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1、第 21章 蛋 白 質(zhì) 與 核 酸（ 一 ） 氨 基 酸 （ 1） 氨 基 酸 的 結(jié) 構(gòu) 、 命 名 和 分 類 （ 2） 氨 基 酸 的 制 法 （ 3） 氨 基 酸 的 性 質(zhì) （ 二 ） 肽 與 蛋 白 質(zhì) 的 結(jié) 構(gòu) 肽 與 蛋 白 質(zhì) 的 結(jié) 構(gòu) 氨 基 酸 : 分 子 中 同 時 含 有 氨 基 和 羧 基 的 一 類 化 合 物 。從 自 然 界 獲 得 的 氨 基 酸 都 是 -氨 基 酸 ；除 甘 氨 酸 外 ， -碳 原 子 都 具 有 手 性 。 氨 基 酸 的 構(gòu) 型 標 記 采 用 D/L標 記 法 ：L-絲 氨 酸(Serine) L-蛋 氨 酸(Methioni

2、ne) L-組 氨 酸(H istidine) COOHCH2OHH2N H COOHCH2SCH3H2N H COOHCH2 NNH2N H H自 然 界 獲 得 氨 基 酸 基 本 都 是 L-型 。 4-甲 基 -2-氨 基 戊 酸 亮 氨 酸 (Leucine)(CH3)2CHCH2CHCOOHNH2 HOOCCH2CH2CHCOOHNH22,6-二 氨 基 己 酸賴 氨 酸 (Lysine)2-氨 基 戊 二 酸 谷 氨 酸 (G lutamic acid)H2NCH2CH2CH2CH2CHCOOHNH 2 氨 基 酸 的 系 統(tǒng) 命 名 以 羧 酸 作 為 母 體 ， 氨 基 作

3、為取 代 基 ， 不 過 由 自 然 界 蛋 白 質(zhì) 水 解 得 到 氨 基 酸都 是 -氨 基 酸 ， 都 有 俗 名 。 （ 乙 ） 命 名 酸 性 氨 基 酸 ： 羧 基 數(shù) 目 比 氨 基 多 ， 等 電 點 PI7(共 有 4個 )。COOHCH2CH2CH2CH2NH2H2N HCOOHCH2CH2CHCH2NH2OHH2N H COOHCH2CH2CH2NHCNHNH2H2N HL-精 氨 酸 (Arginine)L-羥 基 賴 氨 酸(H ydroxylysine) 中 性 氨 基 酸 ：堿 性 氨 基 與 羧 基 數(shù) 目 相 等 ， PI=5-7 (共 17個 )。L-絲 氨

4、 酸(Serine) L-蛋 氨 酸(Methionine)COOHCH 2OHH2N H COOHCH2SCH3H2N H COOHCH2NH2N HHCOOH CH2CH2CNH2OH2N HL-谷 酰 胺 (G lutamine) L-色 氨 酸(Tryptophan) （ 2） 、 氨 基 酸 的 制 法(甲 ) -鹵 代 酸 的 氨 解此 反 應(yīng) 容 易 導(dǎo) 致 仲 胺 和 叔 胺 衍 生 物 生 成 , 不 易 純 化CH3CHCOOHBr NH3 oC25H2O CH3CHCOOHNH 2 56% CH3CHCOOHCH3CHCOOHNH CH3CHCOOHCH3CHCOOHN

5、CH CH3COOH副 產(chǎn) 物 : (乙 ) G abriel法此 反 應(yīng) 容 易 獲 得 較 純 的 氨 基 酸CH2COOC2H5ClNKOO DMF 97%NCH2COOC2H5OO KOH, H2O HCl COOHCOOH H2NCH2COOH （ 3） 、 氨 基 酸 的 性 質(zhì)多 數(shù) 氨 基 酸 易 溶 于 水 ， 具 有 較 高 熔 點 。氨 基 酸 具 有 氨 基 和 羧 基 的 典 型 化 學(xué) 性 質(zhì)A 羧 基 的 反 應(yīng) -氨 基 酸 具 有 羧 酸 化 學(xué) 性 質(zhì) ， 可 以 與 堿 、 五氯 化 磷 、 氨 、 醇 、 氫 化 鋁 鋰 等 反 應(yīng) 。 RCHCOOHN

