第2章 蛋白质与核酸的化学 教案Word文件下载.docx
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蛋白质的空间结构;
教具:
板书
复习思考题:
1、蛋白质的元素组成主要是什么?
2、蛋白质的基本组成单位是什么?
3、什么是肽键?
4、蛋白质的一级结构指的是什么?
教学内容
前言:
自然界各种生物体内都含有蛋白质和核酸,它们是生命的主要物质基础。
要研究蛋白质与核酸在生命活动中的重要作用,首先就要学习这两类物质的化学。
●蛋白质(protein)是由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合物。
●蛋白质是细胞的重要组成部分,是功能最多的生物大分子物质,几乎在所有的生命过程中起着重要作用:
1)作为生物催化剂,2)代谢调节作用,3)免疫保护作用,4)物质的转运和存储,5)运动与支持作用,6)参与细胞间信息传递。
一、蛋白质的元素组成
●主要元素:
碳、氢、氧、氮四种,大多数还含有硫
少量含:
磷、铁、铜、锰、锌、碘等微量元素。
●各种蛋白质的含N量很接近,平均约16%。
通过样品含氮量计算样蛋白质含量:
100g样品中所含蛋白质克数(g%)=每克样品中含氮克数*6.25*100
二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸
●氨基酸是蛋白质的基本组成单位
氨基酸的结构通式:
既含有氨基(—NH2)又含有羧基(—COOH)。
H
H2N——C——COOH
R
●必需氨基酸:
体内需要而自身又不能合成,必须从外界食物中摄取的,称为必需氨基酸。
8种,它们是:
赖氨酸、色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸。
●口诀
假设来写一两本书
甲硫(蛋)色赖缬异亮亮苯丙苏
第二节蛋白质的结构与功能
一级结构是蛋白质的基本结构,二至四级结构为其空间结构。
一、蛋白质的基本结构
(一)肽键和肽
1、肽键:
一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的β-羧基脱水缩合而成的化学键称为肽键(—CONH—)。
2、肽、氨基酸残基、肽链的方向、肽链的主链及侧链
●氨基酸通过肽键连接而成的化合物称为肽。
●肽中的氨基酸单位因氨基或羧基用于脱水缩合形成肽键而不完整,故称为氨基酸残基。
●肽有两个末端,即氨基末端(N-末端或N-端)和羧基末端(C-末端或C-端)。
书写时,N-末端常用H-表示,写在左侧;
C-末端常用-OH表示,写在右侧。
但即使的顺序编号从N-端开始到C-端。
●多肽链中由肽键连接的部分称为主链或骨干结构;
氨基酸残基的R基团从主链的α-C伸出称为侧链。
3、生物活性肽
人体内存在某些具有重要生理功能的低分子多肽,称为生物活性肽。
如谷胱甘肽、缩宫素、生长素、脑啡肽等。
(二)蛋白质的一级结构
●概念:
蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构,它是蛋白质的基本结构。
●主要化学键:
肽键,也是蛋白质结构中的主键
●二硫键的数目和位置也包括在蛋白质的一级结构中。
●蛋白质的一级结构由遗传信息所决定,一级结构被破坏,空间结构与生理功能也就发生改变。
二、蛋白质的空间结构
●多肽链需通过各种方式卷曲成特定的空间结构。
●维持蛋白质空间结构稳定的化学键主要有氢键、盐键、疏水键、范德华力等非共价键和二硫键,统称为次级键或副键。
●蛋白质的空间结构包括二级、三级和四级结构。
(一)蛋白质的二级结构
多肽链主链在各个局部由于折叠、盘曲而重复出现所形成的空间结构,不涉及氨基酸残基侧链的构象称为蛋白质的二级结构。
氢键
●四种主要结构形式:
α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲等。
1、α-螺旋
●右手螺旋上升,维持上升的动力是氢键。
●每圈螺旋由3.6个氨基酸残基构成,一个螺旋的高度为0.54nm。
2、β-折叠成锯齿状结构。
依靠氢键维持结构稳定。
3、β-转角和无规则卷曲都以氢键维持结构稳定。
(二)蛋白质分子的三级结构
整条肽链所有原子在三维空间的排布位置,称为蛋白质的三级结构。
●主要次级键:
疏水作用、离子键(盐键)、氢键、范德华力等。
●一条肽链的蛋白质具备三级结构后即具有生物学功能。
(三)蛋白质分子的四级结构
每一个具有独立三级结构的多肽链称为亚基。
亚基之间通过非共价键缔合而成的空间结构即为蛋白质的四级结构。
●各亚基之间的结合力:
疏水作用、氢键、离子键。
●只有聚合在一起的四级结构,才具有蛋白质的生物学活性。
第三节蛋白质的理化性质与分类
2学时
①蛋白质的理化性质。
了解:
①蛋白质的分类;
1、回顾上节内容5分钟
2、两性电离和等电点15分钟
3、亲水胶体性质10分钟
4、蛋白质的沉淀15分钟
6、蛋白质的变性15分钟
7、紫外吸收及呈色反应5分钟
8、蛋白质的分类10分钟
9、小结10分钟
蛋白质的主要理化性质。
1、等电点的概念。
2、使蛋白质沉淀的方法有哪些?
