中药类chapter3 protein.ppt
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1、绪论,教师:高蓝Email:参考书:王镜岩主编的生物化学(上下册)周爱儒主编的生物化学学习指南,生物化学,生物化学:是研究生物体内化学分子与化学反应的科学,从分子水平探讨生命现象的本质。Biochemistry is the application of chemistry to the study of biological processes at the cellular and molecular level.Biochemistry has become the foundation for understanding all biological processes.It has
2、provided explanations for the causes of many diseases in humans,animals and plants.,研究内容:研究生物体分子结构与功能,物质代谢与调节,以及遗传信息传递的分子基础与调控规律。方法:化学、生物物理、生理、遗传、细胞和免疫等。生物化学与分子生物学的关系,生物化学发展简史,18世纪-20世纪初-20世纪50年代-至今叙述生物化学阶段:化学组成 脂、糖、氨基酸性质研究 核酸的发现 化学合成了简单的多肽 酵母发酵过程中的催化剂-酶,自然界所有的生命体都由三类物质组成:水、无机物和生物分子(有机化合物),Organic c
3、ompounds1.Four categories of organic compounds:Carbohydrates LipidsProteinsNucleic Acids2.All formed and separated in similar waysFormation(Polymerization):Dehydration SynthesisSeparation:Hydrolysis,Hey Sugar,I sure am happy that youre a Carbohydrate like me.,Awww,how sweet!,Hurry up,Lipids!You shou
4、ld have more energy stored up than this!,Does this bond structure make me look fat?,Hi there!My name is Polly Peptide.,Can you believe that each of your cells contains about 2 meters of me?,Polymerization,Polymerization(definition):Forming of large organic macromolecules by the joining of smaller re
5、peating units called monomers,Dehydration Synthesis,Dehydration Synthesis is the removal of a water molecule to form a new bond.,HO,H,H2O,HO,H,H,HO,Short Polymer,Monomer,Dehydration removes a water molecule forming a new bond,1,2,3,1,2,3,4,Hydrolysis,HO,H,H2O,HO,H,H,HO,Short Polymer,Monomer,Hydrolys
6、is adds a water molecule to break a bond,1,2,3,1,2,3,4,Polymers are broken by adding water.Literally,“Water Splitting”,动态生物化学阶段:营养(必需氨基酸,必需脂肪酸,维生素)内分泌(激素)酶学(酶结晶)物质代谢(如糖代谢途径,脂肪酸氧化,尿素 合成,三羧酸循环),分子生物学时期 蛋白质与核酸(蛋白质螺旋,胰岛素测序,DNA双螺旋)遗传学中心法则(遗传密码破译)物质代谢途径(代谢调节)重组DNA技术 转基因动植物和基因剔除 基因诊断与基因治疗 核酶 PCR技术 人类基因组计划(
7、1990-2003)发现和鉴定基因-结构、功能与调控研究,蛋白质组学,转录物组,RNA组学,代谢组学,糖组学生物信息学我国的贡献:公元前用曲造酒 血液化学分析方面 蛋白质化学 免疫化学 人工合成牛胰岛素(1965)酶学、蛋白质结构、生物膜结构与功能 人类基因组计划 第一个中国人基因组图谱“炎黄一号”2007年10月11日,中国承担的3号染色体短臂的测序区域,生化发展进程中的里程碑(重大事件、重要人物),英国化学家桑格尔(F.Sanger)用1945年至1953年的近十年时间,完成了牛胰岛素的氨基酸组成结构的分析,这是第一个蛋白质组成结构的分析。1977年提出了末端终止法测定核苷酸顺序。于195
8、8年和1980年获得诺贝尔化学奖。,1923年发现胰岛素F.G.班廷 J.J.R.麦克劳德The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1923for the discovery of insulin,Frederick Grant Banting,JohnJames Richard Macleod,Toronto University,Toronto University,b.1876d.1935,班廷是加拿大安大略省西医学院的青年教师。胰脏作为一种器官,兼有内外分泌两种功能,它的外分泌物是胰液,含有分解各种营养物质的酶,如胰蛋白酶。胰脂肪酶、胰淀粉酶等
9、;它的内分泌物是由岛状组织细胞(即胰岛)所分泌的,这些胰岛散布于胰脏的外分泌组织中。班延只知道胰脏与糖尿病有关,切除动物的胰脏会引发糖尿病昏迷等症状,一两周内动物必然死亡。但是由于胰液中的胰蛋白酶在提取液中破坏了“胰岛素”,致使人们始终无法得见它的“庐山真面目”。阻塞胰脏通向十二指肠的导管,就有可能引起胰脏萎缩。班延找到多伦多大学生理系的麦克劳德教授,以求得这位有名的糖代谢权威的支持。,1965年9月17日,人工合成胰岛素在中国首次。这也是世界上第一个蛋白质的全合成。这是我国科技人员在奋力攀登世界科学高峰,为祖国在基础研究方面争得的一项世界冠军。这一成果促进了生命科学的发展,开辟了人工合成蛋白
