1、第十六章 蛋白质 和核酸,主要内容,16.1 蛋白质的化学组成16.2 蛋白质及其衍生物16.3 核酸,16.1 蛋白质的化学组成,一、蛋白质的元素组成 根据对蛋白质的元素分析表明碳50%55%、氢6%8%、氧19%24%、氮13%19%。除此四种元素外，大多数蛋白质还含有硫，有的还含有磷、碘等。,16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白质结构的基本单位 1. 氨基酸的结构通式 分子中既含有氨基(NH2)又含有羧基(COOH)的化合物。-氨基酸的通式一般表示为：,16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白质结构的基本单位 除甘氨酸外，组成蛋白质的-氨基酸都有旋光性，而且其构型都是L型。L-氨基酸的通式为
2、： 2. 氨基酸的分类,16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白质结构的基本单位 按分子中氨基和羧基的相对位置分为-氨基酸、-氨基酸、-氨基酸。其中-氨基酸最为重要。 自然界中存在的氨基酸有200余种，但由生物体内蛋白质水解而得到的氨基酸只有20余种。,16.1 蛋白质的化学组成,根据分子中烃基的结构不同，氨基酸可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸。 根据分子中所含氨基和羧基的数目不同，氨基酸又分为：中性氨基酸 酸性氨基酸 碱性氨基酸,二、蛋白质结构的基本单位,16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白质结构的基本单位3.氨基酸的命名 可以采用系统命名法，以羧酸为母体，氨基做为取代基，称为氨基某
3、酸。氨基的位置可用阿拉伯数字表示，也可用希腊字母、等表示，并写在氨基酸名称前面。,16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白质结构的基本单位例如：常见的-氨基酸甘氨酸 甘 CH2(NH2)COOH 5.97,16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白质结构的基本单位丙氨酸丙 CH3CH(NH2)COOH (-氨基丙酸) Ala胱氨酸(Cystine)胱 (双-硫代-氨基丙酸) 4.-氨基酸的理化性质(1)两性电离和等电点,16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白质结构的基本单位4.-氨基酸的理化性质(1)两性电离和等电点 氨基酸分子中的氨基可以接受羧基上电离出的H，成为既带正电荷又带负电荷的两性离子(又称偶极
4、离子)。 这种两性离子相当于氨基酸分子内部酸性基团和碱性基团相互作用所形成的盐，称为内盐。,16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白质结构的基本单位,(1)两性电离和等电点,16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白质结构的基本单位(1)两性电离和等电点氨基酸具有两性，在酸性溶液中发生碱式电离：在碱性溶液中，发生酸式电离。,16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白质结构的基本单位 (1)两性电离和等电点 如将氨基酸水溶液的pH值调到某一特定数值，使其酸式电离程度和碱式电离程度相等，则氨基酸几乎全部以两性离子的形式存在，整个氨基酸分子是电中性的，在电场中不向任何一极移动。,16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白
5、质结构的基本单位 (1)两性电离和等电点 此时溶液的pH值称为氨基酸的等电点，常用pI表示。氨基酸在溶液中的存在形式随溶液酸碱性的变化可表示如下：等电点是氨基酸的一个重要物理常数。,16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白质结构的基本单位 (1)两性电离和等电点 在等电点时，以内盐形式存在的氨基酸溶解度最小，最容易从溶液中析出。因此，可以用调节等电点的方法鉴别氨基酸或分离氨基酸的混合物。 (2)成肽反应 -氨基酸分子间氨基与羧基脱水，生成以酰胺键相连的化合物肽。,16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白质结构的基本单位(2)成肽反应例如：肽分子中的酰胺键（ ）又称肽键。肽有二肽、三肽、四肽以至多肽。,
