有机化学-第15章-氨基酸、蛋白质和核酸课件.ppt

1、 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸1第15章 氨基酸、蛋白质和核酸P15.1 氨基酸P15.2 肽 P15.3 蛋白质 P15.5 本章小结P15.4 核酸 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸2第15章 氨基酸、蛋白质和核酸n氨基酸：羧酸分子中烃基上的一个或几个氢原子被氨基取代的化合物n蛋白质：由多个氨基酸通过肽键构成的生物大分子，在生命现象和生命过程中起决定性作用。没有蛋白质就没有生命n核酸：由核苷酸构成的高分子化合物，对遗传信息的储存、蛋白质的生物合成起着决定性作用。没有核酸就没有蛋白质 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸3 15.1 氨基酸15.1.1-氨基酸的构型、分类和

2、命名 羧酸羧酸分子中烃基上的分子中烃基上的一个或几个氢原子一个或几个氢原子被被氨基氨基取代的化合物叫做取代的化合物叫做氨基酸氨基酸（amino acid）如：如：-氨基酸氨基酸 -氨基酸氨基酸 -氨基酸氨基酸NH2CH2COOH-氨基乙酸NH2CH2CH2COOH-氨基丙酸 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸4 15.1.1-氨基酸的构型、分类和命名R CH COOHNH2 H2NRHCOOH 构成蛋白质的20种常见氨基酸，除脯氨酸为-亚氨基酸外，都是-氨基酸，其结构通式为 除甘氨酸外，其余氨基酸构型一般都是L-型（也可用R、S标记法表示）有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸5 构型举例

3、构型举例NH2CCH2OHCOOHHCCH2OHHCHOOHCCH2COOHHNHCH2CH2L-丝氨酸丝氨酸L-脯氨酸脯氨酸L-甘油醛甘油醛 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸6n根据氨基和羧基的相对位置可以分为：根据氨基和羧基的相对位置可以分为：n -氨基酸、氨基酸、-氨基酸、氨基酸、-氨基酸氨基酸n根据酸碱性：根据酸碱性：n 中性中性氨基酸：氨基和羧基数目相等氨基酸：氨基和羧基数目相等n 碱性碱性氨基酸：氨基（氨基酸：氨基（碱性碱性基）数目多基）数目多于羧基于羧基n 酸性酸性氨基酸：羧基数目多于氨基（氨基酸：羧基数目多于氨基（碱碱性性基）基）15.1.1-氨基酸的构型、分类和命名 有

4、机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸715.1.1-氨基酸的构型、分类和命名系统命名法：系统命名法：以羧酸为母体，氨基为取代基来命名，如：NH2CH2COOH-氨基乙酸氨基乙酸NH2CH2CH2COOH-氨基丙酸氨基丙酸俗名（俗名（-氨基酸氨基酸按其来源或性质）：按其来源或性质）：NH2CH2COOH甘氨酸甘氨酸HOOC CH2 CH2 CH COOH NH2谷氨酸谷氨酸常见的氨基酸-氨基酸的结构氨基酸的结构名称名称简写简写甘氨酸甘氨酸丙氨酸丙氨酸缬氨酸缬氨酸*亮氨酸亮氨酸*异亮氨酸异亮氨酸*甘甘(gly)丙丙(ala)缬缬(val)亮亮(leu)异亮异亮(ile)NH2CH2COOHNH2C

5、HCOOHCH3NH2CHCOOHCH3CHCH3NH2CHCOOHCH3CHCH3CH2NH2CHCOOHCH3CH2CH3CH带带*号者为营养必需氨基酸号者为营养必需氨基酸（续表）（续表）-氨基酸的结构氨基酸的结构名称名称简写简写蛋氨酸蛋氨酸*脯氨酸脯氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸*色氨酸色氨酸*丝氨酸丝氨酸蛋蛋(met)脯脯(pro)苯丙苯丙(phe)色色(trp)丝丝(ser)NH2CHCOOHCH3SCH2CH2NHCHCOOHCH2CH2CH2NH2CHCOOHCH2NH2CHCOOHCH2NHNH2CHCOOHCH2HO（续表）（续表）-氨基酸的结构氨基酸的结构名称名称简写简写苏氨酸苏氨酸

6、*半胱氨酸半胱氨酸酪氨酸酪氨酸天门冬酰胺天门冬酰胺谷酰胺谷酰胺苏苏(thr)半胱半胱(cys)酪酪(tyr)(asn)(gln)NH2CHCOOHHOCH3CHNH2CHCOOHCH2HSNH2CHCOOHCH2HONH2CHCOOHCOCH2NH2NH2CHCOOHH2NCOCH2CH2(续表)-氨基酸的结构氨基酸的结构名称名称简写简写天门冬氨酸天门冬氨酸谷氨酸谷氨酸赖氨酸赖氨酸*精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸天冬天冬(asp)谷谷(glu)赖赖(lys)精精(arg)组组(his)CH2NH2CHCOOHHOOCCH2CH2NH2CHCOOHHOOCNH2CHCOOHH2NCH2CH2CH2CH

