第二十章蛋白质和核酸.ppt

第二十章第二十章 蛋白质和核酸蛋白质和核酸 学习要求：学习要求：1、掌握、掌握-氨基酸的结构、两性、等电点、主要化氨基酸的结构、两性、等电点、主要化学性质及制法。学性质及制法。2、了解肽的命名、结构和多肽结构的测定方法。、了解肽的命名、结构和多肽结构的测定方法。3、掌握蛋白质的性质，了解蛋白质复杂结构及在、掌握蛋白质的性质，了解蛋白质复杂结构及在构成生命体上的作用。构成生命体上的作用。4、了解酶的组成及酶催化反应的特异性。、了解酶的组成及酶催化反应的特异性。5、了解核酸（、了解核酸（RNA和和DNA）的组成、结构及核）的组成、结构及核酸的生物功能。酸的生物功能。蛋蛋白白质质和和核核酸酸都都是是天天然然高高分分子子化化合合物物，是是生生命命物物质质的的基基础础。我我们们知知道道，生生命命活活动动的的基基本本特特征征就就是是蛋蛋白白质质的的不不断断自自我我更更新新。蛋蛋白白质质是是一一切切活活细细胞胞的的组组织织物物质质，也也是是酶酶、抗抗体体和和许许多多激激素素中中的的主主要要物物质质。所所有有蛋蛋白白质质都都是是-由由氨氨基基酸酸构构成成的的，因因此此，-由由氨氨基基酸酸是是建建筑筑蛋蛋白白质质的的砖砖石石。要要讨讨论论蛋蛋白白质质的的结结构构和和性性质质，首首先先要要研研究究-由由氨氨基酸。基酸。201 201 氨基酸氨基酸 组组成成蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸（天天然然产产氨氨基基酸酸）都都是是-氨氨基基酸酸，即即在在-碳碳原原子子上上有有一个氨基，可用下式表示：一个氨基，可用下式表示：天然产的各种不同天然产的各种不同 的的-氨基酸只是氨基酸只是R R不同不同 而已。而已。氨氨基基酸酸目目前前已已知知的的已已超超过过100100种种以以上上，但但在在生生物物体体内内作作为为合合成成蛋蛋白白质质的的原原料料只只有有二二十十种种（见（见P P616616表表20-120-1）。）。1 1分分类类：按按烃烃基基类类型型可可分分为为脂脂肪肪族族氨氨基酸，芳香族氨基酸，含杂环氨基酸。基酸，芳香族氨基酸，含杂环氨基酸。按按分分子子中中氨氨基基和和羧羧基基的的数数目目分分为为中性氨基酸，酸性氨基酸，碱性氨基酸。中性氨基酸，酸性氨基酸，碱性氨基酸。2 2命命名名：多多按按其其来来源源或或性性质质而而命命名名。国际上有通用的符号（见国际上有通用的符号（见P P268268表表20-120-1）。）。3 3构构型型：用用D/D/L L体体系系表表示示在在费费歇歇尔尔投投影影式式中中氨氨基基位位于于横横键键右右边边的的为为D D型型，位于左边的为位于左边的为L L型。例如：型。例如：天天然然氨氨基基酸酸（出出甘甘氨氨酸酸外外）其其他他所所有有-碳碳原原子子都都是是手手性性的的，都都有有旋旋光光性性，而而且且发发现现主主要要是是L L型型的的（也也有有D D型型的的，但但很很少）。少）。存在形式：氨基酸都以偶极离子的形式存在。存在形式：氨基酸都以偶极离子的形式存在。组氨酸组氨酸谷氨酸谷氨酸丙氨酸丙氨酸八个人体必需氨基酸八个人体必需氨基酸缬氨酸缬氨酸亮氨酸亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸苏氨酸苏氨酸蛋氨酸蛋氨酸赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸 一、一、名称和物理性质名称和物理性质 名名 称称氨基酸的氨基酸的 碳原子（除甘氨酸外）都是手性碳原子。碳原子（除甘氨酸外）都是手性碳原子。其构型的表示方法与糖一样，用其构型的表示方法与糖一样，用D D或或L L表示。表示。每个氨基酸都有俗名，并都用一个缩写符号表示。每个氨基酸都有俗名，并都用一个缩写符号表示。物物 理理 性性 质质大部分的氨基酸在水中有一定的溶解度；大部分的氨基酸在水中有一定的溶解度；酸性的氨基酸在水中的溶解度较差；酸性的氨基酸在水中的溶解度较差；氨基酸在氨基酸在200200度以下都是稳定的；度以下都是稳定的；氨基酸的氨基酸的p pK Ka a为为2 2左右；左右；每一个光学纯的氨基酸都有旋光值。每一个光学纯的氨基酸都有旋光值。