1、 绪绪 论论 绪论绪论 第一章：氨基酸和核苷酸第一章：氨基酸和核苷酸 第二章：多肽与蛋白质第二章：多肽与蛋白质 第三章：多聚核苷酸与核酸第三章：多聚核苷酸与核酸 第四章：酶与催化反应第四章：酶与催化反应 第五章：糖代谢第五章：糖代谢 第六章：第六章： 三羧酸循环三羧酸循环 第七章：第七章：生物氧化与氧化磷酸化生物氧化与氧化磷酸化 第八章：第八章：脂类代谢脂类代谢 第九章：氨基酸代谢第九章：氨基酸代谢 第十章：核苷酸代谢第十章：核苷酸代谢 第十一章：物质代谢调节与整合第十一章：物质代谢调节与整合 第九周 肝胆生化 黄朴 第十周-第十三周 ， 第三篇 第四篇 遗传信息的复制与传递/基因表达调控 郑
2、莉灵/刘伟 第十四周 第十五周 第五篇 DNA操作 詹金彪 第十六周 第六篇 基因与疾病 詹金彪 基因诊断与基因治疗 陈智 http:/m- 请按照学号登录，初始密码是自己的学号。请按照学号登录，初始密码是自己的学号。 请尽快登录，如有登录问题，请将学号和姓名发至邮箱请尽快登录，如有登录问题，请将学号和姓名发至邮箱 邮件主题请标注“邮件主题请标注“m-learning登录”登录” 记住蓝色圈标记的日子 时间：19:00-19:20 题目：40个单选题或判断题 计分：学期结束，按照总体完成情况和学校有关规定 决定相对计分方式相对计分方式及在总成绩中所占比例总成绩中所占比例 生物化学的概念生物化学
3、的概念 生物化学是介于生物与化学之间的学科，是利用化学的理论生物化学是介于生物与化学之间的学科，是利用化学的理论 和方法研究生物的一门学科。有生命的化学之称。和方法研究生物的一门学科。有生命的化学之称。 其任务是阐述构成生物体的基本物质（糖类、脂类、蛋白质、其任务是阐述构成生物体的基本物质（糖类、脂类、蛋白质、 核酸）的结构、性质及功能；核酸）的结构、性质及功能； 生命活动过程的变化规律（物质代谢和能量代谢）。生命活动过程的变化规律（物质代谢和能量代谢）。 19031903年提出年提出BiochemistryBiochemistry，生物化学才成为一门独立的，生物化学才成为一门独立的 学科，在
4、此之前，由有机化学和生理学分别研究。学科，在此之前，由有机化学和生理学分别研究。 分子生物学分子生物学（Molecular BiologyMolecular Biology）概念概念 广义广义: 研究蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能。研究蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能。 狭义狭义: 偏重于核酸偏重于核酸(或基因或基因)的分子生物学，主要研究的分子生物学，主要研究 基因或基因或DNA的复制、转录、表达和调节控制等过程，的复制、转录、表达和调节控制等过程， 也涉及这些过程中有关的蛋白质和酶的结构与功能的也涉及这些过程中有关的蛋白质和酶的结构与功能的 研究。研究。 第一节第一节 生物化学发展简
5、史生物化学发展简史 1、初期阶段、初期阶段 二十世纪初以前，静态生物化学时期二十世纪初以前，静态生物化学时期 研究生物组织的组成；生物呼吸代谢；研究生物组织的组成；生物呼吸代谢； 从无机盐合成了尿素等。从无机盐合成了尿素等。 18691869年年, , 在所有细胞的核里都找到了不溶在所有细胞的核里都找到了不溶 于稀酸和盐溶液的沉淀物于稀酸和盐溶液的沉淀物, , 命名为核质命名为核质 ( (NucleinNuclein) )。 18891889年年, ,核质改名为“核酸”核质改名为“核酸”, , 并且已经认并且已经认 识到“核质”识到“核质” 乃“核酸”乃“核酸” 与蛋白质的与蛋白质的 复合体。
6、复合体。 2 2、发展阶段、发展阶段 二十世纪前半叶，动态生物化学时期二十世纪前半叶，动态生物化学时期 19031903年年 首次使用“首次使用“Biochemistry”Biochemistry”。 19101910年，年，MorganMorgan发表“染色体理论”。发表“染色体理论”。 19261926年年 结晶得到了脲酶结晶得到了脲酶, ,证明酶就是蛋白质证明酶就是蛋白质 19351935年年 将同位素应用于代谢的研究将同位素应用于代谢的研究 19441944年年 证明遗传信息是核酸证明遗传信息是核酸 19531953年年 SangerSanger胰岛素氨基酸的序列测定胰岛素氨基酸的序列