7、2NH2CHCOOHCH2CH2CH2H2NNHC NH=HNH2CHCOOHCH2NN 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸1215.1.1-氨基酸的构型、分类和命名 营养必需氨基酸营养必需氨基酸是是人体内不能合成或合人体内不能合成或合成量不足的氨基酸成量不足的氨基酸,常见的有八种常见的有八种:缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、色氨酸蛋氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、色氨酸 不同年龄段，各种氨基酸的需要量不一样不同年龄段，各种氨基酸的需要量不一样;不同的食物中各种氨基酸的种类和含量不同；动不同的食物中各种氨基酸的种类和含量不同；动物蛋白所

8、含的氨基酸的种类和比例与人体所需的物蛋白所含的氨基酸的种类和比例与人体所需的相近相近,营养价值高；为了营养均衡，不要偏食营养价值高；为了营养均衡，不要偏食 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸1315.1.2-氨基酸的性质 1.-氨基酸的物理性质 n状态：状态：无色晶体无色晶体（-氨基酸）氨基酸）n溶解性：溶解性：易溶于水，难溶于无水乙醇、乙醚易溶于水，难溶于无水乙醇、乙醚等有机溶剂等有机溶剂n熔点：熔点：较高，大多熔化时分解较高，大多熔化时分解n旋光性：旋光性：除甘氨酸外，除甘氨酸外，-氨基酸氨基酸都具有旋光都具有旋光性；都属性；都属L型型 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸142.-

9、氨基酸的化学性质n氨基酸兼具氨基和羧基的典型性质氨基酸兼具氨基和羧基的典型性质n羧基性质羧基性质：酸性：酸性；酯化酯化n氨基性质氨基性质：碱性；酰基化；与亚硝酸作用：碱性；酰基化；与亚硝酸作用n其他特殊性质其他特殊性质:（1）氨基酸的两性电离和等电点n两性：两性：可与碱生成盐，也可与酸生成盐可与碱生成盐，也可与酸生成盐n-氨基酸晶体以偶极离子形式存在，称为氨基酸晶体以偶极离子形式存在，称为内盐内盐 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸15（1）氨基酸的两性电离和等电点NH3+CH COO-RNH2CHCOO-RH+OH-偶极离子偶极离子负离子负离子正离子正离子 酸性酸性溶液中，氨基酸主要以溶

10、液中，氨基酸主要以正离子正离子的形式存在的形式存在 碱性碱性溶液中，氨基酸主要以溶液中，氨基酸主要以负离子负离子的形式存在的形式存在 当溶液浓度为某一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pINH3+CH COO-RH+OH-COOH 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸16（1）氨基酸的两性电离和等电点 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸17（1）氨基酸的两性电离和等电点纸电泳纸电泳 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸18（1）氨基酸的两性电离和等电点 pH pI,样品带负电荷，样品点向阳极移动 pH=pI,样

11、品不带电荷，样品点不移动 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸19等电点不是中性点等电点不是中性点n中性氨基酸的酸性比它的碱性稍强些n在纯水溶液中，中性氨基酸呈微酸性，负离子浓度大于正离子浓度。故使其到等电点，需加酸，降低pH值n中性氨基酸等电点为5.66.3（pI7）；酸性氨基酸等电点为2.83.2（pI7）处于等电点的氨基酸溶解度最小，可用于分离处于等电点的氨基酸溶解度最小，可用于分离 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸20（2）氨基酸中氨基和羧基的反应 与亚硝酸反应 范斯莱克(Van Slyke)氨基氮测定法：根据所得氮气体积，算出氨基酸含量伯氨基可以与亚硝酸反应，放出氮气伯氨基可

12、以与亚硝酸反应，放出氮气 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸21 与2,4-二硝基氟苯反应 化合物显黄色，可以用于氨基酸的比色测定 氧化脱氨反应 CH COOHNH2RNHOHOH2O-NH3C COOHRC COOHROC COOHRNH2 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸22 脱羧反应 CH COOHNH2H2N (CH2)4H2N (CH2)5 NH21,5-戊二胺（尸胺）CH2 CH COOHNHNNH2CH2 CH2 NH2NHN组胺 生物体内或细菌的脱羧酶也能催化氨基酸生物体内或细菌的脱羧酶也能催化氨基酸的脱羧反应，这是蛋白质腐败发臭的主要原因的脱羧反应，这是蛋白质腐败发

