《蛋白质和核酸》课件.ppt

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1、第二十章 蛋白质和核酸,哈师大化学系有机教研室,20051108,2,第二十章 蛋白质和核酸(6学时),20.1 氨基酸 一、氨基酸的结构、命名和分类 二、氨基酸的性质 三、氨基酸的制备20.2 多肽 一、多肽的结构和命名 二、多肽的结构测定和端基分析,20051108,3,20.3 蛋白质 一、蛋白质的分类 二、蛋白质的结构 三、蛋白质的性质20.4 核酸 一、核苷酸 二、核酸的结构 三、核酸的生物功能,20051108,4,20.1 氨基酸(259),结构,除R=H外，-C都是C。,-氨基酸 L-氨基酸,L-甘油醛,一、氨基酸的结构、命名和分类,20051108,5,命名：260页表20-

2、1列出了合成蛋白质所需的20种氨基酸的名称和结构。分类(1)中性氨基酸：1氨基，1羧基，15种(2)酸性氨基酸：1氨基，2羧基，2种(3)碱性氨基酸：2氨基，1羧基，3种,多按来源或性质命名：P259,20051108,6,必需氨基酸：人体内不能合成，必须从食物中得到的氨基酸。共8种。它们是：缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、色氨酸和赖氨酸,20051108,7,要求记住结构的氨基酸有,甘氨酸,丙氨酸,缬氨酸,苯丙氨酸,半胱氨酸,赖氨酸,谷氨酸,脯氨酸,20051108,8,写出赖氨酸、甘氨酸L-半胱氨酸和L-脯氨酸的Fischer投影式。,L-半胱氨酸,L-脯氨酸,练习20

3、.1,赖氨酸,甘氨酸,20051108,9,重点练习：命名或写构造式,赖氨酸,1、,2、,赖氨酸,3、,苯丙氨酸或,或,2，6-二氨基己酸,-苯基-氨基丙酸,20051108,10,1.酸碱性和等电点,二、氨基酸的性质,中性氨基酸在水溶液中是以两性,离子的形式存在的，,具有内盐,的结构，,熔点或分解点较高，,不溶于有机溶剂。,20051108,11,pHpI,pH=pI,pHpI,(1)在过量酸中变成，,向阴极迁移；,(2)在过量碱中变成，,向阳极迁移；,(3)在中性条件下，,的浓度最大，,和,的浓度最小且相等，,此时没有净的迁移。,20051108,12,等电点：氨基酸在电场中没有净的迁移

4、时溶液的pH值称为该氨基酸的 等电点，用pI表示。中性氨基酸：pI=5.06.5 酸性氨基酸：pI=2.53.2 碱性氨基酸：pI=7.610.8,意义：,氨基酸的溶解度最,小，,可以结晶析出。,用于氨基酸的分离。,在等电点时，,20051108,13,在pH=4，6，8时，丙氨酸在水溶液中分别主要以什么形式存在？,重点练习,pH=4,pH=6,pH=8,L-丙氨酸的pI=6.00,20051108,14,2.氨基酸的反应(1)氨基与酰卤、酸酐的反应氨基的保护,保护氨基最好的试剂,酰胺键(肽键),苄氧甲酰氯,20051108,15,(保护-NH2),(脱保护),20051108,16,(2)氨

5、基与茚三酮的反应 凡是具有游离氨基的氨基酸都能和茚三酮作用，生成紫色物质。用于鉴别氨基酸。,茚三酮,紫色物质,20051108,17,(3)羧基与醇的反应羧基的保护,20051108,18,保护羧基最好的试剂：苯甲醇/对甲苯磺酸,(保护-COOH),(脱保护),20051108,19,一、命名或写结构式：,甘氨酸,丙氨酸,缬氨酸,苯丙氨酸,半胱氨酸,赖氨酸,谷氨酸,脯氨酸,复习：,20051108,20,中性氨基酸：,三、学习等电点的意义是什么？：,氨基酸的溶解度最,小，,可以结晶析出。,用于氨基酸的分离。,在等电点时，,二、中性、酸性、碱性氨基酸的,等电点范围各是多少？,pI=5.06.5,

