《生化课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生化课件.ppt（57页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、Content of biochemistry1.生物大分子的结构与功能；生物大分子的结构与功能；2.物质代谢及其调节；物质代谢及其调节；3.遗传信息的传递和表达；遗传信息的传递和表达；4.其他专题其他专题:维生素、抗生素和维生素、抗生素和激素，生物膜、生物能学等激素，生物膜、生物能学等Life as we know it:Cell ContentsSome functions of proteins.Protein structureMeet Protein:amino acid+amino acid+amino acid+amino acidMade of 20 different ami
2、no acids in different sequences to form many SPECIFIC proteins.Chapter 3Amino acidsvStructurevClassificationvProperties(acid-base property)vNinhydrin(茚茚三酮三酮)reaction and UV absorption vSeparation and analysis of AA氨基酸特性：氨基酸特性：聚合能力；聚合能力；特有的酸碱性质；特有的酸碱性质；侧链的结构及其化学功能的多样性；侧链的结构及其化学功能的多样性；手性手性氨基酸是蛋白质构件分子。
3、氨基酸是蛋白质构件分子。氨基酸（氨基酸（amino acid）既含氨基又含酸性基团的）既含氨基又含酸性基团的有机化合物。生物体中绝大多数是带羧基的氨基有机化合物。生物体中绝大多数是带羧基的氨基酸。酸。氨基酸是蛋白质的主要组分，是生物体中最氨基酸是蛋白质的主要组分，是生物体中最重要的氨基酸。在各种生物体中还普遍存在着结重要的氨基酸。在各种生物体中还普遍存在着结构和功能很不相同的游离氨基酸。构和功能很不相同的游离氨基酸。蛋白质中的氨基酸蛋白质中的氨基酸 结构结构 蛋白质的基本结构由蛋白质的基本结构由20种氨基酸组成。都是由一个氨基、一个羧基、种氨基酸组成。都是由一个氨基、一个羧基、一个氢原子和一个
4、侧链基团（一个氢原子和一个侧链基团（R）连接在同一个）连接在同一个碳原子上构成，这个碳原子叫碳原子上构成，这个碳原子叫-碳原子。碳原子。20种氨种氨基酸有不同结构的基酸有不同结构的R基团。基团。Section 1Amino acids are the building blocks of proteins 1.Hydrolysis of protein)acid Hydrolysis：6M HCl,4M H2SO4,（煮沸）不消旋（氨基酸），色氨酸完全破坏，羟基氨基酸部分破坏，酰胺键水解；)base Hydrolysis：M NaOH,消旋（D与L型消旋混合物），多数氨基酸破坏，色氨酸稳定色氨
5、酸稳定；)enzymatic Hydrolysis：不彻底，常用于部分水解，时间长蛋白质肽段氨基酸蛋白质肽段氨基酸完全水解；完全水解；部分水解部分水解蛋白水解酶蛋白水解酶胰蛋白酶（胰蛋白酶（trypsin）；）；胰蛋白酶为胰蛋白酶为蛋白酶蛋白酶的一种，的一种，EC3.4.21.4。在。在脊椎动物脊椎动物中，作为中，作为消化消化酶酶而起作用。在而起作用。在胰脏胰脏是作为是作为酶酶的前体的前体胰蛋白酶原胰蛋白酶原而被合成的。作为而被合成的。作为胰液胰液的成分而分泌，受肠的成分而分泌，受肠激激酶酶，或胰蛋白酶的限制分解成为活化胰蛋白酶，是肽链内切酶，它能把多肽链中，或胰蛋白酶的限制分解成为活化胰蛋白
