第二十章 蛋白质和核酸

二、重点与难点 本章的重点和难点是氨基酸的合成、 本章的重点和难点是氨基酸的合成 、 多肽的合成和对一些概念的理解。 多肽的合成和对一些概念的理解 。 如氨 基酸和多肽的等电点、 蛋白质的结构、 基酸和多肽的等电点 、 蛋白质的结构 、 酶的活性中心、 酶的活性中心 、 核酸的分类及核酸的生 物功能等。 物功能等。
显蓝或紫红色反应 茚三酮
N-取代的 氨基酸，β-氨基酸，γ-氨基酸均无此显色反应 取代的α-氨基酸 氨基酸， 氨基酸均无此显色反应 取代的 氨基酸， 氨基酸
（3）氨基酸中羧基的反应 ）氨基酸中羧基的反应——叠氮法合成肽 叠氮法合成肽
四、氨基酸的制备方法 • 蛋白质水解 • 有机合成 有机合成——P305习题 ，6 习题5， • 发酵法
一
、教学要求
1、掌握二十种常见氨基酸的名称和分类，理解其结构。 、掌握二十种常见氨基酸的名称和分类，理解其结构。 掌握氨基酸的两性和等电点， 2、掌握氨基酸的两性和等电点，在高于或低于它们的等电点 的水溶液中的构造式。 的水溶液中的构造式。 掌握氨基酸的性质，了解氨基酸的合成法和发酵法。 3、掌握氨基酸的性质，了解氨基酸的合成法和发酵法。 理解多肽结构的测定法， 4、掌握多肽的一般结构 ，理解多肽结构的测定法，部分水解 了解多肽的一般合成法。 法，了解多肽的一般合成法。 了解蛋白质的分类、结构（ 四级结构） 5、了解蛋白质的分类、结构（一、二、三、四级结构）。 掌握蛋白质的性质：两性和等电点、水化、变性、鉴定、 6、掌握蛋白质的性质：两性和等电点、水化、变性、鉴定、 水解。 水解。 掌握核苷酸、 核酸的表示式， 了解基因指导蛋白质的合成， 7 、 掌握核苷酸 、 核酸的表示式 ， 了解基因指导蛋白质的合成 ， 了解酶的一般概念。 了解酶的一般概念。
L-丙氨酸 丙氨酸
L-乳酸 乳酸
L-甘油醛 甘油醛
L-苏氨酸 苏氨酸
D-苏阿糖 苏阿糖
三、氨基酸的性质 1、氨基酸的酸-碱性： 、氨基酸的酸 碱性 碱性： 氨基酸呈两性电离形成内盐（固态或水溶液中都一样） 氨基酸呈两性电离形成内盐（固态或水溶液中都一样）
所以氨基酸中， 铵离子） 所以氨基酸中，酸性基团是 - + NH3 （铵离子） 羧酸根离子） 碱性基团是 -COO- （羧酸根离子） 氨基酸中： 氨基酸中： Ka值代表 - + NH3 的酸度 值代表 Kb值代表 -COO- 的碱度 值代表
丙氨酰甘氨酰丙氨酸（简称丙甘丙肽 ： 丙氨酰甘氨酰丙氨酸（简称丙甘丙肽)：
肽键：属于平面结构 肽键： 称为酰胺平面
多肽是蛋白质的基本结构
二、多肽结构测定或端基分析
• • • • 分子大小的测定 氨基酸的定量分析 测定N端和 端和C端 测定 端和 端 肽链选择性地裂解并鉴定
三、多肽的合成
第三节 蛋白质
三、教学内容 1、氨基酸：氨基酸的结构、命名和分类，氨基酸 的构型，氨基酸的性质，氨基酸的制备方法。 2、多肽：肽和肽键，多肽结构测定和端基分析。 3、蛋白质：蛋白质的分类、结构和性质。 4、酶：酶的组成，酶催化反应的特异性，酶的分 类和命名。 5、核酸：核苷酸，核酸的结构，核酸的生物功能。
第一节 氨基酸 amino acid
• 变性后的特点： 变性后的特点： • ① 丧失生物活性 • ② 溶解度降低 • 易被水解（对水解酶的抵抗力减弱）。 ③ 易被水解（对水解酶的抵抗力减弱）。 • 变性作用的利用： 变性作用的利用： • 消毒、杀菌、点豆腐等； ① 消毒、杀菌、点豆腐等； • 排毒（重金属盐中毒的急救）； ② 排毒（重金属盐中毒的急救）； • 肿瘤的治疗（放疗杀死癌细胞）； ③ 肿瘤的治疗（放疗杀死癌细胞）； • 变性作用的防治： 变性作用的防治： • ① 种子的贮存； 种子的贮存； • 人体衰老（缓慢变性）； ② 人体衰老（缓慢变性）； • ③ 防止紫外光灼伤皮肤。 防止紫外光灼伤皮肤。
二、氨基酸的构型
• 天然氨基酸： 除甘氨酸（CH2NH2COOH）外： 天然氨基酸： 除甘氨酸（ ）
