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1、目目 录录氨基酸氨基酸和核苷酸和核苷酸第一章第一章Amino Acids and Nucleotides目目 录录蛋白质的基本结构单体是蛋白质的基本结构单体是氨基酸氨基酸核酸的基本结构单体是核酸的基本结构单体是核苷酸核苷酸生物大分子蛋白质、核酸都是由基本结构生物大分子蛋白质、核酸都是由基本结构单位组成的单位组成的多聚体多聚体（polymerpolymer）；）；可形成聚合体的基本结构单位称为可形成聚合体的基本结构单位称为单体单体（monomermonomer）。）。自生论：自生论：模拟大气环境自然生成氨基酸、核苷酸模拟大气环境自然生成氨基酸、核苷酸目目 录录N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核
2、糖核酸酶氨基酸是蛋氨基酸是蛋白质的基本白质的基本结构单位结构单位目目 录录氨基酸氨基酸的结构与功能的结构与功能第一节第一节目目 录录一、氨基酸结构特点：一、氨基酸结构特点：构成蛋白质的氨基酸均为构成蛋白质的氨基酸均为L-L-氨基酸氨基酸自然界中氨基酸自然界中氨基酸300余种，余种，人人体体蛋蛋白白质质氨氨基基酸酸20种种，均均属属 L-氨氨基基酸酸（甘甘氨酸除外）。氨酸除外）。COOH COOH H2NCH HCNH2 R R L-L-氨基酸氨基酸 D-D-氨基酸氨基酸目目 录录H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式R目目 录录（一）氨基酸的（一）氨基酸的R基团基团结
3、构特点结构特点1.1.含脂肪含脂肪烃的氨基酸烃的氨基酸2.2.含羟基的氨基酸含羟基的氨基酸3.3.含硫含硫的氨基酸的氨基酸4.4.含含酸性基团及衍生物的氨基酸酸性基团及衍生物的氨基酸5.5.含碱性基团的氨基酸含碱性基团的氨基酸6.6.含芳香环的氨基酸碱性氨基酸含芳香环的氨基酸碱性氨基酸7.7.含亚氨基的氨基酸含亚氨基的氨基酸二、二、氨基酸氨基酸侧链（侧链（R基团）结构与功能基团）结构与功能H2NCHCOOH|R目目 录录1.含脂肪烃的含脂肪烃的氨基酸：氨基酸：支支链链氨氨基基酸酸目目 录录2.2.含羟基的氨基酸含羟基的氨基酸:目目 录录3.3.含硫的氨基酸含硫的氨基酸:目目 录录4.4.含酸性
4、基团及衍生物的氨基酸含酸性基团及衍生物的氨基酸目目 录录5.5.含碱性基团的氨基酸含碱性基团的氨基酸目目 录录6.6.芳香族氨基酸：芳香族氨基酸：目目 录录7.亚氨基酸亚氨基酸：目目 录录几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）CH-COO-目目 录录半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH目目 录录（二）（二）氨基酸侧链氨基酸侧链（R基团）基团）的极性的极性蛋白质中的蛋白质中的L L-氨基酸依据极性的分类氨基酸依据极性的分类类别类别主要氨基酸主要氨基酸非非极极性性脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、
5、甲硫氨酸硫氨酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸亚氨基酸亚氨基酸脯氨酸脯氨酸极极性性中性氨基酸中性氨基酸甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、天甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、色氨酸冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、色氨酸酸性氨基酸酸性氨基酸天冬氨酸、谷氨酸天冬氨酸、谷氨酸碱性氨基酸碱性氨基酸赖氨酸、精氨酸、组氨酸赖氨酸、精氨酸、组氨酸目目 录录重要的重要的L-氨基酸的主要功能特点氨基酸的主要功能特点名称名称结构与功能特点结构与功能特点半胱半胱二硫键增强蛋白质稳定性；巯基与重金属离子结合二硫键增强蛋白质稳定性；巯基与重金属离子结合 天冬、谷天冬、谷强负电荷，结合带正电荷
6、的分子或金属离子强负电荷，结合带正电荷的分子或金属离子苯丙、酪、色苯丙、酪、色 侧链结构大，常位于水溶性蛋白的内部侧链结构大，常位于水溶性蛋白的内部甘甘非对称结构氨基酸，较大旋转自由度，柔性肽链；非对称结构氨基酸，较大旋转自由度，柔性肽链；最小氨基酸，存在于空间致密蛋白质中，如胶原。最小氨基酸，存在于空间致密蛋白质中，如胶原。组组咪唑基质子化，影响蛋白质构象，蛋白质功能调节咪唑基质子化，影响蛋白质构象，蛋白质功能调节 异亮、亮、缬异亮、亮、缬 较大疏水侧链，影响蛋白折叠，水溶性蛋白内部支撑结构较大疏水侧链，影响蛋白折叠，水溶性蛋白内部支撑结构赖、精赖、精正电荷，结合带有负电荷的其他分子，如正电
