1、第15章 氨基酸、蛋白質(zhì)及核酸Amino Acids 、Protein and Nuclear Acid,15.1 氨基酸的分類及結(jié)構(gòu) 15.2 氨基酸的來(lái)源及制法 15.3 氨基酸的性質(zhì) 15.4 肽的結(jié)構(gòu)及命名 15.5 多肽的結(jié)構(gòu)測(cè)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(jié)構(gòu) 15.8 核 酸 15.9 核糖核酸和脫氧核糖核酸,15.1 氨基酸的分類及結(jié)構(gòu),15.1.1 氨基酸的分類 15.1.2 氨基酸的命名 15.1.3 氨基酸的結(jié)構(gòu),15.1.1 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(dòng)密切相關(guān)。,1.按氨基位置分為：a

2、，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),2.根據(jù)氨基結(jié)構(gòu)不同可分為：,脯氨酸,色氨酸,精氨酸,組氨酸,15.1.2 命名 可以用系統(tǒng)命名、俗名、縮寫符號(hào)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，賴氨酸(堿性)，賴, Lys,表15-1 常見(jiàn)的a-氨基酸,*人體必需的氨基酸，而人體又不能合成它們,15.1.3 氨基酸的結(jié)構(gòu),(1) R有不同的

3、結(jié)構(gòu)，還可含有官能團(tuán)，如OH、 SH等 (2) 是雙官能團(tuán)化合物，有COOH、NH2的結(jié)構(gòu) (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，-氨基酸都至少有一個(gè)手性碳原子。,1.結(jié)構(gòu),2.D-L標(biāo)記構(gòu)型：,甘油醛（絲氨酸）為標(biāo)準(zhǔn)，L-構(gòu)型,L-甘油醛,L-(-)-絲氨酸,L-(-)-天門冬氨酸,L-(-)-脯氨酸,L-(-)-丙氨酸,15.2 氨基酸的來(lái)源及制法,15.2.1 蛋白質(zhì)的水解 15.2.2 a-鹵代酸氨解 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 蛋白質(zhì)水解,氨基酸的來(lái)源：（1）天然產(chǎn)物酸

4、性水解 （2） 微生物發(fā)酵法 （3） 化學(xué)合成法,15.2.2 a-鹵代酸氨解,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 氨基酸的性質(zhì),15.3.1 氨基酸的物理性質(zhì) 15.3.2 氨基酸的化學(xué)性質(zhì),15.3.1 氨基酸的物理性質(zhì),1 一般物理性質(zhì),熔點(diǎn) 200 ； 溶于水，不溶于非極性溶劑； 有鹽的性質(zhì)。,表15-2 常見(jiàn)的-氨基酸的物理性質(zhì),http:/www.imb-jena.de/IMAGE_AA.html,2 IR譜：,1600 cm-1 ( 1700 cm-1 沒(méi)有峰 ),26003100 cm-1(強(qiáng)、寬),15.3

5、.2 氨基酸的化學(xué)性質(zhì),1 兩性和等電點(diǎn),氨基酸有羧基和氨基化合物的典型反應(yīng)，也有相互影響的綜合性質(zhì)。,強(qiáng)酸 強(qiáng)堿 弱堿 弱酸,強(qiáng)堿 強(qiáng)酸 弱酸 弱堿,（1）兩性：有酸性又有堿性,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(shí)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,一個(gè)氨基酸總可以找到一個(gè)pH值，在該pH值下，正、負(fù)離子的濃度完全相等，此時(shí)向陽(yáng)極移動(dòng)和向陰極移動(dòng)的離子彼此抵消（即沒(méi)有凈的遷移），或者說(shuō)，電場(chǎng)中不顯示離子的遷移。將此時(shí)的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)(IP)。,負(fù)離子（I）,正離子(III),（2）氨基酸的特殊性等電點(diǎn),