6、H2 PCl5POCl3 , HClPhCH2OHH2O RCHCNH2 ClORCHCNH2O OCH2Ph活 化 羧 基保 護 羧 基 （ 乙 ） 、 氨 基 的 反 應(yīng) -氨 基 酸 還 具 有 典 型 的 伯 胺 化 學(xué) 性 質(zhì) ； 如能 與 酸 、 亞 硝 酸 、 烴 基 化 試 劑 、 酰 基 化 試劑 、 甲 醛 、 過 氧 化 氫 等 反 應(yīng) 。 氨 基 酸 測 定保 護 羧 基 RCHCOOHNH2 HNO2 RCHCOOHOH N2HF NO2O2NFPhCH2OCOClHCl RCHCOOHNHCOOCH 2Ph RCHCOOHNH NO2O2N （ 丙 ） 、 氨 基

7、酸 的 兩 性 和 等 電 點偶 極 離 子 （ I）負 離 子 (II)在 強 堿 溶 液 中 主要 存 在 形 式 ， 在電 場 中 移 向 正 極 RCHCOONH 3+H+ H+OH- OH-RCHCOONH2 RCHCOOHNH3+正 離 子 (III)在 強 酸 溶 液 中 主要 存 在 形 式 ， 在電 場 中 移 向 負 極當(dāng) pH 適 中 時 ， II和 III的 濃 度 相 等 ， 氨 基 酸 凈電 荷 為 零 ， 在 電 場 中 不 移 動 ， 該 pH 值 定 義 為該 氨 基 酸 的 等 電 點 。 （ 丁 ） 、 與 水 合 茚 三 酮 的 顯 色 反 應(yīng) 用 于

8、氨 基 酸 的 定 性 與 定 量 鑒 定OO OHOH RCHCOOHNH 22 OOH OON RCHO水 合 茚 三 酮 藍 紫 色 第 二 節(jié) 多 肽 一 、 多 肽 的 組 成 和 命 名1 肽 和 肽 鍵 一 分 子 氨 基 酸 中 的 羧 基 與 另 一 分 子 氨 基 酸 分 子 的 氨 基 脫 水 而 形 成 的酰 胺 叫 做 肽 ， 其 形 成 的 酰 胺 鍵 稱 為 肽 鍵 。 由 n個 -氨 基 酸 縮 合 而 成 的 肽 稱 為 n肽 ， 由 多 個 -氨 基 酸 縮 合 而 成 的肽 稱 為 多 肽 。 一 般 把 含 100個 以 上 氨 基 酸 的 多 肽 （

9、有 時 是 含 50個 以 上 ） 稱 為 蛋 白 質(zhì) 。 NH2 CHR CO OH NH2 CHR COOH+ - H2O NH2 CHR CO NH CHR COOH肽鍵 無 論 肽 鏈 有 多 長 ， 在 鏈 的 兩 端 一 端 有 游 離 的 氨 基 （ -NH2） ， 稱 為N端 ； 鏈 的 另 一 端 有 游 離 的 羧 基 （ -COOH） ， 稱 為 C端 。 NH2 CHR CO NH CHR CO NH CHR COOHn CN端 端 2 肽 的 命 名 根 據(jù) 組 成 肽 的 氨 基 酸 的 順 序 稱 為 某 氨 酰 某 氨 酰 某 氨 酸 （ 簡 寫 為 某 、某

10、、 某 ） 。例 如 ： NH 2 CHCH 3 CO NH CO NH CHCH 2C6H5COOHCHCH 2OH丙氨酰絲氨酰苯丙氨酸 （丙 絲 苯丙） 二 、 多 肽 結(jié) 構(gòu) 的 測 定多 肽 結(jié) 構(gòu) 的 測 定 主 要 是 作 如 下 工 作 ： 了 解 某 一 多 肽 是 由 哪 些 氨 基 酸 組 成 的 。 各 種 氨 基 酸 的 相 對 比 例 。 確 定 各 氨 基 酸 的 排 列 順 序 。多 肽 結(jié) 構(gòu) 測 定 工 作 步 驟 如 下 ：1 測 定 分 子 量2 氨 基 酸 的 定 量 分 析 HClH2O多肽 氨基酸 層析法分離 各種氨基酸 各種氨基酸的含量 3 端 基

