生命中的化學(xué)3

1、生命中的化學(xué)物質(zhì)氨基酸和蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)是蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ)生命的基礎(chǔ)，是構(gòu)成生物體，是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)能物質(zhì)； 幾乎幾乎參與了所有的生命活動過程參與了所有的生命活動過程催化、代謝、免疫、物催化、代謝、免疫、物質(zhì)轉(zhuǎn)運、信息傳遞、運動和生物調(diào)控等；質(zhì)轉(zhuǎn)運、信息傳遞、運動和生物調(diào)控等； 蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜自然界生物體內(nèi)含有自然界生物體內(nèi)含有3030萬萬種蛋白質(zhì)；種蛋白質(zhì)；角質(zhì)素角質(zhì)素keratin血紅蛋白血紅蛋白hemoglobin熒光素酶熒光素酶luciferase其它：金屬元素、碘等；其它：金屬元素、碘等； 蛋白質(zhì)是一類含

2、氮的生物大分子；占生物組織中所蛋白質(zhì)是一類含氮的生物大分子；占生物組織中所有含氮物質(zhì)的絕大部分。有含氮物質(zhì)的絕大部分。 生物組織的含氮量生物組織的含氮量 蛋白質(zhì)的含氮量蛋白質(zhì)的含氮量。大多數(shù)蛋白質(zhì)的含氮量大多數(shù)蛋白質(zhì)的含氮量16%16%。所以。所以1g1g氮的存在意味著有：氮的存在意味著有：1g /16% = 6.25 g1g /16% = 6.25 g的蛋白質(zhì)存在。的蛋白質(zhì)存在。 一、蛋白質(zhì)的元素組成一、蛋白質(zhì)的元素組成二、蛋白質(zhì)的基本單位二、蛋白質(zhì)的基本單位- -氨基酸氨基酸1 1、蛋白質(zhì)被酸、堿或蛋白酶水解得到蛋白的結(jié)構(gòu)單、蛋白質(zhì)被酸、堿或蛋白酶水解得到蛋白的結(jié)構(gòu)單元元氨基酸。作為蛋白質(zhì)

3、結(jié)構(gòu)單元的氨基酸。作為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)單元的2020種種基本氨基酸基本氨基酸均為均為l-l-a a- -氨基酸氨基酸。a ar組成組成天然蛋白質(zhì)天然蛋白質(zhì)的的2020種基本氨基酸種基本氨基酸（按照（按照r r側(cè)基性質(zhì)分）：側(cè)基性質(zhì)分）：脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸堿性氨基酸堿性氨基酸組成組成天然蛋白質(zhì)天然蛋白質(zhì)的的2020種基本氨基酸種基本氨基酸（按照（按照r r側(cè)基性質(zhì)分）：側(cè)基性質(zhì)分）：含羥基和含硫含羥基和含硫氨基酸氨基酸酸性氨基酸及酸性氨基酸及其酰胺其酰胺環(huán)氨基酸環(huán)氨基酸三、氨基酸的性質(zhì)三、氨基酸的性質(zhì)1 1、氨基酸的光學(xué)活性、氨基酸的光學(xué)活性旋光性旋光性三、氨基酸的性質(zhì)三

4、、氨基酸的性質(zhì)2 2、氨基酸的（紫外可見）光吸收性質(zhì)、氨基酸的（紫外可見）光吸收性質(zhì) 300 nm 部分近紫外區(qū)部分近紫外區(qū) 和可見光區(qū)和可見光區(qū)（所有氨基酸都沒有吸收）（所有氨基酸都沒有吸收）220300 nm 近紫外區(qū)近紫外區(qū)（只有色、酪、苯丙氨酸有中（只有色、酪、苯丙氨酸有中等強度吸收等強度吸收r側(cè)基都含有側(cè)基都含有芳香環(huán)）芳香環(huán)） 220 nm遠紫外區(qū)遠紫外區(qū)（都有吸收）（都有吸收）三、氨基酸的性質(zhì)三、氨基酸的性質(zhì)3 3、氨基酸在水溶液中的解離和兩性性質(zhì)、氨基酸在水溶液中的解離和兩性性質(zhì) 物理性質(zhì)：白色晶體，具有鹽的某些屬性，熔點很高，大部物理性質(zhì)：白色晶體，具有鹽的某些屬性，熔點很高