13、臭的主要原因 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸23（3）氨基酸中氨基和羧基的共同反应 2 R CH COOH +Cu2+NH2R CHCOONH2CuH2NCH RCOO+2 H+氨基酸金属盐络合物具有很好的结晶形状氨基酸金属盐络合物具有很好的结晶形状,该反应可用来该反应可用来沉淀沉淀、保护保护和和鉴别鉴别某些氨基酸某些氨基酸深紫色配合物结晶深紫色配合物结晶 与金属离子形成配合物 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸24 与水合茚三酮反应 -氨基酸的水溶液遇水合茚三酮，能生成有氨基酸的水溶液遇水合茚三酮，能生成有颜色的产物。大多数氨基酸遇此试剂显颜色的产物。大多数氨基酸遇此试剂显蓝紫色

14、蓝紫色 此反应常用于-氨基酸的和的显色-氨基酸的定性及定量测定 RCHCOOHNH2OOOHOH+OONOO+RCHO +CO2+3H2O 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸25 一些氨基酸侧链具有的功能基团，如羟基、酚基、吲哚基、胍基、巯基及非-氨基等，均可以发生相应的反应，这是进行蛋白质化学修饰的基础。-氨基酸还可发生成肽反应，通过分子间的-NH2与-COOH缩合脱水形成肽 成肽反应 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸26 15.2 肽 n肽(peptide)是含有氨基酸单元的聚合物，如二肽，三肽等等。肽的酰胺键称为肽键(peptide bond)n肽可看作是由氨基酸分子通过氨基和

15、羧基之间脱水缩合而成CHCONHCHCONHCHCOOHRRH2NnN端端C端端 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸27肽的N-端和C-端 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸28肽的分类n 二肽（dipeptide）：含2个氨基酸残基单位；n 寡肽（oligopeptide）：含210个氨基酸残基 单位；n 多肽（polypeptide）：含多于10个氨基酸残基单位；n 蛋白质（protein）：含100或100以上个氨基酸残基单位。有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸29 天然多肽天然多肽n天然多肽都是由不同氨基酸组成天然多肽都是由不同氨基酸组成n相对分子量一般在相对分子量一般在1

16、0000以下以下n在生物体中起重要作用。如，催产素是一个九在生物体中起重要作用。如，催产素是一个九肽，氨基酸单元间除肽键外，还有一个二硫键肽，氨基酸单元间除肽键外，还有一个二硫键（SS）半胱半胱酪酪异亮异亮谷谷精精半胱半胱脯脯亮亮甘甘 NH2SS垂体后叶催产素垂体后叶催产素 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸302.肽键的平面结构 肽中的肽键是酰胺键，氮原子上的孤对电子与酰基形成p共轭体系，使CN键具有一定程度的双键性质，组成肽键的原子共平面 C NOCHHRRCH 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸312.肽键的平面结构 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸32 3.肽的命名n从从

17、N端叫起，称为某氨酰（基）某氨酸端叫起，称为某氨酰（基）某氨酸n也可简写表示，如：也可简写表示，如：NH2CH2CO NHCH2COOH甘氨酰甘氨酸或甘甘氨酰甘氨酸或甘甘甘(gly gly)NH2CH2CO NHCHCOOHCH3甘氨酰丙氨酸或甘甘氨酰丙氨酸或甘丙丙(gly ala)有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸33 3.肽的命名很多肽都采用俗名，如催产素、胰岛素等很多肽都采用俗名，如催产素、胰岛素等 体内存在多种重要的生物活性肽：体内存在多种重要的生物活性肽：谷胱甘肽（谷胱甘肽（glutathione，GSH）肽类激素肽类激素 催产素、加压素、促肾上腺催产素、加压素、促肾上腺皮质激素

18、、促甲状腺素释放激素皮质激素、促甲状腺素释放激素 神经肽神经肽 脑啡肽、脑啡肽、-内啡肽和强啡肽内啡肽和强啡肽 2G S H G S S G-2H+2H 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸34二硫键(Disulfide bond)R SH2氧化硫醇二硫化物RS SRSCH2CHNH3COO-+CH2SCHNH3COO-+CH2SHCHNH3COO-+Na+液液NH3空气氧化空气氧化Cys-Tyr-Ile-Glu-Arg-Cys-Pro-Leu-Gly NH2SS牛催产素牛催产素 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸35二硫键(Disulfide bond)有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质

19、 核酸3615.2.2 肽结构的测定 肽结构的测定主要是确定其氨基酸种类；各种氨基酸的相对比例；确定各氨基酸的排列顺序 （1）分子量的测定 渗透压法、光散射法、超离心法和X-射线衍射法等 （2）氨基酸的定量分析肽 氨基酸 各种氨基酸 各种氨基酸的含量HClH2O层析分离法 现代方法是将水解后的氨基酸混和液用氨基酸分析仪进行分离和测定 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸37Amino Acids Analyzer 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸3815.2.2 肽结构的测定n将多肽在酸性溶液中水解将多肽在酸性溶液中水解（有二硫键则先（有二硫键则先用过酸氧化切断）用过酸氧化切断），再用

