蛋白质和核酸 (2).ppt

蛋白质和核酸现在学习的是第1页，共46页蛋白质：蛋白质：含氮的天然高聚物，生物体内一切组织的基本组成部分含氮的天然高聚物，生物体内一切组织的基本组成部分除水外，细胞内除水外，细胞内80都是蛋白质都是蛋白质,人类的主要营养物质之一。人类的主要营养物质之一。酶（球蛋白）酶（球蛋白）机体内起催化作用机体内起催化作用 激素（蛋白质及其衍生物）激素（蛋白质及其衍生物）调节代谢调节代谢 血红蛋白血红蛋白运输运输O2和和CO2 抗原抗体抗原抗体免疫作用免疫作用蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸在生命现象中起重要的作用：在生命现象中起重要的作用：现在学习的是第2页，共46页19.1 氨基酸氨基酸一、简介：一、简介：蛋白质水解蛋白质水解 氨基酸氨基酸 天然天然-有旋光性，有旋光性，L-构型。构型。（S)半光半光氨氨酸例外酸例外 （R）型。）型。现在学习的是第3页，共46页20种常见氨基酸：种常见氨基酸：结构结构 名称名称 缩写缩写 等电点等电点 甘氨酸甘氨酸 Gly 5.97丙氨酸丙氨酸 Ala 6.00*颉氨酸颉氨酸 Val 5.96*异亮氨酸异亮氨酸 Ile 5.98I、中性、中性现在学习的是第4页，共46页 结构结构 名称名称 缩写缩写 等电点等电点*亮氨酸亮氨酸 Leu 6.02*苯丙氨酸苯丙氨酸 Phe 5.48半光氨酸半光氨酸 Cys 5.07*苏氨酸苏氨酸 Thr 5.6现在学习的是第5页，共46页谷酰胺谷酰胺 Gln 5.56 天冬酰胺天冬酰胺 Asn 5.07 结构结构 名称名称 缩写缩写 等电点等电点*蛋氨酸蛋氨酸 Met 5.74丝氨酸丝氨酸 Ser 5.68现在学习的是第6页，共46页 结构结构 名称名称 缩写缩写 等电点等电点脯氨酸脯氨酸 pro 6.30酪氨酸酪氨酸 Tyr 5.66 *色氨酸色氨酸 Trp 5.89 天冬氨酸天冬氨酸 Asp 2.77II 酸性酸性现在学习的是第7页，共46页 结构结构 名称名称 缩写缩写 等电点等电点谷氨酸谷氨酸 Glu 3.22III 碱性碱性*赖氨酸赖氨酸 Lys 9.74精氨酸精氨酸 Arg 10.76组氨酸组氨酸 His 7.59(*为必要氨基酸，人体内不能合成，只能从食物中得到）为必要氨基酸，人体内不能合成，只能从食物中得到）现在学习的是第8页，共46页二、氨基酸的性质：二、氨基酸的性质：1、两性、两性离子型化合物：离子型化合物：熔点高（分解）熔点高（分解）难溶于有机溶剂难溶于有机溶剂通常以内盐形式存在：通常以内盐形式存在：现在学习的是第9页，共46页 等电点等电点 中性氨基酸中性氨基酸 56.3酸性氨基酸酸性氨基酸 2.83.2碱性氨基酸碱性氨基酸 7.610.8 溶解度最小溶解度最小控制控制PH值，可得不同电荷值，可得不同电荷形式的离子形式的离子电泳分离电泳分离可以分别起氨基和酸基的反应：可以分别起氨基和酸基的反应：2、与亚硝酸的反应：、与亚硝酸的反应：定量分析伯氨基定量分析伯氨基现在学习的是第10页，共46页紫色物质，用于紫色物质，用于氨基酸氨基酸的比色测定和纸层析显色的比色测定和纸层析显色3、与水含茚三酮的反应：、与水含茚三酮的反应：现在学习的是第11页，共46页三、氨基酸的制备三、氨基酸的制备：蛋白质水解蛋白质水解20种常见氨基酸种常见氨基酸 