7、荷，结合带有负电荷的其他分子，如DNADNA。甲硫甲硫肽链合成起始氨基酸；体内含硫化合物代谢及甲基化反应肽链合成起始氨基酸；体内含硫化合物代谢及甲基化反应脯脯N N原子自由度受限，位于多肽链的转角处原子自由度受限，位于多肽链的转角处丝、苏丝、苏侧链短，羟基为酶反应供氢体；亲水性强，位水溶性蛋白表面侧链短，羟基为酶反应供氢体；亲水性强，位水溶性蛋白表面（三）（三）氨基酸氨基酸侧链基团影响多肽链结构和功能侧链基团影响多肽链结构和功能目目 录录（四）（四）氨基酸侧链的修饰氨基酸侧链的修饰 体内常体内常见见蛋白蛋白质质翻翻译译后后发发生化学修生化学修饰饰的氨基酸残基的氨基酸残基常见的化学修饰种类常见的
8、化学修饰种类发生修饰的主要氨基酸残基发生修饰的主要氨基酸残基磷酸化磷酸化丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸N-糖基化糖基化天冬酰胺天冬酰胺O-糖基化糖基化丝氨酸、苏氨酸丝氨酸、苏氨酸羟基化羟基化脯氨酸脯氨酸 赖氨酸赖氨酸甲基化甲基化赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸谷氨酸乙酰化乙酰化赖氨酸、丝氨酸赖氨酸、丝氨酸硒化硒化半胱氨酸半胱氨酸目目 录录三三、氨基酸及其衍生物的功能氨基酸及其衍生物的功能氨基酸氨基酸重要功能及衍生物重要功能及衍生物甘氨酸甘氨酸神经递质；参与嘌呤类、卟啉类和肌酸的合成神经递质；参与嘌呤类、卟啉类和肌酸的合
9、成谷氨酸谷氨酸 神经递质；神经递质；-脱羧产物脱羧产物-氨基丁酸亦是重要的神经递质氨基丁酸亦是重要的神经递质色氨酸色氨酸转化生成重要的神经递质转化生成重要的神经递质5 5羟色胺羟色胺精氨酸精氨酸产生信号物质一氧化氮（产生信号物质一氧化氮（NONO）；参与尿素生成的鸟氨酸循环）；参与尿素生成的鸟氨酸循环甲硫氨酸甲硫氨酸 体内甲基化代谢提供甲基，参与解毒等作用体内甲基化代谢提供甲基，参与解毒等作用天冬氨酸天冬氨酸 神经递质；三羧酸循环中重要成分；参与尿素的鸟氨酸循环神经递质；三羧酸循环中重要成分；参与尿素的鸟氨酸循环酪氨酸酪氨酸黑色素黑色素组组氨酸氨酸脱羧生成组胺具有血管舒张作用，参与多种变态反应
10、脱羧生成组胺具有血管舒张作用，参与多种变态反应目目 录录四四、氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质（一）（一）氨基酸具有两性离子特征氨基酸具有两性离子特征 氨基酸含有可解离的氨基酸含有可解离的-氨基和氨基和-羧基，在水中是羧基，在水中是一种偶极离子一种偶极离子(dipolar ion)，又称两性离子，又称两性离子(zwitterion)。其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。在在特定特定pHpH溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子程度相等的兼性离子，呈电中性。此时溶液的子程度相等的兼性离子，呈电中性。此时溶液的pHpH值值称为该氨基酸的称
11、为该氨基酸的等电点等电点。等电点等电点 （isoelectricisoelectric point point，pIpI）pHpHpIpI:阳离子阳离子；pH=pH=pIpI：两性离子两性离子；pHpHpIpI：阴离阴离子子目目 录录pH=pIpHpI -H+H+-H+H+pHpI兼性离子兼性离子A0 阳离子阳离子A+阴离子阴离子A-K1=A0H+/A+K2=A-H+/A0K1K2A+A0+H+A0 A-+H+pI=(pK1+pK2)/2目目 录录氨基酸具有特征性的滴定曲线氨基酸具有特征性的滴定曲线甘甘氨氨酸酸滴滴定定曲曲线线两两性性离离子子解解离离一一半半目目 录录有三个解离基团的氨基酸的有
12、三个解离基团的氨基酸的pIpI值：值：两性离子两边两性离子两边pK值的平均值值的平均值酸性氨基酸：酸性氨基酸：谷氨酸、天冬氨酸谷氨酸、天冬氨酸碱性氨基酸：碱性氨基酸：精氨酸、赖氨酸、组氨酸精氨酸、赖氨酸、组氨酸目目 录录谷氨酸谷氨酸两性离子两边两性离子两边pKapI=(pK1+pKR)/2 =(2.19+4.25)/2 =3.22A0A+A2-A-目目 录录A+A2+A-A0组氨酸组氨酸两性离子两边两性离子两边pKapI=(pKR+pK2)/2 =(6.0+9.17)/2 =7.585目目 录录（二）紫外吸收性质（二）紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸的色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在最大吸收峰在 280
