生環(huán)學院本部生 物 化 學PPT課件

概念 生物化學是用化學的原理和方法，從分子水平來研究生物體的化學組成，及其在體內(nèi)的代謝轉(zhuǎn)變規(guī)律從而闡明生命現(xiàn)象本質(zhì)的一門科學。第1頁/共312頁第一節(jié)第一節(jié)生命生命第2頁/共312頁一、生命的定義一、生命的定義自我復制自我復制(self-replication)自我裝配自我裝配(self-assemble)自我調(diào)節(jié)自我調(diào)節(jié)(self-regulation)第3頁/共312頁v一個邊界一個邊界v一套執(zhí)行機構一套執(zhí)行機構v一套遺傳機構一套遺傳機構第4頁/共312頁細胞是生物體的基本結(jié)構單元細胞是生物體的基本結(jié)構單元 第5頁/共312頁二、二、生命的共同生命的共同“語言語言”化學化學 :著名的諾貝爾獎獲得者亞瑟著名的諾貝爾獎獲得者亞瑟肯伯格肯伯格（Arthur Kornberg）在哈佛大學醫(yī)學院）在哈佛大學醫(yī)學院建校建校100周年時說：周年時說：“所有的有生命體都所有的有生命體都有一個共同的語言，這個語言就是化學。有一個共同的語言，這個語言就是化學?！?:DNA是生命體的是生命體的“共同語言共同語言” 第6頁/共312頁生物體的化學組成生物體的化學組成自然界自然界所有的所有的生命物生命物體都由體都由三類物三類物質(zhì)組成質(zhì)組成水、無水、無機離子機離子和生物和生物分子分子第7頁/共312頁生命體的元素組成生命體的元素組成在地球上存在的在地球上存在的9292種天然元素中，只有種天然元素中，只有2828種種元素在生物體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)元素在生物體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)第一類元素：包括第一類元素：包括C C、H H、O O和和N N四種元素四種元素，是是組成生命體最基本的元素。這四種元素約占組成生命體最基本的元素。這四種元素約占了生物體總質(zhì)量的了生物體總質(zhì)量的99%99%以上。以上。第二類元素：包括第二類元素：包括S S、P P、ClCl、CaCa、K K、NaNa和和MgMg。這類元素也是組成生命體的基本元素。這類元素也是組成生命體的基本元素。第三類元素：包括第三類元素：包括FeFe、CuCu、CoCo、MnMn和和ZnZn。是是生物體內(nèi)存在的主要少量元素。生物體內(nèi)存在的主要少量元素。第四類元素：包括第四類元素：包括AlAl、AsAs、B B、BrBr、CrCr、F F、GaGa、I I、MoMo、SeSe、SiSi等等。第8頁/共312頁生物分子生物分子生物分子是生物體和生命現(xiàn)象的結(jié)生物分子是生物體和生命現(xiàn)象的結(jié)構基礎和功能基礎，是生物化學研構基礎和功能基礎，是生物化學研究的基本對象。究的基本對象。生物分子的主要類型包括：多糖、生物分子的主要類型包括：多糖、聚脂、核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子聚脂、核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子維生素、輔酶、激素、核苷酸和氨維生素、輔酶、激素、核苷酸和氨基酸等?；岬?。七大營養(yǎng)要素：水、無機鹽、糖、七大營養(yǎng)要素：水、無機鹽、糖、脂、蛋白質(zhì)、維生素、氧脂、蛋白質(zhì)、維生素、氧第9頁/共312頁第二節(jié)第二節(jié)發(fā)展簡史發(fā)展簡史第10頁/共312頁1780-1789 Lavoisier（法）研究（法）研究“生物體內(nèi)生物體內(nèi)的燃燒的燃燒”，指出此類，指出此類“燃燒燃燒”耗氧并排出二耗氧并排出二氧化碳。后人稱他是生氧化碳。后人稱他是生物化學之父。物化學之父。第11頁/共312頁1830-1842 Liebig（德）將食（德）將食物分為糖、脂、蛋白質(zhì)類，提物分為糖、脂、蛋白質(zhì)類，提出出“代謝代謝”一詞，證明動物體一詞，證明動物體溫形成是食物在體內(nèi)溫形成是食物在體內(nèi)“燃燒燃燒”的緣故。最先寫出兩本的緣故。最先寫出兩本生物化生物化學學相關專著。相關專著。第12頁/共312頁生物化學的創(chuàng)始人埃米爾生物化學的創(chuàng)始人埃米爾費舍爾（費舍爾（Emil Fischer）18901902 Fischer（德）首次證（德）首次證明了蛋白質(zhì)是多肽；發(fā)現(xiàn)酶的專一明了蛋白質(zhì)是多肽；發(fā)現(xiàn)酶的專一性，提出并驗證了酶催化作用的性，提出并驗證了酶催化作用的“鎖鎖-匙匙”學說；合成了糖及嘌呤。學說；合成了糖及嘌呤。1902年獲諾貝爾獎。年獲諾貝爾獎。第13頁/共312頁漢斯?jié)h斯克雷勃斯（克雷勃斯（Hans A. Krebs） 1937年年 Krebs（英）（英）發(fā)現(xiàn)三羧酸循環(huán)，發(fā)現(xiàn)三羧酸循環(huán)，1953年獲諾貝爾獎。年獲諾貝爾獎。 第14頁/共312頁李納斯李納斯鮑林（鮑林（Linus Pauling） 1949 Pauling（美）指出（美）指出鐮刀形紅細胞性貧血是一鐮刀形紅細胞性貧血是一種分子病，并于種分子病，并于1951年提年提出蛋白質(zhì)存在二級結(jié)構。出蛋白質(zhì)存在二級結(jié)構。 1954年獲諾貝爾獎年獲諾貝爾獎第15頁/共312頁詹姆斯詹姆斯沃森（沃森（James D. Watson）1953年年 Watson（美）與（美）與 Crick（英）提出（英）提出DNA分子的雙螺分子的雙螺旋結(jié)構模型，旋結(jié)構模型，1962年共獲諾貝爾獎。年共獲諾貝爾獎。 弗朗西斯弗朗西斯克里克（克里克（Francis H. Crick）第16頁/共312頁1969-1972, Arber(瑞士瑞士),Smith(美美)與與Nathans(美美)在核酸限在核酸限制酶的分離與應用方面做出突出貢獻制酶的分離與應用方面做出突出貢獻,1978年共獲諾貝爾獎。年共獲諾貝爾獎。 1972 Berg（美）在基因工（美）在基因工程基礎研究方面作出了杰出程基礎研究方面作出了杰出成果，獲成果，獲1980年諾貝爾獎。年諾貝爾獎。1973 Cohen等（美）用核等（美）用核酸限制性內(nèi)切酶酸限制性內(nèi)切酶EcoR1，首，首次基因重組成功。次基因重組成功。Hamilton O. Smith Daniel Nathans Werner Arber Paul BergHerbert Boyer Stanley Cohen 第17頁/共312頁2001 Venter（美）等報道完成了人類基因組草圖測序。（美）等報道完成了人類基因組草圖測序。