《蛋白质结构与功能》课件

1生物化学绪论Introductiontobiochemistry2概述生物化学的发展简史为什么学习生物化学生物化学内容是什么如何学好生物化学参考书3biochemistryBiology

Chemistry

运用化学的理论和方法，研究生物体的物质组成和遵循化学规律所发生的一系列化学反应，从而从分子水平深入揭示生命现象本质的一门科学。20世纪初，生物化学成为一门独立的学科

1903年德国Neuberg（纽伯格）提出了“Biochemistry”

4分子生物学biochemistry生理学生化与分子生物学生化与分子生物学遗传学细胞生物学免疫学研究对象是生物体；主要采用化学的原理与方法；在分子水平研究生命现象本质—生命的化学与多学科联系和交叉5生物体的基本组成个体器官组织细胞亚细胞分子组分6细胞是生物体的基本结构单元7单体分子生物大分子核酸、蛋白质、糖类、脂类等超分子复合物细胞与细胞器细胞的基本构成8水无机离子生物分子生物体的化学组成9生物分子生物分子具有什么结构与功能？关系如何?10生物体的基本特征---新陈代谢，即机体通过与外环境的物质交换来获取能量并维持内环境的相对稳定生物体的基本特征水60000kg糖类10000kg脂类1000kg蛋白质1000kg人一生与外环境的物质交换物质如何进行代谢？如何调控?11（一）静态生物化学时期研究内容:生物体的化学组成

糖,脂肪,氨基酸性质研究证实肽键,合成多肽发现核酸巴斯德和布希纳对发酵和酶学的研究(1820-1920)生物化学发展简史12

首先阐明食物在体内“燃烧”产热，他提出将食物成分分为糖类、脂类和蛋白质类，提出”物质代谢”的概念

合成糖、提出氨基酸通过肽键形成多肽1902获得诺贝尔化学奖

静态生物化学时期“肥料工业之父”生物化学的创始人JustusvonLiebig(1803-1873)HermannEmilFischer(1852-1919)13肺炎球菌转化实验FrederickGriffith(1879-1941)OswaldTheodoreAvery(1877-1955)1928

trsformingpriciple

1944

证实DNA是遗传物质14（二）动态生物化学时期(二十世纪的前五十年)营养学方面:发现多种营养必需的氨基酸,

脂肪酸,维生素内分泌方面:发现多种激素并分离合成酶学方面:1926年美国Sumner从刀豆中得到脲酶的结晶物质代谢方面:三大营养物质代谢途径著名的尿素循环和三羧酸循环的提出

15发现辅酶A的作用，阐明尿素循环和三羧酸循环

美国生物化学家

J.B.Sumner

1887-19551926年在首次得到脲酶的结晶,并证明酶是蛋白质,推动了酶学的发展动态生物化学时期1946年诺贝尔化学奖1953年诺贝尔化学奖16GertyTheresaCori,néeRadnitzCarlFerdinandCori动态生物化学时期(1896-1984)(1896-1957)1947年诺贝尔生理与医学奖发现糖原分解的磷酸化酶Cori循环17（三）分子生物学时期(20世纪后半叶)蛋白质与核酸成为研究焦点FrederickSanger（1918-）1955胰岛素一级结构的测定1978Sanger测序法LinusPauling（1901-1994）1951蛋白质的二级结构1958，1978年诺贝尔化学奖1954诺贝尔化学奖1962年诺贝尔和平奖18JamesDeweyWatson&FrancisHarryComtonCrick

DNＡ双螺旋结构1962年诺贝尔生理与医学奖19

DNＡ双螺旋带来的分子生物学重大理论突破

中心法则DNA半保留复制机制遗传密码子破译蛋白质合成机制反转录机制癌基因操纵子学说的提出20F.SangerDNA序列测定的双脱氧链终止法1978K.MullisPCR技术

1986P.BergDNA重组技术1972

DNＡ双螺旋带来的分子生物学重大技术突破

21弗朗西斯·柯林斯博士宣布，人类基因组计划的所有目标全部实现

人类基因组计划(HumanGenomeProgram,HGP)

—生命科学的登月计划

1990年正式启动，6国合作2003年序列图绘制成功2007年首份个人DNA图谱完成2007年首份亚洲人基因组图谱

(炎黄一号)

