高中化学竞赛 有机化学第14章_蛋白质和核酸-ding

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1、 第十四章蛋白质和核酸 1 掌握常见氨基酸的分类 结构与命名2 熟悉 氨基酸的化学性质及鉴别方法3 了解蛋白质的四级结构4 掌握蛋白质的性质 重点掌握两性性质 呈色反应 沉淀与变性5 了解核酸 DNA RNA 的分类与组成 掌握核苷 单核苷酸的结构特点6 了解DNA的二级结构 双螺旋结构 特点 本章要求 第一节氨基酸 一 氨基酸的结构 分类和命名 氨基酸按分子中所含 NH2和 COOH的相对位置 可将其分为 氨基酸是构成蛋白质的基本单元 有八种人体必需氨基酸 即人体本身不能合成的氨基酸 根据氨基和羧基的数目 氨基酸又可分为 1 中性氨基酸 分子中 NH2和 COOH的数目相等 2 碱性氨基酸

2、分子中 NH2数目 COOH数目 3 酸性氨基酸 分子中 COOH数目 NH2数目 氨基酸的构型标记 有D L相对构型标记和R S绝对构型标记 D L相对构型标记 R S绝对构型标记手性碳原子 命名 3 苯基 2 氨基丙酸 苯丙氨酸 2 6 二氨基己酸 赖氨酸 二 氨基酸的性质 氨基酸为白色结晶固体 具有较高熔点 其熔点约为200 300 且大多数在熔化时分解 氨基酸易溶于水 略溶于甲醇 乙醇 难溶于乙醚 四氯化碳 苯等有机溶剂 1 两性性质和等电点氨基酸既含有氨基 可接受H 又含有羧基 可电离出H 所以氨基酸具有酸碱两性性质 等电点 若调节溶液的pH值 使 NH2和 COOH的离子化程度相等

3、 即 正负电荷数相等 氨基酸所带的净电荷为零 在电场中既不向阴极移动 也不向阳极移动 此时氨基酸所处溶液pH值称之为该氨基酸的等电点 以pI表示 PH PI PH PI PH PI 练习1 丙氨酸 PI 6 0 1 在PH 2时的电场中向何方移动 2 在水溶液中向电场中向何方移动 练习2 色氨酸 PI 5 89 1 在PH 12时向电场中何方移动 2 在PH 1时向电场中何方移动 练习3 谷氨酸 PI 3 22 溶于水后 1 以何种离子形式存在 2 向电场中何方移动 负离子 阳极 阳极 阴极 阴极 阳极 2 与2 4 二硝基氟苯 DNFB 反应 常用于肽链的N 端分析 3 与亚硝酸反应 根据放

4、出氮气的量可计算出 氨基酸的含量 4 与甲醛的反应 N N 二羟甲基氨基酸 5 氧化脱氨反应 6 配位反应 可用于分离或鉴定氨基酸 蓝色结晶 7 成肽反应 由两个氨基酸分子脱水形成的肽叫二肽由三个氨基酸分子脱水形成的肽叫三肽 由多个氨基酸分子脱水形成的肽叫多肽 多肽的书写是将含有游离氨基的一端写在左边 叫N 端 含有游离羧基的一端写在右边 C 端 多肽的命名是以C 端的 氨基酸为母体 在母体氨基酸名称前按氨基酸的排列顺序从N 端开始 依次加上氨基酸残基相应的酰基名称 一个五肽分子部分水解得到3个三肽 即谷 精 甘 甘 谷 精 精 甘 苯丙 经N 端分析发现N 端为甘氨酸 请写出该五肽中氨基酸的

5、连接顺序 谷 精 甘 甘 谷 精 精 甘 苯丙 甘 谷 精 甘 苯丙 练习 命名 丙氨酰甘氨酰甘氨酸 凡含有游离氨基的 氨基酸都有此反应 氨基酸无此反应 该反应用于 氨基酸 脯氨酸除外 的定性和定量分析 蓝紫色物质 8 与茚三酮的反应 练习 鉴别下列化合物 第二节蛋白质一 蛋白质的分类蛋白质的种类很多 常根据其组成 性质 生理功能和来源分类 1 根据化学组成不同分类 1 简单蛋白质 只有 氨基酸组成的蛋白质 例如白蛋白 球蛋白 谷蛋白等 2 结合蛋白 是由简单蛋白和非蛋白两部分组成 非蛋白部分称为辅基 作为辅基的有脂类 糖类 磷酸 色素 核酸 金属离子等 如脂蛋白等 2 根据溶解性不同分类 1