第18頁/共312頁我國生物化學的開拓者吳憲吳憲教授蛋白質(zhì)研究領域內(nèi)國際上最具有權威性的綜蛋白質(zhì)研究領域內(nèi)國際上最具有權威性的綜述性叢書述性叢書Advances in Protein Chemistry第第47卷（卷（1995年）發(fā)表了美國哈佛大學教年）發(fā)表了美國哈佛大學教授、蛋白質(zhì)研究的老前輩授、蛋白質(zhì)研究的老前輩J. T. Eddsall的文章的文章“吳憲與第一個蛋白質(zhì)變性理論（吳憲與第一個蛋白質(zhì)變性理論（1931）Hsien Wu and the first Theory of Protein Denaturation(1931)”，對吳憲教授的學術，對吳憲教授的學術成就給予了極高的評價。該卷還重新刊登了成就給予了極高的評價。該卷還重新刊登了吳憲教授六十四年前關于蛋白質(zhì)變性的論文。吳憲教授六十四年前關于蛋白質(zhì)變性的論文。一篇在一篇在1931年發(fā)表的論文居然在年發(fā)表的論文居然在1995年仍年仍然值得在第一流的叢書上重新全文刊登，不然值得在第一流的叢書上重新全文刊登，不能不說是國際科學界的一件極為罕見的大事。能不說是國際科學界的一件極為罕見的大事。第19頁/共312頁21世紀我國本土將誕生諾貝爾獎獲得者世紀我國本土將誕生諾貝爾獎獲得者預測變現(xiàn)實，有待努力，讓我們?yōu)榇斯裁泐A測變現(xiàn)實，有待努力，讓我們?yōu)榇斯裁?新華社北京新華社北京2002年年4月月11日日電電 中科院院長路甬祥在中科院院長路甬祥在“中國近現(xiàn)代科技回顧與展望國際學術研討會中國近現(xiàn)代科技回顧與展望國際學術研討會”上作上作大會報告時說：大會報告時說：“通過創(chuàng)造性的工作，通過創(chuàng)造性的工作，21世紀的中國世紀的中國科學家和工程師將比科學家和工程師將比20世紀為世界科學做出大得多的世紀為世界科學做出大得多的貢獻，在中國本土上產(chǎn)生諾貝爾獎將不再是問題，中貢獻，在中國本土上產(chǎn)生諾貝爾獎將不再是問題，中國將涌現(xiàn)出一批無愧于國將涌現(xiàn)出一批無愧于21世紀的世界級科學大師和工世紀的世界級科學大師和工程技術大師。程技術大師。”（記者李斌）（記者李斌）新華社香港新華社香港2002年年月日月日電電 諾貝爾獎得主楊振諾貝爾獎得主楊振寧教授今天在這里表示對中國未來的科技發(fā)展很有信寧教授今天在這里表示對中國未來的科技發(fā)展很有信心，他認為在未來中國很可能會出現(xiàn)獲得諾貝爾獎的心，他認為在未來中國很可能會出現(xiàn)獲得諾貝爾獎的科技人才。（記者叢亞平）科技人才。（記者叢亞平）第20頁/共312頁第三節(jié)第三節(jié)內(nèi)容內(nèi)容第21頁/共312頁生物學生物學動物學動物學植物學植物學微生物學微生物學化學化學生物學生物學生物化學生物化學第22頁/共312頁生物化學生物化學的概念的概念生物化學主要是應用化學的理論生物化學主要是應用化學的理論和方法來研究生命現(xiàn)象，闡明生和方法來研究生命現(xiàn)象，闡明生命現(xiàn)象的化學本質(zhì)。命現(xiàn)象的化學本質(zhì)。生物化學的基本內(nèi)容包括：生物化學的基本內(nèi)容包括：l發(fā)現(xiàn)和闡明構成生命物體的分子發(fā)現(xiàn)和闡明構成生命物體的分子基礎基礎生物分子的化學組成、結(jié)生物分子的化學組成、結(jié)構和性質(zhì)；構和性質(zhì)；l生物分子的結(jié)構、功能與生命現(xiàn)生物分子的結(jié)構、功能與生命現(xiàn)象的關系；象的關系；l生物分子在生物機體中的相互作生物分子在生物機體中的相互作用及其變化規(guī)律。用及其變化規(guī)律。生命的化生命的化學，化學學，化學的生命的生命第23頁/共312頁內(nèi)容：生物大分子的結(jié)構與功能：蛋白質(zhì)、核酸化學、酶、維生素與微量元素物質(zhì)代謝：糖、脂、氨基酸、核苷酸代謝，生物氧化、代謝調(diào)節(jié)遺傳信息的傳遞規(guī)律：DNA復制、RNA轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)生物合成、基因表達調(diào)控、基因工程、基因組學器官生化（重要組織器官的代謝特點）:肝膽、血液、結(jié)締組織骨牙、感覺系統(tǒng)化學、神經(jīng)系統(tǒng)化學專題：細胞信息傳遞、細胞生長調(diào)控與腫瘤、生物信息學第24頁/共312頁生物大分子基本特征生物大分子基本特征生物分子中最重要的是糖、酯、核酸和生物分子中最重要的是糖、酯、核酸和蛋白質(zhì)四類物質(zhì)，分子量一般都很大，蛋白質(zhì)四類物質(zhì)，分子量一般都很大，所以又稱為生物大分子。所以又稱為生物大分子。生物信息大分子具有如下特征：生物信息大分子具有如下特征：（1 1）由結(jié)構小分子結(jié)構單元組成）由結(jié)構小分子結(jié)構單元組成. .（2 2）順序排列。）順序排列。（3 3）結(jié)構復雜：線性信息，三維信息）結(jié)構復雜：線性信息，三維信息第25頁/共312頁生物大分子的一級結(jié)構：構成生物分子生物大分子的一級結(jié)構：構成生物分子的結(jié)構單元分子按不同的排列組合，形的結(jié)構單元分子按不同的排列組合，形成數(shù)量龐大，結(jié)構復雜的線性分子或環(huán)成數(shù)量龐大，結(jié)構復雜的線性分子或環(huán)狀分子。通常將只涉及結(jié)構單元的排列狀分子。通常將只涉及結(jié)構單元的排列順序的結(jié)構類型稱為一級結(jié)構。順序的結(jié)構類型稱為一級結(jié)構。第26頁/共312頁生物大分子的立體結(jié)構生物大分子的立體結(jié)構生物大分子在線性或生物大分子在線性或環(huán)狀結(jié)構基礎上，通環(huán)狀結(jié)構基礎上，通過分子內(nèi)或分子之間過分子內(nèi)或分子之間的基團（包括極性、的基團（包括極性、非極性和帶電荷基團）非極性和帶電荷基團）相互作用，可以進一相互作用，可以進一步形成非常復雜的立步形成非常復雜的立體結(jié)構。例如盤繞成體結(jié)構。例如盤繞成螺旋形，折疊成片層螺旋形，折疊成片層狀。有的以線狀存在，狀。有的以線狀存在，而有的則形成球狀等。而有的則形成球狀等。第27頁/共312頁第四節(jié)第四節(jié)生化魅力生化魅力第28頁/共312頁所有生物學科都不是孤立的，而是相互聯(lián)系、所有生物學科都不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互補充、相互滲透，其基礎就是相互補充、相互滲透，其基礎就是“生命的化生命的化學語言學語言”。換而言之，生物化學是聯(lián)系生物學。換而言之，生物化學是聯(lián)系生物學科之間的橋梁?？浦g的橋梁。有用有用第29頁/共312頁可實現(xiàn)許多個人愿望?？蓪崿F(xiàn)許多個人愿望。有趣有趣第30頁/共312頁可成名可成名20世紀世紀Nobel生理學、化學獎中半數(shù)以上在生物生理學、化學獎中半數(shù)以上在生物化學領域取得重大突破化學領域取得重大突破第31頁/共312頁可獲利可獲利無形資產(chǎn)無形資產(chǎn)有形資產(chǎn)有形資產(chǎn)第32頁/共312頁第五節(jié)第五節(jié)學習方法學習方法第33頁/共312頁萬能方法：理解記憶萬能方法：理解記憶第34頁/共312頁v沈同、王鏡巖主編，沈同、王鏡巖主編，生物化學生物化學。