整套教学课件《化学生物学》

1、2022-6-812022-6-82 1833年年，Payen和和Persoz分离出淀粉酶。分离出淀粉酶。1864年年，Hoppe-Seyler从血液分离出血红蛋白，从血液分离出血红蛋白，并将其制成结晶。并将其制成结晶。19世纪末世纪末，Fischer证明蛋白质是由氨基酸组成的，证明蛋白质是由氨基酸组成的，并用氨基酸合成了多种短肽并用氨基酸合成了多种短肽 。 1938年年，德国化学家，德国化学家Gerardus J. Mulder引用引用“Protein” 一词来描述蛋白质。一词来描述蛋白质。 2022-6-831951年年, Pauling采用采用X（射）线晶体衍射发现了蛋（射）线晶体衍射发

2、现了蛋白质的二级结构白质的二级结构-螺旋螺旋(-helix)。 1953年，年，Frederick Sanger完成胰岛素一级序列测定。完成胰岛素一级序列测定。 1962年年，John Kendrew和和Max Perutz确定了血红蛋确定了血红蛋白的四级结构。白的四级结构。20世纪世纪90年代以后年代以后，后基因组计划。，后基因组计划。2022-6-84分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80。蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性1. 蛋白质是生物体重要组成成分

3、蛋白质是生物体重要组成成分2022-6-851 1）作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调节作用）代谢调节作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质的转运和存储）物质的转运和存储5 5）运动与支持作用）运动与支持作用6 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息传递2. 蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能3. 氧化供能氧化供能2022-6-86什么是蛋白质什么是蛋白质? 蛋 白 质 （ p ro t e i n ） 是 由 许 多 氨 基 酸（amino acids）通过肽键（peptide bond） 相连形成的大分子含氮化合物。2022-6-87内容内

4、容第一节第一节 氨基酸氨基酸第二节第二节 多肽多肽第三节第三节 蛋白质蛋白质2022-6-88氨基酸的结构与分类氨基酸的性质氨基酸的应用第一节第一节 氨基酸氨基酸氨基酸的化学反应2022-6-89一、氨基酸的结构与分类一、氨基酸的结构与分类存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属种，且均属 L-氨基氨基酸酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。L-L- - -氨基酸的通式氨基酸的通式 （R R为侧链）为侧链）R2022-6-8102022-6-811氨基酸分类氨基酸分类疏水性氨基酸极性氨基酸中性氨基酸酸性氨基

5、酸碱性氨基酸脂肪族氨基酸芳香族氨基酸2022-6-812此类氨基酸在水溶液中溶解度小脂肪族氨基酸2022-6-813芳香族氨基酸2022-6-814含羟基或硫氨基酸2022-6-815可发生质子化，使之带正电荷碱性氨基酸2022-6-816解离而带负电荷酸性氨基酸及其酰胺2022-6-8172022-6-818几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2Proline Pro P2022-6-819-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3

6、S-CH2-CH-COO-+NH3半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH32022-6-820修饰性氨基酸修饰性氨基酸 羟赖氨酸HO-Lys 羟脯氨酸HO-Pro 苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸磷酸化 丝氨酸糖基化 天冬酰胺糖基化2022-6-821光学性质光学性质离解性质离解性质参与的化学反应参与的化学反应二、氨基酸的性质二、氨基酸的性质2022-6-8221.光学性质光学性质2022-6-823含共轭双键的氨基酸具有含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收

7、性质紫外吸收性质 光吸收性质光吸收性质 2022-6-824大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，所以大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。蛋白质含量的快速简便的方法。2022-6-825氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于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。所处溶液的酸碱度。2.解离性质解离性质2022-6-826pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHKM，r =k2E0，反应只，反应只与酶的浓度有关，而与底物浓度无关，与酶的浓度有关，而与底物浓度无关，对对S

8、呈零级呈零级。酶催化的反应速率曲线酶催化的反应速率曲线1.1.当当SE。 产产物物浓浓度度P(t)2022-6-82574. 酶活力的测定方法 （1）分光光度法（）分光光度法（spectrophotometry） 该法要求酶的底物和产物在紫外或可见光部分光吸该法要求酶的底物和产物在紫外或可见光部分光吸收不同。收不同。 如氧化还原酶类。如氧化还原酶类。简便、迅速、准确。简便、迅速、准确。 一个样品可多次测定，有利于动力学研究。一个样品可多次测定，有利于动力学研究。 可检测到可检测到10-9mol/L水平的变化。水平的变化。 优点：优点：2022-6-8258乳酸乳酸 + NAD+ 丙酮酸丙酮酸

9、+ NADH + H+ 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 乳酸脱氢酶的活力可用乳酸脱氢酶的活力可用丙酮酸的增加量丙酮酸的增加量表示，也表示，也可用可用340nm光吸收的增加量光吸收的增加量来表示。来表示。 2022-6-8259（2）荧光法（）荧光法（fluorometry） 该法要求酶反应的底物或产物有荧光变化。该法要求酶反应的底物或产物有荧光变化。 主要的优点：灵敏度很高，可以检测主要的优点：灵敏度很高，可以检测10-12mol/L的样品。的样品。 酶蛋白分子中的酶蛋白分子中的Tyr、Trp、Phe残基以及一些辅酶、残基以及一些辅酶、辅基，如辅基，如NADH NADPH、FMN、FAD等都能发出荧光。

