第3章蛋白质与核酸.ppt

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1、第3章蛋白质与核酸现在学习的是第1页，共37页v蛋白质和核酸是细胞中最重要的生物大分子蛋白质和核酸是细胞中最重要的生物大分子v蛋白质是由蛋白质是由20种氨基酸构成种氨基酸构成v核酸是由核酸是由4种核苷酸或种核苷酸或4种脱氧核苷酸构成种脱氧核苷酸构成v蛋白质和核酸的复杂性在于其构成单体的组蛋白质和核酸的复杂性在于其构成单体的组成和序列的不同成和序列的不同v由蛋白质和核酸组成的复合体称为核蛋白，由蛋白质和核酸组成的复合体称为核蛋白，具有重要的生物学功能具有重要的生物学功能v共价的和非共价的相互作用对维持蛋白质和共价的和非共价的相互作用对维持蛋白质和核酸的结构起重要的作用核酸的结构起重要的作用v生物

2、大分子中，只有核酸能够复制，但需要生物大分子中，只有核酸能够复制，但需要多种蛋白质（酶）的参与。多种蛋白质（酶）的参与。现在学习的是第2页，共37页 第一节第一节 氨基酸氨基酸氨基酸是蛋白质的构成的结构单元氨基酸是蛋白质的构成的结构单元.蛋白质由蛋白质由20种氨基酸构种氨基酸构成成,由于氨基酸序列不同而使不同的蛋白质有不同的结构与由于氨基酸序列不同而使不同的蛋白质有不同的结构与功能功能.氨基酸由于不对称氨基酸由于不对称C原子的存在原子的存在,可分为可分为L型和型和D型型.天然蛋白天然蛋白质中的氨基酸均为质中的氨基酸均为L型氨基酸。型氨基酸。CH3 CH3 H2N CCOOH HOOC CNH2

3、 H H L型型 D型型构象构象构型构型现在学习的是第3页，共37页1 氨基酸的理化特性氨基酸的理化特性氨基酸是构成蛋白质的结构单体。生物体内的蛋白质中共发氨基酸是构成蛋白质的结构单体。生物体内的蛋白质中共发现有现有2020种氨基酸种氨基酸,其构型均为其构型均为L-L-型型.氨基酸在水溶液中呈两性电解质的特性氨基酸在水溶液中呈两性电解质的特性.不同的氨基本的不同的氨基本的p pI值不同值不同,可用于不同氨基酸的分离可用于不同氨基酸的分离.R R H2N CCOOH H3N CCOO +H H现在学习的是第4页，共37页 2.氨基酸的分类氨基酸的分类v酸性氨基酸酸性氨基酸(带负电荷带负电荷)：天

4、冬氨酸天冬氨酸,谷氨酸谷氨酸 CH2COOCOO-CH2CH2COO H3N+CCOOCCOO-H3N+CCOOCCOO-H Hv碱性氨基酸碱性氨基酸(带正电荷带正电荷)：组氨酸组氨酸,赖氨酸赖氨酸,精氨酸精氨酸 H NH2 HN N+H (CH2)4NN+H H3 3 (CH(CH2 2)3 3 N N C C NHNH2 2 H3N+CCOOCCOO-H3N+CCOOCCOO-H3N+CCOOCCOO-H H H H H H现在学习的是第5页，共37页极性氨基酸极性氨基酸(带亲水基团带亲水基团)丝氨酸丝氨酸 苏氨酸苏氨酸 天冬酰胺天冬酰胺 CH2OH HO CHCH3 CH2CO NH2H

5、3N+CCOOCCOO-H3N+CCOOCCOO-H3N+CCOOCCOO-H H H (CH2)2 CO CH2SHSH NH2 H3N+CCOOCCOO-H3N+CCOOCCOO-H H 谷氨酰胺谷氨酰胺 半胱氨酸半胱氨酸现在学习的是第6页，共37页非极性氨基酸非极性氨基酸(带疏水基团带疏水基团)甘氨酸甘氨酸 丙氨酸丙氨酸 缬氨酸缬氨酸 甲硫氨酸甲硫氨酸 H CH3 CH (CH3)2 (CH2)2 SCHSCH3 3 H3N+CCOOCCOO-H3N+CCOOCCOO-H3N+CCOOCCOO-H3N+CCOOCCOO-H H H H H CH3 CH2C(CHC(CH3 3)2 2 H

