醫(yī)用化學之蛋白質和核酸

1、第十六章 蛋白質 和核酸,主要內容,§16.1 蛋白質的化學組成§16.2 蛋白質及其衍生物§16.3 核酸,§16.1 蛋白質的化學組成,一、蛋白質的元素組成 根據對蛋白質的元素分析表明碳50%～55%、氫6%～8%、氧19%～24%、氮13%～19%。除此四種元素外，大多數蛋白質還含有硫，有的還含有磷、碘等。,,,§16.1 蛋白質的化學組成,二、

2、蛋白質結構的基本單位 1. 氨基酸的結構通式 分子中既含有氨基(－NH2)又含有羧基(－COOH)的化合物。α-氨基酸的通式一般表示為：,§16.1 蛋白質的化學組成,二、蛋白質結構的基本單位 除甘氨酸外，組成蛋白質的α-氨基酸都有旋光性，而且其構型都是L型。L-α-氨基酸的通式為： 2. 氨基酸的分類,§16.1 蛋白質的化學組成,二、蛋白質結構的基本單位 按分子中氨基和羧

3、基的相對位置分為α-氨基酸、β-氨基酸、γ-氨基酸。其中α-氨基酸最為重要。 自然界中存在的氨基酸有200余種，但由生物體內蛋白質水解而得到的氨基酸只有20余種。,,,,§16.1 蛋白質的化學組成,根據分子中烴基的結構不同，氨基酸可分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)氨基酸。 根據分子中所含氨基和羧基的數目不同，氨基酸又分為：中性氨基酸 酸性氨基酸 堿性氨基酸,,二、蛋白質結構的基本單位,§

4、16.1 蛋白質的化學組成,二、蛋白質結構的基本單位3.氨基酸的命名 可以采用系統(tǒng)命名法，以羧酸為母體，氨基做為取代基，稱為氨基某酸。氨基的位置可用阿拉伯數字表示，也可用希臘字母α、β、γ等表示，并寫在氨基酸名稱前面。,,§16.1 蛋白質的化學組成,二、蛋白質結構的基本單位例如：常見的α-氨基酸甘氨酸 甘 CH2(NH2)COOH 5.97,,§16.1 蛋白質的化學組成,

5、二、蛋白質結構的基本單位丙氨酸　丙 CH3CH(NH2)COOH (α-氨基丙酸) 　Ala胱氨酸(Cystine)胱 (雙-β-硫代-α-氨基丙酸) 4.α-氨基酸的理化性質(1)兩性電離和等電點,,,,§16.1 蛋白質的化學組成,二、蛋白質結構的基本單位4.α-氨基酸的理化性質(1)兩性電離和等電點　 氨基酸分子中的氨基可以接受羧基上電離出的H＋，成為既帶正電荷又帶負電

6、荷的兩性離子(又稱偶極離子)。 這種兩性離子相當于氨基酸分子內部酸性基團和堿性基團相互作用所形成的鹽，稱為內鹽。,,§16.1 蛋白質的化學組成,,,,,二、蛋白質結構的基本單位,(1)兩性電離和等電點,§16.1 蛋白質的化學組成,二、蛋白質結構的基本單位(1)兩性電離和等電點　氨基酸具有兩性，在酸性溶液中發(fā)生堿式電離：在堿性溶液中，發(fā)生酸式電離。,,,,§16.1 蛋白質的化學

7、組成,二、蛋白質結構的基本單位 (1)兩性電離和等電點　 如將氨基酸水溶液的pH值調到某一特定數值，使其酸式電離程度和堿式電離程度相等，則氨基酸幾乎全部以兩性離子的形式存在，整個氨基酸分子是電中性的，在電場中不向任何一極移動。,,§16.1 蛋白質的化學組成,二、蛋白質結構的基本單位 (1)兩性電離和等電點　 此時溶液的pH值稱為氨基酸的等電點，常用pI表示。氨基酸在溶液中的存在形式隨溶液酸堿性的變化可表示如

