氨基酸蛋白质与核酸.ppt

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1、关于氨基酸蛋白质和核酸第一张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月蛋白质在生物体内占有特殊的地位，它是生命现象的最基本的物质基础。生命是物质运动的高级形式，这种运动形式是通过蛋白质来实现的。生物体内存在的多数物质，除水之外，都含有一种或多种蛋白质。蛋白质参与有机体的结构组成，催化细胞中化学反应并执行着无数的各式各样的主要功能。第二张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月所有蛋白质均含C、H、N、O，大多数蛋白质还含少量的S，除此之外，有些还含磷、铁、镍、铜、碘等。所有蛋白质的含氮量都很接近，平均为16，这个数值可作为蛋白质的定量测定（1克氮相当于6.25克蛋白质）。蛋白质彻底水解得

2、氨基酸的混合物，氨基酸是蛋白质的基本组成单位。第三张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月1.天然氨基酸氨基酸是形成蛋白质的基本单元组成蛋白质的天然氨基酸主要有20种，均为L型a-氨基酸第一节氨基酸第四张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月氨基酸常用的名称多来自于来源或性质。如：微具甜味的甘氨酸，从天门冬植物中得到的天门冬氨酸，蚕丝中的丝氨酸等等。1975年，IUPAC对20多种蛋白氨基酸中的每个氨基酸都作了一个正式命名及标准的一个字母或三个字母组成的通用的缩写符号，并规定了它们的碳架结构。缩写符号由其英文名称的前三个字母组成，这种符号在表示蛋白质和肽链结构时是被广泛采用的。第五

3、张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月2.天然氨基酸的结构和名称非极性（疏水性）中性氨基酸：8种第六张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月极性（不带电荷）中性氨基酸：7种第七张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月酸性氨基酸：2种碱性氨基酸：3种第八张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月3.氨基酸的性质水溶液中为两性离解氨基酸在固态时主要以内盐形式存在高熔点或分解点不溶于有机溶剂3.氨基酸的性质3.1两性解离和等电点第九张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月氨基酸的等电点IP(等电点，isoelectricpoint)：氨基酸处于电中性时的pH值等电点时氨

4、基酸以两性离子形式存在，处于电中性状态，在电场中不移动。等电点时氨基酸溶解度最小，易结晶析出。中性氨基酸pI7(7.510.8)第十张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月3.2氨基酸氨基端的反应Sanger试剂第十一张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月氨基酸中氨基能与亚硝酸反应生成-羟基酸并快速放出氮气，这是一个定量反应，1摩尔氨基酸放出1摩尔氮气，通过定氮测定氨基酸的含量，可判断蛋白质的水解程度。随着蛋白质的水解，氨基氮的量逐渐上升，但总氮量不变。通常将氨基氮/总氮量表示蛋白水解的程度，比值越大，水解程度越高。RCHCOOH+HNO2NH2RCHCOOHOH+N2+OH2第

5、十二张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月氨基与甲醛作用后转化为亚胺或醇胺，碱性消失，这样可以用碱来滴定羧基的量，这个方法称为甲醛滴定法：NH3NH2H+NHCH2OHN(CH2OH)2RCHCOO-+RCHCOO-+NaOH滴定中和HCHORCHCOO-HCHORCHCOO-羟甲基氨基酸第十三张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月氨基酸分子在溶液中主要是以两性离子形式存在，不能直接用酸、碱滴定。加入甲醛就可以使平衡向右移动，从而游离出质子，这样就能用酸碱滴定法来滴定。通过氨基酸的甲醛滴定法，可以求得氨基酸的含量。但这种方法的误差常在10左右，只可大体判断蛋白质水解的程度或合成

6、的速度。第十四张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月氨基上的氮原子具有亲核性，因此能与烃化试剂反应，如与2,4-二硝基氟苯的反应：该反应发生在弱碱性溶液中，它首先被英国的Sanger用来鉴定多肽或蛋白质的末端氨基，曾经广泛应用于测定氨基酸在多肽或蛋白质中的排列顺序。FNO2O2N+NH2CHCOOHRNO2O2NCHCOOHRNH+HFDNP-氨基酸第十五张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月氨基酸中的羧基表现出的主要反应与通常的羧基相似，如可以酯化、酰胺化、还原等：3.3氨基酸羧基端的反应NH2NH2NH2NH2R-CH-COOHR-CH-COOCH3CH3OHHClRNH2

7、DCCR-CH-CONHRLiAlH4R-CH-CH2OH第十六张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月3.4 氨基酸与水合茚三酮的反应氨基酸与水合茚三酮的反应水合茚三酮应用氨基酸的显色定量分析OOOHOH+NH2COOHR+H2O+CO2OOOON+RCHO蓝紫色,罗曼紫第十七张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月OOOOOOHOHNH2ROON-CHRCO2HCH COOH茚三酮水合茚三酮-H2OOON-CRCO2HOON=CRCO2HOH-H2OH2ORCOCO2HRCHO+CO2第十八张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月OONH2HOOOOOOONHOHOOON