6、 白蛋白 易溶于水和稀盐溶液 加热则凝固 例如血清蛋白 卵清蛋白等 2 球蛋白 不溶或微溶于水 可溶于5 10 的稀NaCl溶液 例如血清球蛋白 大豆球蛋白等 3 醇溶蛋白 不溶于水 可溶于稀酸 稀碱溶液及70 80 的醇溶液 例如麦胶蛋白 玉米胶蛋白等 4 谷蛋白 不溶于水 可溶于稀酸 稀碱溶液 例如米 麦谷蛋白等 5 组蛋白 溶于水和稀酸 是一种能水解产生大量精氨酸和赖氨酸的碱性蛋白质 例如胸腺组蛋白 胰腺组蛋白等 6 精蛋白 溶于水及稀酸 遇热不凝固 是一种摩尔质量小 主要由精氨酸组成的碱性蛋白质 例如鱼精蛋白 7 硬蛋白 不溶于稀酸 稀碱和稀盐溶液 但溶于强酸强碱 3 根据形状不同分类

7、 1 纤维状蛋白 又称结构蛋白 多呈丝状 多不溶于水 对蛋白质水解酶有较强的抵抗作用 2 球状蛋白 呈球状或椭圆形 一般溶于水 稀酸 稀碱稀盐及乙醇溶液 如清蛋白 酪蛋白等 4 根据生理功能不同分类 1 活性蛋白 具有生理活性 如 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 但本身不具有生物活性的蛋白 如清蛋白 酪蛋白 角蛋白等 5 根据来源不同分类根据生物来源可分为植物蛋白 动物蛋白和微生物蛋白 微生物蛋白是将一些非蛋白物质如烃类 醇类 纤维素类等 经微生物作用转化而成的单株细胞蛋白 这是近十年来新开发的蛋白资源之一 二 蛋白质的四级结构1 蛋白质的一级结

8、构 氨基酸按照一定的组成 一定的排列顺序通过肽键连接而成的多肽链称为蛋白质的一级结构 2 蛋白质的二级结构蛋白质的多肽链借助于氢键进行卷曲 盘旋或折叠 形成特定的空间构象 称为蛋白质的二级结构 1 螺旋结构多肽链绕中心轴线呈螺旋上升 每隔3 6个氨基酸残基螺旋上升一圈 每圈绕轴上升0 54nm 螺旋体是通过链内氢键维持其稳定性 氢键的取向几乎与中心轴平行 2 折叠结构两条充分伸展的肽链相互平行或一条多肽链回折 通过分子间氢键结合在一起就形成了蛋白质的 折叠结构 蛋白质的 螺旋结构 蛋白质的 折叠结构 3 蛋白质的三级结构蛋白质的多肽链在二级结构的基础上 通过副键 肽键以外的键 P331 进一步

9、盘旋或折叠形成的更复杂的空间构象 称为蛋白质的三级结构 1 纤维状蛋白几条具有 螺旋结构的肽链借助副键作用互相扭成绳索状 有 螺旋的螺旋 之称 2 球状蛋白蛋白质多肽链折叠 卷曲成很不规则 但具有特定结构的球形或椭圆形 4 蛋白质的四级结构两条或两条以上具有三级结构的肽链以非共价键 如氢键 盐键 分子间作用力等 结合而成特定的空间构象 成为蛋白质的四级结构 三 蛋白质的性质1 两性性质和等电点由于蛋白质是由氨基酸组成的 因此蛋白质和氨基酸一样具有两性性质和等电点 蛋白质在溶液中存在如下平衡 蛋白质在等电点时溶解度最小 利用此性质 可以分离和纯化蛋白质 2 水解反应蛋白质 示 胨 多肽 二肽 氨

10、基酸3 胶体性质蛋白质是生物高分子化合物 分子颗粒的直径在1 100nm之间 具有胶体溶液的特性 如布朗运动 丁达尔现象 不能透过半透膜等 1 可逆沉淀在蛋白质溶液中加入中性盐 既能中和蛋白质胶粒所带的电荷 又能破坏蛋白质的水化膜 使蛋白质成为裸露的粒子 相互凝聚而沉淀 这个过程叫盐析 若加入大量的水 蛋白质又重新溶解 因此盐析作用是可逆沉淀 4 蛋白质的沉淀 2 不可逆沉淀a与有机溶剂作用某些水溶性有机溶剂如乙醇 丙酮等 由于与水有较强的水化作用 能破坏蛋白质表面的水化膜 可使蛋白质沉淀下来 在低温及短时间内 这种沉淀是可逆的 但当作用时间较长或温度较高时 有机溶剂可渗入蛋白质内部破坏其空间