有机合成：有机合成：1、由醛（或酮）制备：、由醛（或酮）制备：现在学习的是第12页，共46页盖布瑞尔法可得比较纯产品：盖布瑞尔法可得比较纯产品：3、由丙二酸酯合成：、由丙二酸酯合成：例例：现在学习的是第13页，共46页现在学习的是第14页，共46页 溴代丙二酸酯结合盖布瑞尔法亦可溴代丙二酸酯结合盖布瑞尔法亦可例：例：现在学习的是第15页，共46页四、氨基酸的拆分：四、氨基酸的拆分：合成外消旋氨基酸，用酶拆分是重要的方法一。合成外消旋氨基酸，用酶拆分是重要的方法一。例：例：现在学习的是第16页，共46页19.2 多多 肽肽氨基酸氨基酸A的羧基与的羧基与B的氨基缩合成酰胺的氨基缩合成酰胺:2个氨基酸形成肽个氨基酸形成肽二肽二肽 肽键肽键 3个氨基酸形成肽个氨基酸形成肽三肽三肽 分子量分子量 10000-多肽多肽组成蛋白质组成蛋白质 许多多肽本身有重要的生理作用许多多肽本身有重要的生理作用后叶催产素后叶催产素八肽八肽胰岛素胰岛素五十一肽五十一肽一、多肽的结构测定一、多肽的结构测定：基本问题基本问题由哪些氨基酸组成的，每种有多少个？由哪些氨基酸组成的，每种有多少个？这些氨基酸按照什么次序结合成肽键？这些氨基酸按照什么次序结合成肽键？现在学习的是第17页，共46页做法：做法：现在学习的是第18页，共46页测测 N 端端：（1）桑格试剂法）桑格试剂法缺点：只能测缺点：只能测 N 端的一个氨基酸端的一个氨基酸现在学习的是第19页，共46页（2）、）、Edman 水解：水解：异硫睛酸苯酯异硫睛酸苯酯（）现在学习的是第20页，共46页测测C端端：（1）、羧基多肽酶法：）、羧基多肽酶法：（2）、部分水解法：）、部分水解法：各种蛋白水解酶能水解特定的肽键：各种蛋白水解酶能水解特定的肽键：多肽多肽 小肽，然后分析小肽，然后分析.现在学习的是第21页，共46页如如：现在学习的是第22页，共46页二、多肽的合成：二、多肽的合成：要求：要求：氨基酸按一定的次序连接起来氨基酸按一定的次序连接起来达到一定分子量达到一定分子量不外消旋化不外消旋化COOH的保护的保护 比酰胺比酰胺易水解易水解现在学习的是第23页，共46页NH2的保护：的保护：现在学习的是第24页，共46页19.3 蛋蛋 白白 质质分类分类纤维蛋白纤维蛋白:丝、毛、皮、角、爪和甲等丝、毛、皮、角、爪和甲等球蛋白球蛋白:酶和蛋白激素（溶于水、盐水等酶和蛋白激素（溶于水、盐水等结合蛋白结合蛋白:与核酸、糖、脂肪及血红素等结合与核酸、糖、脂肪及血红素等结合 一、结构：四级结构一、结构：四级结构 1、氨基酸组成和顺序、氨基酸组成和顺序、2、肽链按、肽链按:螺旋方式卷曲而成的空间结构（通常）螺旋方式卷曲而成的空间结构（通常）平行或非平行排列的折叠状平行或非平行排列的折叠状 3、同一根多肽链形成螺旋状，某些部分还折叠起来，链、同一根多肽链形成螺旋状，某些部分还折叠起来，链 的形状、距离与特定的生理作用有关。的形状、距离与特定的生理作用有关。4、若干分子堆叠形成、若干分子堆叠形成 n根根纤维蛋白链扭成股，纤维蛋白链扭成股，n股又扭成绳状股又扭成绳状n根链累在一起形成球状根链累在一起形成球状现在学习的是第25页，共46页1、蛋白质的一级结构、蛋白质的一级结构一级结构一级结构 是指蛋白质分子链中各种氨基酸结合的顺序。