高等教育出版社出。高等教育出版社出版版v童坦君童坦君: 生物化學生物化學。北京。北京: 北京大學醫(yī)學出版北京大學醫(yī)學出版社社.2003。v周愛儒周愛儒:生物化學生物化學“ (第第5、6版版)。北京。北京:人民衛(wèi)生出人民衛(wèi)生出版社版社. v生命的化學生命的化學（中國生物化學與分子生物學學會主辦，（中國生物化學與分子生物學學會主辦，上海）上海）v國外醫(yī)學國外醫(yī)學 分子生物學分冊分子生物學分冊（武漢）（武漢） vAnnual Review of Biochemistry（生物化學年生物化學年鑒鑒, 美）美）vTrends in Biochemical Sciences (簡稱簡稱TIBS，美美)參考書第35頁/共312頁參考書Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L, Clarke ND：Biochemistry (5th ed). WH Freeman & Co. New York, 2002Nelson DL, Cox MM：Lehninger Principles of Biochemistry，Worth Publishers，New York，2000Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW: Harpers Biochemistry. (25th ed).北京北京: :科學出版科學出版社社. .2000Lodish H, Baltimore D, Berk A, Zipursky SL et al: Molecular Cell Biology (4th ed)., Scientific America Books, WH Freeman & Co., New York., 2000 Karp G: Cell and Molecular Biology Concepts and experiments (3rd ed). John Wiley & Sons, New York. 2002第36頁/共312頁第37頁/共312頁第38頁/共312頁第39頁/共312頁2、蛋白質(zhì)的分類、蛋白質(zhì)的分類按照組成分類：按照組成分類：單純蛋白、結(jié)合蛋白單純蛋白、結(jié)合蛋白n單純蛋白：只有氨基酸組分單純蛋白：只有氨基酸組分n結(jié)合蛋白：氨基酸組分其他組分（輔基）結(jié)合蛋白：氨基酸組分其他組分（輔基）按照生物功能分類：按照生物功能分類：酶、調(diào)節(jié)蛋白、轉(zhuǎn)運蛋白、運動酶、調(diào)節(jié)蛋白、轉(zhuǎn)運蛋白、運動蛋白、防御蛋白、營養(yǎng)蛋白、儲存蛋白、結(jié)構蛋白、毒蛋白、防御蛋白、營養(yǎng)蛋白、儲存蛋白、結(jié)構蛋白、毒蛋白，等蛋白，等根據(jù)形狀分類根據(jù)形狀分類n纖維蛋白纖維蛋白n球狀蛋白球狀蛋白第40頁/共312頁其他生物學功能：營養(yǎng)蛋白，結(jié)構，毒蛋白第41頁/共312頁第42頁/共312頁一、元素組成一、元素組成1、主要元素：、主要元素：碳、氫、氧、氮和硫，有些蛋白碳、氫、氧、氮和硫，有些蛋白質(zhì)還含有少量磷和金屬元素。質(zhì)還含有少量磷和金屬元素。2、特點：、特點：各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均含各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均含氮量為氮量為16%。3、定氮法測定蛋白質(zhì)含量：、定氮法測定蛋白質(zhì)含量： 蛋白質(zhì)含量蛋白質(zhì)含量6.25樣品含氮量樣品含氮量 第43頁/共312頁二、結(jié)構單位二、結(jié)構單位氨基酸氨基酸（amino acid）1、蛋白質(zhì)的結(jié)構單位、蛋白質(zhì)的結(jié)構單位第44頁/共312頁第45頁/共312頁第46頁/共312頁第47頁/共312頁第48頁/共312頁第49頁/共312頁第50頁/共312頁第51頁/共312頁第52頁/共312頁n蛋白質(zhì)基本結(jié)構單位：蛋白質(zhì)基本結(jié)構單位：L 氨基酸氨基酸n 氨基酸：脯氨酸（亞氨基酸）除外氨基酸：脯氨酸（亞氨基酸）除外n L氨基酸：甘氨酸（無不對稱氨基酸：甘氨酸（無不對稱C）除外）除外n 氨基酸結(jié)構通式：氨基酸結(jié)構通式：RCH(NH2)COOHn 常見氨基酸種類：常見氨基酸種類：20種。種。小結(jié)第53頁/共312頁2、氨基酸分類：、氨基酸分類：按其側(cè)鏈按其側(cè)鏈的結(jié)構和理化性質(zhì)分類的結(jié)構和理化性質(zhì)分類非極性、疏水氨基酸非極性、疏水氨基酸(非極性非極性R基氨基酸基氨基酸)： Val, Leu, Ile（支鏈）；（支鏈）；Gly（無旋光異構）；（無旋光異構）；Met（含硫）；（含硫）；Phe（芳香族）；（芳香族）；Pro（亞氨基）（亞氨基）極性、中性氨基酸極性、中性氨基酸(不帶電荷的極性不帶電荷的極性R基氨基酸基氨基酸) ： Ser, Thr（含羥基）；（含羥基）；Tyr, Trp（芳香族）；（芳香族）；Cys（含硫）；（含硫）；Gln, Asn（含酰氨）（含酰氨）第54頁/共312頁 酸性氨基酸（含有兩個羧基）：酸性氨基酸（含有兩個羧基）： Glu（含（含羧基）、羧基）、Asp（含（含羧基）羧基） 堿性氨基酸（含有兩個以上氨基）：堿性氨基酸（含有兩個以上氨基）： Arg（胍基）、（胍基）、His（咪唑基）、（咪唑基）、Lys（氨基）氨基）n含硫氨基酸：含硫氨基酸：Met、Cysn芳香族氨基酸：芳香族氨基酸：Phe、Tyr、Trp第55頁/共312頁三、氨基酸的理化性質(zhì)三、氨基酸的理化性質(zhì)1、物理性質(zhì)、物理性質(zhì)2、兩性解離、兩性解離n等電點（等電點（isoelectric point, pI）：在某一）：在某一pH環(huán)環(huán)境中，氨基酸解離成陽性離子及陰性離子的趨勢境中，氨基酸解離成陽性離子及陰性離子的趨勢相等，所帶相等，所帶凈電荷為零凈電荷為零，在電場中不泳動。此時，在電場中不泳動。此時，氨基酸所處環(huán)境的氨基酸所處環(huán)境的pH值值稱為該種氨基酸的等電點稱為該種氨基酸的等電點(pI)。第56頁/共312頁(zwitterion)第57頁/共312頁n等電點計算等電點計算側(cè)鏈為非極性基團或雖為極性基團但不解離的氨側(cè)鏈為非極性基團或雖為極性基團但不解離的氨基酸：基酸：pI=(pK1+pK2) 酸性氨基酸酸性氨基酸(Glu、Asp)及及Cys：pI=(pK1+pKR)堿性氨基酸堿性氨基酸(賴、精、組賴、精、組)：pI=(pK2+pKR)n帶電狀態(tài)判定帶電狀態(tài)判定 pI-pH0 .帶正電帶正電 pI-pH0 .