19 第15章 氨基酸、多肽、蛋白质及核酸.ppt

第1页：第15章 氨基酸、多肽、蛋白质及核酸

第15章氨基酸、多肽、蛋白质及核酸Amino Acids,Peptides,Proteins, and Nucleic Acids

第2页：15.1 氨基酸L-氨基酸L-甘油醛

15.1氨基酸L-氨基酸L-甘油醛

第3页：Trp

Trp

第4页：

第5页：氨基酸的酸性和碱性

氨基酸的酸性和碱性

第6页：有些氨基酸含有两个羧基或两个氨基，因此有

有些氨基酸含有两个羧基或两个氨基，因此有三个pKa值。哪个羧基的酸性较强，为什么？

第7页：在滴定过程，在滴定过程中

在滴定过程中，当碱的用量达到0.5 mol时，甘氨酸盐酸盐的一半被中和，这时甘氨酸盐酸盐与甘氨酸两性离子的浓度相等，溶液的pH值正好等于pK1

继续滴定，当碱的用量达到1 mol时，溶液中甘氨酸两性离子的浓度达到极大值，分子的净电荷为零，称为等电点，此时溶液的pH值相当于甘氨酸在纯水中的pH值，用pI表示。甘氨酸的pI = 5.97。氨基酸在等电点的溶解度达到极小值，可以结晶出来

当碱的量进一步增加到1.5 mol时，两性离子的一半被中和，此时两性离子与NH2CH2CO2-的浓度相等，溶液的pH值正好等于pK2。碱达到2 mol时，甘氨酸全部转化为NH2CH2CO2-

第8页：

第9页：在pH = 5.5的水溶液中的形式存

在pH = 5.5的水溶液中的形式存在：赖氨酸苯丙氨酸谷氨酸pI9.745.48 3.22pK12.18 1.83 2.19pK28.96 9.13 4.25pK310.35--9.67

第10页：氨基酸的反应

氨基酸的反应

第11页：鉴定α-氨基酸最简便、最迅速

鉴定α-氨基酸最简便、最迅速的方法

第12页：氨基酸的合成（1）α-卤代酸的氨解

氨基酸的合成（1）α-卤代酸的氨解（2）Gabriel法

第13页：（3）Strecker法

（3）Strecker法

第14页：氨基酸的拆分

氨基酸的拆分

第15页：自然资源中提取

• 自然资源中提取：L-胱氨酸和L-半胱氨酸由头发或羽毛的水解产物中分离得到，从明胶的水解液中可得到L-脯氨酸
• 发酵法：可生产出L-苯丙氨酸、L-脯氨酸、L-精氨酸、L-组氨酸等许多氨基酸
• 酶法（生物合成与生物转化）：在色氨酸酶催化下，由吲哚、丙酮和氨生产L-色氨酸：L-氨基酸的工业化生产

第16页：15.2 肽(Peptides

15.2肽(Peptides)

第17页：Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-

Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg舒缓激肽九肽:存在于血浆，与血压的调节有关.

第18页：九肽

九肽:

第19页：1958Nobel Prize in C

1958Nobel Prize in C：本页以图示与数据为主，提取文字如下。

1958Nobel Prize in ChemistryFrederick Sanger(Great Britain, *13.8.1918)Great Britain, Cambridge University,"fo

r his work on the structure of proteins,especially that of insulin".牛胰岛素是一种51肽，它有两条肽链：A链为21肽，其中含4个半胱氨酸残基，B链为30

肽，有2个半胱氨酸残基，它们通过两个二硫键“桥”连接起来,分子量5700道尔顿,1953年确定全部化学结构.

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第20页：人胰岛素与牛胰岛素

岛素与牛胰岛素的结构相似，只是有一个氨基酸不同，

B链C-端的氨基酸为苏氨酸，而不是丙氨酸

Thr人胰岛素

见本页图示说明。

第21页：胰岛素是人和动物胰脏中分泌出来的一种激素

胰岛素是人和动物胰脏中分泌出来的一种激素，它能够增加肝、肌肉和脂肪细胞膜的通透性，促进葡萄糖等物质从细胞外向细胞内转运，加速了葡萄糖的代谢，使血糖水平降低，因此胰岛素已被用来治疗糖尿病。胰岛素的相对分子质量约为6 0000，应只是一个多肽，但也被认为是一个最小的蛋白质