二、氨基酸的性质二、氨基酸的性质 1 1、氨基酸的酸、氨基酸的酸-碱性碱性两性与等电点两性与等电点 氨基酸分子中的氨基是碱性的，而氨基酸分子中的氨基是碱性的，而羧基是酸性的，因而氨基酸既能与酸反应，羧基是酸性的，因而氨基酸既能与酸反应，也能与碱反应，是一个两性化合物。也能与碱反应，是一个两性化合物。（1 1）两性）两性 氨基酸在一般情况下不是以游离的氨基酸在一般情况下不是以游离的羧基或氨基存在的，而是两性电离，在固羧基或氨基存在的，而是两性电离，在固态或水溶液中形成内盐。态或水溶液中形成内盐。（2 2）等电点）等电点 在在氨氨基基酸酸水水溶溶液液中中加加入入酸酸或或碱碱，至至使使羧羧基基和和氨氨基基的的离离子子化化程程度度相相等等（即即氨氨基基酸酸分分子子所所带带电电荷荷呈呈中中性性处处于于等等电电状状态态）时时溶溶液液的的pHpH值值称称为为氨氨基基酸的等电点。常以酸的等电点。常以pIpI表示。表示。溶液溶液pHpH等电点等电点 等电点等电点(pI)(pI)溶液溶液pHpH等电点等电点 注：注：1 1等电点为电中性而不是中性（即等电点为电中性而不是中性（即pH=7pH=7），在溶液中加入电极时其电荷迁移），在溶液中加入电极时其电荷迁移为零。为零。中性氨基酸中性氨基酸 pI=4.86.3 pI=4.86.3 酸性氨基酸酸性氨基酸 pI=2.73.2pI=2.73.2 碱性氨基酸碱性氨基酸 pI=7.610.8pI=7.610.8 2 2等电点时，偶极离子在水中的溶等电点时，偶极离子在水中的溶解度最小，易结晶析出。解度最小，易结晶析出。2 2、氨基酸氨基的反应、氨基酸氨基的反应 （1 1）氨基的酰基化）氨基的酰基化 氨基酸分子中的氨氨基酸分子中的氨基能酰基化成酰胺。基能酰基化成酰胺。乙酰氯、醋酸酐、苯甲酰氯邻苯二甲乙酰氯、醋酸酐、苯甲酰氯邻苯二甲酸酐等都可用作酰化剂。在蛋白质的合成过酸酐等都可用作酰化剂。在蛋白质的合成过程中为了保护氨基则用苄氧甲酰氯作为酰化程中为了保护氨基则用苄氧甲酰氯作为酰化剂。剂。（2 2）氨基的烃基化）氨基的烃基化 氨基酸与氨基酸与RXRX作用则烃基化作用则烃基化成成N-N-烃基氨基酸：烃基氨基酸：氟代二硝基苯在多肽结构分析中用作测定氟代二硝基苯在多肽结构分析中用作测定N N端的试剂。端的试剂。（3 3）与亚硝酸反应）与亚硝酸反应 反应是定量完成的，衡量的放出反应是定量完成的，衡量的放出N N2 2，测定，测定N2N2的体积便可计算出氨基酸只氨基的含量。的体积便可计算出氨基酸只氨基的含量。（4 4）与茚三酮反应）与茚三酮反应 -氨氨基基酸酸在在碱碱性性溶溶液液中中与与茚茚三三酮酮作作用用，生生成成显显蓝蓝色色或或紫紫红红色色的的有有色色物物质质，是鉴别是鉴别-氨基酸的灵敏的方法。氨基酸的灵敏的方法。3 3、氨基酸羧基的反应、氨基酸羧基的反应 氨氨基基酸酸分分子子中中羧羧基基的的反反应应主主要要利利用用它它能能成成酯酯、成成酐酐、成成酰酰胺胺的的性性质质。这这里里值值得得特特别别提提出出的的是是将将氨氨基基酸酸转转化化为为叠叠氮氮化化合合物物的的方方法法（氨氨基基酸酸酯酯与与肼肼作作用用生生成成酰酰肼肼，酰肼与亚硝酸作用则生成叠氮化合物）。酰肼与亚硝酸作用则生成叠氮化合物）。叠叠氮氮化化合合物物与与另另一一氨氨基基酸酸酯酯作作用用即即能能缩缩合合成成二二肽肽（用用此此法法能能合合成成光光学学纯纯度度的的肽）。肽）。三、氨基酸的制备三、氨基酸的制备 氨基酸的制取主要有三条途径：即氨基酸的制取主要有三条途径：即蛋白质水解、有机合成和发酵法。蛋白质水解、有机合成和发酵法。氨基酸的合成方法主要有三种：氨基酸的合成方法主要有三种：1 1、由醛制备、由醛制备 醛在氨存在下加氢氰酸生醛在氨存在下加氢氰酸生成成-氨基腈，后者水解生成氨基腈，后者水解生成-氨基酸。氨基酸。例如：例如：2 2、-卤代酸的氨化卤代酸的氨化 此法有副产物仲胺和叔胺生成，不易纯化。此法有副产物仲胺和叔胺生成，不易纯化。因此，常用盖伯瑞尔法代替上法。因此，常用盖伯瑞尔法代替上法。盖伯瑞尔法生成的产物较纯，适用于实验盖伯瑞尔法生成的产物较纯，适用于实验室合成氨基酸。室合成氨基酸。3 3、由丙二酸酯法合成、由丙二酸酯法合成 此法应用的方式多种此法应用的方式多种多样，其基本合成路线是：多样，其基本合成路线是：合成法合成的氨基酸是外消旋体，拆分后合成法合成的氨基酸是外消旋体，拆分后才能得到才能得到D-D-合合L-L-氨基酸。氨基酸。