6、（3）甘氨酸滴定曲線,中性氨基酸的等電點(diǎn)：IP=5.66.3 酸性氨基酸的等電點(diǎn)：IP=2.83.2 堿性氨基酸的等電點(diǎn)：IP=7.610.8,不同的氨基酸有不同的等電點(diǎn)，所以可以通過(guò)測(cè)定氨基酸的等電點(diǎn)來(lái)鑒別氨基酸。,等電點(diǎn)時(shí)，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。,組氨酸 IP=7.59,脯氨酸IP=6.3,色氨酸IP=5.8,2 受熱后的消除反應(yīng),(1) -氨基酸,(2) b-氨基酸,(3) , -氨基酸,(4) w-氨基酸,3 與水合茚三酮的顯色反應(yīng),茚茚三酮 水合茚三酮,（藍(lán)紫色）,鑒別含有游離氨基的a-氨基酸,4 與亞硝酸反應(yīng),定量分析NH2的含量（V

7、an-Slyke反應(yīng)）,15.4 肽的結(jié)構(gòu)及命名,15.4.1 肽的結(jié)構(gòu) 15.4.2 肽的命名,15.4.1 肽的結(jié)構(gòu),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(jiǎn)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(zhǎng)短。如：二肽、三肽,N端,C端,命名： 丙氨酰酪氨酰甘氨酸,簡(jiǎn)稱： 丙酪甘,符號(hào)表示： Ala-Tyr-Gly,15.4.2 肽的命名,從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,簡(jiǎn)稱： 甘酪丙,符號(hào)表示： Gly-Tyr-Ala,15.5 多肽的結(jié)構(gòu)測(cè)定及合成,15.5

8、.1 概述 15.5.2 多肽結(jié)構(gòu)的測(cè)定 15.5.3 多肽的合成,15.5.1 概述,1.定義 多肽: 一般是將相對(duì)分子質(zhì)量在10000以下， 能透過(guò)半透膜以及不被三氯乙酸或硫酸所沉 淀的稱為多肽。,N近似sp2雜化,肽鍵的幾何形狀,2.肽鍵構(gòu)型,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 NH2,S,S,牛催產(chǎn)素,肽中的SH氧化成SS鍵,15.5.2 肽鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定,1.測(cè)定肽或蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行下面幾項(xiàng)工作： （1）徹底水解，測(cè)氨基酸的相對(duì)含量，求實(shí)驗(yàn)式 （2）測(cè)相對(duì)分子質(zhì)量，確定分子式 （3）測(cè)定肽

9、或蛋白質(zhì)中各氨基酸的排列順序,2. 測(cè)相對(duì)分子質(zhì)量，確定分子式,該工作由氨基酸自動(dòng)分析儀完成,3. 測(cè)定肽或蛋白質(zhì)中各氨基酸的排列順序,Edman降解法,異硫氰酸苯酯,只有N端的氨基酸水解，逐步確定順序,(1) N端氨基酸分析,(2) C端氨基酸分析,逐步確定氨基酸的連接順序,催產(chǎn)素和加壓素是九肽，結(jié)構(gòu)如下：,催產(chǎn)素已有工業(yè)生產(chǎn)。,15.5.3 多肽的合成,1 反應(yīng)的特點(diǎn),四種產(chǎn)物,C,N,H,O,鍵，易反應(yīng)。,(2) 多肽中有,(3)多NH2、-COOH存在，形成不同的肽鍵。,2 氨基的保護(hù)與羧基的活化,（1）活化COOH：,（Y= Cl, OCOR, OC6H4NO2 等）,（2）保護(hù)NH

10、2：,氯甲酸芐酯,活化目的：增加羰基碳的電正性，有利-NH2親核進(jìn)攻，降低反應(yīng)溫度。 保護(hù)目的：防止與其它試劑反應(yīng)，受其它試劑的干擾。,（3）合成過(guò)程,3 合成實(shí)例,(氯甲酸芐酯) (甘氨酸),(芐氧碳酰甘氨酸) (芐氧碳酰甘酰氯),1953年 合成催產(chǎn)素 9個(gè)氨基酸組 成，由 -S-S-連成環(huán)狀。,1965年 中國(guó)合成結(jié)晶牛胰島素(51個(gè)氨基酸組成)。,A鏈 21個(gè)-S,B鏈 30個(gè)-S,1979年 日本合成牛胰核糖核酸酯(124個(gè)氨基酸組成)。,反復(fù)保護(hù)活化反應(yīng)直到完成合成。,4 固定相技術(shù) 原 理： 把要合成肽鏈的末端氨基酸的羧基以共價(jià)鍵與不溶性（固相）高分子樹脂相連，形成高分子樹脂為酯