是指蛋白质分子链中各种氨基酸结合的顺序。胰岛素的一级结构及不同动物胰岛素在胰岛素的一级结构及不同动物胰岛素在A链中的差异链中的差异 现在学习的是第26页，共46页胰核糖核酸酶的一级结构现在学习的是第27页，共46页2、蛋白质的二级结构、蛋白质的二级结构蛋白质中有二种类型的二级结构-螺旋型-折叠型（由肽链之间的 氢键所造成）（由两条肽链或一条肽链内两段肽链之间形成氢键）H-NC=O H-NC=O-+氢键二级结构 是由于肽键之间的氢键造成。在一个肽键的C=O与另一个肽键的-NH2之间存在氢键。现在学习的是第28页，共46页四种不同的四种不同的螺旋螺旋现在学习的是第29页，共46页反向反向折叠折叠现在学习的是第30页，共46页3、蛋白质的三级结构、蛋白质的三级结构维持三级结构的力来自氨基酸侧链之间的相互作用维持三级结构的力来自氨基酸侧链之间的相互作用。主要包括二硫键二硫键氢键氢键正负离子间的静电引力（离子键）正负离子间的静电引力（离子键）疏水基团间的亲和力（疏水键）疏水基团间的亲和力（疏水键）三级结构 实际上蛋白质分子很少以简单的实际上蛋白质分子很少以简单的-螺旋或螺旋或-折折 叠型结构存在，而是在二级结构的基础上进叠型结构存在，而是在二级结构的基础上进 一步卷曲折叠，一步卷曲折叠，构成具有特定构象的紧凑结构。构成具有特定构象的紧凑结构。现在学习的是第31页，共46页溶菌酶分子的三级结构溶菌酶分子的三级结构胰岛素的三级结构胰岛素的三级结构现在学习的是第32页，共46页4、蛋白质四级结构、蛋白质四级结构其中每条肽链称为一个其中每条肽链称为一个亚基亚基。维护四级结构的主要是维护四级结构的主要是静电引力静电引力。蛋白质分子中作为一个整体所含有的不蛋白质分子中作为一个整体所含有的不止一肽链。由多条肽链（三级结构）聚止一肽链。由多条肽链（三级结构）聚合而形成特定构象的分子叫做蛋白质的合而形成特定构象的分子叫做蛋白质的四级结构。四级结构。四级结构四级结构现在学习的是第33页，共46页血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构 现在学习的是第34页，共46页二、蛋白质的性质二、蛋白质的性质1、两性与等电点、两性与等电点蛋白质和氨基酸一样，也是两性物质（在肽链中有蛋白质和氨基酸一样，也是两性物质（在肽链中有C-端的端的COOH；N-端的端的NH2）有它们的等电点。）有它们的等电点。不同蛋白质，其等电点不相同。在等电点时，蛋白质的溶解度不同蛋白质，其等电点不相同。在等电点时，蛋白质的溶解度最小，因此可以通过调节溶液的最小，因此可以通过调节溶液的pH值，使蛋白质从溶液中析出，值，使蛋白质从溶液中析出，达到分离或提纯的目的。达到分离或提纯的目的。阳离子阳离子NH3+P COOH阴离子阴离子PCOO-NH2PNH2COOH两性离子两性离子NH3+P COO-等电点等电点OH-OH-H+H+现在学习的是第35页，共46页2、蛋白质的变性、蛋白质的变性 当蛋白质受到物理或化学因素影响时，可使蛋白质当蛋白质受到物理或化学因素影响时，可使蛋白质二、三级二、三级结构结构的结合力遭受破坏，肽链松散，导致蛋白质在理化和生物性质上的的结合力遭受破坏，肽链松散，导致蛋白质在理化和生物性质上的改变，这种现象称为蛋白质的变性。