不帶電不帶電第58頁/共312頁3、紫外吸收：、紫外吸收：nTrp、Tyr和和Phe在在280nm波波長附近具有最大長附近具有最大吸收峰，其中吸收峰，其中Trp的最大吸收的最大吸收最接近最接近280nm第59頁/共312頁4、顯色反應：、顯色反應：n茚三酮反應茚三酮反應第60頁/共312頁4、顯色反應：、顯色反應：n茚三酮反應茚三酮反應n其他反應：熒光胺反應、側(cè)鏈特異基團反應其他反應：熒光胺反應、側(cè)鏈特異基團反應例外：例外：Pro黃色；黃色；Asn棕色棕色第61頁/共312頁5、成肽反應：、成肽反應：第62頁/共312頁第63頁/共312頁一、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構形式一、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構形式1、連接方式：、連接方式：肽鍵肽鍵n肽鍵肽鍵(peptide bond)：一個氨基酸的羧基與：一個氨基酸的羧基與另一氨基酸的氨基縮水而成的酰胺鍵稱為肽鍵。另一氨基酸的氨基縮水而成的酰胺鍵稱為肽鍵。（CONH）n肽平面肽平面(peptide unit)：由肽鍵中的四個原子：由肽鍵中的四個原子和與之相鄰的兩個碳原子共同構成的剛性平面。和與之相鄰的兩個碳原子共同構成的剛性平面。（CCONHC）第64頁/共312頁第65頁/共312頁2、肽分類、命名、肽分類、命名第66頁/共312頁3、生物活性肽：、生物活性肽：n谷胱甘肽谷胱甘肽n神經(jīng)肽：腦啡肽、內(nèi)啡肽、強啡肽、神經(jīng)肽：腦啡肽、內(nèi)啡肽、強啡肽、P物質(zhì)、物質(zhì)、Y肽肽n肽類激素：催產(chǎn)素、加壓素等肽類激素：催產(chǎn)素、加壓素等n其他：生長因子；短桿菌其他：生長因子；短桿菌S；甜味肽等；甜味肽等第67頁/共312頁第68頁/共312頁第69頁/共312頁第70頁/共312頁4、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構形式：、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構形式：n多肽鏈多肽鏈 (NHCHCONHCHCO)n多肽鏈的方向性：從多肽鏈的方向性：從N末端指向末端指向C末端。末端。第71頁/共312頁二、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構二、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(primary structure) 一級結(jié)構是指蛋白質(zhì)的多肽鏈中氨基酸的排列順一級結(jié)構是指蛋白質(zhì)的多肽鏈中氨基酸的排列順序；主要靠肽鍵維系。序；主要靠肽鍵維系。二四級結(jié)構稱為蛋白質(zhì)的空間結(jié)構，或空間構二四級結(jié)構稱為蛋白質(zhì)的空間結(jié)構，或空間構象；主要靠次級鍵維系，尤其是疏水鍵。象；主要靠次級鍵維系，尤其是疏水鍵。n一級結(jié)構體現(xiàn)生物信息：一級結(jié)構體現(xiàn)生物信息：20n .多樣多樣n一級結(jié)構是空間結(jié)構及生物活性的基礎一級結(jié)構是空間結(jié)構及生物活性的基礎.特異特異n一級結(jié)構的連接鍵：肽鍵（主要）、二硫鍵一級結(jié)構的連接鍵：肽鍵（主要）、二硫鍵第72頁/共312頁第73頁/共312頁第74頁/共312頁三、二級結(jié)構三、二級結(jié)構(continued)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構是指蛋白質(zhì)的二級結(jié)構是指多肽鏈骨架多肽鏈骨架中原子的中原子的局部空局部空間間排列，排列，不涉及側(cè)鏈不涉及側(cè)鏈的構象，也就是該肽段主鏈骨架的構象，也就是該肽段主鏈骨架原子的相對空間位置，主要有原子的相對空間位置，主要有-螺旋、螺旋、-折疊、折疊、-轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲角和無規(guī)則卷曲。維持二級結(jié)構的力量為。維持二級結(jié)構的力量為氫鍵氫鍵。第75頁/共312頁第76頁/共312頁第77頁/共312頁第78頁/共312頁第79頁/共312頁1、-螺旋螺旋(-helix)n右手螺旋：右手螺旋：3.6個個AA/圈，螺距圈，螺距0.54nm；n氫鍵維系：鏈內(nèi)氫鍵（氫鍵維系：鏈內(nèi)氫鍵（AA1AA4），平行長軸；），平行長軸；n側(cè)鏈伸出螺旋側(cè)鏈伸出螺旋第80頁/共312頁2、-折疊(-pleated sheet)第81頁/共312頁第82頁/共312頁2、-折疊折疊(-pleated sheet)n多肽鏈充分伸展，肽平面折疊成鋸齒狀；多肽鏈充分伸展，肽平面折疊成鋸齒狀；n側(cè)鏈交錯位于鋸齒狀結(jié)構的上下方；側(cè)鏈交錯位于鋸齒狀結(jié)構的上下方；n氫鍵維系：氫鍵的方向垂直長軸；氫鍵維系：氫鍵的方向垂直長軸；n可有順平行片層和反平行片層結(jié)構?？捎许樒叫衅瑢雍头雌叫衅瑢咏Y(jié)構。3、其它、其它（1）肽鏈主鏈出現(xiàn)的）肽鏈主鏈出現(xiàn)的180回折部分稱回折部分稱-轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)角。（2）蛋白質(zhì)分子中那些沒有確定規(guī)律性的部分肽）蛋白質(zhì)分子中那些沒有確定規(guī)律性的部分肽鏈構象稱為無規(guī)卷曲。鏈構象稱為無規(guī)卷曲。第83頁/共312頁第84頁/共312頁第85頁/共312頁影響二級結(jié)構形成的因素影響二級結(jié)構形成的因素第86頁/共312頁次級鍵介導蛋白質(zhì)高級結(jié)構形成次級鍵介導蛋白質(zhì)高級結(jié)構形成第87頁/共312頁四、超二級結(jié)構、域結(jié)構四、超二級結(jié)構、域結(jié)構1、超二級結(jié)構、超二級結(jié)構( supersecondary structure )（1）基序或模序（）基序或模序（motifs or modules，模體符），模體符）在許多蛋白質(zhì)中，有兩個或三個具有二級結(jié)構的肽段在許多蛋白質(zhì)中，有兩個或三個具有二級結(jié)構的肽段在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構象，稱為在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構象，稱為模序。有的將這種規(guī)則的二級結(jié)構的聚集體稱為超二模序。有的將這種規(guī)則的二級結(jié)構的聚集體稱為超二級結(jié)構，它們可直接作為三級結(jié)構的級結(jié)構，它們可直接作為三級結(jié)構的“建筑塊建筑塊”或域或域結(jié)構的組成單位，是蛋白質(zhì)發(fā)揮特定功能的基礎。結(jié)構的組成單位，是蛋白質(zhì)發(fā)揮特定功能的基礎。（2）類型：）類型：、鋅指結(jié)構、亮氨酸拉鏈、鋅指結(jié)構、亮氨酸拉鏈第88頁/共312頁第89頁/共312頁2、域結(jié)構（、域結(jié)構（domain，結(jié)構域），結(jié)構域）域結(jié)構是在較大的蛋白質(zhì)分子中所形成的兩個或域結(jié)構是在較大的蛋白質(zhì)分子中所形成的兩個或多個在空間上可明顯區(qū)別的局部區(qū)域。