11、基的氨基酸酯；其氨基在DCC促進(jìn)下，與另一氨基保護(hù)基的氨基酸反應(yīng)，形成肽鍵；脫去氨基保護(hù)基，再重復(fù)上述操作，增長(zhǎng)肽鍵；最后從固定相上斷裂下來(lái)，得純凈的多肽。,Bruce Merrifield 1984，Nobel Prize,“固相合成技術(shù)”專題,5 組合化學(xué) 以樹脂為載體，經(jīng)過(guò)幾次同步合成可獲得上百萬(wàn)個(gè)多肽分子。 例如：19種氨基受保護(hù)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(hù)，再分成19份分別與19種氨基受保護(hù)的天然氨基酸進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)，得到1919種與樹脂相連的二肽?；旌虾竺摫Ｗo(hù)，再分成19份，與19種天然氨基酸偶聯(lián)，可得191919種與樹脂相連的三肽，如是

12、進(jìn)行五次合成可得2,476,099種五肽（稱為250萬(wàn)種五肽庫(kù))。,“組合化學(xué)”專題,15.6 蛋白質(zhì)的分類、組成和性質(zhì),15.6.1 蛋白質(zhì)的功能 15.6.2 蛋白質(zhì)的分類 15.6.3 蛋白質(zhì)的組成 15.6.4 蛋白質(zhì)的性質(zhì),15.6.1 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,15.6.2 蛋白質(zhì)的分類,1.按水解產(chǎn)物分類 (1) 簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)： 水解后只能生成-氨基酸的蛋白質(zhì)。 (2) 結(jié)合蛋白質(zhì)： 水解后除生成-氨基酸外，還生成非蛋白物質(zhì)的蛋白質(zhì)。 輔基： 結(jié)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(tuán)等，它們統(tǒng)稱輔基。,2.根據(jù)輔

13、基不同，結(jié)合蛋白質(zhì)又分為：,糖蛋白 脂蛋白 核蛋白 色蛋白,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(gòu)成動(dòng)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(dòng)物體內(nèi)起著維護(hù)、調(diào)節(jié)生命活動(dòng)的功能性蛋白質(zhì)。 如：酶、激素等。,15.6.3 蛋白質(zhì)的組成,Wm = 12000萬(wàn),_,微 量,15.6.4 蛋白質(zhì)的性質(zhì),1 兩性和等電點(diǎn),表15-3 一些蛋白質(zhì)的等電點(diǎn),在等電點(diǎn)時(shí)蛋白質(zhì)溶解度最小，易分離,2 高分子性質(zhì) (1)在水中，有穩(wěn)定雙電層的膠體質(zhì)(110m) (2)鹽析： (可逆性) 不同蛋白質(zhì)，需要鹽的濃

14、度不同，可達(dá)分離作用。 3 變性 受物理、化學(xué)因素的作用，使蛋白質(zhì)的 物理、化學(xué)性質(zhì)改變。,如：Hg2+、Pb2+導(dǎo)致中毒，高溫、酒精也能使蛋白凝固。,15.7 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),15.7.1 一級(jí)結(jié)構(gòu) 15.7.2 二級(jí)結(jié)構(gòu) 15.7.3 三級(jí)結(jié)構(gòu) 15.7.4 四級(jí)結(jié)構(gòu),15.7.1 一級(jí)結(jié)構(gòu),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(jí)結(jié)構(gòu)。,牛胰島素,一級(jí)結(jié)構(gòu)決定生物活性,15.7.2 二級(jí)結(jié)構(gòu),二級(jí)結(jié)構(gòu)： 蛋白質(zhì)肽鏈的排列形狀叫做蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。,1 a-螺旋,二級(jí)結(jié)構(gòu)(a-螺旋),在一個(gè)方向，向下,C為sp2，N近似sp2,必在一個(gè)平面內(nèi),不能旋轉(zhuǎn),可以旋轉(zhuǎn),2 b-折疊形,3 b

