研究生班分子生物学综合课件2.ppt

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1、研究生班分子生物学综合课件2 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望考试内容：考试内容：1、蛋白质化学、蛋白质化学2、酶学、酶学3、细胞信号转导、细胞信号转导4、糖蛋白和蛋白聚糖、糖蛋白和蛋白聚糖5、核酸化学、核酸化学6、DNA生物合成与损伤修复生物合成与损伤修复7、RNA的生物合成和加工的生物合成和加工8、蛋白质生物合成、蛋白质生物合成9、基因表达调控、基因表达调控10、癌基因与抑癌基因、癌基因与抑癌基因11、基因工程的基本原理、基因工程的基本原理蛋白质

2、化学蛋白质化学第第 一一 章章一、氨基酸一、氨基酸 组成蛋白质的基本单位组成蛋白质的基本单位R氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式CNH2COOHH存存在在自自然然界界中中的的氨氨基基酸酸有有300余余种种，但但组组成成人人体体蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸仅仅有有20种种，且且均均属属 L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。1、非极性脂肪族氨基酸、非极性脂肪族氨基酸（疏水性）（疏水性）2、极性中性氨基酸、极性中性氨基酸（亲水性）（亲水性）3、芳香族氨基酸、芳香族氨基酸4、酸性氨基酸、酸性氨基酸5、碱性氨基酸、碱性氨基酸（一）氨基酸的分类（一）氨基酸的分类*20*20种氨基酸的英文名称、缩

3、写符号及分类如下种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:(1)Nonpolar aliphatic amino acids:Glycine Alanine Valine Leucine Isoleucine Proline甘氨酸甘氨酸丙氨酸丙氨酸缬氨酸缬氨酸亮氨酸亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸脯氨酸脯氨酸（非极性脂肪族）（非极性脂肪族）(1)Nonpolar aliphatic amino acids:Glycine Alanine Valine Leucine Isoleucine Proline(2)Polar neutral amino acids:Serine Threonine Cystei

4、ne Methionine Asparagine Glutamine（极性中性）（极性中性）丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸半胱氨酸半胱氨酸蛋氨酸（甲硫氨酸）蛋氨酸（甲硫氨酸）天冬酰胺天冬酰胺谷胺酰胺谷胺酰胺(3)Nonpolar aromatic amino acids:Phenylalanine Tyrosine Tryptophan非极性芳香族氨酸酸非极性芳香族氨酸酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸色氨酸色氨酸(3)Nonpolar aromatic amino acids:Phenylalanine Tyrosine Tryptophan(4)acidic amino acids（酸性氨基酸）酸性

5、氨基酸）Aspartic acid （天冬氨酸）天冬氨酸）Glutamic aicd （谷氨酸）谷氨酸）(3)Nonpolar aromatic amino acids:Phenylalanine Tyrosine Tryptophan(4)acidic amino acids:Aspartic acid Glutamic aicd(5)basic amino acid（碱性氨基酸）（碱性氨基酸）Lysine Arginine Histidine赖氨酸赖氨酸精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸特殊氨基酸：特殊氨基酸：脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）CH2CHCOO-NHCH2CH2CH2CHCOO-N

6、HCH2CH2（二）氨基酸的主要理化性质（二）氨基酸的主要理化性质 1、氨基酸两性解离和等电点：、氨基酸两性解离和等电点：1）两性解离：）两性解离：AANH2COOHAANH3COOHAANH2COO-+AA（二）氨基酸的主要理化性质（二）氨基酸的主要理化性质 1、氨基酸两性解离和等电点：、氨基酸两性解离和等电点：1）两性解离：）两性解离：AANH2COOHAANH3COOHAANH2COO-+H+OH-pH低时低时pH高时高时2）等电点：指使氨基酸解离成正、负离子数相等，）等电点：指使氨基酸解离成正、负离子数相等，净电荷为零时溶液的净电荷为零时溶液的pH值。用值。用pI表示表示AANH2CO

7、OHAANH3COOH+AANH2COO-AACOONH3+-H+OH-如此则有：如此则有：AANH2COOHAANH3COOH+AANH2COO-AACOONH3+-pHpIpHpI pH=pI问题问题：下列哪个氨基酸在中性溶液中电泳时：下列哪个氨基酸在中性溶液中电泳时 向负极移动？向负极移动？A、精氨酸、精氨酸 B、异亮氨酸、异亮氨酸 C、谷氨酸、谷氨酸 D、天冬氨酸、天冬氨酸 E、丝氨酸、丝氨酸2.紫外吸收紫外吸收 是指含有共轭双键的色氨酸、酪氨酸溶是指含有共轭双键的色氨酸、酪氨酸溶液对紫外光具有吸收特性，其最大吸收峰在液对紫外光具有吸收特性，其最大吸收峰在 280 nm 附近。附近。3