6、酸性氨基酸：,pI=2.53.2,碱性氨基酸：,pI=7.610.8,20051108,21,1.由醛制备 用醛与氢氰酸和氨作用，得氰氨化物，再经水解，生成氨基酸。,三、氨基酸的制备,()-丙氨酸,新课：,20051108,22,2.-溴代酸的氨解先使羧酸-溴代，再和氨气反应。,20051108,23,3.Gabriel法 用卤代酸酯和邻苯二甲酰亚胺钾反应，可得较纯的氨基酸。,20051108,24,4.丙二酸酯法结合Gabriel法 溴代丙二酸酯用Gabriel法可以合成多种氨基酸。,20051108,25,()-苯丙氨酸,溴代丙二酸二乙酯,20051108,26,从一溴甲醇合成丝氨酸(用丙

7、二酸酯法结合Gabriel法)。,练习20.3,20051108,27,完成下列反应：,练习20.4,(1),(2),20051108,28,肽键：一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基失水形成的酰胺键。多肽：由250个氨基酸以酰胺键结合起来而形成的。多肽也是两性离子：N-端：链状多肽的游离-NH3+C-端：链状多肽的游离-COO-,20.2 多肽(267)一、多肽的结构和命名,肽键具有双键性质。,20051108,29,甘氨酰-,N-端,C-端,肽键,命名：,以C端氨基酸为母体，,氨基酸称为“某氨酰”，,从左至右加在母体名称前。,(甘-甘),二肽,其他,依次,甘氨酸,(N-端C-端),2005

8、1108,30,三肽,甘氨酰-,丙氨酰-,缬氨酸,(甘-丙-缬),20051108,31,给出下列化合物的名称。它们水解可以产生哪些氨基酸？,练习20.5,谷氨酰-半胱氨酰-甘氨酸，,丙氨酰-甘氨酸，,(1),(2),产生丙氨酸和甘氨酸,产生谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸,20051108,32,A,重点练习：,赖氨酰甘氨酸在PH=2的水溶液中呈,现的主要解离形式是（）,20051108,33,胰岛素的相对分子质量为6000，缔合体的为12000。,相对分子质量,10000,10000,蛋白质与多肽的关系：,20051108,34,多肽及蛋白质与强碱和稀硫酸铜溶液发生反应，生成紫色络合物。,多肽(蛋

9、白质),缩二脲,紫色配合物,检验多肽及蛋白质方法：,缩二脲反应：,20051108,35,二硫键,胱氨酸,二硫键,半胱氨酸,20051108,36,牛胰岛素结构示意图,B链,A链,20051108,37,测定氨基酸的顺序：1.用过酸氧化切断二硫键。2.测定氨基酸的组成及相对比例(1)蛋白质用6molL-1的HCl彻底水解为氨基酸的混合物；(2)纸层析，鉴别出各氨基酸；(3)比色的方法测定各氨基酸的相对含量。,二、多肽的结构测定和端基分析,20051108,38,再彻底水解，,3.测定各氨基酸的排列顺序,(1)N-端测定,将2，4-二硝基氟苯与肽链游离,氨基反应，,生成N-端取,即可鉴别出N-端

10、氨基酸。,代了的肽链，,20051108,39,(2)C-端测定,用羧肽酶催化水解肽链，,可选择性,的切断游离羧基相邻的肽键。,如此不断地水解肽链，,C-端氨基酸的排列顺序。,即可推断,此法只能鉴定34个氨基酸。,20051108,40,现在用氨基酸顺序测定仪，,(3)用酶促法使肽链部分水解,用酶催化，,将肽链分解为许多小肽，,测定小肽的氨基酸顺序，,再重新组建,整个肽链的氨基酸顺序。,很方便。,20051108,41,写出下列四肽的结构式：丙氨酰-缬氨酰-甘氨酰-甘氨酸,练习20.6,20051108,42,20.3 蛋白质(274)一、蛋白质的分类,纤维蛋白质,球蛋白质,如-角蛋白和-角蛋