8、第十九张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月许多氨基酸可以通过某些易得到的蛋白质水解而产生。如味精谷氨酸钠就是面粉中的蛋白质（面筋）的水解产物，胱氨酸是动物毛发水解的产物。3氨基酸的制备第二十张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月通过有机合成制备的氨基酸常常是外消旋的混合物。如可以从醛酮为主要原料得到氨基酸：NH2NH2RCHONH3RCH=NH+H2OHCNRCHCNH3ORCHCO2H+第二十一张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月-卤代酸的氨解也是制备氨基酸的好方法。由于生成的氨基酸上的氨基碱性较弱，故多取代的产物并不多：BrNH2RCHCO2HNH3RCHCO2

9、H第二十二张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月要得到纯的伯胺取代的氨基酸，可以用盖布尔（Gabriel）法：N-KOOXN-CHRCO2ROOH+NH2CO2HCO2HRCHCO2RRCHCO2H+第二十三张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月工业上脯氨酸由明胶水解制得，L-氨基酸用吲哚、丙酮酸和氨在色氨酸酶作用下生产，光活性的L-赖、缬、亮、异亮、苏、精、苯丙氨、酪、组、脯等L-氨基酸主要由微生物发酵法生产，甘、丙和蛋氨酸主要仍用合成法来制取。生物体系中氨基酸的合成在酶的催化下进行，多由-酮酸经还原氨基化产生，NANH为还原剂，其化学原理和实验室里的合成完全一样。第二十四张

10、，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月氨基酸是人工合成肽和蛋白质的原材料。在医药卫生上，用适当比例配制的氨基酸混合物可以直接注射到人体血液以补充营养，部分地代替人的血浆。对创伤、烧伤手术后的病人有增进抗病力，促进康复的作用。某些氨基酸对特殊疾病还有治疗功效。如：半胱氨酸有抗辐射和治疗心脏机能衰弱的效果。有些“必需氨基酸”在人体和动物营养上有维持正常发育的保健功用。在食品烹调上，可利用氨基酸增加鲜味，促进食欲。最常用的“味精”就是谷氨酸钠盐，其它象天冬氨酸、甘氨酸、丙氨酸、组氨酸、赖氨酸等也都有鲜味，可用作增鲜剂。第二十五张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月肽是由两个或两个以上的

11、氨基酸通过肽键联结所形成的化合物。肽键是一个氨基酸的羧基和另一氨基酸的氨基缩合去1分子水而形成的键。肽键二肽肽键是氨基酸在蛋白质分子中的主要连接方式第二节肽NH2CH COOHR1+CH COOHR2NHHOH2NH2CH CONHR1CH COOHR2第二十六张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月肽：氨基酸偶联产物，分子量小于10000蛋白质：分子量大于10000一个三肽二肽第二十七张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月二肽仍有自由氨基和羧基，故能继续形成三肽或四肽等等。多肽链中有自由氨基的一端称为氨基末端（或N一端）；有自由羧基的一端称羧基末端（或C一端）。在书写多肽或蛋白

12、质肽链结构时，习惯上总是将N一端写在左边，C一端写在右边。第二十八张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月多个氨基酸由多个肽键结合起来形成的肽称为多肽(polypeptide)，分子量大于10000的肽一般就称之为蛋白质了。形成肽键的氨基酸可以是相同的，也可以是不相同的。两个不相同的氨基酸成肽时，会有两种可能的结合方式，一个氨基酸给出羧基上的一个羟基成肽后留下游离的胺基，而另一个氨基酸给出一个氨基上的氢成肽后留下的羧基。第二十九张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月上述三肽被命名为缬氨酰半胱氨酰甘氨酸。但这样的命名显然有点繁琐，故可以将其简称为缬-半胱-甘肽或缬半胱甘肽或缬半胱甘

13、肽。用英文缩写符号来表示，这个三肽可命名为Val-Cys-Gly或ValCysGly。肽的书写和命名都由左到右排列，即从N-端开始书写到C-端为止，称为某酰某酰某酸。如CH(CH3)2OCH2SHOH2NCHC-NHCHC-NHCH2CO2H第三十张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月因为n种不同的氨基酸形成多肽时可以有n！种不同的排列方式，要研究肽及由肽组成的蛋白质，则首先必须测定肽的结构。1肽结构的测定第三十一张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月首先用超离心法、渗透法和X-衍射法测定多肽的分子量.然后彻底水解为游离的氨基酸，色氨酸在这一过程中有部分水解。各种氨基酸的混合物

