31蛋白质与核酸1

1、有机化学自由讲座,蛋白质与核酸,化学01 强伟 张楠,蛋白质部分,蛋白质简介 蛋白质的结构 蛋白质的合成,蛋白质简介,1.蛋白质的组成,蛋白质,多肽,- 氨基酸,甘氨酸,苯丙氨酸,20种必需氨基酸,1.蛋白质在生命现象中起着决定作用,蛋白质是生命体一切组织的基本成分细胞内除水外，其余80%的物质均为蛋白质。 蛋白质，碳水化合物和脂肪是人类营养的三要素，是维持生命所不可缺少的物质。,蛋白质（多肽）的结构,测定蛋白质的结构，初一看几乎是不可能的。因为即便是不很复杂的蛋白质，如最小的胰岛素，就有51个17种不同的氨基酸，可能的排列有2*1751之多。 随着生物化学的进步和分离分析方法的发展，将这一极

2、为困难的问题全部解决。1953年 F.Sanger等 测定出牛胰岛素的氨基酸顺序并于1958年获诺贝尔化学奖。,1.蛋白质的一级结构,蛋白质一级结构就是氨基酸的连接顺序。 测定蛋白质或肽链一级结构需要进行下列几项工作： a.对二硫键的处理（用过酸氧化为-SO3H） b.测定氨基酸的组成,水解16-72小时（真空，110，6mol/l HCL),柱层析进行分离,定量,现在这一过程在氨基酸自动仪内进行。,C.氨基酸序列的测定 通常使用P.Edman降解法 主要涉及，耦联水解，萃取和转移等四个过程,1,2,3,1,3,2,1,2,3,4,5,5,4,5,4,2,2,4,3,5,3,5,4,标记,脱落

3、,标记,脱落,通常使用异硫氰酸酯（ PITC）,氨基酸序列的改变会产生异常功能和疾病 例如，致命的镰刀形红细胞贫血病。,2.蛋白质的二级结构 蛋白质二级结构指的是多肽链中互相靠近的氨基酸的构象关系。 维持二级结构的主要化学键是氢键。 蛋白质的二级结构通常用X-射线衍射法测定。 常见的二级结构有三种构象： 1951年，Plauling&Corey根据对一些简单化合物，如二肽及三肽的射线晶体图的研究数据，提出了两个周期性的多肽结构 螺旋 和 折叠片,羊毛，头发，指甲的主要蛋白质是螺旋,蚕丝中的蛋白质是折叠片形的,3.蛋白质的三级结构 蛋白质三级结构是指多肽链的折叠状况。 通常用X-射线衍射法测定。

4、 肌红蛋白是第一个被确定有三级结构的蛋白质,.蛋白质的变性 受到物理或化学处理后，蛋白质的三级结构遭到破坏破坏级键），它的生理活性会丧失，这一现象称为蛋白质的变性。,蛋白质的合成,基团保护,接肽,提纯,容易离去,不影响其他基团,固相接肽（Merrifield),Noble Prize,核酸部分,核酸的组成 核酸的分类及其性质差异 脱氧核糖核酸（DNA) 核糖核酸（RNA),核酸的组成,核酸（DNA或RNA),核苷酸,磷酸,五碳糖（核糖或脱氧核糖）,碱基（嘌呤或嘧啶）,脱氧核糖,核糖,核酸的组成,一、组成核酸的碱基类型（嘌呤或嘧啶）,碱基,嘌呤,嘧啶,腺嘌呤（C),鸟嘌呤(G),胞嘧啶(A),尿

5、嘧啶(U),胸腺嘧啶(T),核酸的组成,二、核苷酸的连接顺序（以胸腺核苷酸为例）,1.脱氧核糖1位上的羟基与胸腺嘧啶上的氢脱水,核酸的组成,二、核苷酸的连接顺序（以胸腺核苷酸为例）,2.生成的脱氧核糖5位上的羟基与磷酸脱水,实际上，对于核糖核苷，糖环上有三个自由羟基，因此磷酸有2、3和5三种脱水选择。其中5位上的核糖核苷酸可用HIO4氧化的方法与其余二者鉴别。 而对脱氧核糖核苷，上述方法无法使用，因为其2位上无羟基。,核酸的分类及其差异,一、核酸的分类即结构上的差异,1.核酸可以分为核糖核酸（RNA)和脱氧核糖核酸（DNA) 2.DNA与RNA在结构上存在以下几点差异： (1) 核糖的2位上有

6、羟基；而脱氧核糖的2位上为一氢原子。 (2)在五种组成核苷酸的碱基中，嘌呤均为DNA和RNA共有；而尿嘧啶(U)取代了胸腺嘧啶(T)为RNA所特有。,核酸的分类及其差异,二、核酸化学性质的差异,RNA由于其分子的2位上有羟基，在碱性条件下可发生水解反应；而DNA分子则不可发生，RNA在碱性条件下水解生成两种异构体。,脱氧核糖核酸（DNA),一、脱氧核糖核酸的碱基配对原则,在DNA分子中，嘌呤分子的总数总是大致等与嘧啶分子的总数，这是因为，四种碱基的配对符合一定的规则：A与T配对，G与C配对。这种现象可能与碱基之间所能形成的氢键数有关。,脱氧核糖核酸（DNA),二、脱氧核糖核酸的双螺旋结构,19

7、53年，25岁的沃森和 35岁的 克里克发现DNA的双螺旋结构。他 们的发现照亮了整个遗传学领域，指 引着人们去探究生命本质的奥秘。,脱氧核糖核酸（DNA),三、DNA的复制“冈崎片断”理论的提出,1.DNA的半保留复制以为Meselson和Stahl的大肠杆菌同位素实验所验证。 2.”冈崎片断”假说是建立在大量实验的基础上： （1）DNA聚合酶都把脱氧核糖核苷5磷酸加到生长的DNA链上，基因物的3OH基上。 （2）没有发现一种酶能够作用于脱氧核糖核苷3磷酸。,脱氧核糖核酸（DNA),四、重组DNA技术,【定义】：把一个生物体中有用的目的基因转入另一个生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达新的

8、遗传产物。 【步骤】 1.目的基因的获得（PCR技术 聚合酶链式反应）,变性（95C) 双螺旋解旋,退火（55C) 单链与引物配对,延伸（72C) 逐个连接核苷酸,此过程重复近30遍,2.构建重组质粒 3.基因克隆：即重组质粒中的目的基因随细胞的繁殖而复制。 4.重组质粒用凝胶电泳的方法进行筛选和鉴定。 5.用重组质粒转化受体细胞，并筛选和鉴定转化子。 6.获得外源基因表达的性状和产物。,脱氧核糖核酸（DNA),四、重组DNA技术,内切酶,连接酶,核糖核酸（RNA),一、核糖核酸的碱基配对原则,在核糖核酸中，由于胸腺嘧啶(T)被尿嘧啶(U)所取代，故配对时，在尿嘧啶和腺嘌呤之间形成两个氢键。,核糖核酸（RNA),二、核糖核酸的结构 1.RNA的一级结构与DNA相似，均是由核苷酸连接而成，且位置均由5到3。 2.RNA的二级结构中存在着部分区域的碱基配对现象，在这些碱基配对区域，RNA呈螺旋状；而碱基未配对区域称为螺旋突环部分。,碱基配对部分,突环部分,核糖核酸（RNA),3.RNA由于其结构和功能的不同可分为tRNA、rRNA、mRNA三类。 4.tRNA的二级结构是各种RNA中研究较为清楚的一种，其结构呈“三叶草形”。包括： 氨基酸臂：含3端及7个配对的碱基，用以携