分子生物学基础知识课件.ppt

1、1分子生物学基础知识分子生物学基础知识21分分子子生生物物学学2生生物物体体中中的的分分子子学学3生生物物分分子子学学4生生物物体体中中的的大大分分子子学学5生生物物大大分分子子学学分子生物学的概念分子生物学的概念3生物分子的定义生物分子的定义存在于生物体内的，具有确切生理功能的存在于生物体内的，具有确切生理功能的分子分子生物分子大中小的界定生物分子大中小的界定1 1 生物生物小小分子分子 分子量小于分子量小于1 000 Dalton1 000 Dalton的分子的分子2 2 生物生物中中分子分子 分子量介于分子量介于1 0001 000至至 10 000 Dalton10 000 Dalto

2、n之间的分子之间的分子3 3 生物生物大大分子分子 分子量大于分子量大于10 000 Dalton10 000 Dalton的分子的分子4水是生物体中水是生物体中最小最小的分子。的分子。水是生物体中重要的分子之一。水是生物体中重要的分子之一。水是生命之源。水是生命之源。水在分子生物学实验中用量最大、每时每刻都水在分子生物学实验中用量最大、每时每刻都必不可缺少。必不可缺少。5OHHOHH1 水是一个极性的分子。 水中有如下的电离平衡： H2O H+OH 20C下， H+OH1014，pH -log10H+2水的分子量M=18, 即每摩尔水重18g 31L体积水中H2O分子的mmol数=55555

3、mmol。6 通过对水这种最简单的生物分子的认知，树立树立“定量定量” 观念和微环境意识观念和微环境意识。加深对复杂的分子生物学实验现象的定量化理解与分子水平注释，构筑起真正的分子生物学理论分子生物学理论。7分子生物学常用定量数据举例例一：一条10 000 Dolton无糖基化或磷酸化等修饰的多肽链含 多少氨基酸残基？已知条件 （1）20种氨基酸分子量加权平均值126.7 分子量最轻的氨基酸 glycine：75.05， 分子量最重的氨基酸 tryptophan：204.11 分子量最接近加权平均值的氨基酸 cysteine ：121.12 （2）在氨基酸缩合成多肽过程中，由于脱水，因此 每形

4、成一个肽键，其分子质量减少18 Dolton。计算公式 10000 /(126.718) = 91.996 aa 92 aa 10000 Dolton 92 aa8Molecular Weight of Amino Acids NrAmino Acid MWNrAmino AcidMW01Glycine75.0511Aspartic Acid133.602Alanine89.0512Glutamine146.0803Serine105.0613Lysine146.1304Proline115.0814Glutamic Acid147.0805Valine117.0915Methionine14

5、9.1506Threonine119.1816Histidine155.0907Cysteine121.1217Phenylalanine165.0908Leucine131.1118Arginine174.409Isoleucine131.1119Tyrosine181.0910Asparagine132.620Tryptophan204.11Average: 136.91, Standard Deviation: 30.079例一的引伸意义 1 10 000 Dolton无修饰的多肽链将可能由对应的276 bp的编码区基因DNA编码。 10000 Dolton 92 aa 276 bp 1

6、0例一的引伸意义 2大于92 （100）aa的多肽链将可能有较强的免疫原性。11例二 100bp的DNA双链分子的分子量大约是多少？已知条件：（1）双链DNA钠盐每bp 的平均重量为635 Dolton。 （2）在pH8.0的Tris缓冲液中，双链DNA分子是以 钠盐的形式存在的。结果：100bp的DNA双链分子的分子量为63500 Dolton。 100 bp dsDNA 6000065000 Dolton例二的引伸意义： 10000 Dolton dsDNA = 15.75 bp 16 bp12例三 100bp的RNA单链分子的分子量大约是多少？已知条件：（1）单链RNA钠盐每bp 的平均

7、重量为335.5 Dolton。 （2）在pH8.0的Tris缓冲液中，单链RNA分子是以 钠盐的形式存在的。结果：100bp的RNA单链分子的分子量为33550 Dolton。 100 bp ssRNA 33550 Dolton例三的引伸意义： 10000 Dolton ssRNA = 29.81 bp 30 bp13分子生物学的研究范畴1. 生物分子的种类与组成（元素组成）2. 生物分子的结构3. 生物分子的功能4. 生物分子的代谢（摄取与吸收、转运与定位、合成与分解）5. 生物分子的相互作用生物分子的相互作用6. 生物分子的损伤（疾病的分子基础）7. 生物分子的变异与进化8. 生物分子的

8、体外克隆扩增、改构、重组与相关药物开发14生物大分子的种类生物大分子的种类1 核酸核酸 DNA 正常人：正常人：46个分子，个分子，35 000 gene Genomics RNA mRNA、rRNA、tRNA、snRNA、snoRNA、 ribozyme、 antisense RNA、telomerase RNA 人类人类 70 000 ？ RNomics2 蛋白质蛋白质多肽多肽人类约人类约 200 000种种Proteomics3 多糖多糖 Polysaccharidomics 4 脂类脂类 lipomics？5 其他其他 Xomics 15 利用分子生物学技术平台研究揭示利用分子生物学技

9、术平台研究揭示生物生物分子之间的相互作用分子之间的相互作用是解决诸多是解决诸多未知生物医学问题的关键环节。然而，未知生物医学问题的关键环节。然而，生命体系中，生物生命体系中，生物分子之间的相互作分子之间的相互作用往往十分复杂。用往往十分复杂。16大肠杆菌5SrRNA的二级结构：六环四柄大肠杆菌16SrRNA的二级结构：约九十环八十柄18SrRNA结构的复杂程度 ！23SrRNA结构的复杂程度 ！28SrRNA结构的复杂程度 ！!原核核蛋白体结构的复杂程度 ！!真核核蛋白体结构的复杂程度 ！17CC CHR R1 1N NO OH HH HO OH HCC CHR R2 2N NO OH HH

