相连的氨基酸，混合后脱保护，再分成19份分别与19种氨基受保护的天然氨基酸进行偶联反应，得到1919种与树脂相连的二肽。混合后脱保护，再分成19份，与19种天然氨基酸偶联，可得191919种与树脂相连的三肽，如是进行五次合成可得2,476,099种五肽（称为250万种五肽库)。,“组合化学”专题,56,15.6 蛋白质的分类、组成和性质,15.6.1 蛋白质的功能,15.6.2 蛋白质的分类,15.6.3 蛋白质的组成,15.6.4 蛋白质的性质,57,15.6.1 蛋白质的功能,输送氧色蛋白、血红蛋白,调节代谢激素、酶,防病抗体,遗传核蛋白,58,15.6.2 蛋白质的分类,1.按水解产物分类,(1),简单蛋白质,：,水解后只能生成,-氨基酸的蛋白质。,(2),结合蛋白质,：,水解后除生成,-氨基酸外，还生成非蛋白物质的蛋白质。,辅基,：,结合蛋白质的非蛋白物质通常有糖类、脂类、核酸和各种辅助基团等，它们统称辅基。,59,2.根据,辅基,不同，结合蛋白质又分为：,糖蛋白,脂蛋白,核蛋白,色蛋白,60,3.按溶解度不同分类,(1),纤维蛋白,不溶于水，这类蛋白质构成动物的组织。,如：丝、羊毛、皮肤、头发、角、爪甲、蹄、羽毛等。,(2),球蛋白,可溶于水或酸、碱、盐水溶液，这类蛋白质是在动物体内起着维护、调节生命活动的功能性蛋白质。,如：酶、激素等。,61,15.6.3 蛋白质的组成,C O H N S P Fe Zn Mo,% 5055 2023 67 1517 0.23,Wm = 12000万,_,微 量,62,15.6.4 蛋白质的性质,1 两性和等电点,表15-3 一些蛋白质的等电点,在等电点时蛋白质溶解度最小，易分离,63,2 高分子性质,(1)在水中，有稳定双电层的胶体质(110,m),(2)盐析： (可逆性),不同蛋白质，需要盐的浓度不同，可达分离作用。,3 变性,受物理、化学因素的作用，使蛋白质的,物理、化学性质改变。,如：Hg,2+,、Pb,2+,导致中毒，高温、酒精也能使蛋白凝固。,64,15.7 蛋白质的结构,15.7.1 一级结构,15.7.2 二级结构,15.7.3 三级结构,15.7.4 四级结构,65,15.7.1 一级结构,氨基酸在蛋白质肽链中排列的顺序叫做蛋白质的,一级结构,。,牛胰岛素,甘-异亮-缬-谷-谷-半胱-半胱-丙-丝-缬-半胱-丝-亮-酪-谷-亮-谷-天冬-酪-半胱,苯丙-缬-天冬-谷-组-亮-半胱-甘-丝-组-亮-缬谷丙亮酪亮缬半胱,苏赖脯苏酪苯丙苯丙甘精谷甘,S,S,S,S,S,S,N,H,2,N,H,2,N,H,2,N,H,2,N,H,2,A链：,B链：,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19,30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20,天冬,21,一级结构决定生物活性,66,15.7.2 二级结构,二级结构,：,蛋白质肽链的排列形状叫做蛋白质的二级结构。,67,1,a,-螺旋,二级结构(,a,-螺旋),在一个方向，向下,68,C为sp,2,，N近似sp,2,必在一个平面内,不能旋转,可以旋转,2,b,-折叠形,69,3,b,-折叠形,多肽链,b,-折叠形构象,70,71,15.7.3 三级结构,三级结构,：,蛋白质的三级结构是肽链（二级结构）进一步扭曲折叠形成的复杂空间结构。是由ss键扭在一起。,核糖核酸酶的三级结构示意图,72,73,15.7.4 四级结构,四级结构,：,各个亚基聚合成大分子的方式称为,蛋白质的四级结构。,亚基（原体）,：,构成蛋白质的肽链。