氨基酸蛋白質(zhì)核酸

第15章氨基酸、蛋白質(zhì)及核酸AminoAcids、ProteinandNuclearAcid當前第1頁\共有95頁\編于星期五\19點15.1氨基酸的分類及結構15.2氨基酸的來源及制法15.3氨基酸的性質(zhì)15.4肽的結構及命名15.5多肽的結構測定及合成15.6蛋白質(zhì)的分類、組成和性質(zhì)15.7蛋白質(zhì)的結構15.8核酸15.9核糖核酸和脫氧核糖核酸當前第2頁\共有95頁\編于星期五\19點15.1氨基酸的分類及結構氨基酸的分類氨基酸的命名氨基酸的結構當前第3頁\共有95頁\編于星期五\19點氨基酸的分類氨基酸a-氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基石，蛋白質(zhì)與生命起源和生命活動密切相關。當前第4頁\共有95頁\編于星期五\19點1.按氨基位置分為：a，b，g，……氨基酸a-氨基酸：(1)酸性氨基酸-COOH數(shù)>-NH2數(shù)(2)中性氨基酸-COOH數(shù)=-NH2數(shù)(3)堿性氨基酸-COOH數(shù)<-NH2數(shù)當前第5頁\共有95頁\編于星期五\19點2.根據(jù)氨基結構不同可分為：脯氨酸色氨酸精氨酸組氨酸NCHCHCNHCH2CH(NH2)COOH當前第6頁\共有95頁\編于星期五\19點命名

可以用系統(tǒng)命名、俗名、縮寫符號表示：氨基乙酸，甘氨酸(中性)，甘，Gly4-甲基-2-氨基戊酸，亮氨酸(中性)，亮,Leu2-氨基戊二酸，谷氨酸(酸性)，谷,Glu2,6-二氨基己酸，賴氨酸(堿性)，賴,Lys當前第7頁\共有95頁\編于星期五\19點表15-1

常見的a-氨基酸當前第8頁\共有95頁\編于星期五\19點當前第9頁\共有95頁\編于星期五\19點*人體必需的氨基酸，而人體又不能合成它們當前第10頁\共有95頁\編于星期五\19點氨基酸的結構(1)R有不同的結構，還可含有官能團，如—OH、—SH等(2)是雙官能團化合物，有—COOH、—NH2的結構(3)有鹽的性質(zhì)，羧基與氨基的距離不同，又有不同的性質(zhì)

除甘氨基酸外，α-氨基酸都至少有一個手性碳原子。1.結構當前第11頁\共有95頁\編于星期五\19點2.D-L標記構型：甘油醛（絲氨酸）為標準，L-構型L-甘油醛L-(-)-絲氨酸L-(-)-天門冬氨酸L-(-)-脯氨酸L-(-)-丙氨酸當前第12頁\共有95頁\編于星期五\19點15.2氨基酸的來源及制法蛋白質(zhì)的水解鹵代酸氨解斯特雷克合成法合成法丙二酸酯合成法當前第13頁\共有95頁\編于星期五\19點蛋白質(zhì)水解OH2H+蛋白質(zhì)多肽二肽……-氨基酸a氨基酸的來源：（1）天然產(chǎn)物酸性水解 （2）微生物發(fā)酵法 （3）化學合成法當前第14頁\共有95頁\編于星期五\19點a-鹵代酸氨解當前第15頁\共有95頁\編于星期五\19點斯特雷克合成法當前第16頁\共有95頁\編于星期五\19點合成法CNCOOKCNCOOCHCOORRXCHRCOORCCOOOHOHNH2CHRCOOHR

OHH3O+-KX''++'+當前第17頁\共有95頁\編于星期五\19點丙二酸酯法合成當前第18頁\共有95頁\編于星期五\19點當前第19頁\共有95頁\編于星期五\19點15.3氨基酸的性質(zhì)氨基酸的物理性質(zhì)氨基酸的化學性質(zhì)當前第20頁\共有95頁\編于星期五\19點氨基酸的物理性質(zhì)1一般物理性質(zhì)熔點

>200℃；溶于水，不溶于非極性溶劑；有鹽的性質(zhì)。當前第21頁\共有95頁\編于星期五\19點表15-2

常見的α-氨基酸的物理性質(zhì)當前第22頁\共有95頁\編于星期五\19點當前第23頁\共有95頁\編于星期五\19點2IR譜：1600cm-1(1700cm-1沒有峰

