有机化学：第20章蛋白质和核酸

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1、有机化学有机化学有机化学有机化学第二十章第二十章第二十章第二十章 蛋白质和核酸蛋白质和核酸蛋白质和核酸蛋白质和核酸(Proteins & Nucleic Acids)(Proteins & Nucleic Acids)苏州大学材料与化学化工学部苏州大学材料与化学化工学部 蛋白质是生命的物质基础，生命的基本特征就是蛋白质蛋白质是生命的物质基础，生命的基本特征就是蛋白质的不断自我更新，它在生命现象和生命过程中起着决定性的的不断自我更新，它在生命现象和生命过程中起着决定性的作用。生命体内一切组织的基本组分是蛋白质，细胞内除了作用。生命体内一切组织的基本组分是蛋白质，细胞内除了水之外，其余水之外，其余

2、 80 的物质为蛋白质。的物质为蛋白质。 不论那一类蛋白质，都是由多种不论那一类蛋白质，都是由多种-氨基酸用肽键连接起氨基酸用肽键连接起来的，所以来的，所以-氨基酸是建筑蛋白质的砖石，要搞清蛋白质的氨基酸是建筑蛋白质的砖石，要搞清蛋白质的化学成分，结构，性质，首先要研究化学成分，结构，性质，首先要研究-氨基酸的化学。氨基酸的化学。木瓜蛋白酶（组织蛋白酶）木瓜蛋白酶（组织蛋白酶）第一节第一节第一节第一节 氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸 一、结构，命名和分类一、结构，命名和分类 羧酸分子中烃基上的氢被氨基取代生成的化合物称羧酸分子中烃基上的氢被氨基取代生成的化合物称为氨基酸，如氨基在羧基的为氨基酸，如氨

3、基在羧基的-位，则位，则称为称为-氨基酸氨基酸。 蛋白质完全水解后生成的氨基酸，天然产氨基酸在蛋白质完全水解后生成的氨基酸，天然产氨基酸在化学结构上都是化学结构上都是-氨基酸。氨基酸。 原来，分离及分析水解后的原来，分离及分析水解后的-氨基酸混合物是一件很繁杂的工作，现在，氨基酸混合物是一件很繁杂的工作，现在，用同位素稀释法或色层分析法，特别是用同位素稀释法或色层分析法，特别是氨基酸自动分析器氨基酸自动分析器，往往过去需要，往往过去需要几年才能完成的一个蛋白质试样，现在很快就能完成了。几年才能完成的一个蛋白质试样，现在很快就能完成了。 蛋白质水解生成的氨基酸中有蛋白质水解生成的氨基酸中有20种

4、与核酸中的遗传密码相应，其中种与核酸中的遗传密码相应，其中19种为种为-氨基酸，一种为亚胺基酸。它们的命名多按其来源或性质而定，书氨基酸，一种为亚胺基酸。它们的命名多按其来源或性质而定，书上表上表 20-1 中列出了中列出了 20 种种-氨基酸的符号，代号，结构等数据，例如：甘氨氨基酸的符号，代号，结构等数据，例如：甘氨酸，因甜味而得名，国际上通用符号，类似于元素符号，中文代号一般取酸，因甜味而得名，国际上通用符号，类似于元素符号，中文代号一般取全称中的第一个字，结构式中详细一点分析全称中的第一个字，结构式中详细一点分析 R 基，则在基，则在 20 种氨基酸中除甘种氨基酸中除甘氨酸外，氨酸外，

5、R基为烃基五种，含羟基三种，含氨基四种，含硫两种，二元酸及基为烃基五种，含羟基三种，含氨基四种，含硫两种，二元酸及酰氨衍生物四种，亚胺基酸，酰氨衍生物四种，亚胺基酸， -氨基成环。要熟记名称氨基成环。要熟记名称结构的有七种。结构的有七种。 二、氨基酸的构型二、氨基酸的构型 与碳水化合物相同，在表示氨基酸构型时仍沿用与碳水化合物相同，在表示氨基酸构型时仍沿用 D，L命名法。除甘氨酸外其他所有命名法。除甘氨酸外其他所有-碳原子都是手性的，有旋光碳原子都是手性的，有旋光性的，而且大多数氨基酸的构型与性的，而且大多数氨基酸的构型与 L甘油醛相应。甘油醛相应。 如：如： 其它含有一个以上手性碳原子的氨基

6、酸的构型均取决与其它含有一个以上手性碳原子的氨基酸的构型均取决与-碳原子：即若某氨基酸的碳原子：即若某氨基酸的-碳原子的构型与碳原子的构型与L-丙氨酸相丙氨酸相当，就是当，就是L-型。型。 D，L 表示分子的相对构型，不代表旋光方向，表示分子的相对构型，不代表旋光方向，R, S 表示表示分子中每一个不对称碳原子的构型。天然产氨基酸主要是分子中每一个不对称碳原子的构型。天然产氨基酸主要是 L 型，型，L 型中大多是型中大多是 S 型。型。 三、氨基酸的性质三、氨基酸的性质 1、酸、酸-碱性和碱性和等电点等电点 氨基酸分子中的氨基是碱性的，而羧基则是酸性的，一氨基酸分子中的氨基是碱性的，而羧基则是