6、酶，是肽链内切酶，它能把多肽链中赖氨酸赖氨酸和和精氨精氨酸酸残基中的残基中的羧基羧基侧切断。它不仅起消化酶的作用，而且还能限制分解糜蛋白酶原、羧肽酶原、侧切断。它不仅起消化酶的作用，而且还能限制分解糜蛋白酶原、羧肽酶原、磷脂酶原等其它酶的前体，起磷脂酶原等其它酶的前体，起活化活化作用。是特异性最强的蛋白酶，在决定作用。是特异性最强的蛋白酶，在决定蛋白质蛋白质的的氨基酸氨基酸排列排列中，它成为不可缺少的工具。中，它成为不可缺少的工具。胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶(chymotrypsin)；也叫糜蛋白酶。胰凝乳蛋白酶是一种能够分解也叫糜蛋白酶。胰凝乳蛋白酶是一种能够分解蛋白质蛋白质的的消化性消化性酶
7、酶，活性基团为丝氨酸，故属于，活性基团为丝氨酸，故属于丝氨酸蛋白酶丝氨酸蛋白酶。胰凝乳蛋白酶在。胰凝乳蛋白酶在酪氨酸酪氨酸、色氨酸色氨酸和和苯丙苯丙氨酸氨酸（都是（都是芳香族芳香族氨基酸氨基酸）的）的羧基羧基处切断处切断肽键肽键，从而裂解蛋白质。如果反应有足够的时间，胰，从而裂解蛋白质。如果反应有足够的时间，胰凝乳蛋白酶也可以凝乳蛋白酶也可以水解水解是以是以亮氨酸亮氨酸为主的为主的羧基羧基端肽键。端肽键。胃蛋白酶胃蛋白酶(pepsin)；胃蛋白酶是一种消化性胃蛋白酶是一种消化性蛋白酶蛋白酶，由，由胃胃部中的胃粘膜主细胞部中的胃粘膜主细胞（gastric chief cell）所分泌，功能是将）
8、所分泌，功能是将食物食物中的中的蛋白质蛋白质分解为小的肽片段。胃蛋白酶的分解为小的肽片段。胃蛋白酶的前体前体被称为被称为胃蛋白酶原胃蛋白酶原。一种。一种酸性蛋白酶酸性蛋白酶。从动物。从动物胃黏膜胃黏膜提取的一种蛋白酶。能分解蛋白质中提取的一种蛋白酶。能分解蛋白质中由芳香族氨基酸或由芳香族氨基酸或酸性氨基酸酸性氨基酸所形成的所形成的肽键肽键，故能催化，故能催化酪蛋白酪蛋白、球蛋白球蛋白、组蛋白组蛋白，动物动物的的角角、指甲指甲和和羽毛羽毛中的中的角蛋白角蛋白，以及催化，以及催化植物蛋白植物蛋白等的等的水解水解。但是，不能作用于精蛋白、。但是，不能作用于精蛋白、鬃毛鬃毛中的角中的角蛋白和蛋白和海绵
9、海绵中的蛋白质。除水解天然蛋白质外，还能水解某些中的蛋白质。除水解天然蛋白质外，还能水解某些多肽多肽和和二肽二肽。其最适。其最适pH值为值为1.52.0。在。在医药医药上用作消化剂等。上用作消化剂等。2.Structure of amino acids20 common AAs in proteinL-氨基酸氨基酸(除除脯氨酸脯氨酸和和甘氨酸甘氨酸外外)结构通式结构通式肽键或酰氨键肽键或酰氨键旋光性旋光性L 和和 D 指的是氨基酸的旋光性。指的是氨基酸的旋光性。旋光性是分子构象（三维结构级别）上的区旋光性是分子构象（三维结构级别）上的区别，所以无论是别，所以无论是L型还是型还是D型的分子式都是
10、一样的。型的分子式都是一样的。当普通光通过一个偏振的当普通光通过一个偏振的透镜透镜或或尼科尔棱镜尼科尔棱镜时，一部分光就被挡住了，只有时，一部分光就被挡住了，只有振动方向与棱镜晶轴平行的光才能通过。这种只在一个平面上振动的光称为振动方向与棱镜晶轴平行的光才能通过。这种只在一个平面上振动的光称为平面偏振光。简称平面偏振光。简称偏振光偏振光。偏振光的振动面化学上习惯称为偏振面。当平面。偏振光的振动面化学上习惯称为偏振面。当平面偏振光通过手性化合物溶液后，偏振面的方向就被旋转了一个角度。这种能偏振光通过手性化合物溶液后，偏振面的方向就被旋转了一个角度。这种能使偏振面旋转的性能称为旋光性使偏振面旋转的
11、性能称为旋光性(optical activity)。任何一种化合物，只要能用适当的化学方法证明它具有与任何一种化合物，只要能用适当的化学方法证明它具有与L甘油醛类似的结构，甘油醛类似的结构，那么，不管它对偏振光的作用是左旋的还是右旋的，都被认为属于那么，不管它对偏振光的作用是左旋的还是右旋的，都被认为属于L系列，并系列，并在它的名称前冠以在它的名称前冠以L。后来发现，过去认为是左旋形态的酒石酸原来属于。后来发现，过去认为是左旋形态的酒石酸原来属于D系系列，而不属于列，而不属于L系列。现在，凡在结构上属于系列。现在，凡在结构上属于D系列而使光向左转动的化合物，系列而使光向左转动的化合物，我们就在