11、白,如肌球蛋白,形状,组成,功能,单纯蛋白质,结合蛋白质,如胰岛素,如脂蛋白,活性蛋白质,非活性蛋白质,如酶、激素、抗体等,如角蛋白,20051108,43,二、蛋白质的结构,初级结构,高级结构,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,20051108,44,初级结构,高级结构,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,(氨基酸的排列顺序),(多肽链中沿一个方向有规则重复的构象),(具有独立三级结构的亚基的聚集体),(蛋白质分子亚基的空间结构),20051108,45,1.一级结构,各氨基酸按一定的排列顺序通过,对蛋白质分子性质起决定性作用。,肽键联结而成的骨架。,20051108,46,2.次

12、级键或副键,（1）氢键：,主链-主链；侧链-侧链；主链-侧链,20051108,47,（2）盐键：,正、负电荷的静电引力成键,在中性溶液中，,蛋白质的氨基和胍基,羧基带负电荷，,部分互相接近，,因静电吸引而成的键。,带正电荷，,这些基团有一,（3）疏水作用：,疏水基的亲和力，,非极性侧链互相,接近的趋势。,（4）二硫键。,（5）范德华引力。,20051108,48,a：氢键 b：盐键 c：疏水作用 d：范德华力,20051108,49,3.蛋白质的空间结构,蛋白质分子的多肽链并非呈线形伸展，而是折叠和盘曲构成特有的比较稳定的空间结构。蛋白质的空间结构就是指蛋白质的二级、三级和四级结构。,200

13、51108,50,A.二级结构,指主链结构单元在蛋白质分子中,的各种空间排列。,蛋白质二级结构的主要形式：,螺旋状卷曲,（主链C=O与NH2形成氢键而致）,折叠P278,转角P278,B.三级结构和四级结构：“螺旋的螺旋”,20051108,51,-螺旋：,某些蛋白，,如纤维蛋白，,形成,了一个右手螺旋。,这个螺旋是,的氧形成氢键固定下来的。,通过肽链中氮上的氢和羰基,主链呈螺旋上升，每3.6个氨基酸残基,上升一圈，,相当于0.54 nm,（P277图20-4），,20051108,52,-右手螺旋模型,NHO氢键,20051108,53,螺旋,20051108,54,折叠,20051108,

14、55,折叠,20051108,56,转角,蛋白质分子中肽链经常会出现180，在这种肽链的回折角上的结构。,20051108,57,（1）蛋白质的二级结构,20051108,58,（2）蛋白质的空间结构,20051108,59,溶菌酶分子的三级结构,（3）蛋白质的三级结构,20051108,60,胰岛素的三级结构,20051108,61,磷酸丙糖异构酶和丙酮酸激酶的三级结构,20051108,62,肌红蛋白的空间结构,20051108,63,定义：指的是缔合现象中的空间结构问题。,（4）蛋白质的四级结构,四级结构是指在亚基和亚基之间通过疏水作用等次级键结合成为有序排列的特定的空间结构。,2005

15、1108,64,血红蛋白的四级结构,20051108,65,血红蛋白的四级结构,20051108,66,血红蛋白结构与亚基间连接示意：,血红素基,蛋 白,血红蛋白的亚基,亚基,溶霉菌C5,组氨酸 HC3,门冬氨酸 FG1,亚基,20051108,67,1.蛋白质的等电点和胶体性质,蛋白质在等电点时最易于沉淀。酸性蛋白质(酸性基团多于碱性基团)：pI偏酸性碱性蛋白质(碱性基团多于酸性基团)：pI偏碱性,三、蛋白质的性质P280,阴离子 pHpI,两性离子 pH=pI,阳离子 pHpI,20051108,68,蛋白质分子颗粒大小正好在胶体,故具有胶体性质。,蛋白质胶体溶液的稳定性因素P280,(1