8、下：等電點是氨基酸的一個重要物理常數。,,§16.1 蛋白質的化學組成,二、蛋白質結構的基本單位 (1)兩性電離和等電點　 在等電點時，以內鹽形式存在的氨基酸溶解度最小，最容易從溶液中析出。因此，可以用調節(jié)等電點的方法鑒別氨基酸或分離氨基酸的混合物。 (2)成肽反應 α-氨基酸分子間氨基與羧基脫水，生成以酰胺鍵相連的化合物肽。,,§16.1 蛋白質的化學組成,二、蛋白質結構的基本單位(2)成肽

9、反應例如：肽分子中的酰胺鍵（ ）又稱肽鍵。肽有二肽、三肽、四肽……以至多肽。。,,§16.1 蛋白質的化學組成,二、蛋白質結構的基本單位(2)成肽反應 如甘氨酸和丙氨酸組成的二肽可有兩種異構體：,,§16.1 蛋白質的化學組成,二、蛋白質結構的基本單位(2)成肽反應 多肽的命名是以C-端氨基酸為母體，從N-端開始命名，依次稱為“某氨酰某氨酸”。例如γ-谷氨酰半胱氨酰

10、甘氨酸，簡稱谷胱甘肽，其結構式為：,,,§16.1 蛋白質的化學組成,二、蛋白質結構的基本單位(3)顯色反應α-氨基酸與茚三酮的水合物在溶液中共熱，發(fā)生一系列的化學反應，最終生成藍紫色的化合物，這是檢驗氨基酸的靈敏方法。反應過程如下：,,§16.2 蛋白質及其衍生物,一、蛋白質的結構和性質蛋白質是由很多個α-氨基酸分子間失水以肽鍵—CONH—形成的高分子化合物，分子量很大，約一萬至數千萬。(一)蛋白質的分子結

11、構 多肽鏈是蛋白質的基本結構。多肽鏈中α-氨基酸排列的順序和連接方式叫做一級結構。,§16.2 蛋白質及其衍生物,一、蛋白質的結構和性質(一)蛋白質的分子結構 在一級結構中肽鍵是其主要的連接方式（主鍵）。蛋白質分子的空間結構分為蛋白質的二級結構、三級結構和四級結構。,§16.2 蛋白質及其衍生物,α-螺旋結構,β-折疊結構,蛋白質的二級結構,(一)蛋白質的分子結構,§16.2 蛋白質

12、及其衍生物,一、蛋白質的結構和性質(一)蛋白質的分子結構 在二級結構的基礎上多肽鏈（α-螺旋）還可以按照一定的方式卷曲折疊，形成復雜的空間結構，這就是蛋白質的三級結構。三級結構是由靜電引力、氫鍵、二硫鍵、疏水鍵和酯鍵等副鍵來維系的，見圖16-2。,§16.2 蛋白質及其衍生物,一、蛋白質的結構和性質(一)蛋白質的分子結構 有些具有三級結構的多肽鏈并不單獨顯示生物活性，幾條具有三級結構的肽鏈（此時叫做亞基），通過氫鍵

13、，疏水鍵，靜電引力等副鍵締合成蛋白質的四級結構，見圖16-3。,,§16.2 蛋白質及其衍生物,,圖16-2 蛋白質的三級結構 　　 圖16-3 蛋白質的四級結構,一、蛋白質的結構和性質(一)蛋白質的分子結構,§16.2 蛋白質及其衍生物,一、蛋白質的結構和性質(二)蛋白質的性質1.兩性電離和等電點 蛋白質雖是氨基酸通過肽鍵連接而成的大分子，但分子中仍含有一定數量游離的羧基和氨基。蛋白質與氨基酸一樣具有