11、结构的副键 形成不可逆沉淀 b与重金属盐作用重金属盐如汞盐 铅盐 银盐等在碱性溶液中与蛋白质负离子结合形成难溶性盐 可使蛋白质沉淀 这种沉淀不再溶于水 是不可逆沉淀 c与生物碱试剂作用生物碱试剂多为酸性化合物 如三氯乙酸 苦味酸 鞣酸 磷钨酸等 能与蛋白质正离子结合形成难溶物 也使蛋白质产生不可逆沉淀 5 蛋白质的变性物理因素 干燥 高温 高压 紫外线 超声波 X 射线 剧烈振荡和搅拌等 化学因素 强酸 强碱 有机溶剂 重金属盐 生物碱试剂 表面活性剂等 变性不一定沉淀 沉淀不一定变性 不可逆沉淀一定变性 6 蛋白质的显色反应 p330 1 缩二脲反应蛋白质与硫酸铜的碱性溶液反应 生成紫红色物

12、质 称之为缩二脲反应 凡是分子中含有两个或两个以上肽键的化合物都能发生此反应 可用来鉴别蛋白质和氨基酸 2 茚三酮反应蛋白质和 氨基酸一样 与茚三酮的稀溶液共热 生成蓝紫色物质 可用来鉴别蛋白质 3 黄蛋白反应含有苯环侧链的蛋白质溶液与浓硝酸反应生成白色沉淀 加热后变为黄色 这一反应称为黄蛋白反应 可用于鉴别含有苯环结构的蛋白质 4 米隆反应蛋白质与米隆试剂 硝酸汞 亚硝酸汞 硝酸和亚硝酸的混合物 作用 生成白色沉淀 加热后变为红色沉淀 含有酚羟基的氨基酸如酪氨酸或含有酪氨酸的蛋白质都有此反应 5 胱氨酸反应若组成蛋白质的氨基酸中含有半胱氨酸等含硫氨基酸 与醋酸铅共热时 产生黑色硫化铅沉淀 此

13、反应可用于检验含硫的氨基酸或蛋白质 按其组成不同分为两类 核糖核酸 RNA 和脱氧核糖核酸 DNA RNA主要存在于细胞质中 其主要功能是控制蛋白质的合成 DNA主要存在于细胞核中 其功能是负责储存和传递遗传信息 第三节核酸 一 核酸的分类与组成 2 组成a 核酸的元素组成核酸主要由C H O N P五种元素组成 个别核酸含有微量S N P含量较高 分别为15 16 和9 10 其中P的含量比较稳定 平均含量约为9 5 b 核酸的化学组成核酸完全水解生成戊糖 含氮碱及磷酸的混合物 1 分类 核酸水解过程如下 腺嘌呤核苷如下图 表1两类核酸的化学组成 二 核苷核苷是由 D 核糖或 D 2 脱氧核

14、糖与含氮碱脱水缩合而成的 含氮糖苷 戊糖与碱基之间的 糖苷键总是由糖的半缩醛羟基与嘌呤碱中9位或嘧啶碱1位氮原子上的氢脱水缩合而成 表2RNA中核苷的名称 结构和缩写 表3DNA中脱氧核糖核苷的结构 名称和缩写 三 单核苷酸是核酸的基本结构单元 简称核苷酸 是由核苷中戊糖的5 位羟基与磷酸脱水形成的磷酸酯 例如 5 腺苷酸 5 AMP 5 脱氧胞苷酸 5 dCMP 表4RNA和DNA中的5 核苷酸单体 此外生物体中还存在多个磷酸的单核苷酸 如腺苷二磷酸 ADP 和腺苷三磷酸 ATP 式中 表示高能磷酸键 普通磷酸键P O断裂时放出8 4kJ mol能量 而高能磷酸键P O断裂可放出20 5kJ

15、 mol的能量 当生命活动中需要能量时 则高能磷酸键断裂 储存的能量被释放出来 腺苷三磷酸 ATP 四 核酸的一级结构核酸是由许多单核苷酸通过3 位和5 位的磷酸二酯键连接而成的多核苷酸链 五 DNA的二级结构 碱基配对 1953年华特生 J D Watson 和克利格 F H C Crick 根据X射线数据提出了DNA的双螺旋结构模型 其要点如下 1 DNA分子由两条方向相反多核苷酸链按右手螺旋的方式绕同一中心轴盘旋形成双螺旋结构 螺旋的直径为2 0nm 2 两条链中的碱基 在双螺旋内侧通过氢键相连 按A T U G C互补成对 DNA的双螺旋结构如图所示 作业 P339习题1 1 2 3 2 3 5 7 3 8 10