8、.茚三酮反应茚三酮反应 氨氨基基酸酸与与茚茚三三酮酮水水合合物物共共热热，可可生生成成蓝蓝紫紫色色化化合合物物，其其最最大大吸吸收收峰峰在在570nm处处。由由于于此此吸吸收收峰峰值值与与氨氨基基酸酸的的含含量量存存在在正正比比关关系系，因因此此也也可可作作为氨基酸定量分析方法。为氨基酸定量分析方法。蛋蛋 白白 质质 的的 分分 子子 结结 构构The Molecular Structure of Protein 第第 二二 节节蛋白质的分子结构包括：蛋白质的分子结构包括：1952年年 高级高级结构结构一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary

9、structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)定义：定义：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸从蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸从N N端端到到C C端的排列顺序。端的排列顺序。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构一级结构的维系键：一级结构的维系键：肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。，有些蛋白质还包括二硫键。二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构蛋蛋白白质质分分子子中中某某一一段段肽肽链链的的局局部部空空间间结结构构，即即该该段段肽肽链链主主链链骨骨架架原原子子的的相相对对空空间间位位置置，并不涉及氨基

10、酸残基侧链的构象并不涉及氨基酸残基侧链的构象。定义：定义：维系键维系键：氢键氢键 蛋白质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式 -螺旋螺旋 (-helix)：最常见最常见 -折叠折叠 (-pleated sheet)-转角转角 (-turn)无规卷曲无规卷曲 (random coil)（五）模体（五）模体在许多蛋白质分子中，两个或三个具有二级在许多蛋白质分子中，两个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象并具有特殊功能，称为的空间构象并具有特殊功能，称为模体模体(motif)。本本质上属超级二级结构。质上属超级二级结构。模

11、体总有其特征性的氨基酸序列模体总有其特征性的氨基酸序列,并发挥特殊并发挥特殊的功能。的功能。三、蛋白质的三级结构三、蛋白质的三级结构疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。力等。维系键：维系键：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。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。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。（一）（一）定义定义 （二）结构域（二）结构域大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个具有大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个具有较为独立三维结构的球状或纤维状的区域，折叠得较为紧较为独立三维结构的球状或

12、纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为结构域密，各行使其功能，称为结构域(domain)。但有些蛋白质各结构域之间接触较多并紧密，从结构但有些蛋白质各结构域之间接触较多并紧密，从结构上很难划分，因此并非所有蛋白质的结构域都明显可分。上很难划分，因此并非所有蛋白质的结构域都明显可分。四、蛋白质的四级结构四、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，称为部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，

13、这样的一条多一条多肽链都有完整的三级结构，这样的一条多肽链就称为蛋白质的肽链就称为蛋白质的亚基亚基 (subunit)。维系键：维系键：氢键，离子键，疏水键。氢键，离子键，疏水键。不能是二硫键。不能是二硫键。理解四级结构要注意的几个问题：理解四级结构要注意的几个问题：（1）并非所有的蛋白质都有四级结构）并非所有的蛋白质都有四级结构。条件：由两条条件：由两条(以上以上)的多肽链构成。的多肽链构成。且每条多肽链具有独立的三级结构。且每条多肽链具有独立的三级结构。多肽链之间不能以共价键相连多肽链之间不能以共价键相连。（2）亚基单独存在时不具有生理功能。）亚基单独存在时不具有生理功能。（3）蛋白质分子

14、之间的结合或蛋白质与脂类、核酸）蛋白质分子之间的结合或蛋白质与脂类、核酸 等的结合，不属四级结构范畴。等的结合，不属四级结构范畴。第四节第四节蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质The Physical and Chemical Characters of Protein（一）蛋白质的两性电离（一）蛋白质的两性电离 蛋蛋白白质质分分子子除除两两端端的的氨氨基基和和羧羧基基可可解解离离外外，氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链中中某某些些基基团团，在在一一定定的的溶溶液液pHpH条条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。*蛋白质的等电点蛋白质的等电点(isoelectr

