蛋白质和核酸化学

1、1会计学蛋白质和核酸化学蛋白质和核酸化学第1页/共73页第2页/共73页第3页/共73页每克样品中含氮每克样品中含氮g g数数6.25=6.25=每每克样品中所含蛋白质克数克样品中所含蛋白质克数第4页/共73页第5页/共73页二、蛋白质的基本单二、蛋白质的基本单位位氨基酸氨基酸第6页/共73页不带电形式 H2NCHCOOHR +H3NCHCOO-R两性离子形式第7页/共73页第8页/共73页第9页/共73页第10页/共73页必需氨基酸必需氨基酸第11页/共73页三、蛋白质的基本三、蛋白质的基本结构结构* 肽键肽键(peptide bond)：是由是由一个氨基酸的一个氨基酸的 -羧基与另羧基与另

2、一个氨基酸的一个氨基酸的 -氨基脱水氨基脱水缩合而形成的化学键。缩合而形成的化学键。（一）肽键和肽（一）肽键和肽H2N C CHR1OHO+N CHHHR2COOHH2OH2N C CHR1ON CHR2COOHH肽 键第12页/共73页第13页/共73页2.第14页/共73页第15页/共73页第16页/共73页3.生物活性肽生物活性肽(1)(2)第17页/共73页（二（二）第18页/共73页一级结构是空间结构的基础。结构与功能密切相一级结构是空间结构的基础。结构与功能密切相关，蛋白质的一级结构一旦确立，其空间结构以关，蛋白质的一级结构一旦确立，其空间结构以及生理功能也基本确立。及生理功能也基

3、本确立。第19页/共73页第20页/共73页四、蛋白质的空间结构四、蛋白质的空间结构第21页/共73页（一）蛋白质分子的二级结构（一）蛋白质分子的二级结构1.-螺螺旋旋第22页/共73页2. -折折叠叠第23页/共73页（3）无规则卷曲是指多肽链中规则性不强的一些区段的构象无规则卷曲是指多肽链中规则性不强的一些区段的构象第24页/共73页第25页/共73页蛋白质的三级蛋白质的三级结构结构 第26页/共73页第27页/共73页蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构第28页/共73页（1）种属）种属差异差异蛋白质一级结构的种属差异十分明显，但相同部分氨基酸对蛋白质的功能起决定作用。根据蛋白质结构上的差异

4、，可以断定它们在亲缘关系上的远近。（2）分子病）分子病蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。1.一级结构与功能的关系第29页/共73页镰状细胞贫血（镰状细胞贫血（sick-cell anemia）从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。-链 1 2 3 4 5 6 7Hb-A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-LysHb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys第30页/共73页第31页/共73页疯牛病疯牛病疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一组人和动物神引起的一组人和动物神经退行性病

5、变。经退行性病变。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为转变成全为-折叠的折叠的PrPsc，从而致病，从而致病。PrPc-螺螺旋旋PrPsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病第32页/共73页牛脑海绵状病，简称BSE。1985年4月，医学家们在英国发现了一种新病，专家们对这一世界始发病例进行组织病理学检查，并于1986年11月将该病定名为BSE，首次在英国报刊上报道。 食用被疯牛病污染了的牛肉、牛脊髓的人，有可能染上致命的克罗伊茨费尔德雅各布氏症（简称克雅氏症），其典型临床症状为出现痴呆或神经错乱，视觉模糊，

6、平衡障碍，肌肉收缩等。病人最终因精神错乱而死亡。 医学界对克雅氏症的发病机理还没有定论，也未找到有效的治疗方法。第33页/共73页第34页/共73页+第35页/共73页（三）蛋白质的沉淀（三）蛋白质的沉淀 蛋白质从溶液中析出的现象蛋白质从溶液中析出的现象第36页/共73页1. 盐析盐析：加盐使蛋白质沉淀析出。分段盐析：调节盐浓度，可使混合蛋白质溶液中的几种蛋白质分段析出。血清球蛋白（50%(NH4)2SO4饱和度），清蛋白（饱和(NH4)2SO4)。2. 加有机溶剂加有机溶剂：控制低温可得到不变性的蛋白质沉淀。3. 加重金属盐加重金属盐 ：利用该性质抢救重金属中毒者4. 加某些有机酸加某些有机