第22页：15.3 蛋白质(Proteins

15.3蛋白质(Proteins)（1）蛋白质的一级结构：肽链中氨基酸的连接顺序，它决定着蛋白质的高级结构及蛋白质的性质及生物功能。（2）蛋白质的二级结构：

第23页：a)α-螺旋(b)β-折叠片常见的蛋白

(a)α-螺旋(b)β-折叠片常见的蛋白质二级结构

第24页：（3）蛋白质的三级

（3）蛋白质的三级结构：肌红蛋白的三级结构在血红素辅基的附近有一个组氨酸残基，其咪唑环的氮能与血红素中的亚铁配位，而血红素的卟啉环上的两个羧基侧链可与附近肽链上的官能团形成氢键

血红素的亚铁原子有6个配位的位置，其中5个与卟啉环和咪唑环上的氮配位，另一个位置则可与氧分子配位，这一结构特征赋予肌红蛋白储存氧的生理功能

第25页：（4）蛋白质的四级

质的四级结构：由两条或两条以具有特定构象的肽链（

蛋白质的亚基）组成的，各个亚基之间通过特定的方式相互结合

例如，血红蛋白由4条肽链（α-和β-链各

见本页图示说明。

第26页：Molecular channels l

Molecular channels l：本页以图示与数据为主，提取文字如下。

Molecular channels let us enter the chemistry of the cellA side view of a pore (bluedots) in the water-channel

protein AQP1, whichpierces the cell membrane.Cell exterior is at top,interior at bottom. The poreis about 2.8

angstromsacross at its narrowest.From outside the cell, thefour units of the water-channel protein AQP1 arevis

ible, each with a pore thatpenetrates the cellmembrane.水通道蛋白

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第27页：离子通道

离子通道

第28页：2003年诺贝尔化学奖获得者

2003年诺贝尔化学奖获得者：本页以图示与数据为主，提取文字如下。

2003年诺贝尔化学奖获得者（8 October 2003）Peter AgreJohns Hopkins University School ofMedicine，Baltimore, USA“for the disc

overy of water channels”Roderick MacKinnonHoward Hughes Medical Institute, The RockefellerUniversity, New York

, USA“for structural and mechanistic studies of ionchannels”.

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第29页：氨基酸序列测定（1）氨基酸分析测定氨基酸

氨基酸序列测定（1）氨基酸分析测定氨基酸序列，首先需要知道肽链上含有那些氨基酸以及它们的含量。通常，将纯化后的多肽用6 mol/L HCl在110oC加热24小时，使其完全水解，生成各种游离氨基酸的混合物，然后用离子交换色谱分析氨基酸混合物中各氨基酸的品种及其相对含量

离子交换色谱的色谱柱中装有含羧酸根或磺酸根离子的离子交换树脂，将氨基酸混合物装在色谱柱上端，用不同pH的弱酸性缓冲溶液洗脱，不同结构的氨基酸以不同的速度从色谱柱下端流出，流出液经水合茚三酮显色后用分光光度计检测，自动记录得到色谱图，根据色谱图上各吸收峰的相对位置和面积可确定出氨基酸的品种和相对含量

目前使用的氨基酸自动分析仪就是根据这一原理设计的

第30页：（2）N-端氨基酸的测定——Edman降

（2）N-端氨基酸的测定——Edman降解法

第31页：（3）C-端氨基酸的测定C-端氨基酸可用

（3）C-端氨基酸的测定C-端氨基酸可用羧肽酶选择性地从肽链上水解下来。羧肽酶只能切断与游离羧基相邻的肽键，因此，在多肽和羧肽酶的水溶液中，首先出现的游离氨基酸就是C-端的第一个氨基酸。去掉一个氨基酸后剩下的多肽可继续水解，依次产生出C-端的第二、第三和第四个氨基酸

这样根据氨基酸出现的时间，即可推断C-端氨基酸的顺序。实际上，此方法最多只能测定3~4个C-端氨基酸

第32页：（4）肽链的部分水解在酶催化

（4）肽链的部分水解在酶催化下，肽链可在特定的位置断裂，生成部分水解产物，从而使一个长的肽链分解为许多小的短肽。例如，胰蛋白酶是胰岛分泌出的一种促进消化的酶，它能够选择性地水解肽链上赖氨酸和精氨酸的羧羰基处的肽键。糜蛋白酶则能够选择性地水解苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的羰基处的肽键