7、测定 二十世纪五十年代以后二十世纪五十年代以后 19531953年年 WatsonWatson和和CrickCrick提出提出DNADNA双螺旋模型；双螺旋模型； 19571957年年, ,用密度梯度超离心法用密度梯度超离心法, , 证实半保留复制假说。证实半保留复制假说。 19701970年年 发现了发现了DNADNA限制性内切酶限制性内切酶 19721972年年 DNADNA重组技术的建立重组技术的建立 19781978年年 DNADNA双脱氧测序法的建立双脱氧测序法的建立 19901990年年 人类基因组计划的实施人类基因组计划的实施 20032003年人类基因组计划宣告完成测序任务。年
8、人类基因组计划宣告完成测序任务。 3 3、分子生物学时期、分子生物学时期 4 4、人类、人类基因组基因组计划计划 (human genome project, HGP)(human genome project, HGP) 是由是由美国美国科学家于科学家于19851985年率先提出，于年率先提出，于19901990 年正式启动的。年正式启动的。 1 1）这一计划旨在发现所有人类基因；）这一计划旨在发现所有人类基因； 2 2）为由）为由碱基碱基构成的人类基因组精确测序；构成的人类基因组精确测序； 3 3）并搞清其在）并搞清其在染色体染色体上的位置；上的位置； 4 4）破译人类全部遗传信息。）破译
9、人类全部遗传信息。 后基因组研究：后基因组研究： 功能基因组学；功能基因组学； 蛋白质组学等蛋白质组学等。 后基因组研究后基因组研究 蛋白质组学蛋白质组学 蛋白质组学蛋白质组学这个概念最早是在这个概念最早是在19951995年提出的。年提出的。 是在大规模水平上研究是在大规模水平上研究蛋白质蛋白质的特征。的特征。 包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白 与蛋白相互作用等。与蛋白相互作用等。 由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生、由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生、细胞细胞 代谢等过程的整体而全面的认识。代谢等过程的整体而全面的认识。 5 5、我国在生化方
10、面取得的重要成就、我国在生化方面取得的重要成就 19651965年结晶牛胰岛素人工合成，是世界年结晶牛胰岛素人工合成，是世界 上公认的第一个具有全部生物活性的蛋上公认的第一个具有全部生物活性的蛋 白质人工合成。白质人工合成。 19811981年又首先人工合成了具有生物活性年又首先人工合成了具有生物活性 的酵母的酵母tRNAtRNAAla Ala。 。 第二节、生物化学的研究内容第二节、生物化学的研究内容 1 生物大分子的结构与功能（蛋白质，核生物大分子的结构与功能（蛋白质，核 酸和酶酸和酶） 2 2 物质代谢及其调节（动态生物化学）物质代谢及其调节（动态生物化学） 3 3 遗传信息的传递及其调
11、控遗传信息的传递及其调控 第三节第三节 生物化学与医学生物化学与医学 致病机理的研究，疾病的诊断与治疗致病机理的研究，疾病的诊断与治疗 糖尿病（糖尿病（diabetes mellitusdiabetes mellitus）是一种全方位的是一种全方位的 代谢病，即不仅影响到糖的代谢，也影响到代谢病，即不仅影响到糖的代谢，也影响到 脂肪代谢、蛋白质代谢甚至水、盐代谢、酸脂肪代谢、蛋白质代谢甚至水、盐代谢、酸 硷平衡，涉及到人体的各个系统。硷平衡，涉及到人体的各个系统。 糖尿病又是一种常见病、多发病，为了防治这糖尿病又是一种常见病、多发病，为了防治这 种疾病，对其生化背景应有一深入的了解。种疾病，对
12、其生化背景应有一深入的了解。 酶活力的变化在时相上常出现在组织形态学改酶活力的变化在时相上常出现在组织形态学改 变之前。变之前。 临床上测定酶活力可以为机体的状况、病临床上测定酶活力可以为机体的状况、病 变的部位及程度提供可靠的信息和证据。变的部位及程度提供可靠的信息和证据。 为估价治疗效果和预后提供有价值的资料。为估价治疗效果和预后提供有价值的资料。 目前用于临床诊断的酶已超过目前用于临床诊断的酶已超过6060种，其中种，其中3030多多 种在临床上应用比较成熟和广泛。种在临床上应用比较成熟和广泛。 指用分子生物学的技术，对患者或受指用分子生物学的技术，对患者或受 检者的某一特定基因和（或）
