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己能
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1 第十四章氨基酸蛋白质和核酸组成生命体系的物质很多, 如激素维生素氨基酸磷脂单糖等生物小分子, 以及蛋白质核酸多糖等生物大分子, 但最基本的物质是蛋白质 (proteins) 和核酸 (nucleic acids), 它们存在于所有的生物体中蛋白质是一切生命活动的承担者, 生物体内从二氧化碳的水合 ( 即光合作用 ) 到核酸的复制等等的生命活动过程几乎都与蛋白质有关蛋白质含一条或多条多肽 (polypeptides) 链, 它们都是由 20 种不同的氨基酸 (amino acids) 组成的核酸则是遗传信息的承担者, 与生物体的生长繁衍遗传变异和转化密切相关

2 第一节氨基酸一. 氨基酸的结构分类和命名氨基酸是带有氨基的羧酸绝大多数天然氨基酸为 - 氨基酸 ( 或 2- 氨基酸 ), 其通式为 RCH(H 2 )C 2 H 天然存在的氨基酸至少有 500 种, 但从细菌到人, 构成生物蛋白质的氨基酸仅有 20 种, 且都是 L- 型 α- 氨基酸已经发现的 D- 型氨基酸大都来自于细菌产生的抗生素或植物中的生物碱 D- 型氨基酸都不是构成天然蛋白质的成分 H 2 C 2 或 - 碳 C 2 H R H C CH L H 2 R H

3 1. 分类 (1). 根据 R 基团的结构分类 : 脂肪族氨基酸芳香族氨基酸杂环氨基酸 (2). 根据氨基酸中氨基和羧基的数目分 : 中性氨基酸 ---- 一氨基一羧基氨基酸酸性氨基酸 ---- 一氨基二羧基氨基酸碱性氨基酸 ---- 两个碱性基团一个羧基氨基酸 2. 命名虽然可以用系统命名法给氨基酸命名, 但通常习惯用俗名 20 种常见氨基酸的结构和中英文名及缩写列于表中在这些氨基酸中, 有 8 种人体不能合成必需从食物中得到, 称为必需氨基酸 (essential amino acids), 人食用蛋白质后, 蛋白质在消化道内全部水解为氨基酸, 然后被各组织吸收, 并用来合成各组织自身的蛋白质人们可以从不同的食物中摄取不同的必需氨基酸, 但并不能从同一种食物中得到所有的必需氨基酸, 因此平衡饮食是非常重要的

4 20 种常见氨基酸的结构和命名 H 2 C 2 H R 非极性中性氨基酸 H R 中文名 ( 缩写 ) 英文名三字符单字符 H CH 3 Me 2 CH Me 2 CHCH 2 CH 3 CH 2 CH 3 PhCH 2 CH 甘氨酸 ( 甘 ) 丙氨酸 ( 丙 ) 缬氨酸 *( 缬 ) 亮氨酸 *( 亮 ) 异亮氨酸 *( 异亮 ) 苯丙氨酸 *( 苯丙 ) Glycine Gly G Alanine Ala A Valine Val V Leucine Leu L Isoleucine Ile I Phenylalanine Phe F CH 3 SCH 2 CH 2 蛋氨酸 *( 蛋 ) ( 甲硫氨酸 ) Methionine Met M CH H ( 全部结构 ) 脯氨酸 ( 脯 ) Proline Pro P H CH 2 色氨酸 *( 色 ) Tryptophane Trp W

5 H 2 C 2 H R 极性中性氨基酸 H R 中文名 ( 缩写 ) 英文名三字符单字符 HCH 2 丝氨酸 ( 丝 ) Serine Ser S CH 3 CH(H) 苏氨酸 *( 苏 ) Threonine Thr T HSCH 2 半胱氨酸 ( 半胱 ) Cysteine Cys C H CH 2 酪氨酸 ( 酪 ) Tyrosine Tyr Y H 2 CCH 2 天冬酰胺 ( 天 -H 2 ) Asparagine Asn H 2 CCH 2 CH 2 谷氨酰胺 ( 谷 -H 2 ) Glutamine Gln Q 非极性中性氨基酸中侧链 R 为非极性基团, 具有疏水性极性中性氨基酸侧链中含有 H,SH,CH 2 基团, 它们是极性基团, 具有亲水性

6 H 2 C 2 H R H R 中文名 ( 缩写 ) 英文名三字符单字符酸性氨基酸碱性氨基酸 HCCH 2 天冬氨酸 ( 天 ) Aspartic acid Asp D HCCH 2 CH 2 谷氨酸 ( 谷 ) Glutamic acid Glu E H 2 H 2 (CH 2 ) 4 赖氨酸 * ( 赖 ) Lysine Lys K H H C H(CH 2 ) 3 CH 2 精氨酸 ( 精 ) Arginine Arg G 组氨酸 ( 组 ) Histidine His H * 必需氨基酸