10、质的时代。,H.A.克雷布斯(19001981)德裔英国生物化学家,1930年发现了哺乳动物体内尿素合成的途径。1937年又提出了三羧酸循环理论,并解释了机体内所需能量的产生过程和糖、脂肪、蛋白质的相互联系及相互转变机理。于1953年获诺贝尔奖。,1953年沃森(J.D.Watson)和克里克(F.H.C.Crick)提出了DNA双螺旋三维结构模型。这一模型的建立,揭开了生物遗传信息传递的秘密,从遗传物质结构变化的角度解释了遗传性状突变的原因,并标志着遗传学完成了由“经典”向“分子”时代的过渡。于1962年获奖。,1982年塞克(T.R.Cech)等在四膜虫中发现了具有催化活性的RNA核酶。,
11、Paul Berg(鲍尔.伯格),将两种病毒的DNA连接起来,产生了一种新的重组DNA分子。标志着基因工程技术的诞生。获1980年诺贝尔化学奖。,转基因动物,转基因植物,1997年英国I.Wilmut伊恩维尔莫特等运用羊的体细胞(乳腺细胞)克隆出了羊克隆羊多莉。,多利羊生于1996年7月5日,于1997年2月23日被介绍给公众。1998年产下一只小羊,2003年2月14日因肺部感染而实施了安乐死,它也被作为世界上最尊贵,最重要,最具有代表性的一只羊而载入史册。,世界首只人兽混种羊,2007年美国内华达大学的伊斯梅尔赞加尼教授领导的研究小组 目前绵羊体内的人类细胞比例达到15%,动物细胞比例为8
12、5%。从病人的骨髓中提取干细胞,然后将其注入一只绵羊的胚胎中,生物化学研究的主要内容,1、生物分子的结构与功能 分子结构、分子识别和分子的相互作用2、物质代谢及其调节 调节,细胞信号转导3、基因信息传递及其调控 DNA重组、转基因、基因剔除、新基因克隆、人类基因组及功能基因组研究 基因表达调控,生物化学与医学及中医药学的关系,已成为生物学各学科之间、医学各学科之间相互联系的共同语言:理论和技术在基础医学和临床医学中的应用产生了分子遗传学、分子免疫学、分子微生物学、分子病理学和分子药理学等交叉学科。为推动各学科发展作出了重要的贡献:疾病预防、诊断和治疗,发病机制的研究(疾病相关基因的克隆、基因芯
13、片的应用和基因治疗),蛋白质化学,第三章,什么是蛋白质?,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。,蛋白质研究的历史,酶蛋白被分离并结晶蛋白质由氨基酸组成,并合成了多种短肽。蛋白质的一级二级结构发现与测定。蛋白质的四级结构20世纪90年代,功能基因组与蛋白质组研究展开,蛋白质的生物学重要性,分布广:所有器官、组织都含有蛋白质;细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高:蛋白质是细胞内最丰富的有机分子,占人体干重的45,某些组织含量更高,例如脾、肺及横纹肌等高达80。,1.蛋白质是生物体重要组成成分,作为生物催化剂(
14、酶)代谢调节作用免疫保护作用物质的转运和存储运动与支持作用参与细胞间信息传递,2.蛋白质具有重要的生物学功能,3.氧化供能,蛋白质的分子组成,第一节,一、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磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼,个别蛋白质还含有碘。,各种蛋白质的含氮量很接近,平均为16。,由于体内的含氮物质以蛋白质为主,因此,只要测定生物样品中的含氮量,就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量:,100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数 6.25100,1/16%,蛋白质元素组成的特点,二、蛋白质的结构单位,存在自然界中的氨基酸有300余种,但组成人体蛋白
15、质的氨基酸仅有20种,且均属 L-氨基酸(甘氨酸除外)。,(一)氨基酸的结构,C,+,N,H,3,C,O,O,-,H,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,非极性脂肪族氨基酸,极性中性氨基酸,芳香族氨基酸,Tyr,P,天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97,谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22,赖氨酸 lysine Lys K 9.74,精氨酸 arginine Arg R 10.76,组氨酸 histidine His H 7.59,酸性氨基酸,碱性氨基酸,几种特殊氨基酸,脯氨酸(亚氨基酸),半胱氨酸,胱
16、氨酸,5-羟赖氨酸,4-羟脯氨酸,1、紫外吸收性质,色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在 280 nm 附近。,大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基,所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。,芳香族氨基酸的紫外吸收,苯丙氨酸,(三)氨基酸的性质,2、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,其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系,因此可作为氨基酸定量分析方法。,两性解离及等电点,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。,3、氨基酸具有两性解离的性质,pH=pI,pHpI,pHpI,氨基酸的兼性离子,阳离子,阴
17、离子,等电点(isoelectric point,pI),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。,三、蛋白质的辅基,是指蛋白质所含的非氨基酸成分。单纯蛋白质结合蛋白质,肽键和肽,第二节,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。,氨基酸通过肽键连接而形成肽(peptide),一、肽键与肽平面二、肽,+,甘氨酰甘氨酸,肽键,肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。,两分子氨基酸缩合形成二肽,三分子氨基酸缩合则形成三肽,肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基
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