蛋白质和核酸

第十四章蛋白质和核酸

一、学习要求

1．掌握氨基酸的分类、结构、命名和中、英文缩写。

2．掌握氨基酸的构型和化学性质。

3．掌握肽的结构和命名，肽分子中C―端和N―端的分析方法。

4．了解蛋白质的组成元素，熟悉蛋白质的一级结构及空间结构，掌握蛋白质的化学性质。

5．熟悉核酸的分类、基本结构，掌握核酸分子的碱基及其配对规律

二、本章要点

（一）氨基酸

1.氨基酸的结构氨基酸是分子中含有氨基和羧基的化合物。组成蛋白质的氨基酸有20种，均为α-氨基酸L-构型，除甘氨酸外，都是手性分子，除半胱氨酸为R-构型外，其余均为S-构型。

2.氨基酸的分类根据烃基的不同可把氨基酸分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸；根据分子中氨基和羧基的数目，还可将氨基酸分为中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。

3.氨基酸的命名天然氨基酸常使用俗名，也可用中文名称、英文缩写和单字符号来表示。在氨基酸的系统名命法中，是以羧酸为母体，将氨基作为取代基而称为“氨基某酸”，氨基的位次用希腊字母α、β、γ等表示。

4.氨基酸的性质

（1）物理性质：α-氨基酸为无色晶体，熔点较高(200─300℃),在熔化时分解放出二氧化碳。溶解于水，而难溶于乙醇、醚、苯等有机溶剂中。除甘氨酸外，均有旋光性。

（2）氨基酸的化学性质

1）.两性电离和等电点：氨基酸分子是两性化合物；与酸、碱可反应生成盐；本身还可生成内盐。氨基酸晶体溶解于纯水中时，可发生酸式电离和碱式电离。中性、酸性氨基酸在纯水中带净负电荷，水溶液显酸性，碱性氨基酸在纯水中，其水溶液呈碱性，氨基酸本身带净正电荷。氨基酸净电荷为零时溶液的pH值称

为氨基酸的等电点(isoelectric point)用pI 表示。氨基酸的存在形式与溶液pH 值的关系可表示如下：

等电点时，氨基酸的溶解度最小，可从水溶液中析出，所以可以利用等电点分离提纯氨基酸。

2).显色反应: α-氨基酸与水合茚三酮在水溶液中加热反应能形成蓝紫色化合物，可用于α-氨基酸的定量和定性分析。

3).与HNO 2反应: α-氨基酸与亚硝酸作用时定量放出氮气, 该反应可测定氨基酸、蛋白质及肽分子中的自由氨基。

4).脱羧反应：氨基酸在脱羧酶或与氢氧化钡共热可发生脱羧反应，生成少一个碳原子的伯胺。

5）.成肽反应: 当两分子α-氨基酸受热时，氨基和羧基之间交叉脱水，生成环状的交酰胺（二酮吡嗪），二酮吡嗪在浓盐酸的作用下，可以水解断开一个酰胺键生成二肽。 （二）肽

1. 肽的结构和命名 由氨基酸残基通过肽键(酰胺键)连接而形成的化合物叫做肽。由多个氨基酸形成的肽称为多肽。肽的命名是从N-端开始，由左至右依次将每一个氨酸残基写成“某氨酰”，处于C-端的最后一个氨基酸为母体称为某氨酸。肽的名称也常用中文或英文的缩写符号来表示，符号之间用短线隔开：丙氨酰甘氨酰丝氨酸(丙甘氨丝肽) 丙-甘-丝 或Ala-Gly-Ser 。

2.肽链结构测定 可配合使用端基分析( N-端分析、C-端分析)和部分水解的方法来加以确定。

3.活性肽 在生物体内有着重要的功能的游离肽，如：γ-谷胱甘肽、催产素和加压素、神经肽等。 （三）蛋白质

1.蛋白质的元素组成和分类

RCHCOO 3

H ++负离子

两性离子正离子pH>pI pH=pI pH

RCHCOOH NH 3

OH

RCHCOO 2

+

+

（1）元素组成：天然蛋白质均含有碳(50-55％)、氢（6.7-7.3％）、氧（19-24％）、氮（13-19％），硫（0-4％）等元素。此外，蛋白质中还含有磷、碘、铁、锰、铜、锌等元素。生物样品中1克氮相当于6.25克蛋白质。