15、ic point,pI)当当蛋蛋白白质质溶溶液液处处于于某某一一pH时时，蛋蛋白白质质解解离离成成正正、负负离离子子的的趋趋势势相相等等，即即成成为为兼兼性性离离子子，净净电电荷为零，此时溶液的荷为零，此时溶液的pH称为称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。（二）蛋白质的胶体性质（二）蛋白质的胶体性质 蛋蛋白白质质属属于于生生物物大大分分子子之之一一，分分子子量量可可自自1万万至至100万万之之巨巨，其其分分子子的的直直径径可可达达1100nm，为胶粒范围之内。，为胶粒范围之内。*蛋白质胶体稳定的因素（蛋白质溶于水的原因）蛋白质胶体稳定的因素（蛋白质溶于水的原因）颗粒表面电荷颗粒表面电荷水化膜水

16、化膜（三）蛋白质的变性、沉淀和凝固（三）蛋白质的变性、沉淀和凝固 在某些物理和化学因素作用下，其特定的在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。物活性的丧失。称为蛋白质变性。称为蛋白质变性。蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation)造成变性的因素：造成变性的因素：如如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等重金属离子及生物碱试剂等。变性的本质：变性的本质：破坏非共价键

17、和二硫键，破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。不改变蛋白质的一级结构。变性的后果：变性的后果：溶解度降低，粘度增加，结晶能力溶解度降低，粘度增加，结晶能力 消失，生物活性丧失，易被蛋白酶水解。消失，生物活性丧失，易被蛋白酶水解。若若蛋蛋白白质质变变性性程程度度较较轻轻，去去除除变变性性因因素素后后，蛋蛋白白质质仍仍可可恢恢复复或或部部分分恢恢复复其其原原有有的的构构象象和和功功能能，称为变性蛋白质的称为变性蛋白质的复性复性(renaturation)。但但许许多多蛋蛋白白质质变变性性后后，因因空空间间结结构构破破坏坏严严重重而难以复性，称为不可逆变性。而难以复性，称为不可逆变性。（四

18、）蛋白质的紫外吸收（四）蛋白质的紫外吸收由由于于蛋蛋白白质质分分子子中中含含有有共共轭轭双双键键的的酪酪氨氨酸酸和和色色氨氨酸酸，因因此此在在280nm波波长长处处有有特特征征性性吸吸收收峰峰。蛋蛋白白质质的的OD280与与其其浓浓度度呈呈正正比比关关系系，因因此此可可作作蛋白质定量测定。蛋白质定量测定。（五）蛋白质的呈色反应（五）蛋白质的呈色反应茚三酮反应茚三酮反应(ninhydrin reaction)蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。双缩脲反应双缩脲反应(biuret reaction)蛋白质和多肽分子中的肽键在稀碱溶液中与硫酸蛋

19、白质和多肽分子中的肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双缩脲反应双缩脲反应，双，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。OH2N-C-NH2=OH2N-C-NH2=+O OH2N-C-NH-C-NH2=第五节第五节蛋白质的分离纯化蛋白质的分离纯化The Separation and Purification of Protein1、根据分子大小的纯化方法：、根据分子大小的纯化方法：（1）透析和超滤）透析和超滤 （2）离心）离心 （3）凝胶过滤）凝胶过滤2、利用溶解度差别的纯化方法、利用溶解度差别的纯化方法 （1

20、）等电点沉淀）等电点沉淀 （2）盐析）盐析3、根据电荷不同的纯化方法、根据电荷不同的纯化方法 （1）电泳）电泳 （2）离子交换层析）离子交换层析Enzyme第第 二二 章章 酶学酶学一、一、酶的分子组成酶的分子组成结合酶结合酶 (conjugated enzyme)n单纯酶单纯酶 (simple enzyme)一、一、酶的分子组成酶的分子组成蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白(apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)结合酶结合酶 (conjugated enzyme)n单纯酶单纯酶 (simple

21、 enzyme)只有全酶才具有催化作用。只有全酶才具有催化作用。*各部分在催化反应中的作用各部分在催化反应中的作用1、酶蛋白、酶蛋白决定反应的特异性（即决定催化什决定反应的特异性（即决定催化什么底物）么底物）2、辅助因子、辅助因子决定反应的种类与性质（即决定决定反应的种类与性质（即决定使底物发生什么样的反应）使底物发生什么样的反应）二、酶的活性中心二、酶的活性中心 酶分子中执行其催化功能的部位。酶分子中执行其催化功能的部位。即与底物结合并把底物转化成产物的部位。即与底物结合并把底物转化成产物的部位。结构上是由一些一级结构可能相距甚远，结构上是由一些一级结构可能相距甚远，但在空间结构上彼此靠近的