7 CH H 2 C* H R L- - 氨基酸 CH CH H 2 C H H 2 C H CH 3 CH 2 H L- 丙氨酸 L- 丝氨酸 S-2- 氨基丙酸 S-2- 氨基 -3- 羟基丙酸 CH H 2 CH 2 CH H 2 C H CH 2 SH 甘氨酸 L- 半胱氨酸氨基乙酸 R-2- 氨基 -3- 巯基丙酸 H L- 脯氨酸 CH S-2- 四氢吡咯甲酸

8 二. 氨基酸的性质 ( 一 ). 两性电离和等电点氨基酸同时含有氨基和羧基, 既是酸又是碱, 是两性化合物氨基酸本身可形成内盐, 因此氨基酸在加热时分解而不是熔融, 而且不溶于有机溶剂中 H 2 + H 3 R CH CH R CH C - 氨基酸与碱或酸作用则生成盐 H 3 + Cl - R CH CH HCl H 2 H 2 ah R CH CH R CH C - a +

9 两性的氨基酸在溶液中可以发生两性电离, 中性氨基酸的酸式电离比碱式电离能力强, 溶于水中成弱酸性 : + + H 3 H H - 3 H - H 2 R CH CH R CH C - R CH C - H + 在水溶液中, 氨基酸的结构取决于 ph 值大小例如, 甘氨酸在中性溶液中的主要形式是两性离子, 但在强酸性 (ph 1) 溶液中主要以 + H 3 CH 2 C 2 H 形式存在, 在强碱性 (ph 13) 溶液中则主要为 H 2 CH 2 C 2-, 这些形式通过酸碱平衡相互转化在 ph = 5.5 的水溶液中, 赖氨酸苯丙氨酸和谷氨酸以如下三种不同的形式存在 : H 3 (CH 2 ) 4 CHC 2 PhCH 2 CHC 2 2 CCH 2 CH 2 CHC 2 H + H 3 H 3 H 3 ( 带 1 个正电荷 ) ( 电中性 ) ( 带 1 个负电荷 )

10 在一定 ph 条件下, 氨基酸的酸式电离和碱式电离的解离程度相等, 两性离子上所带正负电荷必然也相等, 此时的 ph 值就称为该氨基酸的等电点, 以 pi 表示中性氨基酸 pi=5.0~6.5; 酸性氨基酸 pi=2.7~3.2; 碱性氨基酸 pi=9.5~10.7, 其中组胺酸 pi=7.59 等电点时, 氨基酸溶解度最小, 两性离子不发生电泳现象

11 氨基酸溶解度 g/100ml 25 o C 分解温度 o C pi 氨基酸溶解度 g/100ml 25 o C 分解温度 o C pi 甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸蛋氨酸脯氨酸苯丙氨酸色氨酸天冬酰胺谷氨酰胺丝氨酸苏氨酸酪氨酸半胱氨酸天冬氨酸谷氨酸赖氨酸精氨酸组氨酸 5.0 易溶易溶

12 ( 二 ). 脱水成肽反应 H 2 CH CH 肽键 R 1 H 2 CH CH R 3 H 2 CH H 2 CH CH R 2 H 2 CH R 1 C H CH R 2 C R 1 H C H CH R 2 CH CH CH... R 3 H 3 CH 2 C H CHC CH 3 - 端 H 3 CH 2 CHCHCHCH CH 2 Ph CH 3 C C- 端甘氨酰 - 丙氨酸甘 - 丙 (Gly-Ala) 甘氨酰 - 苯丙氨酰 - 丙氨酸甘 - 苯丙 - 丙 (Gly-Phe-Ala)

13 多肽与蛋白质之间没有明显的界限, 因为一些蛋白质只含一条多肽链一种区分方法是看其相对分子质量, 一般将相对分子质量大于 1 万的叫作蛋白质 ( 约含 100 个氨基酸的多肽 ),1 万以下的叫作多肽蛋白质具有生理功能, 但也有一些多肽属于内源性的, 在生物体内本来就存在, 也具有重要的生理功能例如谷胱甘肽 : HCCH 2 CH 2 CH C H HCCHCH 2 CH 2 C H H 2 H 2 CH CH 2 SH CH C C CH 2 SH GSH - 2H G S S G +2H H H CH 2 CH - 谷氨酰 - 半胱氨酰 - 甘氨酸 CH 2 CH - 谷氨酰 - 半胱氨酰 - 甘氨酸谷胱甘肽