)2600~3100cm-1(強、寬)當前第24頁\共有95頁\編于星期五\19點氨基酸的化學性質(zhì)1兩性和等電點氨基酸有羧基和氨基化合物的典型反應，也有相互影響的綜合性質(zhì)。強酸強堿弱堿弱酸強堿強酸弱酸弱堿（1）兩性：有酸性又有堿性當前第25頁\共有95頁\編于星期五\19點內(nèi)鹽：氨基酸本身的氨基與羧基作用形成的鹽，稱為內(nèi)鹽。偶極離子：內(nèi)鹽分子同時具有兩種離子的性質(zhì)，稱為偶極離子，又稱兩性離子。丙氨酸 谷氨酸

組氨酸當前第26頁\共有95頁\編于星期五\19點

一個氨基酸總可以找到一個pH值，在該pH值下，正、負離子的濃度完全相等，此時向陽極移動和向陰極移動的離子彼此抵消（即沒有凈的遷移），或者說，電場中不顯示離子的遷移。將此時的pH值稱為該氨基酸的等電點(IP)。負離子（I）正離子(III)（2）氨基酸的特殊性——等電點當前第27頁\共有95頁\編于星期五\19點（3）甘氨酸滴定曲線當前第28頁\共有95頁\編于星期五\19點

中性氨基酸的等電點：IP=5.6~6.3

酸性氨基酸的等電點：IP=2.8~3.2

堿性氨基酸的等電點：IP=7.6~10.8

不同的氨基酸有不同的等電點，所以可以通過測定氨基酸的等電點來鑒別氨基酸。

等電點時，以兩性離子形式存在的氨基酸濃度最大（在水溶液中），氨基酸的溶解度最小。當前第29頁\共有95頁\編于星期五\19點組氨酸

IP=7.59脯氨酸IP=6.3色氨酸IP=5.8當前第30頁\共有95頁\編于星期五\19點2受熱后的消除反應(1)α-氨基酸(2)b-氨基酸當前第31頁\共有95頁\編于星期五\19點(3)γ,δ-氨基酸(4)w-氨基酸-H2On-2H2N(CH2)mCNH(CH2)OCONH(CH2)

COOHnH2N(CH2)

COOH(m>5)mmm[]當前第32頁\共有95頁\編于星期五\19點3與水合茚三酮的顯色反應茚 茚三酮水合茚三酮當前第33頁\共有95頁\編于星期五\19點（藍紫色）鑒別含有游離氨基的a-氨基酸當前第34頁\共有95頁\編于星期五\19點4與亞硝酸反應定量分析—NH2的含量（Van-Slyke反應）當前第35頁\共有95頁\編于星期五\19點15.4肽的結構及命名肽的結構肽的命名當前第36頁\共有95頁\編于星期五\19點肽的結構二肽肽（縮氨酸）：氨基酸分子間的氨基與羧基脫水，生成以酰胺鍵相連接的化合物叫做縮氨酸，簡稱肽（peptides）。肽鍵：酰胺鍵又叫肽鍵。a-氨基酸的數(shù)目決定肽鏈長短。如：二肽、三肽…當前第37頁\共有95頁\編于星期五\19點N端C端命名：

