氨基酸和核苷酸

關(guān)于氨基酸和核苷酸蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單體是氨基酸核酸的基本結(jié)構(gòu)單體是核苷酸生物大分子蛋白質(zhì)、核酸都是由基本結(jié)構(gòu)單位組成的多聚體（polymer）；可形成聚合體的基本結(jié)構(gòu)單位稱為單體（monomer）。第2頁,共50頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié)TheStructureandFunctionofAminoAcids第3頁,共50頁，2024年2月25日，星期天一、構(gòu)成人體蛋白質(zhì)氨基酸均為L-

-氨基酸雖然存在于自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬L-

-氨基酸（除甘氨酸外）。第4頁,共50頁，2024年2月25日，星期天H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R第5頁,共50頁，2024年2月25日，星期天(1)側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸二、氨基酸的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)決定其功能包括丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸。此類氨基酸在水溶液中溶解度小。（一）氨基酸的差異在于側(cè)鏈結(jié)構(gòu)

-R基團(tuán)第6頁,共50頁，2024年2月25日，星期天中文名英文名縮寫符號結(jié)構(gòu)式等電點（pI）含脂肪烴側(cè)鏈的氨基酸甘氨酸GlycineGlyG5.97丙氨酸AlanineAlaA6.00纈氨酸ValineValV5.96亮氨酸LeucineLeuL5.98異亮氨酸IsoleucineIleI6.02(1)側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸第7頁,共50頁，2024年2月25日，星期天側(cè)鏈含有羥基的氨基酸絲氨酸SerineSerS5.68蘇氨酸ThreonineThrT5.60酪氨酸TyrosineTyrY見芳香族類5.66側(cè)鏈含有硫的氨基酸半胱氨酸CysteineCysC5.07甲硫氨酸MethionineMetM5.74(2)側(cè)鏈含羥基或含巰基是極性中性氨基酸甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。第8頁,共50頁，2024年2月25日，星期天(3)側(cè)鏈含酸性基團(tuán)及其衍生物的氨基酸此類氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸，其側(cè)鏈都含有羧基，均可解離而帶負(fù)電荷。側(cè)鏈含酸性基團(tuán)及其氨基衍生物的氨基酸天冬氨酸AsparticacidAspD2.97天冬酰胺AsparagineAsnN5.41谷氨酸GlutamicacidGluE3.22谷氨酰胺GlutamineGlnQ5.65第9頁,共50頁，2024年2月25日，星期天(4)側(cè)鏈含堿性基團(tuán)的氨基酸屬于堿性氨基酸此類氨基酸有賴氨酸、精氨酸和組氨酸，其側(cè)鏈分別含有氨基、胍基和咪唑基，均可發(fā)生質(zhì)子化，使之帶正電荷。側(cè)鏈含堿性基團(tuán)的氨基酸精氨酸ArginineArgR10.76賴氨酸LysineLysK9.74組氨酸HistidineHisH7.59第10頁,共50頁，2024年2月25日，星期天(5)側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是芳香族氨基酸包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸，其側(cè)鏈分別有苯基、酚基和吲哚基。側(cè)鏈含芳香環(huán)的氨基酸組氨酸HistidineHisH見上7.59苯丙氨酸PhenylalaninePheF5.48酪氨酸TyrosineTyrY5.66色氨酸TryptophanTrpW5.89亞氨基酸脯氨酸ProlineProP6.30第11頁,共50頁，2024年2月25日，星期天幾種特殊氨基酸

脯氨酸（亞氨基酸）沒有自由的α氨基第12頁,共50頁，2024年2月25日，星期天

半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH第13頁,共50頁，2024年2月25日，星期天（二）-R基團(tuán)賦予氨基酸不同的極性蛋白質(zhì)中的L-

-氨基酸依據(jù)極性的分類類別主要氨基酸非極性脂肪族氨基酸丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸芳香族氨基酸苯丙氨酸亞氨基酸脯氨酸極性中性氨基酸甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、色氨酸酸性氨基酸天冬氨酸、谷氨酸堿性氨基酸賴氨酸、精氨酸、組氨酸第14頁,共50頁，2024年2月25日，星期天重要的L-

