1、前前 言言本电子课件依据本电子课件依据生物化学与分子生物学生物化学与分子生物学第八版设计制作。选择的第八版设计制作。选择的制作软件主要为制作软件主要为Microsoft PowerPointMicrosoft PowerPoint。本课件主要为便于师生的教与学，。本课件主要为便于师生的教与学，使用对象主要为医学院校的生物化学教师和医学类专业的五年制学生，以使用对象主要为医学院校的生物化学教师和医学类专业的五年制学生，以及研究生入学考试准备和各种资格考试时医学生物化学的复习使用。及研究生入学考试准备和各种资格考试时医学生物化学的复习使用。第八版第八版生物化学与分子生物学生物化学与分子生物学的参编
2、单位有全国的参编单位有全国2121所高等院校。所高等院校。课件光盘由华中科技大学同济医学院生物化学与分子生物学系与生物化学课件光盘由华中科技大学同济医学院生物化学与分子生物学系与生物化学第八版编委会共同设计制作，由人民卫生出版社出版发行。版权所有，未第八版编委会共同设计制作，由人民卫生出版社出版发行。版权所有，未经许可，不得随便翻刻销售发行，违者必究。经许可，不得随便翻刻销售发行，违者必究。孙军、查锡良、药立波教授负责本课件总体设计；华中科技大学同济孙军、查锡良、药立波教授负责本课件总体设计；华中科技大学同济医学院生物化学与分子生物学系陈娟、袁萍、段秋红、尹燕华、卢涛、刘医学院生物化学与分子生
3、物学系陈娟、袁萍、段秋红、尹燕华、卢涛、刘琳、周洁、张颖、田俊、熊宇芳等老师参与了课件设计和制作的具体工作；琳、周洁、张颖、田俊、熊宇芳等老师参与了课件设计和制作的具体工作；教材全体编委在课件制作过程中提出了宝贵的修改意见并进行了审定，在教材全体编委在课件制作过程中提出了宝贵的修改意见并进行了审定，在此一并致谢。此一并致谢。由于我们水平有限，本课件的缺点再所难免，敬请使用者批评指正，由于我们水平有限，本课件的缺点再所难免，敬请使用者批评指正，以便今后修订。以便今后修订。目目 录录 第第01章蛋白质的结构与功能章蛋白质的结构与功能 第第02章核酸的结构与功能章核酸的结构与功能 第第03章酶章酶
4、第第04章聚糖的结构与功能章聚糖的结构与功能 第第05章维生素和无机盐章维生素和无机盐 第第06章糖代谢章糖代谢 第第07章脂类代谢章脂类代谢 第第08章生物氧化章生物氧化 第第09章氨基酸代谢章氨基酸代谢 第第10章核苷酸代谢章核苷酸代谢 第第11章非营养物质代谢章非营养物质代谢 第第12章物质代谢的整合与调节章物质代谢的整合与调节 第第13章真核基因与基因组章真核基因与基因组 第第14章章DNA的生物合成的生物合成 第第15章章DNA损伤与修复损伤与修复 第第16章章RNA的生物合成的生物合成 第第17章蛋白质的生物合成章蛋白质的生物合成 第第18章基因表达调控章基因表达调控 第第19章细
5、胞信号转导的分子机制章细胞信号转导的分子机制 第第20章常用分子生物学技术的原理及其应用章常用分子生物学技术的原理及其应用 第第21章章DNA重组和重组重组和重组DNA技术技术 第第22章基因结构与功能分析技术章基因结构与功能分析技术 第第23章癌基因、肿瘤抑制基因与生长因子章癌基因、肿瘤抑制基因与生长因子 第第24章疾病相关基因的鉴定与基因功能研究章疾病相关基因的鉴定与基因功能研究 第第25章基因诊断与基因治疗章基因诊断与基因治疗 第第26章组学与医学章组学与医学概念、理论、研究、概念、理论、研究、应用应用Conception,theory,research,and applicationC
6、onception,theory,research,and application逻辑和逻辑和自学自学 Logic and LIY(Learn It Yourself)有神奇的颜色 被称为21世纪的标记物 2008年被颁发诺贝尔化学奖 1962在一种水母中发现：Aequorea victoriaGFP的三维结构的三维结构被形象的描述成：被形象的描述成：“在罐子中作画在罐子中作画”每一每一个单体由个单体由11个反向平行的个反向平行的 折折叠片层呈柱状包围的叠片层呈柱状包围的一个位于中心一个位于中心的的 螺旋构成，从而将荧光团和溶螺旋构成，从而将荧光团和溶剂隔离开来。剂隔离开来。柱状体直径柱状体直
7、径30A，长，长40A荧光团位于中心的螺旋上荧光团位于中心的螺旋上Florescent ZebraXFPsLabeled Endoplasmatic Reticulum 各种蛋白质含氮量很接近，各种蛋白质含氮量很接近，平均平均16%16%，可据此推断生物样品，可据此推断生物样品中的蛋白质含量（中的蛋白质含量（g%g%）=含氮克数含氮克数 6.25 6.25 100 100 氨基酸氨基酸是组成是组成蛋白质的蛋白质的基本元件基本元件,存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300300余种，但余种，但组成蛋白质组成蛋白质的的氨基酸氨基酸主要只有主要只有2020种种 类似的结构类似的结构 不同的