22、但在空间结构上彼此靠近的必需基团必需基团组成组成的区域。的区域。三、酶的转换数和米氏常数三、酶的转换数和米氏常数 酶的转换数酶的转换数是指在一定条件下，每秒钟每个酶是指在一定条件下，每秒钟每个酶分子转换底物的分子数。分子转换底物的分子数。米氏常数（米氏常数（Km）在数值上等于酶促反应的速）在数值上等于酶促反应的速度达到最大速度一半时的底物浓度。度达到最大速度一半时的底物浓度。VmaxS Km+S 四、酶的活力四、酶的活力 酶活力是指其催化某一化学反应的能力。通常酶活力是指其催化某一化学反应的能力。通常利用在一定条件下所催化的化学反应的反应速利用在一定条件下所催化的化学反应的反应速率表示酶活力的

23、大小。率表示酶活力的大小。酶的比活力酶的比活力表示酶的纯度。比活力用单位数量表示酶的纯度。比活力用单位数量酶样品中所含酶活力单位数表示（酶样品中所含酶活力单位数表示（U/mg）五、核五、核 酶酶u具有催化功能的具有催化功能的RNA分子分子(ribozyme)：作为作为序列特异性的核酸内切酶降解序列特异性的核酸内切酶降解mRNA。二、酶促反应的机理二、酶促反应的机理（一）酶（一）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说底物复合物的形成与诱导契合假说*诱导契合假说诱导契合假说(induced-fit hypothesis)酶酶-底物复合物（过渡态）底物复合物（过渡态）E+S E+P ES 酶与底物相互接

24、近时，其结构相互诱导、相互变酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物底物结合的诱导契合结合的诱导契合 。通过诱导契合，能降低反应的活化能，从而加速通过诱导契合，能降低反应的活化能，从而加速通过诱导契合，能降低反应的活化能，从而加速通过诱导契合，能降低反应的活化能，从而加速反应速度。反应速度。反应速度。反应速度。活化能：活化能：使使底物分子从初态转变到活化态所需的能量底物分子从初态转变到活化态所需的能量。或者说使反应体系当中的非活化分子转变成活或者说使反应体系当中的非活化分子转变成活化分子所需的能量。化分

25、子所需的能量。结合能：结合能：是酶是酶-底物相互作用所产生的能量，是降低酶促反应底物相互作用所产生的能量，是降低酶促反应活化能和稳定过渡态的主要能量来源。活化能和稳定过渡态的主要能量来源。2.邻近效应邻近效应(proximity effect)与定向排列与定向排列(orientation arrange)3、多元催化、多元催化（酸碱催化，共价催化，亲核催化）（酸碱催化，共价催化，亲核催化）同一种酶常常同时具有酸、碱催化作用。同一种酶常常同时具有酸、碱催化作用。2 2、表面效应、表面效应、表面效应、表面效应 酶的活性中心多为疏水性酶的活性中心多为疏水性“口袋口袋”状。状。可防止底物与酶之间形成水

26、化膜，可防止底物与酶之间形成水化膜，有利于酶与底物之间的密切接触。有利于酶与底物之间的密切接触。酶可与底物形成瞬间共价键而将之激活。酶可与底物形成瞬间共价键而将之激活。酶的亲核基团可提供电子给带有正电荷的过渡态中间物。酶的亲核基团可提供电子给带有正电荷的过渡态中间物。第第 四四 节节 酶酶 的的 调调 节节The Regulation of Enzyme 酶活性的调节酶活性的调节（快速调节）（快速调节）酶含量的调节（缓慢调节）酶含量的调节（缓慢调节）调节方式：调节方式：调节对象调节对象:关键酶关键酶关键酶是指整条代谢途径中活性最低的，催关键酶是指整条代谢途径中活性最低的，催化反应速度最慢的那一

27、个酶。又叫限速酶。化反应速度最慢的那一个酶。又叫限速酶。（一）变构酶的变构调节（一）变构酶的变构调节变构效应剂变构效应剂 (allosteric effector)变构激活剂：正协同效应变构激活剂：正协同效应变构抑制剂：负协同效应变构抑制剂：负协同效应 变构调节变构调节变构调节变构调节 (allosteric regulation)(allosteric regulation)变构酶变构酶 (allosteric enzyme)一一些些代代谢谢物物可可与与某某些些酶酶分分子子活活性性中中心心外外的的某某部部分分可可逆逆地地结结合合，使使酶酶构构象象改改变变，从从而而改改变变酶的催化活性，此种调

