蛋白質(zhì)和核酸

1、第十四章蛋白質(zhì)和核酸一、學(xué)習(xí)要求1 .掌握氨基酸的分類、結(jié)構(gòu)、命名和中、英文縮寫。2 .掌握氨基酸的構(gòu)型和化學(xué)性質(zhì)。3 .掌握肽的結(jié)構(gòu)和命名，肽分子中C端和N一端的分析方法。4 .了解蛋白質(zhì)的組成元素，熟悉蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)及空間結(jié)構(gòu)，掌握蛋白質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。5 .熟悉核酸的分類、基本結(jié)構(gòu)，掌握核酸分子的堿基及其配對(duì)規(guī)律二、本章要點(diǎn)(一)氨基酸1 .氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸是分子中含有氨基和竣基的化合物。組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，均為a-氨基酸L-構(gòu)型，除甘氨酸外，都是手性分子，除半胱氨酸為R-構(gòu)型外，其余均為S-構(gòu)型。2 .氨基酸的分類根據(jù)爆基的不同可把氨基酸分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)氨基

2、酸；根據(jù)分子中氨基和竣基的數(shù)目，還可將氨基酸分為中性氨基酸、酸性氨基酸和堿性氨基酸。3 .氨基酸的命名天然氨基酸常使用俗名，也可用中文名稱、英文縮寫和單字符號(hào)來表示。在氨基酸的系統(tǒng)名命法中，是以竣酸為母體，將氨基作為取代基而稱為“氨基某酸”，氨基的位次用希臘字母a、B、丫等表示。4 .氨基酸的性質(zhì)(1)物理性質(zhì)：a-氨基酸為無色晶體，熔點(diǎn)較高(200300C),在熔化時(shí)分解放出二氧化碳。溶解于水，而難溶于乙醇、酸、苯等有機(jī)溶劑中。除甘氨酸外，均有旋光性。(2)氨基酸的化學(xué)性質(zhì)1） .兩性電離和等電點(diǎn)：氨基酸分子是兩性化合物；與酸、堿可反應(yīng)生成鹽；本身還可生成內(nèi)鹽。氨基酸晶體溶解于純水中時(shí)，可發(fā)

3、生酸式電離和堿式電離。中性、酸性氨基酸在純水中帶凈負(fù)電荷，水溶液顯酸性，堿性氨基酸在純水中，其水溶液呈堿性，氨基酸本身帶凈正電荷。氨基酸凈電荷為零時(shí)溶液的pH值稱為氨基酸的等電點(diǎn)（isoelectricpoint）pH值的關(guān)系可表示如下：用pl表示。氨基酸的存在形式與溶液RCHCOONH2負(fù)離子H+RCHCOO-H+NH-OH+3OH-兩性離子RCHCOOHNH3+正離子pH>pIpH=pIpH<pI等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸的溶解度最小，可從水溶液中析出，所以可以利用等電點(diǎn)分離提純氨基酸。2） .顯色反應(yīng)：認(rèn)-氨基酸與水合苗三酮在水溶液中加熱反應(yīng)能形成藍(lán)紫色化合物，可用于a-氨基酸的定量和

4、定性分析。3） .與HNO2反應(yīng)：a-氨基酸與亞硝酸作用時(shí)定量放出氮?dú)?該反應(yīng)可測(cè)定氨基酸、蛋白質(zhì)及肽分子中的自由氨基。4） .脫竣反應(yīng)：氨基酸在脫竣酶或與氫氧化鋼共熱可發(fā)生脫竣反應(yīng)，生成少一個(gè)碳原子的伯胺。5） .成肽反應(yīng)：當(dāng)兩分子口-氨基酸受熱時(shí)，氨基和叛基之間交叉脫水，生成環(huán)狀的交酰胺（二酮此嗪），二酮此嗪在濃鹽酸的作用下，可以水解斷開一個(gè)酰胺鍵生成二肽。（二）肽1 .肽的結(jié)構(gòu)和命名由氨基酸殘基通過肽鍵（酰胺鍵）連接而形成的化合物叫做肽。由多個(gè)氨基酸形成的肽稱為多肽。肽的命名是從N-端開始，由左至右依次將每一個(gè)氨酸殘基寫成“某氨酰"，處于C-端的最后一個(gè)氨基酸為母體稱為某氨酸。