10、等都能发出荧光。 例：乙醇例：乙醇 + NAD+ 乙醛乙醛 + NADH + H+ 乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶2022-6-8260（3）酶偶联分析法）酶偶联分析法(enzyme coupling assay) 第一个酶的产物为第二个酶的底物，这两个酶系统第一个酶的产物为第二个酶的底物，这两个酶系统在一起反应。在一起反应。 2P 2E1P 1E S P1无光吸收或荧光变化，偶联后无光吸收或荧光变化，偶联后, P2有光吸收或有光吸收或荧光变化。荧光变化。2022-6-8261例：测己糖激酶的活性例：测己糖激酶的活性 葡萄糖葡萄糖 + ATP 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 + ADP 己糖激酶己糖激酶葡糖

11、葡糖-6-磷酸磷酸 + NADP 葡萄糖酸葡萄糖酸-6-磷酸磷酸 + NADPH + H+ G-6-P脱氢酶脱氢酶GODGODGODGODGODGODGODGODGODGODPODPODbPODPODPODPODPODPODPODPODPODH2O2ResorufinGlucoseNOOCH3HOOHNOHOOAmplex redGlucoseoxidasePeroxidase GOD-D-glucose+O2+H2OD-gluconic acid +H2O2PODH2O2+Amplex RedResorufin+CH3COOH+H2O2022-6-82631m mm2022-6-8264三、

12、酶活力单位三、酶活力单位是衡量酶活力大小的计量单位，规定条件（最适条件）下一定时间内催化完成一定化学反应量所需的酶量。2022-6-82651、国际单位U（Unit）：在最佳条件或某一固定条件下每分钟催化生成1mol产物所需要的酶量为一个酶活力单位。2、“Katal”单位：指在一定条件下1秒钟内转化1mol底物所需的酶量。 1 Kat=1mol/s1 U= 1mol/min2022-6-8266酶的比活力（酶的比活力（specific activity，也称比活性），也称比活性） 比活力：指每比活力：指每mgmg蛋白质所具有的酶活力，一般用蛋白质所具有的酶活力，一般用U/mgU/mg蛋蛋白质来

13、表示，也即，白质来表示，也即，每每g或每或每ml酶含多少个活力单位酶含多少个活力单位。 比活力总活力单位数比活力总活力单位数蛋白质蛋白质总毫克数总毫克数 活力单位数活力单位数mg蛋白质蛋白质 (杂蛋白杂蛋白:包括酶蛋白及含非酶蛋白）包括酶蛋白及含非酶蛋白） 比活力是酶纯度衡量的重要指标之一比活力是酶纯度衡量的重要指标之一2022-6-8267重要的辅酶及前体维生素重要的辅酶及前体维生素酶作用特性酶作用特性酶分子结构酶分子结构米氏方程与米氏常数米氏方程与米氏常数酶活力的表示及测定酶活力的表示及测定2022-6-82682022-6-82692022-6-8270 核酸与蛋白质一样，是一切生物机体

14、不可缺少的核酸与蛋白质一样，是一切生物机体不可缺少的组成部分。组成部分。 核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅对于生命的延续，生物物种遗传特性的保持，生对于生命的延续，生物物种遗传特性的保持，生长发育，细胞分化等起着重要的作用，而且与生长发育，细胞分化等起着重要的作用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。 因此，核酸是现代生物化学、分子生物学和医学因此，核酸是现代生物化学、分子生物学和医学的重要基础之一。的重要基础之一。2022-6-8271Friedrich Miescher核酸的发现

15、核酸的发现DNA的双螺旋结构的双螺旋结构2022-6-8272内容内容第一节第一节 核酸的分类和组成核酸的分类和组成第二节第二节 核酸的结构核酸的结构第三节第三节 核酸的性质核酸的性质第四节第四节 核酸碱基顺序分析核酸碱基顺序分析第五节第五节 核酸测定方法核酸测定方法2022-6-8273核酸的分类核酸的组成第一节第一节 核酸的分类和组成核酸的分类和组成2022-6-8274核酸的分类Deoxyribonucleic AcidRibonucleic Acid2022-6-8275 DNADNA分子含有生物物分子含有生物物种的所有遗传信息，种的所有遗传信息，分子量一般都很大。分子量一般都很大。

16、DNADNA为双链分子，其为双链分子，其中大多数是链状结中大多数是链状结构大分子，也有少构大分子，也有少部分呈环状结构。部分呈环状结构。脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（DNADNA）核糖核酸核糖核酸（RNARNA） RNARNA主要是负责主要是负责DNADNA遗传信息的翻译和遗传信息的翻译和表达，分子量要比表达，分子量要比DNADNA小得多。小得多。RNARNA为为单链分子。单链分子。 根据根据RNARNA的功能，的功能，可以分为可以分为mRNAmRNA、tRNAtRNA和和rRNArRNA三种。三种。2022-6-8276二、二、 核酸的组成核酸的组成 核酸（核酸（DNADNA和和RNARNA）是

17、一）是一种线性多聚核苷酸，它种线性多聚核苷酸，它的基本结构单元是核苷的基本结构单元是核苷酸。酸。 核苷酸本身由核苷和磷核苷酸本身由核苷和磷酸组成酸组成, , 而核苷则由戊糖和碱基而核苷则由戊糖和碱基形成形成 DNADNA与与RNARNA结构相似，但结构相似，但在组成成份上略有不同。在组成成份上略有不同。核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖碱基碱基2022-6-8277 DNA DNA和和RNARNA的基本化学组成的基本化学组成 化学组成化学组成DNARNA 碱基碱基 嘌呤碱嘌呤碱 腺嘌呤（腺嘌呤（A A） 鸟嘌呤鸟嘌呤 (G)(G) 腺嘌呤（腺嘌呤（A A） 鸟嘌呤鸟嘌呤 (G)(G)