14 催产素和后叶加压素也是内源性九肽, 产生于下丘脑在它们的分子中,C- 端的羧基以酰胺形式存在 ;- 端 (1- 位 ) 的半胱氨酸残基和 6- 位的半胱氨酸残基上的两个巯基氧化成二硫键 ( S S 键 ), 在分子中形成一个环 : S S H 2 S S H 2 半胱 - 酪 - 异亮 - 谷 - 天 - 半胱 - 脯 - 亮 - 甘 -H 2 半胱 - 酪 - 苯并 - 谷 - 天 - 半胱 - 脯 - 精 - 甘 -H 2 H 2 H 2 ( 催产素 ) ( 后叶加压素 ) 后叶加压素通过增加肾的渗透性引起水的再吸收, 使初级尿浓缩如果后叶加压素分泌量太少, 水的再吸收没有保障, 从而可导致大量低比重尿的排泄, 引起尿崩症后叶加压素具有抗利尿等治疗作用催产素则用于引产, 因为它具有促进子宫收缩和排乳作用

15 A 链牛胰岛素是一种 51 肽, 它有两条肽链 :A 链为 21 肽, 其中含 4 个半胱氨酸残基,B 链为 30 肽, 有 2 个半胱氨酸残基, 它们通过两个二硫键桥连接起来 : B 链 - 端 S S C- 端 Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn S S S S Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr-Leu-Val-Cys-Gly-Glu - 端 C- 端 Ala-Lys-Pro-Thr-Tyr-Phe-Phe-Gly-Arg 胰岛素是人和动物胰脏中分泌出来的一种激素, 它能够增加肝肌肉和脂肪细胞膜的通透性, 促进葡萄糖等物质从细胞外向细胞内转运, 加速了葡萄糖的代谢, 使血糖水平降低, 因此胰岛素已被用来治疗糖尿病胰岛素的相对分子质量约为 6 000, 应只是一个多肽, 但也被认为是一个最小的蛋白质

16 两种不同的氨基酸脱水缩合, 可得到含有四种二肽以及三肽四肽等多肽的复杂混合物, 例如由甘氨酸和丙氨酸缩合能生成甘 - 丙丙 - 甘甘 - 甘丙 - 丙甘 - 丙 - 甘等因此由不同的氨基酸合成具有一定序列的多肽, 必须对氨基和羧基分别保护起来, 使肽键只能在指定的羧基和氨基之间生成 ; 其次对羧基也要进行适当的活化, 使肽键能够顺利生成 : BocHCH 2 C 2 H DCC + CHCl 3 H 2 CHC 2 CH 2 Ph CH 3 CH 3 BocHCH 2 CHCHC 2 CH 2 Ph H 2, Pd/C 1. H 3 2. H 2, Pd/C CH 3 H 3 CH 2 CHCHC 2 Gly-Ala CH 3 BocHCH 2 CHCHC 2 H 1. H 2 CH 2 C 2 CH 2 Ph, DCC 2. H 3 3. H 2, Pd/C CH 3 H 3 CH 2 CHCHCHCH 2 C 2 Gly-Ala-Gly

17 R 1 BocHCHC 2 H + (1) R 2 BocHCHC 2 H R 1 R 2 R DCC 1 BocHCHCHCHC 2 CH 2 H 2 CHC 2 CH 2 HCH 2 (3) R 1 BocHCHC 2 CH 2 (2) CF 3 C 2 H, CH 2 Cl 2 (4) CF 3 C 2 H, CH 2 Cl 2 R 2 R 1 H 2 CHCHCHC 2 CH 2 (3) (4)... (5) HF R 2 R 1 HCHCHCHC 2 H + FCH 年 Merrifield 用自动化的多肽合成仪合成了一种 124 肽核糖核酸酶, 整个过程含 369 个反应和 11,391 步操作, 只用了 6 周时间

18 ( 三 ). 与亚硝酸反应 H 2 a 2 H R CH CH H + R CH CH + 2 Van Slyke 氨基氮测定法 H a 2 CH CH H +

19 ( 四 ). 与甲醛反应 R H 2 (CH 2 H) 2 HCH CH CH R CH CH ah R (CH 2 H) 2 CH Ca 酸碱滴定法测定氨基酸含量

20 ( 五 ). 烃基化反应 2 + F H 2 CHCH R 2 ahc HCHCH R 此反应可用于多肽链的结构分析, 尤其是 - 端端基分析 : 2 F H 2 CHCHCHC 2 2 HCHCHCHC R 1 R 2 2 R 1 R 2 H 2 H HCHCH R 1 + H 2 CHCH +... R 2