202 202 多多 肽肽 一、多肽的组成和命名一、多肽的组成和命名 1、肽和肽键肽和肽键 一分子氨基酸中的羧基与另一分子氨一分子氨基酸中的羧基与另一分子氨基酸分子的氨基脱水而形成的酰胺叫做肽，基酸分子的氨基脱水而形成的酰胺叫做肽，其形成的酰胺键称为肽键。其形成的酰胺键称为肽键。由由n n个个-氨氨基基酸酸缩缩合合而而成成的的肽肽称称为为n n肽肽，由由多多个个-氨氨基基酸酸缩缩合合而而成成的的肽肽称称为为多多肽。肽。一一般般把把含含100100个个以以上上氨氨基基酸酸的的多多肽肽（有时是含（有时是含5050个以上）称为蛋白质。个以上）称为蛋白质。无无论论肽肽脸脸有有多多长长，在在链链的的两两端端一一端端有有游游离离的的氨氨基基（-NH-NH2 2），称称为为N N端端；链链的的另另一端有游离的羧基（一端有游离的羧基（-COOH-COOH），称为），称为C C端。端。2 2、肽的命名、肽的命名 根据组成肽的氨基酸的顺序称为某氨酰某氨根据组成肽的氨基酸的顺序称为某氨酰某氨酰酰某氨酸（简写为某、某、某）。某氨酸（简写为某、某、某）。例如：例如：很多多肽都采用俗名，如催产素、胰岛素等。很多多肽都采用俗名，如催产素、胰岛素等。二、多肽结构的测定二、多肽结构的测定 由氨基酸组成的多肽数目惊人，情况十分由氨基酸组成的多肽数目惊人，情况十分复杂。假定复杂。假定100100个氨基酸聚合成线形分子，可能具个氨基酸聚合成线形分子，可能具有有2010020100中多肽。中多肽。例如：例如：由甘氨酸、缬氨酸、亮氨酸三种氨基酸就由甘氨酸、缬氨酸、亮氨酸三种氨基酸就可组成六种三肽。可组成六种三肽。甘甘-缬缬-亮；亮；甘甘-亮亮-缬；缬；缬缬-亮亮-甘；甘；缬缬-甘甘-亮；亮；亮亮-甘甘-缬；缬；亮亮-缬缬-甘。甘。多肽结构的测定主要是作如下工作：多肽结构的测定主要是作如下工作：了解某一多肽是由哪些氨基酸组成的。了解某一多肽是由哪些氨基酸组成的。各种氨基酸的相对比例。各种氨基酸的相对比例。确定各氨基酸的排列顺序。确定各氨基酸的排列顺序。多肽结构测定工作步骤如下：多肽结构测定工作步骤如下：1 1、测定分子量、测定分子量 2 2、氨基酸的定量分析、氨基酸的定量分析 现代方法是将水解后的氨基酸混和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。液用氨基酸分析仪进行分离和测定。3 3、端基分析（测定、端基分析（测定N N端和端和C C端）端）（1 1）测定）测定N N端（有两种方法）端（有两种方法）2,4-2,4-=硝硝基基氟氟苯苯法法桑桑格格尔尔(Sanger-(Sanger-英国人英国人)法法 2,4-2,4-=硝硝基基氟氟苯苯与与氨氨基基酸酸的的N N端端氨氨基基反反应应后后，再再水水解解，分分离离除除N-N-二二硝硝基基苯苯基基氨氨基基酸酸，用用色色谱谱法法分分析析，即即可可知知道道N N端端为为何氨基酸。何氨基酸。此法的缺点是所有的肽键都被水解掉了：此法的缺点是所有的肽键都被水解掉了：异硫氰酸苯酯异硫氰酸苯酯(Ph-N=C=S)(Ph-N=C=S)法法艾德曼艾德曼(Edman)(Edman)降解法降解法 测定咪唑衍生物的测定咪唑衍生物的R R，即可知是哪种氨基酸。，即可知是哪种氨基酸。异硫氰酸苯酯法的特点是，除多肽异硫氰酸苯酯法的特点是，除多肽N N端的氨端的氨基酸外，其余多肽链会保留下来。这样就可以继基酸外，其余多肽链会保留下来。这样就可以继续不断的测定其续不断的测定其N N端。端。（2 2）测定）测定C C端端 a a 多肽与肼反应多肽与肼反应 所有的肽键（酰胺）都与肼反应而断裂成酰肼，只所有的肽键（酰胺）都与肼反应而断裂成酰肼，只有有C C端的氨基酸有游离的羧基，不会与肼反应成酰肼。这端的氨基酸有游离的羧基，不会与肼反应成酰肼。这就是说与肼反应后仍具有游离羧基的氨基酸就是多肽就是说与肼反应后仍具有游离羧基的氨基酸就是多肽C C端端的氨基酸。的氨基酸。b b 羧肽酶水解法羧肽酶水解法 在羧肽酶催化下，多肽链中只有在羧肽酶催化下，多肽链中只有C C端的氨基酸能逐端的氨基酸能逐个断裂下来。个断裂下来。4 4、肽链的选择性断裂及鉴定、肽链的选择性断裂及鉴定 上述测定多肽结构顺序的方法，对于分子量大的多上述测定多肽结构顺序的方法，对于分子量大的多肽是不适用的。对于大分子量多肽顺序的测定，是将其多肽是不适用的。