13、nm 附近附近。测测定定280nm280nm的的光光吸吸收收值值是是分分析析溶溶液液中中蛋蛋白白质质含含量量的的快快速速简简便便的方法。的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收含共轭双键的氨基酸含共轭双键的氨基酸目目 录录（三）氨基酸的（三）氨基酸的体内体内化学反应化学反应肽键：肽键：一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基基共价反应共价反应形成的酰胺键，称之。形成的酰胺键，称之。通过连续的肽键，许多氨基酸即可聚合成多通过连续的肽键，许多氨基酸即可聚合成多肽或蛋白质分子。肽或蛋白质分子。醛（辅酶）醛（辅酶）氨基酸氨基酸 SchiffSchiff碱碱 生
14、成生成SchiffSchiff碱：碱：氨基酸代谢重要反应过程氨基酸代谢重要反应过程目目 录录（四）氨基酸参与多种化学反应（四）氨基酸参与多种化学反应1.1.氨基酸分解生成氨气：氨基酸分解生成氨气：氨基酸定量和蛋白质定量氨基酸定量和蛋白质定量2.2.生成生成萤光萤光氨基酸：氨基酸：二硝基氟苯（二硝基氟苯（DNFBDNFB）N-N-末端氨基酸测定末端氨基酸测定目目 录录3.3.茚三酮反应茚三酮反应氨氨基基酸酸与与茚茚三三酮酮共共热热，生生成成蓝蓝紫紫色色化化合合物物，最最大大吸吸收收峰峰为为570nm570nm，吸吸收收峰峰值值与与氨氨基基酸含量成正比，氨基酸定量分析方法。酸含量成正比，氨基酸定量
15、分析方法。目目 录录（五）氨基酸定量定性分析已进入自动化时代（五）氨基酸定量定性分析已进入自动化时代氨基酸自动分析技术：氨基酸自动分析技术：毛细管电泳毛细管电泳（capillary electrophoresis，CE）液相层析液相层析（liquid chromatography,LC）质谱技术质谱技术（mass spectrometry，MS）氨基酸自动分析系统：氨基酸自动分析系统：液相层析与质谱仪联用液相层析与质谱仪联用目目 录录核苷酸的结构与功能核苷酸的结构与功能第第 二二 节节The Structure and Function of Nucleotides目目 录录核苷酸核苷酸是核酸
16、的基本结构单位是核酸的基本结构单位天然存在的核酸可以分为天然存在的核酸可以分为：脱氧核糖核酸：脱氧核糖核酸：（deoxyribonucleotide，DNA）基本结构单位是脱氧核糖核苷酸基本结构单位是脱氧核糖核苷酸 核糖核酸：核糖核酸：（ribonucleotide，RNA）基本结构单位是核糖核苷酸基本结构单位是核糖核苷酸 核酸（核酸（nucleic acidnucleic acid）是生物信息大分子）是生物信息大分子目目 录录一、一、核苷酸的组成成分：核苷酸的组成成分：戊糖、磷酸、碱基戊糖、磷酸、碱基目目 录录核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷或或脱氧核苷脱氧核苷核酸酶核酸酶水解水解核苷酶
17、核苷酶核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖碱基碱基戊糖戊糖嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核苷酸由核苷酸由碱基碱基(base)、戊戊糖糖(pentose)和和磷酸磷酸3种成种成分以共价键依次连接而成。分以共价键依次连接而成。目目 录录（一）核酸中的碱基（一）核酸中的碱基嘌呤嘌呤(purine)腺嘌呤腺嘌呤A鸟嘌呤鸟嘌呤G目目 录录嘧啶嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶C胞胸嘧啶胞胸嘧啶T尿嘧啶尿嘧啶U 目目 录录碱基可发生互变异构碱基可发生互变异构烯醇式烯醇式酮式酮式氨式氨式亚氨式亚氨式目目 录录稀有碱基稀有碱基（rare base）：核酸中含量较少的碱基。多数是甲基化碱基核酸中含量较少的碱基。多数是甲基化碱基。t