18、 嘧啶碱嘧啶碱 胞嘧啶胞嘧啶 (C)(C) 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 (T)(T) 胞嘧啶胞嘧啶 (C)(C) 尿嘧啶尿嘧啶 (U)(U)戊糖戊糖D-2-D-2-脱氧核糖脱氧核糖D-D-核糖核糖酸酸磷酸磷酸磷酸磷酸2022-6-82781 1核酸的结构单元核酸的结构单元- -核苷酸核苷酸2022-6-8279（1 1）组成核酸的碱基）组成核酸的碱基腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤2022-6-8280尿嘧啶尿嘧啶 胞嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶2022-6-8281碱基的结构特征碱基的结构特征2022-6-8282碱基都具有芳香环的结构特征。嘌呤环和嘧啶环均呈平面或接近于平面的结构。碱基的芳香环与环外基团可以

19、发生酮式-烯醇式或胺式-亚胺式互变异构。2022-6-8283核苷酸核苷酸的的紫外吸收能力紫外吸收能力 嘌呤碱和嘧啶碱嘌呤碱和嘧啶碱分子中都含有共分子中都含有共轭双键体系，在轭双键体系，在紫 外 区 有 吸 收紫 外 区 有 吸 收（260 nm260 nm左右）。左右）。2022-6-8284（2 2）戊糖）戊糖组成核酸的戊糖有两种。组成核酸的戊糖有两种。DNADNA所含的糖为所含的糖为-D-2-D-2-脱氧核糖；脱氧核糖；RNARNA所含的糖则为所含的糖则为-D-D-核糖。核糖。2022-6-8285（3 3）核苷）核苷 nucleosidenucleoside糖与碱基之间的糖与碱基之间的

20、C-C-N N键，称为键，称为C-NC-N糖苷糖苷键键。2022-6-8286（4 4）核苷酸）核苷酸nucleotidenucleotide核苷酸是核苷的磷酸酯。作为核苷酸是核苷的磷酸酯。作为DNADNA或或RNARNA结构单元的核苷结构单元的核苷酸分别是酸分别是5-5-磷酸磷酸- -脱氧核糖核苷和脱氧核糖核苷和5-5-磷酸磷酸- -核糖核苷。核糖核苷。2022-6-82872 2核苷酸的衍生物核苷酸的衍生物2022-6-8288 ATP ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。它的结构如下：酸衍生物。它的结构如下：2022-6-8289ATP

21、ATP的的水解水解 ATP ATP 分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。ATPATP水解时水解时, , 可以释放出大量自由能。可以释放出大量自由能。2022-6-8290 (2)GTP (2)GTP (鸟嘌呤核糖核苷三磷酸鸟嘌呤核糖核苷三磷酸) ) GTPGTP是生物体内游离是生物体内游离存在的另一种重要存在的另一种重要的核苷酸衍生物。的核苷酸衍生物。它具有它具有ATP ATP 类似的类似的结构结构, , 也是一种高也是一种高能化合物。能化合物。 GTPGTP主要是作为蛋白主要是作为蛋白质合成中磷酰基供质合成中磷酰基供体。在许多情况下体。在许多情况下,

22、, ATP ATP 和和 GTP GTP 可以相可以相互转换。互转换。 2022-6-8291（3 3）cAMP cAMP 和和 cGMPcGMP cAMP(3,5- 环腺嘌呤核苷一磷酸环腺嘌呤核苷一磷酸)和和 cGMP( 3,5-环鸟嘌呤环鸟嘌呤核苷一磷酸核苷一磷酸)的主要功能是作为细胞之间传递信息的信使。的主要功能是作为细胞之间传递信息的信使。2022-6-8292cAMP 和 cGMP 的环状磷酯键是一个高能键。在 pH 7.4 条件下, cAMP 和 cGMP 的水解能约为43.9 kJ /mol，比 ATP 水解能高得多。2022-6-82933 3多聚核苷酸多聚核苷酸 多聚核苷酸是

23、通过核多聚核苷酸是通过核苷酸的苷酸的5 5- -磷酸基与磷酸基与另一分子核苷酸的另一分子核苷酸的C C3 3-OH-OH形成磷酸二形成磷酸二酯键相连而成的链状酯键相连而成的链状聚合物。聚合物。 由脱氧核糖核苷酸聚由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为合而成的称为DNADNA链；链； 由核糖核苷酸聚合而由核糖核苷酸聚合而成的则称为成的则称为RNARNA链。链。2022-6-8294多聚核苷酸的特点多聚核苷酸的特点 在多聚核苷酸中，两个核苷酸之间形成的磷酸二在多聚核苷酸中，两个核苷酸之间形成的磷酸二酯键通常称为酯键通常称为53磷酸二酯键。磷酸二酯键。 多聚核苷酸链一端的多聚核苷酸链一端的C5带有一个自由磷

24、酸基，称带有一个自由磷酸基，称为为5-磷酸端（常用磷酸端（常用5-P表示）；另一端表示）；另一端C3带有自带有自由的羟基，称为由的羟基，称为3-羟基端（常用羟基端（常用3-OH表示）。表示）。 多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是酸链时，必须注明它的方向是53或是或是35。2022-6-8295方向性方向性 在多聚核苷酸（在多聚核苷酸（DNADNA或或RNARNA）链中，由于构成核苷酸单元的链中，由于构成核苷酸单元的戊糖和磷酸基是相同的，体现戊糖和磷酸基是相同的，体现核苷酸差别的实际上只是它所核苷酸差别的实际上只是它所带

