Biochemistry串讲四种弱相互作用

1、,Biochemistry,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,以类万物之情 弟子学习宜空灵娟逸、知类通达,宜大将风度、挥洒自如。 推天道以明人事者,四种弱相互作用 Electrostatic interactions（静电作用） van der Waals interactions（范德华力）-距离 Hydrogen bonds（氢键） Hydrophobic interactions(疏水作用) 疏水作用： 水分子（极性），非极性分子相互作用，熵增。,Chapter 1 Biochemistry: An Evolving Science,2

2、0 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(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

3、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 Structure,蛋白质结构,Primary Structure 氨基酸序列 肽平面，扭转角 拉式构象图（约而为泰） Secondary Structure 螺旋（链内氢键） 折叠（链间氢键） turns & loops Tertiary Structure motif（基序） & domain（结构域） Quaternary Structure 多亚基(subunit),氨基

4、酸等电点计算 Isoelectric point(pI) pH: (pK1+pK2)/2 +1 0 -1,pK1,pK2,Motif Domain,region,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 成核集结模型(协同cooperative) 折叠漏斗 蛋白质修饰 共价修饰（磷酸化修饰）,Chapter 3 Exploring Proteins and Proteome,Purification 盐析：硫酸铵 透析：半透膜 层析：凝胶过滤、离子交换、亲和层析 沉降系数 S(离心) 电泳原理：电场

5、作用下，带电分子移动(SDS:12 residue,负电),2DE, 二维电泳（等点聚焦+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 & 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(anne

6、al) 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 4 DNA, RNA, and the Flow of Genetic Information,内含子剪接体 exon shuffling(外显子重排) 新蛋白产生,Restriction-enzyme(限制性酶) 酶切位点：回文结构 (palindromic repeat) polymerase chain reaction(PCR) Strand separation(变性) Hybridization of primers（退火，annealing）

7、 DNA synthesis(复性，延伸) 指数扩增 Gene disruption (gene knockout, 基因敲除)研究基因功能,Chapter 5 Exploring Genes and Genome,Homology(同源性): 旁系同源(同一物种，不同分子) & 直系同源(不同物种) 保守性取代 & 非保守性取代 同源性评价：替换矩阵统计学（1525） & BLAST（序列分析） 结构同源 保守性高于 序列同源 趋异进化 & 趋同进化(没有同源性，进化出相同的活性中心),Chapter 6 Exploring Evolution,Gene duplication and sp

8、ecialization/divergence,Original Gene,Duplication,Unchanged,Divergence,Unchanged,Divergence,Gene Gene ,Gene sequence of domain I & II,Two homologous peptides,A protein with 2 homologous domains,Duplication,Chapter 7 Hemoglobin: Portrait of a Protein in Action,结合氧气：肺泡 协同性(from T to R state) 释放氧气：组织 2

9、,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 and Kinetics,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：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),米氏方程的推导,V0=K2ES K1ES=(K-1+K2)ES-ES恒定 ES/ES=(K-1+K2)/K1=Km-定义Km ES=ES/Km=(ET

10、-ES)S/Km 解得 ES=SET/(Km+S) V0=K2ET*S/(Km+S)=Vmax*S/(Km+S),S KM, V0 = Vmax, zero order reaction S = KM, V0 = Vmax/2,Allosteric enzymes(别构酶),Irreversible inhibitor(不可逆抑制剂) -Penicillin(青霉素) map the active site Reversible inhibition(可逆抑制) Competitive inhibition(竞争性抑制)：Km变大，Vmax不变 Uncompetitive inhibition

11、(反竞争性抑制)：Km变小，Vmax变小 Noncompetitive inhibition(非竞争性抑制)：Km不变，Vmax变小 Suicide inhibitors：青霉素-糖肽转移酶 Catalytic antibodies：人工酶 transition-state analogs（可作抑制剂） 过渡态类似物诱导产生催化抗体 虽为人工，宛若天成,甲氨蝶呤,二氢叶酸,Covalent catalysis(共价催化) Chymotrypsin General acid-base catalysis(广义酸碱催化) Chymotrypsin Carbohydrase Myosin Catal

12、ysis by approximation(靠近催化) Carbohydrase Metal ion catalysis(金属离子催化) Carbohydrase(Zn+) 限制酶(Mg+),Chapter 9 Catalytic Strategies,Proteases(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) active site:

13、Zn+ 靠近催化,催化三联体,Restriction Enzyme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 Mg+-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) Multiple forms of enzymes(同工酶) Reversible covalent modification(可逆共价修饰) Proteolytic activation(酶原激活),Chapter 10 Regulatory Str

14、ategies,ATCase(天冬氨酸转氨甲酰酶) CTP：别构抑制剂 & ATP：别构促进 催化亚基 & 调节亚基 同促 & 异促(非底物) Lactate dehydrogenase (LDH, 乳酸脱氢酶) 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

15、粉，纤维素 糖苷键的形成（糖基转移酶） Maltose(麦芽糖) a-1,4-糖苷键 Cellulose(纤维素) b-1,4-糖苷键 糖苷酶,Chapter 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： 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),Fatty acids (脂肪酸) 脂肪酸链越短，

16、流动性好；不饱和度高，流动性好 膜脂：磷脂，糖脂，胆固醇 甘油磷脂极性头部带电情况,Chapter 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 胆固醇 反式脂肪酸 脂筏(lipid raft)： 流动性下降，但不凝固 periplasm(周质空间),受体介导胞吞：转铁蛋白,离子泵(pump)原发性主动转运 P-type ATPases: Na-K 泵，Ca泵(磷酸化，构象反转) ATP-binding cassette (ABC载体)： MDR protein (P-糖蛋白) 真核（单体） 原核（寡聚） 载运子(carrier)继发性主动转运 次级转运(乳糖渗透酶) 区别：是否消耗ATP 共性：逆浓度梯度 离子通道(channel)被动运输,Chapter 13 Membrane Channels