21 ( 六 ). 脱羧反应 H 2 Ba(H) 2 RCH R CH CH 2 H 2 + C 2 脱羧酶 H H 2 H 2 CH(CH 2 ) 3 CHCH 精氨酸 H 2 (CH 2 ) 4 H 2 腐胺 H 2 H 2 (CH 2 ) 3 CHCH H 2 H 2 (CH 2 ) 4 CHCH H 2 (CH 2 ) 5 H 2 赖氨酸尸胺

22 许多氨基酸在体内脱羧酶作用下得到的胺类化合物本身具有重要的生理活性, 也有些是激素或神经介质的前体如 :γ- 氨基丁酸是神经系统主要的抑制性递质 ; 5- 羟色胺可使大多数交感节前神经元兴奋, 使副交感节前神经元抑制, 脑中的 5- 羟色胺递质与睡眠镇痛体温调节等有关 H 2 HCCHCH 2 CH 2 CH 谷氨酸谷氨酸脱羧酶 H 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH - 氨基丁酸 H 5- 羟色氨脱羧酶 CH 2 CHCH H H 色氨酸羟化酶 2 H CH 2 CH 2 H 2 H CH 2 CHCH H 2 H 5- 羟色胺

23 ( 七 ). 脱氨基反应 R H 2 H 脱氢氧化 CHCH R C CH H 2 R C CH

24 ( 八 ). 与茚三酮反应 H H H 2 H H H + H + H 2CHCH 3 + RCH + C 2 H R H H H 3 H H 2 H 蓝紫色

25 第二节蛋白质一. 蛋白质的分类 : 按化学组成可把蛋白质分为单纯蛋白和结合蛋白单纯蛋白 : 仅由 α- 氨基酸脱水构成的蛋白质结合蛋白 : 除 α- 氨基酸外, 还有非氨基酸类的辅基共同构成单纯蛋白和结合蛋白又可以根据蛋白质的形状溶解性功能和辅基等等的不同进行分类 (P333 表 14-2,3)

26 二. 蛋白质的结构 ( 一 ). 一级结构肽链中氨基酸的连接顺序被称为蛋白质的一级结构, 即蛋白质的有机分子结构式它决定着蛋白质的高级结构及蛋白质的性质及生物功能如牛胰岛素 : A 链 B 链 - 端 S S C- 端 Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn S S S S Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr-Leu-Val-Cys-Gly-Glu - 端 C- 端 Ala-Lys-Pro-Thr-Tyr-Phe-Phe-Gly-Arg

27 ( 二 ). 二级结构蛋白质的二级结构是指多肽链中分子链段在空间的伸展方式, 即局部分子链段的构象蛋白质的二级结构主要包括 α- 螺旋 β- 折叠 β- 转角和无规卷曲等 1. 肽键的平面结构 : H R C H C C R H H R C H C C R H

28 C 1 C H C 2 C 1 C H C 2 C 1 - C + H C 2

29 与肽键相连的六个原子构成刚性平面结构, 称为肽单元或肽键平面但由于 α- 碳原子与其他原子之间均形成单键, 因此两相邻的肽键平面可以作相对旋转此单键的旋转决定两个肽键平面的位置关系, 于是肽键平面成为肽链盘曲折叠的基本单位

30 2. α- 螺旋结构 α- 螺旋是蛋白质中最常见最典型含量最丰富的二级结构元件在 α 螺旋中, 每轮卷曲的螺旋包含 3.6 氨基酸残基, 升高 0.54nm, 残基侧链伸向外侧, 同一肽链上的每个残基的酰胺氢和位于它后面的第 4 个残基上的羰基氧彼此之间形成氢键这种氢键大致与螺旋轴平行一条多肽链呈 α- 螺旋构象的推动力就是所有肽键上的酰胺氢和羰基氧之间形成的链内氢键 α- 螺旋可有右手螺旋和左手螺旋两种方式, 蛋白质大都是右手螺旋的, 因为它更稳定羊毛中的 - 角蛋白肽链大部分以 - 螺旋结构存在, 羊毛纤维拉伸时, - 螺旋区域的氢键断裂, 但由于 S S 桥的存在, 限制了拉伸的程度, 除去外力后氢键重新生成, 纤维又恢复原状, 显现出弹力