20、色层分离法把各再用色层分离法把各种氨基酸分开，进行分析种氨基酸分开，进行分析 测定氨基酸种类测定氨基酸种类n末端分析：用化学方法使多肽链末端的氨末端分析：用化学方法使多肽链末端的氨基酸断裂下来，经分析得知多肽链两端的基酸断裂下来，经分析得知多肽链两端的氨基酸。再反复进行末端分析氨基酸。再反复进行末端分析 测定氨基酸的连接次序测定氨基酸的连接次序n先部分水解，再进行末端分析先部分水解，再进行末端分析 分析很长的肽链分析很长的肽链 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸3915.2.2 肽结构的测定纯多肽或蛋白质二硫键的拆分各条肽链选择性水解(至少两种方法)小肽段氨基酸顺序分析各肽段的氨基酸顺序(

21、至少两组)叠加法肽链的氨基酸顺序纯多肽或蛋白质二硫键的拆分各条肽链选择性水解(至少两种方法)小肽段氨基酸顺序分析各肽段的氨基酸顺序(至少两组)叠加法肽链的氨基酸顺序纯多肽或蛋白质二硫键的拆分各条肽链选择性水解(至少两种方法)小肽段氨基酸顺序分析各肽段的氨基酸顺序(至少两组)叠加法肽链的氨基酸顺序纯多肽或蛋白质二硫键的拆分各条肽链选择性水解(至少两种方法)小肽段氨基酸顺序分析各肽段的氨基酸顺序(至少两组)叠加法肽链的氨基酸顺序 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸40分析举例n某三肽完全水解后，可得到某三肽完全水解后，可得到谷氨酸谷氨酸、半胱氨半胱氨酸酸和和甘氨酸甘氨酸，这三种氨基酸可以有六种

22、排列，这三种氨基酸可以有六种排列次序：次序：n谷谷半胱半胱甘甘 半胱半胱甘甘谷谷 甘甘谷谷半胱半胱n谷谷甘甘半胱半胱 半胱半胱谷谷甘甘 甘甘半胱半胱谷谷n将其水解，生成两种多肽，分离后进行末端将其水解，生成两种多肽，分离后进行末端分析，知道它们是分析，知道它们是谷谷半胱半胱和和半胱半胱甘甘 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸41n该三肽的结构是：该三肽的结构是：谷谷半胱半胱甘甘 HOOC CH2CH2 CH2SHNH2CHCO NHCHCO NHCH2COOH 可知：半胱氨酸是在三肽链的中间，可知：半胱氨酸是在三肽链的中间，谷氨酸谷氨酸在在N N端，端，甘氨酸甘氨酸在在C C端端分析举例

23、有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸42（3）端基分析n多肽与多肽与2，4-二硝基氟苯二硝基氟苯作用作用nN端游离氨基上的氢原子被取代端游离氨基上的氢原子被取代n然后在酸性溶液中水解，然后在酸性溶液中水解，2，4-二硝基苯基氨二硝基苯基氨基酸基酸易分离易分离n对其进行鉴定，即可知对其进行鉴定，即可知N端氨基酸端氨基酸种类种类 测定N端 A.2,4二硝基氟苯法圣格尔法 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸43CH CO NH HNRNO2O2NF +NO2O2NNa2CO3RH2N CH COCH CO NH HNRRHN CH CONO2O2NCH COOH +H2NRRHN CH COO

24、H +HCl 此法的特点是，2,4二硝基氟苯反应后的肽会全部水解，但只给出一个信息 A.2,4二硝基氟苯法圣格尔法 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸44B.异硫氰酸苯酯(Ph-N=C=S)法 艾德曼(Edman)降解法n多肽与异硫氰酸苯酯作用，N端氨基参加反应n所得产物与酸作用，N端氨基酸断裂下来n测定咪唑衍生物的R，即可知是哪种氨基酸n异硫氰酸苯酯法的特点是，除肽N-端的氨基酸外，其余肽链会保留下来，若加以回收，再重复上述反应，可以继续不断的测定N端，从而确定肽的结构。此法已经自动化，可由自控的氨基酸顺序测定仪操作 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸45N=C=S +NH2CHCH

25、O NHCHCO.RRNHCHCHO NHCHCO.RRNHCSHClRRSNHCNC CHONH2CHCO.+苯基乙内酰硫脲降解后的多肽(咪唑衍生物咪唑衍生物)B.异硫氰酸苯酯(Ph-N=C=S)法 艾德曼(Edman)降解法 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸46 测定C端n肽与无水肼在100反应5-10h后，除C端氨基酸外，所有氨基酸都转变成相应氨基酸的酰肼n只有C端的氨基酸有游离的羧基，不会与肼反应成酰肼 nC端氨基酸则以游离氨基酸放出，即与肼反应后仍具有游离羧基的氨基酸就是肽C端的氨基酸 A.肼解法 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸47 A.肼解法H2NCH2CNHNH2

