氨基酸蛋自質(zhì)及核酸

1、1有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)NHNNONH2NOHHHHHOPOO-HOO-2有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 蛋白質(zhì)存在于一切細(xì)胞中。蛋白質(zhì)存在于一切細(xì)胞中。它們是構(gòu)成人體和動(dòng)植物組織的它們是構(gòu)成人體和動(dòng)植物組織的基本材料，肌肉、毛發(fā)、皮膚。指甲、腥、神經(jīng)、激素、抗體、基本材料，肌肉、毛發(fā)、皮膚。指甲、腥、神經(jīng)、激素、抗體、血清、血紅蛋白、酶等都是由不同蛋白質(zhì)組成的。蛋白質(zhì)在有機(jī)血清、血紅蛋白、酶等都是由不同蛋白質(zhì)組成的。蛋白質(zhì)在有機(jī)體中承擔(dān)著多種生物功能，它們能供給機(jī)體營(yíng)養(yǎng)，輸送氧氣，控體中承擔(dān)著多種生物功能，它們能供給機(jī)體營(yíng)養(yǎng)，輸送氧氣，控制代謝過(guò)程，防御疾病、傳遞遺傳信息，負(fù)責(zé)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行保制

2、代謝過(guò)程，防御疾病、傳遞遺傳信息，負(fù)責(zé)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行保護(hù)機(jī)能，等等。可以說(shuō)，護(hù)機(jī)能，等等?？梢哉f(shuō)，蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，是參與體內(nèi)，是參與體內(nèi)各種生物化學(xué)變化最重要的組分。生命的基本特征就是蛋白質(zhì)的各種生物化學(xué)變化最重要的組分。生命的基本特征就是蛋白質(zhì)的不斷自我更新。不斷自我更新。第十五章 氨基酸、氨基酸、蛋白質(zhì)及核酸 從化學(xué)上看，從化學(xué)上看，蛋白質(zhì)是氨基酸的高聚物蛋白質(zhì)是氨基酸的高聚物；氨基酸是構(gòu)成蛋白；氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的質(zhì)的“基石基石”，因此要討論蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，首先要了解氨，因此要討論蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，首先要了解氨基酸?；?。 3有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)

3、和核酸* 蛋白質(zhì)存在一切細(xì)胞中。* 蛋白質(zhì)在有機(jī)體中承擔(dān)著多種生物功能。* 蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。* 生命活動(dòng)的基本特征就是蛋白質(zhì)的不斷自我更新（新陳代謝）。*從化學(xué)上看，蛋白質(zhì)是氨基酸的高聚物：氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基石。4有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸第一節(jié) 氨基酸概述（Amino acids)一、氨基酸的分類、命名和結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)R C COOHNH2H - 氨基酸 分子中既含有氨基（NH2），又含有羧基（COOH）的化合物叫氨基酸氨基酸。 各種氨基酸的差別主要在于R基團(tuán)的不同，而R的結(jié)構(gòu)是多種多樣的。 氨基酸氨基酸5有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸2、命名 - 氨基酸的命名一般采

4、用俗名，即根據(jù)其來(lái)源或性質(zhì)命名。 每種氨基酸都有縮寫符號(hào)(即英文名稱的頭一個(gè)字母)和中英文代號(hào)。甘氨酸 Gly G 甘賴氨酸 Lys K 賴 氨基酸 符號(hào) 字母代號(hào) 漢文代號(hào)6有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸3、分類、分類*根據(jù)氨基和羧基的數(shù)目中性氨基酸：氨基數(shù)目= 羧基數(shù)目堿性氨基酸：氨基數(shù)目羧基數(shù)目酸性氨基酸：氨基數(shù)目 羧基數(shù)目*根據(jù)烴基的類型脂芳族氨基酸：并氨酸、纈氨酸等。芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸等。雜環(huán)族氨基酸：色氨酸、脯氨酸等。7有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸二、氨基酸的構(gòu)型二、氨基酸的構(gòu)型 天然氨基酸，除甘氨酸外， - C原子都有手性，因此具有旋光性，且都是L 構(gòu)型。 CH

5、OHHOCH3COOHHHOCH3COOHHH2NCH3L 甘油醛L 乳酸L 丙 氨酸 -氨基酸的構(gòu)型是與由L 甘油醛導(dǎo)出的L 乳酸相聯(lián)系而確定的，即將 -氨基酸看成是L 乳酸中的羥基被氨基取代的產(chǎn)物。 其它含有一個(gè)以上手性碳原子的氨基酸的構(gòu)型，均取決于 - C原子：如果某氨基酸的 - C原子的構(gòu)性與L 丙 氨酸相當(dāng)，這個(gè)氨基酸就是L 型。8有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 第二節(jié)第二節(jié) 氨基酸的來(lái)源及制法氨基酸的來(lái)源及制法蛋白質(zhì)H2OH+多肽二肽- 氨基酸 將混合物用各種分離手段(如色層分離法、離子交換法、電泳法等）進(jìn)行分離，即可分別得到各種氨基酸。由蛋白質(zhì)的水解制備氨基酸是從1820年開(kāi)始

6、的，這是一個(gè)最古老的方法。味精早期就是由小麥蛋白質(zhì)面筋水解得到。胱氨酸，半胱氨酸是由頭發(fā)水解制得的。 一、蛋自質(zhì)水解 蛋白質(zhì)在酸、堿或酶的作用下水解，最后生成的是- 氨基酸氨基酸 的混合物： 氨基酸的制備主要有蛋白質(zhì)的水解、發(fā)酵法，酶法及有機(jī)合成法四條途徑9有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 蛋白質(zhì)水解法的缺點(diǎn)是分離比較困難，因?yàn)樗鈺r(shí)所得到的總是各種氨基酸的混合物。二、微生物發(fā)酵法二、微生物發(fā)酵法 該法是以糖質(zhì)原料（如淀粉、果糖、蔗糖）或以石油及其制品（如石蠟油、煤油、乙醇、醋酸）為主要碳源，在其它氮、磷、鉀等物質(zhì)存在下，經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵而生成氨基酸。 從1957年開(kāi)始用該法生產(chǎn)谷氨酸（味精）。