13、其转检者的某一特定基因和（或）其转 录物进行检测和分析。录物进行检测和分析。 基因诊断基因诊断 基因治疗基因治疗 基因治疗基因治疗(gene therapy)是向有功能是向有功能 缺陷的细胞补充相应功能的基因缺陷的细胞补充相应功能的基因。 以纠正或补偿其基因的缺陷以纠正或补偿其基因的缺陷，从而从而 达到治疗的目的达到治疗的目的。 氨基酸和核苷酸氨基酸和核苷酸 第一章第一章 Amino Acids and Nucleotides 蛋白质的基本结构单体是氨基酸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生物大分子蛋白质
14、、核酸都是由基本结构单位 组成的多聚体（组成的多聚体（polymer）；可形成聚合体的基）；可形成聚合体的基 本结构单位称为单体（本结构单位称为单体（monomer）。）。 氨基酸的结构与功能氨基酸的结构与功能 第一节第一节 The Structure and Function of Amino Acids 一、构成人体蛋白质氨基酸均为一、构成人体蛋白质氨基酸均为L- -氨基酸氨基酸 虽然存在于自然界中的氨基酸有虽然存在于自然界中的氨基酸有300余余 种种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种种， 且均属且均属 L- -氨基酸氨基酸（除甘氨酸外除甘氨酸外）。 - -氨
15、基氨基 侧链侧链R R - -羧基羧基 - -C C 不带电形式不带电形式 H2NCH COO H R +H3NCH COO- R 两性离子形式两性离子形式 C如是不对称如是不对称C（除（除Gly），则：），则： 1. 具有两种立体异构体具有两种立体异构体 D-型和型和L-型型 2. 具有旋光性具有旋光性 左旋（左旋（-）或右旋（）或右旋（+） 将右旋的甘油醛定为费歇尔投影式中将右旋的甘油醛定为费歇尔投影式中 羟基在右的异构体，称为羟基在右的异构体，称为D-异构体；异构体； 将左旋的定为羟基在左的甘油醛，称将左旋的定为羟基在左的甘油醛，称 为为L-异构体异构体. 需要注意的是，需要注意的是，D
16、-、L-标记与标记与R-/S- 标记、标记、-(-)-/-(+)-旋光标记并无直接旋光标记并无直接 关系。关系。 (1)(1)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸 二二、氨基酸的侧链结构决定其功能氨基酸的侧链结构决定其功能 包括包括甘氨酸甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、 异亮氨酸、。异亮氨酸、。 此类氨基酸在水溶液中溶解度小。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（一）氨基酸的差异在于侧链结构 -R基团基团 中文名中文名 英文名英文名 缩写缩写 符号符号 结构式结构式 等电点等电点 （pI） 含脂肪烃侧
17、链的氨基酸含脂肪烃侧链的氨基酸 甘氨酸甘氨酸 Glycine Gly G 5.97 丙氨酸丙氨酸 Alanine Ala A 6.00 缬氨酸缬氨酸 Valine Val V 5.96 亮氨酸亮氨酸 Leucine Leu L 5.98 异亮氨酸异亮氨酸 Isoleucine Ile I 6.02 侧链含有羟基的氨基酸侧链含有羟基的氨基酸 丝氨酸丝氨酸 Serine Ser S 5.68 苏氨酸苏氨酸 Threonine Thr T 5.60 酪氨酸酪氨酸 Tyrosine Tyr Y 见芳香族类见芳香族类 5.66 侧链含有硫的氨基酸侧链含有硫的氨基酸 半胱氨酸半胱氨酸 Cysteine C
18、ys C 5.07 甲硫氨酸甲硫氨酸 Methionine Met M 5.74 (2)(2)侧链含羟基或含巯基是极性中性氨基酸侧链含羟基或含巯基是极性中性氨基酸 (3)(3)侧链含酸性基团及其衍生物的氨基酸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。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侧链含酸性基团及其氨基衍生物的氨基酸 天冬氨酸天冬氨酸 Aspartic acid Asp D 2.97 天冬酰胺天冬酰胺 Asparagine Asn N 5.41 谷氨酸谷氨酸
19、Glutamic acid Glu E 3.22 谷氨酰胺谷氨酰胺 Glutamine Gln Q 5.65 (4)(4)侧链含碱性基团的氨基酸属于碱性氨基酸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，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。使之带正电荷。 侧链含碱性基团的氨基酸侧链含碱性基团的氨基酸 精氨酸精氨酸 Arginine Arg R 10.76 赖氨酸赖氨酸 Lysine Lys K 9.74 组氨酸组氨酸 Histidine His H