对于大分子量多肽顺序的测定，是将其多肽用不同的蛋白酶进行部分水解，使之生成二肽、三肽等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，再用端基分析法分析个碎片的结构，最后将各碎片碎片，再用端基分析法分析个碎片的结构，最后将各碎片在排列顺序上比较并合并，即可推出多肽中氨基酸的顺序。在排列顺序上比较并合并，即可推出多肽中氨基酸的顺序。部分水解法常用的蛋白酶有：部分水解法常用的蛋白酶有：胰蛋白酶胰蛋白酶只水解羰基属于赖氨酸、精只水解羰基属于赖氨酸、精氨酸的肽键。氨酸的肽键。糜蛋白酶糜蛋白酶水解羰基属于苯丙氨酸、酪水解羰基属于苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的肽键。氨酸、色氨酸的肽键。溴化氰溴化氰只能断裂羰基属于蛋氨酸的只能断裂羰基属于蛋氨酸的肽键。肽键。F.SangerF.Sanger及及其其他他工工作作者者化化了了约约1010年年时时间间于于19531953年年（3535岁岁）首首先先测测定定出出牛牛胰胰岛岛素素的的氨氨基基酸酸顺顺序序，由由此此SangerSanger获获得得了了19581958年年（4141岁岁）的的诺诺贝贝尔尔化化学学奖奖。此此后后，有有几几百百种种多多肽肽和和蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸顺顺序序被被测测定定出出来来，其其中中包包括括含含333333个个氨氨基基酸单位的甘油醛酸单位的甘油醛-3-3-磷酸酯脱氢酶。磷酸酯脱氢酶。以以后后F.SangerF.Sanger又又测测定定了了DNADNA核核苷苷酸酸顺顺序序，因因而而他他第第二二次次（19801980年年6262岁岁）获获得得了了诺诺贝贝尔尔奖奖（同同美美国国人人伯伯格格、吉吉尔尔伯伯特特共共享享）。两两次次获获得得诺诺贝贝尔尔奖奖的的化化学学家家是是很很少少见见的的，所所以以说说，F.SangerF.Sanger是一个伟大的化学家。是一个伟大的化学家。THANK YOUSUCCESS2024/5/8 周三31可编辑 三、多肽的合成三、多肽的合成 要要使使各各种种氨氨基基酸酸按按一一定定的的顺顺序序连连接接起起来来形形成成多多肽肽是是一一向向十十分分复复杂杂的的化化学学工工程程，需需要要解解决决许许多难题，最主要的是要解决四大问题。多难题，最主要的是要解决四大问题。1 1、保护、保护-NH-NH2 2或或-COOH-COOH 氨氨基基酸酸是是多多官官能能团团化化合合物物，在在按按要要求求形形成成肽肽键键时时，必必须须将将两两个个官官能能团团中中的的一一个个保保护护起起来来，留留下下一一个个去去进进行行指指定定的的反反应应，才才能能达达到到合合成成的的目目的。的。对保护基的要求是：易引入，之后又易除去。对保护基的要求是：易引入，之后又易除去。我我们们把把保保护护-NH-NH2 2称称为为代代帽帽子子，保保护护羧羧基基称称为穿靴子。为穿靴子。2 2、活化反应基团（活化、活化反应基团（活化-NH2-NH2或或-COOH-COOH）通常是保护通常是保护-NH2-NH2及及-OH-OH、-SH-SH等，活化等，活化-COOH-COOH 3 3、生物活性、生物活性 合合成成多多肽肽必必须须保保证证氨氨基基酸酸的的排排列列顺顺序序与与天天然然多多肽肽相相同同，并并与与天天然然多多肽肽不不论论在在物物理理、化化学学性性质质和和生生物物活活力力各各方面都一样，才具有意义。方面都一样，才具有意义。我我国国19651965年年6 6月月发发表表合合成成成成功功牛牛胰胰岛岛素素的的文文章章，生生物活性物活性1.270%1.270%美国美国19671967年发表文章年发表文章 （胰岛素合成方法的改进）（胰岛素合成方法的改进）前苏联前苏联19721972年发表文章年发表文章 （胰岛素合成方法的改进）（胰岛素合成方法的改进）胰胰岛岛素素是是一一种种激激素素，可可用用于于治治疗疗糖糖尿尿病病，但但只只能能用用和和人人体体结结构构相相近近的的胰胰岛岛素素，如如猪猪胰胰岛岛素素，其其它它的的则则不不起起疗效。疗效。203 203 蛋蛋 白白 质质 分子量在分子量在10001000以上，构型复杂的多肽称为蛋白质。以上，构型复杂的多肽称为蛋白质。