7、微生物發(fā)酵法的原料價(jià)廉，在大多數(shù)情況下，由于細(xì)菌的特異作用，能直接得到L 型氨基酸，無(wú)需再進(jìn)行外旋體的拆分。三、酶法三、酶法 在酶的作用下，可將一定原料轉(zhuǎn)化成L 氨基酸。酶法的特點(diǎn)是酶的催化性很強(qiáng)，生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，副產(chǎn)物少，周期短，成本低。L-丙氨酸、L-賴氨酸、L-天門冬氨酸、L-色氨酸、L-鳥(niǎo)氨酸等是用酶法生產(chǎn)的。10有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸四、合成法四、合成法 為了經(jīng)濟(jì)、大量地生產(chǎn)氨基酸，還需要用化學(xué)合成法。其主要方法有以下三種：R CH = OHCNR CH OHCNNH3R CH NH2CN 醛與HCN、NH3反應(yīng)生成氰胺，后者水解即得到氨基酸氨基酸，該法稱為斯垂克合成

8、。（1）由醛或酮制備斯垂克（Strecker）合成（氰胺水解）R CH - COOHNH2H2OOHH+11有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸R CH - COOHNH2R CH - COOHX+ NH3（2） - 鹵代酸的氨解 此法有仲、叔胺的副產(chǎn)物，如用蓋布瑞爾(Gabriel)法代替，則能得到較純的 - 氨基酸。OONO CH COOHR RNKO+ X CH COOR R鄰苯二甲酰亞胺鉀 - 鹵代酸酯COOHCOOH+NH2CHCOOHR+ ROHH2O12有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸（3）由丙二酸酯合成）由丙二酸酯合成 以丙二酸酯為基本原料，可以合成多種結(jié)構(gòu)的氨基酸，該法的應(yīng)用范圍

9、非常廣泛。CH2(COOC2H5)2CCl4Br2BrCH(COOC2H5)2NKOOC2H5ONaRXNOOC (COOC2H5)2ROHH2OH+R CHCOOH NH2NOOCH(COOC2H5)2中間產(chǎn)物 現(xiàn)介紹鄰苯二甲酰亞胺丙二酸酯法：13有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 RX除為一般的伯鹵外，還可以為ClCH2COOC2H5,ClCH2CH2SCH3等多種鹵代物，從而生成各種結(jié)構(gòu)的氨基酸。14有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 最后要指出的是，用一般合成方法所生成的氨基酸都是外消旋體，只有經(jīng)過(guò)拆分才能得到L或D構(gòu)型的氨基酸。氨基酸的不對(duì)稱合成近年來(lái)發(fā)展很快，例如應(yīng)用膦銠絡(luò)合催化劑，光

10、學(xué)產(chǎn)率可達(dá)到95以上。15有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 (6)斯密特（Schmidt）反應(yīng) 斯密特反應(yīng)是以疊氮酸為試劑，將羧某轉(zhuǎn)化成氨基。例如：16有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸【課堂練習(xí)】一、用適當(dāng)原料，以丙二酸酯法合成：（1）天門冬氨酸； （2）亮氨酸； （3）脯氨酸； （4）色氨酸。二、用兩種方法合成：NH3COO-+17有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸（1）天門冬氨酸；一、HOOC-CH2-CH-COOHNH2-氨基丁二酸CH2(COOC2H5)2CCl4Br2BrCH(COOC2H5)2NKOONOOCH(COOC2H5)2中間產(chǎn)物C2H5ONaClCH2COOC2H5NOOC

11、 (COOC2H5)2CH2COOC2H5OHH2OH+HOOC-CH2-CH-COOHNH218有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸（2）亮氨酸(CH3)2CHCH2CH-COOHNH2-甲基-氨基戊酸CH2(COOC2H5)2CCl4Br2BrCH(COOC2H5)2NKOONOOCH(COOC2H5)2中間產(chǎn)物C2H5ONa(CH3)2CHCH2ClNOOC (COOC2H5)2CH2CH (CH3) 2OHH2OH+(CH3)2CHCH2CH-COOHNH219有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸（3）脯氨酸NHCOOH-四氫吡咯酸CH2(COOC2H5)2CCl4Br2BrCH(COOC2H

12、5)2NKOONOOCH(COOC2H5)2中間產(chǎn)物C2H5ONaBrCH2CH2CH2BrNOOC (COOC2H5)2 CH2CH2CH2BrOHH2OH+NHCOOH20有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸（4）色氨酸NHCH2CH(NH2)COOH-氨基-(3-吲哚)丙酸NOOCH(COOC2H5)2中間產(chǎn)物CH2(COOC2H5)2CCl4Br2BrCH(COOC2H5)2NKOOC2H5ONaNOOC (COOC2H5)2OHH2OH+ CH2RNHCH2ClTM21有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸二、用兩種方法合成：NH3COO-+22有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸二、 - 鹵代酸

13、氨解 - 鹵代酸與過(guò)量的NH3作用，容易生成- 氨基酸。例如：CH3CHCOOH + 2NH3ClCH3CHCOOH + 2NH4ClNH2三、蓋布瑞爾合成法 與合成純的伯胺方法類似（見(jiàn)第十二章第五節(jié)），可以用- 鹵代酸酯合成- 氨基酸。23有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸四、斯特雷克合成法 由醛與氨及氫氰酸，或與氰化銨作用制得- 氨基睛，后者水解即得- 氨基酸，這個(gè)反應(yīng)稱為斯特雷克（Strccker合成法。反應(yīng)機(jī)理大致如下：24有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸25有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸第三節(jié) 氨基酸的性質(zhì) -氨基酸都為無(wú)色晶體，易溶于水，而難溶于乙醚、苯等有機(jī)溶劑中，它們具有較高的

14、熔點(diǎn)，且大多數(shù)在熔化時(shí)會(huì)發(fā)生分解。除甘氨酸外,其它天然氨基酸都有旋光性。 氨基酸是含有氨基和羧基的雙官能團(tuán)化合物，所以它們既具有羧酸的性質(zhì)，又具有胺類的性質(zhì)，同時(shí)還具有這兩種官能團(tuán)相互影響而賦于它們的某些特性。一、氨基酸的兩性和等電點(diǎn) 氨基酸中有兩性基團(tuán)，既能和酸反應(yīng)，也能和堿反應(yīng)，它是兩性化合物兩性化合物。實(shí)際上雜氨基酸分子內(nèi)，氨基與羧基作用生成一個(gè)兩性離子，氨基酸的晶體就是以兩性離子的形式存在的，這種兩性離子是分子內(nèi)的氨基與羧基成鹽的結(jié)果，故稱為內(nèi)鹽內(nèi)鹽。1）兩性26有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸R CH COOH NH2R CH COO NH3+-內(nèi)鹽（亦稱為偶極離子）氨基酸具有高熔點(diǎn)