7、酸性的，一般情况下不是以游离的羧基或氨基，而是般情况下不是以游离的羧基或氨基，而是两性电离两性电离，在固，在固态或水溶液中形成内盐。分子中存在两性基团是两性化合态或水溶液中形成内盐。分子中存在两性基团是两性化合物，即能和酸反应又能和碱反应。物，即能和酸反应又能和碱反应。 氨基酸在溶液中的变化，取决于溶液中的氨基酸在溶液中的变化，取决于溶液中的酸碱度酸碱度： 但但1mol甘氨酸的盐酸盐（或其他盐）的溶液中，加甘氨酸的盐酸盐（或其他盐）的溶液中，加 0.5 mol 碱，有一半盐酸盐中和，这时溶液中的浓度碱，有一半盐酸盐中和，这时溶液中的浓度ab，溶，溶液的液的 pH 值相当于值相当于 pK1，这是

8、，这是COOH的酸性离解常数，这的酸性离解常数，这时溶液的时溶液的 pK1 值比醋酸的小，这是由于值比醋酸的小，这是由于-NH3阳离子吸电子阳离子吸电子诱导效应所致。如在氨基酸溶液中继续加碱达到诱导效应所致。如在氨基酸溶液中继续加碱达到 1 mol 时，时，盐酸盐被中和，氨基酸以盐酸盐被中和，氨基酸以两性离子形式存在两性离子形式存在，这时溶液中，这时溶液中pH值为该氨基酸的值为该氨基酸的等电点等电点。因为这时氨基酸中羧酸和氨基。因为这时氨基酸中羧酸和氨基的离子化程度相等，在外电场作用下，不向电场的任何一极的离子化程度相等，在外电场作用下，不向电场的任何一极移动，分子呈电中性。因此这个静电荷为零

9、的氨基酸所在的移动，分子呈电中性。因此这个静电荷为零的氨基酸所在的溶液的溶液的 pH 值就为该氨基酸的等电点，值就为该氨基酸的等电点，以以 pI 表示表示。 由于氨基酸具有两性离子性质，溶解度就增大，不能由于氨基酸具有两性离子性质，溶解度就增大，不能结晶出来。所以结晶出来。所以调节调节pI，可以分离氨基酸，可以分离氨基酸。 一个氨基酸在纯水中电离，由于羧酸荷氨基酸的离子一个氨基酸在纯水中电离，由于羧酸荷氨基酸的离子化程度不同，所以化程度不同，所以重水中的重水中的 pH 值一般都不是它的等电点，值一般都不是它的等电点，要达到等电点，必须加酸或加碱调节要达到等电点，必须加酸或加碱调节 pH。一般中

10、性氨基酸。一般中性氨基酸（一个羧基和一个氨基）的等电点（一个羧基和一个氨基）的等电点 pH = 6.2-6.8; 酸性酸性pH = 2.8-3.2; 碱性碱性 pH = 7.6-10.8。等电点的重要意义在于：此时。等电点的重要意义在于：此时溶液中以两性离子形式存在的氨基酸浓度最大，而它的溶溶液中以两性离子形式存在的氨基酸浓度最大，而它的溶解度最小，可以解度最小，可以结晶析出结晶析出。 2、物理和光谱性质、物理和光谱性质 -氨基酸都是无色结晶。固态中是内盐形式，所以分子氨基酸都是无色结晶。固态中是内盐形式，所以分子内存在极强的静电引力，其熔点无疑要较相应的胺或羧酸高，内存在极强的静电引力，其熔

11、点无疑要较相应的胺或羧酸高，通常熔融时都分解。所以，通常熔融时都分解。所以， -氨基酸的熔点不是一种能用于氨基酸的熔点不是一种能用于鉴定时的可靠的物理常数。鉴定时的可靠的物理常数。 溶于水，溶于水，pI 时溶解度最小，难溶与非极性溶剂中。时溶解度最小，难溶与非极性溶剂中。 IR：1720 cm-1 无无 COOH 典型谱段，典型谱段，1600 cm-1 出现出现COO- 吸收带，吸收带，N-H 伸缩吸收带强而宽伸缩吸收带强而宽 3100-2600cm-1。 UV：只有芳香族的苯丙氨酸，酪氨酸，色氨酸有吸收。：只有芳香族的苯丙氨酸，酪氨酸，色氨酸有吸收。 3、氨基酸的反应、氨基酸的反应 （1）氨

12、基的化学反应：）氨基的化学反应： a.酰化酰化 b、烃基化：、烃基化： c、与亚硝酸反应、与亚硝酸反应 除脯氨酸外，除脯氨酸外， -氨基酸都能与亚硝酸反应，得羟基酸。氨基酸都能与亚硝酸反应，得羟基酸。 d.与茚三酮反应与茚三酮反应 具有游离氨基的氨基酸，都能和茚三酮的试剂发生具有游离氨基的氨基酸，都能和茚三酮的试剂发生紫色反紫色反应应，是鉴定氨基酸最迅速方法。用层析法分离氨基酸，都用茚，是鉴定氨基酸最迅速方法。用层析法分离氨基酸，都用茚三酮作为显色剂，茚三酮水合物和氨基反应，然后失羧，变为三酮作为显色剂，茚三酮水合物和氨基反应，然后失羧，变为一个亚胺，水解后得到氨基茚三酮，再和一分子茚三酮水合