16、)颗粒表面形成稳定的双电层；,(2)颗粒表面形成水膜。,范围内，,20051108,69,2.蛋白质的沉淀,破坏胶体的稳定性，使蛋白质析出沉淀,（1）盐析,加入中性盐，破坏双电层和水膜，,使蛋白质颗粒凝聚沉淀。,（2）脱水,加入有机溶剂，破坏水膜。,（3）化学试剂,加入重金属盐或生物碱试剂，使其与,蛋白质作用生成沉淀。,20051108,70,3.蛋白质的变性,蛋白质在某些物理、化学因素作用下，其二级、三级空间结构遭到破坏，导致其理化和生物学性质上的变化，称蛋白质变性。,物理因素：,化学因素：,重金属盐、乙醇、丙酮等。,加热、加压；剧烈搅拌；,紫外光照；X射线；超声波等。,强酸、强碱、尿素、,

17、20051108,71,注意：,盐析不使蛋白质变性。,通常引起蛋白质沉淀的试剂：,等。,这些试剂过量时会引起蛋白质的变性。,重金属盐、,生物碱、,丙酮、,乙醇,20051108,72,变性：,蛋白质受到可使其变性的试剂或,光、热的作用后，,其分子结构(二级和,三级)和性质(理化和生物)发生了改变。,可逆变性：,变性的最初阶段。,可恢复到原来的蛋白质。,可逆变性只破坏三级结构。,20051108,73,1、蛋白质胶体溶液的稳定性因素：,(1)颗粒表面形成稳定的双电层；,(2)颗粒表面形成水膜。,复习：,2.一般能使蛋白质的沉淀的条件：,（1）盐析,（2）脱水,（3）化学试剂,3.蛋白质的变性的因

18、素：,物理因素：,加热、加压；剧烈搅拌；,紫外光照；X射线；超声波等。,化学因素：,强酸、强碱、尿素、,重金属盐、乙醇、丙酮等。,20051108,74,变性特征：,溶解度下降，黏度增加,丧失生物活性。,易被蛋白酶催化水解。,次级键破坏，,空间结构松散，,疏水基裸露，,减低蛋白质水化作用，,水溶性下降，,表面积增加，黏度增加。,20051108,75,不可逆变性：,为剧烈的变性。,不可逆变性还要破坏二级结构。,如蛋白质的加热凝固,和机体的衰老。,20051108,76,变性蛋白质(不折叠的散漫结构),未变性蛋白质(折叠的规则结构),蛋白质中肽链变性示意图,20051108,77,蛋白质的变性不

19、破坏一级结构。应用：(1)延缓衰老的研究；(2)蛋白质可用作重金属盐中毒的解毒剂。,20051108,78,4.蛋白质的颜色反应P282,(1)缩二脲反应：,(+强碱和CuSO4紫色),(2)蛋白黄色反应,由含有苯环的氨基酸组成的蛋白质,遇浓硝酸变为深黄色，,硝化反应，,这是因为发生了,生成了黄色的硝基化合物。,20051108,79,(3)Millon(米龙)反应,蛋白质遇到硝酸汞的硝酸溶液,(Millon试剂)后变为红色。,这是因为蛋白质中酪氨酸的羟基,能与汞形成红色化合物。,(4)茚三酮反应(同多肽),20051108,80,下列说法中错误的是（）。(A)蛋白质水解的最终产物是各种-氨基

20、酸。(B)淀粉水解的最终产物是葡萄糖。(C)凡是蛋白质均不能溶解在水中。(D)蛋白质是两性化合物，在酸性溶液中带正电荷，在碱性溶液中带负电荷。(E)盐析是使蛋白质变性。,C,E,重点练习,20051108,81,不能用来使蛋白质变性的是（）A.加入丙酮 B.加(NH4)2SO4溶液 C.加热 D.紫外线照射 E.加水,E.,B.,20051108,82,20.4 核酸(283),核蛋白是含有核酸的结合蛋白质。,核蛋白对生物的生长和繁殖、遗传,和变异都起着重要的作用。,核酸是由核苷酸聚合而成的。,核苷酸彻底水解生成磷酸、,戊糖和碱基。,核酸是最根本的生命的物质基础，,是生物用来制造蛋白质的模型。