14、经纸层析分离.用茚三酮显色的方法与已知氨基酸比较可以鉴别氨基酸的存在，通过比色的方法测定各种氨基酸的相对含量，从而得到各种氨基酸的数目。1958年以来，由氨基酸自动分析仪来进行这一工作已经非常迅速方便，样品只要达到微克数量级就能测定。第三十二张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月含半胱氨酰基的多肽或蛋白质中的两个SH基常常氧化成二硫化物，或者是分子内成环，或者是两条肽链用-S-S-键联在一起。测定结构时可用过氧酸氧化断裂二硫键成磺酸或用过量的乙硫醇处理，生成的-SH基再用碘乙酸转变为硫醚，以免被氧化为二硫化物。根据多肽的分子量和所含氨基酸的相对含量，能够得出多肽的分子式。氨基酸在肽链中

15、的排列次序的测定一般是借助于部分水解和端基分析这两个方法来进行的。第三十三张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月部分水解法是将多肽分解成多个小分子肽,蛋白质水解酶通常只能水解一定类型的肽键，即它们都是高度专一性的。如，胰蛋白酶可以专门水解赖氨酸或精氨酸的羧基形成的肽键，因此用它来催化水解某一多胎，得到的肽C-端将肯定是赖氨酸或精氨酸。糜蛋白酶则专一性水解由芳香氨基酸如苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的羧基形成肽链。胃蛋白酶，可水解苯丙氨酸、色氨酸、赖氨酸、谷氨酸、精氨酸的羧基形成的肽链。利用溴化氰水解法也可以得到由蛋氨酸羧基形成的肽键断裂后的小肽产物。第三十四张，PPT共一百六十七页，创作于2

16、022年6月端分析法可分为N-端C-端两种方法，可利用这两个氨基酸残端和专门的标记化合物反应，再经水解后来加以鉴定。如，肽链N-端和2,4-二硝基氟苯（DNFB）作用生成N-端带有2,4-二硝基氟苯的肽（DBP），水解后只有这个氨基酸带有该取代基团，而且各种带有DNFB的氨基酸都是黄色的，容易通过层析比较比移Rf值得到鉴定结果。通过这个方法，即可识别肽中的N-端氨基酸了。第三十五张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月还有一种标记N-端的化合物是硫氰酸苯酯，它和N-端的氨基酸反应生成苯胺基硫代甲酸衍生物。后者在无水氯化氢作用下发生关环作用，形成一个取代二氢噻唑酮的衍生物而从肽链上断裂下来

17、。取代二氢噻唑酮在酸性条件下重排为取代苯基乙内酰硫脲，后者经分离后用色谱或质谱方法可与标准样品比较。失去了N-端的肽键回收后再重复这个程序就可以再进行N-端氨基酸的标记和鉴别。应用这个原理设计成功的自动分析仪已能精确测定多达60个氨基酸以下的多肽结构，这被称为Edman降解法。第三十六张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月RSRROSN=C=SNHHCH-COOH+PITCPH8.3NH.CNHCHCOOHPIC-氨基酸苯氨基硫甲酰氨基酸无水HFNCCNHCH苯硫乙内酰脲氨基酸(酸中极稳定)第三十七张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月C-端的标记方法可由羧肽酶来进行。在这个酶

18、作用下，只有最靠近羧基的那个肽键水解。该方法虽然也可一步步重复操作，测定时从酶的水解液中定期取出一点样品，并以各种氨基酸出现的先后次序分析出氨基酸从C-端起排列的顺序，但肽链超过六七个以上时可靠性就开始差了。另一个方法是利用无水肼和多肽的反应，在105加热一段时间后，不在C-端的氨基酸都形成相应的肼化物，继续反应生成不溶水的苯腙衍生物被除去，C-端氨基酸得以鉴定。第三十八张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月肽链结构的确定主要利用小片断重叠的原理，即用两种或两种以上的方法将肽链切断，各自得到一系列肽段，将肽段分离纯化，测定其顺序，然后用找重叠肽的方法得出其顺序。RRORR-NHCHCO

19、NHCHCO2HNH2NH2-NHCHCNHNH2+.H2NCHCO2H第三十九张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月有一九肽，胰蛋白酶水解得下列肽段：Ala-Ala-Trp-Gly-Lys;Thr-Asn-Val-Lys。胰凝乳蛋白酶水解得肽段：Val-Lys-Ala-Ala-Trp;Thr-Asn;Gly-Lys。根据重叠肽推知九肽顺序：Thr-Asn-Val-Lys-Ala-Ala-Trp-Gly-Lys。第四十张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月官能团羧基和氨基的活化，使之在温和的条件下就能够反应。官能团保护，将同一个分子中的这两个官能团中的一个保护起来不反应，选择性