12、它的名称前面冠以我们就在它的名称前面冠以D（）；同样，有些化合物则要冠以（）；同样，有些化合物则要冠以D（）、（）、L（）和（）和L（）。（）。手性化合物手性化合物都具有旋光性。都具有旋光性。a-Amino Acids are Most Ubiquitous in NatureOONHHHa-Amino AcidaOONHb-Amino AcidHNabOOHb-Amino AcidNabHHg-amino acidWith the Exception of Glycine,a-Amino Acids are Chiral MoleculesGlycinehas no stereogenic
13、center and is therefore achiralAll Other A.A.shave a chiral center一个化合物的分子与其镜像不能互相叠合，则必然存在一个与镜像相应的化合物，这两个化合物之间的关系，相当于左手和右手的关系，即互相对映。这种互相对应的两个化合物成为对映异构体（enantiomers）。这类化合物分子便是手性分子（chiral molecule）。蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸Amino Acids Exist as Zwitterions/兼性离子What evidence do we have for this behavior蛋白质在溶液中的游离状态受
14、溶液pH值的影响,在酸性环境中,蛋白质分子电离成阳离子,在碱性环境中,则电离成阴离子,蛋白质在某一pH值的溶液中所带正、负电荷的量相等时,被称为兼性离子(两性离子)。Properties of Glycine Reflectits Zwitterionic StructureHigh Water Solubilityglycine is soluble in water but not in non-polar solvents.High Melting Pointwhen heated to 233C it decomposes before it melts.Section 2:class
15、ification of amino acids依照依照R基化学结构：基化学结构：脂肪族氨基酸：脂肪族氨基酸：（1）中性氨基酸：）中性氨基酸：Gly,Ala,Val,Lue,Ile（2）含硫或羟基氨基酸：）含硫或羟基氨基酸：Ser,Thr,Cys,Met(3)酸性氨基酸及其酰氨：酸性氨基酸及其酰氨：Asp,Asn,Glu,Gln(4)碱性氨基酸：碱性氨基酸：Lys,Arg芳香族氨基酸：芳香族氨基酸：Phe,Tyr,Trp杂环族氨基酸：杂环族氨基酸：His,ProAccording to the polarity of R group1.Non-polar side chainsR基为疏水性的
16、2.Polar but non-ionized side chains3.acidic side chains-4.basic side chains+Amino Acids NonpolarAmino Acids Polar&ChargedGlyModified Amino Acids非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸Section 3:Acid-Base Behavior of Amino AcidsAmino Acids Can Act as Acids and BasesSection 3:Acid-Base Behavior of Amino AcidsThe Overall Charge
17、 of Amino AcidsChanges as a Function of pHThe net charge of AAs dependent on pH.解离常数解离常数(pK)是水溶液中具有一定离解度的溶质的极性参是水溶液中具有一定离解度的溶质的极性参数。解离常数给予分子的酸性或碱性以定量的量度，数。解离常数给予分子的酸性或碱性以定量的量度，pKa减小，对于质子给予体来说，其酸性增加；对于质子接受减小，对于质子给予体来说，其酸性增加；对于质子接受体来说，其碱性增加。体来说，其碱性增加。pK=PH+log电子受体电子受体/电子供体电子供体 Titration Curve of Alani