21、,20051108,83,核酸(核苷酸聚合）,核蛋白,蛋白质,核苷酸,核苷,磷酸,核糖,碱基,D-核糖,D-2-脱氧核糖,嘌呤碱,嘧啶碱,胞嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶,腺嘌呤鸟嘌呤,20051108,84,戊糖：核酸分解所得的戊糖有两种：D-核糖和D-2-脱氧核糖,RNA：核糖核酸(细胞质中)。DNA：脱氧核糖核酸(细胞核中)。,一、核苷酸,D-核糖,D-2-脱氧核糖,20051108,85,碱基：存在于核苷酸中的碱基都是嘌呤和嘧啶的羟基和氨基衍生物。,嘌呤,嘧啶,20051108,86,常见的碱基,腺嘌呤(A),胞嘧啶(C),鸟嘌呤(G),胸腺嘧啶(T),尿嘧啶(U),20051108,87,DNA

22、中的碱基腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶 RNA中的碱基腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶,20051108,88,核苷：指戊糖的半缩醛羟基与五种碱基的氨基失水而形成的糖苷。,腺嘌呤,胸腺嘧啶,-D-2-脱氧核糖,-D-核糖,腺嘌呤核苷(腺苷),2-脱氧胸腺嘧啶核苷(脱氧胸苷),20051108,89,尿嘧啶,3-腺嘌呤核苷酸(腺苷酸),5-尿嘧啶核苷酸(尿苷酸),核苷酸：,是核苷的磷酸酯。,的3位或5位的羟基和磷酸成酯。,即呋喃糖,腺嘌呤,20051108,90,是通过磷酸在不同核苷的3位或5位上结合起来的大分子。,核酸：,20051108,91,脱氧腺苷,脱氧胞苷,脱氧鸟苷,核酸：,20051

23、108,92,重点练习,生物体遗传信息的主要携带者是（A酶 B核蛋白 C核酸 D以上三种,B,20051108,93,本章小结,一、氨基酸 必需氨基酸有8种：缬、亮、异、苯、苏、蛋、色、赖 要求记住结构的氨基酸有8种：甘、丙、缬、苯、半、赖、谷、脯 氨基酸的等电点,两性离子 pH=pI,20051108,94,氨基酸中氨基的保护,氨基酸中羧基的保护,氨基酸与茚三酮的反应,茚三酮,紫色物质,氨基酸,20051108,95,通过丙二酸酯法结合Gabriel法来制备氨基酸。,20051108,96,二、多肽 多肽的结构与命名：,二缩脲反应：,甘-丙-缬,多肽(蛋白质),二缩脲,紫色配合物,20051

24、108,97,三、蛋白质 蛋白质的结构 一级结构：肽链 二级结构：如-螺旋、-折叠等 三级结构：由二级结构形成的亚基 四级结构：由多个亚基缔合而成 蛋白质的等电点,两性离子 pH=pI,20051108,98,可使蛋白质沉淀的试剂：(NH4)2SO4、Na2SO4等 重金属盐、生物碱等 蛋白质的变性作用：可逆变性和不可逆变性。蛋白质的变性不破坏一级结构。蛋白质的颜色反应(1)二缩脲反应：紫色(2)黄蛋白质反应：深黄色(3)Millon反应：红色(4)茚三酮反应：蓝紫色,20051108,99,四、核酸核苷酸的结构碱基：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)和尿嘧啶(U)DNA中的碱基有：A、G、C、T RNA中的碱基有：A、G、C、U,20051108,100,3-腺嘌呤核苷酸(腺苷酸),20051108,101,核酸的结构一级结构(碱基序列)二级结构(如DNA双螺旋结构)三级结构(在双螺旋基础上紧缩而成),20051108,102,295页 1(1，7)，2，,本章作业,