20、的留下一个羧基或氨基去构成所需的肽键结构，反应完后再定量地去掉保护基，同时还不影响分子中的其他部分特别是已接好的的肽链。2.肽的合成氨基酸侧链上的官能团在反应成肽前后不受影响第四十一张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月常用的保护氨基的方法是将其和氯甲酸苄酯反应OROROR ORRORRPhCH2OCClH2NCHCO2HPhCH2OCNHCHCO2HPhCH2OCNHCHCNHCHCO2HH2Pd/CPhCH3CO2H2NCHCNHCHCO2H+H2NCHCO2H第四十二张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月用氯甲酸叔丁酯ORORORO RRORR(CH3)3COCClH2N

21、CHCO2H(CH3)3COCNHCHCO2H(CH3)3COCNHCHCNHCHCO2HH2Pd/CCO2H2NCHCNHCHCO2H+H2NCHCO2H(CH3)2C=CH2第四十三张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月羧基一般可将其作为酯基保护起来。常见的如甲酯、乙酯和苄酯，酯基比酰胺键易于水解，可由稀碱催化水解为羧酸盐。氨基酸侧链中的巯基、羟基可将其转化为苄硫和苄基醚的形式，反应后分别用Na/NH3和氢解的方法除去苄基保护基，侧链中的氨基可转变为对甲基苯磺酰基，反应成肽后也可以用Na/NH3作用分解除去对甲苯磺酰基。第四十四张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月常用的活

22、化方法是将羧基转变为酰氯或酯或混合酸酐以增加羧基的亲电能力。酰氯的活性太大，易产生其它副反应，故用得最多的是酯和酸酐。利用高效专一的缩合剂或脱水剂如二环己基碳二亚胺（DCC），也可以使羧基和氨基有效组成酰胺键，这是应用最为广泛也最为有效的一种方法。反应在常温下进行，中间体无需分离，产率也很高。此外，N-羟基丁二酰亚胺也是一个活化羧基的优良试剂。第四十五张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月NOOOHNOORCHCO2NHCbzNHCbzRCHCO2HDCCRNHCHRCO2RRCHCONRCHRCO2R+第四十六张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月多肽的合成例：（Cbz）第四

23、十七张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月例：第四十八张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月多肽固相合成法以快速简便的操作和较高的产率显示了这一方法的优越性和新颖性。该方法主要是在不溶性的由苯乙烯和对苯二乙烯共聚树脂（P）的表面上进行反应。第四十九张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月树脂表面上已经进行了氯甲基化，它和一个氨基酸反应时，苄基氯反应生成苄酯并接在树脂上，该树脂和氨基已用叔丁氧甲基（BOC）基团保护过的另一种氨基酸在DCC存在下振荡，生成一个仍挂在树脂上的氨基被保护的二肽，用三氟乙酸或HAc/HCl去掉BOC基团后再和另一个氨基酸反应，如此重复不断构成新的肽

24、键，直到达到所需的肽的氨基酸数目和类型，最后一步用氢溴酸和三氟乙酸处理，使肽链从树脂上分裂下来，树脂也恢复为溴甲基化的树脂，可以继续用于固相合成。第五十张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月固相多肽合成的方法已经应用于自动化的仪器操作上，使合成速度大大加快，过去需要几年时间才能完成的合成工作在仪器上进行只要十几天就可以了。Merrifield也因其出色的多肽固相合成工作而荣获1984年诺贝尔化学奖。第五十一张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月固相合成方法的优点是可以用过量的试剂，使偶联反应更快、更有效，多余的试剂、副产物、溶剂容易洗涤除去，只有产物在树脂上，省去了重结晶和层析

25、的分离操作，操作相对较为简单并可实现自动化。缺点是生成的多肽在最后一步完成后才进行提纯，即使每步的产率99%，也有1%未起反应，而且得到的多肽中会混有缺少一个或多个杂质肽，这给提纯工作带来很大的困难。第五十二张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月通过重组DNA技术还可得到肽类药物、疫苗等。越来越多的小肽可作为药物，具有重要的应用价值，但由于它们天然存在量极微而难以提取及纯化，故化学合成小肽成为重要的途径。如化学合成的二肽L-天冬酰苯丙氨酰甲酯（L-aspartyl-L-phenylalanylmethylester）,就是一种人造甜味剂，其商品名“NutraSweet”。其结构式如下：