-氨基酸的主要功能特點名稱結(jié)構(gòu)與功能特點半胱氨酸氧化狀態(tài)下，多肽鏈中不相鄰的兩個半胱氨酸通過二硫鍵相連，增強蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；巰基易與重金屬離子結(jié)合天冬氨酸、谷氨酸攜帶強負(fù)電荷，常位于水溶性蛋白的表面；可結(jié)合帶正電荷的分子或金屬離子苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸側(cè)鏈結(jié)構(gòu)大且極性較弱或無極性，常位于水溶性蛋白的內(nèi)部甘氨酸是唯一不存在不對稱立體結(jié)構(gòu)的氨基酸，有較大的旋轉(zhuǎn)自由度，賦予多肽鏈更多的柔性；是最小的氨基酸，能夠存在于空間致密的蛋白質(zhì)中，如膠原組氨酸咪唑基團(tuán)容易發(fā)生質(zhì)子化，進(jìn)而影響其所在的蛋白質(zhì)構(gòu)象，因此是許多蛋白質(zhì)功能的調(diào)節(jié)機(jī)制異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸均含有較大的疏水側(cè)鏈，其剛性結(jié)構(gòu)特征及疏水相互作用都對蛋白折疊有重要的影響力，常作為水溶性蛋白的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)賴氨酸、精氨酸有帶正電荷的柔性側(cè)鏈，常作為蛋白的親水表面，且易于結(jié)合帶有負(fù)電荷的其他分子，如DNA甲硫氨酸是多肽鏈生物合成的起始氨基酸；參與體內(nèi)含硫化合物代謝及甲基化反應(yīng)脯氨酸N原子在雜環(huán)中移動的自由度受到限制，常位于多肽鏈的轉(zhuǎn)角處絲氨酸、蘇氨酸側(cè)鏈短，所含羥基常作為酶反應(yīng)中的供氫體；親水性強，位于水溶性蛋白表面（三）氨基酸

-R基團(tuán)直接影響多肽鏈結(jié)構(gòu)第15頁,共50頁，2024年2月25日，星期天（四）氨基酸的側(cè)鏈可有其他化學(xué)基團(tuán)修飾體內(nèi)常見的蛋白質(zhì)翻譯后發(fā)生化學(xué)修飾的氨基酸殘基常見的化學(xué)修飾種類發(fā)生修飾的主要氨基酸殘基磷酸化絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸N-糖基化天冬酰胺O-糖基化絲氨酸、蘇氨酸羥基化脯氨酸賴氨酸甲基化賴氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸乙?；嚢彼?、絲氨酸硒化半胱氨酸第16頁,共50頁，2024年2月25日，星期天三、氨基酸及其衍生物具有除形成多肽鏈外的多種重要功能組成蛋白質(zhì)的氨基酸的其他功能及重要衍生物舉例氨基酸名稱重要功能及衍生物甘氨酸神經(jīng)遞質(zhì)；參加體內(nèi)嘌呤類、卟啉類和肌酸的合成谷氨酸神經(jīng)遞質(zhì)；其

-脫羧產(chǎn)物γ-氨基丁酸亦是重要的神經(jīng)遞質(zhì)色氨酸轉(zhuǎn)化生成重要的神經(jīng)遞質(zhì)5–羥色胺精氨酸產(chǎn)生重要的信號物質(zhì)一氧化氮（NO）；參加合成尿素的鳥氨酸循環(huán)甲硫氨酸為體內(nèi)的毒物或藥物甲基化代謝提供甲基，起到解毒的作用天冬氨酸神經(jīng)遞質(zhì)；三羧酸循環(huán)中的重要成分；參加合成尿素的鳥氨酸循環(huán)酪氨酸黑色素組氨酸脫羧形成的組胺具有血管舒張作用，并參與多種變態(tài)反應(yīng)第17頁,共50頁，2024年2月25日，星期天非蛋白質(zhì)組成氨基酸及其衍生物功能舉例氨基酸名稱功能瓜氨酸、鳥氨酸參加體內(nèi)尿素合成同型半胱氨酸轉(zhuǎn)甲基作用的產(chǎn)物β-丙氨酸泛酸（一種維生素）的成分之一L-肉毒堿化學(xué)結(jié)構(gòu)為L-β-羥-

