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 O NH2 CH3 OH O NH2 OH 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

2、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 123 132 12345

3、54 54 2 2 4 3 53 54 标记 脱落 标记 脱落 通常使用异硫酸酯（ PITC） 氨基酸序列的改变会产生异常功能和疾病 例如，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

4、级结构是指多肽链的折叠状况。 通常用X-射线衍射法测定。 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） H H OH H OH HH HOH 2C O 脱氧核糖 OH

5、 H OH H OH HH HOH2C O 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 嘧 啶 (U) 胸 腺 嘧 啶 (T) NH NH O O CH3 NH NH O O N NH NH2 O N NH NH N NH2 O N N NH N NH2 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 H H OH H OH HH HOH2C O NH NH O O CH3 H HH OH HH HOH2C O N NH O O CH3 核酸的

6、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 H HH OH HH HOH2C O N NH O O CH3 OH OH OHOP H HH OH HH O N NH O O CH3 OCH 2 OH OH O P 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。 N NH O O CH3 OH HH OH HH O P O OCH 2 OH OH HIO4N NH O O CH3 HH O CHO

7、CHO P O OCH 2 OH OH 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（核糖核酸（RNA)和脱氧核糖核酸（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。 OH H R H OH HH O

8、OCH 2 O OHOP OH H R HHH HOH2C O O H OH H O HH HOH2C O HOO P O H R HHH HOH2C O OH O OHOP H R HHH HOH2C O OH O OHOP 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。 N N NH N NH2 NH NH O O CH3 N NH NH N NH2 O N NH NH2 O 脱氧核糖核酸（DNA) 二、脱氧核

9、糖核酸的双螺旋结构 1953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。 3 5 5 5 3 3 5 5 3 脱氧核糖核酸（DNA) 四、重组DNA技术 【定义】：把一个生

10、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。 N N NH N NH2 NH NH O O 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