生物大分子的结构与功能(浅显)课件.ppt
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1、 制作制作:李志红李志红董彩虹董彩虹肖方祥肖方祥盛德乔盛德乔绪绪 论论JAnything more than an extremely superficial comprehension of life demands a knowledge of biochemistry.生物化学(Biochemistry):生命的化学,在分子水平探讨生命的本质。J研究对象:生物。生物化学的主要任务是阐述活细胞内及细胞间的化学反应及其与生命活动的关系。J主要内容:1、研究生物分子的结构及功能。生物大分子是由某些基本单位按一定顺序和方式连接所形成的多聚体(polymer),M一般大于104。包括蛋白质、核酸、
2、脂类及糖等。2、新陈代谢及其调节。3、遗传信息的贮存、传递、表达及调控(分子生物学)。人类基因组计划(human genome project):美国Renato Dulbecco在1985年提出,美国政府1990年10 月正式启动,耗资30 亿美元,旨在画出一张人体地图,找到46 条染色体上30 亿个碱基对约10 万个基因的准确位置,破译人类全部遗传信息,使人类第一次在分子水平上全面认识自己。是生命科学领域有史以来最宠大的全球性研究计划,“生命登月计划”。2000年6 月26日,克林顿亲自在白宫发表了人类基因密码组合草图。后基因组计划将进一步深入研究各种基因的功能与调节。拿着基因组图谱去看病
3、;10年内基因检测会成为例行手段;基因疗法会成为常规疗法。基因产业、基因资源 脑黄金、脑白金 基因营养:核酸营养 中国近代生物化学的发展吴宪与汪猷、张昌颍等人一起完成了蛋白质变性理论、血液生化检测和免疫化学等一系列有重大影响的研究,成为我国生物化学界的先驱。1965年,我国首次人工合成了结晶牛胰岛素。1981年又成功合成了酵母丙氨酰tRNA。本世纪末我国参与了人类基因组计划。生物化学与临床医学1、All disease has a biochemical basis.2、Biochemical studies contribute to diagnosis,prognosis and trea
4、tment.3、Many biochemistry studies illuminate disease mechanisms and disease inspire research in specific area of biochemistry。总目录第一篇 生物大分子的结构与功能生物大分子的结构与功能第二篇 物质代谢物质代谢及其调节及其调节第三篇 基因信息的传递基因信息的传递第四篇 专题篇专题篇第一编第一编 生物大分子结构与功能生物大分子结构与功能第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第二章第二章 核酸的结构与功能核酸的结构与功能第三章第三章 酶酶第一章 蛋白质的结构与功能
5、J第一节 氨基酸与多肽J第二节 蛋白质的分子结构J第三节 蛋白质结构与功能的关系J第四节 蛋白质的理化性质及分离纯化 蛋白质的元素组成C 5055%H 67%O 1924%N 1319%S 04%有些蛋白质还含有P、Fe、Cu、Mn、Zn、Se等。各种蛋白质含氮量接近,平均为16%。1克氮相当于6.25克蛋白质为测定样品中蛋白质含量的依据。第一节 氨基酸与多肽一、氨基酸及其分类组成蛋白质的20种氨基酸均为L-氨基酸D-丙氨酸H+N H3C O O-C H3D-甘油醛HO HC HOC H2O HL-丙氨酸L-甘油醛H3N+HCO O-CH3C HOC H2O HHHO20种氨基酸按侧链R的理化
6、性质分为4类:CH3COO-RH3N+L-氨基酸通式1、非极性疏水性氨基酸HNCOHO脯氨酸ProH2N CHCHOHO甘氨酸GlyH2NCHCCH3OHO丙氨酸AlaH2N CHCCHOHOCH3CH3H2N CHCCH2OHO缬氨酸Val苯丙氨酸PheH2NCH CCH2OHOCH CH3CH3H2NCH CCHOHOCH3CH2CH3亮 氨 酸 Leu异 亮 氨 酸 Ile 2、极性中性氨基酸H2N CHCCH2OHOOH丝氨酸SerH2N CHCCHOHOOHCH3苏氨酸ThrH2NCHCCH2OHOOH酪氨酸TyrH2N CHCCH2OHOCH2SCH3甲硫氨酸MetH2N CHCC