丙氨?！野滨！拾彼岷喎Q：

丙—酪—甘符號表示：

Ala-Tyr-Gly肽的命名從N端向C端命名某氨?！嘲滨！嘲彼?。如當前第38頁\共有95頁\編于星期五\19點N端C端命名：

甘氨?！野滨！彼岷喎Q：甘—酪—丙符號表示：

Gly-Tyr-Ala當前第39頁\共有95頁\編于星期五\19點15.5多肽的結構測定及合成概述多肽結構的測定多肽的合成當前第40頁\共有95頁\編于星期五\19點概述1.定義多肽:一般是將相對分子質(zhì)量在10000以下，能透過半透膜以及不被三氯乙酸或硫酸所沉淀的稱為多肽。當前第41頁\共有95頁\編于星期五\19點N近似sp2雜化肽鍵的幾何形狀HNCCHROCOCRHNCCHRNHO123o114o114o125o121o110o123o0.147nm0.153nm0.124nm0.132nm2.肽鍵構型當前第42頁\共有95頁\編于星期五\19點3.肽分子中可能有二硫鍵Na+液NH3空氣氧化Cys-Tyr-Ile-Glu-Arg-Cys-Pro-Leu-Gly?NH2SS牛催產(chǎn)素肽中的—SH氧化成—S—S—鍵當前第43頁\共有95頁\編于星期五\19點肽鏈結構的測定1.測定肽或蛋白質(zhì)的一級結構需要進行下面幾項工作：（1）徹底水解，測氨基酸的相對含量，求實驗式（2）測相對分子質(zhì)量，確定分子式（3）測定肽或蛋白質(zhì)中各氨基酸的排列順序當前第44頁\共有95頁\編于星期五\19點2.測相對分子質(zhì)量，確定分子式該工作由氨基酸自動分析儀完成3.

測定肽或蛋白質(zhì)中各氨基酸的排列順序當前第45頁\共有95頁\編于星期五\19點

Edman降解法3R"CHCONHRCHCONHCHRNHCONHCSHO'+異硫氰酸苯酯只有N端的氨基酸水解，逐步確定順序CHRNHCOCSN+苯基乙內(nèi)酰硫脲RCHCONHRCHCONH2''"(1)N端氨基酸分析當前第46頁\共有95頁\編于星期五\19點(2)C端氨基酸分析逐步確定氨基酸的連接順序R"CHCONHOHRCHCONHCHRHNCOOH2RCHCONHCHRHNCOOHR"CHCONH2OH'~+~+羧肽酶(降解后的多肽)'當前第47頁\共有95頁\編于星期五\19點催產(chǎn)素和加壓素是九肽，結構如下：SS2NH2NH2半胱——酪——異亮半胱—天門冬—谷—NH脯—亮—甘(催產(chǎn)素)SSNH2NH2半胱——酪——苯丙半胱—天門冬—谷—NH2脯—精—甘（加壓素）催產(chǎn)素已有工業(yè)生產(chǎn)。當前第48頁\共有95頁\編于星期五\19點多肽的合成1反應的特點四種產(chǎn)物(1)甘氨酰甘氨酸甘、甘甘氨酰丙氨酸甘、丙丙氨酰甘氨酸丙、甘丙氨酰丙氨酸丙、丙

當前第49頁\共有95頁\編于星期五\19點CNHO鍵，易反應。(2)多肽中有(3)多–NH2、-COOH存在，形成不同的肽鍵。當前第50頁\共有95頁\編于星期五\19點2氨基的保護與羧基的活化（1）活化—COOH：（Y=Cl,OCOR,OC6H4NO2等）（2）保護—NH2：氯甲酸芐酯當前第51頁\共有95頁\編于星期五\19點NH2CHCOOHRRCOOHNH2保護ROZ-NHCHC-YNH2-CH-C-NH-CHCOOHORR'Z-NH-CH-C-NH-CHCOOHORR'NH2CHCOOHR'Z—NHCHCOOH活化去保護基+Z

活化目的：增加羰基碳的電正性，有利-NH2親核進攻，降低反應溫度。保護目的：防止與其它試劑反應，受其它試劑的干擾。（3）合成過程當前第52頁\共有95頁\編于星期五\19點3合成實例(氯甲酸芐酯)(甘氨酸)(芐氧碳酰甘氨酸)(芐氧碳酰甘酰氯)(甘氨酰丙氨酸)去保護基當前第53頁\共有95頁\編于星期五\19點1953年合成催產(chǎn)素9個氨基酸組成，由-S-S-連成環(huán)狀。1965年中國合成結晶牛胰島素(51個氨基酸組成)。A鏈21個-SB鏈30個-S1979年日本合成牛胰核糖核酸酯(124個氨基酸組成)。反復保護—活化—反應……直到完成合成。當前第54頁\共有95頁\編于星期五\19點4固定相技術原理：

把要合成肽鏈的末端氨基酸的羧基以共價鍵與不溶性（固相）高分子樹脂相連，形成高分子樹脂為酯基的氨基酸酯；其氨基在DCC促進下，與另一氨基保護基的氨基酸反應，形成肽鍵；脫去氨基保護基，再重復上述操作，增長肽鍵；最后從固定相上斷裂下來，得純凈的多肽。

