碩士研究生課現代分子生物學基礎知識生物大分子李恩民

分子生物學基礎知識11分子生物學2生物體中的分子學3生物分子學4生物體中的大分子學5生物大分子學分子生物學的概念2生物分子的定義存在于生物體內的，具有確切生理功能的分子生物分子大中小的界定1生物小分子分子量小于1000Dalton的分子2生物中分子分子量介于1000至10000Dalton之間的分子3生物大分子分子量大于10000Dalton的分子3水是生物體中最小的分子。水是生物體中重要的分子之一。水是生命之源。水在分子生物學實驗中用量最大、每時每刻都必不可缺少。學習分子生物學必須首先充分認知水!4OHHOHH····1水是一個極性的分子。水中有如下的電離平衡：

H2OH++OH－

20C下，

[H+][OH－]＝10－14，pH＝-log10[H+]水的分子量M=18,即每摩爾水重18g1L體積水中H2O分子的mmol數=55555mmol。＋－5

通過對水這種最簡單的生物分子的認知，樹立“定量”觀念和微環(huán)境意識。加深對復雜的分子生物學實驗現象的定量化理解與分子水平注釋，構筑起真正的分子生物學理論。6分子生物學常用定量數據舉例例一：一條10000Dolton無糖基化或磷酸化等修飾的多肽鏈含多少氨基酸殘基？已知條件（1）20種氨基酸分子量加權平均值＝126.7

分子量最輕的氨基酸glycine：75.05，分子量最重的氨基酸t(yī)ryptophan：204.11

分子量最接近加權平均值的氨基酸cysteine

：121.12

（2）在氨基酸縮合成多肽過程中，由于脫水，因此每形成一個肽鍵，其分子質量減少18Dolton。計算公式10000/(126.7－18)=91.996aa

92aa

10000Dolton92aa7MolecularWeightofAminoAcidsNrAminoAcidMWNrAminoAcidMW01Glycine75.0511AsparticAcid133.602Alanine89.0512Glutamine146.0803Serine105.0613Lysine146.1304Proline115.0814GlutamicAcid147.0805Valine117.0915Methionine149.1506Threonine119.1816Histidine155.0907Cysteine121.1217Phenylalanine165.0908Leucine131.1118Arginine174.409Isoleucine131.1119Tyrosine181.0910Asparagine132.620Tryptophan204.11Average:136.91,StandardDeviation:30.078例一的引伸意義110000Dolton無修飾的多肽鏈將可能由對應的276bp的編碼區(qū)基因DNA編碼。

10000Dolton92aa

276bp

9例一的引伸意義2大于92（100）aa的多肽鏈將可能有較強的免疫原性。10例二100bp的DNA雙鏈分子的分子量大約是多少？已知條件：（1）雙鏈DNA鈉鹽每bp

的平均重量為635Dolton。（2）在pH8.0的Tris緩沖液中，雙鏈DNA分子是以鈉鹽的形式存在的。結果：100bp的DNA雙鏈分子的分子量為63500Dolton。

100bp

dsDNA

6000065000Dolton例二的引伸意義：

10000DoltondsDNA=15.75bp

16bp11例三100bp的RNA單鏈分子的分子量大約是多少？已知條件：（1）單鏈RNA鈉鹽每bp

的平均重量為335.5Dolton。（2）在pH8.0的Tris緩沖液中，單鏈RNA分子是以鈉鹽的形式存在的。結果：100bp的RNA單鏈分子的分子量為33550Dolton。

100bp

ssRNA

33550Dolton例三的引伸意義：

10000DoltonssRNA=29.81bp

30bp12分子生物學的研究范疇生物分子的種類與組成（元素組成）生物分子的結構生物分子的功能生物分子的代謝（攝取與吸收、轉運與定位、合成與分解）生物分子的相互作用生物分子的損傷（疾病的分子基礎）生物分子的變異與進化生物分子的體外克隆擴增、改構、重組與相關藥物開發(fā)13生物大分子的種類1核酸

DNA正常人：46個分子，35000gene……Genomics

RNA

mRNA、rRNA、tRNA、snRNA、snoRNA、

ribozyme、

antisenseRNA、telomeraseRNA

人類70000？……RNomics2蛋白質多肽人類約200000種……Proteomics3多糖……Polysaccharidomics

4脂類……lipomics？5其他……‘X’omics

14利用分子生物學技術平臺研究揭示生物大分子之間的相互作用是解決諸多未知生物醫(yī)學問題的關鍵環(huán)節(jié)。然而，生命體系中，生物大分子之間的相互作用往往十分復雜。15大腸桿菌5SrRNA的二級結構：六環(huán)四柄大腸桿菌16SrRNA的二級結構：約九十環(huán)八十柄18SrRNA結構的復雜程度！23SrRNA結構的復雜程度?。?8SrRNA結構的復雜程度?。?原核核蛋白體結構的復雜程度?。?！!真核核蛋白體結構的復雜程度?。。。。。?6Peptidebond17Trypsin:R1=sidechainofLysorArg

Chymotrypsin:R1=sidechainofPhe,TrporTyrPepsase:R1=sidechainofPhe,Trp,TyrandsoonCNBr(Cyanogenbromide):R1=sidechainofMetThermolysin:R2=sidechainofLeu,IleorValPartialhydrolysisofpolypeptide18ArginineLysineGlutamicacidAsparticacidHistidineChargedaminoacid19Lysine-HydroxylysineN-AcetyllysineHydroxylaseAcyltransferase-N-Methyllysine

Methylase-N,N-Dimethyllysine

-N,N,N-Trimethyllysine

MethylaseMethylaseModificationofLysine20MethylationofhistidineandarginineHistidineMethylhistidineArginine

Methylarginine

Methyltransferase

Methyltransferase

21GlutamicacidGlutamineAsparticacidAsparagine????Acidicaminoacidandaminoacylaminoacids22+CysteineMethionineCystine??SulfurcontainingaminoacidsMethylcysteineHomocysteine

23PhosphorylasePhosphataseElectronization

Diselectronization

Aromaticacidstyrosinetryptophanphenylalaninehistidinecharged-histidinephosphotyrosineHuckel’s

4n+2rule24PhosphoaminoacidsPhosphorylasePhosphatasePhosphorylasePhosphatasePhosphorylasePhosphataseSerinePhosphoserine

Phosphothreonine

Phosphotyrosine

TyrosineThreonine

25NonpolaraminoacidsPhenylalanineGlycine

Alanine

Valine

Leucine

I