生物化学与分子生物学八年制课件2.ppt

1、氨基酸和核苷酸,第一章,Amino Acids and Nucleotides,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）。,氨基酸的结构与功能,第一节,The Structure and Function of Amino Acids,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）。,(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

2、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,(1)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸,(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。,(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。,(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。,(5)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸,包括苯丙氨

3、酸、酪氨酸和色氨酸，其侧链分别有苯基、酚基和吲哚基。,几种特殊氨基酸,脯氨酸 （亚氨基酸）, 半胱氨酸,胱氨酸,（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,重要的L-氨基酸的主要功能特点,（三） 氨基酸-R基团直接影响多肽链结构,（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,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,非蛋白质组成氨基酸及其衍生物功能举例,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-

4、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),pH=pI,pHpI,pHpI,氨基酸的兼性离子,阳离子,阴离子,氨基酸具有特征性的滴定曲线,甘氨酸滴定曲线,（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

5、-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,（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,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

6、紫外吸收,（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。,核苷酸的结构与功能,第 二 节,The Structure and Function of Nucleotides,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，

7、RNA）,核酸（nucleic acid）是生物信息大分子 天然存在的核酸可以分为 ：,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),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）。,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。,（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,嘧

8、啶(pyrimidine),胞嘧啶(cytosine, C),尿嘧啶(uracil, U),胸腺嘧啶(thymine, T),碱基可发生互变异构,烯醇式,酮式,氨式,亚氨式,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%。,核酸中部分稀有碱基,N,N二甲基鸟嘌呤,N6-异戊烯腺嘌呤,双氢尿嘧啶,4-巯尿嘧啶,稀有碱基,tRNA中常见的稀有碱基,（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

9、分。,戊 糖,H,（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,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,核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核苷酸： dAMP, dGMP, dTMP, dCMP,（四）核苷与磷酸以酯键连接成核苷酸,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,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,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

10、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,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,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。,（一）核苷酸的紫外吸收特征可用于其定性定量分析,1. DNA或RNA的定量 OD260=1.0相当于 50g/ml双链DNA 40g/ml单链DNA（或RNA） 20g/ml寡核苷酸 2. 判断核酸样品的纯度 DNA纯品: OD260/OD280 = 1.8 RNA纯品: O