5、肽的名稱也常用中文或英文的縮寫符號(hào)來表示，符號(hào)之間用短線隔開：丙氨酰甘氨酰絲氨酸（丙甘氨絲肽）丙-甘-絲或Ala-Gly-Ser。2 .肽鏈結(jié)構(gòu)測(cè)定可配合使用端基分析（N-端分析、C-端分析）和部分水解的方法來加以確定。3 .活性肽在生物體內(nèi)有著重要的功能的游離肽，如：丫-谷胱甘肽、催產(chǎn)素和加壓素、神經(jīng)肽等。（三）蛋白質(zhì)1.蛋白質(zhì)的元素組成和分類(1)元素組成：天然蛋白質(zhì)均含有碳(50-55%)、氫(6.7-7.3%)、氧(19-24%)、氮(13-19%)，硫(0-4%)等元素。止匕外，蛋白質(zhì)中還含有磷、碘、鐵、鎰、銅、鋅等元素。生物樣品中1克氮相當(dāng)于6.25克蛋白質(zhì)。(2)分類：蛋白質(zhì)按分

6、子形狀可分為球狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白；按分子組成可分為單純蛋白和結(jié)合蛋白質(zhì)；按功能可分為活性蛋白質(zhì)和結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)。2 .蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)(1)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序及其連接方式。肽鍵是一級(jí)結(jié)構(gòu)中連接氨基酸殘基的化學(xué)鍵。(2)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指肽鏈按一定的方式折疊、盤曲形成的空間構(gòu)象，氫鍵是主要的副鍵，蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要有a-螺旋、3 -折疊、(3-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲等。(3)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)：具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，可以進(jìn)一步按一定方式折疊、盤曲形成更復(fù)雜的三維空間排布，即形成蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的力來自氨基酸側(cè)鏈之間的相互作用。

7、主要包括鹽鍵、二硫鍵、氫鍵、配位鍵、酯鍵、疏水基之間的親和力(疏水鍵)和vanderwaals力等。這些作用總稱為副鍵。(4)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是由兩條以上具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈組成的更大、更復(fù)雜的分子。每一條三級(jí)結(jié)構(gòu)多肽鏈稱為一個(gè)亞基，幾個(gè)亞基通過氫鍵、疏水鍵或靜電吸引締合而構(gòu)成一定的空間結(jié)構(gòu)。亞基的種類、數(shù)目和空間排列都有特定的模式。3.蛋白質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)(1)膠體性質(zhì)：蛋白質(zhì)是高分子化合物，相對(duì)分子質(zhì)量可高達(dá)幾千萬(wàn)，其35分子顆粒的直徑一般在10pm10pm之間，屬于膠體粒子，呈現(xiàn)膠體的性質(zhì)：電泳擴(kuò)散速度慢，不能透過半透膜。(2)兩性電離和等電點(diǎn)：在蛋白質(zhì)分子中，肽鏈的側(cè)鏈中含有未結(jié)合的堿性基

8、團(tuán)(如氨基、呱基、咪口坐基)和酸性基團(tuán)(陵基、酚羥基、琉基),因而蛋白質(zhì)和氨基酸一樣是兩性化合物，也有等電點(diǎn)。COOHCOO一+COOH/»/H/Pr、Pr12PrOH'+OH-、NH2NH3NH3+蛋白質(zhì)負(fù)離子蛋白質(zhì)兩性離子蛋白質(zhì)正離子pH>pIpH=pIpH<pI(3)蛋白質(zhì)的沉淀：蛋白質(zhì)分子在溶液中發(fā)生凝聚，并從溶液中析出的現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的沉淀。常用的方法有：鹽析、加脫水劑、加入某些重金屬鹽和有機(jī)酸等。(4)蛋白質(zhì)的變性：蛋白質(zhì)在某些物理因素或化學(xué)因素的作用下，蛋白質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性。性質(zhì)改變后的蛋白質(zhì)稱為變性蛋白質(zhì)。引起蛋白質(zhì)變性的物理