11、 分 析 （ 測 定 N端 和 C端 ）（ 1） 測 定 N端 （ 有 兩 種 方 法 ）a 2,4- = 硝 基 氟 苯 法 桑 格 爾 (Sanger-英 國 人 )法 此 法 的 缺 點 是 所 有 的 肽 鍵 都 被 水 解 掉 了 。 O2N F H2N CHR CONH CHR CONH + O2N HN CHR CONH CHR CONH NO2NO2 Na2CO3 HCl O2N HN CHR COOHNO2 CHR COOH+ H2N + b 異 硫 氰 酸 苯 酯 (Ph-N=C=S)法 艾 德 曼 (Edman)降 解 法 。（ 2） 測 定 C端a 多 肽 與 肼 反

12、應(yīng)b 羧 肽 酶 水 解 法 C6H5N=C=S NH2CHCONHR 多肽+ C6H5NHC 多肽SNH CHRCO NH pH 7 pH 7 CN C CHHNC 6H5 O R S + 多肽 4 肽 鏈 的 選 擇 性 斷 裂 及 鑒 定部 分 水 解 法 常 用 的 蛋 白 酶 有 ： 胰 蛋 白 酶 只 水 解 羰 基 屬 于 賴 氨 酸 、 精 氨 酸 的 肽 鍵 。 糜 蛋 白 酶 水 解 羰 基 屬 于 苯 丙 氨 酸 、 酪 氨 酸 、 色 氨 酸 的 肽 鍵 。 溴 化 氰 只 能 斷 裂 羰 基 屬 于 蛋 氨 酸 的 肽 鍵 。 三 、 多 肽 的 合 成 要 使 各

13、種 氨 基 酸 按 一 定 的 順 序 連 接 起 來 形 成 多 肽 是 一 向 十 分 復(fù) 雜 的化 學(xué) 工 程 ， 需 要 解 決 許 多 難 題 ， 最 主 要 的 是 要 解 決 四 大 問 題 。1 保 護 -NH2或 -COOH2 活 化 反 應(yīng) 基 團 （ 活 化 -NH2或 -COOH）3 生 物 活 性 第 三 節(jié) 蛋 白 質(zhì)一 、 蛋 白 質(zhì) 的 分 類1.根 據(jù) 蛋 白 質(zhì) 的 形 狀 分 為 ：（ 1） 纖 維 蛋 白 質(zhì) 如 絲 蛋 白 、 角 蛋 白 等 ；（ 2） 球 狀 蛋 白 質(zhì) 如 蛋 清 蛋 白 、 酪 蛋 白 、 血 紅 蛋 白 、 -球 代 表 蛋

14、白（ 感 冒 抗 體 ） 等 。2 根 據(jù) 組 成 分 ：單 純 蛋 白 質(zhì) 其 水 解 最 終 產(chǎn) 物 是 - 氨 基 酸 。（ 2） 結(jié) 合 蛋 白 質(zhì) - 氨 基 酸 + 非 蛋 白 質(zhì) （ 輔 基 ）根 據(jù) 蛋 白 質(zhì) 的 功 能 分 ；（ 1） 活 性 蛋 白 按 生 理 作 用 不 同 又 可 分 為 ； 酶 、 激 素 、 抗 體 、 收 縮 蛋白 、 運 輸 蛋 白 等 。（ 2） 非 活 性 蛋 白 擔(dān) 任 生 物 的 保 護 或 支 持 作 用 的 蛋 白 ， 但 本 身 不 具 有生 物 活 性 的 物 質(zhì) 。 二 蛋 白 質(zhì) 的 結(jié) 構(gòu)1 蛋 白 質(zhì) 的 一 級 結(jié) 構(gòu)