6、16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白质结构的基本单位(2)成肽反应 如甘氨酸和丙氨酸组成的二肽可有两种异构体：,16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白质结构的基本单位(2)成肽反应 多肽的命名是以C-端氨基酸为母体，从N-端开始命名，依次称为“某氨酰某氨酸”。例如-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸，简称谷胱甘肽，其结构式为：,16.1 蛋白质的化学组成,二、蛋白质结构的基本单位(3)显色反应-氨基酸与茚三酮的水合物在溶液中共热，发生一系列的化学反应，最终生成蓝紫色的化合物，这是检验氨基酸的灵敏方法。反应过程如下：,16.2 蛋白质及其衍生物,一、蛋白质的结构和性质蛋白质是由很多个-氨基酸分子间失水以肽键CO
7、NH形成的高分子化合物，分子量很大，约一万至数千万。(一)蛋白质的分子结构 多肽链是蛋白质的基本结构。多肽链中-氨基酸排列的顺序和连接方式叫做一级结构。,16.2 蛋白质及其衍生物,一、蛋白质的结构和性质(一)蛋白质的分子结构 在一级结构中肽键是其主要的连接方式（主键）。蛋白质分子的空间结构分为蛋白质的二级结构、三级结构和四级结构。,16.2 蛋白质及其衍生物,-螺旋结构,-折叠结构,蛋白质的二级结构,(一)蛋白质的分子结构,16.2 蛋白质及其衍生物,一、蛋白质的结构和性质(一)蛋白质的分子结构 在二级结构的基础上多肽链（-螺旋）还可以按照一定的方式卷曲折叠，形成复杂的空间结构，这就是蛋白质
8、的三级结构。三级结构是由静电引力、氢键、二硫键、疏水键和酯键等副键来维系的，见图16-2。,16.2 蛋白质及其衍生物,一、蛋白质的结构和性质(一)蛋白质的分子结构 有些具有三级结构的多肽链并不单独显示生物活性，几条具有三级结构的肽链（此时叫做亚基），通过氢键，疏水键，静电引力等副键缔合成蛋白质的四级结构，见图16-3。,16.2 蛋白质及其衍生物,图16-2 蛋白质的三级结构 图16-3 蛋白质的四级结构,一、蛋白质的结构和性质(一)蛋白质的分子结构,16.2 蛋白质及其衍生物,一、蛋白质的结构和性质(二)蛋白质的性质1.两性电离和等电点 蛋白质虽是氨基酸通过肽键连接而成的大分子，但分子中仍
9、含有一定数量游离的羧基和氨基。蛋白质与氨基酸一样具有两性电离的性质，可以与酸或碱作用生成盐。,16.2 蛋白质及其衍生物,一、蛋白质的结构和性质(二)蛋白质的性质1.两性电离和等电点,酸性蛋白质的等电点小于7，碱性蛋白质的等电点大于7。,16.2 蛋白质及其衍生物,一、蛋白质的结构和性质(二)蛋白质的性质2.变性 蛋白质在某些理化因素作用下其空间结构发生改变，使蛋白质的理化性质和生物活性发生变化，这种现象称为蛋白质的变性。变性后的蛋白质称为变性蛋白质。蛋白质变性后，理化性质最明显的改变是溶解度降低，本来在等电点附近能溶于水的蛋白质，变性后不再溶解而产生沉淀。,16.2 蛋白质及其衍生物,一、蛋
10、白质的结构和性质(二)蛋白质的性质3.蛋白质的沉淀 蛋白质自溶液中成固体析出，称为蛋白质的沉淀作用。,一、蛋白质的结构和性质(二)蛋白质的性质沉淀蛋白质的方法有以下几种：(1)盐析 这种应用电解质盐类使蛋白质析出沉淀的过程称盐析。,16.2 蛋白质及其衍生物,一、蛋白质的结构和性质(二)蛋白质的性质沉淀蛋白质的方法有以下几种：(2)加入脱水剂 利用有机溶剂沉淀蛋白质后有机溶剂很容易蒸发除去。,16.2 蛋白质及其衍生物,16.2 蛋白质及其衍生物,一、蛋白质的结构和性质(二)蛋白质的性质(3)加入重金属盐 蛋白质在pH值高于其等电点的溶液中带负电荷，因此可与Hg2+，Cu2+，Pb2+，Ag+
