基础知识-生物化学与分子生物学

1分子生物学基础知识21分子生物学2生物体中的分子学3生物分子学4生物体中的大分子学5生物大分子学分子生物学的概念3生物分子的定义存在于生物体内的，具有确切生理功能的分子生物分子大中小的界定1生物小分子分子量小于1000Dalton的分子2生物中分子分子量介于1000至10000Dalton之间的分子3生物大分子分子量大于10000Dalton的分子4水是生物体中最小的分子。•水是生物体中重要的分子之一。•水是生命之源。•水在分子生物学实验中用量最大、每时每刻都必不可缺少。学习分子生物学必须首先充分认知水!5OHHOHH1水是一个极性的分子。水中有如下的电离平衡：H2OH++OH－20C下，[H+][OH－]＝10－14，pH＝-log10[H+]2水的分子量M=18,即每摩尔水重18g31L体积水中H2O分子的mmol数=55555mmol。＋－6通过对水这种最简单的生物分子的认知，树立“定量”观念和微环境意识。加深对复杂的分子生物学实验现象的定量化理解与分子水平注释，构筑起真正的分子生物学理论。7分子生物学常用定量数据举例例一：一条10000Dolton无糖基化或磷酸化等修饰的多肽链含多少氨基酸残基？已知条件（1）20种氨基酸分子量加权平均值＝126.7分子量最轻的氨基酸glycine：75.05，分子量最重的氨基酸tryptophan：204.11分子量最接近加权平均值的氨基酸cysteine：121.12（2）在氨基酸缩合成多肽过程中，由于脱水，因此每形成一个肽键，其分子质量减少18Dolton。计算公式10000/(126.7－18)=91.996aa92aa10000Dolton92aa8MolecularWeightofAminoAcidsNrAminoAcidMWNrAminoAcidMW01Glycine75.0511AsparticAcid133.602Alanine89.0512Glutamine146.0803Serine105.0613Lysine146.1304Proline115.0814GlutamicAcid147.0805Valine117.0915Methionine149.1506Threonine119.1816Histidine155.0907Cysteine121.1217Phenylalanine165.0908Leucine131.1118Arginine174.409Isoleucine131.1119Tyrosine181.0910Asparagine132.620Tryptophan204.11Average:136.91,StandardDeviation:30.079例一的引伸意义110000Dolton无修饰的多肽链将可能由对应的276bp的编码区基因DNA编码。10000Dolton92aa276bp10例一的引伸意义2大于92（100）aa的多肽链将可能有较强的免疫原性。11例二100bp的DNA双链分子的分子量大约是多少？已知条件：（1）双链DNA钠盐每bp的平均重量为635Dolton。（2）在pH8.0的Tris缓冲液中，双链DNA分子是以钠盐的形式存在的。结果：100bp的DNA双链分子的分子量为63500Dolton。100bpdsDNA6000065000Dolton例二的引伸意义：10000DoltondsDNA=15.75bp16bp12例三100bp的RNA单链分子的分子量大约是多少？已知条件：（1）单链RNA钠盐每bp的平均重量为335.5Dolton。（2）在pH8.0的Tris缓冲液中，单链RNA分子是以钠盐的形式存在的。结果：100bp的RNA单链分子的分子量为33550Dolton。100bpssRNA33550Dolton例三的引伸意义：10000DoltonssRNA=29.81bp30bp13分子生物学的研究范畴1.生物分子的种类与组成（元素组成）2.生物分子的结构3.生物分子的功能4.生物分子的代谢（摄取与吸收、转运与定位、合成与分解）5.生物分子的相互作用6.生物分子的损伤（疾病的分子基础）7.生物分子的变异与进化8.生物分子的体外克隆扩增、改构、重组与相关药物开发14生物大分子的种类1核酸DNA正常人：46个分子，35000gene……GenomicsRNAmRNA、rRNA、tRNA、snRNA、snoRNA、ribozyme、antisenseRNA、telomeraseRNA人类70000？……RNomics2蛋白质多肽人类约200000种……Proteomics3多糖……Polysaccharidomics4脂类……lipomics？5其他……‘X’omics15利用分子生物学技术平台研究揭示生物大分子之间的相互作用是解决诸多未知生物医学问题的关键环节。然而，生命体系中，生物大分子之间的相互作用往往十分复杂。16大肠杆菌5SrRNA的二级结构：六环四柄大肠杆菌16SrRNA的二级结构：约九十环八十柄18SrRNA结构的复杂程度！23SrRNA结构的复杂程度！！28SrRNA结构的复杂程度！！!原核核蛋白体结构的复杂程度！！！!