28、节方式称变构调节。酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。（三）（三）酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节共价修饰共价修饰(covalent modification)：化学修饰：化学修饰在在其其他他酶酶的的催催化化作作用用下下，某某些些酶酶蛋蛋白白肽肽链链上上的的一一些些基基团团可可与与某某种种化化学学基基团团发发生生可可逆逆的的共共价价结结合合，从从而而改改变变酶的活性，此过程称为共价修饰。酶的活性，此过程称为共价修饰。（三）（三）酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节共价修饰共价修饰(covalent modification)在在其其他他酶酶的的催催化化作作用用下下，某某些些酶酶蛋蛋白白肽肽链链上

29、上的的一一些些基基团团可可与与某某种种化化学学基基团团发发生生可可逆逆的的共共价价结结合合，从从而而改改变变酶的活性，此过程称为共价修饰。酶的活性，此过程称为共价修饰。常见类型：常见类型：磷酸化与脱磷酸化（磷酸化与脱磷酸化（最常见最常见）乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化SHSH与与S SS S互变互变 酶的磷酸化与脱磷酸化酶的磷酸化与脱磷酸化 -OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白酶蛋白（三）酶原与酶原的激活（三）酶原与酶原的激活

30、酶原酶原 (zymogen)：有些酶在细胞内合成或初分泌时只是有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。酶原的激活：酶原的激活：在一定条件下，酶原向有活性酶转化在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。的过程。酶原激活的机理：蛋白酶解激活酶原激活的机理：蛋白酶解激活酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下 酶原激活的生理意义：酶原激活的生理意义：避免细胞产生的酶对细胞进

31、行自身消化，避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。体内代谢正常进行。有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用（对机体的保护作用）。化作用（对机体的保护作用）。通过蛋白酶解激活方式调节活性的酶主要有蛋白消化通过蛋白酶解激活方式调节活性的酶主要有蛋白消化酶、凝血酶，蛋白激素等。酶、凝血酶，蛋白激素等。细胞信号转导细胞信号转导第第 三三 章章Cell Communication and S

32、ignal Transduction跨膜信号转导的一般步骤：跨膜信号转导的一般步骤：特定的细胞释放特定的细胞释放信息物质信息物质信息物质经扩散或血循环到达信息物质经扩散或血循环到达靶细胞靶细胞与与靶细胞的受体靶细胞的受体特异性结合特异性结合受体对信号进行转换并启动受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统细胞内信使系统靶细胞产生靶细胞产生生物学效应生物学效应 第第 一一 节节Signal Molecules信信 息息 物物 质质1、细胞间信息物质（第一信使）、细胞间信息物质（第一信使）2、细胞内信息物质（、细胞内信息物质（第二信使第二信使）一、细胞间信息物质一、细胞间信息物质定义：定义：是是由由细

33、细胞胞分分泌泌的的调调节节靶靶细细胞胞生生命命活活动动的化学物质的统称，的化学物质的统称，又称作又称作第一信使第一信使。化学本质：化学本质：*蛋白质和肽类（如生长因子、细胞因子、胰蛋白质和肽类（如生长因子、细胞因子、胰岛素等）岛素等）*氨基酸及其衍生物（如甘氨酸、甲状腺素、氨基酸及其衍生物（如甘氨酸、甲状腺素、肾上腺素等）肾上腺素等）*类固醇激素（如糖皮质激素、性激素等）类固醇激素（如糖皮质激素、性激素等）*脂酸衍生物（如前列腺素）脂酸衍生物（如前列腺素）*气体（如一氧化氮、一氧化碳）等气体（如一氧化氮、一氧化碳）等 二、细胞内信息物质二、细胞内信息物质定定 义：义：第一信号物质经转导刺激细胞

34、内产生的传递第一信号物质经转导刺激细胞内产生的传递细胞调控信号的化学物质。常称为第二信使。细胞调控信号的化学物质。常称为第二信使。化学性质化学性质无机离子：如无机离子：如 Ca2+脂类衍生物：如脂类衍生物：如DAG、Cer糖类衍生物：如糖类衍生物：如IP3核苷酸：如核苷酸：如cAMP、cGMP信号分子：信号分子：NO第第 二二 节节受受 体体Receptor能与受体呈特异性结合的生物活性分子能与受体呈特异性结合的生物活性分子称为称为 配体配体(ligand)。受体：受体：是是细细胞胞膜膜上上或或细细胞胞内内能能特特别别识识别别生生物物活活性性分分子子并并与与之之结结合合的的成成分分，它它能能把