13、物一个亚胺，水解后得到氨基茚三酮，再和一分子茚三酮水合物失水，既得紫色化合物。失水，既得紫色化合物。 过去刑侦上都用茚三酮水溶液喷雾在指纹，血迹上，使过去刑侦上都用茚三酮水溶液喷雾在指纹，血迹上，使其现色。潜血质也可以用茚三酮喷雾，现在公安系统有些已其现色。潜血质也可以用茚三酮喷雾，现在公安系统有些已改用改用TMB，用量更少，更灵敏。，用量更少，更灵敏。 (2)羧基的化学反应羧基的化学反应 a.酰化酰化 a-氨基酸可以用一般的方法酯化。例如氨基酸可以用一般的方法酯化。例如:将氨基酸悬浮在将氨基酸悬浮在甲醇中。在无水氯化氢存在下回流，得到的是氨基酸酯的盐甲醇中。在无水氯化氢存在下回流，得到的是氨

14、基酸酯的盐酸盐，很很稳定酸盐，很很稳定。 b.叠氮化合物叠氮化合物四、氨基酸的制备四、氨基酸的制备 主要有蛋白质水解，有机合成和发酵法三条途径。主要有蛋白质水解，有机合成和发酵法三条途径。 合成途径合成途径:第二节第二节第二节第二节 多肽多肽多肽多肽 一、肽和肽键一、肽和肽键 蛋白质水解后得到多肽，有些蛋白质本身就是多肽，蛋蛋白质水解后得到多肽，有些蛋白质本身就是多肽，蛋白质与多肽之间并无严格的界限，分子质量大的叫白质与多肽之间并无严格的界限，分子质量大的叫蛋白质蛋白质,分分子质量小的叫子质量小的叫多肽多肽。多肽再继续水解分解成。多肽再继续水解分解成a-氨基酸。多肽氨基酸。多肽几十由氨基酸以酰

15、胺形式相互连接起来的，一分子氨基酸提几十由氨基酸以酰胺形式相互连接起来的，一分子氨基酸提供羧基供羧基, 另一分子氨基酸提供氨基，由此组成失去一分子水另一分子氨基酸提供氨基，由此组成失去一分子水的肽，两分子缩和为二肽，三分子缩和为三肽，的肽，两分子缩和为二肽，三分子缩和为三肽， -CO-NH- (肽键肽键)氨基酸连接的肽链，一端有游离氨基氨基酸连接的肽链，一端有游离氨基, 称为称为 N端，另一端有游离羧基，称为端，另一端有游离羧基，称为 C 端，习惯端，习惯 N 端写在肽链左端写在肽链左边，边，C端写在右边。端写在右边。 命名命名:一般以含有完整羧基的氨基酸的原来的名称作为母一般以含有完整羧基的

16、氨基酸的原来的名称作为母体，而将以羧酸参加形成肽键的氨基酸名称中的酸字改为体，而将以羧酸参加形成肽键的氨基酸名称中的酸字改为“酰酰”，一次加在母体名称前。，一次加在母体名称前。 酰胺平面酰胺平面:氨基酸和二肽的整个酰胺基是共平面的，即羰氨基酸和二肽的整个酰胺基是共平面的，即羰基碳，氮以及连接它们的四个原子都处于一个平面内，基碳，氮以及连接它们的四个原子都处于一个平面内，CO-NH 带有双键特性，近似与带有双键特性，近似与 键。所以键。所以 C-N 不能自由旋转而成不能自由旋转而成平面结构的，称为酰胺平面。酰胺平面两侧的平面结构的，称为酰胺平面。酰胺平面两侧的 C-N 和和 C-C键键是是 键，

17、都可以自由旋转的。键，都可以自由旋转的。 二、多肽结构测定和端基分析二、多肽结构测定和端基分析 由由20 种不同的氨基酸参与排列组合的高分子蛋白质的数目种不同的氨基酸参与排列组合的高分子蛋白质的数目是惊人的。假定由是惊人的。假定由100个氨基酸分子聚合成线形分子个氨基酸分子聚合成线形分子,可能的品可能的品种就有种就有20100个。而且只要是置换了多肽分子中的一个氨基酸，个。而且只要是置换了多肽分子中的一个氨基酸，就可能改变整个分子的性能，所以要研究多肽分子的性能，就就可能改变整个分子的性能，所以要研究多肽分子的性能，就首先必须确定改分子中氨基酸的排列顺序。这项工作在以前需首先必须确定改分子中氨

18、基酸的排列顺序。这项工作在以前需要化很多时间去做，比如：要化很多时间去做，比如：F. Sanfer 等花等花 10 年于年于 1953 年测定年测定牛胰岛素的氨基酸顺序并于牛胰岛素的氨基酸顺序并于 1958 年获得年获得 Nobel 奖。现在，随奖。现在，随着分离技术和分析测试手段的不断现代化，确定单体顺序所华着分离技术和分析测试手段的不断现代化，确定单体顺序所华的时间越来越短了。的时间越来越短了。 测定多肽分子中氨基酸的顺序测定多肽分子中氨基酸的顺序,一般步骤如下（一般步骤如下（P277）: 1.分子大小的测定分子大小的测定:利用渗透法利用渗透法,光散射法等光散射法等 2.定量分析多肽水解液

19、定量分析多肽水解液,测定各种氨基酸的含量测定各种氨基酸的含量 3.测定测定N端和端和C端端: N 端测定端测定 方法很多方法很多, 重要的有重要的有, 异硫氰酸苯酯法。这个方法的特点是除异硫氰酸苯酯法。这个方法的特点是除多肽多肽 N 端的氨基酸外，其余多肽链会保留下来，这样就可以继续测定端的氨基酸外，其余多肽链会保留下来，这样就可以继续测定其其 N 端。端。 主要流程如下主要流程如下: 前已提到的氨基酸的酯与肼生成酰肼的方法也是测定前已提到的氨基酸的酯与肼生成酰肼的方法也是测定C端端的方法的方法,因为只有酯酰胺能与肼反应而生成酰肼因为只有酯酰胺能与肼反应而生成酰肼,而羧基不能与而羧基不能与肼反