20、7.59 (5)(5)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸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。有苯基、酚基和吲哚基。 侧链含芳香环的氨基酸侧链含芳香环的氨基酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 Phenylalanine Phe F 5.48 酪氨酸酪氨酸 Tyrosine Tyr Y 5.66 色氨酸色氨酸 Tryptophan Trp W 5.89 亚氨基酸亚氨基酸 脯氨酸脯氨酸 Proline Pro P 6.30 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 CHC
21、OO- NH2+ CH2 CH2 CH2 CHCOO- NH2+ CH2 CH2 -OOC-CH-CH2-S +NH3 S-CH2-CH-COO- +NH3 -OOC-CH-CH2-S +NH3 S-CH2-CH-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 （二）（二） -R基团赋予氨基酸不同的极性基团赋予氨基酸不同的极性 蛋白质中的蛋白质中的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
22、主要氨基酸主要氨基酸 非非 极极 性性 脂肪族氨基脂肪族氨基 酸酸 丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸 芳香族氨基芳香族氨基 酸酸 苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸 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、天冬酰胺、谷氨酰胺甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺 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 （三）（三） 氨基酸氨基酸 -R基团直接影响多肽链结构基团直接影响多肽链
23、结构 半胱氨酸结构与功能特点半胱氨酸结构与功能特点: 氧化状态下，多肽链中不相邻的两个半氧化状态下，多肽链中不相邻的两个半 胱氨酸通过二硫键相连，增强蛋白质胱氨酸通过二硫键相连，增强蛋白质 结构的稳定性；结构的稳定性； 巯基易与重金属离子结合巯基易与重金属离子结合 。 天冬氨酸、谷氨酸结构与功能特点：天冬氨酸、谷氨酸结构与功能特点： 携带强负电荷，常位于水溶性蛋白的表携带强负电荷，常位于水溶性蛋白的表 面；面； 可结合带正电荷的分子或金属离子。可结合带正电荷的分子或金属离子。 苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸 结构与功能特点：结构与功能特点： 侧链结构大且极性较弱或无极性，常位
24、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。于水溶性蛋白的内部。 甘氨酸结构与功能特点：甘氨酸结构与功能特点： 是唯一不存在不对称立体结构的氨基酸，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，赋予多肽链更有较大的旋转自由度，赋予多肽链更 多的柔性；多的柔性； 是最小的氨基酸，能够存在于空间致密是最小的氨基酸，能够存在于空间致密 的蛋白质中，如胶原。的蛋白质中，如胶原。 组氨酸结构与功能特点：组氨酸结构与功能特点： 咪唑基团容易发生质子化，进而影响其咪唑基团容易发生质子化，进而影响其 所在的蛋白质构象，因此是许多蛋白所在的蛋白质构象，因此是许多蛋白 质功能的调节机制质功