25、的碱基，所以多聚核苷酸链带的碱基，所以多聚核苷酸链结构也可表示为：结构也可表示为：在讨论有关核酸在讨论有关核酸问题时，一般只问题时，一般只关心其中碱基的关心其中碱基的种类和顺序，所种类和顺序，所以上式可以进一以上式可以进一步简化步简化2022-6-8296DNA的结构RNA的结构第二节第二节 核酸的结构核酸的结构2022-6-8297 多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单元按特定的多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单元按特定的顺序组合而成的线性结构聚合物，因此，它具有顺序组合而成的线性结构聚合物，因此，它具有一定的核苷酸顺序，即碱基顺序。一定的核苷酸顺序，即碱基顺序。 核酸的碱基顺序是核酸的一级结构。

26、核酸的碱基顺序是核酸的一级结构。DNADNA的碱基顺的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于种的多样性即寓于DNADNA分子中四种核苷酸千变万化分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。而的不同排列组合之中。而mRNA(mRNA(信息信息RNA)RNA)的碱基顺的碱基顺序，则直接为蛋白质的氨基酸编码，并决定蛋白序，则直接为蛋白质的氨基酸编码，并决定蛋白质的氨基酸顺序。质的氨基酸顺序。 2022-6-8298一、一、DNADNA的结构的结构 1953年，年，J. Watson和和F. Crick 在前人研在前人研究工作的基础上

27、，根究工作的基础上，根据据DNA结晶的结晶的X-衍射衍射图谱和分子模型，提图谱和分子模型，提出了著名的出了著名的DNA双螺双螺旋结构模型，并对模旋结构模型，并对模型的生物学意义作出型的生物学意义作出了科学的解释和预测。了科学的解释和预测。2022-6-82991 1DNADNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点 DNADNA分子由两条分子由两条DNADNA单链单链组成。组成。 DNADNA的双螺旋结构是分子的双螺旋结构是分子中两条中两条DNADNA单链之间基团单链之间基团相互识别和作用的结果。相互识别和作用的结果。 双螺旋结构是双螺旋结构是DNADNA二级结二级结构的最基本形式。构的最基本形式。

28、2022-6-8300碱基的相互结合具有严格的配对规律，即腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）结合，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）结合，这种配对关系，称为碱基互补。A和T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。2022-6-8301DNADNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点 （1 1）DNADNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链( (简称简称DNADNA单单链链) )组成。组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的即其中一条链的方向为方向为5353，而另一

29、条链的方向为，而另一条链的方向为3535。2022-6-8302 （2 2）嘌呤碱和嘧啶碱）嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直，平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基环糖基环平面与碱基环平面成平面成9090角。角。2022-6-8303 （3 3）螺旋横截面的直径约为）螺旋横截面的直径约为2 nm2 nm，每条链相邻两，每条链相邻两个碱基平面之间的距离为个碱基平面之间的距离为0.34 nm0.34 nm，每，每1010个核苷酸个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度为形成一个螺旋，其螺

30、矩（即螺旋旋转一圈）高度为3.4nm3.4nm。2022-6-8304 （4 4）两条）两条DNADNA链相互结合以及形成双螺旋的力是链相互结合以及形成双螺旋的力是链间的碱基对所形成的氢键。链间的碱基对所形成的氢键。 在在DNADNA分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等。数相等。2022-6-83052 2DNADNA双螺旋的稳定性双螺旋的稳定性 DNADNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。 维持这种稳定性的因素包括：两条维持这种稳定性的因素包括：两条DNADNA链之间形成的链之间形成的氢键；氢键； 由于双螺旋结构内

31、部形成的疏水区，消除了介质中由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响；介质中的阳离子水分子对碱基之间氢键的影响；介质中的阳离子（如（如NaNa+ +、K K+ +和和MgMg2+2+）中和了磷酸基团的负电荷，降）中和了磷酸基团的负电荷，降低了低了DNADNA链之间的排斥力、范德华引力等。链之间的排斥力、范德华引力等。 改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。2022-6-83063.DNA3.DNA的三螺旋结构的三螺旋结构 19571957年，年，A. Rich A. Rich 等用两条多聚尿嘧啶核苷酸链和等用两

32、条多聚尿嘧啶核苷酸链和一条多聚腺嘌呤核苷酸链合成出一种三链结构的物一条多聚腺嘌呤核苷酸链合成出一种三链结构的物质，并提出了质，并提出了DNADNA三螺旋结构的概念。三螺旋结构的概念。 近年来对于近年来对于DNADNA三螺旋结构和功能的研究已经取得了三螺旋结构和功能的研究已经取得了很大的进展。很大的进展。 DNADNA的三螺旋结构与双螺旋结构相似，都是通过的三螺旋结构与双螺旋结构相似，都是通过DNADNA单链之间形成氢键实现的。单链之间形成氢键实现的。 2022-6-8307DNADNA三螺旋结构的三种示意图三螺旋结构的三种示意图 2022-6-83082022-6-83094.DNA4.DNA