8、侧链不同的侧链 （R R基团基团）所有生物含有同样的这所有生物含有同样的这2020种种 还有另外两种比较少见的组成蛋白质的氨基酸还有另外两种比较少见的组成蛋白质的氨基酸 硒代硒代半胱氨酸（半胱氨酸（selenocysteineselenocysteine）吡咯吡咯赖氨酸（赖氨酸（pyrrolysinepyrrolysine）蛋白质不同的形状和活性由组成其的不同氨基酸序列决定蛋白质不同的形状和活性由组成其的不同氨基酸序列决定。不同侧链不同侧链(R group)不同理化性质不同理化性质-氨基氨基(N-末端末端)-羧基羧基(C-末端末端)-碳原子碳原子氨基酸性质氨基酸性质1.手性手性2.结构与分类结
9、构与分类3.理化性质理化性质4.聚合反应的能力聚合反应的能力一一.手性手性:L-氨基酸氨基酸除了除了甘氨酸甘氨酸(R=H)，其他氨基酸都是手性分子，其他氨基酸都是手性分子，它们都有，它们都有对映异构体对映异构体/立体异构体，但自然界中只有一种异构体：立体异构体，但自然界中只有一种异构体：即即L-氨基酸氨基酸.D-丙氨酸和丙氨酸和L-丙氨酸丙氨酸非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸极性中性极性中性氨基酸氨基酸l非电离氨基酸非电离氨基酸l酸性酸性氨基酸氨基酸l碱性碱性氨基酸氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸二、二、氨基酸结构与氨基酸结构与分类分类根据根据侧链结构和理化侧链结构和理化性质性质亲水亲水/疏
10、水疏水带电带电/不带电不带电目录目录(一一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸氨基酸目录目录(二二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸中性氨基酸目录目录(三三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸目录目录(四四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸目录目录(五五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸氨基酸目录目录n特别的氨基酸特别的氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2
11、+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2Amino Acid3-Letter1-LetterSide-chain polaritySide-chain charge(pH 7.4)Hydropathy indexAbsorbancemax(nm)AlanineAlaAnonpolarneutral1.8ArginineArgRBasic polarpositive4.5AsparagineAsnNpolarneutral3.5Aspartic acidAspDacidic polarnegative3.5CysteineCysCnonpolarneutral2.5250Glutam
12、ic acidGluEacidic polarnegative3.5GlutamineGlnQpolarneutral3.5GlycineGlyGnonpolarneutral0.4HistidineHisHBasic polarpositive(10%)neutral(90%)3.2211IsoleucineIleInonpolarneutral4.5LeucineLeuLnonpolarneutral3.8LysineLysKBasic polarpositive3.9MethionineMetMnonpolarneutral1.9PhenylalaninePheFnonpolarneut
13、ral2.8257,206,188ProlineProPnonpolarneutral1.6SerineSerSpolarneutral0.8ThreonineThrTpolarneutral0.7TryptophanTrpWnonpolarneutral0.9280,219TyrosineTyrYpolarneutral1.3274,222,193ValineValVnonpolarneutral4.221st and 22nd amino acids3-Letter1-LetterSelenocysteineSecUPyrrolysinePylOAmbiguous Amino Acids3
14、-Letter1-LetterAsparagine or aspartic acidAsxBGlutamine or glutamic acidGlxZLeucine or IsoleucineXleJUnspecified or unknown amino acidXaaXUnkissometimesusedinsteadofXaa,butislessstandard.Amino Acid3-Letter 1-LetterAlanineAlaAArginineArgRAsparagineAsnNAspartic acidAspDCysteineCysCGlutamic acidGluEGlu