25、能的调节机制 异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸 结构与功能特点：结构与功能特点： 均含有较大的疏水侧链，其刚性结构特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要的影响力，常作为水溶性蛋白的内 部支撑结构部支撑结构 赖氨酸、精氨酸结构与功能特点：赖氨酸、精氨酸结构与功能特点： 有带正电荷的柔性侧链，常作为蛋白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的亲水表面，且易于结合带有负电 荷的其他分子，如荷的其他分子，如DNA。 甲硫氨酸结构与功能特点：甲硫氨酸结构与功能特点
26、： 是多肽链生物合成的起始氨基酸；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参与体内含硫化合物代谢及甲基化反 应。应。 脯氨酸结构与功能特点：脯氨酸结构与功能特点： N原子在杂环中移动的自由度受到限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制，常位于多肽链的转角处 丝氨酸、苏氨酸结构与功能特点：丝氨酸、苏氨酸结构与功能特点： 侧链短，所含羟基常作为酶反应中的侧链短，所含羟基常作为酶反应中的 供氢体；供氢体； 亲水性强，位于水溶性蛋白表面亲水性强，位于水溶性蛋白表面 （四）（四） 氨基酸的侧链可有其他化学基团修饰氨基酸的侧链可有其他化学基团修饰 体内常见的蛋白
27、质翻译后发生化学修饰的氨基酸残基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、天冬氨酸、谷氨酸赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬酰胺、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 三三、氨基酸及其衍生物具有除形成多肽链外的氨基酸及其衍生物
28、具有除形成多肽链外的 多种重要功能多种重要功能 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 氨基酸名称氨基酸名称 重要功能及衍生物重要功能及衍生物 甘氨酸甘氨酸 神经递质；参加体内嘌呤类、卟啉类和肌酸的合成神经递质；参加体内嘌呤类、卟啉类和肌酸的合成 谷氨酸谷氨酸 神经递质；其神经递质；其 - -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 产生重要的信号物质一氧化氮（产生重要的信号物质一氧化氮（NONO）；参加合成尿素的鸟氨
29、酸循环）；参加合成尿素的鸟氨酸循环 甲硫氨酸甲硫氨酸 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 酪氨酸酪氨酸 黑色素黑色素 组氨酸组氨酸 脱羧形成的组胺具有血管舒张作用，并参与多种变态反应脱羧形成的组胺具有血管舒张作用，并参与多种变态反应 非蛋白质组成氨基酸及其衍生物功能举例非蛋白质组成氨基酸及其衍生物功能举例 氨基酸名称氨基酸名称 功能功能 瓜氨酸、鸟氨酸瓜氨酸、鸟氨酸 参加体内尿素合成参加体内
30、尿素合成 同型半胱氨酸同型半胱氨酸 转甲基作用的产物转甲基作用的产物 -丙氨酸丙氨酸 泛酸（一种维生素）的成分之一泛酸（一种维生素）的成分之一 L-肉毒碱肉毒碱 化学结构为化学结构为L-羟羟- -三甲胺丁酸，三甲胺丁酸， 参加脂质转运参加脂质转运 四四、氨基酸的理化性质：氨基酸的理化性质： 一般物理性质一般物理性质 无色晶体，熔点极高（无色晶体，熔点极高（200200以以 上），不同味道；水中溶解度差别较大上），不同味道；水中溶解度差别较大 （极性和非极性），不溶于有机溶剂。（极性和非极性），不溶于有机溶剂。 （一）（一） 氨基酸具有两性离子特征氨基酸具有两性离子特征 氨基酸在水溶液中或在晶体
31、状态时都以离子氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子 形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能 放出质子的放出质子的NH3+NH3+正离子和能接受质子正离子和能接受质子 的的COOCOO- -负离子，为两性电解质。负离子，为两性电解质。 等电点等电点 (isoelectric point, pI) 在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳的溶液中，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。值称为该氨基酸的等电点。 pH=pI +O