33、的超螺旋结构的超螺旋结构 超螺旋（超螺旋（SupercoilSupercoil），简单地说就是），简单地说就是螺旋的螺旋螺旋的螺旋。超螺旋的形成不是一个随机过程，而是当超螺旋的形成不是一个随机过程，而是当DNADNA存在存在一定张力时才会形成。一定张力时才会形成。 由于由于DNADNA双螺旋的盘绕过度或不足，使双螺旋的盘绕过度或不足，使DNADNA分子处分子处于一种张力状态，在封闭环状于一种张力状态，在封闭环状DNADNA分子中的这种张分子中的这种张力不能释放出来，就会形成超螺旋力不能释放出来，就会形成超螺旋 。2022-6-8310超螺旋的形式超螺旋的形式2022-6-8311G G 除了可

34、以和除了可以和C C 配对外，也可以和配对外，也可以和U U 配对。配对。2022-6-8312二、二、RNARNA的结构的结构 RNA RNA是单链分子，因此，在是单链分子，因此，在RNARNA分子中，并不遵守碱分子中，并不遵守碱基种类的数量比例关系，即分子中的嘌呤碱基总数不基种类的数量比例关系，即分子中的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。在一定等于嘧啶碱基的总数。在RNARNA的双螺旋结构中，的双螺旋结构中，碱基的配对情况不象碱基的配对情况不象DNADNA中严格。中严格。G G 除了可以和除了可以和C C 配配对外，也可以和对外，也可以和U U 配对配对。G-U G-U 配对形成的氢键

35、较弱。配对形成的氢键较弱。 RNARNA分子中，部分区域也能形成双螺旋结构，不能形分子中，部分区域也能形成双螺旋结构，不能形成双螺旋的部分，则形成突环。这种结构可以形象地成双螺旋的部分，则形成突环。这种结构可以形象地称为称为“发夹型发夹型”结构。结构。 2022-6-83132022-6-83141.mRNA1.mRNA的结构的结构 mRNA (mRNA (信使信使RNA)RNA)：约占总：约占总RNARNA的的5%5%，但种类较多，哺，但种类较多，哺乳动物细胞约有几万种不同的乳动物细胞约有几万种不同的mRNAmRNA。mRNAmRNA在体内代谢在体内代谢很快，细菌很快，细菌mRNAmRNA平

36、均半衰期仅为平均半衰期仅为2 2分钟，一些很不稳分钟，一些很不稳定的细菌定的细菌mRNAmRNA的转录尚未完成，已从的转录尚未完成，已从5 5 端开始降解，端开始降解，实际上并没有形成完整的实际上并没有形成完整的mRNAmRNA分子。分子。 真核细胞真核细胞mRNAmRNA半衰期较原核细胞长，但平均也仅有半衰期较原核细胞长，但平均也仅有5 5小时。不同细胞的小时。不同细胞的mRNAmRNA的链长和分子量差异很大。的链长和分子量差异很大。 它的功能是将它的功能是将DNADNA的遗传信息传递到蛋白质合成基地的遗传信息传递到蛋白质合成基地- -核糖核蛋白体核糖核蛋白体。 2022-6-8315（1

37、1）mRNAmRNA的的“帽结构帽结构” 真核细胞mRNA 5 -末端有一个甲基化的鸟苷酸，称为“帽结构”。（2 2）mRNAmRNA的的“尾结构尾结构” 极大多数真核细胞mRNA在3 -末端有一段长约200核苷酸的polyA，称为 “尾结构”。2022-6-8316帽结构尾结构2022-6-8317许多许多rRNArRNA的一级结构及由一级结构推导出来的二级结构的一级结构及由一级结构推导出来的二级结构都已阐明，都已阐明，rRNArRNA分子中有非配对的单链区以及配对的分子中有非配对的单链区以及配对的双链区相间排列，组成双链区相间排列，组成发卡（发卡（HairpinHairpin）、突环）、突

38、环(bulge)(bulge)、内部环（、内部环（Internal loopInternal loop）、多分支环和假）、多分支环和假结结等二级结构。等二级结构。 2.rRNA2.rRNA的结构的结构 2022-6-8318大肠杆菌大肠杆菌16S 16S rRNArRNA的二级结构的二级结构 大肠杆菌大肠杆菌16S rRNA16S rRNA由由15421542个核苷酸构成，个核苷酸构成，二级结构可以分成为二级结构可以分成为4 4个功能域个功能域 2022-6-8319 tRNA的二级结构都呈”三叶草”形状，在结构上具有某些共同之处，一般可将其分为五臂四环：包括氨基酸接受区、反密码区、二氢尿嘧啶

39、区、T C区和可变区。除了氨基酸接受区外，其余每个区均含有一个突环和一个臂。 3.tRNA3.tRNA的结构的结构 2022-6-8320tRNAtRNA中的稀有碱基中的稀有碱基 2022-6-83212022-6-8322核酸的两性性质核酸的水解性质第三节第三节 核酸的性质核酸的性质核酸的变性与复性2022-6-8323 与蛋白质相似，核酸分子中既含有酸性基团（磷酸基）也含有碱性基团（氨基），因而核酸也具有两性性质。 由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，嘌呤碱基和嘧啶碱基都具有弱碱性，所以核酸的等电点比较低。如DNA的等电点为44.5，RNA的等电点为22.5。 RNA的等电点比DNA低