18、nepI:the pH at which the number of positive and negative charges on a population of molecules is equal(i.e.no net charge).pK1 carboxylic acid=2.34pK2 amino group=9.69pI=(pK1+pK2)/2=6.02K1：-COOH解离常数解离常数A0H+/A+K2：-NH3+解离常数解离常数A-H+/A0A0=A-A0=A+R基不解离基不解离pK1为为2-3pK2为为9-10Titration Curve of Glutamic Acidp
19、K1 carboxylic acid=2.2pK2 R group=4.3pK3 amino group=9.7pI=(pK1+pK2)/2 =(2.2+4.3)/2 =3.25可解离可解离R基氨基酸：基氨基酸：pK1 carboxylic acid=2.2pK2 amino group=9.0pK3 R group=10.5pI=(pK2+pK3)/2 =(9+10.5)/2 =9.75Titration Curve of LysineOnly histidine providing significant buffering power near the physiological neu
20、tral pH.Why?Increasing pH在生理（在生理（pH7）时，缓冲容量只有在接近）时，缓冲容量只有在接近pK1在显现出来：在显现出来：His：pK1为为6，在，在pH7附近有明显缓冲作用。附近有明显缓冲作用。Isoelectric Point等电点Isoelectric point The pH value at which the net electric charge of an elementary entity is zero.氨基酸所带净电荷为0时的pH值.等电点：两性离子所带电荷因溶液的pH值不同而改变，当两性离子正负电荷数值相等时，溶液的pH值即其等电点。在氨基酸
21、溶液中存在如下平衡，在一定的PH值溶液中，正离子和负离子数量相等且浓度都很低，而偶极浓度最高，此时电解以偶极离子形式存在，氨基酸不移动。这时溶液的PH值便是该氨基酸的等电点。Charge of amino acids depend on pHpHpI-pH=pI0pHpI+氨基酸的化学反应氨基酸的化学反应Reaction of Ninhydrin with a-Amino AcidsFormation of a purple color（max=570nm）Pro、Hy-Pro forms a yellow colour with ninhydrin(max=440nm)不释放不释放NH3茚三
22、酮反应茚三酮反应（P139）NinhydrinAmino acidNinhydrinPurple pigment酸性条件下，氧化脱氨、氧化脱羧：酸性条件下，氧化脱氨、氧化脱羧：茚三酮茚三酮+氨氨+还原茚三酮还原茚三酮测压法，参加反应氨基酸量测压法，参加反应氨基酸量氨基酸的光谱性质：氨基酸的光谱性质：测定被分子与原子吸收或发射的不同频率能量。测定被分子与原子吸收或发射的不同频率能量。在可见光区无光吸收，在红外与远紫外区有光吸收。在可见光区无光吸收，在红外与远紫外区有光吸收。Protein have maximum UV absorption at 280nm.AAmax Phe2572.0102