9、因素有：加熱、加壓、激烈的攪拌或振蕩、紫外線和超聲波等?；瘜W(xué)因素有：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、尿素、重金屬鹽、有機(jī)溶劑、生物堿試劑和表面活性劑等。變性有可逆變性和不可逆變性兩種。(5)蛋白質(zhì)的顯色反應(yīng)1) .縮二月尿反應(yīng)(biurereaction):蛋白質(zhì)分子中含有許多肽鍵，因此所有的蛋白質(zhì)均可與稀硫酸銅堿性溶液反應(yīng)，呈紫色或紫紅色。2) .苗三酮反應(yīng)(ninhydrinreaction):蛋白質(zhì)與水合苗三酮共熱呈現(xiàn)藍(lán)紫色。曲三酮作為顯色劑常用紙層析和電泳法中分離和鑒定蛋白質(zhì)、多肽和氨基酸。(四)核酸1.組成核酸是由許多核甘酸結(jié)合而成的高分子化合物。核酸在酸、堿或前催化下水解的產(chǎn)物如下：I喋吟堿Y堿基:I

10、喀咤堿核昔<r核糖水解水解核酸*核甘酸戊糖<II脫氧核糖“磷酸2,核酸的分類核酸包括脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA:rRNA、mRNA和tRNA)。3,核昔和核甘酸的結(jié)構(gòu)及命名(1)核甘：核核甘是由堿基中喋吟堿9位氮上的氫或喀陡堿1位氮上的氫與戊糖1'位上的羥基失水所生成的,N-甘。為區(qū)別糖與堿基中原子的編號(hào)，規(guī)定糖中原子編號(hào)1'、2'、3'?。核昔是按組成的堿基與戊糖來命名的(2)核甘酸：核甘酸是核昔3位或5位的羥基和磷酸所生成的酯。自然界中存在的核甘酸主要是5'-磷酸酯。組成DNA的核甘酸主要有四種：脫氧腺普酸(dAMP)、脫氧

11、鳥甘酸(dGMP)、脫氧胞甘酸(dCMP)和脫氧胸甘酸(dTMP)。組成RNA的核昔主要也有四種：腺甘酸(AMP)、鳥甘酸(GMP)、胞甘酸(CMP)和尿甘酸(UMP)o核甘酸命名時(shí)，除將戊糖和堿基部分注明外，還要指出磷酸酯鍵所連接的位置。4,核酸的結(jié)構(gòu)(1)一級(jí)結(jié)構(gòu)：核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)指的是核酸中各核甘酸的排列順序。核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)常采用速記法、字符式和線條式表明其結(jié)構(gòu)。(2)二級(jí)結(jié)構(gòu)：DNA具有雙螺旋結(jié)構(gòu)，即DNA分子是由兩條方向相反的平行多核甘酸鏈構(gòu)成的；兩條鏈上的堿基在螺旋的內(nèi)側(cè)，戊糖和磷酸連接成的主鏈在外側(cè)，兩條鏈由堿基間的氫鍵相連；兩條核甘酸鏈之間的堿基配對(duì)有一定規(guī)律。RNA由一條彎曲的

