Biochemistry串讲1.14

1、BiochemistryBiochemistry 以生命结构与功能之本质为基脉，多以天道与人情为楔子，近取以生命结构与功能之本质为基脉，多以天道与人情为楔子，近取诸身，远取诸物，以通神明之德诸身，远取诸物，以通神明之德, ,以类万物之情以类万物之情 弟子学习宜空灵娟逸、知类通达弟子学习宜空灵娟逸、知类通达, ,宜大将风度、挥洒自如。宜大将风度、挥洒自如。 推天道以明人事者推天道以明人事者 四种弱相互作用 Electrostatic interactions（静电作用）（静电作用） van der Waals interactions（范德华力）（范德华力）-距离距离 Hydrogen bond

2、s（氢键）（氢键） Hydrophobic interactions(疏水作用疏水作用)疏水作用：疏水作用：水分子（极性），非极性分子相互作用，熵增。水分子（极性），非极性分子相互作用，熵增。Chapter 1 Biochemistry: An Evolving Chapter 1 Biochemistry: An Evolving ScienceScience 20 Amino Acids-侧链基团疏水氨基酸：Glycine(甘氨酸)，Alanine(丙氨酸)，Proline(脯氨酸)，Valine(缬氨酸)，Leucine(亮氨酸)，Isoleucine(异亮氨酸)，Methionine(

3、甲硫氨酸)，Tryptophan(色氨酸)，Phenylalanine(苯丙氨酸)极性氨基酸：Serine(丝氨酸)，Threonine(苏氨酸)，Tyrosine(酪氨酸)，Asparagine(天冬酰胺)，Glutamine(谷氨酰胺)，Cysteine(半胱氨酸)带正电：Lysine(赖氨酸)，Arginine(精氨酸)，Histidine(组氨酸)带负电：Aspartate(天冬氨酸)，Glutamate(谷氨酸)分子量最大：色氨酸分子量最小：甘氨酸含硫氨基酸：甲硫氨酸（蛋氨酸），半胱氨酸Chapter 2 Protein Composition and Chapter 2 Prote

4、in Composition and StructureStructure 蛋白质结构 Primary Structure氨基酸序列氨基酸序列 肽平面，扭转角肽平面，扭转角 拉式构象图（约而为泰）拉式构象图（约而为泰） Secondary Structure螺旋（链内氢键）螺旋（链内氢键） 折叠（链间氢键）折叠（链间氢键） turns & loops Tertiary Structuremotif（基序）（基序） & domain（结构域）（结构域） Quaternary Structure多亚基多亚基(subunit) 氨基酸等电点计算 Isoelectric point(p

5、I)pH: (pK1+pK2)/2 +1 0 -1pK1pK2Motif Domainregion 蛋白质变性与复性-巯基乙醇(还原，破坏二硫键)变性(denature)：破坏范德华力复性(renature)：活性恢复 蛋白质折叠成核集结成核集结模型模型(协同协同cooperative) 折叠折叠漏斗漏斗 蛋白质修饰共价修饰（磷酸化修饰）Chapter 3 Exploring Proteins and Chapter 3 Exploring Proteins and ProteomeProteome Purification 盐析：盐析：硫酸铵硫酸铵 透析：透析：半透膜半透膜 层析：层析：凝胶

6、过滤、离子交换、亲和层析凝胶过滤、离子交换、亲和层析沉降系数沉降系数 S(离心离心)电泳原理：电场作用下，带电分子移动电泳原理：电场作用下，带电分子移动(SDS:12 residue,负电负电) 2DE, 二维二维电泳（电泳（等等点聚焦点聚焦+SDS-PAGE） 免疫学手段分析蛋白概念：抗体，抗原决定基，单克隆抗体，杂交瘤细胞技术：ELISA(酶联免疫吸附)；western blot(杂交)indirect ELISA：检测抗体sandwich ELISA：检测抗原 其他手段质谱（测分子量），X衍射（晶体），NMR（溶液）PDB数据库 测序Edman degradation DNA &

