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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目 录,目 录,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,氨基酸和核苷酸,第一章,Amino Acids and Nucleotides,1,蛋白质的基本结构单体是氨基酸,核酸的基本结构单体是核苷酸,生物大分子蛋白质、核酸都是由基本结构单位组成的,多聚体（,polymer,）；可形成聚合体的基本结构单位称为,单体（,monomer,）。,2,氨基酸的结构与功能,第一节,The Structure and Function of Amino Acids,3,一、构成人体蛋白质氨基酸均为,L,-,-,氨基酸,虽然存在于自然界中的氨基酸有,300,余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有,20,种，且均属,L,-,-,氨基酸,（除甘氨酸外）。,4,H,甘氨酸,CH,3,丙氨酸,L-,氨基酸的通式,R,5,(1),侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸,二,、,氨基酸的侧链结构决定其功能,包括丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸。,此类氨基酸在水溶液中溶解度小。,（一）氨基酸的差异在于侧链结构,-R,基团,6,中文名,英文名,缩写,符号,结构式,等电点,（,pI,）,含脂肪烃侧链的氨基酸,甘氨酸,Glycine,Gly,G,5.97,丙氨酸,Alanine,Ala,A,6.00,缬氨酸,Valine,Val,V,5.96,亮氨酸,Leucine,Leu,L,5.98,异亮氨酸,Isoleucine,Ile,I,6.02,(1),侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸,7,侧链含有羟基的氨基酸,丝氨酸,Serine,Ser,S,5.68,苏氨酸,Threonine,Thr,T,5.60,酪氨酸,Tyrosine,Tyr,Y,见芳香族类,5.66,侧链含有硫的氨基酸,半胱氨酸,Cysteine,Cys,C,5.07,甲硫氨酸,Methionine,Met,M,5.74,(2),侧链含羟基或含巯基是极性中性氨基酸,甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。,8,(3),侧链含酸性基团及其衍生物的氨基酸,此类氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸，其侧链都含有羧基，均可解离而带负电荷。,侧链含酸性基团及其氨基衍生物的氨基酸,天冬氨酸,Aspartic acid,Asp,D,2.97,天冬酰胺,Asparagine,Asn,N,5.41,谷氨酸,Glutamic acid,Glu,E,3.22,谷氨酰胺,Glutamine,Gln,Q,5.65,9,(4),侧链含碱性基团的氨基酸属于碱性氨基酸,此类氨基酸有赖氨酸、精氨酸和组氨酸，其侧链分别含有氨基、胍基和咪唑基，均可发生质子化，使之带正电荷。,侧链含碱性基团的氨基酸,精氨酸,Arginine,Arg,R,10.76,赖氨酸,Lysine,Lys,K,9.74,组氨酸,Histidine,His,H,7.59,10,(5),侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸,包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸，其侧链分别有苯基、酚基和吲哚基。