40、的原因，是RNA分子中核糖基2-OH通过氢键促进了磷酸基上质子的解离。DNA没有这种作用。 一、核酸的两性性质及等电点一、核酸的两性性质及等电点 2022-6-8324二二、核酸的水解、核酸的水解（1）酸或碱水解 核酸分子中的磷酸二酯键可在酸或碱性条件下水解切断。 DNA和RNA对酸或碱的耐受程度有很大差别。例如，在0.1 mol/L NaOH溶液中，RNA几乎可以完全水解，生成2-或3-磷酸核苷；DNA在同样条件下则不受影响。这种水解性能上的差别，与RNA核糖基上2-OH的邻基参与作用有很大的关系。在RNA水解时，2-OH首先进攻磷酸基，在断开磷酯键的同时形成环状磷酸二酯，再在碱的作用形成水

41、解产物。2022-6-8325核核糖糖核核酸酸的的碱碱水水解解反反应应 2022-6-8326（2 2）酶水解）酶水解 生物体内存在多种核酸水解酶。这些酶可以催化水解多聚核苷酸链中的磷酸二酯键。 以DNA为底物的DNA水解酶（DNases）和以RNA为底物的RNA水解酶（RNases）。 根据核酸水解酶的作用方式又可将其分作两类：2022-6-8327核酸外切酶（如牛胰核糖核酸酶、核糖核酸酶核酸外切酶（如牛胰核糖核酸酶、核糖核酸酶T1、核、核糖核酸酶糖核酸酶U2、牛胰脱氧核糖核酸酶、牛脾脱氧核糖核、牛胰脱氧核糖核酸酶、牛脾脱氧核糖核酸酶）酸酶）核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一核酸外切酶

42、的作用方式是从多聚核苷酸链的一端（端（3-端或端或5-端）开始，逐个水解切除核苷酸。端）开始，逐个水解切除核苷酸。2022-6-8328核酸内切酶核酸内切酶 如牛脾磷酸二酯酶、蛇毒磷酸二酯酶和限制性内切酶。如牛脾磷酸二酯酶、蛇毒磷酸二酯酶和限制性内切酶。 核酸内切酶的作用方式刚好和外切酶相反，它从多聚核苷酸核酸内切酶的作用方式刚好和外切酶相反，它从多聚核苷酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。如牛胰核糖核酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。如牛胰核糖核酸酶催化的核酸水解反应，特异性作用于酶催化的核酸水解反应，特异性作用于嘧啶核苷酸的嘧啶核苷酸的C-3C-3位磷酸与其相邻核苷酸位磷酸与其相

43、邻核苷酸C-5C-5位构成的磷酸酯键，位构成的磷酸酯键，产生产生3-3-嘧啶单核苷酸和嘧啶单核苷酸和3-3-为嘧啶核苷酸的寡核苷酸为嘧啶核苷酸的寡核苷酸 2022-6-8329限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 这种酶可这种酶可以特异性的水解核酸中某些特定碱基顺以特异性的水解核酸中某些特定碱基顺序部位，它有严格的碱基专一性序部位，它有严格的碱基专一性。 当作用于双链当作用于双链DNADNA时，此酶可以交错地切断两条时，此酶可以交错地切断两条链（此时产生两条互补的单链，称为粘性末端），链（此时产生两条互补的单链，称为粘性末端），也可以不交错切割（切开的两个末端称为平端），也可以不交错切割（切开的两

44、个末端称为平端），这类酶在降解这类酶在降解DNADNA时能识别时能识别4 46 6个特异性脱氧核个特异性脱氧核苷酸顺序。苷酸顺序。 2022-6-8330EcoREcoR水解水解DNADNA的作用方式的作用方式 2022-6-8331三、核酸的变性、复性与杂交三、核酸的变性、复性与杂交(1) (1) 核酸的变性核酸的变性 核酸的变性是指核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的氢键断裂，变核酸的变性是指核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的氢键断裂，变成单链结构的过程。变性核酸将失去其部分或全部的生物活性。成单链结构的过程。变性核酸将失去其部分或全部的生物活性。核酸的变性并不涉及磷酸二酯键的断裂，所以它的一级结构

45、核酸的变性并不涉及磷酸二酯键的断裂，所以它的一级结构( (碱碱基顺序基顺序) )保持不变。保持不变。 能够引起核酸变性的因素很多。温度升高、酸碱度改变、甲醛和能够引起核酸变性的因素很多。温度升高、酸碱度改变、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的变性。尿素等的存在均可引起核酸的变性。2022-6-8332 RNA本身只有局部的双螺旋区，所以变性行为所本身只有局部的双螺旋区，所以变性行为所引起的性质变化没有引起的性质变化没有DNA那样明显。那样明显。 利用紫外吸收的变化，可以检测核酸变性的情况。利用紫外吸收的变化，可以检测核酸变性的情况。例如，天然状态的例如，天然状态的DNA在完全变性后，紫外吸收在完

46、全变性后，紫外吸收(260 nm)值增加值增加2540%.而而RNA变性后，约增加变性后，约增加1.1%。这种现象称为增色效应。这种现象称为增色效应.2022-6-8333DNADNA变性变性2022-6-8334DNADNA变性的特征变性的特征 DNA的变性过程是突变性的，它在很窄的温度区间内完成。因此，的变性过程是突变性的，它在很窄的温度区间内完成。因此，通常将引起通常将引起DNA变性的温度称为融点，用变性的温度称为融点，用Tm表示。表示。 一般一般DNA的的Tm值在值在70-85 C之间。之间。DNA的的Tm值与分子中的值与分子中的G和和C的含量有关。的含量有关。2022-6-8335