結(jié)構域具有多個在空間上可明顯區(qū)別的局部區(qū)域。結(jié)構域具有獨特的空間構象，與分子整體以共價鍵相連，并承獨特的空間構象，與分子整體以共價鍵相連，并承擔特定的生物學功能。擔特定的生物學功能。n結(jié)構域與分子整體以共價鍵相連結(jié)構域與分子整體以共價鍵相連n具有相對獨立的空間構象和生物學功能具有相對獨立的空間構象和生物學功能n同一蛋白質(zhì)中的結(jié)構域可以相同或不同，不同同一蛋白質(zhì)中的結(jié)構域可以相同或不同，不同蛋白質(zhì)中的結(jié)構域也可能相同或不同蛋白質(zhì)中的結(jié)構域也可能相同或不同第90頁/共312頁第91頁/共312頁五、三級結(jié)構五、三級結(jié)構蛋白質(zhì)的三級結(jié)構是指在一條多肽鏈中所有原子蛋白質(zhì)的三級結(jié)構是指在一條多肽鏈中所有原子的整體空間排布，包括主鏈和側(cè)鏈。三級結(jié)構的形的整體空間排布，包括主鏈和側(cè)鏈。三級結(jié)構的形成使得在序列中相隔較遠的氨基酸側(cè)鏈相互靠近。成使得在序列中相隔較遠的氨基酸側(cè)鏈相互靠近。 n長度縮短：球形、橢球形、桿狀，等長度縮短：球形、橢球形、桿狀，等n多數(shù)同時含有多數(shù)同時含有-螺旋和螺旋和-折疊折疊n氨基酸位置由側(cè)鏈極性決定：非極性（內(nèi)）、極性（表氨基酸位置由側(cè)鏈極性決定：非極性（內(nèi)）、極性（表面，少數(shù)內(nèi)部）、帶電（表面）面，少數(shù)內(nèi)部）、帶電（表面）n次級鍵維系：疏水鍵、鹽鍵、氫鍵、范德華力、二硫鍵次級鍵維系：疏水鍵、鹽鍵、氫鍵、范德華力、二硫鍵n功能區(qū)：表面或特定部位功能區(qū)：表面或特定部位第92頁/共312頁第93頁/共312頁第94頁/共312頁寡聚蛋白中亞基的立體排布及相互作用。寡聚蛋白中亞基的立體排布及相互作用。 n亞基亞基(subunit)：寡聚蛋白中的單條獨立的多肽：寡聚蛋白中的單條獨立的多肽鏈，具有獨立的一、二、三級結(jié)構，單獨存在時鏈，具有獨立的一、二、三級結(jié)構，單獨存在時一般無生物學活性。亞基之間以非共價鍵聯(lián)系，一般無生物學活性。亞基之間以非共價鍵聯(lián)系，亞基可以相同或不同。亞基可以相同或不同。n亞基之間以非共價鍵聯(lián)系，包括疏水鍵（主亞基之間以非共價鍵聯(lián)系，包括疏水鍵（主要）、鹽鍵、氫鍵、范德華力要）、鹽鍵、氫鍵、范德華力n亞基可以相同或不同亞基可以相同或不同六、四級結(jié)構六、四級結(jié)構第95頁/共312頁第96頁/共312頁蛋白質(zhì)一級結(jié)構是空間結(jié)構和生蛋白質(zhì)一級結(jié)構是空間結(jié)構和生物功能的基礎，一級結(jié)構決定空物功能的基礎，一級結(jié)構決定空間結(jié)構；但一級結(jié)構并非決定空間結(jié)構；但一級結(jié)構并非決定空間結(jié)構的唯一因素?？臻g結(jié)構是間結(jié)構的唯一因素?？臻g結(jié)構是生物活性的直接體現(xiàn)。生物活性的直接體現(xiàn)。第97頁/共312頁1、一級結(jié)構中的保守序列決定空間結(jié)構、一級結(jié)構中的保守序列決定空間結(jié)構（1）不同蛋白質(zhì)之間的比較：相似結(jié)構相似功能、）不同蛋白質(zhì)之間的比較：相似結(jié)構相似功能、不同結(jié)構不同功能不同結(jié)構不同功能（2）同一蛋白質(zhì)不同狀態(tài)的比較：一級結(jié)構決定空）同一蛋白質(zhì)不同狀態(tài)的比較：一級結(jié)構決定空間結(jié)構間結(jié)構（3）保守序列、保守氨基酸改變，功能改變；保守）保守序列、保守氨基酸改變，功能改變；保守氨基酸不變，功能不變氨基酸不變，功能不變【經(jīng)典舉例經(jīng)典舉例】分子病分子病一、一級結(jié)構與功能的關系一、一級結(jié)構與功能的關系第98頁/共312頁第99頁/共312頁第100頁/共312頁第101頁/共312頁第102頁/共312頁第103頁/共312頁2、一級結(jié)構并非影響空間結(jié)構的唯一因素、一級結(jié)構并非影響空間結(jié)構的唯一因素n分子伴娘分子伴娘(molecular chaperons，分子伴侶，分子伴侶)：在蛋白質(zhì)加工、折疊形成特定空間構象及穿膜進在蛋白質(zhì)加工、折疊形成特定空間構象及穿膜進入細胞器的轉(zhuǎn)位過程中起關鍵作用的一類蛋白質(zhì)。入細胞器的轉(zhuǎn)位過程中起關鍵作用的一類蛋白質(zhì)。與未折疊的肽段（疏水部分）進行可逆的結(jié)合，與未折疊的肽段（疏水部分）進行可逆的結(jié)合，輔助二硫鍵的正確形成；輔助二硫鍵的正確形成；引導肽鏈的正確折疊并集合多條肽鏈成為較大的引導肽鏈的正確折疊并集合多條肽鏈成為較大的結(jié)構；結(jié)構；可以解聚錯誤聚合的肽段，防止錯誤發(fā)生?？梢越饩坼e誤聚合的肽段，防止錯誤發(fā)生。第104頁/共312頁1、空間結(jié)構體現(xiàn)生物特異性、空間結(jié)構體現(xiàn)生物特異性2、空間結(jié)構體現(xiàn)生物活性、空間結(jié)構體現(xiàn)生物活性3、空間結(jié)構的靈活性，體現(xiàn)了生物活性的可調(diào)、空間結(jié)構的靈活性，體現(xiàn)了生物活性的可調(diào)節(jié)特性節(jié)特性二、空間結(jié)構與功能的關系二、空間結(jié)構與功能的關系空間結(jié)構中的特定區(qū)域體現(xiàn)生物活性空間結(jié)構中的特定區(qū)域體現(xiàn)生物活性第105頁/共312頁n別構效應（別位效應、變位效應，別構效應（別位效應、變位效應，allosteric effect）：蛋白質(zhì)分子的特定部位（調(diào)節(jié)部位）與）：蛋白質(zhì)分子的特定部位（調(diào)節(jié)部位）與小分子化合物（效應物）結(jié)合后，引起空間構象發(fā)小分子化合物（效應物）結(jié)合后，引起空間構象發(fā)生改變，從而促使生物學活性變化的現(xiàn)象稱為變構生改變，從而促使生物學活性變化的現(xiàn)象稱為變構效應。包括正協(xié)同、負協(xié)同效應效應。包括正協(xié)同、負協(xié)同效應【經(jīng)典舉例經(jīng)典舉例】血紅蛋白（血紅蛋白（Hb）：由）：由22四聚體組四聚體組成，每個亞基含有成，每個亞基含有1個血紅素輔基；個血紅素輔基；Hb的氧解離曲的氧解離曲線呈線呈“S”型。型。n多種空間構象，多種活性狀態(tài)多種空間構象，多種活性狀態(tài)第106頁/共312頁第107頁/共312頁第108頁/共312頁第109頁/共312頁第110頁/共312頁4、空間構象并非生物活性的唯一影響因素、空間構象并非生物活性的唯一影響因素【舉例舉例】低溫下酶活性低，但并不影響構象；鹽低溫下酶活性低，但并不影響構象；鹽析時沉淀的酶無活性，但構象不變。析時沉淀的酶無活性，但構象不變。 5、蛋白構象疾?。骸⒌鞍讟嬒蠹膊。哄e誤構象相互聚集，形成抗錯誤構象相互聚集，形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病。蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病。n老年癡呆老年癡呆n瘋牛病瘋牛病n亨汀頓舞蹈病亨汀頓舞蹈病第111頁/共312頁第112頁/共312頁1、蛋白質(zhì)的變性與復性、蛋白質(zhì)的變性與復性去除部分變性劑去除部分變性劑溫和復性溫和復性溫和復性溫和復性天然蛋白天然蛋白（具有正確的一級結(jié)（具有正確的一級結(jié)構和高級結(jié)構，因此構和高級結(jié)構，因此具有生物活性）具有生物活性）變性蛋白變性蛋白（具有正確的一級結(jié)構但無（具有正確的一級結(jié)構但無高級結(jié)構，無生物活性）高級結(jié)構，無生物活性）變性環(huán)境變性環(huán)境非天然蛋白非天然蛋白（具有正確的一級結(jié)構和錯誤（具有正確的一級結(jié)構和錯誤的高級結(jié)構，無生物活性）的高級結(jié)構，無生物活性）【經(jīng)典舉例經(jīng)典舉例】Rnase第113頁/共312頁2、前體蛋白與活性蛋白的轉(zhuǎn)變、前體蛋白與活性蛋白的轉(zhuǎn)變 （切除冗余及（切除冗余及其它變化）其它變化）前體蛋白前體蛋白（一級結(jié)構冗余，高（一級結(jié)構冗余，高級結(jié)構錯誤，因此無級結(jié)構錯誤，因此無生物活性）生物活性）活性蛋白活性蛋白（具有正確的一級結(jié)（具有正確的一級結(jié)構和高級結(jié)構，因此構和高級結(jié)構，因此具有生物活性）具有生物活性）適合環(huán)境適合環(huán)境【經(jīng)典舉例經(jīng)典舉例】酶原激活：胃蛋白酶原切除酶原激活：胃蛋白酶原切除N端端42個氨基酸后形成活性中心及其他空間構象，轉(zhuǎn)變個氨基酸后形成活性中心及其他空間構象，轉(zhuǎn)變?yōu)榫咚獾鞍踪|(zhì)活性的胃蛋白酶；胰蛋白酶原切為具水解蛋白質(zhì)活性的胃蛋白酶；胰蛋白酶原切除除N端端6個氨基酸后形成活性中心及其他正確構象，個氨基酸后形成活性中心及其他正確構象，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兴饣钚缘囊鹊鞍酌?。轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兴饣钚缘囊鹊鞍酌?。?14頁/共312頁3、分子?。ā⒎肿硬。╩olecular disease）：由于基因結(jié)）：由于基因結(jié)構改變，蛋白質(zhì)一級結(jié)構中的關鍵氨基酸發(fā)生改構改變，蛋白質(zhì)一級結(jié)構中的關鍵氨基酸發(fā)生改變，從而導致蛋白質(zhì)功能障礙，出現(xiàn)相應的臨床變，從而導致蛋白質(zhì)功能障礙，出現(xiàn)相應的臨床癥狀，這類遺傳性疾病稱為分子病。癥狀，這類遺傳性疾病稱為分子病。【經(jīng)典舉例經(jīng)典舉例】鐮形細胞貧血癥：編碼珠蛋白鐮形細胞貧血癥：編碼珠蛋白鏈的鏈的結(jié)構基因第六個密碼子由結(jié)構基因第六個密碼子由CTTCAT，相應的多，相應的多肽序列中肽序列中N端的第六個氨基酸由端的第六個氨基酸由GluVla；其空；其空間結(jié)構發(fā)生相應改變，在表面形成互補區(qū)，使蛋間結(jié)構發(fā)生相應改變，在表面形成互補區(qū)，使蛋白質(zhì)分子之間彼此聚合，促使紅細胞在低氧壓下白質(zhì)分子之間彼此聚合，促使紅細胞在低氧壓下變形成鐮形，喪失運輸氧的生物活性。變形成鐮形，喪失運輸氧的生物活性。第115頁/共312頁4、蛋白構象疾?。函偱２。捎陔貌《镜鞍?、蛋白構象疾?。函偱２。捎陔貌《镜鞍祝≒rP）構象改變導致蛋白質(zhì)聚集，形成抗蛋白）構象改變導致蛋白質(zhì)聚集，形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀。水解酶的淀粉樣纖維沉淀。（二級結(jié)構及（二級結(jié)構及其它變化）其它變化）正常動物正常動物PrPPrPc c （二級結(jié)構多為二級結(jié)構多為螺旋、螺旋、對蛋白酶敏感、水溶性對蛋白酶敏感、水溶性）致病蛋白致病蛋白PrPsc（一級結(jié)構相同，但二級（一級結(jié)構相同，但二級結(jié)構全為結(jié)構全為折疊，抗蛋白折疊，抗蛋白酶、水溶性差、蛋白聚集酶、水溶性差、蛋白聚集成淀粉樣沉淀）成淀粉樣沉淀）未知蛋白未知蛋白第116頁/共312頁第117頁/共312頁第118頁/共312頁第119頁/共312頁第120頁/共312頁第121頁/共312頁1、兩性解離與等電點：同、兩性解離與等電點：同“氨基酸兩性解離氨基酸兩性解離”2、紫外吸收：最大吸收波長、紫外吸收：最大吸收波長280nm 3、膠體性質(zhì)：不能透過半透膜、膠體性質(zhì)：不能透過半透膜4、沉淀、凝固、沉淀、凝固蛋白質(zhì)在溶液中維持穩(wěn)定的因素：蛋白質(zhì)在溶液中維持穩(wěn)定的因素： 表面電荷、水化層（溶劑化層）表面電荷、水化層（溶劑化層）一、理化性質(zhì)一、理化性質(zhì)第122頁/共312頁（1）沉淀：不穩(wěn)定蛋白質(zhì)從溶液中析出（2）結(jié)絮：變性蛋白質(zhì)的絮狀沉淀，沉淀可溶于強酸、強堿（3）凝固：沉淀結(jié)塊，凝塊不溶于強酸、強堿第123頁/共312頁（1）變性：在某些理化因素作用下，蛋白質(zhì)的空間結(jié)構被破壞，從而導致其理化性質(zhì)改變、生物活性喪失的現(xiàn)象稱為變性。變性不涉及一級結(jié)構的變化。n理化性質(zhì)的變化：紫外吸收、化學活性及粘度上升，易被蛋白酶水解；溶解度下降、結(jié)晶能力喪失。5、變性、變性(denaturation)、復性、復性(renaturation)第124頁/共312頁第125頁/共312頁（2）復性）復性（3）應用）應用利用變性：利用變性：n酒精消毒酒精消毒n高壓滅菌高壓滅菌n血慮液制備血慮液制備防止變性：低溫保存生物制品防止變性：低溫保存生物制品取代變性：乳品解毒取代變性：乳品解毒(用于急救重金屬中毒用于急救重金屬中毒)6、呈色反應：雙縮尿反應，等、呈色反應：雙縮尿反應，等雙縮尿反應可檢測蛋白質(zhì)的水解程度雙縮尿反應可檢測蛋白質(zhì)的水解程度第126頁/共312頁第127頁/共312頁二、蛋白質(zhì)的分離純化二、蛋白質(zhì)的分離純化第128頁/共312頁第129頁/共312頁第130頁/共312頁第131頁/共312頁第132頁/共312頁第133頁/共312頁第134頁/共312頁第135頁/共312頁第136頁/共312頁第137頁/共312頁第138頁/共312頁第139頁/共312頁蛋白質(zhì)的分離純化小結(jié)：蛋白質(zhì)的分離純化小結(jié)：1、透析、超濾、透析、超濾n根據(jù)性質(zhì)：分子大小根據(jù)性質(zhì)：分子大小2、鹽析（、鹽析（salting