7、H2OHON色氨酸TrpH2N CHCCH2OHOSH半胱氨酸CysH2N CHCCH2OHOCNH2OH2N CHCCH2OHOCH2CNH2O天冬酰胺Asn谷氨酰胺Gln3、酸性氨基酸H2N CHCCH2OHOCOHOH2N CHCCH2OHOCH2COHO天冬氨酸Asp谷氨酸Glu4、碱性氨基酸H2N CHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NHH2N CHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2H2N CHCCH2OHONNH精氨酸Arg赖氨酸Lys组氨酸His人体必需氨基酸有八种:Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr“假 设 来 借 一 两 本 书”脯氨酸为
8、亚氨基酸。2H-OOCCHCH2SH+NH3HSCH2CH-OOC+NH3-OOCCHCH2SSCH2CH-OOC+NH3+NH3二硫键胱氨酸半胱氨酸(Cys)常以胱氨酸的形式存在二、肽键与肽链H2NCHCOOHR1+H2NCHCOOHR2H2NCHCONHCHR1R2COOH肽键2H2O二肽 寡肽(oligo peptide)多肽(poly peptide)氨基酸残基(reside):主链、侧链 氨基末端(amino terminal)或N末端 羧基末端(carboxyl terminal)或C末端H2N CH CO NH CHR1R2CO NH CHR3CO NH CHR4COOH主链侧
9、链N末端C末端三、重要的多肽 1、谷胱甘肽(Glutathione,-GSH)谷氨酰半胱氨酰甘氨酸 H2NCH CH2CH2CO NH CH CO NH CH2COOHCOOHCH2SHGSHGSH具有重要的功能:1、解毒功能:与重金属离子、环氧化物(致癌物)结合排出体外。2、维持红细胞膜的完整性。3、参与高铁血红蛋白的还原作用。4、促进铁的吸收。2H2OH2O22GSHGSSGNADP+NADPH+H+GSH过氧化物酶GSH还原酶 2、多肽类激素:促甲状腺素释放激素。3、多肽类抗生素:短杆菌肽 4、酪蛋白磷肽(促进钙吸收剂 CPP)CPP分子中具有丝氨酸磷酸化结构,肠道内有钙能与CPP上的磷
10、结合使之成为可溶性钙,利于小肠对其吸收。蛋白质的分类按组成分类:单纯蛋白质:如血清清蛋白结合蛋白质:核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、金属蛋白、色蛋白。按溶解度分类:清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、硬蛋白、组蛋白、精蛋白。按分子形状分类:纤维状蛋白质:分子构象呈纤维形,长/短轴之比大于10,多为结构 蛋白,难溶于水。球状蛋白质:近似球形或椭圆形,多数可溶于水或盐溶液。第二节 蛋白质的分子结构 一、蛋白质分子中的非共价键。1、氢键 如水分子HOHHOHHOHHOHHOHHOH水分子中的氢键 2、疏水键NH2CHCCH2HOOCHH3CCH3H2NCH CCH3OHO丙氨酸-亮氨酸 3、离子键
11、另外还有二硫键。CH CH2COOHH2NCOO-H2N+C NH CH2CH2CH2CH COOHNH2NH2AspArgCHCH2CH2CONHCHCONHCH2COOHCOOHCH2SH2NCHCH2CH2CONHCHCONHCH2COOHCOOHCH2SH2NGSSG二、蛋白质的一级结构(Primary Structure)蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。1954年英国生化学家Sanger报道了胰岛素的一级结构,是世界上第一例确定一级结构的蛋白质。Sanger由此1958年获Nobel 化学奖。1965年我国科学家完成了结晶牛胰岛素的合成,是世界上第一例人工合成蛋白质。蛋白