（2）分类：蛋白质按分子形状可分为球状蛋白质和纤维状蛋白；按分子组成可分为单纯蛋白和结合蛋白质；按功能可分为活性蛋白质和结构蛋白质。

2.蛋白质的结构

（1）蛋白质的一级结构：蛋白质的一级结构是指多肽链中氨基酸残基的排列顺序及其连接方式。肽键是一级结构中连接氨基酸残基的化学键。

（2）蛋白质的二级结构：蛋白质的二级结构是指肽链按一定的方式折叠、盘曲形成的空间构象，氢键是主要的副键，蛋白质的二级结构主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲等。

(3) 蛋白质的三级结构：具有二级结构的蛋白质，可以进一步按一定方式折叠、盘曲形成更复杂的三维空间排布，即形成蛋白质的三级结构。维持三级结构的力来自氨基酸侧链之间的相互作用。主要包括盐键、二硫键、氢键、配位键、酯键、疏水基之间的亲和力(疏水键)和van der waals力等。这些作用总称为副键。

（4）蛋白质的四级结构是由两条以上具有三级结构的多肽链组成的更大、更复杂的分子。每一条三级结构多肽链称为一个亚基，几个亚基通过氢键、疏水键或静电吸引缔合而构成一定的空间结构。亚基的种类、数目和空间排列都有特定的模式。

3.蛋白质的化学性质

（1）胶体性质：蛋白质是高分子化合物，相对分子质量可高达几千万，其分子颗粒的直径一般在103pm ~105pm之间，属于胶体粒子，呈现胶体的性质：电泳扩散速度慢，不能透过半透膜。

（2）两性电离和等电点：在蛋白质分子中，肽链的侧链中含有未结合的碱性基团（如氨基、胍基、咪唑基）和酸性基团(羧基、酚羟基、巯基),因而蛋白质和氨基酸一样是两性化合物，也有等电点。

（3）蛋白质的沉淀：蛋白质分子在溶液中发生凝聚，并从溶液中析出的现象称为蛋白质的沉淀。常用的方法有：盐析、加脱水剂、加入某些重金属盐和有机酸等。

（4）蛋白质的变性：蛋白质在某些物理因素或化学因素的作用下,蛋白质的性质发生改变的现象称为蛋白质的变性。性质改变后的蛋白质称为变性蛋白质。引起蛋白质变性的物理因素有：加热、加压、激烈的搅拌或振荡、紫外线和超声波等。化学因素有：强酸、强碱、尿素、重金属盐、有机溶剂、生物碱试剂和表面活性剂等。变性有可逆变性和不可逆变性两种。

（5）蛋白质的显色反应

1）.缩二脲反应（biure reaction ）：蛋白质分子中含有许多肽键，因此所有的蛋白质均可与稀硫酸铜碱性溶液反应，呈紫色或紫红色。

2）.茚三酮反应(ninhydrin reaction)：蛋白质与水合茚三酮共热呈现蓝紫色。茚三酮作为显色剂常用纸层析和电泳法中分离和鉴定蛋白质、多肽和氨基酸。

(四)核酸

1.组成 核酸是由许多核苷酸结合而成的高分子化合物。核酸在酸、碱或酶催化下水解的产物如下：

2.核酸的分类 核酸包括脱氧核糖核酸（DNA ）和核糖核酸(RNA: rRNA 、mRNA 和tRNA)。

3.核苷和核苷酸的结构及命名

Pr

COO NH 3

+

+NH 3

+

COOH Pr

NH 2

COO Pr

+蛋白质负离子

蛋白质两性离子

蛋白质正离子

pH>pI pH=pI pH

核酸

水解

核苷酸

核苷

磷酸

碱基

戊糖

嘌呤碱

嘧啶碱核糖脱氧核糖