Question

含氮有机化合物:蛋白质、核苷和核酸

Answer 1

蛋白质是由多种氨基酸组成的高度有序的聚合物,一般都含有 20 个氨基酸,最复杂的蛋白质可含有8000 多个氨基酸单元,它们构成了生物机体中大部分含氮化合物。蛋白质与其他分子结合形成生命过程中大部分重要的化合物,如细胞色素、酶、细菌的毒素与抗体、肌肉纤维、蚕丝和海绵等多种不同物质。在有水存在时,不溶性的蛋白质由于酶的作用,可以水解成水溶性的单体——氨基酸。

蛋白质同时含有氨基和羟基 (图8-5),最简单的氨基酸是氨基己酸,它由一个带氢原子的氨基酸官能团和一个带甲基的丙氨酸组成。

图8-5 氨基酸结构式

根据氨基酸中羧基和氨基的相对数量,氨基酸呈现中性、酸性和碱性。当羧基多于氨基时,氨基酸中另外一个羧基官能团,可给出质子,而显酸性;当羧基少于氨基时,如赖氨酸(COOHCH ((CH₂)₄NH₂)NH₂)上多出的氨基可以接受质子,而表现出碱性;氨基己酸和丙氨酸等中性氨基酸,具有同等数量的羧基和氨基官能团。当氨基酸分子分解同时脱去氨基和羧基时,就形成了烃类,这些烃类大部分是C₁-C₇ 的轻烃,有机质死亡后,氨基酸可保存在遗骸、贝壳等类似物质中。

缩合反应形成的缩氨酸由一个氨基酸的羧基官能团与另一个去除了水分子氨基连接缩合而成,如图8-6 所示,该键称为肽键。自然界生物体内蛋白质种类繁多,它们在生命过程中发挥着广泛的作用。胶原质 (骨头)和角蛋白 (头发)等蛋白质物质是组成高等动物的骨架和连接部分 (腱)的物质,肌肉中蛋白质收缩,肌肉就可以运动,通常称为催化剂的酶是最常见的蛋白质,作为抗体,它们在免疫系统发挥着重要作用,血色素这样的蛋白质还可以储存和转送多种元素和化合物。

图8-6 蛋白质的结构

a—20 个氨基酸中有 3 个分子连接成蛋白质;b—由肽键 (虚线)将氨基乙酸、丝氨酸和酪氨酸等连接起来的蛋白质碎片。脱去水后,连接氨基和羧基的键叫肽键

嘧啶或嘌呤是核苷最核心的官能团 (图8-7),核苷三磷酸腺苷 (ATP)和烟碱腺嘌呤双核苷酸磷酸盐 (NADP)在生物体通过光合作用产生和储存能量,以及通过呼吸作用转送和释放能量中发挥着极为重要的作用。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD)是另外一种核苷,它在生物的呼吸作用中发挥着重要作用。ATP 是由ADP加合磷酸盐离子构成的 (腺苷二磷酸),该过程称为磷酸化作用 (phosphorylation),反应的自由能 (ΔG)变化大约为+40 kJ/mol。

图8-7 几种核苷的结构

a—嘧啶和嘌呤官能团结构;b—核苷三磷酸腺苷结构;c—NAD或烟碱腺嘌呤二核苷酸结构(R为H)和NADP或烟碱腺嘌呤二核苷酸磷酸盐(R为

)

与蛋白质有关的核酸是由多种官能团组成的含氮聚合物。氨基、磷酸根(

)和吡啶官能团是核酸最基本的组成成分。与蛋白质不同,核酸中一般不存在羧基。在细胞里,核酸DNA (脱氧核糖核酸)和RNA (核糖核酸)携带着遗传密码和蛋白质合成的控制信息。