一、蛋白质的分类一、蛋白质的分类 1 1、根据蛋白质的形状分为：、根据蛋白质的形状分为：（1 1）纤维蛋白质）纤维蛋白质 如丝蛋白、角蛋白等；如丝蛋白、角蛋白等；（2 2）球状蛋白质）球状蛋白质 如蛋清蛋白、酪蛋白、血红蛋白、如蛋清蛋白、酪蛋白、血红蛋白、-球代表蛋白（感冒抗体）等。球代表蛋白（感冒抗体）等。2 2、根据组成分：、根据组成分：（1 1）单纯蛋白质单纯蛋白质其水解最终产物是其水解最终产物是-氨基酸。氨基酸。（2 2）结合蛋白质结合蛋白质-氨基酸氨基酸 +非蛋白质（辅基）非蛋白质（辅基）辅基为糖时称为糖蛋白；辅基为核酸时称为核蛋辅基为糖时称为糖蛋白；辅基为核酸时称为核蛋白；辅基为血红素时称为血红素蛋白等。白；辅基为血红素时称为血红素蛋白等。3、根据蛋白质的功能分；根据蛋白质的功能分；（1 1）活活性性蛋蛋白白 按按生生理理作作用用不不同同又又可可分分为为；酶酶、激激素素、抗抗体体、收收缩缩蛋蛋白白、运运输输蛋白等。蛋白等。（2 2）非非活活性性蛋蛋白白 担担任任生生物物的的保保护护或或支支持持作作用用的的蛋蛋白白，但但本本身身不不具具有有生生物物活活性性的的物物质质。例例如如：贮贮存存蛋蛋白白（清清蛋蛋白白、酪酪蛋蛋白白等等），结结构构蛋蛋白白（角角蛋蛋白白、弹弹性性蛋蛋白胶原等）等等。白胶原等）等等。二、二、蛋白质的结构蛋白质的结构 各各种种蛋蛋白白质质的的特特定定结结构构，决决定定了了各各种种蛋蛋白白质质的的特特定定生生理理功功能能。蛋蛋白白质质种种类类繁繁多多，结结构构极极其其复复杂杂。通通过过长长期期研研究究确确定定，蛋蛋白白质质的的结结构构可可分分为为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。1 1、蛋白质的一级结构、蛋白质的一级结构 由由各各氨氨基基酸酸按按一一定定的的排排列列顺顺序序结结合合而而形形成成的的多多肽肽链链（5050个个以以上上氨氨基基酸酸）称称为为蛋蛋白白质质的的一一级级结构。结构。对对某某一一蛋蛋白白质质，若若结结构构顺顺序序发发生生改改变变，则则可可引引起起疾疾病病或或死死亡亡。例例如如，血血红红蛋蛋白白是是由由两两条条-肽肽链链（各各为为141141肽肽）和和两两条条-肽肽链链（各各为为146146肽肽）四条肽链（共四条肽链（共574574肽）组成的。肽）组成的。在在链链，N-6N-6为为谷谷氨氨酸酸，若若换换为为缬缬氨氨酸酸，则则造造成成红红血血球球附附聚聚，即即由由球球状状变变成成镰镰刀刀状状，若若得得了这种病（镰刀形贫血症）不到十年就会死亡。了这种病（镰刀形贫血症）不到十年就会死亡。2 2、蛋白质的二级结构、蛋白质的二级结构 多多肽肽链链中中互互相相靠靠近近的的氨氨基基酸酸通通过过氢氢键键的的作作用用而而形形成成的的多多肽肽在在空空间间排排列列（构构象象）称为蛋白质的二级结构。称为蛋白质的二级结构。蛋白质的二级结构主要有三中形式；蛋白质的二级结构主要有三中形式；1 1-螺旋螺旋右螺旋右螺旋 P P284284 2 2-折叠和折叠和-转角转角 P P285285 3 3无规则卷曲无规则卷曲没有确定规律性没有确定规律性。3 3、蛋白质的三级结构、蛋白质的三级结构 由蛋白质的二级结构在空间盘绕、折叠、由蛋白质的二级结构在空间盘绕、折叠、卷曲而形成的更为复杂的空间构象称为蛋白质的卷曲而形成的更为复杂的空间构象称为蛋白质的三级结构。三级结构。维持三级结构的作用力有：维持三级结构的作用力有：共价键（共价键（-S-S-S-S-）静电键（盐键）静电键（盐键）氢键氢键 憎水基（烃基等）憎水基（烃基等）形成三级结构后，亲水基团在结构外，憎形成三级结构后，亲水基团在结构外，憎水基团在结构内，故球状蛋白溶于水。水基团在结构内，故球状蛋白溶于水。4 4、蛋白质的四级结构、蛋白质的四级结构 由由一一条条或或几几条条多多肽肽链链构构成成蛋蛋白白质质的的最最 小小单单位位称称为为蛋蛋白白质质亚亚基基，由由几几个个亚亚基基借借助助各各种种副副键键的的作作用用而而构构成成的的一一定定空空间间结结构称为蛋白质的四级结构。构称为蛋白质的四级结构。三、蛋白质的性质三、蛋白质的性质 1 1、两性及等电点、两性及等电点 多肽链中有游离的氨基和羧基等酸多肽链中有游离的氨基和羧基等酸碱基团，具有两性。碱基团，具有两性。2 2、胶体性质与沉淀作用、胶体性质与沉淀作用 蛋蛋白白质质是是大大分分子子化化合合物物，分分子子颗颗粒粒的的直直径径在在胶胶粒粒幅幅度度之之内内（0.10.0010.10.001）呈呈胶胶体体性性质质。