12、多核昔酸鏈構(gòu)成，其中有間隔著的雙螺旋和單股非螺旋結(jié)構(gòu)的部分，鏈的某些部分存在著堿基配對(duì)關(guān)系。tRNA具有三葉草的結(jié)構(gòu)。(3)核酸的三級(jí)結(jié)構(gòu)：在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多核甘酸鏈在空間可進(jìn)一步盤曲折疊構(gòu)成核酸三級(jí)結(jié)構(gòu)。tRNA多為倒置的L形狀；DNA三、問題參考答案問題14-1試寫出L-酪氨酸、L-半胱氨酸的Fischer投影式，并用R/S構(gòu)型標(biāo)記解：CH2H3NHCH2SH/R一半胱氨酸S酪氨酸問題14-2苯丙氨酸在等電點(diǎn)時(shí)溶液為中性、酸性還是堿性？在pH值為3.0,5.8和10.0的溶液中各帶什么電荷？用離子結(jié)構(gòu)式表示。解：苯丙氨酸含一氨基一炭基，為中性氨基酸，其水溶液呈弱酸性。因其等電點(diǎn)pI=5

13、.84,故：CH2CHCOOHINH3在pH=5.8時(shí)凈電荷為零，為兩性離子:在pH=3.0時(shí)帶正電荷:CH2CHCOONH3+在pH=10.0時(shí)帶負(fù)電荷:CH2CHCOO一NH2(2)脯氨酸(4)賴氨酸還原型r-谷胱甘肽COOH2(3)CHSCHCHCHCOO222CH2CH2CH2CH2CHCOONH3+NH3+NH2問題14-3寫出一分子甘氨酸和一分子丙氨酸在濃鹽酸作用下加熱生成二肽的反應(yīng)式。解：CH2CONHCH2COOH+12CONHCHCOOHNH2NH2Ch3HClCH2COOH+CH3CHCOOH.+CH3CHCONHCH2COOH+CH3CHCONHCHCOOHNH2NH2I

14、NH2NH2CH3四、習(xí)題參考答案1 .寫出下列化合物的結(jié)構(gòu)式：(1)大冬酰胺(3)甲硫氨酸(5)組氨酸(6)解：(1) H2M一22cHCOO+ONH3+|CH2CHCOONNH3+(6)H2NCHCH2CH2CONHCHCONHCH2COOHCOOHCH2SH2.完成下列反應(yīng)方程式:(1) CH3c氏CH2COOHCl.CH3NH3+NaOH(2) CH3CHCH2COO*CH3NH3+一、，HNO2(3)4/CH2CHCOOH>NH2Ba(OH)2(4) CH3甲-CH2COOH人*CH3NH2解:(1)CH3CH12COOCH3NH3+HClCH3CHCH2COOHICH3NH3

15、+ClCH3CHCH2COONaOHCHCHCHCOONa3!I2CH3NH3+CH3NH2H2CHCOOHHNO2NH2CHCHCOOH2OH+N2人CH3CHCH2COOHCH3NH2Ba(OH)2ACH3pHCH2NH2CH3CO23 .在多肽的端基分析中，常用2,4-二硝基氟苯作N-端標(biāo)記，標(biāo)記后的多肽經(jīng)水解后，為什么2,4-二硝基氟苯相連的氨基酸很容易與其它氨基酸分離？解：這是因?yàn)?,4-二硝基氟苯具有強(qiáng)烈的-I效應(yīng)，與其相連的氨基堿性極弱，所以不溶于稀酸水溶液中；而其他非標(biāo)記的氨基酸可溶于稀酸水溶液中，借此可以分離。4 .1個(gè)五肽部分水解得3個(gè)三肽，即G1u-Arg-GLy,Gly

16、-G1u-Arg,Arg-Gly-phe,經(jīng)N-端分析發(fā)現(xiàn)N-端為Gly,試分別用中英文縮寫寫出這個(gè)五肽中氨基酸的連接順序。解：Gly-G1u-ArgG1u-Arg-GLyArg-Gly-pheGly-G1u-Arg-Gly-phe方-谷-精-廿-苯丙5 .短桿菌肽S是霉菌的代謝產(chǎn)物，具有抗菌作用，它是一個(gè)由十個(gè)氨基酸殘基組成的環(huán)狀十肽，完全水解時(shí)生成L-繳氨酸，L-亮氨酸，L-脯氨酸、D-苯丙氨酸和L-鳥氨酸，其比例都是1：1。部分水解得到下列肽：亮-苯丙、苯丙-脯、鳥-殼、繳-鳥、苯丙-月甫-繳、繳-鳥-元、月甫-繳-鳥。試推出這個(gè)環(huán)狀十肽的結(jié)構(gòu)。解：亮-苯丙苯丙-脯苯丙-脯-繳繳-鳥鳥-