26、第五十三张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月CHCH2NCHOMeCH2COOHH3NCCOO-第五十四张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月自然界中的肽有着重要的生理作用，如谷半胱甘肽存在于大多数细胞之中，除了只有几个氨基酸组成的小肽化合物外，生物体内还广泛存在着有重要生理活性作用的多肽化合物，它们作为激素如胰岛素、血小板活化因子，也可以作为神经调节剂如脑啡肽、神经生长因子、胰酶分泌肽等，这些多肽能结合于特定的受体并刺激酶的活化和合成。第五十五张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月有的多肽也是一类生物调节剂，可以促进前列腺素、甲状腺素、糖蛋白等的释放，因此，某些多肽

27、化合物可以用来治疗一些疾病。在细胞内，多肽是由比较大的肽经一系列酶催化的降解反应而产生的。目前，基因工程是一个合成多肽化合物的重要手段，但对于肽链长度小于20个氨基酸的多肽，则常常通过化学合成的方法得到。第五十六张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月通常将分子量较大、结构较复杂的多肽称为蛋白质(protein)。蛋白质用酸彻底水解后得到的产物也是各种-氨基酸。蛋白质还具有更复杂的特殊的空间构象。多肽的分子量达到一定的程度且具有一定的空间结构就称为蛋白质。多肽与蛋白质的差别：1)分子量不同（通常蛋白质的分子量在10,000以上）；2)蛋白质有一定的空间结构，有特定的构象，特定的构象是肽和

28、蛋白质的主要差别。第二节蛋白质第五十七张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月1.蛋白质的四级结构（1）蛋白质的一级结构：蛋白质的一级结构是指肽链中氨基酸的排列顺序，主要连接链为肽键。蛋白质分子中并不总是一条简单的肽链，可以有分枝和环状.肽链中可在同一条链上有二硫键，二硫键是连接肽链内或肽链间的主要桥键，它在分子中起着稳定肽链空间结构的作用。一般来说，二硫键数目越多，蛋白质结构的稳定性也越强。生物体内起保护作用的皮、角、毛、发的蛋白质中二硫键最多。第五十八张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月蛋白质的空间结构是指蛋白质分子中原子和基团在空间的排列分布和肽链的走向。它是以一级结构为

29、基础的。尽管肽键为单键，可旋转形成无数构象，但由于蛋白质分子中存在大量的肽键及其它基团，基团间的相互作用使旋转不能自由，从而使蛋白质具有一定的构象。蛋白质的空间结构通常从二级结构、三级结构、四级结构（由两条以上肽链形成的蛋白质才可能有四级结构）水平来研究。第五十九张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月指多肽链本身的折叠和环绕的方式。主要讨论主链的构象，不讨论侧链的构象。它的内容包括-螺旋、-折叠、-转角以及无规卷曲。(2).蛋白质的二级结构-螺旋是1951年由Pauling等人研究了羊毛、猪毛等的-角蛋白的X-射线衍射模型后提出的。它不仅存在于纤维状蛋白质中，也存在于球状蛋白质中。它的

30、多肽链象螺旋一样卷曲，天然蛋白质中绝大多数为右手螺旋.第六十张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月a-螺旋第六十一张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月-螺旋肽链中相邻两个肽键之间的关系每3.6个氨基酸残基螺旋上升一周，每圈螺旋的高度为0.54nm，每个氨基酸残基沿轴上升0.15nm，每个氨基酸残基沿轴旋转1000；同一肽链内相邻螺圈之间形成氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行，每个残基的氨基与前面隔了3个残基的羰基形成氢键，典型的-螺旋的氢键环内原子数为13个。第六十二张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月 CONHCHCON3HHydrogenBondR第六十三张，PP

31、T共一百六十七页，创作于2022年6月 -折折叠叠也也是是由由Pauling等等人人于于1951年年提提出出的的，最最早早发发现现于于纤纤维维状状蛋蛋白白中中，它它与与-螺螺旋旋的的不不同同之之处处在在于于：-折折叠叠的的肽肽链链比比较较舒舒展展，只只是是它它的的主主链链的的骨骨架架进进行行了了一一定定的的折折叠叠；-折折叠叠是是链链间间形形成成氢氢键键，主主链链的的骨骨架架必必须须进进行行一一定定的的折折叠叠才才有有利于形成氢键。利于形成氢键。第六十四张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月蛋白质的二级结构b-折迭第六十五张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月-折叠的肽链中相邻

32、两个肽键之间的关系第六十六张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月蛋白质分子在二级结构的基础上进一步卷曲折叠，构成一个很不规则的具有特定构象的蛋白质分子。这种由-螺旋、-折叠、-转角等二级结构之间相互配置而成的构象称为三级结构。(3).蛋白质的三级结构第六十七张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月氨基酸侧链上各种分别带有正或负的电荷基团之间的相互吸引可以形成盐键；相同性质的疏水基团之间能够形成疏水键；侧链靠近时又可以产生范氏作用力或氢键而相互吸引；两个半胱氨酸之间则可以产生二硫键等等。这些作用被统称为次级作用，次级作用对蛋白质三级结构的形成和稳定存在起着重要的作用。在二级结构基础