32、H- pHpI +H+ +OH- +H+ pHpI 氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子 阴离子阴离子 CH NH2 COOHR CH NH2 COOHR CH NH3+ COO-R CH NH3+ COO-RCH NH2 COO-R CH NH2 COO-RCH COOHR NH3+ CH COOHR NH3+ 氨基酸等电点的计算氨基酸等电点的计算 氨基酸氨基酸 a a 碳上的氨基及羧基各是一帶电碳上的氨基及羧基各是一帶电 基团，故有两个基团，故有两个 p pK K，这两个，这两个 p pK K 平均平均 值即为该氨基酸的值即为该氨基酸的 pI (pI (等电点等电点) )， 即即
33、 (p(pK K1 1 + p+ pK K2 2) ) 2 = pI2 = pI。 若一个氨基酸有若一个氨基酸有3 3个可解离的基团，写出它个可解离的基团，写出它 们的电离式后取兼性离子两边的们的电离式后取兼性离子两边的p pK K 值的平值的平 均值，即为此氨基酸的等电点。均值，即为此氨基酸的等电点。 如天冬氨酸的如天冬氨酸的pIpI计算如下计算如下 ：其中：其中AspAsp为兼为兼 性离子性离子, ,因而其等电点的计算取其两侧的因而其等电点的计算取其两侧的p pK K 值的平均值值的平均值, , 即即 (p(pK K1 1 + p+ pK K2 2) ) 2 = pI 2 = pI （2.
34、09+3.862.09+3.86） 2=2.97 2=2.97 即天冬氨酸的即天冬氨酸的pIpI为为2.972.97。 （二）（二）氨基酸的氨基酸的羧基和氨基可发生羧基和氨基可发生多种化学反应多种化学反应 一个氨基酸的羧基可与另一个氨基酸的氨基反一个氨基酸的羧基可与另一个氨基酸的氨基反 应成肽，形成共价的肽应成肽，形成共价的肽 键。通过连续的肽键，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。氨基酸的氨基参与体内多种化学反应。氨基酸的 -氨氨 基能与醛类化合物生成弱碱，称为基能与醛类化合物生成弱碱，称为Schiff碱
35、，这碱，这 是体内氨基酸转氨基作用的中间代谢物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体内氨基酸化学反应 （三）（三） 可利用氨基酸理化特性对其进行定性可利用氨基酸理化特性对其进行定性 定量分析定量分析 1 1 氨基酸与氨基酸与2 2，4 4- -二硝基氟苯反应生成二硝基二硝基氟苯反应生成二硝基 苯基氨基酸苯基氨基酸 2 2 氨基酸与亚硝酸反应生成氮气氨基酸与亚硝酸反应生成氮气 3 3 与茚三酮的反应：与茚三酮的反应： 氨基酸与茚三酮共加热，生成蓝紫色化合物。氨基酸与茚三酮共加热，生成蓝紫色化合物。 在在570nm570nm（蓝紫色）定量测定氨基酸的含量。（蓝紫色）定量测定氨基酸
36、的含量。 4 4紫外吸收性质：紫外吸收性质： 组成天然蛋白质分子的组成天然蛋白质分子的2020种氨基酸中种氨基酸中，色氨酸色氨酸、 酪氨酸和苯丙氨酸含共轭双键对紫外光有光酪氨酸和苯丙氨酸含共轭双键对紫外光有光 吸收吸收。其吸收峰在其吸收峰在280280nmnm左右左右，以色氨酸吸收以色氨酸吸收 最强最强。 大多数蛋白质含有这几种氨基酸残基大多数蛋白质含有这几种氨基酸残基，所以测所以测 定蛋白质溶液定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液的光吸收值是分析溶液 中蛋白质含量的快速简便的方法中蛋白质含量的快速简便的方法。 可利用此性质采用紫外分分光度法测定蛋白质可利用此性质采用紫外分分光度法测定蛋
37、白质 的含量的含量。 芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收 5 薄层层析是鉴定氨基酸及其修饰的经典薄层层析是鉴定氨基酸及其修饰的经典 方法方法 各种氨基酸在固定相和流动像中的分配系各种氨基酸在固定相和流动像中的分配系 数不同，在展开过程中被分离，用数不同，在展开过程中被分离，用茚三茚三 酮显色，观察氨基酸斑点。酮显色，观察氨基酸斑点。 （四）氨基酸定量定性分析已进入自动化时代（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（随着毛细管电泳（capillary electrophoresis，CE）；液相层析（）；液相层析（liquid chromatography, LC）自动