15、tamineGlnQGlycineGlyGHistidineHisHIsoleucineIleILeucineLeuLLysineLysKMethionineMetMPhenylalaninePheFProlineProPSerineSerSThreonineThrTTryptophanTrpWTyrosineTyrYValineValV必须氨基酸必须氨基酸人体有人体有10种氨基酸不能种氨基酸不能自身合成，必须从食物获自身合成，必须从食物获得，这些氨基酸被称为：得，这些氨基酸被称为：必须氨基酸必须氨基酸EssentialNonessentialHistidineAlanineIsoleucin
16、eArginine*LeucineAsparagineLysineAspartic acidMethionineCysteine*PhenylalanineGlutamic acidThreonineGlutamine*TryptophanGlycineValineOrnithine*Proline*Selenocysteine*Serine*Tyrosine*(*)Essential only in certain cases.非蛋白组成的氨基酸非蛋白组成的氨基酸目录目录三、三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质种氨基酸具有共同或特异的理化性质n两性解离及等电点两性解离及等电点氨基酸是两性
17、电解质，其解离程度取决于所氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。处溶液的酸碱度。等电点等电点(isoelectric point,pI)在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的中性。此时溶液的pH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。（一）氨基酸具有两性解离的性质（一）氨基酸具有两性解离的性质兼性离子兼性离子两性离子是一种两性离子是一种双极性双极性离子，由于氨基酸同时含有酸（羧基）离子，由于氨基酸同时含有酸（羧基）和碱（氨基），其和碱（
18、氨基），其内部内部的的酸碱反应酸碱反应使使之成为兼性离子之成为兼性离子。H2NCHCOHORH3NCHCOOR氨基酸氨基酸兼性离子兼性离子氨基酸在溶液中氨基酸在溶液中主要以兼性离子主要以兼性离子存在。存在。A=COO-B=H+A=NH3+B=OH-A=R-/+B=H+/OH-目录目录pH=pI=(pK1+pK2)/2+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+pK
19、1pK2pI(等电点等电点)=溶液中一个分子所带正溶液中一个分子所带正/负电荷相等时的负电荷相等时的pH值（即无静电荷）。值（即无静电荷）。pK1 羧基羧基=2pK2 氨基氨基=10pI=(pK1+pK2)/2pK1 羧基羧基=2.2pK2 R基团基团=4.3pK3 氨基氨基=9.7pI=(pK1+pK2)/2pI=(2.2+4.3)/2pI=3.25pK1羧基羧基=2.2pK2 氨基氨基=9.0pK3 R基团基团=10.5pI=(pK2+pK3)/2pI=(9+10.5)/2pI=9.75无静电荷无静电荷水水中溶解度最小中溶解度最小 蛋白质在等电点时最容易发生沉淀蛋白质在等电点时最容易发生沉
20、淀可用于设计分离氨基酸的实验方法：可用于设计分离氨基酸的实验方法：电泳电泳 离子交换离子交换电泳电泳离子交换层析实验原理离子交换层析实验原理-离子交换色谱原理流动相荷电固定相+-洗脱交换-分步收集洗脱的氨基酸样品与茚三酮反应。分步收集洗脱的氨基酸样品与茚三酮反应。离子交换层析法分离氨基酸原理离子交换层析法分离氨基酸原理分步收集洗脱的氨基酸分步收集洗脱的氨基酸样品样品蛋白质的氨基酸组成分析蛋白质的氨基酸组成分析 酸降解酸降解蛋白质，得到单个氨基酸后进行蛋白质，得到单个氨基酸后进行HPLC色谱分析色谱分析色氨酸、酪氨酸色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在的最大吸收峰在 280 nm 附近。附近。大多数蛋白
21、质含大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收不同侧链不同侧链(R group)各种各种活性基团活性基团决定氨基酸的决定氨基酸的化学反应活性化学反应活性-氨基氨基(N-末端末端)-羧基羧基（C-末端）末端）氨基酸的化学反应氨基酸的化学反应-碳原子碳原子茚三酮茚三酮反应反应?氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色蓝紫色化合物，其最大吸收峰在化合物，其最大吸收峰在57