33、上折叠是有固定形式的，每一种蛋白质都在给定的条件下按特定的方式形成三级结构。第六十八张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月三级结构对蛋白质的性质和生理功能产生很大影响。如在球蛋白中，折叠结构使之尽可能将中性氨基酸中非极性的疏水基团包在多肽链内以保持一定的几何构型，起到一个基架的作用并排斥水分子的进入。而极性的基团，如酸性或碱性氨基酸中的亲水基团暴露在外，它们可以和极性溶剂形成氢键。因此，球蛋白可以在水中形成水溶性胶体。第六十九张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月许多蛋白质分子是由两条或多条肽链所组成的，每条肽链都有各自独立的一级、二级和三级结构。不同的肽链之间并无共价键链，但

34、它们也可依靠次级作用相互吸引靠拢。也有一些蛋白质是由若干个简单的蛋白质分子组成。蛋白质中由一条或多条肽链组成的最小单位称为亚基，亚基的数目大多数为偶数，以亚基、亚基命名，不少复杂的蛋白质分子由于亚基之间的副键之间的作用，而继续构成它独特的空间结构，这就是蛋白质的四级结构。(4).蛋白质的四级结构第七十张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月单独的亚基大多数是没有生物活性的，而具有完整的四级结构的蛋白质分子将具有特定的生理活性，这些蛋白质分子中的亚基数目、种类和空间结构中相互的缔合吸引作用所造成的构象都有严格的排列方式。第七十一张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月蛋白质的一级结构

35、示意图蛋白质的四级结构的比较：第七十二张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月蛋白质的二级结构示意图第七十三张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月蛋白质的三级结构示意图第七十四张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月蛋白质的四级结构示意图第七十五张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月Sanger F经过近10年的努力，正确地给出了牛胰岛素的一级结构，这在生物化学和有机化学领域中都是有划时代意义的一件大事。他的工作为胰岛素的实验室合成奠定了基础，促进了蛋白质结构的研究，为此荣获1958年度诺贝尔化学奖。牛胰岛素由17种51个氨基酸及两条肽链A、B所组成，在A7和B7及

36、A20和B19之间有二硫键相连，在A链的A6和A11之间也通过二硫键成环。从1959年开始，我国化学家经过6年的努力，于1965年在世界是首次成功地完成了人工全合成牛胰岛素的工作，这标志着人类在探索生命现象的征途中跨出了重要的一步，反映出我国科学界的科技创新水平，具有重要的理论意义。第七十六张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月牛胰岛素的结构第七十七张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月蛋白质与氨基酸相同或相关：两性解离及等电点、紫外吸收性质、呈色反应等等。蛋白质与氨基酸化学性质完全不同：高分子量、胶体性质、沉淀、变性和凝固。认识蛋白质在溶液中的性质，对于蛋白质的分离、纯化以及

37、结构与功能的研究等都极为重要。2.蛋白质的性质第七十八张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月（1）酸碱性质和等电点蛋白质中可解离的主要基团是侧链上的基团：两性离子PNH3+COOHH+PNH3+COO-H+PNH2COO-第七十九张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月等电点：指蛋白质在某一定PH值的环境中，所带正电荷与负电荷恰好相等，也就是总的净电荷为0，此时的PH值称为蛋白质的等电点。在等电点时，蛋白质的溶解度最小，因为没有净电荷，胶体不稳定；导电性、黏度、渗透压也最小。第八十张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月（2）胶体性质蛋白质是高分子化合物，由于分子量大，它在

38、水溶液中所形成的颗粒具有胶体溶液的特征。蛋白质水溶液是一种比较稳定的亲水胶体，这是因为蛋白质颗粒表面有大量极性基团，它们和水有亲和性，很易在蛋白质颗粒表面形成一水化层，水膜的存在使蛋白质颗粒相互隔开，颗粒之间不会碰撞而聚成大颗粒。水化膜是维持蛋白质胶体稳定的重要因素之一。另外蛋白质颗粒在非等电点状态时带有相同的电荷，使蛋白质颗粒之间相互排斥，保持一定距离，不致互相凝聚沉淀。第八十一张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月蛋白质溶液还具有粘度大，扩散速度慢等高分子溶液的性质，它一般也不能透过半透膜，利用半透膜分离纯化蛋白质的方法叫透析。人体的细胞都具有半透膜性质，使不同的蛋白质合理地分布在