17、亮繳-鳥-亮月甫-繳-鳥殼-苯丙-月甫-繳-鳥-殼由結(jié)構(gòu)可知，苯丙氨酸，脯氨酸，繳氨酸和鳥氨酸之間的次序應(yīng)為：苯丙-脯-繳-鳥，鳥氨酸的C-端與亮氨酸的N-端結(jié)合以構(gòu)成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，因此短桿菌肽S的結(jié)構(gòu)如下：殼-苯丙-月甫-繳-鳥鳥-苯丙-月甫-繳-元6 .DNA和RNA在結(jié)構(gòu)上有什么主要差別？RNA由核糖組成，分子解：DNA由脫氧核糖組成，分子鏈上含有胸腺喀咤;鏈上含有尿喀陡。7 .解釋用下列試劑使蛋白質(zhì)變性的原因。(1)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿(2)乙醇(3)加熱(4)強(qiáng)烈的振蕩解：(1)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿可與蛋白質(zhì)中游離氨基或痰基反應(yīng)生成鹽，也可使蛋白質(zhì)中的氫鍵斷離。(2)乙醇可提供其-OH上的H去形成氫鍵，從而

18、破壞蛋白質(zhì)中原有的氫鍵。(3)加熱使分子的熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，使氫鍵發(fā)生斷裂。(4)強(qiáng)烈的振蕩會(huì)使氫鍵斷裂。8 .某蛋白質(zhì)pI=4.6,溶于水中應(yīng)帶何種電荷？欲使其不帶電，應(yīng)向此溶液中加酸還是加堿？解：該蛋白質(zhì)在水中帶負(fù)電荷，欲使其不帶電，應(yīng)向此溶液中加酸。9 .回答下列問題：(1)什么是蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)？主鍵是什么？(2)對(duì)維系蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)起重要作用的副鍵有哪些？(3)什么是蛋白質(zhì)的a-螺旋結(jié)構(gòu)？每個(gè)螺旋有幾個(gè)氨基酸殘基，圈與圈之間由什么鍵來維系？(4)什么是蛋白質(zhì)的變性？解：(1)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序和連接方式。主健是肽鍵。(2)對(duì)維系蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)起重要作用

19、的副鍵有：氫鍵、二硫鍵、鹽鍵、疏水鍵、酯鍵等。(3)多肽鏈部分或整條卷曲盤旋成的螺旋狀結(jié)構(gòu)即為蛋白質(zhì)的a-螺旋結(jié)構(gòu)。每個(gè)螺旋有3.6個(gè)氨基酸殘基。圈與圈之間氫鍵來維系。(4)蛋白質(zhì)在某些物理因素或化學(xué)因素的作用下，蛋白質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性。10 .什么是核昔?解：核甘是由堿基中喋吟堿9位氮上的氫或喀陡堿1位氮上的氫與戊糖1'位上的羥基失水所生成的B-N-甘。11 .寫出下列化合物的名稱或結(jié)構(gòu)式:(1)脫氧腺昔(2)脫氧胞甘(3)鳥昔(4)尿昔O117HOPOIOHOOIIIIHOP-O-POfIOHOHNH2解:OHNH2OHO(5)5'-腺喋吟核甘酸(6)腺甘三磷酸12 .簡(jiǎn)述DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)解：(1)DNA分子是由兩條方向相反的平行多核甘酸鏈構(gòu)成的。兩條鏈的糖一磷酸的主鏈都是右螺旋的，有一共同的螺旋軸。一條鏈和方向是5'一3',另一條鏈則是3'-