18、RNA中含有较多的稀有碱基，可高达中含有较多的稀有碱基，可高达10%10%。DNARNA嘌呤嘌呤m m7 7G 7-G 7-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤 N N6 6,N N6 6-2m-2m6 6A NA N6 6,N,N6 6-二甲基二甲基 腺嘌呤腺嘌呤N N6 6-m-m6 6A NA N6 6-甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤 N N6 6-m-m6 6A NA N6 6-甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤m m7 7G 7-G 7-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤嘧啶嘧啶m m5 5 C 5-C 5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶DHU DHU 二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶hmhm5 5 C 5-C 5-羟甲基胞嘧啶羟甲基胞嘧啶T T 胸腺嘧啶胸
19、腺嘧啶核酸中部分稀有碱基核酸中部分稀有碱基目目 录录（二）核苷酸中的戊糖（二）核苷酸中的戊糖（构成（构成RNA）12345核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)H目目 录录（三）核苷：（三）核苷：AR、GR、UR、CR嘌呤嘌呤N-9-9或或嘧啶嘧啶N-1-1与核糖与核糖C-1C-1 通过通过-N-糖糖苷键苷键相连形成相连形成核苷核苷(ribonucleoside)。NNNN9NH2OHOOHHHHCH2OHH12糖苷键糖苷键目目 录录嘌呤嘌呤N-9 或或嘧啶嘧啶N-1与脱氧核糖与脱氧核糖C-1 通过通过-N-糖苷键糖苷键相连形成相连形成脱氧核苷脱
20、氧核苷(deoxyribonucleoside)。NNNN9NH2OHOHHHHCH2OHH12糖苷键糖苷键脱氧核苷：脱氧核苷：dAR、dGR、dTR、dCR目目 录录（四）核苷酸：（四）核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP NNNN9N H2OO HO HHHHC H2H1 2OPO-H OO糖苷键糖苷键酯键酯键目目 录录 腺嘌呤核苷三磷酸腺嘌呤核苷三磷酸 ATP腺嘌呤脱氧核苷一磷酸腺嘌呤脱氧核苷一磷酸 dAMP目目 录录 环式腺苷一磷酸环式腺苷一磷酸(环磷酸腺苷环磷酸腺苷cAMP)环式鸟苷一磷酸环式鸟苷一磷酸(环磷酸鸟苷环磷酸
21、鸟苷cGMP)目目 录录鸟苷四磷酸鸟苷四磷酸 ppGpp目目 录录二、核苷酸的功能二、核苷酸的功能1.1.核苷酸是细胞内化学能的载体核苷酸是细胞内化学能的载体 ATP：高能化合物：高能化合物 UTP：糖代谢中间物的活化：糖代谢中间物的活化 CTP：磷脂代谢中间物的活化：磷脂代谢中间物的活化 GTP：参与蛋白质合成代谢功能：参与蛋白质合成代谢功能2.2.核苷酸可以作为细胞内信号转导信使核苷酸可以作为细胞内信号转导信使 cAMP、cGMP3.3.核苷酸是一些重要辅酶的结构成分核苷酸是一些重要辅酶的结构成分4.4.核苷酸是重要的药物研究对象核苷酸是重要的药物研究对象抗癌药：抗癌药：6-6-巯基嘌呤、
22、巯基嘌呤、5-5-氟鸟嘌呤、阿糖胞苷氟鸟嘌呤、阿糖胞苷目目 录录体内重要的游离核苷酸及其衍生物体内重要的游离核苷酸及其衍生物 含核苷酸的生物活性物质：含核苷酸的生物活性物质：NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有等都含有 AMPl 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTPl 环化核苷酸环化核苷酸:cAMP，cGMPAMPAMPADPADPATPATPcAMPcAMPNADP+NAD+目目 录录 三、三、核苷酸的理化性质核苷酸的理化性质 核苷酸为白色粉末或结晶状；核苷酸为白色粉末或结晶状；平均分子量约为平均分子量约为340340。溶于水，水溶液呈酸性。溶于水，水溶液呈酸性
23、。不溶于丙酮、乙醇等有机溶剂。不溶于丙酮、乙醇等有机溶剂。目目 录录（一）核苷酸的紫外吸收特征（一）核苷酸的紫外吸收特征 是核酸定性定量分析的基础是核酸定性定量分析的基础目目 录录1.DNA或或RNA的定量的定量OD260=1.0相当于相当于50g/ml双链双链DNA40g/ml单链单链DNA（或（或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度判断核酸样品的纯度DNA纯品纯品:OD260/OD280=1.8RNA纯品纯品:OD260/OD280=2.0OD260的应用的应用目目 录录（二）核苷酸的解离特征（二）核苷酸的解离特征 是分离纯化的基础是分离纯化的基础核苷酸分子各基团的解离常数（核苷酸分子各基团的解离常数（pK）和等电点（和等电点（pI）为特征性常数。）为特征性常数。可以层析和电泳方法广泛用于核苷酸可以层析和电泳方法广泛用于核苷酸的分离和纯化。的分离和纯化。例如，薄层层析、离子交换层析、毛例如，薄层层析、离子交换层析、毛细管电泳等技术。细管电泳等技术。