10、HO OH HCC CHR R1 1N NH HO OH HN N C C C O OH HR R2 2H O OH HPeptide bond18Trypsin: R1=side chain of Lys or Arg Chymotrypsin: R1=side chain of Phe, Trp or TyrPepsase: R1=side chain of Phe, Trp, Tyr and so onCNBr(Cyanogen bromide): R1=side chain of MetThermolysin: R2=side chain of Leu, Ile or ValCC CH

11、R R1 1N NO OH HN NCC CR R2 2HO OH HPartial hydrolysis of polypeptide19ArginineN NH HC CH HC CH H2 2C CC CO OO OO O- -N NH HC CH HC CH H2 2C CO OC CH H2 2C CO OO O- -N NH HC CH HC CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2N NH H3 3+CON NH HC CH HC CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2N NH HC CH H2 2N NN NH H2 2C C+O OLy

12、sineGlutamic acid Aspartic acidHistidineCharged amino acidC CH HC CH H2 2C CN NO OH HN N+N NH HH H20N NH HC CH HC CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2N NH H3 3+C CO ON NH HC CH HC CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2N NH H2 2+C CO OC CH H3 3N NH HC CH HC CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2N NH H+C CO OC

13、CH H3 3H H3 3C CN NH HC CH HC CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2N N+C CO OC CH H3 3H H3 3C CC CH H3 3N NH HC CH HC CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2N NH HC CO OC CC CH H3 3O OLysine -HydroxylysineN-AcetyllysineHydroxylaseAcyltransferase -N-Methyllysine Methylase -N,N-Dimethyllysine -N,N,N-Trimethyl

14、lysine MethylaseMethylaseModification of LysineN NH HC CH HC CH H2 2C CH H2 2C CH HC CH H2 2N NH H2 2C CO OH HO ON NH HC CH HC CH H2 2C CH H2 2C CH HC CH H2 2N NH H3 3+C CO OH HO O21NHCHCH2C CO ON N+N NH HH HNHCHCH2C CO ON N+N NH HH H3 3C CN NH HC CH HC CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2N NH HC CH H2 2N NC C

15、ON NH H2 2+N NH HC CH HC CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2N NH HC CH H2 2N NC CON NH H+C CH H3 3Methylation of histidine and arginineHistidineMethylhistidineArginine Methylarginine Methyltransferase Methyltransferase 22N NH HC CH HC CH H2 2C CC CO OO ON NH H2 2N NH HC CH HC CH H2 2C CO OC CH H2 2C CO ON NH

16、H2 2N NH HC CH HC CH H2 2C CC CO OO OO O- -N NH HC CH HC CH H2 2C CO OC CH H2 2C CO OO O- -Glutamic acidGlutamineAspartic acidAsparagine?Acidic amino acid and aminoacyl amino acids23C CH HC CH H2 2S SH HC CN NO OH HC CH HC CH H2 2S SC CN NO OH HS SC CH H2 2C CH HC CN NO OH HC CH HC CH H2 2S SH HC CN

17、 NO OH H+CysteineMethionineCystine ? Sulfur containing amino acidsC CH HC CH H2 2C CN NO OH HC CH H2 2S SC CH H3 3C CH HC CH H2 2S SH HC CN NO OH HC CH H3 3Methylcysteine C CH HC CH H2 2C CN NO OH HC CH H2 2S SH HHomocysteine 24C CH HC CH H2 2C CN NO OH HO OH HC CH HC CH H2 2C CN NO OH HN NN NH HC C

18、H HC CH H2 2C CN NO OH HC CH HC CH H2 2C CN NO OH HN NH HC CH HC CH H2 2C CN NO OH HN N+N NH HH HC CH HC CH H2 2C CN NO OH HO OP PO OO O- -H HO OPhosphorylasePhosphataseElectronization Diselectronization Aromatic acidstyrosinetryptophanphenylalaninehistidinecharged-histidinephosphotyrosineHuckels 4n

19、+2 rule25C CH HC CH H2 2C CN NO OH HO OH HC CH HC CH H2 2C CN NO OH HO OP PO OO O- -H HO OC CH HC CH H2 2C CN NO OH HO OH HC CH HC CH H2 2C CN NO OH HO OP PO O- -O OH HO OC CH HH HC CC CN NO OH HC CH H3 3O OH HC CH HH HC CC CN NO OH HC CH H3 3O OP PO OH HO OO O- -Phosphoamino acidsPhosphorylasePhosp

20、hatasePhosphorylasePhosphatasePhosphorylasePhosphataseSerine Phosphoserine Phosphothreonine Phosphotyrosine Tyrosine Threonine 26C CH HC CH H2 2C CN NO OH HC CH HC CN NO OH HH HC CH HC CH H3 3C CN NO OH HC CH HH HC CC CN NO OH HC CH H3 3C CH H3 3C CH HC CH H2 2C CN NO OH HC CH HH H3 3C CC CH H3 3C C

21、H HH HC CC CN NO OH HC CH H3 3C CH H2 2C CH H3 3C CC CO ON NH HNonpolar amino acidsPhenylalanine Glycine Alanine Valine Leucine Isoleucine Proline 27C CH HC CN NO OH HH HC CC CO ON NH HTwo distinct amino acidsGlycine Proline C CO ON N2812344321NCProlylprolylproline, polyproline29CC CH H2 2N NH H3 3+S SCOO O- -O ONC CH H2 2C CS SOH HH HO OO O- -C CH HC CH H3 3H H3 3C CC CH H3 3C CH H3 3Interactions between peptide chainsHydrophobic interactionIonic bondDisulfide bondHydrogen bond