1

第十二章 氨基酸、蛋白质、核酸

第一节 氨基酸第二节 肽第三节 蛋白质第四节 核酸

2

第一节 氨 基 酸

一、氨基酸的结构、分类和命名二、氨基酸的性质

3

一、氨基酸的结构、分类和命名

1 、结构特点

均为 α- 氨基酸 ( 除脯氨酸为亚氨基酸 )

天然氨基酸大多属于 L 型

C

COOH

H

R

H2N C

COO

H

R

NH3

+或

4

2 、分类与命名

氨基酸

酸性氨基酸 (NCOOH> NNH3)

碱性氨基酸 (NCOOH< NNH3)

中性氨基酸 (NCOOH= NNH3)

•分类

•命名

5

3 、合成蛋白质的 20 种氨基酸

天门冬氨酸

谷氨酸

£¨Asp,D)

(Glu,E)

HOOCCH2CCOOH

HOOCCH2CH2CCOOH

NH2

H

NH2

HpI=2.77

pI=3.22

•酸性氨基酸P315~317 表 12-1~4

6

•碱性氨基酸

赖 氨 酸

�精 氨 酸

£¨Asp,D)

(Arg,R)

H2NCH2CH2CH2CH2

CH2组 氨 酸

£¨His,H)

*

NNH

H2NCNHCH2CH2CH2

NH

CH(NH2)COOH

pI=9.74

CH(NH2)COOH

CH(NH2)COOH

pI=10.76

pI=7.59

7

中性氨基酸（侧链非极性）甘氨酸

£¨Gly,G)

CH(NH2)COOH

丙氨酸

£¨Ala,A)

H

CH(NH2)COOHCH3

撷氨酸

£¨Aal,V)

CH(NH2)COOH(CH3)2CH

亮氨酸

£¨Leu,L)

CH(NH2)COOH(CH3)2CHCH2

异亮氨酸

£¨Ile,I)

CH(NH2)COOH(CH3CH2)(CH3)CH

苯丙氨酸

£¨Pro,P)

脯氨酸

£¨Phe,F)

CH(NH2)COOH

色氨酸

£¨Trp,W)

CH(NH2)COOH

COOHNH

H

CH2

NH

CH2

CH(NH2)COOHCH3SCH2CH2蛋氨酸

£¨Met,M)

pI=5.97

pI=5.89

pI=6.02

pI=5.98

pI=5.96

pI=6.02

pI=6.30

pI=5.48

pI=5.74

* *

*

*

*

8

中性氨基酸（侧链极性）

丝氨酸

£¨Ser£¬S)

CH(NH2)COOH

苏氨酸

£¨Thr,T)

HOCH2

CH(NH2)COOH

�半胱氨酸

£¨Cys,C)

CH(NH2)COOHSHCH2

CH3CH

OHpI=5.68

pI=5.60

pI=5.07

*

酪氨酸

£¨Tyr,Y)

CH(NH2)COOH

£¨Ash,N)

CH(NH2)COOHH2NCCH2CH2

OH CH2

O

(Gln,Q)

�谷氨酰胺

CH(NH2)COOHH2NCCH2

OpI=5.66

pI=5.41

pI=5.65

天门冬氨酰胺

9

4 、其它氨基酸

Ñõ»¯ ( )2H

»¹ Ô )+2H(C

NH2

COOH

H

CH2HS2

S

CH2

CHNH2

COOH

S

CH2

CHNH2

COOH

半胱氨酸 胱氨酸

10

二、氨基酸的性质

• 两性电离• 成肽• 脱羧• 与亚硝酸的放氮反应• 与茚三酮的显色反应• 与 2 ， 4- 二硝基氟苯的反应• 与金属离子的螯合作用

C

COOH

H

R

H2N

11

CH

NH2

COOHR CH

NH3

COOR

+

_1 、两性电离

注： α- 氨基酸固态时就是以内盐形式存在，所以它们的熔点较高。

（两性离子）

内盐

Ka1

偶极离子

12

ż¼«Àë×Ó

CH COOHR+

NH3+ + OH2

+ OH2+

CH

NH3

COOR

+

_OH2

OH2 NH2

CH COOR_

H3O+HO

_

£¨°±»ùËáµÄÖ÷Òª´æÔÚÐÎʽ£©ÑôÀë×Ó ÒõÀë×Ó

Ka2

水溶液中的解离：

注：在水溶液中加入其它的酸或碱时，氨基酸的离解平衡发生移动，使三种离子浓度发生改变。

13

氨基酸阳离子 氨基酸偶极离子 氨基酸阴离子

pH<pKa1

纯水溶液

为主

为主 (≈98% ）pH=pKa1~pKa2

为主

pI Max(99.9%)