7、酸：单宁酸、苦味酸、钼酸、钨酸。临床检验中可用这些酸类检查尿蛋白。第37页/共73页（四）蛋白质的变性（四）蛋白质的变性第38页/共73页第39页/共73页六、蛋白质的分类六、蛋白质的分类第40页/共73页第41页/共73页核酸核苷酸核酸的结构层次：核酸核苷酸 核苷酸磷酸+戊糖+含氮碱核苷磷酸戊糖碱基核糖RNA脱氧核糖DNA嘌呤碱A、G嘧啶碱C、U、T第42页/共73页（一）核酸的基本成（一）核酸的基本成分分第43页/共73页3. 含氮碱含氮碱：嘌呤嘌呤(purine) NNNHN123456789NNN HNN H2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(gua

8、nine, G)第44页/共73页嘧啶嘧啶(pyrimidine)NN H132456尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOOCH3第45页/共73页腺嘌呤腺嘌呤核苷核苷OOHOHNNNNNH2HOH2COOHHNNNNNH2HOH2C脱氧腺嘌呤脱氧腺嘌呤核苷核苷核苷核苷 =戊糖戊糖+碱基碱基（二）、核苷酸的结构（二）、核苷酸的结构+ 磷酸磷酸 =核苷酸核苷酸第46页/共73页CMP尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸UMPdCMP胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸dTMP腺嘌呤核苷酸（腺嘌呤核

9、苷酸（AMP）OOHOHNNNNNH2OH2CP胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸（d-TMP）OHOHOH2CNNOOCH3P第47页/共73页3，5-磷酸二酯键：一个核苷酸磷酸二酯键：一个核苷酸C-3上上的羟基与另一个核苷酸的羟基与另一个核苷酸C-5上的磷酸脱上的磷酸脱水缩合而成的酯键。水缩合而成的酯键。3-末端与末端与5-末端：多核苷酸链的一端是末端：多核苷酸链的一端是磷酸与戊糖磷酸与戊糖C-5相连，称为相连，称为5-末端；另末端；另一端在戊糖一端在戊糖C-3上有一个自由羟基，称上有一个自由羟基，称为为3-末端。末端。核酸的一级结构：在多核苷酸链中核苷核酸的一级结构：在多核苷酸链中核苷

10、酸的排列顺序称为核酸的一级结构。酸的排列顺序称为核酸的一级结构。A-T-G-C-C-A-G-G-TT-A-C-G-G-T-C-C-A5335第48页/共73页ONHHOHHOHHCH2OP OHOOH（ H）ONHHOHHOHHCH2OP OHOOH（ H）ONHHOHHOHHCH2OP OHOOH（ H）ONHHOHHOHHCH2OP OHOOH（ H）（ H）ONHHOHHOHHCH2OPOOHOONHHOHHHCH2OP OHOOH（ H）5 磷磷酸酸3 羟羟基基3 ,5 -磷磷酸二酯键酸二酯键第49页/共73页(二二 ）核酸的表示方式）核酸的表示方式字母字母式式5PAPCPGPCPTP

11、GPTPAOH 3 5 PACGCTGTAOH 3线条式线条式PP5335PP53P53ACGTOH第50页/共73页多核苷酸链多核苷酸链3端端5端端第51页/共73页1. DNA的碱基组成及规律的碱基组成及规律 碱基组成：碱基组成：A、G、T、C Chargaff规则：规则： （1）所有）所有DNA中都中都均存在以下均存在以下关系关系A=T、G=C，即嘌呤，即嘌呤=嘧啶嘧啶 A+G=T+C （2）DNA的碱基组成具有种属的碱基组成具有种属特异性，而无组织和器官特异性，也特异性，而无组织和器官特异性，也不随条件的变化而变化不随条件的变化而变化意义：是双螺旋结构模型的意义：是双螺旋结构模型的重要

12、依据重要依据 第52页/共73页2. DNA2. DNA的二级结构：的二级结构：（1）WatsonCrick双螺旋结构双螺旋结构模型：模型：碱基A或GT或C2 nm特点：特点：a.双链反向平行右手螺旋双链反向平行右手螺旋b.糖糖-Pi 在螺旋外侧构成主链骨架，在螺旋外侧构成主链骨架，c.碱基在内侧且与轴平面垂直碱基在内侧且与轴平面垂直 d.配对碱基形成氢键，配对碱基形成氢键，总是总是A与与T、G与与C为为碱基对，碱基对间氢碱基对，碱基对间氢键数：键数：A=T、GCe.螺旋直径为螺旋直径为2nm， 10对对核苷酸上升一圈，螺距核苷酸上升一圈，螺距为为3.4nm第53页/共73页图5-11 B-D