15、-折疊形,多肽鏈b-折疊形構(gòu)象,15.7.3 三級(jí)結(jié)構(gòu),三級(jí)結(jié)構(gòu)： 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是肽鏈（二級(jí)結(jié)構(gòu)）進(jìn)一步扭曲折疊形成的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)。是由ss鍵扭在一起。,核糖核酸酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖,15.7.4 四級(jí)結(jié)構(gòu),四級(jí)結(jié)構(gòu)： 各個(gè)亞基聚合成大分子的方式稱為 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。 亞基（原體）：構(gòu)成蛋白質(zhì)的肽鏈。,胰島素： 由相對(duì)分子量為6000或12000的兩個(gè)以上亞基聚合而成。,血紅蛋白： 由兩條a-鏈和兩條b-鏈構(gòu)成的四聚體。,/BMB/Chime/Lisa/HEMEMAST.HTM,蛋白質(zhì)有四級(jí)結(jié)構(gòu) 肽鏈中各種氨基酸相互聯(lián)接的順序是蛋白質(zhì)的初級(jí)結(jié)

16、構(gòu)，也叫一級(jí)結(jié)構(gòu)。 多肽鏈主鏈骨架中的若干肽段，通過(guò)氫鍵，形成有規(guī)則的構(gòu)象，這稱為二級(jí)結(jié)構(gòu)。 -螺旋 -折疊 在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈間通過(guò)氨基酸殘基側(cè)鏈的相互作用而進(jìn)行盤旋和折疊，因而產(chǎn)生的特定的三維空間結(jié)構(gòu)，這稱為三級(jí)結(jié)構(gòu)，也稱為蛋白質(zhì)的亞基。 各個(gè)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(jí)結(jié)構(gòu)。,15.8 核 酸,15.8.1 核酸的組成 15.8.2 核酸及脫氧核酸 15.8.3 堿基 15.8.4 核苷 15.8.5 核苷酸,核酸： 核酸是從細(xì)胞內(nèi)分離出來(lái)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(chǔ)。,C 、 H 、 O 、

17、N 、 P 、 S,1516%,910%,15.8.1 核酸的組成,磷酸,15.8.2 核糖及脫氧核糖,15.8.3 堿 基,核苷酸水解得到堿基嘌呤堿和嘧啶堿。,胞嘧啶 (Cytosine，簡(jiǎn)稱C),尿嘧啶 (Uracil，簡(jiǎn)稱U),胸腺嘧啶 (Thymine，簡(jiǎn)稱T),嘌呤： 嘌呤是由一個(gè)咪唑環(huán)和一個(gè)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(gòu)體存在。,如：鳥嘌呤以酮式與烯醇式兩種互變異構(gòu)體存在。,15.8.4 核 苷,核苷： 有戊糖和堿基縮合而成的糖苷成為核苷。,核苷中的D-核糖及D-2-脫氧核糖均為呋喃型環(huán)狀結(jié)構(gòu)。 糖環(huán)中的1 -C是不對(duì)稱碳原子，所以有a-

18、及b-兩種構(gòu)型。但核酸分子的糖苷鍵均為b-糖苷鍵。 核苷分為： 核糖核苷 脫氧核糖核苷,15.8.5 核苷酸,核苷酸： 核苷中2 、3 、和5 的羥基被磷酸酯化， 產(chǎn)物是核苷酸。 核苷酸分為： 核苷酸和脫氧核苷酸,5 -腺嘌呤核苷酸 (AMP),3 -胞嘧啶脫氧核苷酸 3 -dCMP,15.9 核糖核酸和脫氧核糖核酸,15.9.1 RNA和DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu) 15.9.2 DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu) 15.9.3 核酸的功能,15.9.1 RNA和DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu),核糖核酸（RNA）： 核酸水解得到的核糖的核苷酸。 脫氧核糖核酸（DNA）: 核酸水解得到的脫氧核糖的核苷酸。 一級(jí)結(jié)構(gòu)： 核酸中諸核苷酸之間連鍵的性質(zhì)及核苷酸排列的順序。 空間結(jié)構(gòu)：