3、蛋白质变性的概念及本质是什么?
4、紫外吸收的最大吸收峰是多少?
回顾:
1、蛋白质的元素组成主要碳、氢、氧、氮四种。
2、氨基酸是蛋白质的基本组成单位,氨基酸的通式(板书)
3、一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的β-羧基脱水缩合而成的化学键称为肽键
4、蛋白质有一级、二级、三级、四级结构。
其中一级结构是基本结构,二至四级结构是空间结构。
第三节蛋白质的理化性质和分类
一、蛋白质的理化性质
(一)两性电离和等电点
●等电点:
蛋白质在某一pH溶液时,解离成正、负离子的趋势相等,所带正、负电荷数相等,称为兼性离子(两性离子)。
此时溶液的pH称为该蛋白质的等电点,用pI表示。
●电泳:
溶液中带点粒子在电场中向电性相反的电极移动的现象称为电泳
(二)亲水胶体性质
●胶体颗粒的范围:
直径1~100nm。
●水化膜和表面电荷是维持蛋白质胶体溶液稳定的两大因素。
●蛋白质不能透过半透膜。
●透析:
利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。
可用于纯化蛋白质。
(三)蛋白质的沉淀
蛋白质从溶液中析出的现象称为沉淀。
●常用的沉淀方法:
1盐析法;
②有机溶剂沉淀法;
③某些酸类沉淀法;
④重金属盐沉淀法。
(四)蛋白质的变性
在某些物理或化学因素作用下,蛋白质空间结构破坏,导致理化性质改变和生物活性降低以致丧失的现象称为蛋白质的变性作用。
●物理因素:
高温、高压、紫外线、X射线、超声破及强烈震荡等。
化学因素:
强酸、强碱、重金属盐、有机溶剂等。
●变性的本质:
破坏非共价键和二硫键,不改变蛋白质的一级结构。
●蛋白质变性后的性质改变:
溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、生物活性丧失及易受蛋白酶水解。
●复性:
若蛋白质变性程度较轻,去除变性因素后,蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能,称为复性。
●变性的蛋白质易于沉淀,有时蛋白质发生沉淀,但并不变性。
●蛋白质的凝固作用:
蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块,此凝块不易再溶于强酸和强碱中。
(五)紫外吸收和呈色反应
●紫外吸收:
酪氨酸和色氨酸对紫外线有吸收作用。
最大吸收峰在280nm波长处,利用此特性,可测定蛋白质的含量。
●呈色反应:
①双缩脲反应:
在碱性溶液中与铜离子作用生成紫红色络合物。
②与酚试剂反应生成蓝色化合物。
③在酸性溶液中可与染料“考马斯亮蓝”产生颜色反应,由棕红色变为蓝色。
二、蛋白质的分类
(一)根据形状分为球状蛋白质和纤维状蛋白质,
(二)根据组成分为单纯蛋白质和结合蛋白质。
第四节核酸的化学
①核酸的分子组成;
②核酸的分子结构。
①某些重要的核苷酸。
1、回顾上节内容10分钟
2、核酸的分子组成20分钟
3、DNA的空间结构30分钟
4、RNA的结构与功能20分钟
6、某些重要的核苷酸10分钟
化学组成;
两类核酸分子组成异同;
核酸的一级结构及其主要化学键;
DNA右手双螺旋结构要点及碱基配对规律;
mRNA、tRNA的结构特点;
DNA的空间结构
1、简述核酸的元素组成及基本组成单位。
2、简述DNA的一级结构以及核苷酸的连接方式。
3、简述DNA双螺旋结构模型要点。
4、tRNA的结构特点有哪些?
