1 第十四章 蛋白质和核酸 第一节 α -氨基酸 一、 α -氨基酸的结构、分类和命名 二 、 α - 氨基酸的性质 第二节 蛋白质 一、蛋白质的分类 二、蛋白质的结构 三、蛋白质的性质 第三节 核酸 一、核酸的分类和组成 二、核苷 三、单核苷酸 四、核酸的一级结构 五、DNA的二级结构
1 第十四章 蛋白质和核酸 第一节 α -氨基酸 一、 α -氨基酸的结构、分类和命名 二 、 α - 氨基酸的性质 第二节 蛋白质 一、蛋白质的分类 二、蛋白质的结构 三、蛋白质的性质 第三节 核酸 一、核酸的分类和组成 二、核苷 三、单核苷酸 四、核酸的一级结构 五、DNA的二级结构
2 第十四章 蛋白质和氨基酸 第一节 氨基酸 一、 α-氨基酸的结构、分类和命名 氨基酸是羧酸分子中碳链上的氢原子被氨基取代后的生成物。 分子中含有氨基和羧基两种官能团。 氨基酸按分子中所含－NH2和－COOH的相对位置，可将其分 为： R CH COOH NH2 α α 氨基酸 R CH CH2COOH NH2 β α β 氨基酸 R CH CH2CH2COOH NH2 γ β α γ 氨基酸 在这些类氨基酸中，与人关系最为密切的是α-氨基酸。它是 构成蛋白质的基本单元
2 第十四章 蛋白质和氨基酸 第一节 氨基酸 一、 α-氨基酸的结构、分类和命名 氨基酸是羧酸分子中碳链上的氢原子被氨基取代后的生成物。 分子中含有氨基和羧基两种官能团。 氨基酸按分子中所含－NH2和－COOH的相对位置，可将其分 为： R CH COOH NH2 α α 氨基酸 R CH CH2COOH NH2 β α β 氨基酸 R CH CH2CH2COOH NH2 γ β α γ 氨基酸 在这些类氨基酸中，与人关系最为密切的是α-氨基酸。它是 构成蛋白质的基本单元
3 在这20多种α-氨基酸中，有八种是人体所需要的必需氨基酸（即 人体本身不能合成的氨基酸）。它们是： 蛋白质 酶 水解 α 氨基酸 约 20 多种 (CH3 )2CHCHCOOH NH2 缬氨酸 (CH3 )2CHCH2CHCOOH NH2 亮氨酸 CH3CH2CH CHCOOH CH3 NH2 异亮氨酸 CH3CH CHCOOH OH NH2 苏氨酸 CH3 SCH2CH2 CHCOOH NH2 蛋氨酸 H2NCH2CH2CH2CH2 CHCOOH NH2 赖氨酸 C6H5CH2 CHCOOH NH2 苯基丙氨酸 N H CH2CHCOOH NH2 色氨酸 这20多种α-氨基酸又可分为： 1. 中性氨基酸：
3 在这20多种α-氨基酸中，有八种是人体所需要的必需氨基酸（即 人体本身不能合成的氨基酸）。它们是： 蛋白质 酶 水解 α 氨基酸 约 20 多种 (CH3 )2CHCHCOOH NH2 缬氨酸 (CH3 )2CHCH2CHCOOH NH2 亮氨酸 CH3CH2CH CHCOOH CH3 NH2 异亮氨酸 CH3CH CHCOOH OH NH2 苏氨酸 CH3 SCH2CH2 CHCOOH NH2 蛋氨酸 H2NCH2CH2CH2CH2 CHCOOH NH2 赖氨酸 C6H5CH2 CHCOOH NH2 苯基丙氨酸 N H CH2CHCOOH NH2 色氨酸 这20多种α-氨基酸又可分为： 1. 中性氨基酸：
4 H2NCH2COOH 甘氨酸 2. 碱性氨基酸： 分子中－NH2和－COOH的数目相等。如： 分子中－NH2数目 ＞ －COOH数目。如： H2NCH2CH2CH2CH2 CHCOOH NH2 赖氨酸 3. 酸性氨基酸： 分子中－COOH数目 ＞ －NH2 数目。如： NH2 HOOCCH2CH2CHCOOH 谷氨酸 氨基酸的结构特点： 除甘氨酸外，所有的氨基酸分子的α-碳原子都具手性碳原子
4 H2NCH2COOH 甘氨酸 2. 碱性氨基酸： 分子中－NH2和－COOH的数目相等。如： 分子中－NH2数目 ＞ －COOH数目。如： H2NCH2CH2CH2CH2 CHCOOH NH2 赖氨酸 3. 酸性氨基酸： 分子中－COOH数目 ＞ －NH2 数目。如： NH2 HOOCCH2CH2CHCOOH 谷氨酸 氨基酸的结构特点： 除甘氨酸外，所有的氨基酸分子的α-碳原子都具手性碳原子