20、应。所以多肽与肼反应时肼反应。所以多肽与肼反应时,所有多肽键都与肼反应而断裂所有多肽键都与肼反应而断裂成酰肼成酰肼,只有只有C端的氨基有游离的羧基端的氨基有游离的羧基,不生成酰肼不生成酰肼,这就是说与这就是说与肼反应后仍具有游离羧基的氨基酸就是多肽肼反应后仍具有游离羧基的氨基酸就是多肽C端的氨基酸。端的氨基酸。 4、肽链选择性地断裂并鉴定、肽链选择性地断裂并鉴定 由上述方法只测定了多肽地组成和两端地氨基酸由上述方法只测定了多肽地组成和两端地氨基酸;即使用即使用顺序测定仪也只能测定相对分子量较小地多肽顺序测定仪也只能测定相对分子量较小地多肽,较大地多肽一较大地多肽一般需要把它裂解成小碎片般需要把

21、它裂解成小碎片,一一测定顺序一一测定顺序,再从各个碎片在排列再从各个碎片在排列顺序上地重叠顺序上地重叠,重建整个肽链重建整个肽链,测定工作比较复杂。测定工作比较复杂。第三节第三节第三节第三节 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质 一、分类一、分类 不同的蛋白质具有不同的生理功能，由肽键连接成肽不同的蛋白质具有不同的生理功能，由肽键连接成肽链，许多蛋白质还包含由非肽链结构组成地其他成分，叫链，许多蛋白质还包含由非肽链结构组成地其他成分，叫配基或辅基配基或辅基。种类多。种类多, 分类方法也很多。分类方法也很多。 1、形状、形状: 纤维蛋白质纤维蛋白质(丝蛋白丝蛋白, 角蛋白角蛋白)、球蛋白质、球蛋白质(蛋青蛋

22、白蛋青蛋白) 2、化学组成、化学组成: 单纯蛋白质单纯蛋白质(球蛋白球蛋白)、结合蛋白质、结合蛋白质(单纯蛋白单纯蛋白质质+非蛋白质非蛋白质) 辅基辅基为为: 脂类脂类 脂蛋白脂蛋白 糖类糖类 糖蛋白糖蛋白 核酸核酸 核蛋白核蛋白 血红素血红素 血红蛋白血红蛋白 3.功能功能: 活性蛋白活性蛋白(酶酶,激素激素,抗体等抗体等) 非活性蛋白质非活性蛋白质(一大类担任生物的保护或支持作用地蛋白质一大类担任生物的保护或支持作用地蛋白质, 如贮存如贮存蛋白蛋白:清蛋白清蛋白, 酪蛋白酪蛋白; 结构蛋白结构蛋白:角蛋白角蛋白, 丝蛋白丝蛋白) 二、蛋白质的结构二、蛋白质的结构 蛋白质的结构可分为一级结构

23、蛋白质的结构可分为一级结构,二级结构二级结构,三级结构三级结构,四级结构四级结构 1、蛋白质的一级结构、蛋白质的一级结构: 由各种氨基酸按着一定的排列顺序通过肽键连接而成的骨架由各种氨基酸按着一定的排列顺序通过肽键连接而成的骨架, 一级一级结构与多肽的区别仅仅在于蛋白质有结构与多肽的区别仅仅在于蛋白质有较高的相对分子量较高的相对分子量和和较为复杂的结较为复杂的结构构而已而已, 如果以相对分子量如果以相对分子量5000为界限为界限, 那么胰岛素的相对分子量那么胰岛素的相对分子量5734,就可以说是一个蛋白质分子了。就可以说是一个蛋白质分子了。 通常通常: 50个以上氨基酸个以上氨基酸残基残基组成

24、的肽链称为蛋白质，之下的称为多组成的肽链称为蛋白质，之下的称为多肽。肽。 2、次级键、次级键: 蛋白质分子中的氨基酸是通过共价键结合的蛋白质分子中的氨基酸是通过共价键结合的,因此最稳定因此最稳定,最基本的最基本的结构称为一级结构。在这一级结构的长链中结构称为一级结构。在这一级结构的长链中,存在不同的基团如存在不同的基团如 -H,-C=O, -COOH, -R等等等等, 它们也可以相互作用它们也可以相互作用, 形成分子的立体结构。形成分子的立体结构。 定义定义: 这种分子中原子团间非键合的相互作用要比共价键弱的多这种分子中原子团间非键合的相互作用要比共价键弱的多, 称为称为次次级键级键。 (1)

25、氢键氢键 两种情况两种情况:主链的肽键之间主链的肽键之间, 侧链间或侧链与主链之间侧链间或侧链与主链之间 (2)疏水作用疏水作用 蛋白质分子的侧链蛋白质分子的侧链, 有一些极性很小的基团有一些极性很小的基团, 与水的亲和力小与水的亲和力小, 而体现而体现较强的疏水性较强的疏水性, 例如例如:亮、异亮氨酸等结构中的烷基就有一种自然避开水亮、异亮氨酸等结构中的烷基就有一种自然避开水相的趋势。当蛋白质分子长链卷曲成特定的构象时相的趋势。当蛋白质分子长链卷曲成特定的构象时, 它们相互接触它们相互接触, 自相自相粘付形成分子内胶束。这种非极性侧链互相接近的趋势说明存在这一种粘付形成分子内胶束。这种非极性

