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1、第15章 氨基酸、蛋白质及核酸Amino Acids 、Protein and Nuclear Acid,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,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,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。,1.按氨基位置分为:a
2、,b,g,氨基酸 a-氨基酸:,(1)酸性氨基酸 -COOH数 -NH2数 (2)中性氨基酸 -COOH数 = -NH2数 (3)碱性氨基酸 -COOH数 -NH2数,2.根据氨基结构不同可分为:,脯氨酸,色氨酸,精氨酸,组氨酸,15.1.2 命名 可以用系统命名、俗名、缩写符号表示:,氨基乙酸, 甘氨酸(中性),甘,Gly,4-甲基-2-氨基戊酸,亮氨酸(中性),亮, Leu,2-氨基戊二酸, 谷氨酸(酸性), 谷, Glu,2,6-二氨基己酸,赖氨酸(碱性),赖, Lys,表15-1 常见的a-氨基酸,*人体必需的氨基酸,而人体又不能合成它们,15.1.3 氨基酸的结构,(1) R有不同的
3、结构,还可含有官能团,如OH、 SH等 (2) 是双官能团化合物,有COOH、NH2的结构 (3) 有盐的性质,羧基与氨基的距离不同,又有不同的性质,除甘氨基酸外,-氨基酸都至少有一个手性碳原子。,1.结构,2.D-L标记构型:,甘油醛(丝氨酸)为标准,L-构型,L-甘油醛,L-(-)-丝氨酸,L-(-)-天门冬氨酸,L-(-)-脯氨酸,L-(-)-丙氨酸,15.2 氨基酸的来源及制法,15.2.1 蛋白质的水解 15.2.2 a-卤代酸氨解 15.2.3 斯特雷克合成法 15.2.4 Gabriel合成法 15.2.5 丙二酸酯合成法,15.2.1 蛋白质水解,氨基酸的来源:(1)天然产物酸
4、性水解 (2) 微生物发酵法 (3) 化学合成法,15.2.2 a-卤代酸氨解,15.2.3 斯特雷克合成法,15.2.4 Gabriel合成法,15.2.5 丙二酸酯法合成,15.3 氨基酸的性质,15.3.1 氨基酸的物理性质 15.3.2 氨基酸的化学性质,15.3.1 氨基酸的物理性质,1 一般物理性质,熔点 200 ; 溶于水,不溶于非极性溶剂; 有盐的性质。,表15-2 常见的-氨基酸的物理性质,http:/www.imb-jena.de/IMAGE_AA.html,2 IR谱:,1600 cm-1 ( 1700 cm-1 没有峰 ),26003100 cm-1(强、宽),15.3
5、.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,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,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,
6、(3)甘氨酸滴定曲线,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。,组氨酸 IP=7.59,脯氨酸IP=6.3,色氨酸IP=5.8,2 受热后的消除反应,(1) -氨基酸,(2) b-氨基酸,(3) , -氨基酸,(4) w-氨基酸,3 与水合茚三酮的显色反应,茚 茚三酮 水合茚三酮,(蓝紫色),鉴别含有游离氨基的a-氨基酸,4 与亚硝酸反应,定量分析NH2的含量(
7、Van-Slyke反应),15.4 肽的结构及命名,15.4.1 肽的结构 15.4.2 肽的命名,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,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,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,15.5 多肽的结构测定及合成,15.
8、5.1 概述 15.5.2 多肽结构的测定 15.5.3 多肽的合成,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。,N近似sp2杂化,肽键的几何形状,2.肽键构型,3.肽分子中可能有二硫键,Na +液NH3,空气氧化,Cys-Tyr-Ile-Glu-Arg-Cys-Pro-Leu-Gly NH2,S,S,牛催产素,肽中的SH氧化成SS键,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
9、肽或蛋白质中各氨基酸的排列顺序,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,Edman降解法,异硫氰酸苯酯,只有N端的氨基酸水解,逐步确定顺序,(1) N端氨基酸分析,(2) C端氨基酸分析,逐步确定氨基酸的连接顺序,催产素和加压素是九肽,结构如下:,催产素已有工业生产。,15.5.3 多肽的合成,1 反应的特点,四种产物,C,N,H,O,键,易反应。,(2) 多肽中有,(3)多NH2、-COOH存在,形成不同的肽键。,2 氨基的保护与羧基的活化,(1)活化COOH:,(Y= Cl, OCOR, OC6H4NO2 等),(2)保护N
10、H2:,氯甲酸苄酯,活化目的:增加羰基碳的电正性,有利-NH2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,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),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。,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
11、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,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
12、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,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,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,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。,2.根据
13、辅基不同,结合蛋白质又分为:,糖蛋白 脂蛋白 核蛋白 色蛋白,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。,15.6.3 蛋白质的组成,Wm = 12000万,_,微 量,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,2 高分子性质 (1)在水中,有稳定双电层的胶体质(110m) (2)盐析: (可逆性) 不同蛋白质,需要盐的
14、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:Hg2+、Pb2+导致中毒,高温、酒精也能使蛋白凝固。,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,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,一级结构决定生物活性,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。,1 a-螺旋,二级结构(a-螺旋),在一个方向,向下,C为sp2,N近似sp2,必在一个平面内,不能旋转,可以旋转,2 b-折叠形,3
15、b-折叠形,多肽链b-折叠形构象,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,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。,http:/biology.kenyon.edu/BMB/Chime/Lisa/HEMEMAST.HTM,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
16、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。,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,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%,91