35、把识识别别和和接接受受的的信信号号正正确确无无误误地地放放大大并并传传递递到到细细胞胞内内部部，进进而而引引起起生生物物学学效效应应的的特特殊殊蛋蛋白白质质，个个别别是是糖脂。糖脂。根据细胞定位根据细胞定位一、受体的分类、一般结构与功能一、受体的分类、一般结构与功能膜受体膜受体(membrane receptor)胞内受体胞内受体(intracellular receptor)镶嵌糖蛋白镶嵌糖蛋白DNA结合蛋白结合蛋白2.G 蛋白偶联受体蛋白偶联受体 研究最广最透彻研究最广最透彻。又称又称七个跨膜七个跨膜 螺旋受体螺旋受体/蛇型受体蛇型受体(serpentine receptor)，种类繁多种

36、类繁多。可对多种激素和神经递质作出应答。可对多种激素和神经递质作出应答。(1)(1)受体结构的特点受体结构的特点*受体的受体的N N端可端可有不同的有不同的糖基化。糖基化。*受体内有一些高度保守的半胱氨酸残基，受体内有一些高度保守的半胱氨酸残基，对维持受体的结构起到关键作用。对维持受体的结构起到关键作用。*胞内的第二和第三个环能与胞内的第二和第三个环能与G-G-蛋白蛋白相偶联相偶联 。G蛋白偶联受体的结构蛋白偶联受体的结构矩型代表矩型代表-螺旋，螺旋，N端被糖基化，端被糖基化，C端的半胱氨酸被棕榈酰化。端的半胱氨酸被棕榈酰化。20-25AA20-25AAG蛋白蛋白*C-末端的高度保守的末端的高

37、度保守的Cys残基在肾上腺素残基在肾上腺素能能受体、肾上腺素能受体、肾上腺素能受体和视紫质受体中受体和视紫质受体中可被棕榈酰化，可稳定受体胞内部分的三级可被棕榈酰化，可稳定受体胞内部分的三级结构。结构。*受体的受体的C-末端和胞内第三环含有多个末端和胞内第三环含有多个Thr和和Ser残基可被磷酸化，与抑制蛋白残基可被磷酸化，与抑制蛋白-视紫视紫红质抑制蛋白（红质抑制蛋白（arrestin）结合）结合，使受体不，使受体不能再活化能再活化G蛋白而失活。蛋白而失活。此类受体的信息传递可归纳为：以此类受体的信息传递可归纳为：以肾上腺素肾上腺素为代表。为代表。激素激素 受体受体蛋白蛋白腺苷酸腺苷酸环化酶

38、环化酶 第二信使第二信使cAMPcAMP蛋白激酶蛋白激酶A(PKA)A(PKA)酶或其他功能蛋白酶或其他功能蛋白 生物学效应生物学效应 G G蛋白蛋白(guanylate binding protein)是是一一类类能能和和GTPGTP或或GDPGDP相相结结合合、位位于于细细胞胞膜膜胞浆面的外周蛋白，由胞浆面的外周蛋白，由、三个亚基组成。三个亚基组成。分激动型（分激动型（RsRs)与抑制型与抑制型(RiRi)两种。两种。每种又有两种构象：每种又有两种构象：活化型活化型；非活化型非活化型活化型：活化型：亚基与亚基与GTP结合并导致结合并导致 亚基脱落。亚基脱落。非活化型：非活化型：以以 三聚体

39、形式存在并与三聚体形式存在并与GDP结合。结合。激动型激动型G蛋白和抑制型蛋白和抑制型G蛋白的活性型蛋白的活性型和非活性型的互变和非活性型的互变不同的不同的G蛋白能特异地将配体蛋白能特异地将配体-受体和与之相适应受体和与之相适应的效应酶偶联起来。的效应酶偶联起来。（二）（二）Ca2+信号转导途径信号转导途径一般过程：一般过程：胞外信息分子胞外信息分子受体激活受体激活G蛋白蛋白蛋白激酶蛋白激酶C(PKC)被激活。被激活。G蛋白激活蛋白激活磷脂酶磷脂酶C(PLC)磷脂酶磷脂酶C水解水解PIP2产生两种第二信使产生两种第二信使(DAG和和IP3 DAG，IP3的的 功功 能能DAG：在磷脂酰丝氨酸和

