《蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能》課件

1生物化學(xué)緒論Introductiontobiochemistry2概述生物化學(xué)的發(fā)展簡史為什么學(xué)習(xí)生物化學(xué)生物化學(xué)內(nèi)容是什么如何學(xué)好生物化學(xué)參考書3biochemistryBiology

Chemistry

運(yùn)用化學(xué)的理論和方法，研究生物體的物質(zhì)組成和遵循化學(xué)規(guī)律所發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)，從而從分子水平深入揭示生命現(xiàn)象本質(zhì)的一門科學(xué)。20世紀(jì)初，生物化學(xué)成為一門獨(dú)立的學(xué)科

1903年德國Neuberg（紐伯格）提出了“Biochemistry”

4分子生物學(xué)biochemistry生理學(xué)生化與分子生物學(xué)生化與分子生物學(xué)遺傳學(xué)細(xì)胞生物學(xué)免疫學(xué)研究對象是生物體；主要采用化學(xué)的原理與方法；在分子水平研究生命現(xiàn)象本質(zhì)—生命的化學(xué)與多學(xué)科聯(lián)系和交叉5生物體的基本組成個(gè)體器官組織細(xì)胞亞細(xì)胞分子組分6細(xì)胞是生物體的基本結(jié)構(gòu)單元7單體分子生物大分子核酸、蛋白質(zhì)、糖類、脂類等超分子復(fù)合物細(xì)胞與細(xì)胞器細(xì)胞的基本構(gòu)成8水無機(jī)離子生物分子生物體的化學(xué)組成9生物分子生物分子具有什么結(jié)構(gòu)與功能？關(guān)系如何?10生物體的基本特征---新陳代謝，即機(jī)體通過與外環(huán)境的物質(zhì)交換來獲取能量并維持內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定生物體的基本特征水60000kg糖類10000kg脂類1000kg蛋白質(zhì)1000kg人一生與外環(huán)境的物質(zhì)交換物質(zhì)如何進(jìn)行代謝？如何調(diào)控?11（一）靜態(tài)生物化學(xué)時(shí)期研究內(nèi)容:生物體的化學(xué)組成

糖,脂肪,氨基酸性質(zhì)研究證實(shí)肽鍵,合成多肽發(fā)現(xiàn)核酸巴斯德和布希納對發(fā)酵和酶學(xué)的研究(1820-1920)生物化學(xué)發(fā)展簡史12

首先闡明食物在體內(nèi)“燃燒”產(chǎn)熱，他提出將食物成分分為糖類、脂類和蛋白質(zhì)類，提出”物質(zhì)代謝”的概念

合成糖、提出氨基酸通過肽鍵形成多肽1902獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

靜態(tài)生物化學(xué)時(shí)期“肥料工業(yè)之父”生物化學(xué)的創(chuàng)始人JustusvonLiebig(1803-1873)HermannEmilFischer(1852-1919)13肺炎球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)FrederickGriffith(1879-1941)OswaldTheodoreAvery(1877-1955)1928

trsformingpriciple

1944

證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)14（二）動(dòng)態(tài)生物化學(xué)時(shí)期(二十世紀(jì)的前五十年)營養(yǎng)學(xué)方面:發(fā)現(xiàn)多種營養(yǎng)必需的氨基酸,

脂肪酸,維生素內(nèi)分泌方面:發(fā)現(xiàn)多種激素并分離合成酶學(xué)方面:1926年美國Sumner從刀豆中得到脲酶的結(jié)晶物質(zhì)代謝方面:三大營養(yǎng)物質(zhì)代謝途徑著名的尿素循環(huán)和三羧酸循環(huán)的提出

15發(fā)現(xiàn)輔酶A的作用，闡明尿素循環(huán)和三羧酸循環(huán)

美國生物化學(xué)家

J.B.Sumner

1887-19551926年在首次得到脲酶的結(jié)晶,并證明酶是蛋白質(zhì),推動(dòng)了酶學(xué)的發(fā)展動(dòng)態(tài)生物化學(xué)時(shí)期1946年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1953年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)16GertyTheresaCori,néeRadnitzCarlFerdinandCori動(dòng)態(tài)生物化學(xué)時(shí)期(1896-1984)(1896-1957)1947年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)發(fā)現(xiàn)糖原分解的磷酸化酶Cori循環(huán)17（三）分子生物學(xué)時(shí)期(20世紀(jì)后半葉)蛋白質(zhì)與核酸成為研究焦點(diǎn)FrederickSanger（1918-）1955胰島素一級結(jié)構(gòu)的測定1978Sanger測序法LinusPauling（1901-1994）1951蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)1958，1978年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1954諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1962年諾貝爾和平獎(jiǎng)18JamesDeweyWatson&FrancisHarryComtonCrick

DNＡ雙螺旋結(jié)構(gòu)1962年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)19

DNＡ雙螺旋帶來的分子生物學(xué)重大理論突破

中心法則DNA半保留復(fù)制機(jī)制遺傳密碼子破譯蛋白質(zhì)合成機(jī)制反轉(zhuǎn)錄機(jī)制癌基因操縱子學(xué)說的提出20F.SangerDNA序列測定的雙脫氧鏈終止法1978K.MullisPCR技術(shù)