26、侧链互相接近的趋势说明存在这一种力力-疏水力疏水力。 疏水力与氢键是一对相反的作用力，对稳定蛋白质分疏水力与氢键是一对相反的作用力，对稳定蛋白质分子的空间结构起着重要作用。子的空间结构起着重要作用。 (3)盐键盐键 在中性溶液中在中性溶液中, 蛋白质的氨基酸与胍基带正电荷，在天蛋白质的氨基酸与胍基带正电荷，在天然蛋白质中上述基团有一部分相互接近，因静电吸引而成然蛋白质中上述基团有一部分相互接近，因静电吸引而成键键, 称为称为盐键盐键。 (4)范德华力（范德华力（P283） 前面已经提到过的酰胺平面上的前面已经提到过的酰胺平面上的 N-H 和羰基上的烃基通称和羰基上的烃基通称肽单元肽单元。主链。

27、主链由于肽单元相互旋转而产生各种构象由于肽单元相互旋转而产生各种构象,主链构型不同主链构型不同 ,侧链上侧链上 R 基位置就不同。基位置就不同。主链与侧链相互影响，相互制约，形成整个蛋白质分子的特定构象主链与侧链相互影响，相互制约，形成整个蛋白质分子的特定构象, 它可以卷它可以卷成螺旋形。成螺旋形。空间结构一般有以螺旋型折叠卷曲的情况分为二级空间结构一般有以螺旋型折叠卷曲的情况分为二级,三级三级,四级结构。四级结构。3、蛋白质的空间结构、蛋白质的空间结构 (1) 二级结构二级结构 主链化学结构主要有主链化学结构主要有C=O 与与 C-H, 正好形成氢键二级结正好形成氢键二级结构就是指构就是指a

28、螺旋螺旋, 转角和无规卷曲等这些主链结构单元在蛋转角和无规卷曲等这些主链结构单元在蛋白质分子中的各种具体组成情况。白质分子中的各种具体组成情况。 鲍林和科里根据鲍林和科里根据 X-ray 衍射法给衍射法给 a-螺旋形结构的空间构象螺旋形结构的空间构象给出了一套具体的数字。螺旋有氢键稳定给出了一套具体的数字。螺旋有氢键稳定, 氢键与螺旋的长氢键与螺旋的长轴平行，轴平行，天然蛋白质的天然蛋白质的a螺旋多半是右手螺旋螺旋多半是右手螺旋, 由于形螺旋的由于形螺旋的结果，使多肽链长度大为缩短结果，使多肽链长度大为缩短. -折叠是一种肽链相当伸展的结构折叠是一种肽链相当伸展的结构,它依靠两条肽链或一条它依

29、靠两条肽链或一条肽链的两端肽链之间的肽链的两端肽链之间的 C=O 与与 N-H 形成氢键而行，从能量形成氢键而行，从能量上看，以反平行为更稳定。上看，以反平行为更稳定。 1、蛋白质的等电点和胶体性质、蛋白质的等电点和胶体性质 蛋白质不管肽链有多长仍有自由的氨基与羧基存在，它的蛋白质不管肽链有多长仍有自由的氨基与羧基存在，它的两性电离可以用下式表示两性电离可以用下式表示:P表示蛋白质大分子，在酸性溶液中游离成阳离子，在碱性溶表示蛋白质大分子，在酸性溶液中游离成阳离子，在碱性溶液中游离成阴离子，在某液中游离成阴离子，在某 pH 值时成两性离子，此时溶液值时成两性离子，此时溶液 pH就是蛋白质的等电

30、点就是蛋白质的等电点(pI)。蛋白这在等电点时最易于沉淀。蛋白这在等电点时最易于沉淀。三、蛋白质的性质三、蛋白质的性质 蛋白质是大分子化合物蛋白质是大分子化合物, 分子颗粒的直径在胶粒幅度之内分子颗粒的直径在胶粒幅度之内(0.010.001微微米米)呈胶体性质呈胶体性质, 蛋白质颗粒表面都带正电荷蛋白质颗粒表面都带正电荷, 在酸性溶液中带正电荷在酸性溶液中带正电荷, 在碱在碱性溶液中带负电荷性溶液中带负电荷, 蛋白质带有同性电荷蛋白质带有同性电荷, 就与周围相反的离子构成稳定的就与周围相反的离子构成稳定的双电层双电层。由于同性电荷相互排斥。由于同性电荷相互排斥, 颗粒相互隔绝而不粘合颗粒相互隔

31、绝而不粘合, 形成稳定的胶体形成稳定的胶体体系。体系。 蛋白质与水可以形成亲水胶体，但和其他胶体一样不是十分稳定的，蛋白质与水可以形成亲水胶体，但和其他胶体一样不是十分稳定的，在各种不同的影响下在各种不同的影响下, 蛋白这容易析出沉淀蛋白这容易析出沉淀, 最常用的蛋白质最常用的蛋白质沉淀剂沉淀剂是某些是某些中性盐中性盐, 它们既是电解质又是与水亲和的物质它们既是电解质又是与水亲和的物质, 当它们在蛋白质溶液中的浓当它们在蛋白质溶液中的浓度相当大时度相当大时, 蛋白质就会从溶液中沉淀出来蛋白质就会从溶液中沉淀出来, 称为称为盐析盐析。这样析出的蛋白质。这样析出的蛋白质仍旧可以溶解在水中而不影响原