39、细胞内外不同的部位分别发挥作用，这对维持正常的电解质和水的平衡分布及调节各类物质的代谢作用均具有重要的意义。第八十二张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月当蛋白质在某些物理和化学因素影响下，如加热、加压、超声、光照、辅照、震荡、搅拌、干燥、脱水或强酸、强碱、重金属及有机溶剂乙醇、丙酮、脲等作用下，缔合的肽链松展开来，它的多级空间结构被破坏而不复存在。此时，虽然蛋白质中的肽链并无断裂，但蛋白质的物理化学性质和生物特性都被改变了，即产生了蛋白质的变性作用。（3）变性作用和水解第八十三张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月肽链中的作用力主要分为三类：第一是氢键第二是疏水基团之间的作用

40、力第三是极性基团之间的作用第八十四张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月在这些作用力的共存下肽链形成一定的构象，外界环境变化时，构象就会产生变化。在变性的早期阶段，空间构象尚未深度破坏，变性作用是可逆进行的，如血红蛋白在低浓度的水杨酸钠溶液中变性，除去水杨酸钠后其天然性质仍得以恢复。此时，变性破坏的只是蛋白质的三级和四级结构。但变性过度，蛋白质分子的二级和三级结构都彻底变化后，蛋白质将不能再恢复到其原有的结构，这样的变性就成为不可逆的了。因此，变性从分子水平上考虑，可以由微小结构上的改变到全部肽链的重新排列。第八十五张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月变性后的蛋白质最显著的特

41、点是溶解度降低、粘度增加和难以结晶，更容易被蛋白酶催化水解。蛋白微热后就凝固变为不透明的硬块，这就是一种不可逆的深度变性作用。变性作用带来的另一个重要影响是蛋白质原来有的生理活性完全丧失。蛋白质的变性和人类的生活生产活动密切相关。第八十六张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月种子要在适当的条件环境下保存以免其变性而失去发芽的能力；疫苗、制剂、免疫血清等蛋白质产品在储存、运输和使用过程中也要注意防止变性；延迟和制止蛋白质变性也是人类保持青春、防止衰老的一个有效过程。另一方面我们又可以用注入酒精和加热、辐照等手段使病菌和病毒的蛋白质变性而起到治病、消毒和灭菌等作用。变性后的煮熟蛋白质更易被

42、人体吸收，酸奶是牛奶经发酵而成，其所含的蛋白质变性后也比鲜牛奶更易消化吸收，营养价值也更高一点。（4）沉淀第八十七张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月盐析往蛋白质水溶液中加入氯化钠等中性电解质盐，使蛋白质分子表面的电荷被中和，失去电荷的蛋白质颗粒就开始凝聚，牛奶中加入食盐就可看到结块现象。如果盐析时溶液的PH正好在等电点PI上，其盐析效果更佳，沉淀出的蛋白质在这样的场合下，一般不会变性。加热加热可使某些蛋白质变性凝固沉淀出来，这与热运动使氢键破坏有关，加热灭菌是使细菌体内的蛋白质凝固失去生理活性。蛋白质从溶液中析出的现象即蛋白质的沉淀。第八十八张，PPT共一百六十七页，创作于2022

43、年6月加脱水剂丙酮、甲醇和乙醇等亲水性强的有机溶剂加到蛋白质溶液中后，这些有机溶剂的亲水能力很强，使蛋白质胶体颗粒表面的水化膜消失而产生沉淀或进入肽链空隙引致溶胀作用使氢键和分子间力受到破坏。这个过程中还往往引起变性作用，75%的乙醇有最强的灭菌作用,也是此性质所产生的效果。第八十九张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月化学试剂钨酸、鞣酸、三氯乙酸和苦味酸、磷钨酸等生物碱试剂即能使生物碱沉淀也能使蛋白质沉淀，这 些 试 剂 与 蛋 白 质 结 合 后 生 成 不 溶 性 的 盐，Hg2+,Ag+,Cu2+等重金属也会和蛋白质结合生成沉淀，此时蛋白质往往也发生变性作用。利用这个性质在临床

44、上可用来救治重金属盐中毒的病人，给他们口服生鸡蛋和生牛奶，使其和重金属离子结合成不溶性的能沉淀的蛋白质，然后在催吐剂作用下将它们呕出达到解毒的作用。第九十张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月蛋白质的凝固、沉淀和变性有一定关系，但变性不一定就会沉淀，凝固的变性蛋白质也不一定沉淀，在等电点附近蛋白质最易沉淀。此外，沉淀还有可逆和不可逆两种。可逆沉淀中沉淀出的蛋白质分子的各级结构基本没有变化，消除掉沉淀因素，沉淀蛋白质就会重新溶解，而不可逆沉淀则不会再重新溶解了。用盐析法沉淀的蛋白质是可逆的，用重金属盐离子的方法得到是不可逆的沉淀的蛋白质，用有机溶剂方法沉淀的蛋白质在初期是可逆的，时间长了