为主（ >98%)

pH> pKa1

= 阳离子= 阴离子

溶液 pH 与溶液中各类离子数量的关系

14

溶液 pH与溶液各类离子数量关系线段图

pI

pHС ´ó

pKa1pKa2

[ż]>[Ñô]>[Òõ] [ż]>[Òõ]>[Ñô][Ñô]>[ż]>[Òõ] [Òõ]>[ż]>[Ñô]

µçÓ¾·½Ïò Òõ¼« µçÓ¾·½Ïò Ñô¼«: :

CH COOHR+

NH3+ + OH2

+ OH2+

CH

NH3

COOR

+

_OH2

OH2 NH2

CH COOR_

H3O+HO

_

15

各类氨基酸的 pI值范围

• 中性氨基酸： 5.0~6.5

• 酸性氨基酸： 2.7~3.2

• 碱性氨基酸： 9.5~10.7

16

[ 思考题 ] 为什么中性氨基酸的等电点不等于 7 ？

CH COOHR+

NH3+ + OH2

+ OH2+

CH

NH3

COOR

+

_OH2

OH2 NH2

CH COOR_

H3O+HO

_

17

处于等电点时的氨基酸溶液的特点 :

• [ 阴离子 ]=[ 阳离子 ]• [ 偶极离子 ]> 99.9%•氨基酸的溶解度最小，最易从溶液中

析出

18

2 、脱水生成肽肽 (peptide) α- 氨基酸分子中的羧基和另一分子 α- 氨基酸的氨基脱水生成的酰胺化合物。

OH H

_ OH2

+

OR

CH C

H

NH

O

OH

R'

CH C

H

N

OR

CH C

H

NHO

OH

R'

CH C

H

N

肽键 (peptide bond)

二肽

19

CH3

CH COOH

H

N

OCH2 CH2N

CH3

CH COOH

H

N

O

CH2CH2N

¸Ê°±õ£±û°±Ëá ±û°±õ£¸Ê°±Ëá

不同的氨基酸 A 与 B 互相结合时，可按不同的排列方式结合。例：

三肽异构体： 6(3!) 种，其排列顺序为 ABC ACB, BAC, BCA, CAB, CBA。n 肽异构体： n! 种。

20

NH2

CH COO H_ CO2H2N(CH2)4 H2N(CH2)5NH2

ʬ°·

3 、脱羧

21

4 、与亚硝酸的放氮反应 凡是具有氨基的化合物都能与亚硝酸 作用产生氮气。

用途：计算混合氨基酸的总含量或蛋白质分子中氨基的含量。

NH2

CH COOHR + HNO2

OHCH COOHR + N2 + OH2

¡ü

22

+ ¡ü

Ë®ºÏ ÜáÈýͪ »¹Ô ÜáÈýͪ

NH2

CH COOHR NH3 +CO2 +RCHO+CO

CO

COH

OH

CO

CO

COH

H

5 、与茚三酮的显色反应

用途：鉴定和定量分析氨基酸、肽类和蛋白质。

NH3 ++CO

CO

COH

OH CO

CO

CH

HO

À¼É«

CO

CO

C NCO

CO

C + OH2 H+

3 +

23

6 、与 2 ， 4- 二硝基氟苯（桑格试剂）的反应

用途：用于多肽、蛋白质的 N- 端氨基酸的测定 (DNP 法）及其氨基酸排列顺序的测定。

+CH COOH

R+ H2N HFO2N

NO2

CH COOH

R

NHO2N

NO2

F

DNFB 氨基酸 DNP- 氨基酸（黄）（桑格试剂）

24

7 、与金属离子的螯合作用

用途：用于氨基酸的鉴定和分析

À¼É«

C O H2N CH2O

H2C NH2 CO OC2+ ..