26、+H2NCHCNHNH2 +H2NCHCOHOOOCH3CH2C6H5H2NCH2CNHCHCNHCHCOHOOOCH3CH2C6H5NH2-NH2 100oC 5-10hGly-Ala-PheGlyNHNH2 AlaNHNH2 Phe 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸48 B.羧肽酶水解法 n在在羧肽酶羧肽酶作用下水解作用下水解n羧肽酶羧肽酶有选择地只把有选择地只把C端氨基酸端氨基酸水解下来水解下来n对此氨基酸进行鉴定，即可知对此氨基酸进行鉴定，即可知C端氨基酸端氨基酸n只适用于小肽（二肽、三肽、四肽等）只适用于小肽（二肽、三肽、四肽等）RR.NHCHCOOH +NH2 CHCOOHR

27、R.NHCHCO NHCHCOOHH2O羧肽酶 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸49（4）肽链的选择性断裂及鉴定 n对于大分子量肽顺序的测定，要先将该肽用不同的蛋白酶进行部分水解，使之生成二肽、三肽等碎片n再用端基分析法分析各碎片的结构n最后将各碎片在排列顺序上比较并合并，即可推出肽中氨基酸的顺序。有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸50（4）肽链的选择性断裂及鉴定 常用的部分水解法有：n胰蛋白酶水解法胰蛋白酶只水解羰基属于赖氨酸、精氨酸的肽键n糜蛋白酶水解法糜蛋白酶水解羰基属于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的肽键n溴化氰水解法溴化氰只能水解断裂羰基属于蛋氨酸的肽键 有机化学第十五章 氨基酸

28、 蛋白质 核酸51 15.3 蛋白质n组成元素组成元素：蛋白质：蛋白质(protein)分子含有分子含有C、H、O、S等元素，有些还含有等元素，有些还含有P、Fe、I等元素等元素W粗蛋白粗蛋白=W氮氮6.25n特点：特点：结构复杂，基本由数百（千）个结构复杂，基本由数百（千）个氨基酸构成，其成分因来源不同而不同氨基酸构成，其成分因来源不同而不同n类型：类型：单纯蛋白质和结合蛋白质单纯蛋白质和结合蛋白质15.3.1 蛋白质的分类 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸52n单纯蛋白质单纯蛋白质：水解后只生成多种：水解后只生成多种-氨基酸氨基酸 如：蛋白中的卵白蛋白、血清中的血清如：蛋白中的卵白蛋

29、白、血清中的血清球蛋白、大米中的米精蛋白等球蛋白、大米中的米精蛋白等n结合蛋白质结合蛋白质：水解后，水解后，除生成除生成-氨基酸外氨基酸外，还有非蛋白质物质（如糖、脂肪、色素、含还有非蛋白质物质（如糖、脂肪、色素、含磷化合物、含铁化合物等）生成磷化合物、含铁化合物等）生成 如：如：细胞中的核蛋白细胞中的核蛋白（由蛋白质与核酸（由蛋白质与核酸结合而成）、结合而成）、肌肉中的脂蛋白肌肉中的脂蛋白（由蛋白质与（由蛋白质与脂肪结合而成）脂肪结合而成）n辅基辅基：结合蛋白质中的非蛋白质部分：结合蛋白质中的非蛋白质部分蛋白质的类型 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸5315.3.2 蛋白质的结构层次n

30、一级结构：多肽链中氨基酸的组成和排列次序n二级结构：多肽链主链原子的空间排列。多肽链在空间不是任意排布，由于某些基团之间的氢键作用，肽链具有一定的构象n三级结构：整个分子因链段的相互作用而扭曲、折叠成一定的形态n四级结构：几个各具有一、二、三级结构的多肽链在蛋白质中的空间排列方式及其相互作用关系 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸54蛋白质的二级级结构蛋白质的二级级结构15.3.2 蛋白质的结构层次 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸55蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构15.3.2 蛋白质的结构层次 蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构 有机化学第十五章

31、氨基酸 蛋白质 核酸561.蛋白质的一级结构 蛋白质分子内氨基酸残基间的结合方式：n 在一条多肽链中，氨基酸残基间主要是以肽键（主键）相互结合的；n 在两条肽链之间或一条肽链的不同部位间相互结合时，存在着其他类型的作用力（副键），包括疏水键、氢键、二硫键、盐键及酯键等 蛋白质多肽链中氨基酸的排列次序称为蛋白质的一级结构 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸57蛋白质的一级结构多肽链 一级结构是靠共价键维持多肽链的连接，未考虑空间构象；肽键是一级结构中的主要化学键，二硫键也属于一级结构范畴；多肽链的氨基酸顺序是蛋白质生物功能的基础 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸58 胰岛素n胰岛素由两