BruceMerrifield1984，NobelPrize——“固相合成技術”專題當前第55頁\共有95頁\編于星期五\19點5組合化學

以樹脂為載體，經(jīng)過幾次同步合成可獲得上百萬個多肽分子。

例如：19種氨基受保護的天然蛋白氨基酸分別連到樹脂上，即得19種與樹脂相連的氨基酸，混合后脫保護，再分成19份分別與19種氨基受保護的天然氨基酸進行偶聯(lián)反應，得到19×19種與樹脂相連的二肽。混合后脫保護，再分成19份，與19種天然氨基酸偶聯(lián)，可得19×19×19種與樹脂相連的三肽，如是進行五次合成可得2,476,099種五肽（稱為250萬種五肽庫)?！敖M合化學”專題當前第56頁\共有95頁\編于星期五\19點15.6蛋白質(zhì)的分類、組成和性質(zhì)蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的組成蛋白質(zhì)的性質(zhì)當前第57頁\共有95頁\編于星期五\19點蛋白質(zhì)的功能輸送氧——色蛋白、血紅蛋白調(diào)節(jié)代謝——激素、酶防病——抗體遺傳——核蛋白……當前第58頁\共有95頁\編于星期五\19點蛋白質(zhì)的分類1.按水解產(chǎn)物分類(1)簡單蛋白質(zhì)：水解后只能生成α-氨基酸的蛋白質(zhì)。(2)結合蛋白質(zhì)：水解后除生成α-氨基酸外，還生成非蛋白物質(zhì)的蛋白質(zhì)。

輔基：結合蛋白質(zhì)的非蛋白物質(zhì)通常有糖類、脂類、核酸和各種輔助基團等，它們統(tǒng)稱輔基。當前第59頁\共有95頁\編于星期五\19點2.根據(jù)輔基不同，結合蛋白質(zhì)又分為：糖蛋白脂蛋白核蛋白色蛋白當前第60頁\共有95頁\編于星期五\19點3.按溶解度不同分類(1)纖維蛋白

不溶于水，這類蛋白質(zhì)構成動物的組織。如：絲、羊毛、皮膚、頭發(fā)、角、爪甲、蹄、羽毛等。(2)球蛋白

可溶于水或酸、堿、鹽水溶液，這類蛋白質(zhì)是在動物體內(nèi)起著維護、調(diào)節(jié)生命活動的功能性蛋白質(zhì)。如：酶、激素等。當前第61頁\共有95頁\編于星期五\19點蛋白質(zhì)的組成COHNSPFeZnMo%50~5520~236~715~170.2~3Wm=1~2000萬_微量當前第62頁\共有95頁\編于星期五\19點蛋白質(zhì)的性質(zhì)1兩性和等電點表15-3一些蛋白質(zhì)的等電點在等電點時蛋白質(zhì)溶解度最小，易分離當前第63頁\共有95頁\編于星期五\19點2高分子性質(zhì)(1)在水中，有穩(wěn)定雙電層的膠體質(zhì)(1~10μm)(2)鹽析：(可逆性)

不同蛋白質(zhì)，需要鹽的濃度不同，可達分離作用。3變性受物理、化學因素的作用，使蛋白質(zhì)的物理、化學性質(zhì)改變。如：Hg2+、Pb2+導致中毒，高溫、酒精也能使蛋白凝固。當前第64頁\共有95頁\編于星期五\19點15.7蛋白質(zhì)的結構一級結構二級結構三級結構四級結構當前第65頁\共有95頁\編于星期五\19點一級結構

氨基酸在蛋白質(zhì)肽鏈中排列的順序叫做蛋白質(zhì)的一級結構。牛胰島素甘-異亮-纈-谷-谷-半胱-半胱-丙-絲-纈-半胱-絲-亮-酪-谷-亮-谷-天冬-酪-半胱苯丙-纈-天冬-谷-組-亮-半胱-甘-絲-組-亮-纈—谷—丙—亮—酪—亮—纈—半胱蘇—賴—脯—蘇—酪—苯丙—苯丙—甘—精—谷—甘SSSSSSNH2NH2NH2NH2NH2A鏈：B鏈：1234567891011121314151617181920123456789101112131415161718193029282726252423222120天冬21一級結構決定生物活性當前第66頁\共有95頁\編于星期五\19點二級結構二級結構：蛋白質(zhì)肽鏈的排列形狀叫做蛋白質(zhì)的二級結構。當前第67頁\共有95頁\編于星期五\19點1