6、 C CH2 CHCH3 3 H2+N COOCOO-H3N+CCOOCCOO-H3N+CCOOCOO-H H H 脯氨酸脯氨酸 亮氨酸亮氨酸 异亮氨酸异亮氨酸 现在学习的是第7页，共37页芳香族氨基酸芳香族氨基酸(带芳香基团带芳香基团)苯丙氨酸苯丙氨酸 酪氨酸酪氨酸 色氨酸色氨酸 OH CH2 CH2 CH2 H3N+CCOOCCOO-H3N+CCOOCCOO-H3N+CCOOCCOO-H H H H H H 紫外吸收高峰紫外吸收高峰 280 nm NH现在学习的是第8页，共37页 第二节第二节 蛋白质结构蛋白质结构1.蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的大分

7、子蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的大分子.蛋白质形状：球蛋白与纤维蛋白蛋白质形状：球蛋白与纤维蛋白.轴比轴比=长轴长轴/短轴短轴 分子量大小：几千至几百万道尔顿分子量大小：几千至几百万道尔顿.蛋白质一级结构蛋白质一级结构指构成蛋白质的氨基酸序列指构成蛋白质的氨基酸序列(组成和排列顺序组成和排列顺序)H H H O H H H O H H R1 O R2 H R3 O R4 H R5 O N N端端 C C端端 R1、R2、R3、R4、R5 氨基酸残基侧链氨基酸残基侧链 肽键肽键现在学习的是第9页，共37页2.2.蛋白质二级结构蛋白质二级结构蛋白质的二级结构是由多肽链蛋白质的二级结构是由多肽链

8、(主链主链)上羰基和氨基通过氢键上羰基和氨基通过氢键连接而形成的结构。二级结构包括连接而形成的结构。二级结构包括-螺旋螺旋,-折叠片和三股螺旋折叠片和三股螺旋.H H H O H H H O H H H O H RH R1 1 O RO R2 2 H RH R3 3 O RO R4 4 H R H R5 5 O O R R6 6 -螺旋的形成螺旋的形成现在学习的是第10页，共37页-螺旋示意图螺旋示意图（右手螺旋）（右手螺旋）现在学习的是第11页，共37页-折叠片（反向平行）折叠片（反向平行）H H H O H H H H O H H H O H RH R1 1 O RO R2 2 H H R

9、 R3 3 O RO R4 4 H RH R5 5 O RO R6 6 O R R6 6 H H R R5 5 O R R4 4 H R R3 3 O R R2 2 H H R R1 1 H H O H H O H H H O H H H O H H O H O H H H 现在学习的是第12页，共37页-折叠片折叠片(反向平行反向平行)现在学习的是第13页，共37页-折叠片（平行）折叠片（平行）H H H O H H H O H H RH R1 1 O RO R2 2 H RH R3 3 O R O R4 4 H R H R5 5 O O H H H O H H H O H H RH R1

10、1 O RO R2 2 H RH R3 3 O RO R4 4 H R H R5 5 O O 现在学习的是第14页，共37页-折叠片（平行）折叠片（平行）现在学习的是第15页，共37页 三股螺旋三股螺旋 H H H O H H H O H H RH R1 1 O RO R2 2 H RH R3 3 O R O R4 4 H R H R5 5 O O H H H O H H H O H H RH R1 1 O RO R2 2 H RH R3 3 O RO R4 4 H R H R5 5 O O H H H O H H H O H H RH R1 1 O RO R2 2 H RH R3 3 O R

11、 O R4 4 H R H R5 5 O O现在学习的是第16页，共37页三股螺旋三股螺旋现在学习的是第17页，共37页3.蛋白质三级结构蛋白质三级结构蛋白质三级结构是由一条多肽链上侧链基团通过二硫键、疏蛋白质三级结构是由一条多肽链上侧链基团通过二硫键、疏水作用、盐桥、氢键、和范德华力等相互作用而形成的空水作用、盐桥、氢键、和范德华力等相互作用而形成的空间分布，即三维结构间分布，即三维结构(构象构象).现在学习的是第18页，共37页4.四级结构四级结构：在多条多肽链组成的蛋白质中，每一条多肽链称为一在多条多肽链组成的蛋白质中，每一条多肽链称为一个亚基；不同亚基之间的相互空间关系称为四级结个亚基