15、和水溶性，就是其內(nèi)鹽性質(zhì)的表現(xiàn)。在水溶液中，氨基酸的兩性離子存在下列平衡：R CH COOH NH3R CH COO NH3+R CH COO NH2OH-OH-H+H+-+陽(yáng)離子兩性離子陰離子（氨基酸正離子）（氨基酸負(fù)離子）27有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸2）等電點(diǎn)丙氨酸在純水溶液中可形成入下的平衡：OH + CH3CHCOOHCH3CHCOO CH3CHCOO + H3O-NH3+NH3+NH2正離子兩性離子負(fù)離子-+H2OH2O 在這里，酸性基團(tuán)NH3+和堿性基團(tuán)COO的相對(duì)強(qiáng)度不完全等同，即前者的給質(zhì)子能力大于后者接受質(zhì)子的能力（即羧基COOH的酸性大于氨基NH2的堿性），所以丙氨

16、酸的兩性離子容易從NH3+給出質(zhì)子形成較多的負(fù)離子。在平衡體系中，負(fù)離子數(shù)目多于正離子，使丙氨酸帶有一定數(shù)量的凈負(fù)電荷，其溶液略顯酸性（PH值略小于7）。氨基酸中羧基的解離能力要大于氨基接受質(zhì)于的能力。28有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 如果在丙氨酸水溶液的平衡體系中外加酸，則可抑制負(fù)如果在丙氨酸水溶液的平衡體系中外加酸，則可抑制負(fù)離子的生成，而使正離子的數(shù)量增加（平衡向左移動(dòng)）。當(dāng)離子的生成，而使正離子的數(shù)量增加（平衡向左移動(dòng)）。當(dāng)加入適量的酸時(shí)，可以使正，負(fù)離子相等，丙氨酸的凈電荷加入適量的酸時(shí)，可以使正，負(fù)離子相等，丙氨酸的凈電荷等于零。等于零。 將此溶液置于電場(chǎng)中，氨基酸不向電場(chǎng)的任

17、何一極移動(dòng)，將此溶液置于電場(chǎng)中，氨基酸不向電場(chǎng)的任何一極移動(dòng)，即處于電中性（等電）狀態(tài)。這個(gè)凈電荷為零的氨基酸所在即處于電中性（等電）狀態(tài)。這個(gè)凈電荷為零的氨基酸所在的溶液的的溶液的PH值就稱為該氨基酸的值就稱為該氨基酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)（Isoelectric point)，通常以通常以IP 表示。表示。 必須注意，氨基酸在純水中的電離一般都不是它的等電點(diǎn)，必須注意，氨基酸在純水中的電離一般都不是它的等電點(diǎn)，要達(dá)到等電點(diǎn)必須加入酸或堿來(lái)調(diào)節(jié)。由于各種氨基酸中的羧要達(dá)到等電點(diǎn)必須加入酸或堿來(lái)調(diào)節(jié)。由于各種氨基酸中的羧基和氨基的相對(duì)強(qiáng)度和數(shù)目不同，所以各種氨基酸的等電點(diǎn)也基和氨基的相對(duì)強(qiáng)度和數(shù)目不同

18、，所以各種氨基酸的等電點(diǎn)也不同。不同。中性氨基酸中性氨基酸 IP=5.56.3酸性氨基酸酸性氨基酸 IP=2.8 3.2堿性氨基酸堿性氨基酸 IP=7.6 10.6 29有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 氨基酸的等電點(diǎn)并非是它的中性點(diǎn)。在等電點(diǎn)時(shí)，兩性離子的濃度最大，溶解度最小。 根據(jù)等電點(diǎn)可以鑒定氨基酸，而用調(diào)節(jié)等電點(diǎn)的方法可以分離氨基酸的混合物。常用的方法有兩種，一是利用其在等電點(diǎn)時(shí)的溶解度最小，可以某氨基酸從混合溶液中沉淀出來(lái)；二是利用在同一pH下不同的氨基酸所帶電荷的不同而進(jìn)行分離。 例如，在pH6時(shí)，甘氨酸、丙氨酸等主要以兩性離子形式存在，而天門冬氨酸、谷氨酸等則主要是以負(fù)離子形式存

19、在。若將此混合液通過(guò)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的層析柱，這時(shí)天門冬氨酸、谷氨酸等就和樹(shù)脂的陽(yáng)離子交換而留在柱中，再根據(jù)它們的IP值，選用不同的pH緩沖溶液將后者洗脫出來(lái)。30有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸【課堂練習(xí)】一、寫出下列氨基酸在給定PH值的離子結(jié)構(gòu)：（1）半胱氨酸（PH4.80) (2)精氨酸（PH10.95)(1) HSCH2 - CHCOOH+NH3(2)H2N C NHCH2CH2CH2CHCOO-NH2NH二、下列氨基酸在PH6時(shí)，置于電場(chǎng)中，推測(cè)其移動(dòng)方向。（1）纈氨酸 （2）谷氨酸 （3）賴氨酸 （1）不動(dòng)（2）正極（3）負(fù)極31有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸二、氨基酸受熱后的消除

20、反應(yīng)氨基酸的熱反應(yīng)與相應(yīng)的羥基酸極為相似：（A） -氨基酸加熱生成交酰氨或肽CH3CHCO OHNHHHNHCHCH3HO OCCH3CHCO NHNHCHCH3 OC交酰胺（二酮吡嗪）32有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸H2N CH CO OH R+H NH CH COOH RH2N CH CO R NH CH COOH R二肽（B） - 氨基酸加熱生成 ， - 不飽和酸：RCH CH - COOHNH2HRCH = CHCOOH ， - 不飽和酸33有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸（C） - 氨基酸氨基酸加熱生成內(nèi)酰胺加熱生成內(nèi)酰胺：R CHCHCH2COOHNH2RCHCH2NHCH2C