-三甲胺丁酸，參加脂質(zhì)轉(zhuǎn)運第18頁,共50頁，2024年2月25日，星期天四、氨基酸的理化性質(zhì)是其分離和鑒定的依據(jù)（一）氨基酸具有兩性離子特征由于所有氨基酸都含有可解離的

-氨基和

-羧基，因此，氨基酸溶解在水中是一種偶極離子（dipolarion），又稱兩性離子（zwitterion）。其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。等電點(isoelectricpoint,pI)第19頁,共50頁，2024年2月25日，星期天pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子第20頁,共50頁，2024年2月25日，星期天氨基酸具有特征性的滴定曲線甘氨酸滴定曲線第21頁,共50頁，2024年2月25日，星期天（二）氨基酸的化學(xué)反應(yīng)特性決定其體內(nèi)功能

一個氨基酸的羧基可與另一個氨基酸的氨基反應(yīng)成肽，形成共價的肽鍵。通過連續(xù)的肽鍵，許多氨基酸即可聚合成多肽或蛋白質(zhì)分子。

-氨基參與體內(nèi)多種化學(xué)反應(yīng)。氨基酸的-氨基能與醛類化合物生成弱堿，稱為Schiff堿（亞胺，含有C==NH的有機(jī)化合物），這是體內(nèi)氨基酸轉(zhuǎn)氨基作用的中間代謝物。體內(nèi)氨基酸化學(xué)反應(yīng)第22頁,共50頁，2024年2月25日，星期天（三）可利用氨基酸理化特性對其進(jìn)行定性定量分析氨基酸與茚三酮試劑發(fā)生呈色反應(yīng)氨基酸與2，4-二硝基氟苯（DNFB）反應(yīng)生成二硝基苯基氨基酸氨基酸與亞硝酸反應(yīng)生成氮氣含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)薄層層析是鑒定氨基酸及其修飾的經(jīng)典方法第23頁,共50頁，2024年2月25日，星期天第24頁,共50頁，2024年2月25日，星期天含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm

附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收第25頁,共50頁，2024年2月25日，星期天（四）氨基酸定量定性分析已進(jìn)入自動化時代隨著毛細(xì)管電泳（capillaryelectrophoresis，CE；液相層析（liquidchromatography,LC）自動化及質(zhì)譜（massspectrometry，MS）技術(shù)的發(fā)展，目前氨基酸的檢測分析可以在自動分析儀器中快速完成。第26頁,共50頁，2024年2月25日，星期天核苷酸的結(jié)構(gòu)與功能第二節(jié)TheStructureandFunctionofNucleotides第27頁,共50頁，2024年2月25日，星期天脫氧核糖核酸：其基本組成單位是脫氧核糖核苷酸（deoxyribonucleotide，DNA）核糖核酸：其基本組成單位是核糖核苷酸（ribonucleotide，RNA）核酸（nucleicacid）是生物信息大分子天然存在的核酸可以分為：第28頁,共50頁，2024年2月25日，星期天核酸的化學(xué)組成

元素組成C、H、O、N、P（9%~10%）

分子組成——堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿——戊糖(pentose)：核糖，脫氧核糖——磷酸(phosphate)第29頁,共50頁，2024年2月25日，星期天一、戊糖、磷酸和堿基是核苷酸的基本成分核苷酸由堿基(base)、戊糖(pentose)和磷酸3種成分以共價鍵依次連接而成。核酸在酶的作用下水解為核苷酸（nucleotide）。