,侧链含芳香环的氨基酸,组氨酸,Histidine,His,H,见上,7.59,苯丙氨酸,Phenylalanine,Phe,F,5.48,酪氨酸,Tyrosine,Tyr,Y,5.66,色氨酸,Tryptophan,Trp,W,5.89,亚氨基酸,脯氨酸,Proline,Pro,P,6.30,11,几种特殊氨基酸,脯氨酸,（亚氨基酸）,12,半胱氨酸,+,胱氨酸,二硫键,-,H,H,13,（二） ,-R,基团赋予氨基酸不同的极性,蛋白质中的,L,-,-,氨基酸依据极性的分类,类别,主要氨基酸,非极性,脂肪族氨基酸,丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸,芳香族氨基酸,苯丙氨酸,亚氨基酸,脯氨酸,极性,中性氨基酸,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,酸性氨基酸,天冬氨酸、谷氨酸,碱性氨基酸,赖氨酸、精氨酸、组氨酸,14,重要的,L,-,-,氨基酸的主要功能特点,名称,结构与功能特点,半胱氨酸,氧化状态下，多肽链中不相邻的两个半胱氨酸通过二硫键相连，增强蛋白质结构的稳定性；巯基易与重金属离子结合,天冬氨酸、谷氨酸,携带强负电荷，常位于水溶性蛋白的表面；可结合带正电荷的分子或金属离子,苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸,侧链结构大且极性较弱或无极性，常位于水溶性蛋白的内部,甘氨酸,是唯一不存在不对称立体结构的氨基酸，有较大的旋转自由度，赋予多肽链更多的柔性；是最小的氨基酸，能够存在于空间致密的蛋白质中，如胶原,组氨酸,咪唑基团容易发生质子化，进而影响其所在的蛋白质构象，因此是许多蛋白质功能的调节机制,异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸,均含有较大的疏水侧链，其刚性结构特征及疏水相互作用都对蛋白折叠有重要的影响力，常作为水溶性蛋白的内部支撑结构,赖氨酸、精氨酸,有带正电荷的柔性侧链，常作为蛋白的亲水表面，且易于结合带有负电荷的其他分子，如,DNA,甲硫氨酸,是多肽链生物合成的起始氨基酸；参与体内含硫化合物代谢及甲基化反应,脯氨酸,N,原子在杂环中移动的自由度受到限制，常位于多肽链的转角处,丝氨酸、苏氨酸,侧链短，所含羟基常作为酶反应中的供氢体；亲水性强，位于水溶性蛋白表面,（三） 氨基酸,-R,基团直接影响多肽链结构,15,（四） 氨基酸的侧链可有其他化学基团修饰,体内常见的蛋白质翻译后发生化学修饰的氨基酸残基,常见的化学修饰种类,发生修饰的主要氨基酸残基,磷酸化,丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸,N,-,糖基化,天冬酰胺,O,-,糖基化,丝氨酸、苏氨酸,羟基化,脯氨酸 赖氨酸,甲基化,赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸,乙酰化,赖氨酸、丝氨酸,硒化,半胱氨酸,16,三,、,氨基酸及其衍生物具有除形成多肽链外的多种重要功能,组成蛋白质的氨基酸的其他功能及重要衍生物举例,氨基酸名称,重要功能及衍生物,甘氨酸,神经递质；参加体内嘌呤类、卟啉类和肌酸的合成,谷氨酸,神经递质；其,-,脱羧产物,-,氨基丁酸亦是重要的神经递质,色氨酸,转化生成重要的神经递质,5,羟色胺,精氨酸,产生重要的信号物质一氧化氮（,NO,）；参加合成尿素的鸟氨酸循环,甲硫氨酸,为体内的毒物或药物甲基化代谢提供甲基，起到解毒的作用,天冬氨酸,神经递质；三羧酸循环中的重要成分；参加合成尿素的鸟氨酸循环,酪氨酸,黑色素,组氨酸,脱羧形成的组胺具有血管舒张作用，并参与多种变态反应,17,非蛋白质组成氨基酸及其衍生物功能举例,氨基酸名称,功能,瓜氨酸、鸟氨酸,参加体内尿素合成,同型半胱氨酸,转甲基作用的产物,-,丙氨酸,泛酸（一种维生素）的成分之一,L-,肉毒碱,化学结构为,L-,羟,-,-,三甲胺丁酸，参加脂质转运,18,四,、,氨基酸的理化性质是其分离和鉴定的依据,（一） 氨基酸具有两性离子特征,由于所有氨基酸都含有可解离的,-,氨基和,-,羧基，因此，氨基酸溶解在水中是一种,偶极离子（,dipolar ion,），又称,两性离子（,zwitterion,）,。其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。,在某一,pH,的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的,pH,值,称为该氨基酸的,等电点,。,等电点,(isoelectric point, pI),19,pH=,pI,+OH,-,pH,pI,+H,+,+OH,-,+H,+,pH,pI,氨基酸的兼性离子,阳离子,阴离子,20,氨基酸具有特征性的滴定曲线,甘氨酸滴定曲线,21,（二）氨基酸的化学反应特性决定其体内功能,一个氨基酸的羧基可与另一个氨基酸的氨基反应成肽，形成共价的肽 键。