改变，这种现象称为蛋白质的变性。如：如：原来结构原来结构一级结构一级结构变性后变性后蛋白质在变性初期，分子构象未遭到深度蛋白质在变性初期，分子构象未遭到深度破坏（只破坏了破坏（只破坏了三级结构三级结构，而，而二级结构二级结构未未变）那么还有可能恢复原来的结构和性质。变）那么还有可能恢复原来的结构和性质。可逆变性可逆变性如果变性过度，就会成为不可逆性，这时如果变性过度，就会成为不可逆性，这时二二 级结构级结构也遭受破坏，无法恢复。也遭受破坏，无法恢复。不可逆变性不可逆变性现在学习的是第36页，共46页引起蛋白质变性的主要因素引起蛋白质变性的主要因素蛋白质变性后表现为：蛋白质变性后表现为：溶解度降低、凝固溶解度降低、凝固 丧失生理活性丧失生理活性3、蛋白质的沉淀、蛋白质的沉淀 蛋白质是高分子化合物，在水溶液中形成的颗粒直径在蛋白质是高分子化合物，在水溶液中形成的颗粒直径在1100nm内，具有胶体性质，所以蛋白质溶液不能通过半透内，具有胶体性质，所以蛋白质溶液不能通过半透膜。在水溶液中是以胶体形式存在的。膜。在水溶液中是以胶体形式存在的。（如酸、碱、丙酮、酒（如酸、碱、丙酮、酒精、单宁酸、重金属盐精、单宁酸、重金属盐等）等）加热加热加压加压紫外线紫外线激烈摇荡或搅拌激烈摇荡或搅拌化学试剂化学试剂现在学习的是第37页，共46页蛋白质分子含有肽键，蛋白质分子含有肽键，-NH2、-COOH、-OH等，可与水分子等，可与水分子形成氢键而形成一种形成氢键而形成一种水化膜，故蛋白质在水化膜，故蛋白质在水溶液中不沉淀。水溶液中不沉淀。-OHH-OH-H-OH C-NHOH-OH C-NHO NH2H-OH 如果破坏蛋白质在水中溶液中的水化膜，蛋白质就会在如果破坏蛋白质在水中溶液中的水化膜，蛋白质就会在水溶液中沉淀。水溶液中沉淀。破坏水化膜的因素有：破坏水化膜的因素有：（1）盐析）盐析 加入大量的加入大量的电解质电解质如：如：NaCl、（、（NH4)2SO4、Na2SO4等，蛋等，蛋白质将会以沉淀析出，这种作用称为盐析。白质将会以沉淀析出，这种作用称为盐析。盐析反应一般是可逆的，即这种沉淀是不变性的。盐析反应一般是可逆的，即这种沉淀是不变性的。现在学习的是第38页，共46页（2）脱水剂）脱水剂 酒精、丙酮酒精、丙酮等对水的亲和力很大，可以夺取水化膜中的等对水的亲和力很大，可以夺取水化膜中的H2O，故蛋白质的水化膜被破坏，使蛋白质沉淀出来。，故蛋白质的水化膜被破坏，使蛋白质沉淀出来。（3）重金属盐）重金属盐 蛋白质可以和蛋白质可以和Hg2+、Cu2+、Pb2+、Ag+等重金属离子结合成不溶等重金属离子结合成不溶性蛋白质。性蛋白质。重金属有杀菌的重金属有杀菌的作用，即是由于作用，即是由于它能沉淀蛋白质。它能沉淀蛋白质。Ag+NH3COO-PPNH3COOAg+4、显色反应、显色反应（1）缩二脲反应）缩二脲反应蛋白质与硫酸铜碱性溶液反应，呈现蛋白质与硫酸铜碱性溶液反应，呈现紫色紫色，称为缩二脲反应。，称为缩二脲反应。