第十五章蛋白质和核酸

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1、生命科学与技术学院,第十五章 蛋白质和核酸,生命科学与技术学院,主要内容,第一节 氨基酸 第二节 多 肽 第三节 蛋 白 质 第四节 酶 第五节 核 酸 简 介,生命科学与技术学院,第一节 氨基酸,一、分类、命名和构型 1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。 2命名：天然产氨基酸多用习惯名称，即按其来源或性质命名。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。,生命科学与技术学院,3构型： 用D/ L体系表示在费歇尔投影

2、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构型氨基酸也存在于自然界，例如存在于某些抗生素中。,生命科学与技术学院,二、氨基酸的性质,1氨基酸的酸-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=1.610-10，Kb=2.510-12 。 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+

3、CHRCOO -,生命科学与技术学院,（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。,生命科学与技术学院,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 = 4.86.3 酸性氨基酸 pI = 2.73.2 碱性氨基酸 pI = 7.610.8 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

4、基酸的混合物中分离出某些氨基酸。,生命科学与技术学院,2氨基酸氨基的反应,（1）氨基的酰基化 氨基酸分子中的氨基能酰基化成酰胺。 （2）氨基的烃基化 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-AA,生命科学与技术学院,（3）与HCHO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。,生命科学与技术学院,（4）与亚硝酸反应（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

5、出氨基酸中氨基的含量。 NH2反应快，其他氨基不产生干扰。 不适用于脯氨酸,生命科学与技术学院,（5）与茚三酮反应 -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-氨基酸的灵敏的方法。,生命科学与技术学院,3氨基酸羧基的反应,（1）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。,生命科学与技术学院,（2）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

6、降解放出NH3，通过尿液排除体外。,生命科学与技术学院,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 醛在氨存在下加氢氰酸生成-氨基腈，后者水解生成-氨基酸。 例如：,生命科学与技术学院,2.- 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。,生命科学与技术学院,3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,生命科学与技术学院,第二节 多 肽,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

7、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-氨基酸缩合而成的肽称为n肽，由多个-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。,生命科学与技术学院,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。,生命科学与技术学院,2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,很多多肽都采用俗名，如催产素、胰岛素等。,生命科学与技术学院,二、多肽结构的测定,多肽结构的测定主要是作如下工作： 了解某一多肽

8、是由哪些氨基酸组成的。 各种氨基酸的相对比例。 确定各氨基酸的排列顺序。 多肽结构测定工作步骤如下： 1测定分子量 2氨基酸的定量分析,生命科学与技术学院,3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。,生命科学与技术学院,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,生命科学与技术学院,4肽链的选择性断裂及鉴定： 部分水解法常用的蛋白酶有： 胰蛋白酶只水解羰基属于赖氨酸、精氨酸的肽键。 糜蛋白酶水解羰基属于苯

9、丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的肽键。 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。,生命科学与技术学院,生命科学与技术学院,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-COOH 2活化反应基团（活化-NH2或-

10、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。,生命科学与技术学院,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，生物活性1.270%。 西德7月，制备羊胰岛素，生物活性0.510%。 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） 几种哺乳动物胰岛素的氨基酸顺序的差异 A链

11、B链 8 9 10 30 人 苏 丝 异亮 苏 猪 丙 牛 丙 缬 马 甘 羊 ,生命科学与技术学院,第三节 蛋 白 质,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、-球代表蛋白（感冒抗体）等。 2根据组成分： （1）单纯蛋白质其水解最终产物是- 氨基酸。 （2） 结合蛋白质- 氨基酸 + 非蛋白质（辅基） 3 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。,生命科学与技

12、术学院,二、蛋白质的结构,1蛋白质的一级结构 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,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，-螺旋型，-折叠型，氢键，亚基，副键,生命科学与技术学院,牛胰岛素的组成,生命科学与技术学院,生命科学与技术学院,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-肽链（各为141肽）和两条-肽链（各为146肽）四条肽链（共574肽）组成的。 在链，N-6为谷氨酸，若换为缬氨酸，则造成红血球附聚

13、，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。,生命科学与技术学院,2蛋白质的二级结构 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,螺旋型 2,折叠结构, ( 3,无规则卷曲 ),生命科学与技术学院,生命科学与技术学院,3蛋白质的三级结构 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。,生命科学与技术学院,4蛋

14、白质的四级结构 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。,生命科学与技术学院,三、蛋白质的性质,1两性及等电点 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,生命科学与技术学院,生命科学与技术学院,2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

15、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。,生命科学与技术学院,3蛋白质的变性作用,变性条件： 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： 丧失生物活性 溶解度降低 易被水解（对水解酶的抵抗力减弱）。 变性作用的利用： 消毒、杀菌、点豆腐等； 排毒（重金属盐中毒的急救）； 肿瘤的治疗（放疗杀死癌细胞）； 变性作用的防治： 种子的贮存； 人体衰老（缓慢变性）； 防止紫外光灼伤皮肤。,生命科学与技术学院,4蛋白质的颜色反应,（1）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）茚三酮反应 蛋白质与稀的茚三酮溶液