47、当当DNADNA的稀盐溶液的稀盐溶液加热到加热到80-10080-100时，双螺旋结构即时，双螺旋结构即发生解体，两条链发生解体，两条链彼此分开，形成无彼此分开，形成无规线团。规线团。 DNADNA变性后，它的变性后，它的一系列性质也随之一系列性质也随之发生变化，如紫外发生变化，如紫外吸收吸收(260 nm)(260 nm)值值升高升高, , 粘度降低等。粘度降低等。2022-6-8336(2) (2) 核酸的复性核酸的复性 变性变性DNADNA在适当的条件下，两条彼此分开的单链在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为复可以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为

48、复性。性。DNADNA复性后，一系列性质将得到恢复，但是复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活性一般只能得到部分的恢复。生物活性一般只能得到部分的恢复。 DNADNA复性的程度、速率与复性过程的条件有关。复性的程度、速率与复性过程的条件有关。 将热变性的将热变性的DNADNA骤然冷却至低温时，骤然冷却至低温时，DNADNA不可能复不可能复性。但是将变性的性。但是将变性的DNADNA缓慢冷却时，可以复性。缓慢冷却时，可以复性。分子量越大复性越难。浓度越大，复性越容易。分子量越大复性越难。浓度越大，复性越容易。此外，此外，DNADNA的复性也与它本身的组成和结构有关。的复性也与它本身的组成和结构

49、有关。2022-6-8337DNADNA复性复性2022-6-8338(3) (3) 核酸的杂交核酸的杂交 热变性的热变性的DNA单链，在复性时并不一定与同源单链，在复性时并不一定与同源DNA互补链形成双螺旋结构，它也可以与在某些互补链形成双螺旋结构，它也可以与在某些区域有互补序列的异源区域有互补序列的异源DNA单链形成双螺旋结构。单链形成双螺旋结构。 这样形成的新分子称为杂交这样形成的新分子称为杂交DNA分子。分子。DNA单单链与互补的链与互补的RNA链之间也可以发生杂交。链之间也可以发生杂交。 核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究中具有核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究中具有重要意义。重

50、要意义。2022-6-8339核核酸酸的的杂杂交交2022-6-8340第四节第四节 核酸碱基顺序分析核酸碱基顺序分析DNA的体外合成过程的体外合成过程聚合酶链反应聚合酶链反应（polymerase chain reaction, PCR）凯利凯利穆利斯穆利斯DNA聚合酶的催化聚合酶的催化以目的以目的DNA为模板为模板按照碱基互补配对原则按照碱基互补配对原则在引物的引导下在引物的引导下PE310 基因分析仪基因分析仪仪器的组成仪器的组成v主机： 主要包括电泳系统、激光器和荧光检测系统 ；大致可分为自动进样器区 、凝胶块区 和检测区等结构功能区v微型计算机v各种应用软件DNADNA测序图测序图2

51、022-6-8344第五节第五节 核酸测定方法核酸测定方法测糖法测糖法染料结合法染料结合法荧光试剂荧光试剂染料等在核酸表面的组装染料等在核酸表面的组装2022-6-8345RNA组成与结构组成与结构DNA组成与结构组成与结构2022-6-83462022-6-8347toxinviruscellbacteriumCarbohydrates in Cell Recognition2022-6-8348糖类的主要生物学作用糖类的主要生物学作用 是生物体主要的能量来源。 可转变为生命所必需的其它物质，如脂类、蛋白质等。 可作为生物体的结构物质，如纤维素。 可作为细胞识别的信息分子。 其它功能。202

52、2-6-8349糖的化学概念糖的化学概念 糖也称碳水化合物（carbohydrate），用Cm(H2O)n表示。 碳水化合物这个名称并不确切，但因沿用已久，所以至今在西文中还广泛使用。 糖是多羟醛或多羟酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。 糖类 saccharide 2022-6-8350内容内容第一节第一节 单糖与寡糖单糖与寡糖第二节第二节 多糖多糖第三节第三节 糖蛋白糖蛋白第四节第四节 糖脂糖脂2022-6-8351单糖单糖衍生物第一节第一节 单糖与寡糖单糖与寡糖寡糖2022-6-8352水溶液中单糖主要以环状结构存在五元环：呋喃型六元环：吡喃型OO吡喃糖吡喃糖呋喃糖呋喃糖2022-6-835

53、3CHOCCCCOHHHHOOHHCH2OHHOHCHOCCCCHHOHHOOHHCH2OHHOHCHOCCCCOHHHHOHHOCH2OHHOHCH2OHCCCCOHHHHOOHCH2OHHOHCH2OHCCCCOHHHHOOHCH2OHHOHD-葡 萄 糖 D-半 乳 糖 D-甘 露 糖 D-果 糖 L-山 梨 糖2022-6-8354葡萄糖的构型葡萄糖的构型CCCCCOHHHHOOHHCH2OHHHOHOCCCCCOHHHHOOHHCH2OHHHOHOCCCCCOHHHHOOHHCH2OHHH-D-吡喃葡萄糖（36%） D-葡萄糖（50 X：糖醛酸：糖醛酸 Y：已糖胺：已糖胺 2022-

54、6-83781. 1.透明质酸（透明质酸（hyaluronic acidhyaluronic acid）-D-葡萄糖醛酸 -D-N-乙酰葡萄糖胺2022-6-8379硫酸软骨素组成糖苷键硫酸酯键 软骨素-4-硫酸（A）葡萄糖醛酸 N-乙酰半乳糖胺-1，3 C4 软骨素-6-硫酸（C）葡萄糖醛酸 N-乙酰半乳糖胺-1，3 C6 2. 2.硫酸软骨素（硫酸软骨素（chondroitin salfatechondroitin salfate）2022-6-83802022-6-8381L-艾杜糖醛酸艾杜糖醛酸 N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺-1,3苷键苷键(4-硫酸酯键硫酸酯键)3. 3.硫酸皮肤素（