32、来蛋白质的性质，因此仍旧可以溶解在水中而不影响原来蛋白质的性质，因此盐析是一种可逆过盐析是一种可逆过程。程。 变性作用变性作用是蛋白质受物理或化学因素影响，改变其分子是蛋白质受物理或化学因素影响，改变其分子结构和性质的作用。结构和性质的作用。 化学方法化学方法: 加酸、碱、尿素、重金属盐如加酸、碱、尿素、重金属盐如: CuSO4等；等； 物理方法物理方法: 干燥干燥, 加热加热, 高压高压, 激烈振荡或搅拌等；激烈振荡或搅拌等； 蛋白质变性后的最显著表现是蛋白质变性后的最显著表现是溶解度的降低溶解度的降低，在等电点时特，在等电点时特别明显，也表现在蛋白质粘度增高，结晶性破坏，减低对于水别明显，

33、也表现在蛋白质粘度增高，结晶性破坏，减低对于水解的抵抗力，丧失生物活性。因此蛋白质在变性后不仅改变其解的抵抗力，丧失生物活性。因此蛋白质在变性后不仅改变其理性性质，也改变了它的生物性质。理性性质，也改变了它的生物性质。2、蛋白质的变性作用、蛋白质的变性作用 3、颜色反应、颜色反应 (1)缩二脲反应缩二脲反应: 蛋白质与强碱和稀硫酸铜溶液的反应蛋白质与强碱和稀硫酸铜溶液的反应, 呈呈紫紫 色色； (2)蛋白质黄色反应蛋白质黄色反应:蛋白质中存在有苯环的氨基酸遇浓硫酸变为黄色蛋白质中存在有苯环的氨基酸遇浓硫酸变为黄色,遇遇碱后转为碱后转为橙黄色橙黄色； (3)米勒反应米勒反应:凡含有酪氨酸的蛋白质

34、遇到硝酸汞的硝酸溶液后变为凡含有酪氨酸的蛋白质遇到硝酸汞的硝酸溶液后变为红色红色。利用这个反应可以检查蛋白质中有无酪氨酸存在；利用这个反应可以检查蛋白质中有无酪氨酸存在；(显色的原因尚未能显色的原因尚未能充分明了充分明了) (4)茚三酮反应茚三酮反应:蛋白质与稀的茚三酮溶液同时加热呈显蛋白质与稀的茚三酮溶液同时加热呈显兰色兰色。(指纹鉴定指纹鉴定:可能有指纹处喷上茚三酮可能有指纹处喷上茚三酮,汗液中有蛋白质所以有指纹处就显色汗液中有蛋白质所以有指纹处就显色)第四节第四节第四节第四节 酶酶酶酶 食物的消化，蛋白质的生物合成，生物能量的控制和食物的消化，蛋白质的生物合成，生物能量的控制和利用，以及

35、其他生命活动的化学变化，都要有酶来参与。利用，以及其他生命活动的化学变化，都要有酶来参与。所以生命活动的催化剂，如果没有酶生物的新陈代谢就会所以生命活动的催化剂，如果没有酶生物的新陈代谢就会被抑止，生命甚至会停止。被抑止，生命甚至会停止。 酶是蛋白质的一种，多疑也像蛋白质一样，往往是球酶是蛋白质的一种，多疑也像蛋白质一样，往往是球形的，生物体内酶的种类繁多，功能各异形的，生物体内酶的种类繁多，功能各异,并有高度的专并有高度的专一性，一种酶只能对一种反应产生作用，如淀粉酶只能对一性，一种酶只能对一种反应产生作用，如淀粉酶只能对淀粉水解成葡萄糖。淀粉水解成葡萄糖。一、酶的组成、分类和命名一、酶的组

36、成、分类和命名 1、单纯酶、单纯酶: 催化活性仅由蛋白质结构决定催化活性仅由蛋白质结构决定 结合酶结合酶：酶蛋白对热不稳定：酶蛋白对热不稳定 辅酶辅酶：有机化合物或无机金属元素：有机化合物或无机金属元素 例如例如: 医疗上口服或注射维生素医疗上口服或注射维生素B1、B2 等，就是给人体补充辅酶，等，就是给人体补充辅酶，以提高机体内部某些酶的活性，调节代谢，而达到治疗和增进健康以提高机体内部某些酶的活性，调节代谢，而达到治疗和增进健康的目的，因此结合蛋白酶的催化作用是由酶蛋白共同配合完成的的目的，因此结合蛋白酶的催化作用是由酶蛋白共同配合完成的. 2、分类、分类: 按催化反应的类型分为六大类按催

37、化反应的类型分为六大类 氧化还原酶氧化还原酶, 转移酶转移酶, 水解酶水解酶, 裂解酶裂解酶, 异构酶异构酶, 连接酶连接酶 3、命名、命名: a.习惯命名法习惯命名法: 根据酶所作用的作用物命名根据酶所作用的作用物命名, 根据催化反应的性质以根据催化反应的性质以及类型命名及类型命名 b.系统命名法系统命名法: 写出作用物的名及催化性质写出作用物的名及催化性质, 并以并以“=” 号将其分开号将其分开 二、酶催化反应的特异性二、酶催化反应的特异性 特异性特异性: a. 具有一般催化剂的共性具有一般催化剂的共性, 促进某一反应的速率促进某一反应的速率, 催化效力远远催化效力远远超过化学催化剂超过化