21、 = O內(nèi)酰胺34有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸三、與水合茚三酮的顯色反應(yīng) -氨基酸與水合茚三酮在堿性溶液中加熱，發(fā)生氧化、脫氨、脫羧作用，最終生成藍(lán)紫色物質(zhì)。這是檢驗(yàn)氨基酸的靈敏方法。（脯氨酸或羥脯氨酸顯黃色）值得注意的是，脯氨酸不能發(fā)生茚三酮反應(yīng)。伯胺、氨，銨鹽等能發(fā)生茚三酮反應(yīng)，故鑒別一個(gè) -氨基酸時(shí)，要排除伯胺、氨和銨鹽的干擾。35有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸四、與亞硝酸的反應(yīng) 氨基酸與HNq作用，生成羥基酸，同時(shí)放出N2，反應(yīng)迅速且定量完成。 根據(jù)所放出N2的體積，可以算出試樣中氨基的含量，這個(gè)方法叫做范斯萊克（Van一S1yke）法。RCH2CHCOOH + HNO2NH2R

22、CH2CHCOOH + N2 + H2OOH36有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸五、氨基酸的反應(yīng)五、氨基酸的反應(yīng)（1）羧基的反應(yīng)）羧基的反應(yīng)R CHCOOHNH2R CHCOONH2OH-（成鹽）-R CHCOClNH2PCl5（生成酰氯）R CHCOOCH2C6H5NH2C6H5CH2OH（酯化）H+R CHCONHRNH2（生成酰氨）RNH2R CHCH2OHNH2（還原）LiAlH4R CH2NH2（脫羧）37有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸（2）氨基的反應(yīng)）氨基的反應(yīng)R CHCOOHNH2R CHCOOHNH3+（成鹽）H+R CHCOOHOH（與亞硝酸反應(yīng)）PCl5R CHCOOHN

23、(CH2OH)2(與甲醛反應(yīng)）HCHOR CHCOOHNHCOCH3（?；?CH3CO)2OR CHCOOHNHR（烴基化）RCl（氧化）H2O2R CHCOOHNHR CHCOOHOH2O38有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 肽第四節(jié) 肽、肽鍵與命名 一分子 - 氨基酸的氨基和另一分子 - 氨基酸的羧基之間縮水所生成的酰胺化合物稱為肽。 肽peptide,此名詞來(lái)自于希臘語(yǔ)“消化”，因?yàn)殡氖紫仁怯刹糠窒牡鞍踪|(zhì)得到的。 肽分子中的酰胺鍵稱為肽鍵(peptide linkages)。H2N CH CO OH R+H NH CH COOH RH2N CH CO R NH CH COOH R二

24、肽肽鍵39有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 由二個(gè)或三個(gè)氨基酸形成的肽叫二肽或三肽。由多個(gè)氨基酸形成的肽稱為多肽。在肽分子中每個(gè)氨基酸結(jié)構(gòu)部分稱為氨基酸單位（殘基）。 在蛋白質(zhì)分子中，氨基酸也是通過(guò)肽鍵連接起來(lái)的。實(shí)際上，蛋白質(zhì)就是分子量很大（約億萬(wàn)以上）的多肽。所以了解多肽的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是研究蛋白質(zhì)的重要基礎(chǔ)。 開(kāi)鏈狀的肽總有兩個(gè)末端。含游離氨基的一端稱為N- 端，通常寫在左邊；含游離羧基的一端稱為C-端，寫在右邊。 肽的命名是從N-端開(kāi)始，由左至右依次將每個(gè)氨基酸單位寫成“某氨酰”，最后一個(gè)氨基酸單位的羧基是完整的，寫為“某氨酸”。第五節(jié)第五節(jié) 多肽多肽40有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸H

25、2N CH CONH CH2 CONH CH COOH CH3CH2C6H5丙氨酰 甘氨酰 苯丙氨酸簡(jiǎn)稱 ：丙 甘 苯丙(Ala Gly Phe )一、多肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定和端基分析 要測(cè)定一個(gè)多肽的結(jié)構(gòu)，首先要知道這個(gè)多肽分子是由哪些氨基酸組成的，然后再確定這些氨基酸在多肽分子中的排列順序。 將多肽在酸性溶液中進(jìn)行水解，可以得到各種氨基酸的混合物，再用色譜法分離并確定它是由哪幾種氨基酸組成以及它們的相對(duì)含量，然后根據(jù)測(cè)定的多肽的分子量，就能算出這個(gè)多肽中所含的各種氨基酸的數(shù)目。至于這些氨基酸在多肽分子中的排列次序，則是通過(guò)端基分析的方法，并配合部分水解法加以確定。41有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核

26、酸 確定多肽的結(jié)構(gòu)，應(yīng)從兩方面著手。首先測(cè)定組成多肽的氨基酸種類和數(shù)目；然后測(cè)定這些氨基酸在肽鏈中排列的順序。 確定多肽的結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)非常復(fù)雜而細(xì)致的工作。英國(guó)化學(xué)家桑格(F.Sanger)化了十年的時(shí)間，在1955年首次測(cè)定出牛胰島素的氨基酸順序，于1958年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。桑格的工作為多肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定奠定了基礎(chǔ)。1、分子大小的測(cè)定（相對(duì)分子質(zhì)量）2、氨基酸的定量分析3、端基分析 測(cè)定N端和C端 所謂端基分析就是通過(guò)一定的化學(xué)方法確定肽鏈的N-端或C-端氨基酸的種類。1）N- 端分析42有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸A、桑格法、桑格法 2，4 二硝基氟苯（DNFB）與肽鏈N 端的游離氨基發(fā)生

27、反應(yīng)，生成二硝基苯基（DNP）衍生物，然后水解得到一個(gè)黃色的N - （2，4 二硝基苯基）氨基酸，通過(guò)鑒定就可以確定是哪一個(gè)氨基酸。O2N FNO2+H NH CHCO NH 肽鏈 COOH - HFRO2N NO2 NH CHCO NH 肽鏈 COOH RHClNO2O2N NH CHCOOH R+ 其它各種氨基酸此法的缺點(diǎn)是在水解時(shí)，整個(gè)肽鏈都被破壞、所以在肽鏈上只能進(jìn)行一次N 端分析。43有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸B、愛(ài)得曼、愛(ài)得曼（Edman)降解法降解法即即異硫氰酸苯酯異硫氰酸苯酯法法 這種方法是瑞士化學(xué)家愛(ài)得曼于1950年提出來(lái)的，其優(yōu)點(diǎn)是每次測(cè)定肽鏈的其余部分不受影響而被保