55、硫酸软骨素硫酸皮肤素（硫酸软骨素B B）2022-6-83824. 4.肝素（肝素（heparinheparin）主要功能：抗凝，降血脂主要功能：抗凝，降血脂 OHHOSO3HHOHHCOOHO*OHHHNSO3HHOHCH2OSO3HHOOHHOHHOHCOOHHOOHHOHHHOHCH2OSO3HHO*HNSO3HnL-艾杜糖醛酸 磺酰氨基葡萄糖 葡萄糖醛酸H2022-6-8383三、蛋白聚糖（三、蛋白聚糖（proteoglycanproteoglycan）由蛋白质和糖胺聚糖通过共价键连接而成的大分子复合物。连接方式包括： （1）D-木糖与丝氨酸的木糖与丝氨酸的-OH形成的形成的O-糖苷键

56、糖苷键 （2）GalNAC与苏氨酸或丝氨酸的与苏氨酸或丝氨酸的-OH形成的形成的O-糖苷键糖苷键 （3）Glc NAC 与天冬酰胺的一与天冬酰胺的一NH2形成的形成的N-糖苷键糖苷键 2022-6-8384(a)(b)2022-6-8385蛋白聚糖主要存在于软骨、腱等结缔组织，蛋白聚糖主要存在于软骨、腱等结缔组织，构成细胞间质。由于糖胺聚糖有密集的负电构成细胞间质。由于糖胺聚糖有密集的负电荷，在组织中可吸收大量的水而赋予粘性和荷，在组织中可吸收大量的水而赋予粘性和弹性，具有稳定、支持和保护细胞的作用。弹性，具有稳定、支持和保护细胞的作用。 生理功能生理功能2022-6-8386细菌细胞壁的多糖

57、：细菌细胞壁的多糖：肽聚糖、磷壁酸肽聚糖、磷壁酸抗原性的多糖：肺炎菌多糖抗原性的多糖：肺炎菌多糖 细菌多糖细菌多糖 四、细菌多糖四、细菌多糖2022-6-83871. 1.肽聚糖（肽聚糖（peptidoglycanpeptidoglycan） N-乙酰氨基葡萄糖与乙酰胞壁酸2022-6-8388甘油醇磷壁酸，核糖醇磷壁酸甘油醇磷壁酸，核糖醇磷壁酸OPOHOOCH2CHCH2OOOCH2OHn2甘油基Glc or D-Ala甘油醇磷壁酸甘油醇磷壁酸2. 2.磷壁酸磷壁酸2022-6-8389核糖醇磷壁酸核糖醇磷壁酸OPOHOOCH2CHCHCHOnCH2OHHOCH2OCOHCNH2CH3543

58、21Glc or 氨基糖 D-Ala核糖醇基2022-6-8390糖脂糖蛋白第三节第三节 结合糖结合糖2022-6-8391复合糖（结合糖）复合糖（结合糖） 复合糖复合糖 糖类糖类+脂类脂类 糖类糖类+蛋白质蛋白质 （结合糖）（结合糖）2022-6-8392一、糖脂一、糖脂（glycolipids ） 是一个或多个单糖残基通过糖苷键与脂类连是一个或多个单糖残基通过糖苷键与脂类连接而成的化合物。它是生物膜的组成成分之一，接而成的化合物。它是生物膜的组成成分之一，组成生物膜的糖脂主要是甘油糖脂和鞘糖脂。组成生物膜的糖脂主要是甘油糖脂和鞘糖脂。 2022-6-8393OOHHHHOHHOHCH2OH

59、HCH2CHOCOR1CH2OCOR2O3OHOHHOHHHCH2OHHCH2CHOCOR1CH2OCOR2O1OHOHHOHHHOHCH2OHH半乳糖甘油二酯 二甘露糖甘油二酯O甘油糖脂甘油糖脂2022-6-8394OOHHOHHOHHOHCH2OHHH2CCHHNCHC ROOHCHCHCH2CH2CH312(神经鞘氨醇)半乳糖脑苷脂鞘糖脂鞘糖脂2022-6-83951糖蛋白的概念糖蛋白的概念 短链寡糖与蛋白质以共价键连接而形成的复合物。短链寡糖与蛋白质以共价键连接而形成的复合物。二、糖蛋白（二、糖蛋白（glycoproteins）2022-6-8396 （1）O-糖苷键糖苷键 （2）N-

60、糖苷键糖苷键 糖蛋白中糖链与肽链的连接方式糖蛋白中糖链与肽链的连接方式2022-6-8397糖蛋白的种类与功能糖蛋白的种类与功能 血浆糖蛋白类 粘液糖蛋白类 胶原蛋白类2022-6-8398凝集素（凝集素（Lectin）是指一种从各种植物，无脊椎）是指一种从各种植物，无脊椎动物和高等动物中提纯的糖蛋白或结合糖的蛋白，动物和高等动物中提纯的糖蛋白或结合糖的蛋白，因其能凝集红血球（含血型物质），故名凝集素。因其能凝集红血球（含血型物质），故名凝集素。常用的为植物凝集素（常用的为植物凝集素（Phytoagglutin，PNA），），通常以其被提取的植物命名，如刀豆素通常以其被提取的植物命名，如刀豆素