12、；不同亚基之间的相互空间关系称为四级结构。四级结构包括亚基组成及亚基之间的空间分布构。四级结构包括亚基组成及亚基之间的空间分布。现在学习的是第19页，共37页第三节第三节 核核 酸酸 核酸是脱氧核苷酸或核苷酸的多聚体核酸是脱氧核苷酸或核苷酸的多聚体.细胞内的核酸包细胞内的核酸包括两类括两类,即即DNA 和和 RNA 碱基碱基 +2-脱氧核糖脱氧核糖 2-脱氧核苷脱氧核苷 脱氧核苷酸脱氧核苷酸 DNA 磷酸磷酸 碱基碱基 +核糖核糖 核苷核苷 核苷酸核苷酸 RNARNA（核糖核酸）（核糖核酸）磷酸磷酸现在学习的是第20页，共37页 现在学习的是第21页，共37页POHOOH核苷酸或脱氧核苷酸核苷

13、酸或脱氧核苷酸现在学习的是第22页，共37页核苷酸链或脱氧核苷酸链核苷酸链或脱氧核苷酸链现在学习的是第23页，共37页DNA 5-ATGCCGATTGACCTGAT-3 3-TACGGCTAACTGGACTA-5 RNA 5-AUGCCGAUUGACCUGAU-3OD260=20(DNA 1 mg/ml);OD260=25(RNA 1 mg/ml)；纯纯DNA的的OD260/OD280为为1.8左右左右;纯纯RNA的的OD260/OD280 为为2.0左右左右.现在学习的是第24页，共37页3.1 DNA的结构和性质的结构和性质DNA的基本结构的基本结构(双螺旋双螺旋)DNA双螺旋结构的特点双

14、螺旋结构的特点 互补配对：互补配对：A-T,G-C 每圈每圈10对脱氧核苷酸对脱氧核苷酸 右手螺旋，直径右手螺旋，直径 2.0 nm 相邻两碱基间距相邻两碱基间距0.34 nm 每条每条DNA单链存在极性：单链存在极性：5游离磷酸基团游离磷酸基团 3游离羟基基团游离羟基基团现在学习的是第25页，共37页3.2 DNA 结构的稳定性结构的稳定性 维持维持DNA结构稳定的主要因素结构稳定的主要因素v氢键：氢键：A-T配对配对2个氢键，个氢键，G-C配对配对3个氢键。个氢键。v疏水作用：由碱基的疏水性所导致，使双螺旋的碱疏水作用：由碱基的疏水性所导致，使双螺旋的碱 基对位于内部，糖基对位于内部，糖-

15、磷酸骨架磷酸骨架(主链主链)外露。外露。v碱基堆积：双螺旋中的碱基对平行排列，呈紧密堆碱基堆积：双螺旋中的碱基对平行排列，呈紧密堆 积状态，对双螺旋的稳定起协同作用。积状态，对双螺旋的稳定起协同作用。DNA的热稳定性的热稳定性v热变性：由双链热变性：由双链DNA变为单链变为单链DNA的过程称为变性。的过程称为变性。加热可使加热可使DNA碱基对逐渐解开，最终变性。碱基对逐渐解开，最终变性。v增色效应、减色效应、增色效应、减色效应、Tm值值现在学习的是第26页，共37页现在学习的是第27页，共37页3.3 DNA的理化特性的理化特性1 光谱学特性光谱学特性 吸收峰在吸收峰在260 nm处处 A26

16、0=1.00(双链双链DNA)A260=1.37(单链单链DNA)A260=1.60(游离核苷酸游离核苷酸)2 酸碱反应酸碱反应 中度酸性糖苷键受破坏中度酸性糖苷键受破坏(脱嘌呤或脱嘧啶脱嘌呤或脱嘧啶)碱性条件下会引起碱基的异构化而导致碱性条件下会引起碱基的异构化而导致 配对不正常配对不正常 强酸碱完全水解为其组分脱氧核苷酸强酸碱完全水解为其组分脱氧核苷酸 某些化学试剂可破坏碱基间的疏水作用某些化学试剂可破坏碱基间的疏水作用 而导致而导致DNA 变性变性3 粘滞性粘滞性 核酸是细长链分子，在溶液中粘滞性高，核酸是细长链分子，在溶液中粘滞性高，容易因机械力作用而断裂。容易因机械力作用而断裂。现在

17、学习的是第28页，共37页3.4 RNAvRNA是由核苷酸分子构成的单链核酸分子是由核苷酸分子构成的单链核酸分子vRNA由于链内区段存在互补序列而可能形成部分双链区，由于链内区段存在互补序列而可能形成部分双链区，构成构成RNA的二级结构。的二级结构。v生物体内的生物体内的RNA是以是以DNA为模板合成的，这一过程称为为模板合成的，这一过程称为转录，其序列与模板链互补。转录，其序列与模板链互补。v生物体内主要存在着三类生物体内主要存在着三类RNA，即，即mRNA、tRNA和和rRNA，其中，其中rRNA含量最多，含量最多，mRNA含量最少，且不同组织细含量最少，且不同组织细胞胞mRNA的组分各有