28、留下來(lái)，這樣又獲得了一個(gè)新的N-端氨基。用同樣的方法可確定下一個(gè)氨基酸組分。2）C- 端分析端分析 C- 端測(cè)定常利用酶催化法，羧肽酶可選擇性地將C-端氨基酸水解下來(lái)，然后對(duì)這個(gè)氨基酸進(jìn)行鑒定，就能確定C-端是哪一個(gè)氨基酸。NH CH CONH CH - COOH RR羧肽酶H2ONH CH COOHR+H2N CH - COOHR余肽C-端氨基酸44有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸二、多肽的合成二、多肽的合成 要合成一種與天然多肽相同的化合物，必須把各種有旋光性的氨基酸按一定順序連接成一定長(zhǎng)度的肽鏈。反應(yīng)條件盡量保持緩和，以保持一定的光學(xué)構(gòu)型。為此就要設(shè)法“活化”參與反應(yīng)的羧基和氨基。使羧基

29、活化的方法，常用轉(zhuǎn)化為酰氯、酸酐或酯的反應(yīng)：RCH(NH2)COOH RCH(NH2)COXX=-Cl, -OCOR, -OC6H4NO2, -OR這樣就可以增強(qiáng)羰基中碳原子的正電性，從而有利于氨基的親核進(jìn)攻。 在氨基和羧基形成肽鍵的過(guò)程中，還必須把氨基或羧基“保護(hù)”起來(lái)，防止同一種氨基酸的相互作用，或受到其它官能團(tuán)的干擾。反應(yīng)完成后，再將保護(hù)基除去。氨基常用與氯甲酸芐酯（C6H5CH2-O-COCl）的作用加以保護(hù)，因?yàn)榉磻?yīng)后，氨基上的芐氧碳基很容易用催化氫解的方法除去。45有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸例如甘氨酰一丙氨酸的合成過(guò)程如下： 將二肽中的氨基再保護(hù)起來(lái)后，就可以用來(lái)與另一分子氨

30、基酸作用合成三肽。把幾種多肽用同樣的方法依次連接起來(lái)可以合成肽鏈很長(zhǎng)的多肽。46有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 顯然，隨著氨基酸數(shù)目的增多，可能生成的異構(gòu)體迅速增加，反應(yīng)條件還可能引起立體構(gòu)型的變化。因此，合成的中間物及產(chǎn)物的分離，提純和鑒定等工作愈來(lái)愈困難。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，人們?cè)诤铣啥嚯牡念I(lǐng)域里，取得不少重大成果。1953年首次合成催產(chǎn)素（結(jié)構(gòu)見(jiàn)前）以后，1965年我國(guó)科學(xué)家在世界上首先合成了具有生物活性的結(jié)晶牛胰島素，這是一個(gè)由引個(gè)氨基酸組成的多肽類激素；1971年又完成了牛胰島素晶體的測(cè)定。47有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué) 第二十章第二十章 蛋白質(zhì)和核酸蛋白質(zhì)和核酸 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)的分類一

31、、蛋白質(zhì)的分類 蛋白質(zhì)的種類繁多，可以從不同的角度，根據(jù)它們不同蛋白質(zhì)的種類繁多，可以從不同的角度，根據(jù)它們不同的特征進(jìn)行分類。的特征進(jìn)行分類。二、蛋白質(zhì)的組成二、蛋白質(zhì)的組成 由元素分析得知，蛋白質(zhì)的組成中含有C、H、O、N及少量S,有的還含有微量的P、Fe、Zn、Mo等元素。一般干燥蛋白質(zhì)的元素含量為： C O H N S 5055 20 23 6.07.0 1517 0.23.0 蛋白質(zhì)的相對(duì)分于質(zhì)量很大，通常在10 000以上，有的達(dá)幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)，個(gè)別的甚至上千萬(wàn)。如煙草斑紋病毒的核蛋白的相對(duì)分子質(zhì)量己超過(guò)二千萬(wàn)，腺病毒的核蛋白的相對(duì)分子質(zhì)量還更大。48有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué) 第二十章第二十

32、章 蛋白質(zhì)和核酸蛋白質(zhì)和核酸三、蛋白質(zhì)的性質(zhì)三、蛋白質(zhì)的性質(zhì)1、兩性和等電點(diǎn)、兩性和等電點(diǎn) 蛋白質(zhì)和氨基酸一樣，也是兩性物質(zhì)，有它們的等電點(diǎn)。不蛋白質(zhì)和氨基酸一樣，也是兩性物質(zhì)，有它們的等電點(diǎn)。不同蛋蛋白質(zhì)，其等電點(diǎn)也不相同。在等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)的溶解度同蛋蛋白質(zhì)，其等電點(diǎn)也不相同。在等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)的溶解度最小，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)溶液的最小，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)溶液的PH值，使蛋白質(zhì)從溶液中析出，值，使蛋白質(zhì)從溶液中析出，達(dá)到分離或提純的目的。達(dá)到分離或提純的目的。2、蛋白質(zhì)的高分子性質(zhì)、蛋白質(zhì)的高分子性質(zhì)( 膠體性質(zhì)膠體性質(zhì)) 蛋白質(zhì)在水溶液中形成的顆粒直徑在蛋白質(zhì)在水溶液中形成的顆粒直徑在110

33、0nm內(nèi)內(nèi),具有具有膠體性質(zhì)。所以蛋白質(zhì)溶液不能通過(guò)半透膜（如玻璃紙）。膠體性質(zhì)。所以蛋白質(zhì)溶液不能通過(guò)半透膜（如玻璃紙）。49有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué) 第二十章第二十章 蛋白質(zhì)和核酸蛋白質(zhì)和核酸3、蛋白質(zhì)的沉淀、蛋白質(zhì)的沉淀 蛋白質(zhì)溶液與其它膠體一樣，在各種不同的因素影響下，蛋白質(zhì)溶液與其它膠體一樣，在各種不同的因素影響下，也會(huì)從溶液中析出沉淀。也會(huì)從溶液中析出沉淀。沉淀蛋白質(zhì)的方法主要有：沉淀蛋白質(zhì)的方法主要有：1）鹽析法：加入）鹽析法：加入NaCl 或或(NH4)2SO4 、 Na2SO4等電解質(zhì)。等電解質(zhì)。2）加入有機(jī)溶劑：如乙醇、丙酮等親水性很強(qiáng)的有機(jī)溶劑。）加入有機(jī)溶劑：如乙醇、丙酮等親水