第30頁,共50頁，2024年2月25日，星期天核酸核苷酸磷酸核苷或脫氧核苷核酸酶水解核苷酶核糖脫氧核糖堿基戊糖嘌呤嘧啶核苷酸由堿基(base)、戊糖(pentose)和磷酸3種成分以共價鍵依次連接而成。第31頁,共50頁，2024年2月25日，星期天（一）核酸中的堿基分為嘧啶堿和嘌呤堿兩類核酸中常見的5種堿基嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)堿基:第32頁,共50頁，2024年2月25日，星期天嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)第33頁,共50頁，2024年2月25日，星期天堿基可發(fā)生互變異構(gòu)烯醇式酮式氨式亞氨式第34頁,共50頁，2024年2月25日，星期天核酸中存在稀有堿基核酸中還有一些含量甚少的堿基，稱為稀有堿基(rarebase)。稀有堿基種類很多，大多數(shù)都是甲基化堿基。tRNA中含有較多的稀有堿基，可高達(dá)10%。DNARNA嘌呤m7G7-甲基鳥嘌呤N6，N6-2m6AN6，N6-二甲基腺嘌呤N6-m6AN6-甲基腺嘌呤N6-m6AN6-甲基腺嘌呤m7G7-甲基鳥嘌呤嘧啶m5C5-甲基胞嘧啶DHU二氫尿嘧啶Hm5C5-羥甲基胞嘧啶T胸腺嘧啶核酸中部分稀有堿基第35頁,共50頁，2024年2月25日，星期天N,N二甲基鳥嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤雙氫尿嘧啶4-巰尿嘧啶

稀有堿基第36頁,共50頁，2024年2月25日，星期天tRNA中常見的稀有堿基第37頁,共50頁，2024年2月25日，星期天（二）核苷酸中的戊糖有核糖和脫氧核糖兩類核糖核苷酸：β-D-核糖脫氧核糖核苷酸：β-D-2

-脫氧核糖

戊糖是核苷酸的另一個基本成分。

第38頁,共50頁，2024年2月25日，星期天戊糖（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)H第39頁,共50頁，2024年2月25日，星期天（三）堿基和和戊糖縮合成核苷酸1.

堿基和戊糖縮合成核苷

β-N-糖苷鍵

2.糖苷鍵是可以旋轉(zhuǎn)堿基位置存在順式和反式結(jié)構(gòu)第40頁,共50頁，2024年2月25日，星期天

順式鳥嘌呤核苷反式鳥嘌呤核苷反式胞嘧啶核苷反式胞嘧啶脫氧核苷第41頁,共50頁，2024年2月25日，星期天核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

核苷（脫氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。

（四）核苷與磷酸以酯鍵連接成核苷酸第42頁,共50頁，2024年2月25日，星期天

腺嘌呤核苷三磷酸ATP腺嘌呤脫氧核苷一磷酸dAMP環(huán)式腺苷一磷酸cAMP環(huán)式鳥苷一磷酸cGMP鳥苷四磷酸ppGpp第43頁,共50頁，2024年2月25日，星期天參與構(gòu)成核酸的主要堿基、核苷及相應(yīng)的核苷酸的中英文對照RNA堿基base核苷ribonucleoside核苷酸nucleosidemonophosphate（NMP）或ribonucleotide腺嘌呤adenine(A)鳥嘌呤guanine(G)胞嘧啶cytosine(C)尿嘧啶uracil(U)腺苷adenosine鳥苷guanosine胞苷cytidine尿苷uridine腺苷酸(AMP)adenosinemonophosphate?鳥苷酸(GMP)guanosinemonophosphate胞苷酸(CMP)cytidinemonophosphate尿苷酸(UMP)uridinemonophosphateDNA堿基base脫氧核苷deoxyribonucleoside脫氧核苷酸deoxyribonucleosidemonophosphate（dNMP）或deoxyribonucleotide腺嘌呤adenine(A)鳥嘌呤guanine(G)胞嘧啶cytosine(C)胸腺嘧啶thymine(T)脫氧腺苷deoxyadenosine脫氧鳥苷deoxyguanosine脫氧胞苷deoxycytidine胸苷thymidine脫氧腺苷酸(dAMP)deoxyadenosinemonophosphate?脫氧鳥苷酸(dGMP)deoxyguanosinemonophosphate脫氧胞苷酸(dCMP)deoxycytidinemono