核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子,携带和传递遗传信息。
分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)两类,前者90%以上分布于细胞核,其余分布于核外如线粒体,叶绿体,质粒等。
携带遗传信息,决定细胞和个体的基因型。
而RNA分布于胞核、胞液,参与细胞内DNA遗传信息的表达。
某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。
RNA分为三类:
信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)、核糖体RNA(rRNA)。
一、核酸的分子组成
分子组成:
碱基(嘌呤碱,嘧啶碱)、戊糖(核糖,脱氧核糖)和磷酸
(一)核酸的基本成分
元素组成:
C、H、O、N、P(9~10%)
1、戊糖:
D-核糖(RNA)、D-2-脱氧核糖(DNA)。
2、含氮碱基:
:
腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)、胸腺嘧啶(T)。
DNA中的碱基(A、G、C、T),RNA中的碱基(A、G、C、U)。
图嘌呤与嘧啶碱基
3、磷酸
(二)组成核酸的基本单位—核苷酸
1、核苷:
含氮碱与戊糖通过糖苷键形成的化合物称为核苷。
其中,戊糖的第一位碳原子分别于嘌呤碱的N-9和嘧啶碱的N-1相连接,形成核糖核苷或脱氧核糖核。
2、核苷酸:
核苷中戊糖的C-5’上的羟基与磷酸通过磷酸酯键连接生成核苷酸,称为5’-核苷酸。
●组成RNA的核苷酸主要有:
AMP、GMP、CMP及UMP4种;
●组成DNA的核苷酸主要有:
dAMP、dGMP、dCMP及dTMP4种。
二、核酸的分子结构
(一)核酸分子的一级结构
概念:
核酸中核苷酸的排列顺序,由于核苷酸间的差异主要是碱基不同,所以也称为碱基序列。
核苷酸间的连接键—3’,5’-磷酸二酯键、方向(5’→3’)及链书写方
(二)核酸分子的空间结构:
包括二级结构和三级结构
1、DNA的空间结构——双螺旋结构
●Chargaff规则:
①腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数总是相等(A=T),鸟嘌呤的含量总是与胞嘧啶相等(G=C);
②不同生物种属的DNA碱基组成不同,③同一个体不同器官、不同组织的DNA具有相同的碱基组成。
●DNA双螺旋结构要点:
①两条链呈反平行走向,一条链5’→3’,另一条链是3’→5’。
②DNA是一反向平行的互补双链结构,亲水的脱氧核糖基和磷酸基骨架位于双链的外侧、而碱基位于内侧。
③两条链的碱基互补配对,A---T形成两个氢键,G---C形成三个氢键。
堆积的疏水性碱基平面与线性分子结构的长轴相垂直。
④DNA双螺旋结构稳定的维系:
横向靠两条链间互补碱基的氢键维系,纵向则靠碱基平面间的疏水性堆积力维持,尤以碱基堆积力更为重要。
2、DNA的三级结构——超螺旋
●超螺旋结构:
DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。
●原核生物DNA的高级结构是环状超螺旋
●真核生物染色质(chromatin)DNA是线性双螺旋,它缠绕在组蛋白的八聚体上形成核小体。
●DNA的功能:
DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息,并作为基因复制和转录的模板。
它是生命遗传的物质基础,也是个体生命活动的信息基础。
3、RNA的空间结构
●局部的双链与环状形成一种鼓槌的发夹结构,就是RNA的二级结构。
●tRNA:
特点:
(稀有碱基多,分子量小)
结构:
二级结构:
三叶草形
主要组成:
四臂三环(氨基酸臂:
携带和转运氨基酸)
三级结构:
倒L形
三、某些重要的核苷酸
(一)多磷酸核苷酸
ATP与ADP都是高能磷酸化合物,其结构式中高能磷酸键:
“~P”水解可释放出大量能量,供机体各种生命活动的需要。
(二)环化核苷酸
cAMP和cGMP,它们在生物体细胞内含量甚微,但广泛存在,作为激素的第二信使在细胞间信息传递中起重要作用。
(三)辅酶类核苷酸
●辅酶Ⅰ:
尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)
辅酶Ⅱ:
尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)
●黄素单核苷酸(FMN)
●黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)
●辅酶A等
它们在物质代谢中发挥重要作用。
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