5、，大部分能溶于水，水溶液具有較高的介電常數(shù)。分能溶于水，水溶液具有較高的介電常數(shù)。 水溶液中以兩性離子形式存在水溶液中以兩性離子形式存在氨基正離子（氨基正離子（-nh-nh3 3+ +）和羧）和羧基陰離子（基陰離子（-coo-coo- -）。既可以作為酸，也可以作為堿。）。既可以作為酸，也可以作為堿。三、氨基酸的性質(zhì)三、氨基酸的性質(zhì)3 3、氨基酸在水溶液中的解離和兩性性質(zhì)、氨基酸在水溶液中的解離和兩性性質(zhì) 等電點：溶液中氨基酸的等電點：溶液中氨基酸的-nh-nh3 3+ +和和-coo-coo- -數(shù)目數(shù)目相等、凈電荷為零時的相等、凈電荷為零時的phph值稱為該氨基酸值稱為該氨基酸的等電點，簡

6、稱的等電點，簡稱p pi。氨基酸所帶凈電荷ph值電泳（電泳（electrophoresiselectrophoresis）電場中，帶不同電荷、質(zhì)量不同的組分遷移的速率不同電場中，帶不同電荷、質(zhì)量不同的組分遷移的速率不同；氨基酸、多肽和蛋白質(zhì)氨基酸、多肽和蛋白質(zhì)純化分離、分析的重要方法純化分離、分析的重要方法1 1、多肽的結(jié)構(gòu)、多肽的結(jié)構(gòu)多肽：氨基酸間的羧基和氨基縮合脫水生成多肽：氨基酸間的羧基和氨基縮合脫水生成酰胺鍵（肽鍵）酰胺鍵（肽鍵），從而形，從而形成的一類成的一類寡聚寡聚或或多聚多聚體；（二、三、四肽，多肽等等）體；（二、三、四肽，多肽等等）多肽鏈的方向性：多肽鏈的方向性：n n端（氨基

7、端）端（氨基端）c c端（羧基端）端（羧基端）四、從氨基酸到蛋白質(zhì)四、從氨基酸到蛋白質(zhì)多肽多肽 氮原子上的氮原子上的孤對電子孤對電子與與羰基羰基具有明顯的共軛作用，組成肽鍵的原子處具有明顯的共軛作用，組成肽鍵的原子處于同一平面；肽鍵中的于同一平面；肽鍵中的c-nc-n鍵具有部分雙鍵鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)，從而形成性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)，從而形成酰胺平面；羰基和酰胺上酰胺平面；羰基和酰胺上n-hn-h之間呈之間呈反式而相互平行反式而相互平行的關(guān)系，很少扭曲。的關(guān)系，很少扭曲。2 2、多肽的兩性解離、多肽的兩性解離可被看作是一個可被看作是一個“大氨基酸大氨基酸”，具有末端游，具有末端游離的氨

8、基和羧基以及側(cè)鏈上的可離解基團，溶液中解離性質(zhì)與氨基酸離的氨基和羧基以及側(cè)鏈上的可離解基團，溶液中解離性質(zhì)與氨基酸相似，以兩性離子形式存在，有等電點（正負電荷相等，凈電荷為相似，以兩性離子形式存在，有等電點（正負電荷相等，凈電荷為零），受溶液零），受溶液phph值調(diào)控。值調(diào)控。3 3、多肽的水解、多肽的水解酰胺鍵的水解，可分為完全水解和部分水解；酰胺鍵的水解，可分為完全水解和部分水解； （1 1）酸水解酸水解6 m6 m（mol/lmol/l）鹽酸或）鹽酸或4 m4 m硫酸，硫酸，105-110105-110，2020小時；優(yōu)點：不易引起水解產(chǎn)物消旋化。缺點：破壞色氨酸，引小時；優(yōu)點：不易引起

9、水解產(chǎn)物消旋化。缺點：破壞色氨酸，引起部分含羥基或酰胺鏈側(cè)基的氨基酸分解。起部分含羥基或酰胺鏈側(cè)基的氨基酸分解。 （2 2）堿水解堿水解5 m5 m氫氧化鈉溶液，煮沸氫氧化鈉溶液，煮沸1020 1020 小時；優(yōu)點：色小時；優(yōu)點：色氨酸在水解中不破壞。缺點：產(chǎn)率低，部分水解產(chǎn)物消旋化。氨酸在水解中不破壞。缺點：產(chǎn)率低，部分水解產(chǎn)物消旋化。 （1 1）和（）和（2 2）是完全水解。）是完全水解。 （3 3）酶水解酶水解用各種蛋白酶在溫和的生理條件下進行；不用各種蛋白酶在溫和的生理條件下進行；不會破壞氨基酸，也不發(fā)生消旋化；部分水解成小的肽段。會破壞氨基酸，也不發(fā)生消旋化；部分水解成小的肽段。4