22、0nm处。处。?由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比正比关系，因此可作为氨基酸定关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。量分析方法。凯氏微量定氮法凯氏微量定氮法氨基反应氨基反应?生成生成氮气氮气的量可用于的量可用于定量定量蛋白质。蛋白质。和甲醛反应和甲醛反应氨基反应氨基反应蛋白质固定时与多聚甲醛反应蛋白质固定时与多聚甲醛反应肽键是氨基酸彼此连接起来形成多肽肽键是氨基酸彼此连接起来形成多肽和蛋白质的重要化学键和蛋白质的重要化学键H2NCHCOHR OH2NCHCOHR ONCHCOHR OHORH2NCHCHOH+肽键肽键氨基和羧基反应氨基和羧基反应疏水疏水/亲水作用
23、亲水作用内部内部/外部外部组氨酸的组氨酸的咪唑基团咪唑基团生理生理pH值时作为质子供体或受体值时作为质子供体或受体常见于酶反应中心常见于酶反应中心丝氨酸丝氨酸和和苏氨酸苏氨酸的的羟基羟基(-OH)，以及以及半胱氨酸半胱氨酸的的巯基巯基(-SH)酶催化时常作为酶催化时常作为亲核基团亲核基团巯基巯基可形成可形成二硫键二硫键目录目录 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2
24、-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3R基团的反应基团的反应目录目录肽键肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成氨基脱水缩合而形成的化学键。的化学键。（一）（一）氨基酸通过肽键连接而形成肽氨基酸通过肽键连接而形成肽(peptide)目录目录NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO目录目录N 末
25、端：多肽链中有末端：多肽链中有游离游离-氨基氨基的一端的一端C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有游离游离-羧基羧基的一端的一端n多肽链有两端：多肽链有两端：多肽链多肽链(polypeptide chain)是指许多氨是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。基酸之间以肽键连接而成的一种结构。目录目录N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶l非核糖体合成的肽非核糖体合成的肽由核糖体之外的一系列酶体系一系列酶体系合成可能含D-氨基酸氨基酸例子：谷胱甘肽（谷胱甘肽（GSH）l核糖体核糖体合成的合成的肽肽 由它们自己的基因编码基因编码以前体前体的形式合成不含D-氨基酸氨基酸例子：促甲状腺素释放激
26、素促甲状腺素释放激素(TRH)目录目录（二）（二）体内存在多种重要的生物活性肽体内存在多种重要的生物活性肽 1.谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)-Carbon atomH2O2 2GSH 2H2O GSSG NADPH+H+NADP+nGSH的两种状态的两种状态:GSH(还原态还原态)vs.GSSG(氧化态氧化态)GSH 过氧过氧化物酶化物酶 GSH还原酶还原酶(GSR)在体内保护在体内保护DNA的抗氧化剂的抗氧化剂目录目录 体内许多激素属寡肽或多肽体内许多激素属寡肽或多肽 神经肽神经肽(neuropeptide)2.多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽Proinsulin多
27、肽多肽肽肽和和蛋白质蛋白质 肽：少于肽：少于50个氨基酸残基个氨基酸残基二肽二肽三肽三肽寡肽寡肽含含410个氨基酸残基个氨基酸残基多肽多肽含含1050个氨基酸残基个氨基酸残基蛋白质蛋白质含含超过超过50个氨基酸残基个氨基酸残基肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。多肽的水解分析多肽的水解分析N 末端水解C-末端水解Carboxypeptidase A cleaves all except for P,R,K;Carboxypeptidase B cleaves only R,and K;Carboxypeptidase Y cleaves all;Carboxypeptidase C cleaves all;内部水解胰蛋白酶（Trypsin）-cleaves on the C-side of K or R;胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）-C-side of F,Y,W