32、条多肽链组成：nA链由21个氨基酸单元组成（有一链内二硫键）nB链由30个氨基酸组成nA、B链通过两个二硫键互相联结。整个肽链再以一定的形式卷曲折叠成稳定的胰岛素分子 1965年我国科学家首先人工合成了具有生理活性的牛胰岛素。其结晶形态、理化性质及生理功能都和从动物胰岛中提取的天然牛胰岛素完全相同。这是研究蛋白质结构与合成的重大成就 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸59牛胰岛素的一级结构 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸602.蛋白质的二级结构n蛋白质的多肽链主链上连接着各种不同侧链n各肽键平面相对旋转会出现不同角度，导致主链骨架在空间形成不同的构象n构象包括二级、三级结、四级结构

33、 n蛋白质多肽链主链原子的空间排列，称为蛋白质的二级结构 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸612.蛋白质的二级结构相邻肽平面绕相邻肽平面绕C-CC-C及及C C-N-N旋转旋转 C N C C N C C HROHHO肽 平 面肽 平 面 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸622.蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构表达的是多肽链中相互靠近的氨基酸残基的构象关系只涉及主链骨架原子的相对空间位置，不涉及氨基酸残基侧链的构象及整个肽链的空间排列 多肽链中互相靠近的氨基酸残基间形成的氢键，是保持二级结构构象稳定的最主要作用力 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸632.蛋白质的二级结构n主要

34、有两种形式：主要有两种形式：n1、右螺旋形，又叫做、右螺旋形，又叫做-螺旋形螺旋形 在肽链中在肽链中C=O和和NH通过氢键相互联结，肽通过氢键相互联结，肽链之间还可以多股扭在一起链之间还可以多股扭在一起n2、褶纸形，又叫做、褶纸形，又叫做-褶纸形褶纸形（-折叠结构折叠结构）肽链伸展在褶纸形的平面上，相邻肽链肽链伸展在褶纸形的平面上，相邻肽链通过氢键相互联结（链间平行或反平行）通过氢键相互联结（链间平行或反平行）-螺旋结构模型-折叠结构模型反平行 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸652.蛋白质的二级结构由于空间障碍，不能盘曲成螺旋，也不能折叠成片层，而呈无确定规律的线状卷曲，这部分肽链构象

35、称为无规卷曲蛋白质分子的肽链上还经常因脯氨酸的存在而出现180的回折，此回折部分称为-转角，又称-弯曲多肽链主链上的-螺旋、-片层、-转角和无规卷曲四种构象单元统称为蛋白质的二级结构 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸663.蛋白质的三级结构n蛋白质的三级结构是指在二级结构基础上，蛋白质的三级结构是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构链构象在内的特征三维结构n维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、离子键

36、和范德华力等键、离子键和范德华力等n尤其是疏水键，在蛋白质三级结构中起着尤其是疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用重要作用 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸673.蛋白质的三级结构n多肽链进一步扭折时，倾向于把亲水的极多肽链进一步扭折时，倾向于把亲水的极性基团露于表面，而疏水的非极性基团包性基团露于表面，而疏水的非极性基团包在中间在中间n球状蛋白质往往比纤维状蛋白质盘卷折叠球状蛋白质往往比纤维状蛋白质盘卷折叠得更厉害得更厉害n如如肌红蛋白（肌红蛋白（是一种结合蛋白，肽链中含是一种结合蛋白，肽链中含有一个血红素）有一个血红素）肌红蛋白三级结构肌红蛋白三级结构 有机化学第十五章 氨基酸 蛋

37、白质 核酸694.蛋白质的四级结构n四级结构是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系n这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基或亚单位（Subunit），它一般由一条肽链构成，无生理活性n维持亚基之间的作用力主要是疏水力n由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸704.蛋白质的四级结构n许多蛋白质都是由两个或两个以上的多肽链集合形成蛋白质的四级结构。如：n磷酸化酶：由两条相同的多肽链组成的，只有两条肽链一起存在才有催化作用，一条肽链单独存在，就没有活性n血红蛋白

38、：是一种结合蛋白，由四条肽链组成 血红蛋白 胶原蛋白 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸7315.3.3 蛋白质的性质 蛋白质酸碱两性，有等电点。调节溶液pH值至一定数值，蛋白质的净电荷为零，此pH值就是该蛋白质的等电点。如：白明胶的等电点为4.8，卵清蛋白的等电点为4.9(1)两性电离和等电点 PNH2COO-H+OH-PNH3+COO-H+OH-PNH3+COOH阴离子阳离子偶极离子pH pIpH=pI 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸74（2）蛋白质的胶体性质 n多数蛋白质可溶于水或其他极性溶剂，形成蛋白质溶液；不溶于有机溶剂n蛋白质分子大小一般在1100 nm之间，在胶体分散