11、等重金属离子结合成不溶性的沉淀物质。例如：,16.2 蛋白质及其衍生物,一、蛋白质的结构和性质(二)蛋白质的性质(4)加入生物碱沉淀试剂 沉淀生物碱的试剂例如：磷钨酸、苦味酸、鞣酸等，一般都是有机酸或无机酸，而蛋白质在pH值低于其等电点的溶液中带正电荷。例如：,16.2 蛋白质及其衍生物,一、蛋白质的结构和性质(二)蛋白质的性质4.蛋白质的颜色反应(1)黄蛋白反应 分子组成中含有酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸的蛋白质，与浓硝酸作用，生成白色沉淀，加热颜色变黄，加碱碱化后，转变为橙黄色，称为黄蛋白反应。,一、蛋白质的结构和性质(二)蛋白质的性质4.蛋白质的颜色反应(2)米伦反应 米伦（Millon）试
12、剂是硝酸汞和硝酸亚汞的硝酸溶液。分子组成中含有酪氨酸的蛋白质，遇米伦试剂即产生白色沉淀，加热变暗红色，叫做米伦反应。,16.2 蛋白质及其衍生物,16.2 蛋白质及其衍生物,一、蛋白质的结构和性质(二)蛋白质的性质4.蛋白质的颜色反应(3)与亚硝酰铁氰化钠反应 含有游离巯基（-SH）的蛋白质和亚硝酰铁氰化钠的氨溶液反应，即显淡红色。,16.2 蛋白质及其衍生物,二、酶 酶的催化作用有两个特点：其一是强大的催化作用，其二是作用的专一性。某一种酶只能催化某一物质的反应，如脂酶只能水解脂肪，乙酰胆碱酶只能水解乙酰胆碱。,16.2 蛋白质及其衍生物,二、酶（一）来源 明胶（gelatin）是胶原温和断
13、裂的产物，它是天然多肽的聚合物。 （二）性质 明胶实际上就是这些碎片，市售明胶呈淡黄色，外型有薄片、粒状，无味，无臭。,16.2 蛋白质及其衍生物,二、酶（二）性质1溶胀和溶解 明胶遇冷水会溶胀，在热水中（加热至40）即完全溶解成溶液。 溶胶形式A 凝胶形式B,16.2 蛋白质及其衍生物,二、酶（二）性质2凝胶化 明胶溶液可因温度降低而形成具有一定硬度、不能流动的凝胶，凝胶存在的温度最高为35。,16.2 蛋白质及其衍生物,二、酶（二）性质3粘度 明胶分子量愈大，分子链愈长，则愈有利于形成网状结构，粘度也愈大。,16.2 蛋白质及其衍生物,二、酶（二）性质 4稳定性 明胶在室温、干燥状态下比较
14、稳定，可放置数年 。（三）应用 大量应用于制药工业和食品工业。,16.3 核酸,根据化学组成不同，核酸可分为核糖核酸（ribonucleicacid,RNA），简称RNA和脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid, DNA），简称DNA。,16.3 核酸,一、核酸的化学组成核酸 核苷酸 核苷 RNA和DNA之间除了戊糖不同外，嘧啶碱也有差别。DNA分子中是含有A，G，C，T四种碱基的脱氧核苷酸；RNA分子中则是含A，G，C，U四种碱基的核苷酸。,16.3 核酸,二 核苷与核苷酸（一）核苷 由戊糖与碱基缩合而成的产物称为核苷。 DNA水解而得的脱氧核糖核苷有腺嘌呤脱氧核苷、鸟嘌呤脱
15、氧核苷、胞嘧啶脱氧核苷、胸腺嘧啶脱氧核苷。,16.3 核酸,二 核苷与核苷酸（一）核苷 RNA水解而得的核糖核苷有腺嘌呤核苷、鸟嘌呤核苷、胞嘧啶核苷和尿嘧啶核苷。,16.3 核酸,二 核苷与核苷酸（一）核苷 例如，尿嘧啶核苷、腺嘌呤脱氧核苷、 胸腺嘧啶脱氧核苷的结构式分别为：,尿嘧啶核苷 腺嘌呤脱氧核苷 胸腺嘧啶脱氧核,16.3 核酸,（二）核苷酸 核苷酸是构成核酸的基本单位。单个核苷酸是由含氮有机碱(称碱基)、戊糖(即五碳糖)和磷酸三部分构成的。例如，尿嘧啶核苷酸和腺嘌呤核苷酸结构式分别,16.3 核酸,二 核苷与核苷酸（二）核苷酸如下：,尿嘧啶核苷酸 腺嘌呤核苷酸,16.3 核酸,二 核苷
16、与核苷酸（二）核苷酸 (1)碱基(base)：构成核苷酸的碱基分为嘌呤（purine)和嘧啶（pyrimi-dine)两类。前者主要指腺嘌呤（adenine，A）和鸟嘌呤（guanine，G），DNA和RNA中均含有这二种碱基。,16.3 核酸,胞嘧啶（C） 尿嘧啶 （U） 胸腺嘧啶（T）,腺嘌呤（A） 鸟嘌呤(G),二 核苷与核苷酸（二）核苷酸,16.3 核酸,二 核苷与核苷酸（二）核苷酸 (2)戊糖：D核糖，D2脱氧核糖。,-D-核糖 -D-2脱氧核糖,16.3 核酸,三、核酸的分子结构（一）核酸的一级结构 核酸的一级结构是指核酸分子中核苷酸的排列顺序。核酸中的核苷酸以3，5磷酸二酯键构成无分支结构的线性分子。核酸链具有方向性，有两个末端分别是5末端与3末端。,16.3 核酸,三、核酸的分子结构(二)核酸的二级结构 DNA的二级结构即双螺旋结构（double helix structure）（三）DNA三级结构超螺旋结构 DNA三级结构是指DNA链进一步扭曲盘旋形成超螺旋结构。,