7、 RNA 结构与连接方式双螺旋(磷酸二酯键 ) & 茎环 半保留复制实验验证同位素标记概念： Tm（解旋） 引物(primer) 退火(anneal)DNA聚合酶（纠错）小RNA（snRNA，sRNA，siRNA，miRNA）密码子简并性意义：降低有害突变风险Chapter Chapter 4 DNA, RNA, and the Flow of 4 DNA, RNA, and the Flow of Genetic InformationGenetic Information 内含子剪接体exon shuffling(外显子重排外显子重排)新新蛋白产生蛋白产生 Restriction-

8、enzyme(限制性酶限制性酶)酶酶切位点：回文结构切位点：回文结构 (palindromic repeat) polymerase chain reaction(PCR)Strand separation(变性变性)Hybridization of primers（退火，（退火，annealing）DNA synthesis(复性，延伸复性，延伸)指数指数扩增扩增 Gene disruption (gene knockout, 基因敲除基因敲除)研究基因功能Chapter 5 Exploring Genes and GenomeChapter 5 Exploring Genes and Ge

9、nome Homology(同源性同源性):旁系旁系同源同源(同一物种，不同分子同一物种，不同分子) & 直系同源直系同源(不同物种不同物种)保守保守性性取代取代 & 非非保守性保守性取代取代同源性评价：替换矩阵统计学（1525） & BLAST（序列分析）结构同源结构同源 保守性高于 序列同源序列同源趋异进化趋异进化 & 趋同进化趋同进化(没有同源性，进化出相同的活性中心没有同源性，进化出相同的活性中心)Chapter 6 Exploring EvolutionChapter 6 Exploring EvolutionGeneduplicationandspe

10、cialization/divergenceOriginalGeneDuplicationUnchangedDivergenceUnchanged DivergenceGeneGeneGenesequenceofdomainI&IITwohomologouspeptidesAproteinwith2homologousdomainsDuplicationChapter 7 Chapter 7 HemoglobinHemoglobin: : Portrait of Portrait of a Protein in a Protein in ActionAction结合氧气：肺泡协同性(f

11、rom T to R state)释放氧气：组织2,3-BPG(结合血红蛋白，降低氧气亲和力)Bohr 效应(H+，CO2) Chapter 8 Enzymes: Basic Concepts Chapter 8 Enzymes: Basic Concepts and and KineticsKinetics酶促反应原理酶促反应原理：稳定过渡态，降低活化能 （ES complex）脱辅酶+辅因子(辅基)=全酶概念概念：酶的活性中心(active site) -底物结合位点 过渡态(transition state) 结合能(binding energy)induced fit(诱导契合诱导契合

12、)米氏方程的推导V0=K2ESK1ES=(K-1+K2)ES-ES恒定ES/ES=(K-1+K2)/K1=Km-定义KmES=ES/Km=(ET-ES)S/Km 解得 ES=SET/(Km+S)V0=K2ET*S/(Km+S)=Vmax*S/(Km+S)S KM, V0 = Vmax, zero order reactionS = KM, V0 = Vmax/2Allosteric enzymes(别构酶别构酶) Irreversible inhibitor(不可逆抑制剂不可逆抑制剂) -Penicillin(青霉素青霉素)map the active site Reversible inhi

13、bition(可逆抑制可逆抑制)Competitive inhibition(竞争性抑制竞争性抑制)：Km变大，变大，Vmax不变不变Uncompetitive inhibition(反竞争性抑制反竞争性抑制)：Km变小变小，Vmax变小变小Noncompetitive inhibition(非竞争性抑制非竞争性抑制)：Km不变，不变，Vmax变小变小Suicide inhibitors：青霉素-糖肽转移酶Catalytic antibodies：人工酶人工酶 transition-state analogs（可作抑制剂）（可作抑制剂）过渡态类似物诱导产生催化抗体过渡态类似物诱导产生催化抗体虽