39、相质点范围，所以蛋白质分散在水中，其水溶液具有胶体溶液的一般特性n具有丁铎尔(Tyndall)现象，布朗(Brown)运动，不能透过半透膜，能够电泳以及较强的吸附作用 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸75（3）蛋白质的沉淀 n可逆沉淀是指蛋白质分子的内部结构仅发生了微小改变或基本保持不变，仍然保持原有的生理活性n只要消除了沉淀的因素，已沉淀的蛋白质又会重新溶解n盐析一般不会破坏蛋白质的结构，当加水或透析时，沉淀又能重新溶解。所以盐析作用是可逆沉淀 可逆沉淀 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸76 不可逆沉淀 n蛋白质在沉淀时，空间构象发生了很大的变化或被破坏，失去了原有的生物活性，即

40、使消除了沉淀因素也不能重新溶解，称为不可逆沉淀。不可逆沉淀的方法有：n水溶性有机溶剂沉淀法n化学试剂沉淀法n生物碱试剂沉淀法n物理因素 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸77nA.水溶性有机溶剂沉淀法 乙醇、丙酮等，由于它们对水的亲合力大于蛋白质，使蛋白质粒子脱去水化膜而沉淀。这种作用在短时间和低温时，沉淀是可逆的，但若时间较长和温度较高时，则为不可逆沉淀nB.化学试剂沉淀法 重金属盐如Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ag+等重金属阳离子能与蛋白质阴离子结合产生不可逆沉淀。误食重金属盐类时，可以喝大量的牛奶、蛋清或豆浆来解毒 不可逆沉淀 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸78nC.生物碱

41、试剂沉淀法 苦味酸、三氯乙酸、鞣酸、磷钨酸、磷钼酸等生物碱沉淀剂，能与蛋白质阳离子结合，使蛋白质产生不可逆沉淀nD.强酸或强碱以及加热、紫外线或X-射线照射等物理因素，也可导致蛋白质的某些副键被破坏，引起构象发生很大改变，使疏水基外露，引起蛋白质沉淀，从而失去生物活性 不可逆沉淀 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸79n蛋白质受热或受化学试剂的作用，复杂结构发生了变化，导致理化性质改变，生理活性丧失，称为蛋白质的变性 n随着蛋白质的变性，它的旋光性也会改变，失去其生理活性n变性通常不可逆，但不同蛋白质受外界条件的影响引起的变性程度不同。也有一些蛋白质在除去某些变性条件后，可再转变为原来的蛋

42、白质。（4）蛋白质的变性 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸80n物理因素有加热、高压、剧烈振荡、超声波、紫外线或X-射线照射等n化学因素有强酸、强碱、重金属离子、生物碱试剂和有机溶剂等 n蛋白质的变性一方面是维持具有复杂而精细空间结构的蛋白质的副键被破坏，原有的空间结构被改变（结构变得松散紊乱，形状发生改变），疏水基外露（使蛋白质水化作用减弱）；另一方面，蛋白质分子中的某些活泼基团如-NH2、-COOH、-OH等与化学试剂发生了反应（4）蛋白质的变性 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸81n重金属离子Pb2+、Ag+、Hg2+、Cd2+等 可与蛋白质中游离的COO形成不溶性盐n强酸可

43、使蛋白质中的氢键断裂，也可与游离的氨基成盐n乙醇的羟基上H可以与蛋白质分子形成氢键，从而破坏了蛋白质中原有的氢键；尿素是很好的氢键受体，易与蛋白质分子形成氢键，破坏蛋白质中原有的氢键；加热时，分子热运动的增加使氢键断裂；紫外线促使氢键断裂；剧烈振荡也可使氢键断裂（4）蛋白质的变性 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸82（5）蛋白质的水解 蛋白质水解经过一系列中间产物后，最终生成-氨基酸 蛋白质 蛋白 蛋白胨 多肽 二肽 -氨基酸月示蛋白质 蛋白 蛋白胨 多肽 二肽 -氨基酸月示 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸83（6）颜色反应n蛋白质分子中都有-CO-NH-CHR-CO-NH基团（