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,-,氨基参与体内多种化学反应。氨基酸的,-,氨基能与醛类化合物生成弱碱，称为,Schiff,碱，这是体内氨基酸转氨基作用的中间代谢物,体内氨基酸化学反应,22,（三） 可利用氨基酸理化特性对其进行定性,定量分析,氨基酸与茚三酮试剂发生呈色反应,氨基酸与,2,，,4-,二硝基氟苯反应生成二硝基苯基氨基酸,氨基酸与亚硝酸反应生成氮气,含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质,薄层层析是鉴定氨基酸及其修饰的经典方法,23,24,含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质,色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在,280 nm,附近。,大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液,280nm,的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。,芳香族氨基酸的紫外吸收,25,（四）氨基酸定量定性分析已进入自动化时代,随着,毛细管电泳（,capillary electrophoresis,，,CE,；,液相层析（,liquid chromatography, LC,）自动化及,质谱（,mass spectrometry,，,MS,）技术的发展，目前氨基酸的检测分析可以在自动分析仪器中快速完成。,26,核苷酸的结构与功能,第 二 节,The Structure and Function of Nucleotides,27,脱氧核糖核酸：,其基本组成单位是脱氧核糖核苷酸 （,deoxyribonucleotide,，,DNA,）,核糖核酸：,其基本组成单位是核糖核苷酸,（,ribonucleotide,，,RNA,）,核酸（,nucleic acid,）,是生物信息大分子,天然存在的核酸可以分为,：,28,核酸的化学组成,元素组成,C,、,H,、,O,、,N,、,P,（,9 % 10%,）,分子组成,碱基,(base),：嘌呤碱，嘧啶碱,戊糖,(pentose),：核糖，脱氧核糖,磷酸,(phosphate),29,一、戊糖、磷酸和碱基是核苷酸的基本成分,核苷酸,由碱基,(base),、戊糖,(pentose),和磷酸,3,种成分以共价键依次连接而成。,核酸在酶的作用下水解为,核苷酸（,nucleotide,）。,30,核酸,核苷酸,磷酸,核苷或,脱氧核苷,核酸酶,水解,核苷酶,核糖,脱氧核糖,碱基,戊糖,嘌呤,嘧啶,核苷酸由碱基,(base),、戊糖,(pentose),和磷酸,3,种成分以共价键依次连接而成。,31,（一）核酸中的碱基分为嘧啶碱和嘌呤碱两类,核酸中常见的,5,种碱基,嘌呤,(purine),腺嘌呤,(adenine, A),鸟嘌呤,(guanine, G),碱 基,:,32,嘧啶,(pyrimidine),胞嘧啶,(cytosine, C),尿嘧啶,(uracil, U),胸腺嘧啶,(thymine, T),33,碱基可发生互变异构,烯醇式,酮式,氨式,亚氨式,34,核酸中存在稀有碱基,核酸中还有一些含量甚少的碱基，称为,稀有碱基,(rare base),。稀有碱基种类很多，大多数都是甲基化碱基。,tRNA,中含有较多的稀有碱基，可高达,10%,。,DNA,RNA,嘌呤,m,7,G 7-,甲基鸟嘌呤,N,6,，,N,6,-2 m,6,A N,6,，,N,6,-,二甲基腺嘌呤,N,6,-m,6,A N,6,-,甲基腺嘌呤,N,6,-m,6,A N,6,-,甲基腺嘌呤,m,7,G 7-,甲基鸟嘌呤,嘧啶,m,5,C 5-,甲基胞嘧啶,DHU,二氢尿嘧啶,Hm,5,C 5-,羟甲基胞嘧啶,T,胸腺嘧啶,核酸中部分稀有碱基,35,N,N,二甲基鸟嘌呤,N,6,-,异戊烯腺嘌呤,双氢尿嘧啶,4-,巯尿嘧啶,稀有碱基,36,tRNA,中常见的稀有碱基,37,（二） 核苷酸中的戊糖有核糖和脱氧核糖两类,核糖核苷酸：,-,D,-,核糖,脱氧核糖核苷酸：,-,D,-2,-,脱氧核糖,戊糖是核苷酸的另一个基本成分。