13、NA的 双 螺 旋 结 构 模 型3.4nm0.34nm1nm小 沟大 沟第54页/共73页该模型揭示了该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了碱基配定性特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这是对原则，这是DNA复制、转录和反转复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出是上个世达的分子基础。该模型的提出是上个世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。学飞速发展的基石。第55页

14、/共73页（1） tRNA主要特征：主要特征：1.四臂四环；四臂四环；2.氨基酸臂氨基酸臂3端有端有CCAOH的共有结构；的共有结构；3.D环上环上有二氢尿嘧啶（有二氢尿嘧啶（D）；）；4.反密码环上反密码环上的反密码子与的反密码子与mRNA相互作用；相互作用；5.可可变环上的核苷酸数目可以变动；变环上的核苷酸数目可以变动；6.TC环含有环含有T和和；7.含有修饰碱含有修饰碱基和不变核苷酸。基和不变核苷酸。第56页/共73页OCCHRNH2O3氨基酸臂氨基酸臂功能：结合氨功能：结合氨基酸基酸T C环环额外环额外环（可变（可变环）环）反密码子反密码子功能：识别密功能：识别密码子码子反密码反密码环

15、环DHU环环功能：与功能：与核糖体核糖体rRNA结合结合二氢尿二氢尿嘧啶嘧啶假尿嘧假尿嘧啶啶第57页/共73页三级结构：倒三级结构：倒L形形tRNAtRNA三级三级结构结构* tRNA的功能的功能活 化 、 搬活 化 、 搬运氨基酸到核运氨基酸到核糖体，参与蛋糖体，参与蛋白质的翻译。白质的翻译。第58页/共73页n是生物体生理活动所需能量的是生物体生理活动所需能量的直接供体，如直接供体，如ATP。n是合成糖原、磷脂、蛋白质、是合成糖原、磷脂、蛋白质、DNA和和RNA所必需的物质和原所必需的物质和原料，如各种核苷三磷酸。料，如各种核苷三磷酸。n是某些重要辅酶（基）的组成是某些重要辅酶（基）的组成

16、成分。成分。n有的核苷酸是体内代谢调节的有的核苷酸是体内代谢调节的重要物质，如重要物质，如cAMP和和cGMP。第59页/共73页三磷酸核苷与环化三磷酸核苷与环化核苷酸核苷酸OOHOOH2CNNNNN H2P OOHcAMP（信息传递）OO H O HO H2CPOPOPOHOO HO HO HOONNNNN H2 ATP(能量供应）第60页/共73页PO-OOAMPOPOHOADPATPP OHHOO第61页/共73页第62页/共73页第63页/共73页变性变性（加（加热）热）探针探针杂交杂交（缓慢冷（缓慢冷却）却）复性复性（缓慢冷（缓慢冷却）却） 第64页/共73页2. -折折叠叠第65页

17、/共73页第66页/共73页镰状细胞贫血（镰状细胞贫血（sick-cell anemia）从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。-链 1 2 3 4 5 6 7Hb-A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-LysHb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys第67页/共73页镰状细胞贫血（镰状细胞贫血（sick-cell anemia）从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。-链 1 2 3 4 5 6 7Hb-A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-LysHb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys第68页/共73页第69页/共73页2. DNA2. DNA的二级结构：的二级结构：（1）WatsonCrick双螺旋结构双螺旋结构模型：模型：碱基A或GT或C2 nm特点：特点：a.双链反向平行右手螺旋双链反向平行右手螺旋b.糖糖-Pi 在螺旋外侧构成主链骨架，在螺旋外侧构成主链骨架，c.碱基在内侧且与轴平面垂直碱基在内侧且与轴平面垂直 d.配对碱基形成氢键，配对碱基形成氢键，总是总是A与与T、G与与C为为碱基对，碱基对间氢碱基对，碱基对间氢键数：键数：A=T、GCe.螺旋直径为螺旋直径为2nm， 10对对核苷酸上升一圈，螺距核苷酸上升一圈，螺距为为