10、4、天然存在的重要多肽、天然存在的重要多肽 生物體中，生物體中，多肽最重要的存在形式是作為蛋白質(zhì)的亞單位多肽最重要的存在形式是作為蛋白質(zhì)的亞單位。此外。此外也有許多分子量較小的多肽以也有許多分子量較小的多肽以游離狀態(tài)游離狀態(tài)存在，具有特殊生理功能，稱存在，具有特殊生理功能，稱為為活性肽活性肽。主要有：。主要有：a a、腦啡肽、腦啡肽高等動物中樞神經(jīng)產(chǎn)生的一類小活性肽；與大腦的嗎啡高等動物中樞神經(jīng)產(chǎn)生的一類小活性肽；與大腦的嗎啡受體有很強的親和力，具有類似嗎啡的鎮(zhèn)痛作用，神經(jīng)生物學(xué)研究中受體有很強的親和力，具有類似嗎啡的鎮(zhèn)痛作用，神經(jīng)生物學(xué)研究中應(yīng)用；應(yīng)用；b b、激素類多肽、激素類多肽激素的重

11、要組成部分，生物體的腺體和組織分泌，激素的重要組成部分，生物體的腺體和組織分泌，對生物的生長發(fā)育和代謝具有重要調(diào)節(jié)作用；對生物的生長發(fā)育和代謝具有重要調(diào)節(jié)作用；c c、抗生素類多肽、抗生素類多肽細菌分泌，具有很好的抗菌性能；細菌分泌，具有很好的抗菌性能；d d、谷胱甘肽、谷胱甘肽廣泛存在于動植物細胞中的一種三肽，在生物廣泛存在于動植物細胞中的一種三肽，在生物體內(nèi)氧化還原反應(yīng)中起重要作用。體內(nèi)氧化還原反應(yīng)中起重要作用。 五五 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 由一條或多條多肽鏈以特殊方式結(jié)合而成的由一條或多條多肽鏈以特殊方式結(jié)合而成的生物大分子生物大分子；分子；分子量在量在6000 da6000 da（

12、道爾頓）以上的多肽稱為（道爾頓）以上的多肽稱為蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)。分子量變化很大：。分子量變化很大：6,0006,0001000,000 da1000,000 da或者更大?；蛘吒?。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)組成蛋白質(zhì)的多肽鏈數(shù)目，組成蛋白質(zhì)的多肽鏈數(shù)目，多肽多肽鏈的氨基酸順序鏈的氨基酸順序，多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。，多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。19531953年英國的年英國的f. sangerf. sanger測定其一維結(jié)構(gòu)，獲測定其一維結(jié)構(gòu)，獲19581958年諾貝爾化學(xué)獎年諾貝爾化學(xué)獎二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)肽鏈主鏈折疊產(chǎn)生的有規(guī)則幾何走向肽鏈主

13、鏈折疊產(chǎn)生的有規(guī)則幾何走向，只涉及肽鏈只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象主鏈的構(gòu)象及及鏈內(nèi)或鏈間的氫鍵鏈內(nèi)或鏈間的氫鍵。 決定肽鏈主鏈構(gòu)象和空間排列的主要因素：決定肽鏈主鏈構(gòu)象和空間排列的主要因素：肽鍵平面的二面肽鍵平面的二面角和氫鍵角和氫鍵1 1、a a- -螺旋螺旋右手方向盤繞成螺旋，螺距：右手方向盤繞成螺旋，螺距：0.54 nm0.54 nm，含，含3.63.6個氨基個氨基酸；第一個氨基酸殘基的酸；第一個氨基酸殘基的酰胺基團的羰基酰胺基團的羰基與第四個氨基酸殘基與第四個氨基酸殘基酰胺基酰胺基團的氨基團的氨基形成形成肽鏈內(nèi)氫鍵肽鏈內(nèi)氫鍵，該，該氫鍵的取向與螺旋軸方向幾乎平行氫鍵的取向與螺旋軸方向幾乎平行

14、；2 2、b b- -折疊折疊兩條或多條幾乎完全兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列伸展的肽鏈平行排列，通過，通過鏈間鏈間的氫鍵交聯(lián)的氫鍵交聯(lián)而形成的。肽鏈的主鏈呈而形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象鋸齒狀折疊構(gòu)象；結(jié)構(gòu)牢固，又；結(jié)構(gòu)牢固，又分成分成平行平行和和反平行反平行兩種形式。兩種形式。3 3、b b- -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角四個氨基酸組成的不很穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，可以使四個氨基酸組成的不很穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，可以使肽鏈在蛋白中的走向多次逆轉(zhuǎn)；肽鏈在蛋白中的走向多次逆轉(zhuǎn)；4 4、無規(guī)則卷曲、無規(guī)則卷曲緊密環(huán)（緊密環(huán)（compact loopcompact loop）：6-166-16個氨基酸殘基個氨基酸殘基