真核核蛋白体结构的复杂程度！！！！！！17CCHR1NOHHOHCCHR2NOHHOHCCHR1NHOHNCCOHR2HOHPeptidebond18Trypsin:R1=sidechainofLysorArgChymotrypsin:R1=sidechainofPhe,TrporTyrPepsase:R1=sidechainofPhe,Trp,TyrandsoonCNBr(Cyanogenbromide):R1=sidechainofMetThermolysin:R2=sidechainofLeu,IleorValCCHR1NOHNCCR2HOHPartialhydrolysisofpolypeptide19ArginineNHCHCH2CCOOO-NHCHCH2COCH2COO-NHCHCH2CH2CH2CH2NH3+CONHCHCH2CH2CH2NHCH2NNH2C+OLysineGlutamicacidAsparticacidHistidineChargedaminoacidCHCH2CNOHN+NHH20NHCHCH2CH2CH2CH2NH3+CONHCHCH2CH2CH2CH2NH2+COCH3NHCHCH2CH2CH2CH2NH+COCH3H3CNHCHCH2CH2CH2CH2N+COCH3H3CCH3NHCHCH2CH2CH2CH2NHCOCCH3OLysine-HydroxylysineN-AcetyllysineHydroxylaseAcyltransferase-N-MethyllysineMethylase-N,N-Dimethyllysine-N,N,N-TrimethyllysineMethylaseMethylaseModificationofLysineNHCHCH2CH2CHCH2NH2COHONHCHCH2CH2CHCH2NH3+COHO21NHCHCH2CON+NHHNHCHCH2CON+NHH3CNHCHCH2CH2CH2NHCH2NCONH2+NHCHCH2CH2CH2NHCH2NCONH+CH3MethylationofhistidineandarginineHistidineMethylhistidineArginineMethylarginineMethyltransferaseMethyltransferase22NHCHCH2CCOONH2NHCHCH2COCH2CONH2NHCHCH2CCOOO-NHCHCH2COCH2COO-GlutamicacidGlutamineAsparticacidAsparagine????Acidicaminoacidandaminoacylaminoacids23CHCH2SHCNOHCHCH2SCNOHSCH2CHCNOHCHCH2SHCNOH+CysteineMethionineCystine??SulfurcontainingaminoacidsCHCH2CNOHCH2SCH3CHCH2SHCNOHCH3MethylcysteineCHCH2CNOHCH2SHHomocysteine24CHCH2CNOHOHCHCH2CNOHNNHCHCH2CNOHCHCH2CNOHNHCHCH2CNOHN+NHHCHCH2CNOHOPOO-HOPhosphorylasePhosphataseElectronizationDiselectronizationAromaticacidstyrosinetryptophanphenylalaninehistidinecharged-histidinephosphotyrosineHuckel’s4n+2rule25CHCH2CNOHOHCHCH2CNOHOPOO-HOCHCH2CNOHOHCHCH2CNOHOPO-OHOCHHCCNOHCH3OHCHHCCNOHCH3OPOHOO-PhosphoaminoacidsPhosphorylasePhosphatasePhosphorylasePhosphatasePhosphorylasePhosphataseSerinePhosphoserinePhosphothreoninePhosphotyrosineTyrosineThreonine26CHCH2CNOHCHCNOHHCHCH3CNOHCHHCCNOHCH3CH3CHCH2CNOHCHH3CCH3CHHCCNOHCH3CH2CH3CCONHNonpolaraminoacidsPhenylalanineGlycineAlanineValineLeucineIsoleucineProline27CHCNOHHCCONHTwodistinctaminoacidsGlycineProlineCON2812344321NCProlylprolylproline,polyproline29CCH2NH3+SCOO-ONCH2CSOHHOO-CHCH3H3CCH3CH3InteractionsbetweenpeptidechainsHydrophobicinteractionIonicbondDisulfidebondHydrogenbond