蛋蛋白白质质颗颗粒粒表表面面都都带带电电荷荷，在在酸酸性性溶溶液液中中带带正正电电荷荷，在在碱碱性性溶溶液液中中带带负负电电荷荷，达达到到帮帮助助带带有有同同性性电电荷荷就就于于周周围围电电性性相相反反的的的的离离子子构构成成稳稳定定的的双双电电层层。由由于于同同性性电电荷荷相相斥斥，颗颗粒粒互互相相隔隔绝绝而而不不粘粘合合，形成稳定的胶体体系。形成稳定的胶体体系。蛋蛋白白质质与与水水形形成成的的亲亲水水胶胶体体，也也和和其其它它胶胶体体一一样样不不是是十十分分稳稳定定，在在各各种种因因素素的影响之下，蛋白质容易析出沉淀。的影响之下，蛋白质容易析出沉淀。（1 1）可逆沉淀（盐析）可逆沉淀（盐析）（2 2）不可逆沉淀）不可逆沉淀 蛋蛋白白质质与与重重金金属属盐盐作作用用，或或在在蛋蛋白白质质溶溶液液中中加加入入有有机机溶溶剂剂（如如丙丙酮酮、乙乙醇醇等等）则则发发生生不不可可逆逆沉沉淀淀。如如70-75%70-75%的的酒酒精精可可破破坏坏细细菌菌的的水水化化膜膜，是是细细菌菌发发生生沉沉淀淀和和变变性性，从而起到消毒的作用。从而起到消毒的作用。3 3、蛋白质的变性作用、蛋白质的变性作用 蛋白质在一定条件下，共价键不变，但构象发生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。变化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：物理因素：干燥、加热、高压、振荡或搅拌、紫外线、干燥、加热、高压、振荡或搅拌、紫外线、X X射线、超声等等。射线、超声等等。化学因素：化学因素：强酸、强碱、尿素、重金属盐、生物碱试剂强酸、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）。变性后的特点：变性后的特点：丧失生物活性丧失生物活性 溶解度降低溶解度降低 易被水解（对水解酶的抵抗易被水解（对水解酶的抵抗力减弱）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；消毒、杀菌、点豆腐等；排毒（重金属盐中毒的急救）排毒（重金属盐中毒的急救）；肿瘤的治疗（放疗杀死癌细肿瘤的治疗（放疗杀死癌细胞）；胞）；变性作用的防治：变性作用的防治：种子的贮存；种子的贮存；人体衰老（缓慢变性）；人体衰老（缓慢变性）；防止紫外光灼伤皮肤。防止紫外光灼伤皮肤。4 4、蛋白质的颜色反应、蛋白质的颜色反应（1 1）缩二脲反应）缩二脲反应 蛋白质与新配置的碱性蛋白质与新配置的碱性硫酸铜溶液反应，呈紫色，称为缩二脲反硫酸铜溶液反应，呈紫色，称为缩二脲反应。应。（2 2）蛋白黄反应）蛋白黄反应 蛋白质中含有苯环的氨基蛋白质中含有苯环的氨基酸，遇浓硝酸发生硝化反应而生成黄色硝酸，遇浓硝酸发生硝化反应而生成黄色硝基化合物的反应称为蛋白黄反应。基化合物的反应称为蛋白黄反应。（3 3）米勒反应）米勒反应 蛋白质中酪氨酸的酚基遇蛋白质中酪氨酸的酚基遇到硝酸汞的硝酸溶液到硝酸汞的硝酸溶液（4 4）茚三酮反应）茚三酮反应 蛋白质与稀的茚三酮溶液蛋白质与稀的茚三酮溶液共热，即呈现蓝色。共热，即呈现蓝色。204 204 酶酶 酶是一种有生物活性的蛋白质，是酶是一种有生物活性的蛋白质，是生物体内的催化剂，是生命活动的基础，生物体内的催化剂，是生命活动的基础，哪里有生命现象，哪里就有酶的活动。绿哪里有生命现象，哪里就有酶的活动。绿色植物和某些细菌能够利用太阳能，通过色植物和某些细菌能够利用太阳能，通过光合作用，二氧化碳和少量的硝酸盐、磷光合作用，二氧化碳和少量的硝酸盐、磷酸盐等极简单的原料合成复杂的有机物质，酸盐等极简单的原料合成复杂的有机物质，都是靠酶的催化所完成。所以说，酶在复都是靠酶的催化所完成。所以说，酶在复杂的生物合成中的作用是无法用其它方法杂的生物合成中的作用是无法用其它方法替代的。替代的。一、酶的组成一、酶的组成 辅酶的种类颇多，按其化学组成可分两类：辅酶的种类颇多，按其化学组成可分两类：1 1、无机的金属元素，如铜、锌、锰。、无机的金属元素，如铜、锌、锰。2 2、相相对对分分子子质质量量低低的的有有机机物物，如如血血红红素素、叶叶绿绿素素、肌醇、烟酰胺、维生素肌醇、烟酰胺、维生素B B1 1、B B2 2、B B6 6、B B1212等。