1、目目 录录 目目 录录 氨基酸和核苷酸氨基酸和核苷酸 第一章第一章 Amino Acids and Nucleotides 目目 录录 目目 录录 蛋白质：蛋白质：氨基酸氨基酸 核酸：核酸：核苷酸核苷酸 生物大分子蛋白质、核酸都是由基本结构单位组生物大分子蛋白质、核酸都是由基本结构单位组 成的成的多聚体多聚体（polymerpolymer） 形成聚合体的基本结构单位称为形成聚合体的基本结构单位称为单体单体monomermonomer）。）。 Miller实验与自生论实验与自生论 目目 录录 目目 录录 牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶 目目 录录 目目 录录 氨基酸氨基酸的结构与功能的结构与功能 第一
2、节第一节 目目 录录 目目 录录 一、氨基酸结构特点：一、氨基酸结构特点： 人体蛋白质氨基酸人体蛋白质氨基酸20种种，均属均属 L- - - -氨基酸氨基酸（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 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 C +NH3 COO- H 目目 录录 目目 录录 （一）氨基酸的（一）氨基酸的R基团基团结构特点结构特点 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
3、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.含芳香环的氨基酸含芳香环的氨基酸 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 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 目目 录录 2. 2.含羟基的氨基酸含羟基的氨基酸: : 目目 录录 目目 录录 3. 3.含硫的氨基酸含硫的氨基酸: : 目目 录录 目目 录录 4. 4
4、.含酸性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 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 目目 录录 6. 6.芳香族氨基酸：芳香族氨基酸： 目目 录录 目目 录录 7.亚氨基酸亚氨基酸： 目目 录录 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） CH2 CHCOO- NH2+ CH2 CH2 CH2 CHCOO- NH2+ CH2 CH2 CH-COO- 目目 录录 目目 录录 -OOC-CH-CH2-S +NH3 S-CH2-CH-COO- +NH3 -OOC-CH-CH2-S +NH3 S-CH2-CH
5、-COO- +NH3 半胱氨酸半胱氨酸 + 胱氨酸胱氨酸 二硫键二硫键 -HH -OOC-CH-CH2-SH +NH3 -OOC-CH-CH2-SH +NH3 HS-CH2-CH-COO- +NH3 HS-CH2-CH-COO- +NH3 目目 录录 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、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、 甲硫氨酸甲硫氨酸 芳香族氨基酸芳香族氨基酸 苯
6、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、甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、 天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、色氨酸天冬酰胺、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 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，
7、结合带正电荷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
8、带有负电荷的其他分子，如正电荷，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 目目 录录 （四）（四） 氨基酸侧链的修饰氨基酸侧链的修饰 体内常见蛋白质翻译后发生化学修饰的氨基酸残基体内常
9、见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常见的化学修饰种类 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、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬酰胺、 天冬氨酸、谷氨酸天冬氨酸、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 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
10、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
11、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 组氨酸组氨酸 脱羧生成组胺具有血管舒张作用，参与多种变态反应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 目目 录录 四四、氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质 （一）（一）两性离子特征两性离子特征 氨基酸在水中是一种偶极离子氨基酸在水中是一种偶极离子(dipolar ion)，又称，又称 两性离子两性离子(zwitterion)。 在特定在特定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。
12、此时溶液的pHpH 值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。 等电点等电点 （isoelectric pointisoelectric point，pIpI） 目目 录录 目目 录录 pH=pI pHpI -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- CH NH2 COOHR CH NH2 COOHR CH NH3+ COO-R CH NH3+ COO-R CH NH2 COO-R CH NH2 COO-R CH COOHR NH3+ CH COOHR NH3+ K1=A0H+/A+ K2=A- H+/A0 K1 K2 A+ A0+H
13、+ A0 A-+H+ pI=(pK1+pK2)/2 目目 录录 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 氨 酸 滴 定 甘 氨 酸 滴 定 曲 线 曲 线 两 性 离 子 解 离 两 性 离 子 解 离 一 半 一 半 目目 录录 目目 录录 有三个解离基团的氨基酸的有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 目目 录录 谷氨酸谷氨酸 两性离子两边两性离子两边pKa pI=(pK
14、1+pKR)/2 =(2.19+4.25)/2 =3.22 A0 A+ A2- A- 目目 录录 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pKa pI=(pKR+pK2)/2 =(6.0+9.17)/2 =7.585 目目 录录 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 280nm 附近。附近。 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 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
15、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。形成的酰胺键。 聚合成多肽或蛋白质分子。聚合成多肽或蛋白质分子。 醛（辅酶）醛（辅酶） 氨基酸氨基酸 SchiffSchiff碱碱 生成生成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 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
16、酸测定 目目 录录 目目 录录 3. 3.茚三酮反应茚三酮反应 氨基酸与茚三酮共热氨基酸与茚三酮共热，生成生成蓝紫色蓝紫色化合物化合物，最大吸收最大吸收 峰为峰为570570nmnm，吸收峰值与氨基酸含量成正比吸收峰值与氨基酸含量成正比，氨基酸定量氨基酸定量 分析方法分析方法。 目目 录录 目目 录录 （五）自动化氨基酸定量定性分析（五）自动化氨基酸定量定性分析 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