1986P.BergDNA重組技術(shù)1972

DNＡ雙螺旋帶來的分子生物學(xué)重大技術(shù)突破

21弗朗西斯·柯林斯博士宣布，人類基因組計(jì)劃的所有目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)

人類基因組計(jì)劃(HumanGenomeProgram,HGP)

—生命科學(xué)的登月計(jì)劃

1990年正式啟動(dòng)，6國合作2003年序列圖繪制成功2007年首份個(gè)人DNA圖譜完成2007年首份亞洲人基因組圖譜

(炎黃一號)

基因組（genome）：生物個(gè)體全部的遺傳信息22

確認(rèn)每個(gè)基因的功能、各個(gè)基因之間的相互調(diào)控關(guān)系、基因信息如何整合以形成生物的特定功能功能基因組學(xué)研究組（-Omics,所有、每個(gè)、全部)蛋白質(zhì)組學(xué)(Proteomics)

研究細(xì)胞內(nèi)所有蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

研究除mRNA之外的全部小RNA

RNA組學(xué)(RNomics)

轉(zhuǎn)錄組學(xué)(Transcriptomics)研究細(xì)胞中所有mRNA

基因組學(xué)（Genomics）：研究基因組的結(jié)構(gòu)及基因之間的相互作用23基因操作-改造生物體基因工程產(chǎn)品–生物產(chǎn)業(yè)

基因診斷與治療

轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物、基因剔除

細(xì)胞重編程（reprogramming）24iPS（inducedpluripotentstemcell，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞）ShinyaYamanakaCell.

2006Aug25;126(4):663-76.2006MouseiPS2007HumaniPSCell.

2007Nov30;131(5):861-72Science.

2007Dec21;318(5858):1917-20.HumanFibrobalstsiPSCellsMouseFibrobalsts25Cell134,877–886,September5,20082006MouseiPS2007HumaniPS2008DiseasesiPSiPS（inducedpluripotentstemcell，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞）2526iPS（inducedpluripotentstemcell，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞）2006MouseiPS2007HumaniPS2008DiseaseiPS2009FromiPStoviablemiceNature461,September3,2009IamTiny27著名生物化學(xué)家和營養(yǎng)學(xué)家吳憲

1919血濾液制備分析、1931提出蛋白質(zhì)變性的原理1965,首次人工合成結(jié)晶牛胰島素1981,酵母丙氨酸-tRNA的人工全合成90年代以后，人類基因組、水稻基因組等的研究我國生物化學(xué)的發(fā)展概況28為什么學(xué)習(xí)生物化學(xué)？生物化學(xué)與其他基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究的關(guān)系方法技術(shù)藥理

(抗生素)病理(糖尿病)生物化學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)的關(guān)系

疾病診斷肝炎(肝功)血友病(因子Ⅷ)

強(qiáng)制性脊柱炎(B27)

疾病治療腫瘤的基因治療痛風(fēng)(別嘌呤醇)

疾病預(yù)防乙肝疫苗卡介苗等發(fā)病機(jī)制研究腫瘤心血管免疫性疾病

29生物化學(xué)在生命科學(xué)中的地位及意義生物化學(xué)是聯(lián)系生命科學(xué)各個(gè)學(xué)科的橋粱生物化學(xué)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的催化劑生物化學(xué)加速了現(xiàn)代生物產(chǎn)業(yè)的崛起30一、生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能

蛋白質(zhì)（包括酶）的結(jié)構(gòu)與功能核酸的結(jié)構(gòu)與功能二、物質(zhì)代謝糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝及相互聯(lián)系

三、器官組織生化特點(diǎn)

肝臟、血液、結(jié)締組織

規(guī)律性構(gòu)件小分子→聚合物復(fù)雜性分子大；空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)復(fù)雜性

1.多條代謝途徑相互交織成網(wǎng)；

2.物質(zhì)代謝和能量代謝相互交織；

3.調(diào)節(jié)控制有條不紊規(guī)律性

1.多步化學(xué)反應(yīng)構(gòu)成代謝途徑；

2.反應(yīng)機(jī)理符合有機(jī)化學(xué)理論；

3.調(diào)節(jié)控制與生物學(xué)功能相適應(yīng)生物化學(xué)研究內(nèi)容31如何學(xué)好這門課？生物化學(xué)的特點(diǎn)<1>內(nèi)容分布靜態(tài)生化:生物分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能，很少涉及它們的變化，這些生物分子包括糖、脂、蛋白質(zhì)、核酸、酶、激素、維生素等.動(dòng)態(tài)生化:生物分子的來龍去脈，即合成與分解.