14、兩性電離的性質，可以與酸或堿作用生成鹽。,,,§16.2 蛋白質及其衍生物,一、蛋白質的結構和性質(二)蛋白質的性質1.兩性電離和等電點,,酸性蛋白質的等電點小于7，堿性蛋白質的等電點大于7。,§16.2 蛋白質及其衍生物,一、蛋白質的結構和性質(二)蛋白質的性質2.變性 蛋白質在某些理化因素作用下其空間結構發(fā)生改變，使蛋白質的理化性質和生物活性發(fā)生變化，這種現象稱為蛋白質的變性。變性后的蛋白質稱為變性蛋

15、白質。蛋白質變性后，理化性質最明顯的改變是溶解度降低，本來在等電點附近能溶于水的蛋白質，變性后不再溶解而產生沉淀。,§16.2 蛋白質及其衍生物,一、蛋白質的結構和性質(二)蛋白質的性質3.蛋白質的沉淀 蛋白質自溶液中成固體析出，稱為蛋白質的沉淀作用。,,一、蛋白質的結構和性質(二)蛋白質的性質沉淀蛋白質的方法有以下幾種：(1)鹽析 這種應用電解質鹽類使蛋白質析出沉淀的過程稱鹽析。,,,§16.2

16、 蛋白質及其衍生物,,一、蛋白質的結構和性質(二)蛋白質的性質沉淀蛋白質的方法有以下幾種：(2)加入脫水劑 利用有機溶劑沉淀蛋白質后有機溶劑很容易蒸發(fā)除去。,,,§16.2 蛋白質及其衍生物,§16.2 蛋白質及其衍生物,一、蛋白質的結構和性質(二)蛋白質的性質(3)加入重金屬鹽 蛋白質在pH值高于其等電點的溶液中帶負電荷，因此可與Hg2+，Cu2+，Pb2+，Ag+等重金屬離子結合成不溶性的沉淀

17、物質。例如：,,§16.2 蛋白質及其衍生物,一、蛋白質的結構和性質(二)蛋白質的性質(4)加入生物堿沉淀試劑 沉淀生物堿的試劑例如：磷鎢酸、苦味酸、鞣酸等，一般都是有機酸或無機酸，而蛋白質在pH值低于其等電點的溶液中帶正電荷。例如：,,§16.2 蛋白質及其衍生物,一、蛋白質的結構和性質(二)蛋白質的性質4.蛋白質的顏色反應(1)黃蛋白反應 分子組成中含有酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸的蛋白質，與濃硝酸

18、作用，生成白色沉淀，加熱顏色變黃，加堿堿化后，轉變?yōu)槌赛S色，稱為黃蛋白反應。,,一、蛋白質的結構和性質(二)蛋白質的性質4.蛋白質的顏色反應(2)米倫反應 米倫（Millon）試劑是硝酸汞和硝酸亞汞的硝酸溶液。分子組成中含有酪氨酸的蛋白質，遇米倫試劑即產生白色沉淀，加熱變暗紅色，叫做米倫反應。,,§16.2 蛋白質及其衍生物,§16.2 蛋白質及其衍生物,一、蛋白質的結構和性質(二)蛋白質的性質4.蛋白

19、質的顏色反應(3)與亞硝酰鐵氰化鈉反應 含有游離巰基（-SH）的蛋白質和亞硝酰鐵氰化鈉的氨溶液反應，即顯淡紅色。,§16.2 蛋白質及其衍生物,二、酶 酶的催化作用有兩個特點：其一是強大的催化作用，其二是作用的專一性。某一種酶只能催化某一物質的反應，如脂酶只能水解脂肪，乙酰膽堿酶只能水解乙酰膽堿。,§16.2 蛋白質及其衍生物,二、酶（一）來源 明膠（gelatin）是膠原溫和斷裂的產物，它是天然多