蛋白质蛋白质 紫色络合物紫色络合物CuSO4NaOH现在学习的是第39页，共46页（2）蛋白黄反应）蛋白黄反应蛋白质蛋白质 黄色黄色 （芳环上的硝化反应）（芳环上的硝化反应）浓浓HNO3（3）米勒（）米勒（Millon）反应）反应蛋白质蛋白质 红色或砖红色红色或砖红色HgNO3利用该反应就可以利用该反应就可以检验蛋白质中有无检验蛋白质中有无酪氨酸存在。酪氨酸存在。（4）水合茚三酮反应）水合茚三酮反应 蛋白质与稀的水合茚三酮一起加热呈蛋白质与稀的水合茚三酮一起加热呈蓝色蓝色。该反应主要。该反应主要用于纸上层析。用于纸上层析。如果蛋白质中的氨基酸含有芳香环如果蛋白质中的氨基酸含有芳香环(如苯丙如苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸等氨酸、酪氨酸和色氨酸等)遇到浓遇到浓HNO3后后产生白色沉淀，加盐时沉淀为黄色。产生白色沉淀，加盐时沉淀为黄色。蛋白黄反应蛋白黄反应如果蛋白质中的氨基酸含有酚基（如酪氨酸）如果蛋白质中的氨基酸含有酚基（如酪氨酸），遇到，遇到HgNO3形成有色化合物。形成有色化合物。米勒反应米勒反应现在学习的是第40页，共46页19.4 酶酶 新陈代谢过程包含着复杂而有规律的物质与能量的变化。新陈代谢过程包含着复杂而有规律的物质与能量的变化。如：如：绿色植物绿色植物 H2O+CO2 太阳光能太阳光能合成合成糖类物质糖类物质又如：动物又如：动物以糖、蛋白质、脂以糖、蛋白质、脂肪作为修补组织和肪作为修补组织和供给能量的原料，供给能量的原料，以它们为食物。以它们为食物。完成生长、生殖、完成生长、生殖、肌肉运动等生命肌肉运动等生命活动。活动。以及生物新陈代谢中的各种化学反应。以及生物新陈代谢中的各种化学反应。如果在体外大都需要激烈如果在体外大都需要激烈的物理、化学作用和较长的时间才能完成。但生物体内借助酶的催化的物理、化学作用和较长的时间才能完成。但生物体内借助酶的催化下，却能在常温、常压下顺利地进行。下，却能在常温、常压下顺利地进行。酶酶 是对特定的生物化学反应有催化作用的蛋白质。是对特定的生物化学反应有催化作用的蛋白质。（也就是生物体内的催化剂）。（也就是生物体内的催化剂）。酶：酶：酶是一类在生物体内有催化活性的蛋白质。酶是一类在生物体内有催化活性的蛋白质。辅酶：与酶蛋白松弛地结合的辅助因子称为辅酶。辅酶：与酶蛋白松弛地结合的辅助因子称为辅酶。辅基：与酶蛋白紧密地结合的辅助因子称为辅基。辅基：与酶蛋白紧密地结合的辅助因子称为辅基。全酶：酶蛋白与辅助因子结合后形成的复合物称为全酶。全酶：酶蛋白与辅助因子结合后形成的复合物称为全酶。现在学习的是第41页，共46页一、酶的分类一、酶的分类1、按结构分为、按结构分为2、按催化反应类型分、按催化反应类型分由单纯一组蛋白质组成。由单纯一组蛋白质组成。由蛋白质部分加非蛋白质部分组成。由蛋白质部分加非蛋白质部分组成。称辅酶或称辅酶或辅基辅基单纯酶单纯酶结合酶结合酶能促进底物的氧化还原反应的酶，如细胞能促进底物的氧化还原反应的酶，如细胞色素氧化酶。色素氧化酶。氧化还原酶氧化还原酶催化底物分子中的某一基团转移到另一底物催化底物分子中的某一基团转移到另一底物上去，如转氨酶。上去，如转氨酶。转化酶转化酶促进一种化合物分裂为两种化合物或由两种化促进一种化合物分裂为两种化合物或由两种化合物合成为一种化合物的反应，如碳酸酐酶。