<2>.特點(diǎn)概念性描述性的內(nèi)容居多，很少有推導(dǎo)性或計(jì)算性的內(nèi)容.“死記”“巧記”32參考書查錫良,周春燕.2008《生物化學(xué)》第7版.人民衛(wèi)生出版社賈弘褆.2005《生物化學(xué)》第1版，人民衛(wèi)生出版社DevlinTM編著,王紅陽主譯.2008《生物化學(xué)基礎(chǔ)與臨床》第1版，科學(xué)出版社BergJM,TymoczkoJL,StryerL.2002.Biochemistry.5thed.New

York:W.H.FreemanandCompany.DavidL.Nelson,MichaelM.Cox.2004.LehningerPrinciplesofBiochemistry.5theditionW.H.Freeman;RobertK.Murray

2007Harper'sIllustratedBiochemistry(LANGEBasicScience)27editionMcGraw-HillMedicalMatthewPScottetal.2003.MolecularCellBiology.5thed.NewYork:W.H.FreemanandCompany.

33蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能核酸化學(xué)酶主要內(nèi)容第一部分生物分子的結(jié)構(gòu)和功能34基礎(chǔ)部生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室李霞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofProtein35？什么是蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵(peptidebond)相連形成的高分子含氮化合物36蛋白質(zhì)研究的歷史1833年，從麥芽中分離淀粉酶；隨后從胃液中分離到類似胃蛋白酶的物質(zhì)。1864年，血紅蛋白被分離并結(jié)晶。19世紀(jì)末，證明蛋白質(zhì)由氨基酸組成，并合成了多種短肽。20世紀(jì)初，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)；完成胰島素一級結(jié)構(gòu)測定。3720世紀(jì)中葉，各種蛋白質(zhì)分析技術(shù)相繼建立，促進(jìn)了蛋白質(zhì)研究迅速發(fā)展；1962年，確定了血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)90年代，功能基因組與蛋白質(zhì)組研究的展開。38？蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能無處不在—分布廣：所有的組織細(xì)胞含量多：細(xì)胞干重50%±無所不能—生命活動(dòng)中所有細(xì)胞功能都離不開蛋白質(zhì)

39主要內(nèi)容

蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析40組成蛋白質(zhì)的元素主要有C、H、O、N和S

有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘41

各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％

蛋白質(zhì)中含N量平均16%2.體內(nèi)含N物主要是pr,也有非蛋白氮（尿酸，尿素，氨，aa等）

凱氏定氮法100克樣品中蛋白質(zhì)的含量(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×100組成蛋白質(zhì)的元素42蛋白質(zhì)的基本單位－氨基酸43蛋白質(zhì)的基本單位－氨基酸RH甘氨酸HOOC-CH2-CH2-谷氨酸44L型與D型,甲醛分子為標(biāo)準(zhǔn)組成人體蛋白質(zhì)的20種AA多為L型L-α-氨基酸45

COOˉ︱H3N+－C－H︱

R

構(gòu)成人體蛋白質(zhì)的20種aa在DNA上有遺傳密碼？除構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種aa體內(nèi)還有其他aa嗎—

DNA編碼的氨基酸—

DNA不編碼的aa?46非極性脂肪族氨基酸甘氨酸；丙氨酸；纈氨酸；亮氨酸；異亮氨酸；脯氨酸

2.

極性中性氨基酸絲氨酸;蘇氨酸;半胱氨酸;蛋氨酸

;天冬酰胺;谷氨酰胺3.芳香族氨基酸苯丙氨酸；酪氨酸；色氨酸4.酸性氨基酸(R基團(tuán)都有羧基，生理?xiàng)l件下帶負(fù)電荷）天冬氨酸；谷氨酸5.堿性氨基酸(生理?xiàng)l件下帶正電荷）賴氨酸；精氨酸；組氨酸

氨基酸的分類474849TyrTrp505152

芳香族氨基酸：Trp、Tyr、Phe含羥基氨基酸：Ser、Thr、Tyr含硫氨基酸：Cys、Met雜環(huán)族氨基酸：His雜環(huán)族亞氨基酸：Pro支鏈氨基酸：Val、Leu、Ile習(xí)慣分類方法53

甘氨酸(無光學(xué)活性)幾種特殊氨基酸

脯氨酸（亞氨基酸）54半胱氨酸

+胱氨酸二硫鍵-HH幾種特殊氨基酸55修飾氨基酸

蛋白質(zhì)合成后通過修飾加工生成的氨基酸,沒有相應(yīng)的編碼。如：胱氨酸、羥脯氨酸（Hyp）、羥賴氨酸（Hyl）非生蛋白氨基酸

蛋白質(zhì)中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鳥氨酸、同型半胱氨酸，是代謝途徑中產(chǎn)生的幾種特殊氨基酸56氨基酸的理化性質(zhì)1.兩性電離的性質(zhì)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度R57氨基酸的理化性質(zhì)1.兩性電離的性質(zhì)R

在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)58

近紫外區(qū)(220-300nm)有特征性吸峰

OD280可用作蛋白質(zhì)定量測定苯丙氨酸的max＝257nm酪氨酸的

max＝275nm色氨酸的max＝280nm2.紫外吸收

氨基酸的理化性質(zhì)593.茚三酮反應(yīng)氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合物，A570nm值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，可作為氨基酸定量分析方法氨基酸的理化性質(zhì)肽鍵與肽

肽鍵(peptidebond)是由一個(gè)氨基酸的

-羧基與另一個(gè)氨