44、即分子中含有不止一个-CO-NH-基团），所以都可发生缩二脲反应n在蛋白质水溶液中加碱和少量硫酸铜溶液，即产生红紫色此类反应可用来鉴别蛋白质 缩二脲反应 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸84 黄色反应n分子中含有苯环的蛋白质，遇浓硝酸即显黄色。黄色溶液再用碱处理，会转为橙色n原因：苯环发生了硝化 水合茚三酮反应n蛋白质溶液与水合茚三酮溶液作用，也有颜色反应，但颜色与氨基酸的不太一样（6）颜色反应 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸85（6）颜色反应 米勒反应蛋白质中酪氨酸的酚基遇到硝酸汞的硝酸溶液后变为红色 醋酸铅反应含硫的蛋白质（如含半胱氨酸）与碱共热后与醋酸铅反应，可生成黑色的硫

45、化铅沉淀 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸8615.4 核酸n存在：核酸存在于一切生物体中，因最早由细胞核中提取得到，故名核酸(nucleic acid)n作用：是生命的最基本物质，与生命活动及各种代谢联系密切。核酸对遗传信息的储存、蛋白质的生物合成都起着决定性的作用n分子量：链状高分子化合物，相对分子质量可达几百万甚至数亿，组成核酸的单元是核苷酸n存在形式：以核蛋白形式存在，核蛋白是结合蛋白，核酸作为辅基与蛋白质结合在一起 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸87核酸水解产物核酸水解产物：核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖杂环碱杂环碱15.4.1 核酸的化学组成n核酸仅由C

46、、H、O、N、P五种元素组成，其中P的含量变化不大，平均含量为9.5%n每克磷相当于10.5克的核酸nW粗核酸（%）=WP10.5 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸8815.4.1 核酸的化学组成n核酸是由许多核苷酸（nucleotide）连接而成n核苷酸由核苷（nucleoside）与磷酸组成n核苷由戊糖（核糖和脱氧核糖）基和（杂环）碱基（以B表示）组成n核酸根据戊糖种类分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）nRNA含核糖，存在于细胞质中，控制生物体内蛋白质的合成；DNA含脱氧核糖，存在于细胞核中，决定生物体的繁殖、遗传及变异 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸89HCHO

47、OHOHHOHHCH2OHHCHOHOHHOHHCH2OH核糖2-脱氧核糖链状结构 核苷是戊糖的-苷羟基与碱基氮原子上的氢脱水而形成的氮糖苷。戊糖分为D-核糖或D-2-脱氧核糖（1）核苷 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸90OHHOH2CHHOHHOHOHOHHOH2CHHOHHO HH核糖2-脱氧核糖环状结构戊糖的环状结构 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸91核苷的碱基嘌呤碱嘌呤碱：NNNHNNH2NHNNHNONH2 腺嘌呤腺嘌呤(Adenine，A)鸟嘌呤鸟嘌呤(Guanine，G)6氨基嘌呤氨基嘌呤 2氨基氨基6氧嘌呤氧嘌呤 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸92核苷的

48、碱基嘧啶碱嘧啶碱：NNHNH2ONHNHOONHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(Thymine，T)尿嘧啶尿嘧啶(Uracil，U)胞嘧啶胞嘧啶(Cytonine，A)有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸93核苷n戊糖与杂环碱形成的苷叫核苷戊糖与杂环碱形成的苷叫核苷nRNA的四种核苷的四种核苷是：是：NNNNNH2OHHOH2COHO19NHNNNONH2OHHOH2COHO19腺嘌呤核苷鸟嘌呤核苷 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸94RNA的四种核苷NNNH2OOHHOH2COHO11NHNOOOHHOH2COHO11胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白

49、质 核酸95DNA的四种核苷OHHOH2CO19NNNNNH2NHNNNONH2OHHOH2CO19腺嘌呤脱氧核苷腺嘌呤脱氧核苷鸟嘌呤脱氧核苷鸟嘌呤脱氧核苷 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸96DNA的四种核苷NNNH2OOHHOH2CO16NHNOOOHHOH2CO16CH3胞嘧啶脱氧核苷胞嘧啶脱氧核苷胞腺嘧啶脱氧核苷胞腺嘧啶脱氧核苷 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸97（2）核苷酸 （单）核苷酸是核苷中戊糖上的5?位或3?位C上的羟基与磷酸缩合而成的酯NHNOOOHHO P OCH2OHO1OOH5NNNNNH2OHHO P OCH2O1OOH5尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸腺嘌呤脱

50、氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸98（2）核苷酸命名有两种方法：作为酸来命名，即5?-某核苷酸或3?-某核苷酸 作为核苷的磷酸酯，可命名为某苷-5?-磷酸或 某苷-3?-磷酸HCHOOHHOHCH2OHHOHHCHOOHHHCH2OHHOHOOHOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOBOHOHHO-P-O-CH2OBOHHO-P-O-CH2OHOOOH 核糖核苷酸 2-脱氧核糖核苷酸 1234512345 有机化学第十五章 氨基酸 蛋白质 核酸99ATPADPAMPNNNNNH2OOHOHOPOOHOPOHOPOOHOHO腺苷三磷酸(ATP)有机化学第十五章