14、虽为人工，宛若天成为人工，宛若天成甲氨蝶呤甲氨蝶呤二氢叶酸二氢叶酸 Covalent catalysis(共价催化共价催化)Chymotrypsin General acid-base catalysis(广义酸碱催化广义酸碱催化)Chymotrypsin Carbohydrase Myosin Catalysis by approximation(靠近靠近催化催化)Carbohydrase Metal ion catalysis(金属离子催化金属离子催化)Carbohydrase(Zn+) 限制酶(Mg+) Chapter Chapter 9 Catalytic 9 Catalytic St

15、rategiesStrategies Proteases(蛋白酶蛋白酶) Chymotrypsin切割大疏水侧链 催化三联体(catalytic triad)氧离子洞(oxygen hole): 稳定四面体中间体S1 pocket: 底物识别 活性中心：Ser(丝氨酸) 金属蛋白酶（Zn+）:非共价催化 Carbonic Anhydrases(碳酸酐酶碳酸酐酶) active site: Zn+ 靠近催化催化三联体催化三联体 Restriction Enzyme特异性特异性 cognate DNA (酶结合，构象变化，结合Mg+，切割)甲基化修饰基因水平转移 Myosin-ATP水解水解Mg+

16、-ATP复合物，作为底物与myosin结合限速：产物释放P-loop NTPase domain Allosteric control(别构调节别构调节) Multiple forms of enzymes(同工酶同工酶) Reversible covalent modification(可逆共价修饰可逆共价修饰) Proteolytic activation(酶原激活酶原激活)Chapter 10 Regulatory StrategiesChapter 10 Regulatory Strategies ATCase(天冬氨酸转氨甲酰酶)CTP：别构抑制剂 & ATP：别构促进催化亚

17、基 & 调节亚基 同促 & 异促(非底物) Lactate dehydrogenase (LDH, 乳酸脱氢酶) 共价修饰共价修饰可逆(磷酸化,乙酰化) & 不可逆(泛素化)磷酸化：依赖蛋白激酶(cAMP激活PKA) ATP+靶蛋白 酶原激活酶原激活形成底物结合位点trypsin : 反馈正调节，激活大量酶原氧离子洞抑制剂：底物类似物 & 过渡态类似物凝血酶(维生素K,酶原) & 抗凝血酶 常见的糖类：单糖：葡萄糖，果糖，半乳糖，甘露糖 糖的异构(多样性)二糖：麦芽糖，蔗糖，乳糖多糖：糖原，淀粉，纤维素 糖苷键的形成（糖基转移酶）Maltose(麦芽糖麦

18、芽糖) a a-1,4-糖苷键糖苷键Cellulose(纤维素纤维素) b b-1,4-糖苷键糖苷键 糖苷酶Chapter 11 CarbohydratesChapter 11 Carbohydrates 糖与蛋白的复合物Glycoproteins (糖蛋白)：Mucins(黏蛋白)Proteoglycans (蛋白聚糖): 糖胺聚糖(几丁质)+ protein连接方式：连接方式： N/O linked聚蛋白聚糖：几丁质蛋白质糖基化：内质网，Golgi凝集素(lectin):糖结合蛋白细胞间信息交流embryo implantation(胚胎着床胚胎着床) Fatty acids (脂肪酸脂肪

19、酸)脂肪酸链越短，流动性好；不饱和度高，流动性好膜脂膜脂：磷脂，糖脂，胆固醇甘油磷脂极性头部带电极性头部带电情况Chapter 12 Lipids and Cell MembranesChapter 12 Lipids and Cell Membranes 膜蛋白：外周 & 内在 跨膜蛋白最常见：-螺旋 膜蛋白举例：rhodopsin(-螺旋) porin(-折叠)功能举例：花生四烯酸 前列腺素合酶 特征：亲水 & 疏水 极性肽键被内部氢键饱和 膜结合亲水基团：棕榈酰基 法尼基 糖基磷脂酰肌醇(GPI)血型糖蛋白Bacteriorhodopsin 流动性 脂质；部分膜蛋白 流动镶嵌模型Tm(熔解温度低，流动性好)耐低温胆固