31 四种不同的 α- 螺旋表达方式

32 3. β- 折叠 β- 折叠也是种重复性的结构, 可分为平行式和反平行式两种类型, 它们是通过肽链间或肽段间的氢键维系可以把它们想象为由折叠的条状纸片侧向并排而成, 每条纸片可看成是一条肽链, 称为 β 折叠股或 β 股 (β-strand), 肽主链沿纸条形成锯齿状, 处于最伸展的构象, 氢键主要在股间而不是股内 α- 碳原子位于折叠线上, 由于其四面体性质, 连续的酰氨平面排列成折叠形式氨基酸残基中的侧链 R 交替伸向面上和面下蚕丝的主要成份丝心蛋白所含氨基酸大部分为甘氨酸丝氨酸和丙氨酸等, 它们的侧链都很小, 有利于 - 折叠结构的形成, 故丝心蛋白几乎完全以 - 折叠片结构存在

33 在平行 (A) 和反平行 (B)β- 折叠片中氢键的排列

34 反向 β- 折叠

35 4. β- 转角 (β-turn) β- 转角是种简单的非重复性结构在 β- 转角中第一个残基的 C= 与第四个残基的 -H 氢键键合形成一个紧密的环, 使 β- 转角成为比较稳定的结构, 多处在蛋白质分子的表面, 在这里改变多肽链方向的阻力比较小 β- 转角的特定构象在一定程度上取决与他的组成氨基酸, 某些氨基酸如脯氨酸和甘氨酸经常存在其中, 由于甘氨酸缺少侧链 ( 只有一个 H), 在 β- 转角中能很好的调整其他残基的空间阻碍, 因此使立体化学上最合适的氨基酸 ; 而脯氨酸具有换装结构和固定的角, 因此在一定程度上迫使 β- 转角形成, 促使多台自身回折且这些回折有助于反平行 β 折叠片的形成

36 两种主要类型的 β- 转角

37 5. 无规则卷曲 (randon coil) 无规则卷曲或称卷曲 (coil), 泛指那些不能被归入明确的二级结构如折叠片或螺旋的多肽区段实际上这些区段大多数既不是卷曲, 也不是完全无规的, 虽然也存在少数柔性的无序片段它们也像其他二级结构那样是明确而稳定的结构, 否则蛋白质就不可能形成三维空间上每维都具周期性结构的晶体

39 ( 三 ). 三级结构三级结构主要针对球状蛋白质而言的是指整条多肽链由二级结构元件构建成的总三维结构, 包括一级结构中相距远的肽段之间的几何相互关系, 骨架和侧链在内的所有原子的空间排列如果蛋白质分子仅由一条多肽链组成, 三级结构就是它的最高结构层次稳定蛋白质三维结构的作用力主要是一些所谓弱的相互作用或称非共价键或次级键, 包括氢键, 范德华力, 疏水作用和盐键 ( 离子键 ) 此外共价二硫键在稳定某些蛋白质的构象方面也起着重要作用

41 胰岛素的三级结构溶菌酶分子的三级结构

42 磷酸丙糖异构酶和丙酮酸激酶的三级结构

43 ( 四 ). 四级结构蛋白质分子的四级结构是指由两条或两条以上具有三级结构的多肽链按一定方式结合而成的聚合体这时, 具有三级结构的多肽链称为亚基稳定四级结构的作用力与稳定三级结构的没有本质区别亚基的二聚作用伴随着有利的相互作用包括范徳华力氢键离子键和疏水作用还有亚基间的二硫键亚基缔合的驱动力主要是疏水作用, 因亚基间紧密接触的界面存在极性相互作用和疏水作用, 相互作用的表面具有极性基团和疏水基团的互补排列, 而亚基缔合的专一性则由相互作用的表面上的极性基团之间的氢键和离子键提供

44 血红蛋白的四级结构血红蛋白分子就是由二个由 141 个氨基酸残基组成的 α 亚基和二个由 146 个氨基酸残基组成的 β 亚基按特定的接触和排列组成的一个球状蛋白质分子, 每个亚基中各有一个含亚铁离子的血红素辅基四个亚基间靠氢键和八个盐键维系着血红蛋白分子严密的空间构象

45 三. 蛋白质的理化性质蛋白质是由氨基酸组成的大分子化合物, 其理化性质一部分与氨基酸相似, 如两性电离等电点呈色反应成盐反应等, 也有一部分又不同于氨基酸, 如高分子量胶体性变性等 ( 一 ) 蛋白质的两性电离和等电点蛋白质是由氨基酸组成的, 其分子中除两端的游离氨基和羧基外, 侧链中尚有一些解离基, 如谷氨酸天门冬氨酸残基中的 γ 和 β- 羧基, 赖氨酸残基中的 ε- 氨基, 精氨酸残基的胍基和组氨酸的咪唑基带电的蛋白质颗粒在溶液中所带的电荷, 既取决于其分子组成中碱性和酸性氨基酸的含量, 又受所处溶液的 ph 影响当蛋白质溶液处于某一 ph 时, 蛋白质游离成正负离子的趋势相等, 即成为兼性离子 (zwitterion, 净电荷为 0), 此时溶液的 ph 值称为蛋白质的等电点 (isoelectric point, 简写 pi)