34、性很強(qiáng)的有機(jī)溶劑。3）加入重金屬離子：如）加入重金屬離子：如Hg2+、Pb2+ 等。等。 蛋白質(zhì)的沉淀有可逆和不可逆兩種，可逆沉淀是指沉蛋白質(zhì)的沉淀有可逆和不可逆兩種，可逆沉淀是指沉淀出來(lái)的蛋白質(zhì)分子的個(gè)級(jí)結(jié)構(gòu)基本不變，只要消除沉淀淀出來(lái)的蛋白質(zhì)分子的個(gè)級(jí)結(jié)構(gòu)基本不變，只要消除沉淀因素，沉淀物能重新溶解。不可逆沉淀則否。因素，沉淀物能重新溶解。不可逆沉淀則否。 例如，用鹽析法沉淀的蛋白質(zhì)是可逆的，用重金屬離子例如，用鹽析法沉淀的蛋白質(zhì)是可逆的，用重金屬離子的沉淀則是不可逆的。的沉淀則是不可逆的。50有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué) 第二十章第二十章 蛋白質(zhì)和核酸蛋白質(zhì)和核酸4、蛋白質(zhì)的變性、蛋白質(zhì)的變性 變性

35、作用是指蛋白質(zhì)受物理因素（如加熱、強(qiáng)烈震蕩，變性作用是指蛋白質(zhì)受物理因素（如加熱、強(qiáng)烈震蕩，紫外線或紫外線或X 射線的照射等）或化學(xué)因素（如強(qiáng)酸、重金屬射線的照射等）或化學(xué)因素（如強(qiáng)酸、重金屬鹽、乙醇等有機(jī)溶劑）的影響，其性質(zhì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變鹽、乙醇等有機(jī)溶劑）的影響，其性質(zhì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的作用。的作用。 蛋白質(zhì)的變性一般認(rèn)為是蛋白質(zhì)的二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)有蛋白質(zhì)的變性一般認(rèn)為是蛋白質(zhì)的二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)有了改變或遭受破壞，結(jié)果使肽鏈松散開(kāi)來(lái)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)一了改變或遭受破壞，結(jié)果使肽鏈松散開(kāi)來(lái)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)一些理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失。些理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失。 蛋白質(zhì)變性的表現(xiàn)主要是溶

36、解度降低、粘度變大、難以蛋白質(zhì)變性的表現(xiàn)主要是溶解度降低、粘度變大、難以結(jié)晶，容易為酶所水解，喪失生物活性、等等。結(jié)晶，容易為酶所水解，喪失生物活性、等等。5、蛋白質(zhì)的顯色反應(yīng)、蛋白質(zhì)的顯色反應(yīng)1）縮二脲反應(yīng)）縮二脲反應(yīng) 2）蛋白黃色反應(yīng)）蛋白黃色反應(yīng) 3）米勒反應(yīng)）米勒反應(yīng) 4）茚三酮反應(yīng)）茚三酮反應(yīng)51有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué) 第二十章第二十章 蛋白質(zhì)和核酸蛋白質(zhì)和核酸第七節(jié)第七節(jié) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)和生物功能都依賴于它們的結(jié)蛋白質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)和生物功能都依賴于它們的結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，通常用一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、構(gòu)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，通常用一級(jí)結(jié)構(gòu)、二

37、級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)四種不同的層次來(lái)描述。三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)四種不同的層次來(lái)描述。一、一級(jí)結(jié)構(gòu)：一、一級(jí)結(jié)構(gòu)： 表示的是組成蛋白質(zhì)的氨基酸殘基排列順序。各種蛋白質(zhì)的生物活性首先是由一級(jí)結(jié)構(gòu)決定的。52有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué) 第二十章第二十章 蛋白質(zhì)和核酸蛋白質(zhì)和核酸胰核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)胰核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu) 測(cè)定多肽氨基酸順序的技術(shù)都可應(yīng)用于蛋白質(zhì)。 1955年，桑格首次確定了胰島素的完整結(jié)構(gòu)后，相繼獲得了多種蛋白質(zhì)的一：級(jí)結(jié)構(gòu)，例如核糖核酸酶（124個(gè)氨基酸殘基，見(jiàn)同21刁）、糜蛋白酶（241個(gè)氨基酸殘基）。了球蛋肉是一種很復(fù)朵的抗體，其氨皂酸的順序也已經(jīng)被破澤。英國(guó)人愛(ài)德?tīng)柭℅。 Ed

38、elrnan）證明此伉體總共含有N20個(gè)氫基酸（由四個(gè)鏈組成，兩個(gè)含446個(gè)氨基酸，另二個(gè)含214十氨基酸）。此成就使他獲得了1973年的諾貝爾獎(jiǎng)金。53有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué) 第二十章第二十章 蛋白質(zhì)和核酸蛋白質(zhì)和核酸 二、二級(jí)結(jié)構(gòu)二、二級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)分子中的肽鏈并非是直線型的，而是排列成盤曲或折疊狀，這就是蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。二級(jí)結(jié)構(gòu)有兩種形式，一種是- 螺旋形，另一種- 折疊形，如所示。在一個(gè)肽鏈中的C = O和另一個(gè)肽鏈的 N H 之間可形成氫鍵，正是由于這種氫鍵的存在維持了蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。-螺旋型結(jié)構(gòu)：天然蛋白質(zhì)的-螺旋絕大多數(shù)是右螺旋的，螺環(huán)每上升一圈，由3.6個(gè)氨基酸單位構(gòu)成，每個(gè)氨基

39、酸單位的氨基與其相隔的第五個(gè)氨基酸單位的羰基形成氫鍵。54有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 -折疊型結(jié)構(gòu)：是依靠?jī)蓷l肽鏈或一條肽鏈回折的兩段肽鏈之間，借氫鍵形成片層結(jié)構(gòu)。55有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸3）蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 是在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步彎曲折疊，構(gòu)成具有特定構(gòu)象的緊湊結(jié)構(gòu)，有的稱此為“螺旋的螺旋”。維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的力來(lái)自氨基酸側(cè)鏈之間的相互作用。主要包括二硫鍵、氫鍵、正負(fù)離子間的靜電引力（離子鍵）、疏水基團(tuán)的親和力（疏水鍵）等。這些作用總稱為副鍵。56有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 肌紅蛋自由153個(gè)氨基酸組成肽鏈，大部分是-螺旋構(gòu)象，但有8處中斷。這8處非螺旋區(qū)域有4處是由