,38,戊 糖,（构成,RNA,）,1,2,3,4,5,核糖,(ribose),（构成,DNA,）,脱氧核糖,(deoxyribose),H,39,（三）,碱基和和戊糖缩合成核苷酸,1.,碱基,和,戊糖,缩合成核苷,-N-,糖苷键,2.,糖苷键是可以旋转,碱基位置存在顺式和反式结构,40,顺式鸟嘌呤核苷,反式鸟嘌呤核苷,反式胞嘧啶核苷,反式胞嘧啶脱氧核苷,41,核苷酸：,AMP, GMP, UMP, CMP,脱氧核苷酸：,dAMP, dGMP, dTMP, dCMP,核苷（脱氧核苷）和磷酸以,磷酸酯键,连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。,（四）核苷与磷酸以酯键连接成核苷酸,42,腺嘌呤核苷三磷酸,ATP,腺嘌呤脱氧核苷一磷酸,dAMP,环式腺苷一磷酸,cAMP,环式鸟苷一磷酸,cGMP,鸟苷四磷酸,ppGpp,43,参与构成核酸的主要碱基、核苷及相应的核苷酸的中英文对照,RNA,碱基,base,核苷,ribonucleoside,核苷酸,nucleoside monophosphate,（,NMP,）或,ribonucleotide,腺嘌呤,adenine (A),鸟嘌呤,guanine (G),胞嘧啶,cytosine (C),尿嘧啶,uracil (U),腺苷,adenosine,鸟苷,guanosine,胞苷,cytidine,尿苷,uridine,腺苷酸,(AMP) adenosine monophosphate,鸟苷酸,(GMP) guanosine monophosphate,胞苷酸,(CMP) cytidine monophosphate,尿苷酸,(UMP) uridine monophosphate,DNA,碱基,base,脱氧核苷,deoxyribonucleoside,脱氧核苷酸,deoxyribonucleoside monophosphate,（,dNMP,）或,deoxyribonucleotide,腺嘌呤,adenine (A),鸟嘌呤,guanine (G),胞嘧啶,cytosine (C),胸腺嘧啶,thymine (T),脱氧腺苷,deoxyadenosine,脱氧鸟苷,deoxyguanosine,脱氧胞苷,deoxycytidine,胸 苷,thymidine,脱氧腺苷酸,(dAMP) deoxyadenosine monophosphate,脱氧鸟苷酸,(dGMP) deoxyguanosine monophosphate,脱氧胞苷酸,(dCMP) deoxycytidine monophosphate,胸苷酸,(dTMP) thymidine monophosphate,44,二、核苷酸在人体具有除构成核酸外的多种功能,核苷酸是细胞内化学能载体,核苷酸可以作为细胞内信号转导信使,核苷酸是一些重要辅酶的结构成分,核苷酸是重要的药物研究对象,45,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：,NAD,+,、,NADP,+,、,CoA-SH,、,FAD,等都含有,AMP,多磷酸核苷酸：,NMP,，,NDP,，,NTP,环化核苷酸,:,cAMP,，,cGMP,AMP,ADP,ATP,cAMP,NADP,+,NAD,+,46,三、核苷酸的理化性质是其分离鉴定的基础,核苷酸一般为白色粉末或结晶状物，平均分子量约为,340,。溶于水，水溶液呈酸性。不溶于丙酮、乙醇等有机溶剂。,47,（一）核苷酸的紫外吸收特征可用于其定性定量分析,48,1. DNA,或,RNA,的定量,OD,260,=1.0,相当于,50,g/ml,双链,DNA,40,g/ml,单链,DNA,（或,RNA,）,20,g/ml,寡核苷酸,2.,判断核酸样品的纯度,DNA,纯品,:,OD,260,/OD,280,= 1.8,RNA,纯品,:,OD,260,/OD,280,= 2.0,OD,260,的应用,49,（二） 核苷酸的解离特征可用于其分离纯化,核苷酸分子在特定溶液中各基团的解离常数（,pK,）和等电点（,pI,）均为特征性常数，这些特性赋予核苷酸以层析和电泳行为的差异，因此被广泛用于核苷酸的分离和纯化。例如，薄层层析、离子交换层析、毛细管电泳等技术都可用于分离和纯化核苷酸。,50,
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