40、：在磷脂酰丝氨酸和Ca2+协同下协同下激激活活PKCIP3：与内质网和肌浆网上的受体结合，促：与内质网和肌浆网上的受体结合，促使细胞内使细胞内 Ca2+释放释放 调节基因表达调节基因表达PKC 对基因的活化分为对基因的活化分为早期反应早期反应和和晚期反应晚期反应。*PKC的生理功能的生理功能 调节代谢调节代谢活化的活化的PKC引起一系列靶蛋白的丝引起一系列靶蛋白的丝、苏氨酸、苏氨酸残基磷酸化。残基磷酸化。靶蛋白包括：靶蛋白包括：质膜受体、膜蛋白和多种酶。质膜受体、膜蛋白和多种酶。（四）酶偶联受体介导的信号转导途径（四）酶偶联受体介导的信号转导途径1、受本酪氨酸激酶、受本酪氨酸激酶 RTK分分

41、类类受体型受体型TPK（位于细胞质膜上）（位于细胞质膜上）如胰岛素受体、生长因子受体及原癌基如胰岛素受体、生长因子受体及原癌基因（因（erb-B、kit、fins等）编码的受体等）编码的受体非受体型非受体型TPK（位于胞浆）（位于胞浆）如底物酶如底物酶JAK和原癌基因（和原癌基因（src、yes、ber-abl等）编码的等）编码的TPK1.受体酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶RTK-Ras-MAPK途径途径GRB2(growth factor receptor bound protein 2）SH2 域域 (src homology 2 domain)细细胞胞内内某某些些连连接接物物蛋蛋白白共共有有的

42、的氨氨基基酸酸序序列列，与与原原癌癌基基因因src编编码码的的酪酪氨氨酸酸蛋蛋白白激激酶酶区区同同源源，该区域能识别磷酸化的酪氨酸残基并与之结合该区域能识别磷酸化的酪氨酸残基并与之结合。组成：催化性受体，组成：催化性受体，GRB2,SOS,Ras蛋白蛋白,Raf蛋白，蛋白，MAPK系统系统SH2SH3 SOS(son of sevenless)富含脯氨酸，可与富含脯氨酸，可与SH3结合，促使结合，促使Ras的的GDP换成换成GTP。Ras蛋白蛋白：类似与：类似与G蛋白的蛋白的G 亚基，亚基，单一肽链单一肽链。Raf蛋白蛋白：具有丝苏氨酸蛋白激酶活性具有丝苏氨酸蛋白激酶活性MAPK系统系统(mi

43、togen-activated protein kinase)包包括括MAPK、MAPK激激酶酶（MAPKK）、MAPKK激激酶酶（MAPKKK），是是一一组组酶酶兼兼底底物物的蛋白分子。的蛋白分子。一般过程为：一般过程为：EGF（生长信号）（生长信号）EGFR（受体酪氨酸激酶（受体酪氨酸激酶RTK）GRB2（接头蛋白）（接头蛋白）Sos蛋白（蛋白（GEF）Ras蛋白蛋白 Ser/Thr激酶级联反应激酶级联反应细胞增生。细胞增生。糖蛋白和蛋白聚糖糖蛋白和蛋白聚糖Glycoprotein and Proteoglycan 第第 四四 章章定义：定义：一种或多种糖以共价键连接到肽链上的蛋一种或多种

44、糖以共价键连接到肽链上的蛋白质。白质。糖链的长度一般不超过糖链的长度一般不超过15个单糖个单糖。特点：特点：蛋白质含量较多，糖所占比例变动大，表蛋白质含量较多，糖所占比例变动大，表现为蛋白质的特性。现为蛋白质的特性。细胞膜、溶酶体、细胞外液细胞膜、溶酶体、细胞外液分布：分布：一、糖蛋白一、糖蛋白概述概述连接方式连接方式N-连接连接：O-连接连接：（一）（一）N-N-连接糖蛋白连接糖蛋白1.定义：定义：糖蛋白的糖链与蛋白部分的糖蛋白的糖链与蛋白部分的Asn-X-Ser序列序列的的天氡酰胺天氡酰胺氮氮以共价键连接称以共价键连接称N-连接糖蛋白。连接糖蛋白。2.糖基化位点：糖基化位点：N-连接糖蛋白