基因组（genome）：生物个体全部的遗传信息22

确认每个基因的功能、各个基因之间的相互调控关系、基因信息如何整合以形成生物的特定功能功能基因组学研究组（-Omics,所有、每个、全部)蛋白质组学(Proteomics)

研究细胞内所有蛋白质的结构与功能

研究除mRNA之外的全部小RNA

RNA组学(RNomics)

转录组学(Transcriptomics)研究细胞中所有mRNA

基因组学（Genomics）：研究基因组的结构及基因之间的相互作用23基因操作-改造生物体基因工程产品–生物产业

基因诊断与治疗

转基因动植物、基因剔除

细胞重编程（reprogramming）24iPS（inducedpluripotentstemcell，诱导多能干细胞）ShinyaYamanakaCell.

2006Aug25;126(4):663-76.2006MouseiPS2007HumaniPSCell.

2007Nov30;131(5):861-72Science.

2007Dec21;318(5858):1917-20.HumanFibrobalstsiPSCellsMouseFibrobalsts25Cell134,877–886,September5,20082006MouseiPS2007HumaniPS2008DiseasesiPSiPS（inducedpluripotentstemcell，诱导多能干细胞）2526iPS（inducedpluripotentstemcell，诱导多能干细胞）2006MouseiPS2007HumaniPS2008DiseaseiPS2009FromiPStoviablemiceNature461,September3,2009IamTiny27著名生物化学家和营养学家吴宪

1919血滤液制备分析、1931提出蛋白质变性的原理1965,首次人工合成结晶牛胰岛素1981,酵母丙氨酸-tRNA的人工全合成90年代以后，人类基因组、水稻基因组等的研究我国生物化学的发展概况28为什么学习生物化学？生物化学与其他基础医学研究的关系方法技术药理

(抗生素)病理(糖尿病)生物化学与临床医学的关系

疾病诊断肝炎(肝功)血友病(因子Ⅷ)

强制性脊柱炎(B27)

疾病治疗肿瘤的基因治疗痛风(别嘌呤醇)

疾病预防乙肝疫苗卡介苗等发病机制研究肿瘤心血管免疫性疾病

29生物化学在生命科学中的地位及意义生物化学是联系生命科学各个学科的桥粱生物化学是现代医学发展的催化剂生物化学加速了现代生物产业的崛起30一、生物大分子的结构与功能

蛋白质（包括酶）的结构与功能核酸的结构与功能二、物质代谢糖、脂类、蛋白质代谢及相互联系

三、器官组织生化特点

肝脏、血液、结缔组织

规律性构件小分子→聚合物复杂性分子大；空间结构复杂，结构与功能相适应复杂性

1.多条代谢途径相互交织成网；

2.物质代谢和能量代谢相互交织；

3.调节控制有条不紊规律性

1.多步化学反应构成代谢途径；

2.反应机理符合有机化学理论；

3.调节控制与生物学功能相适应生物化学研究内容31如何学好这门课？生物化学的特点<1>内容分布静态生化:生物分子的结构、性质、功能，很少涉及它们的变化，这些生物分子包括糖、脂、蛋白质、核酸、酶、激素、维生素等.动态生化:生物分子的来龙去脉，即合成与分解.

<2>.特点概念性描述性的内容居多，很少有推导性或计算性的内容.“死记”“巧记”32参考书查锡良,周春燕.2008《生物化学》第7版.人民卫生出版社贾弘褆.2005《生物化学》第1版，人民卫生出版社DevlinTM编著,王红阳主译.2008《生物化学基础与临床》第1版，科学出版社BergJM,TymoczkoJL,StryerL.2002.Biochemistry.5thed.New

York:W.H.FreemanandCompany.DavidL.Nelson,MichaelM.Cox.2004.LehningerPrinciplesofBiochemistry.5theditionW.H.Freeman;RobertK.Murray

2007Harper'sIllustratedBiochemistry(LANGEBasicScience)27editionMcGraw-HillMedicalMatthewPScottetal.2003.MolecularCellBiology.5thed.NewYork:W.H.FreemanandCompany.