15、 由 各 氨 基 酸 按 一 定 的 排 列 順 序 結(jié) 合 而 形 成 的 多 肽 鏈 （ 50個 以 上 氨 基酸 ） 稱 為 蛋 白 質(zhì) 的 一 級 結(jié) 構(gòu) 。2 蛋 白 質(zhì) 的 二 級 結(jié) 構(gòu) 多 肽 鏈 中 互 相 靠 近 的 氨 基 酸 通 過 氫 鍵 的 作 用 而 形 成 的 多 肽 在 空 間 排列 （ 構(gòu) 象 ） 稱 為 蛋 白 質(zhì) 的 二 級 結(jié) 構(gòu) 。3 蛋 白 質(zhì) 的 三 級 結(jié) 構(gòu) 由 蛋 白 質(zhì) 的 二 級 結(jié) 構(gòu) 在 空 間 盤 繞 、 折 疊 、 卷 曲 而 形 成 的 更 為 復(fù) 雜 的空 間 構(gòu) 象 稱 為 蛋 白 質(zhì) 的 三 級 結(jié) 構(gòu) 。4 蛋 白 質(zhì)

16、 的 四 級 結(jié) 構(gòu) 由 一 條 或 幾 條 多 肽 鏈 構(gòu) 成 蛋 白 質(zhì) 的 最 小 單 位 稱 為 蛋 白 質(zhì) 亞 基 ， 由 幾個 亞 基 借 助 各 種 副 鍵 的 作 用 而 構(gòu) 成 的 一 定 空 間 結(jié) 構(gòu) 稱 為 蛋 白 質(zhì) 的 四 級結(jié) 構(gòu) 。 三 、 蛋 白 質(zhì) 的 性 質(zhì) 1 兩 性 及 等 電 點 多 肽 鏈 中 有 游 離 的 氨 基 和 羧 基 等 酸 堿 基 團 ， 具 有 兩 性 。 P COONH2 HOH P COONH3 P COOHNH3HOHP = Protin pH pH pIpH pI蛋白質(zhì) 2 膠 體 性 質(zhì) 與 沉 淀 作 用（ 1） 可 逆

17、 沉 淀 （ 鹽 析 ）（ 2） 不 可 逆 沉 淀 蛋 白 質(zhì) 與 重 金 屬 鹽 作 用 ， 或 在 蛋 白 質(zhì) 溶 液 中 加 入 有 機 溶 劑 （ 如 丙酮 、 乙 醇 等 ） 則 發(fā) 生 不 可 逆 沉 淀 。 蛋白質(zhì)溶液 堿金屬鹽或銨鹽 沉淀 溶解（蛋白質(zhì)） H2O 3 蛋 白 質(zhì) 的 變 性 作 用變 性 條 件 ： 物 理 因 素 ： 干 燥 、 加 熱 、 高 壓 、 振 蕩 或 攪 拌 、 紫 外 線 、 X射 線 、 超 聲 等 等 ?；?學(xué) 因 素 ： 強 酸 、 強 堿 、 尿 素 、 重 金 屬 鹽 、 生 物 堿 試 劑 （ 三 氯 乙 酸 、 乙 醇等 等 ）

18、 。變 性 后 的 特 點 ： 喪 失 生 物 活 性 溶 解 度 降 低 易 被 水 解 （ 對 水 解 酶 的 抵 抗 力 減 弱 ） 。變 性 作 用 的 利 用 ： 消 毒 、 殺 菌 、 點 豆 腐 等 ； 排 毒 （ 重 金 屬 鹽 中 毒 的 急 救 ） ； 腫 瘤 的 治 療 （ 放 療 殺 死 癌 細 胞 ） ；變 性 作 用 的 防 治 ： 種 子 的 貯 存 ； 人 體 衰 老 （ 緩 慢 變 性 ） ； 防 止 紫 外 光 灼 傷 皮 膚 。 4 蛋 白 質(zhì) 的 顏 色 反 應(yīng) （ 1） 縮 二 脲 反 應(yīng) 蛋 白 質(zhì) 與 新 配 置 的 堿 性 硫 酸 銅 溶 液 反

