醫(yī)用化學(xué)之蛋白質(zhì)和核酸

1、第十六章 蛋白質(zhì) 和核酸,主要內(nèi)容,§16.1 蛋白質(zhì)的化學(xué)組成§16.2 蛋白質(zhì)及其衍生物§16.3 核酸,§16.1 蛋白質(zhì)的化學(xué)組成,一、蛋白質(zhì)的元素組成 根據(jù)對蛋白質(zhì)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(shù)蛋白質(zhì)還含有硫，有的還含有磷、碘等。,,,§16.1 蛋白質(zhì)的化學(xué)組成,二、

2、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位 1. 氨基酸的結(jié)構(gòu)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(zhì)的化學(xué)組成,二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位 除甘氨酸外，組成蛋白質(zhì)的α-氨基酸都有旋光性，而且其構(gòu)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(zhì)的化學(xué)組成,二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)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(nèi)蛋白質(zhì)水解而得到的氨基酸只有20余種。,,,,§16.1 蛋白質(zhì)的化學(xué)組成,根據(jù)分子中烴基的結(jié)構(gòu)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(jù)分子中所含氨基和羧基的數(shù)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(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位,§

4、16.1 蛋白質(zhì)的化學(xué)組成,二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)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?dāng)?shù)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(zhì)的化學(xué)組成,二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)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(zhì)的化學(xué)組成,

5、二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)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(zhì)(1)兩性電離和等電點(diǎn),,,,§16.1 蛋白質(zhì)的化學(xué)組成,二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位4.α-氨基酸的理化性質(zhì)(1)兩性電離和等電點(diǎn)　 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(fù)電

6、荷的兩性離子(又稱偶極離子)。 這種兩性離子相當(dāng)于氨基酸分子內(nèi)部酸性基團(tuán)和堿性基團(tuán)相互作用所形成的鹽，稱為內(nèi)鹽。,,§16.1 蛋白質(zhì)的化學(xué)組成,,,,,二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位,(1)兩性電離和等電點(diǎn),§16.1 蛋白質(zhì)的化學(xué)組成,二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位(1)兩性電離和等電點(diǎn)　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(zhì)的化學(xué)

7、組成,二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位 (1)兩性電離和等電點(diǎn)　 如將氨基酸水溶液的pH值調(diào)到某一特定數(shù)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(zhì)的化學(xué)組成,二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位 (1)兩性電離和等電點(diǎn)　 此時溶液的pH值稱為氨基酸的等電點(diǎn)，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(diǎn)是氨基酸的一個重要物理常數(shù)。,,§16.1 蛋白質(zhì)的化學(xué)組成,二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位 (1)兩性電離和等電點(diǎn)　 在等電點(diǎn)時，以內(nèi)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(diào)節(jié)等電點(diǎn)的方法鑒別氨基酸或分離氨基酸的混合物。 (2)成肽反應(yīng) 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(zhì)的化學(xué)組成,二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位(2)成肽

9、反應(yīng)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(zhì)的化學(xué)組成,二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位(2)成肽反應(yīng) 如甘氨酸和丙氨酸組成的二肽可有兩種異構(gòu)體：,,§16.1 蛋白質(zhì)的化學(xué)組成,二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位(2)成肽反應(yīng) 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(jié)構(gòu)式為：,,,§16.1 蛋白質(zhì)的化學(xué)組成,二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位(3)顯色反應(yīng)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(xué)反應(yīng)，最終生成藍(lán)紫色的化合物，這是檢驗(yàn)氨基酸的靈敏方法。反應(yīng)過程如下：,,§16.2 蛋白質(zhì)及其衍生物,一、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)蛋白質(zhì)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(shù)千萬。(一)蛋白質(zhì)的分子結(jié)

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

12、及其衍生物,一、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(一)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) 在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上多肽鏈（α-螺旋）還可以按照一定的方式卷曲折疊，形成復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，這就是蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)。三級結(jié)構(gòu)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(zhì)及其衍生物,一、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(一)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) 有些具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈并不單獨(dú)顯示生物活性，幾條具有三級結(jié)構(gòu)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(zhì)的四級結(jié)構(gòu)，見圖16-3。,,§16.2 蛋白質(zhì)及其衍生物,,圖16-2 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 　　 圖16-3 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu),一、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(一)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu),§16.2 蛋白質(zhì)及其衍生物,一、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(二)蛋白質(zhì)的性質(zhì)1.兩性電離和等電點(diǎn) 蛋白質(zhì)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(shù)量游離的羧基和氨基。蛋白質(zhì)與氨基酸一樣具有

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

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

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

17、物質(zhì)。例如：,,§16.2 蛋白質(zhì)及其衍生物,一、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(二)蛋白質(zhì)的性質(zhì)(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(jī)酸或無機(jī)酸，而蛋白質(zhì)在pH值低于其等電點(diǎn)的溶液中帶正電荷。例如：,,§16.2 蛋白質(zhì)及其衍生物,一、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(二)蛋白質(zhì)的性質(zhì)4.蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)(1)黃蛋白反應(yīng) 分子組成中含有酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸的蛋白質(zhì)，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(zhuǎn)變?yōu)槌赛S色，稱為黃蛋白反應(yīng)。,,一、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(二)蛋白質(zhì)的性質(zhì)4.蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)(2)米倫反應(yīng) 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(zhì)，遇米倫試劑即產(chǎn)生白色沉淀，加熱變暗紅色，叫做米倫反應(yīng)。,,§16.2 蛋白質(zhì)及其衍生物,§16.2 蛋白質(zhì)及其衍生物,一、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(二)蛋白質(zhì)的性質(zhì)4.蛋白

19、質(zhì)的顏色反應(yīng)(3)與亞硝酰鐵氰化鈉反應(yīng) 含有游離巰基（-SH）的蛋白質(zhì)和亞硝酰鐵氰化鈉的氨溶液反應(yīng)，即顯淡紅色。,§16.2 蛋白質(zhì)及其衍生物,二、酶 酶的催化作用有兩個特點(diǎn)：其一是強(qiáng)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(zhì)的反應(yīng)，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(zhì)及其衍生物,二、酶（一）來源 明膠（gelatin）是膠原溫和斷裂的產(chǎn)物，它是天然多

20、肽的聚合物。 （二）性質(zhì) 明膠實(shí)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(zhì)及其衍生物,二、酶（二）性質(zhì)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(zhì)及其衍生物,二、酶（二）性質(zhì)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(zhì)及其衍生物,二、酶（二）性質(zhì)3．粘度 明膠分子量愈大，分子鏈愈長，則愈有利于形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，粘度也愈大。,,§16.2 蛋白質(zhì)及其衍生物,二、酶（二）性質(zhì) 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(shù)年 。（三）應(yīng)用 大量應(yīng)用于制藥工業(yè)和食品工業(yè)。,§16.3 核酸,根據(jù)化學(xué)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(xué)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(gòu)成核酸的基本單位。單個核苷酸是由含氮有機(jī)堿(稱堿基)、戊糖(即五碳糖)和磷酸三部分構(gòu)成的。例如，尿嘧啶核苷酸和腺嘌呤核苷酸結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)（一）核酸的一級結(jié)構(gòu) 核酸的一級結(jié)構(gòu)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(gòu)成無分支結(jié)構(gòu)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