.. Cu

25

第二节 肽

一、肽的分类和命名

二、肽的结构和功能

26

一、肽的分类和命名分类 :

命名 : 以含有 C- 端 ( 羧基 ) 的氨基酸为母体，将其余的氨基酸残基作为酰基，依次排列在母体名称之前。

多肽（ polypeptide） ( 十一肽以上 ) 寡肽或低聚肽（ oligopeptide）

27

谷胱甘肽H2N CH COOH

CH2

CH2 C NH

O

SH

CH2

CH NH CH2C

O

COOH

N- ¶ËC- ¶Ë

γ- 谷氨酰半胱氨酰甘氨酸谷氨酸部分 半胱氨酸部分 甘氨酸部分

28

二、肽的结构和功能

有些肽链中的氨基酸残基之间以二硫键结合。如氧化型谷胱甘肽

2[H]+

2[H]2GSH GS-SG

还原型谷胱甘肽 氧化型谷胱甘肽

29

H2N Cy Tyr Ile

Cy Asn Gln

S

S

Cy Tyr Ile C NH2

O

1 2 3

456

7 8 9

¶ËNH2N Cy Tyr Phe

Cy Asn Glu

S

S

Pro Arg Gly C NH2

O

1 2 3

456

78 9

N ¶Ë

人类催产素 抗利尿素C- 端酰胺基

30

第三节 蛋白质

一、蛋白质的元素组成二、蛋白质的分类三、蛋白质的结构四、蛋白质的性质

31

一、蛋白质的元素组成

主要组成元素： C、H、O、 N 四种

蛋白质的含氮量 ：平均约为 16%（每克氮相当于 6.25 克的蛋白质）

32

二、蛋白质的分类• 按蛋白质化学组成的复杂程度分类： 简单蛋白质（由多肽组成 ） 结合蛋白质（由简单蛋白质与非蛋白 质部分 -- 辅基结合而成）• 根据蛋白质的性状分类： 纤维状蛋白质（结构蛋白质 ） 球状蛋白质（功能蛋白质 ） 清蛋白 ( 溶于水 ) 球蛋白 ( 不溶于水，溶于稀盐溶液 )

33

三、蛋白质的结构

1 、蛋白质分子内氨基酸残基间的 结合方式2 、蛋白质分子的四级结构3 、形成蛋白质 1-4 级结构的主要 价键

34

•肽链之内：肽键 ( 主键 )•肽链之间或一条肽链的不同部位之

间： 副键（疏水键、氢键、二硫键、盐键及酯键等 )

1 、蛋白质分子内氨基酸残基间的结合方式

35

H

NC

O

C

R

H

H

NC

O

C

R

HN

H

C

O

CR

HH

NC

O

H

NC

O

C

R

HC

O

H

N

氢键

36

¹È

˵

C

H

(CH2)2

N

H

C

O _

C

C

O

C

OH

(CH2)4

N

H

O

NH3+

°±Ëá

°±Ëá

盐键

37

°±

ÌìÃŶ¬

C

H

O

N

H

C

C

C

O

C

OH

CH2

N

H

O

Ë¿

Ëá

°±Ëá

CH2

酯键

38

C

CH

N

H

C

O

CH

CH3CH2

CH3

CH3CH2

CH3

CHN

H

C

O

疏水键

39

2 、蛋白质分子的四级结构一级结构 多肽链中氨基酸的排列次序二级结构 主链原子的局部空间排列。即指

主链上的 α- 螺旋、 β- 片层、 β- 转角和无规卷曲四种构象单元。

三级结构 侧链与主链上的构象单元按一定方式进一步卷曲，折叠成的更复杂的三度空间结构。

四级结构 几个亚基（具有三级结构的肽链）通过氢键、疏水键或静电引力缔合成一个蛋白质分子时，而具有的空间结构。

40

酰胺平面,

,,

N

C

RH

H

¦Á

C

C

O

RH

H2N¦Á

C

O

N

H

C

R H

¦Á

0.36nm

图 12-3 多肽链中的“酰胺平面”