等。医医疗疗上上口口服服或或注注射射维维生生素素，就就是是给给人人体体补补充充辅辅酶酶，以以提提高高肌肌体体内内某某些些酶酶的的活活性性，调调节节代代谢，而达到治疗和增进健康的目的。谢，而达到治疗和增进健康的目的。酶酶蛋蛋白白可可以以是是一一条条肽肽链链，或或多多条条肽肽链链组组成成的。但所有的酶都是球状结构的。的。但所有的酶都是球状结构的。二、酶催化反应的特异性二、酶催化反应的特异性 1 1、催化效率高、催化效率高（比一般催化剂高（比一般催化剂高10810101081010倍）。倍）。2 2、选择性强、选择性强 （1 1）化学选择性）化学选择性能从混合物中挑选特殊的作用物。能从混合物中挑选特殊的作用物。例如，麦芽糖酶只能使例如，麦芽糖酶只能使-葡萄糖苷键断裂，而不能使葡萄糖苷键断裂，而不能使-葡萄糖苷键断裂。葡萄糖苷键断裂。（2 2）立化学选择性立化学选择性辨别对映体，酵母中的酶只能辨别对映体，酵母中的酶只能使天然使天然D D型糖发酵，而不能使相应的型糖发酵，而不能使相应的L L型糖发酵。型糖发酵。3 3、反应条件温和、反应条件温和 一般是在常温常压和一般是在常温常压和pH 7pH 7左右进行左右进行的。的。人体内如果缺少某种酶，就会引起疾病或死亡。人体内如果缺少某种酶，就会引起疾病或死亡。例如，胆碱酯酶的作用是水解乙酰胆碱，有机磷农药中毒例如，胆碱酯酶的作用是水解乙酰胆碱，有机磷农药中毒就是破坏了动物体内的胆碱酯酶，使之不能水解体内有毒就是破坏了动物体内的胆碱酯酶，使之不能水解体内有毒的乙酰胆碱，致使中毒而亡。又如，小孩缺乏半乳糖酶时，的乙酰胆碱，致使中毒而亡。又如，小孩缺乏半乳糖酶时，就不能吃奶（因不能分解半乳糖）一吃就吐。再如，苯丙就不能吃奶（因不能分解半乳糖）一吃就吐。再如，苯丙氨酸与酪氨酸在羟化酶的作用下达成转化平衡，若此平衡氨酸与酪氨酸在羟化酶的作用下达成转化平衡，若此平衡被破坏，则酪氨酸缺乏，酪氨酸缺乏则不能产生黑色素被破坏，则酪氨酸缺乏，酪氨酸缺乏则不能产生黑色素称为白化病。称为白化病。三、酶的分类三、酶的分类 按催化反应的类型，可把酶分为六大类：按催化反应的类型，可把酶分为六大类：氧化还原酶、氧化还原酶、转移酶转移酶 、水解酶水解酶 裂解酶、异构酶、裂解酶、异构酶、连接酶（合成酶）连接酶（合成酶）205 205 核核 酸酸 简简 介介 核酸是控制生物遗传和支配蛋白质核酸是控制生物遗传和支配蛋白质合成的模型。没有核酸，就没有蛋白质。合成的模型。没有核酸，就没有蛋白质。因此，核酸是最根本的生命的物质基础。因此，核酸是最根本的生命的物质基础。对核酸的研究是现代科学研究领域最吸引对核酸的研究是现代科学研究领域最吸引人的课题。人的课题。一、核酸的组成一、核酸的组成 核酸和蛋白质一样，是由许多核苷核酸和蛋白质一样，是由许多核苷酸结合而成的高分子化合物。核苷酸是由酸结合而成的高分子化合物。核苷酸是由磷酸、核糖、及碱基组成的。磷酸、核糖、及碱基组成的。1 1、核糖和、核糖和2-2-脱氧核糖脱氧核糖 2 2、碱基、碱基 核核苷苷酸酸中中的的碱碱基基主主要要有有五五种种，都都是是嘧啶或嘌呤的衍生物。它们是：嘧啶或嘌呤的衍生物。它们是：胞胞嘧嘧啶啶（C C ），脲脲嘧嘧啶啶（U U），胸胸腺腺嘧嘧啶啶（T T），腺腺嘌嘌呤呤（A A），鸟鸟嘌嘌呤呤（G G ）。其结构式见其结构式见P P639639：3 3、核苷、核苷 核苷是核糖的核苷是核糖的-苷羟基与碱基氮原子苷羟基与碱基氮原子上的氢脱水而形成的苷，根据核糖的不同，上的氢脱水而形成的苷，根据核糖的不同，核苷有两类：核苷有两类：（1 1）核苷）核苷（由（由RNARNA水解而得）水解而得）（2 2）2-2-脱氧核苷脱氧核苷（由（由DANDAN水解而得）水解而得）4 4、核苷酸、核苷酸 核糖核糖C C5 5上的羟基与磷酸酯化上的羟基与磷酸酯化便得到核苷酸。便得到核苷酸。二、核酸的结构二、核酸的结构 核酸是核苷酸单体中核糖的核酸是核苷酸单体中核糖的33位羟位羟基和基和55位上的磷酸基酯化而成的高分子化位上的磷酸基酯化而成的高分子化合物。合物。核酸和蛋白质一样，也有单体排列核酸和蛋白质一样，也有单体排列顺序和空间关系问题，因此，核酸也有一顺序和空间关系问题，因此，核酸也有一级结构、二级结构和三级结构的问题。级结构、二级结构和三级结构的问题。