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1、,绪 论,1,生物化学是用化学的原理和方法，从分子水平来研究生物体的化学组成，及其在体内的代谢转变规律从而阐明生命现象本质的一门科学。,2,生命的共同“语言” 化学,生命的化学，化学的生命,3,一、生物化学发展简史 二、生物化学研究内容 三、生物化学与医学 四、本学期课程要求和考核办法,4,生化的发展过程大致可分为三个阶段：,第一阶段：静态/叙述生物化学阶段,第二阶段：动态生物化学阶段,第三阶段：分子生物学时期,生物化学是一门既古老又年轻的学科。“,5,詹姆斯沃森（James D. Watson）,1953年 Watson（美）与 Crick（英）提出DNA分子的双螺旋结构模型，1962年共获
2、诺贝尔奖。,弗朗西斯克里克（Francis H. Crick）,6,法国科学家利用基因技术“制造”出了一只可以发出绿色荧光的兔子“Alba”。在实验中，科学家们应用了受精卵显微注射技术，他们首先从一种水母身上采集了一种荧光蛋白，然后进行了基因改良，使它的发光率比原先提高了两倍，然后再将这种基因植入到了兔子的受精卵中，由此培养出了会发光的兔子Alba。在普遍光线下，它看上去与其它同类没有区别，但是在较暗的光线下，它的身体就会放射出奇异的绿光来。,7,8,1998年，中国人-曹谊林在美国麻省大学查里斯文森提(Charles Vacanti)的实验室创造该奇迹。,9,1309元/支，14支/盒，21
3、天1个疗程,重组人血管内皮抑制素为血管生成抑制类新生物制品，其作用机理是通过抑制形成血管的内皮细胞迁移来达到抑制肿瘤新生血管的生成，阻断了肿瘤细胞的营养供给，从而达到抑制肿瘤增殖或转移目的。,世界上首例血管内皮抑制素抗癌新药,10,费用300-400元/张；几天完成； 13个核心位点重复率千亿分之一； 基本不会泄漏个人遗传信息,11,12,生物化学研究内容,生物大分子的结构与功能 物质代谢及其调节 遗传信息的传递及其调控 专题篇,13,生物化学与医学,生物化学的理论与技术已渗透到医学科学的各个领域 生物化学与分子生物学在生命科学中占有重要的地位 生物化学的发展促进了疾病病因、诊断和治疗的研究,
4、14,教学安排：,课时：理论76 实验40 考核模式：教考分离,15,16,参考书,1 .生物化学 主编 查锡良, 人民卫生出版社 2008年 2. 医学细胞与分子生物学 主编 陈诗书等科学出版社2004年 3. 生物化学 主编 王镜岩等高等教育出版社2002年 4.生物化学 主编 刘新光等 科学出版社 2007年 5. Berg J M , et al . Biochemistry.5th ed. 2002 6. Lehninger A , et al . Lehninger Principles of Biochemistry. 3rd ed. 7. Murray R K, et al.
5、Harpers Biochemistry,25th ed. 2000.（英文影印本）北京：科学出版社. .,16,推荐网站, 丁香园 生物谷,17,学习方法,万能方法：理解记忆,从大到小先：先抓西瓜后抓芝麻 即见点（深刻）又见面（系统）,18,蛋白质的结构与功能,第 一 章,Structure and Function of Protein,19,2013年执业医师考试大纲,20,蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。,21,蛋白质的生物学重要性,1. 蛋白质是生物体的重要组成成分 2. 蛋白质具有重要的
6、生物学功能 1）作为生物催化剂 2）代谢调节作用 3）免疫保护作用 4）物质的转运和存储 5）运动与支持作用 6）参与细胞间信息传递 3. 氧化供能,22,蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein,第 一 节,23, 蛋白质的元素组成,主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白质含有少量P或金属元素Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo，个别蛋白质还含有 I 。,24,蛋白质的含氮量平均为16。,通过样品含氮量计算蛋白质含量的公式：, 蛋白质元素组成的特点,100克样品中蛋白质的含量 (g %) = 每克样品含氮克数 6.25100,1/16%,25,一、氨基
7、酸 蛋白质的基本组成单位,存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。,26,27,非极性脂肪族氨基酸 极性中性氨基酸 芳香族氨基酸 酸性氨基酸 碱性氨基酸,二、氨基酸的分类,28,非极性脂肪族氨基酸,29,2. 极性中性氨基酸,30,3. 芳香族氨基酸,31,4. 酸性氨基酸,5. 碱性氨基酸,32,几种特殊氨基酸 Gly：无手性碳原子。 Pro：为环状亚氨基酸。 Cys：可形成二硫键。,33,三、氨基酸的理化性质,1. 两性解离及等电点,2. 紫外吸收,3. 茚三酮反应,34,pH=pI,pHpI,pHpI,氨基酸的兼性离子,阳离
8、子,阴离子,35,芳香族氨基酸的紫外吸收,36,37,四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的 多肽链,* 肽键(peptide bond)：是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。,（一）肽(peptide),38,+,甘氨酰甘氨酸,肽键,39,肽 二肽，三肽 寡肽(oligopeptide)，多肽(polypeptide) 氨基酸残基(residue) 多肽链(polypeptide chain) 氨基末端（amino terminal）和羧基末端（carboxyl terminal）,40,多肽链,41,多肽链,42,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,43,（二） 几种
9、生物活性肽,1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH),结构:,44,谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽 谷氨酸的-羧基形成肽键 SH为活性基团 为酸性肽 是体内重要的还原剂,45,GSH过氧化物酶,GSH还原酶,NADPH+H+,NADP+,主要功能:,46,肽类激素：如促甲状腺素释放激素（TRH）,神经肽(neuropeptide),2. 肽类激素及神经肽,47,蛋 白 质 的 分 子 结 构The Molecular Structure of Protein,第 二 节,48,蛋白质的分子结构包括： 一级结构 (primary structure) 二级结构 (secondary