19、 應(yīng) ， 呈紫 色 ， 稱 為 縮 二 脲 反 應(yīng) 。 （ 2） 蛋 白 黃 反 應(yīng) 蛋 白 質(zhì) 中 含 有 苯 環(huán) 的 氨 基 酸 ， 遇 濃 硝 酸 發(fā) 生硝 化 反 應(yīng) 而 生 成 黃 色 硝 基 化 合 物 的 反 應(yīng) 稱 為 蛋 白 黃 反 應(yīng) 。 （ 3） 米 勒 反 應(yīng) 蛋 白 質(zhì) 中 酪 氨 酸 的 酚 基 遇 到 硝 酸 汞 的 硝 酸 溶 液 。 （ 4） 茚 三 酮 反 應(yīng) 蛋 白 質(zhì) 與 稀 的 茚 三 酮 溶 液 共 熱 ， 即 呈 現(xiàn) 藍 色 。 第 四 節(jié) 酶一 、 酶 的 組 成 輔 酶 的 種 類 頗 多 ， 按 其 化 學(xué) 組 成 可 分 兩 類 ：1 無

20、機 的 金 屬 元 素 ， 如 銅 、 鋅 、 錳 。2 相 對 分 子 質(zhì) 量 低 的 有 機 物 ， 如 血 紅 素 、 葉 綠 素 、 肌 醇 、 煙 酰 胺 、維 生 素 B1、 B2、 B6、 B12等 等 。 酶 單純酶（催化活性僅由蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定）結(jié)合酶（蛋白質(zhì) 輔酶），催化活性由蛋白質(zhì)和輔酶共同配合完成。+ 二 、 酶 催 化 反 應(yīng) 的 特 異 性1 催 化 效 率 高 （ 比 一 般 催 化 劑 高 1081010倍 ） 。2 選 擇 性 強（ 1） 化 學(xué) 選 擇 性 能 從 混 合 物 中 挑 選 特 殊 的 作 用 物 。 例 如 ， 麥 芽 糖酶 只 能 使 -葡

21、 萄 糖 苷 鍵 斷 裂 ， 而 不 能 使 -葡 萄 糖 苷 鍵 斷 裂 。（ 2） 立 化 學(xué) 選 擇 性 辨 別 對 映 體 ， 酵 母 中 的 酶 只 能 使 天 然 D型 糖 發(fā)酵 ， 而 不 能 使 相 應(yīng) 的 L型 糖 發(fā) 酵 。3.反 應(yīng) 條 件 溫 和 一 般 是 在 常 溫 常 壓 和 pH 7左 右 進 行 的 。人 體 內(nèi) 如 果 缺 少 某 種 酶 ， 就 會 引 起 疾 病 或 死 亡 。 三 、 酶 的 分 類 和 命 名1 分 類按 催 化 反 應(yīng) 的 類 型 ， 可 把 酶 分 為 六 大 類 ：(1)氧 化 還 原 酶(2)轉(zhuǎn) 移 酶(3)水 解 酶(4)裂

22、 解 酶(5)異 構(gòu) 酶(5)連 接 酶 （ 合 成 酶 ）2 酶 的 命 名 第 五 節(jié) 核 酸 簡 介一 、 核 酸 的 組 成 核蛋白 蛋白質(zhì)核酸 胰酶 核苷酸 腸酶 核苷 堿基 核糖（脫氧核糖） 磷酸 1.核 糖 和 2-脫 氧 核 糖2.堿 基核 苷 酸 中 的 堿 基 主 要 有 五 種 ， 都 是 嘧 啶 或 嘌 呤 的 衍 生 物 。 它 們 是 ： 胞 嘧 啶 ， 脲 嘧 啶 ， 胸 腺 嘧 啶 ， 腺 嘌 呤 ， 鳥 嘌 呤 。 ： C U T A G H CHOOHH OH CH2OHH OH H CHOOHH OH CH2OHH OH OCH2OHH OH HH OHO