12、质的一级结构由遗传信息决定,其一级结构决定高级结构,一级结构是基本结构。但一级结构并不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。蛋白质一级结构测定的意义许多先天性疾病是由于某一重要的蛋白质的一级结构发生了差错引起的。如血红蛋白亚基6 位Glu被Val代替(基因突变),即表现为镰刀状贫血,为世上最常见的血红蛋白病。若亚基6位Glu被Lys取代引起另一类贫血:血红蛋白C病。比较不同生物细胞色素C的一级结构可以帮助了解物种间的进化关系,物种间越接近,则细胞色素C的一级结构越相似。三、蛋白质的二级结构(secondary structure)二级结构:多肽链中各原子在局部空间或一段肽链的氨基酸残基的空间排布方式
13、。为主链构象,不涉及侧链构象。肽单元(peptide unit)或肽键平面:1925年L.Pauling和R.B.Corey等用X线衍射分析肽键的CN键长时发现其键长为0.132nm,不同于CN单键键长0.149nm,也不同于C=N双键键长0.127nm.介于二者之间,故其有一定程度的双键性能,C与N不能以CN为轴心自由旋转。参与肽键的6 个原子C1、C、O、N、H、C2 被约束于一个平面上,称为肽键平面,为形成二级结构的基础。CCONHC12-N+HC21CCO蛋白质螺旋结构(-helix)Pauling and Corey提出。右手螺旋(顺时针)。肽链的主链形成紧密的螺旋,侧链伸向外侧,每
14、一圈包含3.6个氨基酸残基,每个残基跨距为0.15nm,螺旋上升一圈的距离(螺距)为3.60.15=0.54nm.螺旋通过氢键维持稳定。第一个肽键的NH和第四个肽键的CO形成氢键,第n个肽键的NH和第n+3个肽键的CO形成氢键。螺旋结构形成的限制因素:凡是有Pro存在的地方,不能形成。因Pro形成的肽键N原子上没有H,不可能形成氢键。静电斥力。若一段肽链有多个Glu或Asp相邻,则因pH=7.0时都带负电荷,防碍螺旋的形成;同样多个碱性氨基酸残基在一段肽段内,正电荷相斥,也防碍螺旋的形成。位阻。如Asn、Leu侧链很大,防碍螺旋的形成。折叠(-pleated sheet)平行式HHNCNCNC
15、NCOHOOOHHHHOOOHOCNCNCNCNN端N端 反平行式HHHOOOHOCNCNCNCNOOONCNCNCNHHHCHON端C端折叠靠不同肽键之间的肽键上CO与NH形成氢键而得以稳定。反平行式比平行式稳定。转角(-turn):折叠反平行式的转折处。第一个残基的C=O与第四个残基的NH形成氢键。无规卷曲(random coil):没有确定的规律性。CNCOHONHOCHOHNCN 模序(motif):蛋白质分子中,二个或三个具有二级结构的肽段,在空间上相互接近,形成 一个有特殊功能的空间结构。如钙结合蛋白中的结合钙离子的模序和锌指结构。螺旋螺旋NCCa2+钙结合蛋白中的结合钙离子的模序
16、 蛋白质空间构象的正确形成除一级结构为决定因素外,还需要一类称为分子伴侣(chaperon)的蛋白质参加。分子伴侣可防止错误的聚集发生,使肽链正确的折叠;也可与错误聚集的肽段结合,使之解聚后,再诱导其正确折叠。分子伴侣对二硫键的形成起重要作用。蛋白质的三级结构(teritary stucture)三级结构:整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置,即整条肽链的三维构象。结构域:在蛋白质结构中形成一紧密的结构,具有特殊的功能,多为蛋白质的活性部位。有的蛋白质分子有一个结构域,有的有多个,如纤连蛋白含有6 个结构域。维持蛋白质三级结构的主要作用力为侧链间的相互作用:氢键、离子键、疏水键及二硫键。蛋白
17、质的四级结构(quaternary structure)四级结构:各亚基的空间排布。亚基(subunit):有的蛋白质分子由两条以上的肽链通过非共价键相连聚合而成,每条多肽链称为一个亚基。维持四级结构稳定的因素为各亚基之间的作用力如氢键、离子键、疏水键。含有四级结构的蛋白质,单独的亚基一般没有生物学功能,只有完整的四级结构才有生物学功能。第三节 蛋白质结构与功能的关系一、一级结构是空间构象的基础 蛋白质的一级结构决定高级结构,一级结构是基本结构。Anfinsen在研究核糖核酸酶时发现。58658426954011072天然状态SHSH5826_40SHSHSH657284SH95SH110SH
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