10、 structure) 三级结构 (tertiary structure) 四级结构 (quaternary structure),49,定义： 蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。,一、蛋白质的一级结构,主要化学键：肽键 二硫键的位置属于一级结构研究范畴。,50,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。,胰岛素的一级结构,30,21,51,二、蛋白质的二级结构,蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。,定义：,稳定因素： 氢键,52,蛋白质二级结构的主要形式,-螺旋 ( -helix ) -折叠 ( -ple
11、ated sheet ) -转角 ( -turn ) 无规卷曲 ( random coil ),53,（一）肽单元 (peptide unit),参与组成肽键的6个原子位于同一平面，又叫酰胺平面或肽键平面。它是蛋白质构象的基本结构单位。,54,H,H,H,H,55,56,（二）-螺旋,结构要点: 多肽链主链围绕中心轴形成 右手螺旋，侧链伸向螺旋外侧。 每圈螺旋含3.6个氨基酸，螺距为0.54nm。 每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形成的氢键保持螺旋稳定。氢键与螺旋长轴基本平行。 侧链伸出螺旋。,57,58,59,60,（三）-折叠,多肽链充分伸展，相邻肽单元之间折叠成锯齿状结构，侧链位于锯
12、齿结构的上下方。 两段以上的 -折叠结构平行排列 ，两链间可顺向平行，也可反向平行 。 两链间的肽键之间形成氢键，以稳固 -折叠结构。氢键与螺旋长轴垂直。,61,62,63,64,（四）-转角和无规卷曲,-转角：,无规卷曲：没有确定规律性的肽链结构。, 肽链内形成180回折。 含4个氨基酸残基，第一个氨基酸残基与第四个形成氢键。 第二个氨基酸残基常为Pro。,65,-转角：,66,（五）模体,蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个具有特殊功能的空间构象，被称为模体(motif)。,67,螺旋环螺旋,锌指,68,（六）影响二级结构形成的因素,氨基酸侧链所带电荷 、
13、大小及形状。,影响-螺旋形成的因素：, -折叠形成条件： 要求氨基酸侧链较小。,69,三、蛋白质的三级结构,疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。,稳定因素：,整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。,（一）定义,70,71,肌红蛋白 (Mb),72,纤连蛋白分子的结构域,（二）结构域 (domain),大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行其功能，称为结构域。,73,结构域,Triose phosphate isomerase,74,（三）分子伴侣 (chaperon),通过提供一个保护环境从
14、而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构的一类蛋白质。,* 可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可使肽链正确折叠。,* 与错误聚集的肽段结合，诱导其正确折叠。,* 对蛋白质分子中二硫键的正确形成起重要的作用。,作用：,75,伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用,76,亚基之间的结合力主要是氢键和离子键。,四、蛋白质的四级结构,蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。,每条具有完整三级结构的多肽链，称为亚基 (subunit)。,77,血红蛋白（Hb）的四级结构,78,79,五、蛋白质的分类,根据蛋白质组成成分:,根据蛋白质形状:,80,蛋白质
15、结构与功能的关系 The Relation of Structure and Function of Protein,第 三 节,81,（一）一级结构是空间构象的基础,一、蛋白质一级结构与功能的关系,82,天然状态，有催化活性,尿素、-巯基乙醇,去除尿素、 -巯基乙醇,非折叠状态，无活性,83,（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能,84,（三）氨基酸序列提供重要的生物化学信息,一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素(cytochrome C)，比较它们的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。,85,（四）一级结构改变可引起疾病,例：镰刀形红细胞贫血:Hb,86,这种由蛋白质分子
16、发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。,87,（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构,二、蛋白质空间结构与功能的关系,88,89,Hb与Mb一样能可逆地与O2结合， Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度）随O2浓度变化而改变。,（二）血红蛋白的构象变化与结合氧,90,肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线,91,* 协同效应(cooperativity),一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。 促进作用称为正协同效应 (positive cooperativity) 抑制作用称为负协同效应 (negative cooperativity),92,93,血红素与氧结合后，铁原子半径变小，就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链位置的变动。,94,变