40、于存在著脯氨酸，其它4處中斷的原因尚不清楚。在肽鏈中除了與血紅素聯(lián)系的兩個(gè)組氨酸外，疏水性較強(qiáng)的側(cè)鏈全在分子內(nèi)部，有排斥水和極性分子進(jìn)入的作用。親水性強(qiáng)的側(cè)鏈全部露在外邊，因此肌紅蛋白是親水的。 多肽鏈經(jīng)卷曲折疊成三級(jí)結(jié)構(gòu)，使分子表面形成了某些具有生物功能的特定區(qū)域，如酶的活性中心等等。57有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 測(cè)定蛋白質(zhì)的整個(gè)三級(jí)結(jié)構(gòu)，是一項(xiàng)令人望而生畏的任務(wù)，對(duì)于化學(xué)家來(lái)說(shuō)也不是高不可攀的。1957年肯篤（JKendrew）用X光衍射技術(shù)成功地測(cè)定了攜氧蛋白質(zhì)肌紅蛋白（M=17800）的三級(jí)結(jié)構(gòu)。使人們第一次看到了一個(gè)蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的立體構(gòu)象圖。在大致相同的時(shí)期，更復(fù)雜的攜氧蛋

41、白質(zhì)血紅蛋白（M=64500）的三級(jí)結(jié)構(gòu)圖形從伯汝茨（M。Perutz）的20年蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究工作中出現(xiàn)了。1962年肯篤和鉑汝茨因他們的出色成就而獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。從那時(shí)起，陸續(xù)測(cè)得了一些蛋白質(zhì)（包括酶在內(nèi)）的相當(dāng)詳細(xì)的分子結(jié)構(gòu)圖形。 用X光衍射法測(cè)定蛋白質(zhì)晶體的空間結(jié)構(gòu)是近年來(lái)分子生物學(xué)的重大突破，為此已經(jīng)頒發(fā)了四次諾貝爾獎(jiǎng)金。19711973年我國(guó)科學(xué)工作者也成功地用X光衍射法完成了豬胰島素晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定。58有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 四、四級(jí)結(jié)構(gòu) 許多球狀蛋白質(zhì)是由一條或多條肽鏈構(gòu)成的，每條肽鏈都有各自一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu)。這些肽鏈稱為蛋白質(zhì)的亞基或原體。各個(gè)亞基聚合成大分子的方

42、式稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。 如胰島素的四級(jí)結(jié)構(gòu)可由相對(duì)分子質(zhì)量為6000或12 000的兩個(gè)以上亞基聚合而成。更復(fù)雜的多聚體。 又如血紅蛋白，它是由二條- 鏈和二條- 鏈構(gòu)成的四聚體。有的蛋白質(zhì)分子中的亞基數(shù)更多，經(jīng)聚合形成結(jié)構(gòu)59有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸第八節(jié)第八節(jié) 蛋白質(zhì)的新來(lái)源和應(yīng)用前景蛋白質(zhì)的新來(lái)源和應(yīng)用前景 一、蛋自質(zhì)的新來(lái)源 人類的食物中，蛋白質(zhì)是最重要的營(yíng)養(yǎng)成分，人體的各種生理活動(dòng)大多數(shù)是山蛋白質(zhì)來(lái) 承擔(dān)的。自古以來(lái)，蛋白質(zhì)的主要來(lái)源是動(dòng)物性食物，即肉、魚(yú)、蛋、奶等。隨著世界人口的增長(zhǎng)，蛋白質(zhì)供應(yīng)不足越來(lái)越嚴(yán)重。嚴(yán)峻的事實(shí)迫使人們?nèi)ヌ剿魃a(chǎn)蛋白質(zhì)的新途徑。 科學(xué)家們提出三種

43、設(shè)想；一是人工合成食品；二是人工模擬生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)化過(guò)程來(lái)生產(chǎn)食品；三是人工培養(yǎng)微生物來(lái)生產(chǎn)蛋白質(zhì)。目前微生物蛋白的生產(chǎn)已取得可喜的成功。60有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)的原料來(lái)源卡富，如石油和煤炭、天然氣和淀粉等，還有許多工業(yè)廢料和一些農(nóng)副產(chǎn)品的下腳料，甚至城市的垃圾。生產(chǎn)的關(guān)鍵是篩選出有效的酵母菌。高效 的微生物繁殖速度極快，如500 kg的酵母菌在24 h內(nèi)能中產(chǎn)出2噸多活物質(zhì)。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)一種叫做氫細(xì)菌的微生物，能直接利用已、Cq和其它一些簡(jiǎn)單的元機(jī)物來(lái)生產(chǎn)蛋白質(zhì)。這樣青來(lái)，實(shí)現(xiàn)用空氣和水來(lái)生產(chǎn)糧食不是科學(xué)幻想。 我國(guó)近年來(lái)很重視發(fā)展微生物蛋白生產(chǎn)，現(xiàn)在金國(guó)有幾十

44、家研究單位和工廠正在從事微生物蛋白生產(chǎn)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)工作。在用廢糖蜜、酒精廢液、味精廢液、甘蔗渣和甲醇等作原料：生產(chǎn)微生物蛋白的研究中，取得了較大的進(jìn)展。61有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸二、蛋白質(zhì)的應(yīng)用前景 生物大分子是分子世界中的一個(gè)顯赫的大“家族”：相對(duì)分子質(zhì)量大，形狀奇特，結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，種類繁多，又各具獨(dú)特功能。生物大分子主要分為蛋白質(zhì)、脂類和多糖類，它們是組成生物體的基本元件。如今，對(duì)生物大分子感興趣的除了最終了解生命的本質(zhì)這個(gè)遠(yuǎn)期的目標(biāo) 外，近期的蛋白質(zhì)應(yīng)用方向是由蛋自質(zhì)構(gòu)成集成電路，其大小僅為現(xiàn)在的硅集成電路的十萬(wàn)分之一，而開(kāi)關(guān)速度可達(dá)一千億分之一秒。科學(xué)家們認(rèn)為，生物界存在的

45、蛋白質(zhì)可能有100億種，這是制造生物芯片的極好材料，而生物芯片的使用會(huì)給計(jì)算機(jī)帶來(lái)一場(chǎng)革命。62有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸 核酸 瑞士生理學(xué)家米歇爾(F.Miescher)于1869年從細(xì)胞核中首次分離到一種具有酸性的新物質(zhì)，這就是我們現(xiàn)在所稱的核酸。核酸對(duì)遺傳信息的儲(chǔ)存和蛋白質(zhì)的合成起著決定性作用，它是一類非常重要的生物高分子化合物。 第九節(jié)第九節(jié) 核酸的組成核酸的組成核酸核酸核酸酶核酸酶核苷酸核苷酸水解水解核苷核苷磷酸磷酸戊糖戊糖堿基（雜環(huán)堿）堿基（雜環(huán)堿）核酸的分步水解產(chǎn)物為核酸的分步水解產(chǎn)物為： 由此可以看出，核苷是由戊糖和雜環(huán)堿組成的；核苷酸是是由核苷和磷酸組成的。而核酸則是核