38、学催化剂 b. 具有化学选择性具有化学选择性, 即从混合物中挑选特殊的作用物即从混合物中挑选特殊的作用物. c. 具有立体选择性具有立体选择性: 辨别对映体辨别对映体 d. 催化条件温和催化条件温和: pH =7, 37度左右度左右 在酶的催化下起反应的化合物称为在酶的催化下起反应的化合物称为底物底物, 催化作用分三步进行催化作用分三步进行, 首先首先底物在酶的活性部位上结合底物在酶的活性部位上结合, 生成酶生成酶-底物复合物底物复合物, 使底物与活性部位相结使底物与活性部位相结合的力与稳定多肽构象的力相同合的力与稳定多肽构象的力相同, 即静电引力即静电引力, 氢键氢键, 非极性基团之间的非极

39、性基团之间的作用力等作用力等, 其次其次, 在酶在酶-底物复合物内部进行催化反应底物复合物内部进行催化反应, 生成酶生成酶-底物复合物底物复合物, 再次是产物脱离活性部位再次是产物脱离活性部位, 使酶能催化另一分子底物的反应。使酶能催化另一分子底物的反应。 活性部位使由于肽键的折叠活性部位使由于肽键的折叠, 使有关的氨基酸残基互相靠近而形成使有关的氨基酸残基互相靠近而形成的的, 即与肽链的高级结构有关即与肽链的高级结构有关, 换句话换句话,酶的特异性是由酶的三级结构构成酶的特异性是由酶的三级结构构成的的,一旦破坏了酶的空间结构一旦破坏了酶的空间结构, 也就是破坏了它活性部位也就是破坏了它活性部

40、位, 酶就失活了。酶就失活了。 第五节第五节第五节第五节 核酸核酸核酸核酸 生物所特有的生长和繁殖机能以及遗传与变异的特征生物所特有的生长和繁殖机能以及遗传与变异的特征都是核蛋白酶起着主要作用。核蛋白是蛋白质和核酸所组都是核蛋白酶起着主要作用。核蛋白是蛋白质和核酸所组成的结合蛋白质成的结合蛋白质, 蛋白质是生物体用以表达各项功能的具蛋白质是生物体用以表达各项功能的具体工作体工作, 而核酸是生物用来复制蛋白质的模板而核酸是生物用来复制蛋白质的模板, 没有核酸没有核酸, 就没有蛋白质就没有蛋白质, 也就没有生命了。因此，也就没有生命了。因此，核酸是最根本的核酸是最根本的生命的物质基础。生命的物质基

41、础。 一、核苷酸一、核苷酸 核酸也是高分子结构，分为核糖核酸和脱氧核糖核酸。构成核酸的核酸也是高分子结构，分为核糖核酸和脱氧核糖核酸。构成核酸的单体是核苷酸，核苷酸完全水解后成三种不同的化合物：单体是核苷酸，核苷酸完全水解后成三种不同的化合物：磷酸、戊糖、磷酸、戊糖、碱基碱基。 1、碱基、碱基: 存在于核苷酸中的碱基都是嘧啶或嘌呤的羟基核氨基衍生物存在于核苷酸中的碱基都是嘧啶或嘌呤的羟基核氨基衍生物,最常见最常见的只有五种。其中的只有五种。其中嘧啶衍生物嘧啶衍生物三种三种:脲嘧啶、胞嘧啶、胸腺嘧啶，脲嘧啶、胞嘧啶、胸腺嘧啶，嘌呤衍嘌呤衍生物生物两种两种:腺嘌呤腺嘌呤,鸟嘌呤鸟嘌呤, 2、两种核

42、苷、两种核苷 脱氧核糖和核糖分别与上述五种碱基形成的糖苷通称为脱氧核糖和核糖分别与上述五种碱基形成的糖苷通称为核苷核苷。由糖。由糖的半缩醛羟基与氨基化合物失水形成的氨基的糖苷。这样就有四种糖苷的半缩醛羟基与氨基化合物失水形成的氨基的糖苷。这样就有四种糖苷A,C,G,U和四种脱氧核苷和四种脱氧核苷dT,dA,dC,dG. 3、核苷酸、核苷酸 核苷酸是核苷的磷酸盐核苷酸是核苷的磷酸盐,分为分为脱氧核糖核苷酸（脱氧核糖核苷酸（DNA）和和核糖核苷核糖核苷酸酸(RNA)两类，经过酶水解和降解，我们已经知道，两类，经过酶水解和降解，我们已经知道，DNA和和RNA的单体的单体分别是由四种脱氧核糖核酸和四种

43、核糖核苷分别是由四种脱氧核糖核酸和四种核糖核苷-5-磷酸组成。磷酸组成。 RNA单体单体: 四种核苷四种核苷-5-磷酸磷酸 DNA单体：单体：四种脱氧核苷四种脱氧核苷5磷酸磷酸 而且核苷酸间键是一个核苷酸中的而且核苷酸间键是一个核苷酸中的C5磷酸根与另一核苷酸的戊磷酸根与另一核苷酸的戊糖中的糖中的C3羟基连接而成的磷酸二酯基团。羟基连接而成的磷酸二酯基团。 二、核酸的结构二、核酸的结构 1、一级结构、一级结构 指核酸中各核苷酸单位排列的次序，在核酸中各核苷酸单位是以磷指核酸中各核苷酸单位排列的次序，在核酸中各核苷酸单位是以磷酸酯键相连接，连接的位置在糖的酸酯键相连接，连接的位置在糖的3为和为和

