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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、氨基酸的侧链结构决
2、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,包括苯丙氨酸、酪
3、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-羧基，因此，氨基酸
4、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-氨基参与体内多种化学反
5、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。,芳香族氨基酸的紫外吸收,（四）氨基酸定量定性分
6、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，RNA）,核酸（nucleic acid）是生物
7、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,嘧啶(pyrimidine),胞嘧啶(cytosine,C),
8、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
9、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
10、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DNA40g/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=1.8RNA纯品:OD260/OD280=2.0,OD260的应用,（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。,