46 处于等电点的蛋白质颗粒, 在电场中并不移动蛋白质溶液的 ph 大于等电点, 该蛋白质颗粒带负电荷, 反之则带正电荷 P H 2 C - H + H - P H 3 + C - H + H - P H 3 + CH ph>pi ph=pi ph<pi

47 ( 二 ) 蛋白质的胶体性质蛋白质分子量颇大, 介于一万到百万之间, 故其分子的大小已达到胶粒 1~100nm 范围之内球状蛋白质的表面多亲水基团, 且往往带有大量电荷, 可以强烈地吸引水分子, 使蛋白质分子表面常为多层水分子所包围, 称水化膜蛋白质在溶液中带有大量相同的电荷相互排斥, 又有稳定的水化膜保护, 从而阻止蛋白质颗粒的相互聚集, 使蛋白质颗粒分散在水中形成了稳定的胶体溶液

48 ( 三 ) 蛋白质的沉淀蛋白质所形成的亲水胶体颗粒具有两种稳定因素, 即颗粒表面的水化层和电荷若无外加条件, 不致互相凝集然而除掉这两个稳定因素 ( 如调节溶液 ph 至等电点和加入脱水剂 ) 蛋白质便容易凝集析出蛋白质分子凝聚从溶液中析出的现象称为蛋白质沉淀

49 1. 盐析 (Salting ut) 在蛋白质溶液中加入大量的中性盐以破坏蛋白质的胶体稳定性而使其析出, 这种方法称为盐析常用的中性盐有硫酸铵硫酸钠氯化钠等各种蛋白质盐析时所需的盐浓度及 ph 不同, 故可用于对混和蛋白质组分的分离例如用半饱和的硫酸铵来沉淀出血清中的球蛋白, 饱和硫酸铵可以使血清中的白蛋白球蛋白都沉淀出来, 盐析沉淀的蛋白质, 经透析除盐, 仍保证蛋白质的活性调节蛋白质溶液的 ph 至等电点后, 再用盐析法则蛋白质沉淀的效果更好

50 2. 重金属盐沉淀蛋白质蛋白质可以与重金属离子如汞铅铜银等结合成盐沉淀, 沉淀的条件以 ph 稍大于等电点为宜因为此时蛋白质分子有较多的负离子易与重金属离子结合成盐重金属沉淀的蛋白质常是变性的, 但若在低温条件下, 并控制重金属离子浓度, 也可用于分离制备不变性的蛋白质临床上利用蛋白质能与重金属盐结合的这种性质, 抢救误服重金属盐中毒的病人, 给病人口服大量蛋白质, 然后用催吐剂将结合的重金属盐呕吐出来解毒 3. 生物碱试剂以及某些酸类沉淀蛋白质蛋白质又可与生物碱试剂 ( 如苦味酸钨酸鞣酸 ) 以及某些酸 ( 如三氯醋酸过氯酸硝酸 ) 结合成不溶性的盐沉淀, 沉淀的条件应当是 ph 小于等电点, 这样蛋白质带正电荷易于与酸根负离子结合成盐临床血液化学分析时常利用此原理除去血液中的蛋白质, 此类沉淀反应也可用于检验尿中蛋白质

51 4. 有机溶剂沉淀蛋白质可与水混合的有机溶剂, 如酒精甲醇丙酮等, 对水的亲和力很大, 能破坏蛋白质颗粒的水化膜, 在等电点时使蛋白质沉淀在常温下, 有机溶剂沉淀蛋白质往往引起变性例如酒精消毒灭菌就是如此, 但若在低温条件下, 则变性进行较缓慢, 可用于分离制备各种血浆蛋白质 5. 加热凝固将接近于等电点附近的蛋白质溶液加热, 可使蛋白质发生凝固 (coagulation) 而沉淀加热首先是加热使蛋白质变性, 有规则的肽链结构被打开呈松散状不规则的结构, 分子的不对称性增加, 疏水基团暴露, 进而凝聚成凝胶状的蛋白块如煮熟的鸡蛋, 蛋黄和蛋清都凝固