44、5位，通过水解，测定末端碱基位，通过水解，测定末端碱基等步骤，可以推出整个核酸分子中的排列次序。等步骤，可以推出整个核酸分子中的排列次序。 2、二级结构、二级结构 目前认为，核酸分子的核苷酸链中在碱基之间也存在着氢键，使它们目前认为，核酸分子的核苷酸链中在碱基之间也存在着氢键，使它们维持一定的二级结构。维持一定的二级结构。 DNA分子是一个双股螺旋模型，一条链的碱基与另一条链的碱基通分子是一个双股螺旋模型，一条链的碱基与另一条链的碱基通过氢键结合成对，而且碱基配对不是随意进行的，而是通过过氢键结合成对，而且碱基配对不是随意进行的，而是通过A与另一个与另一个链的链的T及及G与另一链的与另一链的C

45、之间互相配对（互补原则）紧密接个在一起，形之间互相配对（互补原则）紧密接个在一起，形成相当稳定的构象。成相当稳定的构象。 多数多数RNA的空间结构与的空间结构与DNA不同，不同，RNA的分子是由一条弯曲的多核的分子是由一条弯曲的多核苷酸链所构成的，其中具有间隔着的双螺旋和单股非螺旋结构部分。苷酸链所构成的，其中具有间隔着的双螺旋和单股非螺旋结构部分。 3、三级结构（、三级结构（P301） 一般认为：一般认为：DNA的三级结构是双螺旋二级结构链的首尾相联后再扭的三级结构是双螺旋二级结构链的首尾相联后再扭曲成麻花状双股闭链状而成的，曲成麻花状双股闭链状而成的，RNA的三级结构是二级结构中各部分都的

46、三级结构是二级结构中各部分都存在一定的空间关系。存在一定的空间关系。 三、核酸的生物功能三、核酸的生物功能 生物体内的蛋白质是按照生物体内的蛋白质是按照DNA的分子结构来合成的，的分子结构来合成的，DNA是蛋白质是蛋白质合成的模板，合成的模板，DNA存在于细胞核内，而蛋白质却是在细胞质中进行合成存在于细胞核内，而蛋白质却是在细胞质中进行合成的，因此首先要按照的，因此首先要按照DNA的结构转录一份副本，的结构转录一份副本，DNA上的遗传信息转录上的遗传信息转录在这个副本上，然后按照副本转移成蛋白质的在这个副本上，然后按照副本转移成蛋白质的“文字文字”，这些工作都是，这些工作都是由核糖核酸来完成的

47、。由核糖核酸来完成的。 蛋白质合成的蛋白质合成的第一步第一步是按细胞核中合成信息核糖核酸，信息核糖核酸是按细胞核中合成信息核糖核酸，信息核糖核酸就是就是DNA的副本，的副本，DNA的双螺旋结构先解开一部分，这一部分至少相当的双螺旋结构先解开一部分，这一部分至少相当于一个基团，细胞中已经制造好的核糖核苷酸以其碱基与于一个基团，细胞中已经制造好的核糖核苷酸以其碱基与 DNA 暴露出暴露出来的链节上互补的碱基形成氢键，碱基配对的规律与来的链节上互补的碱基形成氢键，碱基配对的规律与DNA不同的地方在不同的地方在于用于用U代替代替T，特殊的酶使这些按次序排列的核糖核苷酸逐个连接起来，特殊的酶使这些按次序

48、排列的核糖核苷酸逐个连接起来，形成形成mRNA长链，解开的长链，解开的DNA的长链中只有一条能复制成副本的长链中只有一条能复制成副本mRNA。 因为因为mRNA链上按一定次序排列的碱基每三个组成一个遗传密码，链上按一定次序排列的碱基每三个组成一个遗传密码，每个密码代表一个氨基酸每个密码代表一个氨基酸，所以如果在碱基配对时顺序除了差错就意味，所以如果在碱基配对时顺序除了差错就意味着造成了遗传上的差错，会引起疾病着造成了遗传上的差错，会引起疾病 甚至死亡。甚至死亡。 mRNA透过核膜进去细胞质。在核糖体透过核膜进去细胞质。在核糖体mRNA中中tRNA根据根据mRNA的信息，象传送带运送物品那样，把

49、各种氨基酸送到适当的位置上排列的信息，象传送带运送物品那样，把各种氨基酸送到适当的位置上排列成链，脱离成链，脱离RNA表面形成蛋白质空出核酸表面又为装配新的蛋白质做好表面形成蛋白质空出核酸表面又为装配新的蛋白质做好准备。准备。 综上所述综上所述，在生物体的每一各细胞内都有携带遗传密码的，在生物体的每一各细胞内都有携带遗传密码的DNA将特将特殊信息传给殊信息传给mRNA，mRNA接受信息后移至核糖体，当接受信息后移至核糖体，当mRNA向前传递向前传递时时tRNA接受接受mRNA的信息，得知如何排列某些氨基酸，每个的信息，得知如何排列某些氨基酸，每个tRNA将二将二十种不同的氨基酸中之一中放在适当位置，当十种不同的氨基酸中之一中放在适当位置，当tRNA将氨基酸一个接一个将氨基酸一个接一个的排列成长肽链，就完成了蛋白质的生物合成。的排列成长肽链，就完成了蛋白质的生物合成。