二级结构 P332

41

3 、形成各级结构的主要价键

一级结构 肽键二级结构 氢键、二硫键三级结构 盐键、氢键、二硫键及疏 水键等副键 四级结构 氢键、疏水键或静电引力

42

四、蛋白质的性质

1 、蛋白质的两性离解及等电点2 、蛋白质的胶体性质及盐析3 、蛋白质的显色反应

43

PNH3

COO

+

_

PNH2

COOH

PNH2

COO_

OH

H+

_

PNH3

COOH

+ OH

H+

_

1 、两性电离及等电点

PNH3

COO

+

_PNH3

COOH

+

+ OH2 PNH2

COO_ + H3O

++OH

44

pH< pI

纯水溶液

[ 阳 ]>[ 阴 ]

pI Max

为主

pH> pI

= 阳离子= 阴离子

[ 阴 ]>[ 阳 ]

蛋白质阳离子 蛋白质偶极离子 蛋白质阴离子

多数蛋白质的 pI接近于 5 。

45

2 、蛋白质的胶体性质及盐析透析实验室中常选用不同孔径的半透膜 (透析袋 )来分离提纯蛋白质的方法。

超过滤在膜上增加压力，进行加压透析的方法。维持蛋白质高分子溶液稳定的重要因素：

水化膜和同种电荷 沉淀蛋白质的方法：• 盐析 （用量大、 P 不变性、分段盐析 ）• 有机溶剂（ P 可变性） • 重金属盐 （ P 可变性） • 某些酸类 （ P 可变性）

46

3 、蛋白质的显色反应•缩二脲反应 （肽、蛋白质—紫或紫红）•茚三酮反应（氨基酸、肽、蛋白质—蓝紫）•2 ， 4- 二硝基氟苯反应（桑格试剂 -

DNFB）（氨基酸、肽、蛋白质的 N- 端氨基—黄）•蛋白黄反应（浓硝酸） （苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸—黄）

47

第四节 核酸(nucleic acid)

一、分类

二、分子组成

48

一、分类核酸

脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid ，简称DNA)

核糖核酸 (ribonucleic acid ，简称 RNA)

49

二、分子组成核酸（多核苷酸）单核苷酸

核苷

磷酸

有机碱 嘌呤类碱嘧啶类碱

戊糖（核糖或 2- 脱氧核糖

50

核酸水解产物

RNA

DNA

酸 磷酸 磷酸

戊糖 核糖 脱氧核糖

有机碱

嘌呤碱 腺嘌呤、鸟嘌呤 腺嘌呤、鸟嘌呤

嘧啶碱 胞嘧啶、尿嘧啶 胞嘧啶、胸腺嘧啶

表 13-7 核酸水解的最终产物

51

N N

NN

NH2

HOH2C

9

O

OH OH

HH

H

N N

NN

HOH2C

9

O

OH OH

H2N

O

H HH

H

N

N

HOH2C O

OH OH

H H

H

O

H

1

O

尿苷腺苷 鸟苷

52

N N

NN

NH2

HOH2C

9

O

H3O3PO OH

HH

H

N N

NN

HOH2C

9

O

H3O3PO OH

H2N

O

H HH

H

N

N

HOH2C O

H3O3PO OH

H H

H

O

H

1

O

尿苷 3`-磷酸（ 3`-UMP）

腺苷 -3`-磷酸 （ 3`-AMP ）

鸟苷 -3`-磷酸（ 3`-GMP ）

53

N N

NN

NH2

9

O

OH OH

HH

HH2CO

OH

PO

O

OH

PO

OH

PO

O ~~HO

AMPADP

ATP

¦Á¦Â¦Ã

高能磷酸键

54

H2C

P

O

OH

P

O

OH

OH

O

H2C

P

O

OH

H2C

P

O

OH

H2C

N

N

N

NH2

N

O N

N

NH2

N

NO

OH CH3

N

N

N

O

N

NH2

O H

O

O

H

O

O H

O

O

O

O

H

O

O

ATGC-

核酸一级结构（ DNA ）

55

图 12-13 DNA双螺旋结构( 二级结构）P ：磷酸基S ：脱氧核A ：腺嘌呤

T ：胸腺嘧啶 G ：鸟嘌呤 C ：胞嘧啶

56

图 12-14 碱基对结构

DNA 中：A=T，G≡C RNA

中： A=U，G≡C

掌握氨基酸的性质；理解等电点的概念及蛋白质的四 级结构；了解核酸的组成及一级结构。

本章要求