1 1、核酸一级结构、核酸一级结构 核苷酸的顺序组成了核酸的一级结构。核苷酸的顺序组成了核酸的一级结构。RNARNA中的多核苷酸链如下图：中的多核苷酸链如下图：RNARNA或或DNADNA中的多核苷酸链，都按上图方式中的多核苷酸链，都按上图方式表示，显然太繁复了，所以现在都用简化了的示表示，显然太繁复了，所以现在都用简化了的示意法来表示。如上图可简化如下意法来表示。如上图可简化如下 其中其中R1R1、R2R2、R3R3、R4R4表示碱基，表示碱基，P P表示磷酸表示磷酸基，一竖表示糖分子，基，一竖表示糖分子，22、33、55表示糖中表示糖中C C原子编号。原子编号。还可以进一步简化成还可以进一步简化成PA-C-G-UPPA-C-G-UP RNA RNA与与DNADNA的区别：的区别：核糖核糖RNARNA中为核糖，中为核糖，DNADNA中为中为2-2-脱氧核糖。脱氧核糖。碱基碱基RNARNA中为中为A A、U U、C C、G G；DNADNA中为中为A A、T T、C C、G G。2 2、核酸的二级结构、核酸的二级结构 DNA DNA的二级结构为右手双股螺旋结构。的二级结构为右手双股螺旋结构。两条螺旋链以相反的走向，通过一两条螺旋链以相反的走向，通过一条链的碱基和另一条链的碱基配对（以氢条链的碱基和另一条链的碱基配对（以氢键结合）交织起来形成相当稳定的构象键结合）交织起来形成相当稳定的构象（双螺旋结构）。象螺旋式的梯子。（双螺旋结构）。象螺旋式的梯子。碱碱基基配配对对只只能能是是A A与与T T（RNARNA中中是是A A与与U U）配对，配对，G G与与C C配对。配对。原因是：原因是：（1 1）只只有有当当一一个个嘌嘌呤呤环环和和一一个个嘧嘧啶啶环环成成对对排排列列时时，碱基的连接才吻合。碱基的连接才吻合。（2 2）只只有有腺腺嘌嘌呤呤与与胸胸腺腺嘧嘧啶啶成成对对，鸟鸟嘌嘌呤呤与与胞胞嘧嘧啶成对才能吻合。啶成对才能吻合。RNARNA的的二二级级结结构构的的规规律律性性不不如如DNADNA。有有些些RNARNA的的多多核核苷苷酸酸链链，可可以以形形成成螺螺旋旋结结构构，其其二二级级结结构构是是和和DNADNA相相似似的的双双螺螺旋旋。但但多多数数RNARNA的的分分子子是是由由一一条条弯弯曲曲的的多多核核苷苷酸酸链链所所构构成成，其其中中有有间间隔隔着着的双股螺旋与单股非螺旋体结构部分。的双股螺旋与单股非螺旋体结构部分。三、核酸的生物功能三、核酸的生物功能 核核酸酸在在生生物物的的遗遗传传变变异异、生生长长发发育育及及蛋蛋白白质质的的合合成成中中起起着着重重要作用。要作用。DNADNA遗遗传传基基因因，转转录录副副本本，将将遗遗传传信信息息传传到到子子代代。是是蛋蛋白白质质合合成成的模板。的模板。RNARNA决定蛋白质的生物合成（合成蛋白质的工厂）决定蛋白质的生物合成（合成蛋白质的工厂）根据在蛋白质合成中所起的作用，根据在蛋白质合成中所起的作用，RNARNA分为三类：分为三类：1 1、信使核酸（、信使核酸（mRNAmRNA）传递传递DNADNA的遗传信息，合成模板。的遗传信息，合成模板。2 2、核糖体核酸（、核糖体核酸（rRNArRNA）合成蛋白质的场所。合成蛋白质的场所。3 3、转移核糖核酸（、转移核糖核酸（tRNAtRNA）搬运工具搬运工具 在在蛋蛋白白质质的的合合成成中中tRNAtRNA按按照照mRNAmRNA传传递递的的指指令令，将将某某一一氨氨基基酸酸搬搬运运到到指指定定的的位位置置进进行行合合成成。tRNAtRNA的的专专一一性性很很高高，一一种种tRNAtRNA只只能能搬搬运运一一种氨基酸。种氨基酸。在在核核苷苷酸酸分分子子中中，每每三三个个核核苷苷酸酸组组成成一一个个联联体体，决决定定着着生生物物体体内内合合成成蛋蛋白白质质中中的的一一种种氨氨基基酸酸，即即遗遗传传密密码码。现现在在三三联联密密码码已已全全部部弄弄清，变成明码了。清，变成明码了。在在多多肽肽链链的的合合成成中中，氨氨基基酸酸是是基基本本原原料料，mRNAmRNA是是模模板板，tRNAtRNA是是运运载载工工具具，rRNArRNA是是合合成成肽肽链链的的现现场场（工工作作台台）。合合成成中中所所需需能能量量由由GPTGPT（鸟苷三磷酸）、（鸟苷三磷酸）、APTAPT（腺苷三磷酸）供应。（腺苷三磷酸）供应。THANK YOUSUCCESS2024/5/8 周三61可编辑