46、苷酸的構(gòu)成的多聚體，因此核苷酸亦稱為多核苷酸。63有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸一、核糖及脫氧核糖 在核酸分子中含有兩種戊糖：D-2-脫氧核糖和D-核糖。它們都是以-呋喃糖形式存在。D-2-脫氧核糖D-核糖OOHHHHHOHCH2OH12345HOOHHOHHHOHCH2OHH 含有D-2-脫氧核糖的核酸叫做脫氧核糖核酸(Deoxyribonucleic,DNA)；含有核糖的核酸稱為核糖核酸(Ribonucleic, RNA)。64有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸二、堿基二、堿基 存在于核苷中的堿基主要有五種，其中嘌呤堿兩種：腺嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤；嘧啶堿三種：尿嘧啶、胞嘧啶、胸嘧啶。NNOHHON

47、NOHHOCH3NNNH2HOUracilThymineCytosine尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶65有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸NNNNHNH2NNNNHH2NOH腺嘌呤（6-氨基嘌呤） 鳥(niǎo)嘌呤（2-氨基-6-羥基嘌呤）AG三、核苷三、核苷 核苷是由堿基中嘌呤環(huán)9位氮原子或嘧啶環(huán)1位氮原子上的氫與糖的1位上的羥基失水所生成的-N-糖苷。 核苷命名時(shí)，如果糖組分是核糖，詞尾用“苷”字前面加上堿基名（如尿苷）。如為脫氧核糖，則在詞首加上“脫氧”（如2 -脫氧腺苷）。66有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸OOHHOHHHCH2OHHNNOOHNNNNNH2OOHHHHHCH2OHH脲嘧啶核糖脲苷（U）

48、腺嘌呤脫氧核糖2-脫氧腺苷（dA）67有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸四、核苷酸四、核苷酸核苷酸是核苷3位或5位的羥基和磷酸所生成的酯。OOHHOHHHCH2HNNOOH脲嘧啶核糖HO P O OHO磷酸脲嘧啶核苷酸（脲苷酸、UMP、 U、PU）68有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸NNNNNH2OOHHHHHCH2H腺嘌呤脫氧核糖2-脫氧腺苷（dA）HO P O OHO磷酸腺嘌呤脫氧核苷酸(dAMP、dA、PdA)69有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸NNNNNH2OOHHHHHCH2H腺嘌呤脫氧核糖O P O OHO二磷酸HO P OHO腺苷二磷酸（ADP）70有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸

49、NNNNNH2OOHHHHHCH2H腺嘌呤脫氧核糖O P O OHO三磷酸O P OHOHO P OHO腺苷三磷酸（ATP） ADP、ATP在細(xì)胞代謝中作為高能化合物承擔(dān)著重要的任務(wù)。能量主要集中在焦磷酸酯鍵中，當(dāng)焦磷酸酯鍵水解時(shí)，儲(chǔ)存的能量被釋放，傳遞給需要能量的反應(yīng)（如合成肽鏈的反應(yīng)）。71有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸第十節(jié)第十節(jié) 核糖核酸核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸和脫氧核糖核酸(DNA) 核酸和蛋白質(zhì)一樣，也有一個(gè)單體的排列順序和空間關(guān)系問(wèn)題。1、DNA和RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸分子中各種核苷酸排列的順序即為核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)。 例如，DNA主要有dAMP、dGMP、dCMP、dTMP

50、四種脫氧核糖核苷酸組成，每個(gè)DNA中含有幾千或幾萬(wàn)個(gè)這樣的核苷酸，而各個(gè)核苷酸之間是由磷酸在相鄰糖環(huán)的C-3和C-5處，通過(guò)磷酸二酯鍵連接起來(lái)，形成很長(zhǎng)的多核苷酸鏈。 70年代初，桑格等使用工具酶對(duì)DNA進(jìn)行隨機(jī)切割，為測(cè)定核酸中核苷酸順序作出了卓越的貢獻(xiàn)。為此他于1980年第二次獲得諾貝爾獎(jiǎng)金。72有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸CH2OOHOHHHHO = P O OHTCH2OOHOHHHHO = P O OHGCH2OOHOHHHHO = P O OHCCH2OOHOHHHHO = P O OHADNA中多核苷酸鏈胸腺嘧啶鳥(niǎo)嘌呤胞嘧啶腺嘌呤35PSPSPSPSPTGCA速記符號(hào)73有機(jī)

51、化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸2、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu) 物理方法的測(cè)定表明，DNA具有雙螺旋的二級(jí)結(jié)構(gòu)，兩條反向平行的DNA鏈，沿著一個(gè)軸向右盤旋成雙螺旋體。 在雙螺旋體中，一條脫氧核苷酸鏈上的堿基與另一條鏈上的堿基之間，通過(guò)氫鍵相互連接，嘌呤堿和嘧啶堿兩兩成對(duì)，其中腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）配對(duì)，鳥(niǎo)嘌呤（G）與胞嘧啶（C）配對(duì)。A T G C RNA分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)也是靠堿基之間的氫鍵形成的，但一般不如DNA那樣有規(guī)律，大多數(shù)RNA分子是由一條彎曲的多核苷酸鏈構(gòu)成。在鏈的某些區(qū)域可發(fā)生自身回褶而形成雙螺旋。其間的堿基也是互補(bǔ)關(guān)系（AU，GC）。74有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸75有機(jī)化學(xué) 第二十章 蛋白質(zhì)和核酸3）三級(jí)結(jié)構(gòu) DNA在雙螺旋結(jié)構(gòu)（二級(jí)結(jié)構(gòu)）的基礎(chǔ)上還進(jìn)一步縮成閉鏈環(huán)狀、開(kāi)鏈狀或麻花狀等形式的三級(jí)結(jié)構(gòu)。三、核酸的生物功能 核酸是生物體中不可不可缺少的物質(zhì)，它在遺傳變異、生長(zhǎng)發(fā)育