23、CH2OHH OH HOH OH D 2 D 脫氧呋喃核糖呋喃核糖 3 核 苷（ 1） 核 苷 （ 由 RNA水 解 而 得 ） （ 2） 2-脫 氧 核 苷 （ 由 DAN水 解 而 得 ） OCH2OHHOH HOHOH OCH2OHHOH HOHB B = UACG 脲嘧啶核苷 脲苷（ ）腺嘌呤核苷 腺苷（ ）胞嘧啶核苷 胞苷（ ） 鳥嘌呤核苷 鳥苷（ ） UAC G 核 糖 核 苷 堿 基 核 苷 名 稱 2 脫氧核糖OCH2OH HOH HHOH OCH2OHHOH HHB B = TACG dT 核 苷 堿 基 核 苷 名 稱2 脫氧胸腺苷 dA dCdG（ ）（ ）（ ）（ ）2

24、 脫氧鳥苷2 脫氧胞苷2 脫氧腺苷 4 核 苷 酸 核 糖 C5上 的 羥 基 與 磷 酸 酯 化 便 得 到 核 苷 酸 。 中的核苷酸單體 OCH2HOH HHBOPOHOHOOCH2HOH HOHBOPOHOHO 中的核苷酸單體RNA DNA 二 、 核 酸 的 結(jié) 構(gòu)1 核 酸 一 級 結(jié) 構(gòu) CH2 HH OHH HO CH2 HH OHH HO CH2 HH OHH HO CH2 HH OHH HO O P OOOH O P OO OH O P OOOH O P OOOH NNNN NH2 NNNH2O NHNNN O NH2 NHNO O 5 3 端 端 腺苷酸 胞苷酸 鳥苷酸

25、脲苷酸 A C G U RNA或 DNA中 的 多 核 苷 酸 鏈 ， 都 按 上 圖 方 式 表 示 ， 顯 然 太 繁 復(fù) 了 ， 所以 現(xiàn) 在 都 用 簡 化 了 的 示 意 法 來 表 示 。 如 上 圖 可 簡 化 如 下 ： 其 中 R1、 R2、 R3、 R4表 示 堿 基 ， P表 示 磷 酸 基 ， 一 豎 表 示 糖 分 子 ，2、 3、 5表 示 糖 中 C原 子 編 號 。還 可 以 進 一 步 簡 化 成 PA-C-G-UP。RNA與 DNA的 區(qū) 別 ： 核 糖 RNA中 為 核 糖 ， DNA中 為 2-脫 氧 核 糖 。 堿 基 RNA中 為 A、 U、 C、

26、G； DNA中 為 A、 T、 P POH POH POH POHA C G U532 53 P PH PH PH PH532 53R1 R2 R3 R4RNA DNA鏈簡化圖 鏈簡化圖 2 核 酸 的 二 級 結(jié) 構(gòu) DNA的 二 級 結(jié) 構(gòu) 為 右 手 雙 股 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 。3 核 酸 的 三 級 結(jié) 構(gòu) 核 酸 的 三 級 結(jié) 構(gòu) 是 在 二 級 結(jié) 構(gòu) 的 基 礎(chǔ) 上 進 一 步 緊 縮 、 扭 曲 成 閉 鏈 狀 環(huán)或 開 鏈 狀 環(huán) 以 及 麻 花 狀 的 一 定 空 間 關(guān) 系 的 結(jié) 構(gòu) 。 兩條鏈的走向相反 堿基是配對的 維持雙螺旋的力量 35 35 AC TG (1.1nm)(1.06nm) 三 、 核 酸 的 生 物 功 能 根 據(jù) 在 蛋 白 質(zhì) 合 成 中 所 起 的 作 用 ， RNA分 為 三 類 ：1 信 使 核 酸 （ mRNA） 傳 遞 DNA的 遺 傳 信 息 ， 合 成 模 板 。2 核 糖 體 核 酸 （ rRNA） 合 成 蛋 白 質(zhì) 的 場 所 。3 轉(zhuǎn) 移 核 糖 核 酸 （ tRNA） 搬 運 工 具 -折 疊