使用不同的酶，将长的肽链部分水解为不同的小肽，然后分离这些小肽，再进行上述的氨基酸分析、N-端分析和C-端分析，这样多次地重复分析，并对获得的结果进行“拼接”，可以得到整个肽链的氨基酸顺序

第33页：多肽的合成（1）氨基的保护苄氧羰基

多肽的合成（1）氨基的保护苄氧羰基（Cbz或Z）

第34页：叔丁氧羰基Boc试剂（二碳酸双叔丁酯

叔丁氧羰基Boc试剂（二碳酸双叔丁酯）

第35页：（2）羧基的保护

（2）羧基的保护

第36页：（3）肽键的生成——DCC法

（3）肽键的生成——DCC法

第37页：

第38页：（3）肽键的生成——活化酯法

（3）肽键的生成——活化酯法

第39页：

第40页：牛胰岛素的人工合成

牛胰岛素的人工合成1965年我国的上百位化学工作者在汪猷院士领导下，经过6年多坚持不懈的努力，获得了人工全合成牛胰岛素晶体。这是世界上第一个人工合成的蛋白质

第41页：多肽的固相合成Merrifield树脂

多肽的固相合成Merrifield树脂

第42页：

第43页：固相合成法的优点

固相合成法的优点：①可以用过量的试剂，从而使反应能够更快和更有效地进行。②多余的试剂、副产物和溶剂容易洗涤除去，因此合成操作简便、省时。③可实现自动化合成

第44页：Merrifield树脂

Merrifield树脂：本页以图示与数据为主，提取文字如下。

Merrifield树脂1984Nobel Prize in ChemistryRobert Bruce MerrifieldRockefeller University, New York, USA"for his d

evelopment of methodology forchemical synthesis on a solid matrix".1962年Merrifield发明了固相多肽合成技术——

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第45页：1969年Merrifield用自动化

1969年Merrifield用自动化的多肽合成仪合成了一种124肽——核糖核酸酶，整个过程含369个反应和11391步操作，只用了6周时间

第46页：AutoSpot多肽合成仪CS936S

AutoSpot多肽合成仪CS936S中试生产型多肽合成仪

第47页：SYMPHONY型

SYMPHONY型12通道多肽合成仪

第48页：J. AM. CHEM. SOC.200

J. AM. CHEM. SOC.200：本页以图示与数据为主，提取文字如下。

J. AM. CHEM. SOC.2004,126, 1377-1383.Total Chemical Synthesis of CrambinMolecular structure of crambin, a smal

l (46 amino acids)protein isolated from seeds of the plantCrambe abyssinica.Positions of the disulfides are sh

own in yellow.蛋白质合成实例

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第49页：Target crambin amino

Target crambin amino：本页以图示与数据为主，提取文字如下。

Target crambin amino acid sequences: the "SI" form has Ser22and Ile25; the "PL"form has Pro22and Leu25. In the

latter case, a Val15-Ala substitution was made in thetarget sequence at the Val15-Cys16ligation site to preem

pt anticipated slow reactionarising from the-branched nature of the C-terminal residue in the Cram[1-15]thioes

ter segmentJ. AM. CHEM. SOC.2004,126, 1377-1383.

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第50页：Synthetic Strategy f

Synthetic Strategy for the Preparation of Crambin byLigationofTwo Peptide SegmentsJ. AM. CHEM. SOC.2004,126, 1377-1383.

第51页：

第52页：Synthetic Strategy f

Synthetic Strategy for the Preparation of Crambin by Ligation ofThree Peptide SegmentsJ. AM. CHEM. SOC.2004,126, 1377-1383.