15、組成；通過疏水作用或形成氫鍵等成為緊密結(jié)構(gòu)，可能與蛋白質(zhì)組成；通過疏水作用或形成氫鍵等成為緊密結(jié)構(gòu)，可能與蛋白質(zhì)的識別功能有關(guān)，參與催化作用；的識別功能有關(guān)，參與催化作用； 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是指在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，肽鏈在空間上是指在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，肽鏈在空間上進一步盤繞、折疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的特征的三維進一步盤繞、折疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的特征的三維結(jié)構(gòu)。維系這種特定結(jié)構(gòu)的力主要有：結(jié)構(gòu)。維系這種特定結(jié)構(gòu)的力主要有：氫鍵、疏水鍵、離子鍵和氫鍵、疏水鍵、離子鍵和范德華力范德華力等。尤其是等。尤其是疏水鍵疏水鍵。三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)

16、的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是指由多條各自具有一、二、三級結(jié)構(gòu)的肽鏈（亞是指由多條各自具有一、二、三級結(jié)構(gòu)的肽鏈（亞基）通過非共價鍵連接起來的結(jié)構(gòu)形式，各個亞基在這些蛋白質(zhì)中的空間基）通過非共價鍵連接起來的結(jié)構(gòu)形式，各個亞基在這些蛋白質(zhì)中的空間排列方式及亞基之間的相互作用關(guān)系。排列方式及亞基之間的相互作用關(guān)系。1 1、寡聚蛋白的亞基數(shù)目、寡聚蛋白的亞基數(shù)目 蛋白質(zhì)分子中，最小的結(jié)構(gòu)單位通常稱為蛋白質(zhì)分子中，最小的結(jié)構(gòu)單位通常稱為亞基或亞單位（亞基或亞單位（subunitsubunit）；通常由一條肽鏈構(gòu)成，無生理活性；維持亞基之間的化學(xué)鍵主要是疏水力。通常由一條肽鏈構(gòu)成，無生理活性；維持亞基之間

17、的化學(xué)鍵主要是疏水力。多個亞基聚集而成的蛋白質(zhì)通常稱為多個亞基聚集而成的蛋白質(zhì)通常稱為寡聚蛋白寡聚蛋白。四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)2 2、寡聚蛋白亞基的排列方式、寡聚蛋白亞基的排列方式2 2、寡聚蛋白亞基的排列方式、寡聚蛋白亞基的排列方式五、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)形成的決定因素總結(jié)五、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)形成的決定因素總結(jié)蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)所處的環(huán)境（溶液離子強度、離子組成、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)所處的環(huán)境（溶液離子強度、離子組成、ph值等）決定了蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)。值等）決定了蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)。1、酰胺鍵平面構(gòu)型、酰胺鍵平面構(gòu)型2、非共價鍵相互作用、非共價鍵相互作用:（1）氫鍵（）氫鍵（hydro

18、gen bond）鏈內(nèi)、鏈間（鏈內(nèi)、鏈間（n-h,c=o,n+,oh,sh等）等）（2）疏水相互作用（）疏水相互作用（hydrophobic interaction）氨基酸疏氨基酸疏水側(cè)鏈水側(cè)鏈間的相互作用；間的相互作用；（3）范德華力（）范德華力（van der waals interaction）（4）離子鍵（）離子鍵（ionic interactions）無機金屬離子無機金屬離子與與帶電荷帶電荷的氨基酸側(cè)鏈基團的氨基酸側(cè)鏈基團；3、二硫鍵、二硫鍵 六六 蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的分類一、依據(jù)蛋白質(zhì)的組成分類一、依據(jù)蛋白質(zhì)的組成分類1 1、簡單蛋白、簡單蛋白只含由只含由a a- -氨基酸組成的肽鏈，如：清蛋白、組氨基酸組成的肽鏈，如：清蛋白、組蛋白。蛋白。2 2、結(jié)合蛋白、結(jié)合蛋白簡單蛋白和非蛋白成分結(jié)合而成；簡單蛋白和非蛋白成分結(jié)合而成；（1 1）色蛋白）色蛋白與色素物質(zhì)結(jié)合，如血紅蛋白、葉綠蛋白和細胞與色素物質(zhì)結(jié)合，如血紅蛋白、葉綠蛋白和細胞色素等；色素等；（2 2）糖蛋白）糖蛋白與糖類物質(zhì)結(jié)合；與糖類物質(zhì)結(jié)