52 ( 四 ) 蛋白质的变性天然蛋白质的严密结构在某些物理或化学因素作用下, 其特定的空间结构被破坏, 从而导致理化性质改变和生物学活性的丧失, 如酶失去催化活力, 激素丧失活性称之为蛋白质的变性作用 (denaturation) 变性蛋白质只有空间构象的破坏, 一般认为蛋白质变性本质是次级键, 二硫键的破坏, 并不涉及一级结构的变化变性蛋白质和天然蛋白质最明显的区别是溶解度降低, 同时蛋白质的粘度增加, 结晶性破坏, 生物学活性丧失, 易被蛋白酶分解引起蛋白质变性的原因可分为物理和化学因素两类物理因素可以是加热加压脱水搅拌振荡紫外线照射超声波的作用等 ; 化学因素有强酸强碱尿素重金属盐十二烷基磺酸钠 (SDS) 等在临床医学上, 变性因素常被应用于消毒及灭菌反之, 注意防止蛋白质变性就能有效地保存蛋白质制剂

53 变性并非总是不可逆的变化, 当变性程度较轻时, 如去除变性因素, 有的蛋白质仍能恢复或部分恢复其原来的构象及功能, 变性的可逆变化称为复性例如, 核糖核酸酶中四对二硫键及其氢键在 β 巯基乙醇和 8M 尿素作用下, 发生变性, 失去生物学活性, 变性后如经过透析去除尿素,β 巯基乙醇, 并设法使疏基氧化成二硫键, 酶蛋白又可恢复其原来的构象, 生物学活性也几乎全部恢复, 此称变性核糖核酸酶的复性许多蛋白质变性时被破坏严重, 不能恢复, 称为不可逆性变性

54 ( 五 ) 蛋白质的呈色反应 1. 茚三酮反应 (inhydrin Reaction) α- 氨基酸与水合茚三酮作用时, 产生蓝色反应, 由于蛋白质是由许多 α- 氨基酸组成的, 所以也呈此颜色反应 2. 双缩脲反应 (Biuret Reaction) 蛋白质在碱性溶液中与硫酸铜作用呈现紫红色, 称双缩脲反应凡分子中含有两个以上 -C-H- 键的化合物都呈此反应, 蛋白质分子中氨基酸是以肽键相连, 因此, 所有蛋白质都能与双缩脲试剂发生反应 3. 米伦反应 (Millon Reaction) 蛋白质溶液中加入米伦试剂 ( 亚硝酸汞硝酸汞及硝酸的混和液 ), 蛋白质首先沉淀, 加热则变为红色沉淀, 此为酪氨酸的酚核所特有的反应, 因此含有酪氨酸的蛋白质均呈米伦反应此外, 蛋白质溶液还可与酚试剂乙醛酸试剂浓硝酸等发生颜色反应

55 第三节核酸核酸分为核糖核酸 (ribonucleic acid, RA) 和脱氧核糖核酸 (deoxyribonucleic acid, DA) 两大类所有生物的细胞都含有这两类核酸, 它们占干细胞重的 5%~15% DA 主要存在于细胞核中, 线粒体叶绿体也含 DA;RA 则主要分布于细胞质中对于病毒来说, 要么只含 RA( 称为 RA 病毒 ), 要么只含 DA( 称为 DA 病毒 ), 还没有发现同时含 DA 和 RA 的病毒

56 核酸 H 2 核苷酸 H 2 磷酸核苷 H 2 戊醛糖杂环碱戊醛糖杂环碱核糖脱氧核糖嘌呤碱嘧啶碱核糖核酸 RA 脱氧核糖核酸 DA

57 一. 戊醛糖和杂环碱 1. 戊醛糖 H H H H H 核糖 Ribose H H 2- 脱氧核糖 2-Deoxyribose

58 2. 杂环碱 (1). 嘌呤碱 H 2 H H H 2 H 腺嘌呤 Adenine (A) 鸟嘌呤 Guanine (G)

59 2. 嘧啶碱 H 2 H H CH 3 H H H 胞嘧啶 Cytosine (C) DA, RA 中尿嘧啶 Uracil (U) RA 中胸腺嘧啶 Thymine (T) DA 中

60 二. 核苷和单核苷酸 1. 核苷 H 2 H H A H 2 H H H G H H H H H H H H 腺嘌呤核 ( 糖 ) 苷 ( 腺苷 ) 鸟嘌呤核 ( 糖 ) 苷 ( 鸟苷 )

61 H 2 H H H C H H U H H H H H H H H 胞嘧啶核苷 ( 胞苷 ) 尿嘧啶核苷 ( 尿苷 ) H 2 H A H H 2 H H H G H H H H 腺嘌呤脱氧核糖苷 ( 脱氧腺苷 ) 鸟嘌呤脱氧核糖苷 ( 脱氧鸟苷 )