其余α 氨基酸都是手性的； 其余α-氨基酸都是手性的； 且构型主要是L 有例外） 且构型主要是L型（或S型）的（有例外） • 氨基酸的构型是与L-乳酸相联系的，且均取决于α氨基酸的构型是与L 乳酸相联系的 且均取决于α 相联系的， 碳原子的构型（与碳水化合物的构型不同） 碳原子的构型（与碳水化合物的构型不同）
甘氨酸（ 甘氨酸（CH2NH2COOH） Ka = 1.6*10-10 ） Kb = 2.5*10-12
氨基酸是两性化合物, 与强酸强碱都能生成盐: 氨基酸是两性化合物 与强酸强碱都能生成盐
氨基酸正离子 强酸性溶液中） （强酸性溶液中）
两性离子
氨基酸负离子 强碱性溶液中） （强碱性溶液中）
在强酸性溶液中电解氨基酸溶液,则在阴极上析出氨基酸 在强酸性溶液中电解氨基酸溶液 则在阴极上析出氨基酸 在强碱性溶液中电解氨基酸溶液,则在阳极上析出氨基酸 在强碱性溶液中电解氨基酸溶液 则在阳极上析出氨基酸
溶液pH>等电点 等电点pI 溶液 等电点 pI
等电点pI 等电点
溶液pH<等电点 等电点 溶液
对于单一氨基酸水溶液,由于羧基酸性大于氨基碱性 即羧基的 对于单一氨基酸水溶液 由于羧基酸性大于氨基碱性,即羧基的 由于羧基酸性大于氨基碱性 电离程度大于氨基的离子化程度，阴离子H 电离程度大于氨基的离子化程度，阴离子 2NCHRCOO-比阳离 子H3+NCHRCOOH多，要使溶液达到等电点，就必须加酸利用 多 要使溶液达到等电点， 同离子效应来抑制阴离子，减少负电荷量， 同离子效应来抑制阴离子，减少负电荷量，最后使正负电荷相 等，即达到等电点。所以单一氨基酸水溶液 值 > PI < 7， 即达到等电点。所以单一氨基酸水溶液p值 ， 单一氨基酸水溶液
分子量在1000以上，构型复杂的多肽称为蛋白质 以上， 分子量在 以上 一、蛋白质的分类 50个以上氨基酸残基组成的肽链称为蛋白质 个以上氨基酸残基组成的肽链称为蛋白质 50个以下氨基酸残基组成的肽链称为肽或多肽 个以下氨基酸残基组成的肽链称为肽或多肽 二、蛋白质的结构 1、蛋白质的一级结构（初级结构） 、蛋白质的一级结构（初级结构） 的排列顺序（ 一级结构：氨基酸残基的排列顺序 种类、连接方式） 一级结构：氨基酸残基的排列顺序（种类、连接方式）
2、蛋白质的次级键（副键） 、蛋白质的次级键（副键） 氢键、疏水作用、盐键、范德华引力（ 氢键、疏水作用、盐键、范德华引力（见P283图20-3） 图 ）
3、蛋白质的空间结构 、 （1）蛋白质的二级结构 ） 指螺旋卷曲或折叠所成的空间结构 α-螺旋结构（P284图20-4） 螺旋结构（ 螺旋结构 图 ） β-折叠结构（P285图20-5） 折叠结构（ 折叠结构 图 ） （2）蛋白质的三级结构（P286图20-8） ）蛋白质的三级结构（ 图 ） （3）蛋白质的四级结构 ）
等电点的应用： 等电点的应用： 在等电点时,氨基酸的溶解度最小 因而用调节等电点 在等电点时 氨基酸的溶解度最小,因而用调节等电点 氨基酸的溶解度最小 的方法,可以从氨基酸的混合物中分离出某些氨基酸 可以从氨基酸的混合物中分离出某些氨基酸。 的方法 可以从氨基酸的混合物中分离出某些氨基酸。
通过等电点可以说明氨基酸在水溶液中存在的结构形式，例如： 通过等电点可以说明氨基酸在水溶液中存在的结构形式，例如： 一个氨基酸等电点pI=5.96,在pH=8的溶液中存在的结构式是 的溶液中存在的结构式是( ) 一个氨基酸等电点 在 的溶液中存在的结构式是 A 正离子 B 负离子 C 两性离子
氨基酸PI值主要由其羧基和氨基的电离常数来决定： 氨基酸 值主要由其羧基和氨基的电离常数来决定： 值主要由其羧基和氨基的电离常数来决定
pK1代表 – N H3+ 基团的电离常数 pK2代表 –COOH 基团的电离常数
一氨基一羧基) 中性氨基酸 pI = 5.8~6.3 (一氨基一羧基 一氨基一羧基 一氨基二羧基) 酸性氨基酸 pI = 2.8~3.2 (一氨基二羧基 一氨基二羧基 二氨基一羧基) 碱性氨基酸 pI = 7.6~10.8 (二氨基一羧基 二氨基一羧基