5 OH CHO CH2OH H D -甘油醛 COOH R H NH2 D -α -氨基酸 COOH R H2N H L -α -氨基酸 CHO CH2OH HO H L -甘油醛 蛋白质水解得到的氨基酸，其构型均为L – 型。 因而都具有旋光性。其构型与甘油醛的关系是： 氨基酸构型的标记通常采用D/L命名法；而分子中手性碳原子 的标记则采用R/S命名法。 COOH CH3 H2N H S L -丙氨酸 COOH CH3 H2N H H OH S R L -苏氨酸 绝大多数α - 氨基酸的R/S构型为S – 型
5 OH CHO CH2OH H D -甘油醛 COOH R H NH2 D -α -氨基酸 COOH R H2N H L -α -氨基酸 CHO CH2OH HO H L -甘油醛 蛋白质水解得到的氨基酸，其构型均为L – 型。 因而都具有旋光性。其构型与甘油醛的关系是： 氨基酸构型的标记通常采用D/L命名法；而分子中手性碳原子 的标记则采用R/S命名法。 COOH CH3 H2N H S L -丙氨酸 COOH CH3 H2N H H OH S R L -苏氨酸 绝大多数α - 氨基酸的R/S构型为S – 型
6 二、α- 氨基酸的性质 α- 氨基酸为白色结晶固体，具有较高熔点，其熔点约为 200~300℃ ，切大多数在熔化时分解。α-氨基酸易溶于水，略溶于 甲醇、乙醇，难溶于乙醚、四氯化碳、苯等有机溶剂。除甘氨酸外 α- 氨基酸都含有手性碳原子，因此具有旋光性。 α- 氨基酸具有较高的熔点——因其以内盐的形式存在。 1、两性性质和等电点 氨基酸既含有氨基，可接受H+，又含有羧 基，可电离出H+，所以氨基酸具有酸碱两性性质。通常情况下，氨 基酸以两性离子的形式存在，氨基酸在溶液中存在下列平衡：，如 下图所示：
6 二、α- 氨基酸的性质 α- 氨基酸为白色结晶固体，具有较高熔点，其熔点约为 200~300℃ ，切大多数在熔化时分解。α-氨基酸易溶于水，略溶于 甲醇、乙醇，难溶于乙醚、四氯化碳、苯等有机溶剂。除甘氨酸外 α- 氨基酸都含有手性碳原子，因此具有旋光性。 α- 氨基酸具有较高的熔点——因其以内盐的形式存在。 1、两性性质和等电点 氨基酸既含有氨基，可接受H+，又含有羧 基，可电离出H+，所以氨基酸具有酸碱两性性质。通常情况下，氨 基酸以两性离子的形式存在，氨基酸在溶液中存在下列平衡：，如 下图所示：
7 R CH COOH NH2 R CH COO + NH3 偶极离子 H + OH R CH COOH + NH3 在碱性中,以负 离子形式存在. 在电场中移向阳极 H + OH R CH COO NH2 在电场中移向阴极 在酸性中,以正 离子形式存在. 若调节溶液的pH值，使－NH2和－COOH的离子化程度相等， 即：正负电荷数相等，氨基酸所带的净电荷为零，在电场中既不向 阴极移动，也不向阳极移动，此时氨基酸所处溶液pH值称之为该 氨基酸的等电点，以pI表示。氨基酸在等电点时主要以两性离子状 态存在。 氨基酸在等电点时溶解度最小，易沉淀。氨基酸在不同pH溶液 中所带电荷不同，可用电泳法分离氨基酸。 PHPI
7 R CH COOH NH2 R CH COO + NH3 偶极离子 H + OH R CH COOH + NH3 在碱性中,以负 离子形式存在. 在电场中移向阳极 H + OH R CH COO NH2 在电场中移向阴极 在酸性中,以正 离子形式存在. 若调节溶液的pH值，使－NH2和－COOH的离子化程度相等， 即：正负电荷数相等，氨基酸所带的净电荷为零，在电场中既不向 阴极移动，也不向阳极移动，此时氨基酸所处溶液pH值称之为该 氨基酸的等电点，以pI表示。氨基酸在等电点时主要以两性离子状 态存在。 氨基酸在等电点时溶解度最小，易沉淀。氨基酸在不同pH溶液 中所带电荷不同，可用电泳法分离氨基酸。 PHPI