45、中连接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三个氨基酸三个氨基酸残基的序列子称为糖基化位点。残基的序列子称为糖基化位点。（二）（二）O-连接糖蛋白连接糖蛋白1.定义：定义：糖蛋白糖链与蛋白部分的丝糖蛋白糖链与蛋白部分的丝/苏氨酸残基苏氨酸残基的羟基相连，称为的羟基相连，称为O-连接糖蛋白。连接糖蛋白。2.O-连接寡糖结构：连接寡糖结构：O-连接寡糖有连接寡糖有N-乙酰半乳糖与半乳糖构成乙酰半乳糖与半乳糖构成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再接核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再接上岩藻糖、上岩藻糖、N-乙酰葡萄糖胺等单糖。乙酰葡萄糖胺等单糖。二、糖蛋白寡糖链的功能二、糖蛋白寡糖链的功能1.1

46、.参与糖蛋白新生肽链的折叠参与糖蛋白新生肽链的折叠2.2.影响寡聚蛋白质亚基的构象影响寡聚蛋白质亚基的构象3 3、参与糖蛋白的转运。、参与糖蛋白的转运。4 4、参与糖蛋白的分泌、参与糖蛋白的分泌5 5、增强糖蛋白的稳定性、增强糖蛋白的稳定性6 6、参与分子的识别作用、参与分子的识别作用定义：定义：一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白形一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白形成的化合物。成的化合物。每条糖链长度平均含每条糖链长度平均含8080个单糖个单糖。特点：特点：糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。分布：分布：分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节分布于软

47、骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、粘液、眼玻璃体等组织。滑液、粘液、眼玻璃体等组织。二、蛋白聚糖概述二、蛋白聚糖概述蛋白聚糖的结构：蛋白聚糖的结构：组成组成核心蛋白核心蛋白糖胺聚糖糖胺聚糖糖胺糖胺糖醛酸糖醛酸葡萄糖胺葡萄糖胺半乳糖胺半乳糖胺葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸艾杜糖醛酸艾杜糖醛酸二、核心蛋白二、核心蛋白1.1.定义定义与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质。与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质。核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构域，一些蛋白聚糖通过这一结构锚定在细域，一些蛋白聚糖通过这一结构锚定在细胞表面或细胞外基质的大分子中。胞表面或细胞外基质的大分子中。三、蛋白聚糖的生

48、物合成三、蛋白聚糖的生物合成在内质网上合成核心蛋白多肽链，同时在高在内质网上合成核心蛋白多肽链，同时在高尔基体内进行糖链延长或加工。尔基体内进行糖链延长或加工。多糖链的形成是由单糖逐个加上去的，糖醛多糖链的形成是由单糖逐个加上去的，糖醛酸由酸由UDPGA提供；单糖要由提供；单糖要由UDP活化；硫活化；硫酸由酸由PAPS提供；糖胺氨基来自于提供；糖胺氨基来自于Gln。四、蛋白聚糖的功能四、蛋白聚糖的功能1.构成细胞构成细胞间间基质基质在基质中蛋白聚糖和弹性蛋白、胶原蛋白以在基质中蛋白聚糖和弹性蛋白、胶原蛋白以特殊方式连接，构成基质的特殊结构。这与细胞特殊方式连接，构成基质的特殊结构。这与细胞的粘

49、附、迁移、增殖和分化等有关。的粘附、迁移、增殖和分化等有关。2.其它功能其它功能抗凝血（肝素）抗凝血（肝素）参与细胞识别与分化（细胞表面的硫酸素）参与细胞识别与分化（细胞表面的硫酸素）维持软骨机械性能（硫酸软骨素）等维持软骨机械性能（硫酸软骨素）等 第 五 章核酸化学核酸化学核核 酸酸(nucleic acid)：是以是以核苷酸核苷酸为基本组成单位的生物为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。大分子，携带和传递遗传信息。核酸的分类及分布核酸的分类及分布：90%90%以上分布于细胞核，其余以上分布于细胞核，其余 分布于核外如线粒体，叶绿体，分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。质粒等。分布

50、于胞液、胞核。分布于胞液、胞核。(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型体的基因型(genotype)。参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息的表遗传信息的表达。某些病毒达。某些病毒RNA也可作为遗也可作为遗传信息的载体。传信息的载体。核酸的化学组成核酸的化学组成 1.元素组成元素组成C、H、O、N、P（910%）2.分子组成分子组成 碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