23、Tyr2751.4103Trp2805.6103UV absorption of amino acids（P145）纸层析、柱层析：纸层析、柱层析：芳香族氨基酸芳香族氨基酸近紫外区近紫外区Section 4:Separation of amino acidsChromatography/层析l分配层析:柱层析,纸层析l离子交换层析l气相层析l高效液相层析(HPLC)Column chromatographyQuestions?氨基酸的结构氨基酸的结构,种类种类,名称名称(三字母三字母,单字母单字母)根据侧链基团极性分类根据侧链基团极性分类 氨基酸的等电点氨基酸的等电点紫外吸收紫外吸收,茚三酮反
24、应茚三酮反应蛋白质水解种类与特点蛋白质水解种类与特点认知与神经发育课题组认知与神经发育课题组本实验室主要侧重于从遗传、代谢与环境等不同角度解析本实验室主要侧重于从遗传、代谢与环境等不同角度解析神经发育疾病的可能致病机理。为此，主要采用具有丰富神经发育疾病的可能致病机理。为此，主要采用具有丰富神经发育研究背景的经典模式动物秀丽线虫神经发育研究背景的经典模式动物秀丽线虫（CaenorhabditisCaenorhabditis eleganselegans）作为我们的研究体系，并围）作为我们的研究体系，并围绕动物抉择与社会性行为的神经环路与分子调控机制开展绕动物抉择与社会性行为的神经环路与分子调控
25、机制开展相关研究工作。相关研究工作。研究方向研究方向1：动物抉择行为（：动物抉择行为（decision-making）神经环路与分子调控机制）神经环路与分子调控机制神经发育疾病的机理、预防与治疗，一直是医学与神经科学领域的研神经发育疾病的机理、预防与治疗，一直是医学与神经科学领域的研究侧重与困惑。一方面，神经发育疾病是多因素诱发的复杂疾病，其究侧重与困惑。一方面，神经发育疾病是多因素诱发的复杂疾病，其病因至少包括遗传、代谢与环境等方面。另一方面，作为神经发育疾病因至少包括遗传、代谢与环境等方面。另一方面，作为神经发育疾病的临床重要病症或性状的抉择与社会性行为的内在调控尚不完全清病的临床重要病症
26、或性状的抉择与社会性行为的内在调控尚不完全清楚。楚。针对动物抉择（针对动物抉择（decision-makingdecision-making）行为的调控机制研究，在过去的）行为的调控机制研究，在过去的十多年研究中，利用临床病例、灵长类与大鼠及果蝇等模型确认了抉十多年研究中，利用临床病例、灵长类与大鼠及果蝇等模型确认了抉择调控的关键相关脑区，但是在特定模式动物中其调控的神经环路，择调控的关键相关脑区，但是在特定模式动物中其调控的神经环路，尤其是遗传与分子机理尚不清楚。目前，模式动物秀丽线虫尤其是遗传与分子机理尚不清楚。目前，模式动物秀丽线虫（CaenorhabditisCaenorhabditi
27、s eleganselegans）中已经建立了完善的抉择研究模型。）中已经建立了完善的抉择研究模型。所关注的科学问题：所关注的科学问题：基于针对神经递质与神经肽及其受体及其他七次跨膜受体蛋白功能的研究，基于针对神经递质与神经肽及其受体及其他七次跨膜受体蛋白功能的研究，解析与确认抉择行为调控的神经环路。解析与确认抉择行为调控的神经环路。基于目前鉴定的神经发育疾病孤独症连锁相关基因，深入解析相关的神经基于目前鉴定的神经发育疾病孤独症连锁相关基因，深入解析相关的神经突触组装与功能调节基因可能参与抉择行为调控的分子与遗传机制。突触组装与功能调节基因可能参与抉择行为调控的分子与遗传机制。基于秀丽线虫中系
28、列信号转导通路的系统研究背景，解析参与动物抉择行基于秀丽线虫中系列信号转导通路的系统研究背景，解析参与动物抉择行为调控的信号转导通路及其分子机制。为调控的信号转导通路及其分子机制。基于秀丽线虫所具有的兴奋性与抑制性神经元平衡体系，解析兴奋性与抑基于秀丽线虫所具有的兴奋性与抑制性神经元平衡体系，解析兴奋性与抑制性神经元平衡在动物正常抉择行为形成过程中的重要功能。制性神经元平衡在动物正常抉择行为形成过程中的重要功能。基于表观遗传与应激保护机制的重要功能，解析表观遗传与应激保护机制基于表观遗传与应激保护机制的重要功能，解析表观遗传与应激保护机制可能参与动物抉择行为调控的分子与遗传机制。可能参与动物抉