out）n根據(jù)性質(zhì)：蛋白質(zhì)的沉淀根據(jù)性質(zhì)：蛋白質(zhì)的沉淀n作用機理：中性鹽中和表面電荷，破壞水化層作用機理：中性鹽中和表面電荷，破壞水化層n影響因素：表面電荷、水化層、溶劑性質(zhì)影響因素：表面電荷、水化層、溶劑性質(zhì)第140頁/共312頁3、電泳：、電泳：n根據(jù)性質(zhì)：蛋白質(zhì)的兩性解離根據(jù)性質(zhì)：蛋白質(zhì)的兩性解離n作用機理：異性電荷互相吸引作用機理：異性電荷互相吸引n影響因素：電荷種類及數(shù)量、分子大小及形狀、影響因素：電荷種類及數(shù)量、分子大小及形狀、溶液離子強度及溶液離子強度及pH等等4、層析、層析（1）離子交換層析：電荷、分子量、分子形狀）離子交換層析：電荷、分子量、分子形狀（2）親和層析：生物特性）親和層析：生物特性（3）吸附層析：吸附特性）吸附層析：吸附特性第141頁/共312頁（4）分子篩（凝膠過濾層析）：分子大小及形狀）分子篩（凝膠過濾層析）：分子大小及形狀n大分子先洗脫下來大分子先洗脫下來5、超速離心：分子大小及形狀、溶液特性、超速離心：分子大小及形狀、溶液特性第142頁/共312頁第143頁/共312頁第144頁/共312頁第145頁/共312頁第146頁/共312頁第147頁/共312頁第148頁/共312頁第149頁/共312頁重要內(nèi)容：重要內(nèi)容：1、重要名詞：、重要名詞：isoelectric point；motifs；domain; subunit；allosteric effect; protein denaturation; molecular disease2、結(jié)構層次、結(jié)構層次n元素組成：元素組成：C、H、O、N（16%）、）、Sn結(jié)構單位：結(jié)構單位：20種種L-氨基酸（芳香族、含硫、酸性、堿性氨基酸等）氨基酸（芳香族、含硫、酸性、堿性氨基酸等） n一級結(jié)構一級結(jié)構：肽鍵；多肽鏈；肽鍵；多肽鏈；N端端C端端n二級結(jié)構：穩(wěn)定力（氫鍵）；類型（二級結(jié)構：穩(wěn)定力（氫鍵）；類型（ 螺旋，螺旋， 折疊，折疊， 轉(zhuǎn)角，無規(guī)卷曲）轉(zhuǎn)角，無規(guī)卷曲）n三級結(jié)構特點三級結(jié)構特點n四級結(jié)構特點四級結(jié)構特點3、重要性質(zhì)：、重要性質(zhì)：兩性解離及帶電狀態(tài)判定；紫外吸收；沉淀；變性兩性解離及帶電狀態(tài)判定；紫外吸收；沉淀；變性4、分離純化：、分離純化：超濾；鹽析；電泳；親和層析；離子交換層析；分子篩超濾；鹽析；電泳；親和層析；離子交換層析；分子篩5、結(jié)構與功能關系（舉例）、結(jié)構與功能關系（舉例）第150頁/共312頁第151頁/共312頁第152頁/共312頁1868年年 Fridrich Miescher從膿細胞中提取從膿細胞中提取“核素核素” 1944年年 Avery等人等人證實證實DNA是遺傳物質(zhì)是遺傳物質(zhì)1953年年 Watson和和Crick發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構的雙螺旋結(jié)構1968年年 Nirenberg發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)遺傳密碼遺傳密碼1975年年 Temin和和Baltimore發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶1981年年 Gilbert和和Sanger建立建立DNA 測序方法測序方法1985年年 Mullis發(fā)明發(fā)明PCR 技術技術1990年年 美國啟動美國啟動人類基因組計劃人類基因組計劃(HGP) 1994年年 中國人類基因組計劃啟動中國人類基因組計劃啟動2001年年 美、英等國美、英等國完成人類基因組計劃基本框架完成人類基因組計劃基本框架一、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進展一、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進展 第153頁/共312頁二、核酸的分類及分布、功能二、核酸的分類及分布、功能(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸 90% 90%以上分布于細胞核，其余分布于以上分布于細胞核，其余分布于核外如線粒體，葉綠體，質(zhì)粒等。核外如線粒體，葉綠體，質(zhì)粒等。分布于胞核、胞液。分布于胞核、胞液。攜帶遺傳信息，決定細胞和個攜帶遺傳信息，決定細胞和個體的基因型體的基因型(genotype)。參與細胞內(nèi)參與細胞內(nèi)DNA遺傳信息的表遺傳信息的表達。某些病毒達。某些病毒RNA也可作為遺也可作為遺傳信息的載體。傳信息的載體。第154頁/共312頁第155頁/共312頁主要元素組成：主要元素組成： C、H、O、N、P(911%)與蛋白質(zhì)比較，核酸與蛋白質(zhì)比較，核酸一般不含一般不含S，而，而P的含量較的含量較為穩(wěn)定，占為穩(wěn)定，占9-11%。 二、基本構成單位：二、基本構成單位：核苷酸核苷酸(nucleotide)核苷酸由核苷酸由戊糖、磷酸和含氮堿戊糖、磷酸和含氮堿三部分構成三部分構成第156頁/共312頁戊戊 糖糖第157頁/共312頁堿堿 基基第158頁/共312頁胺胺式式亞亞胺胺式式互互變變異異構構第159頁/共312頁酮酮式式烯烯醇醇式式互互變變異異構構第160頁/共312頁l嘌呤堿和嘧嘌呤堿和嘧啶堿分子中啶堿分子中都含有共軛都含有共軛雙鍵體系，雙鍵體系，在紫外區(qū)有在紫外區(qū)有吸收（吸收（260 260 nmnm左右）。左右）。第161頁/共312頁第162頁/共312頁l 糖與堿基之間的糖與堿基之間的C-NC-N鍵，稱為鍵，稱為C-NC-N糖苷鍵糖苷鍵。胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鳥嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2核糖核苷：核糖核苷：AR, GR, UR, CRAR, GR, UR, CR脫氧核苷：脫氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCRdAR, dGR, dTR, dCR第163頁/共312頁核苷酸核苷酸(ribonucleotide)(ribonucleotide)的結(jié)構與命名的結(jié)構與命名核苷和磷酸以核苷和磷酸以磷酸酯鍵磷酸酯鍵連接連接第164頁/共312頁l核酸中也存在一些不常見的稀有堿基。核酸中也存在一些不常見的稀有堿基。稀有堿基的種類很多，大部分是上述堿稀有堿基的種類很多，大部分是上述堿基的甲基化產(chǎn)物?；募谆a(chǎn)物。第165頁/共312頁第166頁/共312頁第167頁/共312頁 2、稀有核苷酸：稀有堿基、稀有核苷酸：稀有堿基/核苷核苷/核苷酸核苷酸 3、核苷酸的其他形式、核苷酸的其他形式n多磷酸核苷（多磷酸核苷（NDP、NTP)n環(huán)化核苷酸（環(huán)化核苷酸（cAMP、cGMP等）等）n輔酶或輔基（輔酶或輔基（NAD、NADP、FAD、CoA等，均含有等，均含有AMP），），n活性代謝物（活性代謝物（UDPG、CDP-膽堿，等）膽堿，等） 1、核苷酸的組成：含氮堿基、戊糖和磷酸。