8 练习1： 丙氨酸（PI=6.0) (1) 在PH=2时的电场中向何方移动？ （2）在水溶液中向电场中向何方移动？ 练习2： 色氨酸（PI=5.89) (1) 在PH=12时向电场中何方移动？ （2）在PH=1时向电场中何方移动？ 练习3： 谷氨酸（PI=3.22) 溶于水后 (1) 以何种离子形式存在？ （2）向电场中何方移动？ 负， 阳极 阳极，阴极 阴极，阳极
8 练习1： 丙氨酸（PI=6.0) (1) 在PH=2时的电场中向何方移动？ （2）在水溶液中向电场中向何方移动？ 练习2： 色氨酸（PI=5.89) (1) 在PH=12时向电场中何方移动？ （2）在PH=1时向电场中何方移动？ 练习3： 谷氨酸（PI=3.22) 溶于水后 (1) 以何种离子形式存在？ （2）向电场中何方移动？ 负， 阳极 阳极，阴极 阴极，阳极
9 2、与2，4-二硝基氟苯（DNFB）反应 在近中性和室温条件下，α- 氨基酸中游离的氨基与2， 4-二硝基氟苯反应，生成黄色的2，4二硝基苯氨基酸（简称 DNP-氨基酸） 利用色谱法分离并与标准DNP-氨基酸比较，就可确定是 哪一种氨基酸。此法是由英国两次诺贝尔奖获得者桑格尔首 先提出的，常用于肽链的N-端分析。 3、与亚硝酸反应 α- 氨基酸中游离的氨基可与亚硝酸反应生成羟基酸，并 放出氮气，根据放出氮气的量可计算出α- 氨基酸的含量。 此法称为范斯莱克（Van Slyke）氨基测定法。脯氨酸不含游 离的氨基除外。 R CH COOH NH2 + HNO2 R CH COOH OH + N2 + H2 0 O2N F NO2 + CH R COOH NaHCO3 室温 乙醇 O2N NH NO2 CH COOH R H2N
9 2、与2，4-二硝基氟苯（DNFB）反应 在近中性和室温条件下，α- 氨基酸中游离的氨基与2， 4-二硝基氟苯反应，生成黄色的2，4二硝基苯氨基酸（简称 DNP-氨基酸） 利用色谱法分离并与标准DNP-氨基酸比较，就可确定是 哪一种氨基酸。此法是由英国两次诺贝尔奖获得者桑格尔首 先提出的，常用于肽链的N-端分析。 3、与亚硝酸反应 α- 氨基酸中游离的氨基可与亚硝酸反应生成羟基酸，并 放出氮气，根据放出氮气的量可计算出α- 氨基酸的含量。 此法称为范斯莱克（Van Slyke）氨基测定法。脯氨酸不含游 离的氨基除外。 R CH COOH NH2 + HNO2 R CH COOH OH + N2 + H2 0 O2N F NO2 + CH R COOH NaHCO3 室温 乙醇 O2N NH NO2 CH COOH R H2N
10 4、与甲醛的反应 氨基酸分子中氨基与甲醛发生亲核加成反应，生成N，N- 二羟甲基氨基酸，使氨基的碱性消失，可用标准碱滴定，测定 氨基酸的含量。 5、氧化脱氨反应 α- 氨基酸中的氨基被氧化剂氧化，或在生物体内酶的作用下 生成α- 亚氨基酸，然后经过水解、脱氨生成α- 酮酸。 α- 酮酸是生物体内代谢的重要物质。 R CH COOH NH2 + HCHO R CH COOH N(CH2 OH) 2 R CH COOH NH2 R C COOH HN [O] H2 O R C COOH HO NH2 NH3 R C COOH O α-亚氨基酸 α-羟基-α氨基酸 α-酮酸
10 4、与甲醛的反应 氨基酸分子中氨基与甲醛发生亲核加成反应，生成N，N- 二羟甲基氨基酸，使氨基的碱性消失，可用标准碱滴定，测定 氨基酸的含量。 5、氧化脱氨反应 α- 氨基酸中的氨基被氧化剂氧化，或在生物体内酶的作用下 生成α- 亚氨基酸，然后经过水解、脱氨生成α- 酮酸。 α- 酮酸是生物体内代谢的重要物质。 R CH COOH NH2 + HCHO R CH COOH N(CH2 OH) 2 R CH COOH NH2 R C COOH HN [O] H2 O R C COOH HO NH2 NH3 R C COOH O α-亚氨基酸 α-羟基-α氨基酸 α-酮酸