20、肽的聚合物。 （二）性質 明膠實際上就是這些碎片，市售明膠呈淡黃色，外型有薄片、粒狀，無味，無臭。,§16.2 蛋白質及其衍生物,二、酶（二）性質1．溶脹和溶解 明膠遇冷水會溶脹，在熱水中（加熱至40℃）即完全溶解成溶液。 溶膠形式A 凝膠形式B,§16.2 蛋白質及其衍生物,二、酶（二）性質2．凝膠化 明膠溶液可因溫度降低而形成具有一定硬度、不能流動的凝膠，凝膠存在的溫度最高為3

21、5℃。,,§16.2 蛋白質及其衍生物,二、酶（二）性質3．粘度 明膠分子量愈大，分子鏈愈長，則愈有利于形成網狀結構，粘度也愈大。,,§16.2 蛋白質及其衍生物,二、酶（二）性質 4．穩(wěn)定性 明膠在室溫、干燥狀態(tài)下比較穩(wěn)定，可放置數年 。（三）應用 大量應用于制藥工業(yè)和食品工業(yè)。,§16.3 核酸,根據化學組成不同，核酸可分為核糖核酸（ribonucleicacid

22、,RNA），簡稱RNA和脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid, DNA），簡稱DNA。,§16.3 核酸,一、核酸的化學組成核酸 核苷酸 核苷 RNA和DNA之間除了戊糖不同外，嘧啶堿也有差別。DNA分子中是含有A，G，C，T四種堿基的脫氧核苷酸；RNA分子中則是含A，G，C，U四種堿基的核苷酸。,,,,§16.3 核酸,二 核苷與核苷酸（一）核苷 由戊糖與

23、堿基縮合而成的產物稱為核苷。 DNA水解而得的脫氧核糖核苷有腺嘌呤脫氧核苷、鳥嘌呤脫氧核苷、胞嘧啶脫氧核苷、胸腺嘧啶脫氧核苷。,,§16.3 核酸,二 核苷與核苷酸（一）核苷 RNA水解而得的核糖核苷有腺嘌呤核苷、鳥嘌呤核苷、胞嘧啶核苷和尿嘧啶核苷。,,§16.3 核酸,二 核苷與核苷酸（一）核苷 例如，尿嘧啶核苷、腺嘌呤脫氧核苷、 胸腺嘧啶脫氧核苷的結構式分別為：,,,,尿嘧

24、啶核苷 腺嘌呤脫氧核苷 胸腺嘧啶脫氧核,§16.3 核酸,（二）核苷酸 核苷酸是構成核酸的基本單位。單個核苷酸是由含氮有機堿(稱堿基)、戊糖(即五碳糖)和磷酸三部分構成的。例如，尿嘧啶核苷酸和腺嘌呤核苷酸結構式分別,§16.3 核酸,二 核苷與核苷酸（二）核苷酸如下：,,,尿嘧啶核苷酸 腺嘌呤核

25、苷酸,§16.3 核酸,二 核苷與核苷酸（二）核苷酸 (1)堿基(base)：構成核苷酸的堿基分為嘌呤（purine)和嘧啶（pyrimi-dine)兩類。前者主要指腺嘌呤（adenine，A）和鳥嘌呤（guanine，G），DNA和RNA中均含有這二種堿基。,§16.3 核酸,,,,,胞嘧啶（C） 尿嘧啶 （U） 胸腺嘧啶（T）,,,腺嘌呤（A） 鳥嘌呤(G),

26、二 核苷與核苷酸（二）核苷酸,§16.3 核酸,二 核苷與核苷酸（二）核苷酸 (2)戊糖：D－核糖，D－2－脫氧核糖。,,,β-D-核糖 β-D-2－脫氧核糖,§16.3 核酸,三、核酸的分子結構（一）核酸的一級結構 核酸的一級結構是指核酸分子中核苷酸的排列順序。核酸中的核苷酸以3＇，5＇磷酸二酯鍵構成無分支結構的線性分子。核酸鏈具有方向性，有兩個末端分別是5＇末端與