、核苷酸的組成：含氮堿基、戊糖和磷酸。第168頁/共312頁第169頁/共312頁ATPATP的性質(zhì)的性質(zhì) ATP ATP 分子的最顯著特點是含分子的最顯著特點是含有兩個高能磷酸鍵。有兩個高能磷酸鍵。ATPATP水解水解時時, , 可以釋放出大量自由能?？梢葬尫懦龃罅孔杂赡?。 ATP ATP 是生物體內(nèi)最重要的能是生物體內(nèi)最重要的能量轉(zhuǎn)換中間體。量轉(zhuǎn)換中間體。ATP ATP 水解釋水解釋放出來的能量用于推動生物體放出來的能量用于推動生物體內(nèi)各種需能的生化反應。內(nèi)各種需能的生化反應。 ATP ATP 也是一種很好的磷酰化也是一種很好的磷?；瘎?。磷酰化反應的底物可以是劑。磷酰化反應的底物可以是普通的有機分子，也可以是酶。普通的有機分子，也可以是酶。磷?；牡孜锓肿泳哂休^高的磷?；牡孜锓肿泳哂休^高的能量（活化分子），是許多生能量（活化分子），是許多生物化學反應的激活步驟。物化學反應的激活步驟。第170頁/共312頁cAMPcAMP和和cGMPcGMP cAMP(3cAMP(3,5,5- -環(huán)化環(huán)化腺苷酸腺苷酸) )和和cGMP(3cGMP(3,5,5- -環(huán)化環(huán)化鳥苷酸鳥苷酸) )的主要功能的主要功能是作為細胞的第二信是作為細胞的第二信使。使。 cAMPcAMP和和cGMPcGMP的環(huán)狀磷的環(huán)狀磷酯鍵是一個高能鍵。酯鍵是一個高能鍵。在在pH7.4, cAMPpH7.4, cAMP和和cGMPcGMP的水解能約為的水解能約為43.9 KJ/mol43.9 KJ/mol，比，比ATPATP水解能高得多。水解能高得多。第171頁/共312頁第172頁/共312頁第173頁/共312頁一、一級結(jié)構（一、一級結(jié)構（primary structure）一級結(jié)構是指核酸分子中核苷酸的排列順序及一級結(jié)構是指核酸分子中核苷酸的排列順序及連接方式。核苷酸的排列順序代表了遺傳信息。連接方式。核苷酸的排列順序代表了遺傳信息。1、核苷酸的連接方式：、核苷酸的連接方式： 3 , 5 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵2、核酸的基本結(jié)構形式：多核苷酸鏈、核酸的基本結(jié)構形式：多核苷酸鏈n信息量：信息量：4nn末端：末端： 5 端、端、 3 端端n多核苷酸鏈的方向：多核苷酸鏈的方向： 5端端3端端(由左至右由左至右)3、表示方法：結(jié)構式、線條式、文字縮寫、表示方法：結(jié)構式、線條式、文字縮寫第174頁/共312頁第175頁/共312頁 堿基組成分析堿基組成分析Chargaff 規(guī)規(guī)則：則：A = T；G C 堿基的理化數(shù)據(jù)分析：堿基的理化數(shù)據(jù)分析：A-T、G-C以氫鍵配對較合理以氫鍵配對較合理 DNA纖維的纖維的X-線衍射圖譜分析線衍射圖譜分析 DNA雙螺旋結(jié)構的研究背景雙螺旋結(jié)構的研究背景第176頁/共312頁 二、二、DNA的空間結(jié)構的空間結(jié)構（一）（一）DNA的二級結(jié)構（的二級結(jié)構（secondary structure）1、堿基組成規(guī)則、堿基組成規(guī)則(Chargaff規(guī)則規(guī)則)nA=T，G=C； A+G=T+C(嘌呤與嘧啶的總數(shù)相等嘌呤與嘧啶的總數(shù)相等)n無無種屬特異性種屬特異性n無組織、器官特異性無組織、器官特異性n不受年齡、營養(yǎng)、性別及其他環(huán)境等影響不受年齡、營養(yǎng)、性別及其他環(huán)境等影響 第177頁/共312頁 DNADNA分子由兩條分子由兩條DNADNA單單鏈組成。鏈組成。 DNADNA的雙螺旋結(jié)構是分的雙螺旋結(jié)構是分子中兩條子中兩條DNADNA單鏈之間單鏈之間基團相互識別和作用基團相互識別和作用的結(jié)果。的結(jié)果。 雙螺旋結(jié)構是雙螺旋結(jié)構是DNADNA二級二級結(jié)構的最基本形式。結(jié)構的最基本形式。DNADNA雙螺旋結(jié)構的特點雙螺旋結(jié)構的特點double helix model第178頁/共312頁DNADNA雙螺旋結(jié)構的要點雙螺旋結(jié)構的要點（1 1）DNADNA分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈( (簡稱簡稱DNADNA單鏈單鏈) )組成。兩條鏈沿著同一根軸組成。兩條鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成雙螺旋結(jié)構。螺旋中的兩條平行盤繞，形成雙螺旋結(jié)構。螺旋中的兩條鏈方向相反，即其中一條鏈的方向為鏈方向相反，即其中一條鏈的方向為5 5 端端3 3 端，而另一條鏈的方向為端，而另一條鏈的方向為3 3 端端5 5 端。端。第179頁/共312頁（2 2）嘌呤和嘧）嘌呤和嘧啶 堿 基 位 于啶 堿 基 位 于螺旋的內(nèi)側(cè)，螺旋的內(nèi)側(cè)，磷 酸 和 脫 氧磷 酸 和 脫 氧核 糖 基 位 于核 糖 基 位 于螺 旋 外 側(cè) 。螺 旋 外 側(cè) 。堿 基 環(huán) 平 面堿 基 環(huán) 平 面與 螺 旋 軸 垂與 螺 旋 軸 垂直 ， 糖 基 環(huán)直 ， 糖 基 環(huán)平 面 與 堿 基平 面 與 堿 基環(huán) 平 面 成環(huán) 平 面 成9090角。角。第180頁/共312頁（3 3）螺旋橫截面）螺旋橫截面的直徑約為的直徑約為2nm2nm，每條鏈相鄰兩個每條鏈相鄰兩個堿基平面之間的堿基平面之間的距離為距離為0.34 nm0.34 nm，每每1010個核苷酸形個核苷酸形成一個螺旋，其成一個螺旋，其螺矩（即螺旋旋螺矩（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈的高度）轉(zhuǎn)一圈的高度）為為3.4 nm3.4 nm。第181頁/共312頁（4 4）維持兩條）維持兩條DNADNA鏈相互結(jié)合的力是鏈間堿鏈相互結(jié)合的力是鏈間堿基對形成的氫鍵。堿基結(jié)合具有嚴格的配基對形成的氫鍵。堿基結(jié)合具有嚴格的配對規(guī)律對規(guī)律:A:A與與T T結(jié)合，結(jié)合，G G與與C C結(jié)合，這種配對關結(jié)合，這種配對關系，稱為堿基互補。系，稱為堿基互補。A A和和T T之間形成兩個氫之間形成兩個氫鍵，鍵，G G與與C C之間形成三個氫鍵。之間形成三個氫鍵。 在在DNADNA分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基的總數(shù)相等。的總數(shù)相等。第182頁/共312頁第183頁/共312頁（5 5）螺旋表面形成大）螺旋表面形成大溝溝(major groove)(major groove)及及小溝小溝(minor groove)(minor groove)，彼此相間排列。小，彼此