a-螺旋二級結構(a-螺旋)在一個方向，向下當前第68頁\共有95頁\編于星期五\19點C為sp2，N近似sp2必在一個平面內(nèi)不能旋轉(zhuǎn)可以旋轉(zhuǎn)2

b-折疊形當前第69頁\共有95頁\編于星期五\19點3

b-折疊形多肽鏈b-折疊形構象當前第70頁\共有95頁\編于星期五\19點當前第71頁\共有95頁\編于星期五\19點三級結構三級結構：

蛋白質(zhì)的三級結構是肽鏈（二級結構）進一步扭曲折疊形成的復雜空間結構。是由—s—s—鍵扭在一起。核糖核酸酶的三級結構示意圖當前第72頁\共有95頁\編于星期五\19點當前第73頁\共有95頁\編于星期五\19點四級結構四級結構：各個亞基聚合成大分子的方式稱為蛋白質(zhì)的四級結構。亞基（原體）：構成蛋白質(zhì)的肽鏈。胰島素：由相對分子量為6000或12000的兩個以上亞基聚合而成。血紅蛋白：由兩條a-鏈和兩條b-鏈構成的四聚體。當前第74頁\共有95頁\編于星期五\19點當前第75頁\共有95頁\編于星期五\19點蛋白質(zhì)有四級結構肽鏈中各種氨基酸相互聯(lián)接的順序是蛋白質(zhì)的初級結構，也叫一級結構。多肽鏈主鏈骨架中的若干肽段，通過氫鍵，形成有規(guī)則的構象，這稱為二級結構。

α-螺旋 β-折疊在二級結構的基礎上，多肽鏈間通過氨基酸殘基側(cè)鏈的相互作用而進行盤旋和折疊，因而產(chǎn)生的特定的三維空間結構，這稱為三級結構，也稱為蛋白質(zhì)的亞基。各個亞基在低聚蛋白中的空間排布及相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級結構。當前第76頁\共有95頁\編于星期五\19點15.8核酸核酸的組成核酸及脫氧核酸堿基核苷核苷酸當前第77頁\共有95頁\編于星期五\19點核酸：

核酸是從細胞內(nèi)分離出來的有酸性的生物高分子（多聚核苷酸），是生物合成蛋白質(zhì)不可缺少的物質(zhì)，是生物遺傳的物質(zhì)基礎。C、H、O、N、P、S15~16%9~10%核酸的組成當前第78頁\共有95頁\編于星期五\19點蛋白質(zhì)核蛋白核酸核苷酸核苷戊糖堿基（雜環(huán)堿）磷酸當前第79頁\共有95頁\編于星期五\19點核糖及脫氧核糖b-D-呋喃核糖a-D-呋喃核糖b-D-呋喃脫氧核糖a-D-呋喃脫氧核糖當前第80頁\共有95頁\編于星期五\19點堿基核苷酸水解得到堿基——嘌呤堿和嘧啶堿。腺嘌呤

(Adenine,簡稱A)鳥嘌呤

(Guanine,簡稱G)胞嘧啶

(Cytosine，簡稱C)尿嘧啶

(Uracil，簡稱U)胸腺嘧啶

(Thymine，簡稱T)當前第81頁\共有95頁\編于星期五\19點

嘌呤：

嘌呤是由一個咪唑環(huán)和一個嘧啶環(huán)稠合而成的雜環(huán)化合物。咪唑嘧啶嘌呤以上五種雜環(huán)堿都有互變異構體存在。如：鳥嘌呤以酮式與烯醇式兩種互變異構體存在。酮式烯醇式當前第82頁\共有95頁\編于星期五\19點核苷核苷：有戊糖和堿基縮合而成的糖苷成為核苷。腺嘌呤核苷(adenosine)胞嘧啶脫氧核苷(deoxycytidine)當前第83頁\共有95頁\編于星期五\19點

核苷中的D-核糖及D-2-脫氧核糖均為呋喃型環(huán)狀結構。糖環(huán)中的1'-