18、所不同。的组分各有所不同。v在不含在不含DNA的的RNA病毒中，病毒中，RNA是遗传物质。是遗传物质。v从最初的转录产物至成熟从最初的转录产物至成熟RNA，经过一系列的加工。，经过一系列的加工。现在学习的是第29页，共37页tRNA的链内互补配对及部分双链区的链内互补配对及部分双链区现在学习的是第30页，共37页RNA加工加工v所有的所有的RNA都是在细胞核中合成。都是在细胞核中合成。v绝大多数绝大多数RNA分子都是在细胞质中发挥作用。分子都是在细胞质中发挥作用。v刚从刚从DNA模板上转录出的模板上转录出的RNA产物称为产物称为RNA前体。前体。vRNA前体经过一系列的剪切、装配和修饰，成为成

19、熟的前体经过一系列的剪切、装配和修饰，成为成熟的mRNA、tRNA和和rRNA，进入细胞质中各自行使生物学功，进入细胞质中各自行使生物学功能。能。v除了除了mRNA、tRNA和和rRNA之外，还有一些小分子之外，还有一些小分子RNA分子，它们在基因表达的调控中可能发挥重要的作用。分子，它们在基因表达的调控中可能发挥重要的作用。这些小分子的活性这些小分子的活性RNA几乎不经过任何加工和修饰几乎不经过任何加工和修饰。现在学习的是第31页，共37页病病 毒毒 RNAv多数植物病毒、一些细菌病毒和动物肿瘤及感冒病毒多数植物病毒、一些细菌病毒和动物肿瘤及感冒病毒，以，以RNA作为遗传物质。作为遗传物质。

20、v病毒基因组包括单链病毒基因组包括单链RNA和双链和双链RNA。v单链单链RNA病毒又包括病毒又包括“+”链链RNA和和“”链链RNA病毒病毒v病毒病毒RNA的复制有两种方式：从的复制有两种方式：从RNA到到RNA途径途径 反转录途径反转录途径*从从RNA到到RNA途径途径(依赖于依赖于RNA的的RNA聚合酶催化聚合酶催化)：AUGCG UACGC AUGCG “+”或或“”链链 “”或或“+”链链 “+”或或“”链链 现在学习的是第32页，共37页*反转录反转录(依赖于依赖于RNA的的DNA聚合酶即反转录酶催化聚合酶即反转录酶催化)：现在学习的是第33页，共37页 第四节第四节 核酸测序核酸

21、测序4.1 化学测序法化学测序法(Maxam and Gilbert 法法)5-5-端或端或3-3-端标记端标记；碱基修饰碱基修饰：DMS to G,甲酸甲酸 to A and G,苯肼苯肼 to C and T,高盐苯肼高盐苯肼 to C.哌啶裂解哌啶裂解：在有限反应时间和浓度下，产生长短不在有限反应时间和浓度下，产生长短不 一的裂解产物一的裂解产物 电泳电泳：4 裂解反应产物裂解反应产物 测序胶凝胶电泳测序胶凝胶电泳 读序读序现在学习的是第34页，共37页 Chemical MethodMaxam and Gilbert现在学习的是第35页，共37页4.2 酶法测序酶法测序(Sanger法

22、法)v减法减法 反应体系反应体系-DNA聚合酶聚合酶,标记引物标记引物，dNTPs (其中一种减量其中一种减量),ssDNA(模板模板)。4个反应个反应(dNTPs各有一种减量各有一种减量),在有限时间在有限时间 内各产生不同长短的内各产生不同长短的DNA片段片段，终止处为所缺的终止处为所缺的NTP。测序胶凝胶电泳测序胶凝胶电泳和读序。和读序。v加法加法 反应体系反应体系-DNA聚合酶聚合酶,标记引物标记引物，dNTPs ddNTPs,ssDNA(模板模板)。4个反应个反应(各加一种各加一种ddNTP),在有限时间内各在有限时间内各 产生不同长短的产生不同长短的DNA片段片段，终止终止 处为所加入的处为所加入的ddNTP。测序胶凝胶电泳测序胶凝胶电泳和读序。和读序。现在学习的是第36页，共37页双脱氧核苷三磷酸双脱氧核苷三磷酸现在学习的是第37页，共37页