62 H 2 H H C H H CH 3 H T H H H H 胞嘧啶脱氧核苷 ( 脱氧胞苷 ) 胸腺嘧啶脱氧核苷 ( 脱氧胸苷 )

63 2. 单核苷酸 H P H 4' 5' 3' H ' H 1' 5 4 H H 4' H 5' 3' P H 5 6 2' H ' 5 - 腺嘌呤核苷酸 (5 -AMP) 3 - 胞嘧啶脱氧核苷酸 (3 -dcmp)

64 H 2 H P~ H P H 二磷酸腺苷 (ADP) H H H 2 H P~ H P~ H P H 三磷酸腺苷 (ATP) H H

65 三. 核酸的结构 ( 一 ). 核酸的一级结构核酸又称多核苷酸, 通过 3,5 磷酸二酯键把单核苷酸连接而成 H P CH 2 H P 碱基 R CH 2 H P CH 2 RA: R = H 碱基为 A G C 和 U DA: R = H 碱基碱基为 A G C 和 T R 碱基 R DA 和 RA 的一级结构指的是其分子中核苷酸的连接顺序因为在 DA 或 RA 链中, 每个核苷酸残基的戊糖部分都是相同的, 不同的只在于碱基部分, 因此核苷酸的连接顺序也可以说成是碱基的顺序

66 所以核酸的一级结构可用碱基的缩写字母加连字符表示, 如某一多核苷酸片段 : A G G C U 3' 3' 3' H p p p p p 5' 5' 5' 5' 3' papgpgpcpuh A-G-G-C-U AGGCU

67 ( 二 ). 核酸的高级结构 1. DA 的碱基互补规律 DA 中 C 的数目与 G 的数目同 ;A 的数目与 T 的数目同 A T G C H H CH 3 H H H H H H A T G C

68 2. DA 的双螺旋结构由于其他结构上的限制, 能够使 DA 双链间的氢键作用最强而空间排斥力最小的空间排列是两条链绕同一轴盘绕, 形成右手双螺旋, 碱基对被裹在螺旋的内部, 其平面与中心轴垂直, 脱氧核糖基和磷酸酯基在螺旋外

69 DA 的复制 DA 是遗传物质的载体, 故亲代 DA 必须以自身分子为模板准确地复制成两个拷贝, 并分配到两个子细胞中去, 以完成其遗传信息载体的使命 DA 的双螺旋结构对于维持这类遗传物质的稳定性和复制的准确性都是极为重要的 DA 的复制时, 双链解开, 每条链都可作为模板, 按照碱基配对原则分别合成出一条互补的新链这样新形成的两个子代 DA 分子就与原来 DA 分子的碱基顺序完全一样在此过程中, 每个子代双链 DA 分子中的一条链来自亲代 DA, 另一条则是新合成的, 这种复制方式称作半保留式复制实际上, 在细胞增殖周期的一定阶段, 整个染色体组都将发生精确的复制, 随后以染色体为单位, 把复制的基因组分配到两个子代细胞中去染色体 DA 的复制与细胞分裂之间存在密切关系一旦复制完成, 即可发生细胞分裂细胞分裂结束后, 又可开始新的一轮 DA 复制由于 DA 的半保留复制过程极为可靠, 发生错误的可能性只有一百亿分之一, 这就保证了生物种的稳定性和延续性

70 模板 DA 子代

71 3. RA 不同 RA 具有不同的空间结构, 在局部片段中也可以形成双螺旋结构 (A=U,G C)P347 RA 按作用不同可以分为 :mra tra rra, 协同作用下共同参与蛋白质的合成当细胞开始制造蛋白质时, 细胞核内双螺旋的 DA 便分解成为两个单链, 信使 RA 把 DA 上合成蛋白质的密码抄录下来, 然后被派往细胞质, 在细胞质中与蛋白质的制造车间核蛋白体结合起来这时候, 转运 RA 便忙活起来, 它能够识别信使 RA 上的遗传密码, 因此充当了译员的角色转运 RA 表现得相当活跃, 它来回工作, 把相应的游离氨基酸领到核糖体那里报到, 使不同的氨基酸在核蛋白体上依据信使 RA 的密码语言依序合成多肽链

i

i i ii 1 2 3 4 % N) 5 50.0 AMINO ACID #64 [modified by Administrator] IntAmp_1 nc 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0-10.0 1 - ala - 10.483 2 - thr - 11.107 3 - gly - 11.872 4 - val - 13.458 5 - ser - 14.903 6 - pro