2、氨基酸的等电点 isoelectric point 、
• 氨基酸在水溶液中并不呈中性！ 氨基酸在水溶液中并不呈中性！ • 酸性？碱性？ 酸性？碱性？ 这与两种基团的离子化程度有关 • 当净电荷为零的氨基酸所在溶液的 值称为该氨基酸 当净电荷为零的氨基酸所在溶液的PH值称为该氨基酸 的等电点（常用pI表示 表示） 的等电点（常用 表示） 在等电点时， 即在等电点时，氨基酸不向电场的任何一极移动 • 各氨基酸的化学组成不同 它们的等电点也各不 相同 各氨基酸的化学组成不同,它们的等电点也各不 (见表 见表20-1) 见表 • 一个氨基酸在纯水中电离一般都不是它的等电点，要 一个氨基酸在纯水中电离一般都不是它的等电点， 达到等电点必须加酸或加碱来调节pH值 达到等电点必须加酸或加碱来调节 值（利用同离子 效应） 效应）
第二十章 Leabharlann Baidu白质和核酸
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
1965年我国第一次用人工方法合成了具有生理活性的蛋白质 年我国第一次用人工方法合成了具有生理活性的蛋白质 ——胰岛素 胰岛素
不论哪一类蛋白质，水解都生成 氨基酸的混合物 不论哪一类蛋白质，水解都生成α-氨基酸的混合物
(见P304习题 见 习题2) 习题
3、物理和光谱性质 、 4、氨基酸化学性质 、 （ 1 ）氨基的反应 酰基化
保护氨基的酰化剂
氨基的烃基化
测定N端的试剂 测定 端的试剂
亚硝酸反应——定量反应，测定氨基 定量反应， 亚硝酸反应 定量反应
是鉴定α-氨基酸的灵敏的方法 （2）与茚三酮反应 ）与茚三酮反应——是鉴定 氨基酸的灵敏的方法 是鉴定
一、氨基酸的结构、命名和分类 氨基酸的结构、 至今自然界蛋白质水解都 生成α 氨基酸的混合物： 生成α-氨基酸的混合物：
目前知道的氨基酸已有200多种，而且主要是脂肪族 氨基酸； 多种，而且主要是脂肪族α-氨基酸 目前知道的氨基酸已有 多种 脂肪族 氨基酸； 生物体内构成蛋白质的α-氨基酸只有 氨基酸只有20种 见表20-1，其中 个 生物体内构成蛋白质的 氨基酸只有 种（见表 ，其中8个 人体必需氨基酸，是生命的必需物质，如果缺乏， 为人体必需氨基酸，是生命的必需物质，如果缺乏，人体就会 发生某些疾病；但人们可以从不同的食物中得到。） 发生某些疾病；但人们可以从不同的食物中得到。） 命名：一般都采用俗名，天然氨基酸有国际通用符号（见表 命名：一般都采用俗名，天然氨基酸有国际通用符号（见表20-1） ） 和代号（类似化学元素符号） 和代号（类似化学元素符号） 分类：链状氨基酸、芳香族氨基酸、 分类：链状氨基酸、芳香族氨基酸、杂环氨基酸
（3）蛋白质的四级结构 ）
三、蛋白质的性质 1、蛋白质的等电点和胶体性质 、
阳离子 PH < PI
两性离子 PH = PI
阴离子 PH>PI
蛋白质在等电点时最易于沉淀析出——分离的应用 分离的应用 蛋白质在等电点时最易于沉淀析出
2、蛋白质的变性作用 、 3、蛋白质的颜色反应 、
蛋白质在一定条件下，共价键不变， 蛋白质在一定条件下，共价键不变，但构象发生变化 而丧失生物活性的过程成为蛋白质的变性作用。 而丧失生物活性的过程成为蛋白质的变性作用。 变性条件： 变性条件： 物理因素： 干燥、加热、高压、振荡或搅拌、 物理因素： 干燥、加热、高压、振荡或搅拌、紫外 射线、 线、X射线、超声等等。 射线 超声等等。 化学因素： 强酸、强碱、尿素、重金属盐、 化学因素： 强酸、强碱、尿素、重金属盐、生物碱试 剂 三氯乙酸、乙醇等等）。 （三氯乙酸、乙醇等等）。
第二节 多肽 Polypeptide
一、肽和肽键
水解 水解 水解
蛋白质 二肽： 二肽：
多肽
二肽+三肽 二肽 三肽
α-氨基酸 氨基酸
肽键（酰胺基团） 肽键（酰胺基团）
N端 端 C端
三肽： 三肽：
书写方式： C（右） 书写方式：（左）N （ 多肽命名：从左到右：如丙氨酰甘氨酰丙氨酸（简称丙甘丙肽） 多肽命名：从左到右：如丙氨酰甘氨酰丙氨酸（简称丙甘丙肽）