38、化及质谱（）自动化及质谱（mass spectrometry，MS）技术的发展，目前氨基）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酸的检测分析可以在自动分析仪器中快速完 成。成。 核苷酸的结构与功能核苷酸的结构与功能 第第 二二 节节 The Structure and Function of Nucleotides 核酸是存在于细胞中的一类大分子酸性物核酸是存在于细胞中的一类大分子酸性物 质质，包括核糖核酸包括核糖核酸（RNARNA）和脱氧核糖核和脱氧核糖核 酸酸（DNADNA）两大类两大类。 RNARNA和和DNADNA都是以单核苷酸为基本单位所组都是以单核苷酸为基本单
39、位所组 成的多核苷酸长链成的多核苷酸长链。 RNARNA主要参与遗传信息的表达主要参与遗传信息的表达，而而DNADNA则是则是 遗传信息的载体遗传信息的载体。 核酸的化学组成核酸的化学组成 元素组成元素组成 C、H、O、N、P（9 % 10%） 分子组成分子组成 碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖戊糖(pentose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖 磷酸磷酸(phosphate) 一、戊糖、磷酸和碱基是核苷酸的基本成分一、戊糖、磷酸和碱基是核苷酸的基本成分 核苷酸由碱基核苷酸由碱基(base)、戊糖、戊糖(pentose) 和磷酸和磷酸3种成分以共价键依次连接而成。种
40、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（核酸在酶的作用下水解为核苷酸（nucleotide）。）。 核酸核酸 核苷酸核苷酸 磷酸磷酸 核苷或核苷或 脱氧核脱氧核 苷苷 核酸酶核酸酶 水解水解 核苷酶核苷酶 核糖核糖 脱氧核糖脱氧核糖 碱基碱基 戊糖戊糖 嘌呤嘌呤 嘧啶嘧啶 （一）核酸中的碱基（一）核酸中的碱基 核酸中常见的核酸中常见的5种碱基种碱基 嘌呤嘌呤 (purine) N N NH N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 N N NH N NH2 腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A) N NH NH N NH2 O 鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G) 碱碱 基基:
41、N NH 1 3 2 4 5 6 嘧啶嘧啶(pyrimidine) 胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C) N NH NH2 O 尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U) NH NH O O 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T) NH NH O O CH3 五种碱基的酮基或氨基受介质的影响，五种碱基的酮基或氨基受介质的影响，G 、U、T可形成酮烯醇互变异构体，体液可形成酮烯醇互变异构体，体液 近中性条件下以酮式为主。近中性条件下以酮式为主。 A、C可形成氨基亚氨基互变异构体，体可形成氨基亚氨基互变异构体，体 液近中性条件下以氨式为主。液近中性条件下以氨式为主。 使碱基间能形成氢键。使碱基间能形成
42、氢键。 嘌呤或嘧啶既可碱性解离又可酸性解离，液嘌呤或嘧啶既可碱性解离又可酸性解离，液 近中性条件下以碱性解离为主。近中性条件下以碱性解离为主。 NH N N H N O NH2 N H N N N OH NH2 G NH N H O O N N OH OH U NH N H O O CH3 N N OH OH CH3 T N N N H N NH2 N H N NH N NH A N N H NH2 O NH N H NH O C 碱基可发生互变异构碱基可发生互变异构 烯醇式烯醇式 酮式酮式 氨式氨式 亚氨式亚氨式 酮式酮式 酮式酮式 烯醇式烯醇式 氨式氨式 烯醇式烯醇式 亚氨式亚氨式 DNA