29、择行为调控的分子与遗传机制。基于针对脂肪积累与糖原代谢关键酶在神经元中功能的研究，解析代谢信基于针对脂肪积累与糖原代谢关键酶在神经元中功能的研究，解析代谢信号调控动物抉择行为的分子与遗传机制。号调控动物抉择行为的分子与遗传机制。研究方向研究方向2 2：动物社会性行为（：动物社会性行为（social behaviorsocial behavior）神经环路与分子调控机制）神经环路与分子调控机制背景：背景：社会性行为缺陷是众多神经发育疾病重要的临床表现，然而目前社会性行为缺陷是众多神经发育疾病重要的临床表现，然而目前我们对于社会性行为的神经生物学基础尚所知甚少。在模式生物秀丽我们对于社会性行为的神
30、经生物学基础尚所知甚少。在模式生物秀丽线虫（线虫（CaenorhabditisCaenorhabditis eleganselegans）中，国际上经过十多年的研究已经）中，国际上经过十多年的研究已经解析了神经肽受体解析了神经肽受体NPR-1NPR-1调控动物社会性行为形成的部分神经环路及调控动物社会性行为形成的部分神经环路及分子机制，但是其社会性行为调控的完整神经环路以及分子机制还远分子机制，但是其社会性行为调控的完整神经环路以及分子机制还远不清楚。不清楚。所关注的科学问题：所关注的科学问题：基于神经肽受体基于神经肽受体NPR-1现有的研究背景，系统解析相应神经肽及现有的研究背景，系统解析相
31、应神经肽及其受体其受体NPR-1调控动物社会性行为的神经环路及分子机制。调控动物社会性行为的神经环路及分子机制。基于基于TGF-信号在动物社会性行为调控中的可能重要角色，深入解信号在动物社会性行为调控中的可能重要角色，深入解析析TGF-信号通路调控动物社会性行为所经由的神经环路以及分子机信号通路调控动物社会性行为所经由的神经环路以及分子机制。制。基于针对其他神经递质及其受体功能的研究，解析与确认动物社基于针对其他神经递质及其受体功能的研究，解析与确认动物社会性行为调控的其余神经环路。会性行为调控的其余神经环路。基于目前鉴定的神经发育疾病孤独症连锁相关基因，深入解析相基于目前鉴定的神经发育疾病孤
32、独症连锁相关基因，深入解析相关的神经突触组装与功能调节基因可能参与社会性行为调控的分子与关的神经突触组装与功能调节基因可能参与社会性行为调控的分子与遗传机制。遗传机制。研究方向研究方向3 3：基于模式动物秀丽线虫的纳米毒理学（：基于模式动物秀丽线虫的纳米毒理学（nanotoxicologynanotoxicology）研究）研究背景：背景：纳米材料的生物安全性及其毒作用机理是当前广受关注的社会问纳米材料的生物安全性及其毒作用机理是当前广受关注的社会问题与科学问题。秀丽线虫（题与科学问题。秀丽线虫（CaenorhabditisCaenorhabditis eleganselegans）因为其作为
33、环）因为其作为环境暴露毒性效应替代评价生物的重要价值，境暴露毒性效应替代评价生物的重要价值，20092009年始逐渐被应用到纳年始逐渐被应用到纳米毒理研究领域。米毒理研究领域。所关注的科学问题：所关注的科学问题：解析不同纳米尺度以及不同纳米材料毒性差异的内在分子机制。解析不同纳米尺度以及不同纳米材料毒性差异的内在分子机制。解析针对不同纳米材料敏感的遗传背景，并分析其敏感可能的机解析针对不同纳米材料敏感的遗传背景，并分析其敏感可能的机制。制。解析特定纳米材料的致神经系统发育与功能的毒性效应及其毒作解析特定纳米材料的致神经系统发育与功能的毒性效应及其毒作用机理。用机理。解析特定纳米材料致动物代谢紊乱及其毒作用机理。解析特定纳米材料致动物代谢紊乱及其毒作用机理。解析特定纳米材料对于重要信号转导通路及其功能的影响。解析特定纳米材料对于重要信号转导通路及其功能的影响。解析特定纳米材料在动物体内以及世代间转运的特点以及分子机解析特定纳米材料在动物体内以及世代间转运的特点以及分子机制。制。One worm,one dreamOur time,our teamLaboratory of Cognitive and Neuronal Development20112010200920082007