合物合成为一种化合物的反应，如碳酸酐酶。裂化酶裂化酶水解酶水解酶 催化水解反应，如淀粉酶、脂酶、胃蛋白酶。催化水解反应，如淀粉酶、脂酶、胃蛋白酶。合成酶合成酶 促进两分子连接起来，如谷氨酰胺合成酶等。促进两分子连接起来，如谷氨酰胺合成酶等。异构酶异构酶 促进异构化反应，如磷酸葡萄糖异构酶。促进异构化反应，如磷酸葡萄糖异构酶。现在学习的是第42页，共46页二、酶作为生物催化剂有以下几个特点：二、酶作为生物催化剂有以下几个特点：酶的催化专一性和酶的结构特点特别是活性中心的空间结酶的催化专一性和酶的结构特点特别是活性中心的空间结构有密切关系。构有密切关系。酶和底物分子之间有一种特殊的三度空间的配合，这种配合类似酶和底物分子之间有一种特殊的三度空间的配合，这种配合类似于锁和钥匙的关系。酶就象一把钥匙，只能打开一把锁于锁和钥匙的关系。酶就象一把钥匙，只能打开一把锁(特定结构的特定结构的反应底物反应底物)。锁被打开相当于生物化学反应的完成。锁被打开相当于生物化学反应的完成。3、立体化学专一性高、立体化学专一性高 可辨别对映体。可辨别对映体。如：如：麦芽糖酶麦芽糖酶 只能使只能使-葡萄糖苷键断裂。葡萄糖苷键断裂。苦杏仁酶苦杏仁酶 只能使只能使-葡萄糖苷键断裂。葡萄糖苷键断裂。如：如：酵母中的酶酵母中的酶 只能使天然只能使天然D-型糖（如型糖（如D-葡萄糖）发酵。葡萄糖）发酵。比一般无机或有机催化剂约高比一般无机或有机催化剂约高1081010倍。倍。1、催化效力高、催化效力高每一种酶只对具有特定空间结构的某种每一种酶只对具有特定空间结构的某种底物起作用。底物起作用。2、化学选择性高、化学选择性高费歇尔酶作用的锁费歇尔酶作用的锁钥匙假说钥匙假说(1894年年)：现在学习的是第43页，共46页在酶的催化反应中，先是酶与底物作用生成复合物，接着复合物在酶的催化反应中，先是酶与底物作用生成复合物，接着复合物进行反应而生成产物，并重新放出酶。进行反应而生成产物，并重新放出酶。酶一般都是在常温常压下，酶一般都是在常温常压下，pH值近值近于于7的条件下起催化作用。的条件下起催化作用。4、反应条件温和、反应条件温和现在学习的是第44页，共46页19.5 核核 酸酸 生物所特有的生长和繁殖机能以及遗传与变异的特征，都是生物所特有的生长和繁殖机能以及遗传与变异的特征，都是核蛋白起着重要作用。核蛋白起着重要作用。核酸正如多糖及蛋白质，也是生物高分子（分子量从几十万核酸正如多糖及蛋白质，也是生物高分子（分子量从几十万几几百万）。百万）。蛋白质是生物体用以表达各项功能的具体工具。蛋白质是生物体用以表达各项功能的具体工具。核酸是生物用来制造蛋白质的模型。核酸是生物用来制造蛋白质的模型。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。质基础。核酸可以是游离状态，也可以与蛋白质结合，组成核酸可以是游离状态，也可以与蛋白质结合，组成结合蛋白质结合蛋白质（称核蛋白）（称核蛋白）。瑞士生理学家米歇尔（瑞士生理学家米歇尔（F.Miescher）于）于1869年从年从细胞核细胞核中首次分离到一种具有中首次分离到一种具有酸性酸性的新物质。的新物质。核酸核酸现在学习的是第45页，共46页一、组成：一、组成：现在学习的是第46页，共46页