43、DNA中的四种碱基及它们间的氢键中的四种碱基及它们间的氢键 胞嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 鸟嘌呤鸟嘌呤 腺嘌呤腺嘌呤 T C A G 核酸中存在稀有碱基核酸中存在稀有碱基 核酸中还有一些含量甚少的碱基核酸中还有一些含量甚少的碱基，称为稀称为稀 有碱基有碱基(rare base)。稀有碱基种类很多稀有碱基种类很多，大多数大多数 都是甲基化碱基都是甲基化碱基。tRNA中含有较多的稀有碱基中含有较多的稀有碱基， 可高达可高达10%。 DNA RNA 嘌呤嘌呤 m7G 7-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤 N6，N6-2 m6A N6，N6-二甲基腺嘌呤二甲基腺嘌呤 N6-m6A N6-甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤 N
44、6-m6A N6-甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤 m7G 7-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤 嘧啶嘧啶 m5 C 5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶 DHU 二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 Hm5 C 5-羟甲基胞嘧啶羟甲基胞嘧啶 T 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 核酸中部分稀有碱基核酸中部分稀有碱基 N NH NH N N O CH3 CH3 N N NH N NH CH2CHC CH3 CH3 NH NH O O H H H H NH NH S O N,N二甲基鸟嘌呤二甲基鸟嘌呤 N6-异戊烯腺嘌呤异戊烯腺嘌呤 双氢尿嘧啶双氢尿嘧啶 4-巯尿嘧啶巯尿嘧啶 稀有碱基稀有碱基 tRNA中常见的稀有碱基中常见的稀有碱基 （二）（二） 核苷酸中的戊
45、糖核苷酸中的戊糖 核糖核苷酸：核糖核苷酸：-D-核糖核糖 脱氧核糖核苷酸：脱氧核糖核苷酸： -D-2 -脱氧核糖脱氧核糖 戊糖是核苷酸的另一个基本成分。戊糖是核苷酸的另一个基本成分。 戊戊 糖糖 （构成（构成RNA） 1 2 3 4 5 OH O CH2OH OHOH 核糖核糖(ribose) （构成（构成DNA） OH O CH2OH OH 脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose) H （三）核苷：（三）核苷： 核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而 生成的化合物生成的化合物。 在大多数情况下在大多数情况下，核苷是由核糖或脱氧核苷是由核糖或脱氧 核糖的核糖的C
46、 C1 1 - -羟基与嘧啶碱羟基与嘧啶碱N N1 1或嘌呤碱或嘌呤碱 N N9 9进行缩合进行缩合，故生成的化学键称为故生成的化学键称为 ，N N 糖苷键糖苷键。 腺苷腺苷(AR) 脱氧胞苷脱氧胞苷(dCR) 1,N9-糖苷键糖苷键 1,N1-糖苷键糖苷键 1 1 N9 N1 稀有核苷”是由“稀有碱基”所生成的核稀有核苷”是由“稀有碱基”所生成的核 苷。苷。 假尿苷（假尿苷（） 1,C5-糖苷键糖苷键 1 C5 （四）核苷酸的结构与命名（四）核苷酸的结构与命名 核苷酸是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类核苷酸是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类 化合物化合物，包括核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两大类包括核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两大类。 由于与磷酸基缩合的位置不同而分别生成由于与磷酸基缩合的位置不同而分别生成2 2- -核苷核苷 酸酸、3 3- -核苷酸和核苷酸和5 5- -核苷酸核苷酸。最常见者为最常见者为5 5- -核核 苷酸苷酸（5 5 常被省略常被省略）。 含有一个磷酸基团的核苷酸称为核苷一磷酸含有一个磷酸基团的核苷酸称为核苷一磷酸 （NMPNMP）；含有两个磷酸基团的核苷酸称为核苷二；含有两个磷酸基团的核苷酸称为核苷二 磷酸磷酸（NDPNDP）；含有三个磷酸基团的核苷酸称为核；含有三个磷酸基团的核苷酸称为核 苷三磷酸苷三磷酸（NTPNTP）。 核