第53页：Semisynthesis and Fo

Semisynthesis and Fo：本页以图示与数据为主，提取文字如下。

Semisynthesis and Folding of the Potassium Channel KcsAStructure of KcsA, a 160-amino acid protein.(A)Shown is

a side-on view of the tetrameric KcsA fragment (residues 1-125)used in these studies.(B)Two opposite subunits

of the KcsA tetramer are shown. Residues 75-79comprising the selectivity filter are shown in ball-and-stick r

epresentation.J. AM. CHEM. SOC.2002,124, 9113-9120

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第54页：The ligation of expr

The ligation of expressed protein :J. AM. CHEM. SOC.2002,124, 9113-9120

第55页：J. AM. CHEM. SOC.200

J. AM. CHEM. SOC.2002,124, 9113-9120

第56页：Synthesis of Peptide

Synthesis of Peptide：本页以图示与数据为主，提取文字如下。

Synthesis of Peptides and Proteins without Cysteine Residues byNative Chemical Ligation Combined with Desulfur

izationJ. Am. Chem. Soc.2001,123,526-533H2, Pd/Al2O3or H2, Raney Ni

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第57页：J. Am. Chem. Soc.200

J. Am. Chem. Soc.2001,123,526-533Synthesis of Peptide Antibiotic Microcin J25, the 56-aminoacid streptococcal protein GB1 domain.

第58页：15.4 核酸

15.4核酸

第59页：尿嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤

尿嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤Uracil (U) Cytosine (C) Thymine (T) Adenine (A) Guanine (G)核糖2-脱氧核糖Ribose 2-Deoxyribose

第60页：核苷胞嘧啶核苷腺嘌呤脱氧核苷

核苷胞嘧啶核苷腺嘌呤脱氧核苷

第61页：核苷酸3

• 核苷酸3
• -胞嘧啶脱氧核苷酸5
• -腺嘌呤核苷酸(3
• -dCMP) (5
• -AMP)

第62页：核酸的一级结构

核酸的一级结构

第63页：核酸的二级结构

核酸的二级结构

第64页：

第65页：

第66页：The Nobel Prize in P

The Nobel Prize in P：本页以图示与数据为主，提取文字如下。

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962Francis Harry Compton Crick(1916-)United KingdomInstitute of Mol

ecular BiologyCambridge, United KingdomJames Dewey Watson(1928-)USAHarvard UniversityCambridge, MA, USA"for th

eir discoveries concerning the molecularstructure of nucleic acids.”

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第67页：大肠杆菌染色体DNA的长度为1.4mm

• 大肠杆菌染色体DNA的长度为1.4mm，由4×106个碱基对组成
• 人的DNA分子长度为0.99m，由2.9×109(约30亿)个碱基对组成
• 若把组成每一个人体的约3×1014个细胞中的DNA长总加起来，其长度可自地球到太阳来回一百次以上

第68页：自下向上复制）DNA的半保留复制

（自下向上复制）DNA的半保留复制

第69页：中心法则转录翻译逆转录

中心法则转录翻译逆转录

第70页：第一位核苷酸第二位核苷酸第三位核苷酸UC

第一位核苷酸第二位核苷酸第三位核苷酸UC：本页以图示与数据为主，提取文字如下。

第一位核苷酸第二位核苷酸第三位核苷酸UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸终止号终止号半胱氨酸半胱氨酸终止号色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸

谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸UCAGG缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬

氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG遗传密码字典

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第71页：中心法则转录翻译逆转录先有核酸还是先有蛋

中心法则转录翻译逆转录先有核酸还是先有蛋白质？

第72页：1989Nobel Prize in C

1989Nobel Prize in C：本页以图示与数据为主，提取文字如下。

1989Nobel Prize in ChemistryThe Prize was awarded jointly to:Sidney Altman(Canada, *8.5.1939)USA, Yale Univers

ity, New Haven, CT,andThomas Robert Cech(USA, *8.12.1947)USA, University of Colorado, Boulder, CO,"for their d

iscovery of catalytic properties ofRNA".

本页源数据为无分隔提取文本，表格结构建议对照原课件图片核对。

第73页：由于发现ＲＮＡ分子具有酶的催化活性

• 由于发现ＲＮＡ分子具有酶的催化活性，有科学家认为在生命历史发展进程中的某个时刻，ＲＮＡ在逆转录酶作用下，能把遗传信息传递给ＤＮＡ
• 到底是先有ＤＮＡ还是先有ＲＮＡ？这个问题现在也还没有终答案

第74页：胸腺嘧啶脱氧核苷

胸腺嘧啶脱氧核苷Zidovudine(AZT，ZDV，齐多夫定)核苷类逆转录酶抑制剂。阻止了磷酸二酯键形成