33蛋白质的结构与功能核酸化学酶主要内容第一部分生物分子的结构和功能34基础部生物化学与分子生物学教研室李霞蛋白质的结构与功能StructureandFunctionofProtein35？什么是蛋白质蛋白质(protein)是由许多氨基酸(aminoacids)通过肽键(peptidebond)相连形成的高分子含氮化合物36蛋白质研究的历史1833年，从麦芽中分离淀粉酶；随后从胃液中分离到类似胃蛋白酶的物质。1864年，血红蛋白被分离并结晶。19世纪末，证明蛋白质由氨基酸组成，并合成了多种短肽。20世纪初，发现蛋白质的二级结构；完成胰岛素一级结构测定。3720世纪中叶，各种蛋白质分析技术相继建立，促进了蛋白质研究迅速发展；1962年，确定了血红蛋白的四级结构。20世纪90年代，功能基因组与蛋白质组研究的展开。38？蛋白质的生物学重要性蛋白质是生物体重要组成成分蛋白质具有重要的生物学功能无处不在—分布广：所有的组织细胞含量多：细胞干重50%±无所不能—生命活动中所有细胞功能都离不开蛋白质

39主要内容

蛋白质的分子组成蛋白质的结构蛋白质结构与功能的关系蛋白质的理化性质蛋白质的分离纯化与结构分析40组成蛋白质的元素主要有C、H、O、N和S

有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘41

各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％

蛋白质中含N量平均16%2.体内含N物主要是pr,也有非蛋白氮（尿酸，尿素，氨，aa等）

凯氏定氮法100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数×6.25×100组成蛋白质的元素42蛋白质的基本单位－氨基酸43蛋白质的基本单位－氨基酸RH甘氨酸HOOC-CH2-CH2-谷氨酸44L型与D型,甲醛分子为标准组成人体蛋白质的20种AA多为L型L-α-氨基酸45

COOˉ︱H3N+－C－H︱

R

构成人体蛋白质的20种aa在DNA上有遗传密码？除构成蛋白质的20种aa体内还有其他aa吗—

DNA编码的氨基酸—

DNA不编码的aa?46非极性脂肪族氨基酸甘氨酸；丙氨酸；缬氨酸；亮氨酸；异亮氨酸；脯氨酸

2.

极性中性氨基酸丝氨酸;苏氨酸;半胱氨酸;蛋氨酸

;天冬酰胺;谷氨酰胺3.芳香族氨基酸苯丙氨酸；酪氨酸；色氨酸4.酸性氨基酸(R基团都有羧基，生理条件下带负电荷）天冬氨酸；谷氨酸5.碱性氨基酸(生理条件下带正电荷）赖氨酸；精氨酸；组氨酸

氨基酸的分类474849TyrTrp505152

芳香族氨基酸：Trp、Tyr、Phe含羟基氨基酸：Ser、Thr、Tyr含硫氨基酸：Cys、Met杂环族氨基酸：His杂环族亚氨基酸：Pro支链氨基酸：Val、Leu、Ile习惯分类方法53

甘氨酸(无光学活性)几种特殊氨基酸

脯氨酸（亚氨基酸）54半胱氨酸

+胱氨酸二硫键-HH几种特殊氨基酸55修饰氨基酸

蛋白质合成后通过修饰加工生成的氨基酸,没有相应的编码。如：胱氨酸、羟脯氨酸（Hyp）、羟赖氨酸（Hyl）非生蛋白氨基酸

蛋白质中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鸟氨酸、同型半胱氨酸，是代谢途径中产生的几种特殊氨基酸56氨基酸的理化性质1.两性电离的性质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R57氨基酸的理化性质1.两性电离的性质R

在某一pH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，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点等电点(isoelectricpoint,pI)58

近紫外区(220-300nm)有特征性吸峰

OD280可用作蛋白质定量测定苯丙氨酸的max＝257nm酪氨酸的

max＝275nm色氨酸的max＝280nm2.紫外吸收

氨基酸的理化性质593.茚三酮反应氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，A570nm值与氨基酸的含量存在正比关系，可作为氨基酸定量分析方法氨基酸的理化性质肽键与肽

肽键(peptidebond)是由一个氨基酸的

-羧基与另一个氨