,胰岛素：,由相对分子量为6000或12000的两个以上亚基聚合而成。,血红蛋白：,由两条,a,-链和两条,b,-链构成的四聚体。,74,75,蛋白质有四级结构,肽链中各种氨基酸相互联接的顺序是蛋白质的初级结构，也叫一级结构。,多肽链主链骨架中的若干肽段，通过氢键，形成有规则的构象，这称为二级结构。,-,螺旋 -折叠,在二级结构的基础上，多肽链间通过氨基酸残基侧链的相互作用而进行盘旋和折叠，因而产生的特定的三维空间结构，这称为三级结构，也称为蛋白质的亚基。,各个亚基在低聚蛋白中的空间排布及相互作用，称为蛋白质的四级结构。,76,15.8 核 酸,15.8.1 核酸的组成,15.8.2 核酸及脱氧核酸,15.8.3 碱基,15.8.4 核苷,15.8.5 核苷酸,77,核酸,：,核酸是从细胞内分离出来的有酸性的生物高分子（多聚核苷酸），是生物合成蛋白质不可缺少的物质，是生物遗传的物质基础。,C 、 H 、 O 、 N 、 P 、 S,1516%,910%,15.8.1 核酸的组成,78,蛋白质,核蛋白,核酸,核苷酸,核苷,戊糖,碱基,（杂环碱）,磷酸,79,15.8.2 核糖及脱氧核糖,b,-D-,呋喃核糖,a,-D-,呋喃核糖,b,-D-,呋喃脱氧核糖,a,-D-,呋喃脱氧核糖,80,15.8.3 碱 基,核苷酸水解得到碱基嘌呤碱和嘧啶碱。,腺嘌呤,(Adenine,简称,A),鸟嘌呤,(Guanine ,简称G),胞嘧啶,(Cytosine，简称C),尿嘧啶,(Uracil，简称U),胸腺嘧啶,(Thymine，简称T),81,嘌呤,：,嘌呤是由一个咪唑环和一个嘧啶环稠合而成的杂环化合物。,咪唑 嘧啶 嘌呤,以上五种杂环碱都有互变异构体存在。,如：鸟嘌呤以酮式与烯醇式两种互变异构体存在。,酮式,烯醇式,82,15.8.4 核 苷,核苷,：,有戊糖和碱基缩合而成的糖苷成为核苷。,腺嘌呤核苷,(adenosine),胞嘧啶脱氧核苷,(deoxycytidine),83,核苷中的D-核糖及D-2-脱氧核糖均为呋喃型环状结构。,糖环中的1,-C是不对称碳原子，所以有,a,-及,b,-两种构型。但核酸分子的糖苷键均为,b,-糖苷键。,核苷分为： 核糖核苷,脱氧核糖核苷,84,15.8.5 核苷酸,核苷酸,：,核苷中2 、3,、和5 的羟基被磷酸酯化，,产物是核苷酸。,核苷酸分为： 核苷酸和脱氧核苷酸,85,5 -,腺嘌呤核苷酸,(AMP),3,-,胞嘧啶脱氧核苷酸,3 -dCMP,86,15.9 核糖核酸和脱氧核糖核酸,15.9.1 RNA和DNA的一级结构,15.9.2 DNA的二级结构,15.9.3 核酸的功能,87,15.9.1 RNA和DNA的一级结构,核糖核酸（RNA）,：,核酸水解得到的核糖的核苷酸。,脱氧核糖核酸（DNA）,:,核酸水解得到的脱氧核糖的核苷酸。,一级结构,：,核酸中诸核苷酸之间连键的性质及核苷酸排列的顺序。,空间结构,：,RNA和DNA的一级结构如下所示：,88,RNA,结构,DNA,结构,89,15.9.2 DNA的二级结构,二级结构,：,多核苷酸链内或链与链之间通过氢键折叠卷曲的构象。,DNA的二级结构为,双螺旋结构,。,DNA的双螺旋结构示意图如下：,T-A,碱基结构,G-C碱基结构,90,DNA,的双螺旋结构示意图,91,DNA的,双螺旋结构分子模型示意图,92,DNA的,双螺旋结构分子模型动画,93,DNA,复制的示意图,94,15.9.3 核酸的功能,RNA :,RNA,存在于细胞质中。,参与蛋白质的生物合成。,DNA :,DNA,是遗传信息的携带者，,DNA,中的遗传信息，传给,RNA,，再传给蛋白质。,DNA,决定生物合成蛋白质的特定结构，,95,