45、以后也成为不可逆的了。第九十一张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月（5）颜色反应伯胺和含有-氨基酰基官能团的化合物与茚三酮反应均能生成蓝紫色物质，蛋白质也有同样的反应现象并可用于它的定性和定量分析。碱性蛋白质溶液中滴加硫酸铜稀溶液，铜离子与四个肽键上的氮原子形成紫红色的配位络合物，肽键越多，颜色越深，因为双缩脲在碱性溶液中和0.5%CuSO4溶液反应产生紫红色，故蛋白质的这个呈色反应又被称为蛋白质的双缩脲反应。第九十二张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月蛋白质遇到硝酸，在芳香氨基酸的侧链芳香环上发生硝化反应，产生黄色，这被称为蛋白黄反应。做实验时皮肤不慎溅上硝酸会留下黄色的

46、痕迹就是蛋白黄反应的结果。第九十三张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月细胞内除水以外，其余80%的物质都是蛋白质。一个很小的由100种氨基酸组成的蛋白质中，20种不同氨基酸的排列有20100种不同的方式。组成一个蛋白质的氨基酸种类、数量及它们的排列顺序和构象是一定的，不能改变一个，不然就会引起蛋白质性质和其生理功能的变化。如，正常人的血红蛋白和患镰刀形红细胞疾病的病人的血红蛋白不同，但差别仅仅在于前者-链上第六个氨基酸是谷氨酸，后者在同样的位置上却是缬氨酸。这一细小的差异使前者的红细胞呈双凹盘形，但后者的却是镰刀形，它储存输送氧气的功能不及前者，造成贫血症状。3.蛋白质的生理功能及合

47、成第九十四张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月许多遗传性疾病的致病原因就是某个蛋白质中的某个氨基酸发生改变所造成的。已经发现，在血红蛋白的一条-链上的146个氨基酸中，人与马有26处不同，与猪有10处不同，而与大猩猩只有1处差别。这个例子反映出生物体系中某些蛋白质的一级结构上的差别和物种进化也有关系。第九十五张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月蛋白质的营养价值对生物体而言，一是维持组织的生长、更新和修复，二是氧化供给热能。但食进的蛋白质不会百分之百被消化吸收，消化的程度大小用消化率来表示，不同蛋白质的消化率既与其结构有关，也于其加工和烹饪有关。大多数植物性食物的蛋白质比例低

48、而不全，但大豆蛋白属全蛋白，有很高的营养价值。但是，这些蛋白多存在于由纤维素所组成的植物细胞内。第九十六张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月由于人体不能消化纤维素，因此也妨碍了对植物蛋白的吸收。食物经加工处理后可以改善其营养价值。煮熟的黄豆，其消化率为65%，磨成豆浆后可达85%，豆浆中的蛋白变性凝固后，制成的豆腐、豆腐干等的消化率可达95%，几乎与动物蛋白的消化率相仿。空气中的氮和无机盐中的氮不会在人体内转变为蛋白质中的氮，糖和脂肪也不会转化为蛋白质，人体只能从食物中来获取蛋白质。第九十七张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月营养学研究表明，从蛋白质中消化吸收的氮量和代谢排

49、出的氮量是相等的，即达到所谓的氮平衡。每天从食物中摄入的蛋白质在人体内经过代谢后，新的蛋白质不断补充到组织细胞中，而旧的蛋白质被替代出来。据研究，人体内每天有3%左右的蛋白质得到更新。正常人的蛋白质需要量约为煤炭每千克体重1.2克，否则就难以维持正常的氮平衡。第九十八张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月利用微生物也可以进行人造蛋白质的工业化生产。某些专“吃”石油的酵母菌能在纯石蜡和粗汽油等烃类底物上生长发酵，给其提供必要的水、氧、微量元素和合适的PH等生长繁殖条件，碳氢化合物在酵母菌内被氧化成对应的脂肪酸而后降解，每一吨链烷和0.11吨氨在500Kg酵母菌上一昼夜可以得到1.2吨左右

50、的干酵母，比动物、植物产生蛋白质的速度还要快。将其脱油、脱色、脱脂后其蛋白质含量可达60%，大于大豆，类似鱼粉，营养价值可与乳、肉相当，还含有维生素和氨基酸、糖等营养物质，完全可供动物和人食用。第九十九张，PPT共一百六十七页，创作于2022年6月第三节第三节 核酸化学核酸化学一、核酸的概念核酸是由几十甚至几千个核苷酸聚合成的，并且具有一定空间结构的高分子化合物。1868年瑞士外科医生米歇尔（Miescher.F），首次从外科绷带上脓细胞的细胞核中，分离出了一种有机物质，它的含磷量之高超过当时任何已被发现的有机物，并且有很强的酸性。因为当时是从细胞核中发现的，所以称为核酸。第一百张，PPT共一