生物化学-杨荣武教授精品PPT课件
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生物化学--杨荣武教授
两种β折叠的结构比较
β转角的主要内容
① 肽链骨架以180 º回折而改变 了肽链的方向；
② 由肽链上四个连续的氨基酸 残基组成，其中n位氨基酸残 基的-C=O与n＋3位氨基酸残 基的-NH形成氢键；
③ Gly和Pro经常出现在这种结构 之中；
④ 有利于反平行β折叠的形成， 这是因为β转角改变了肽链的 走向，促进相邻的肽段各自 作为β股，形成β折叠。
在蛋白质分子中，除了 上述四种有规则的二级 结构以外，还有一些极 不规则的二级结构，这 些结构统称为无规则卷 曲。一般说来，无规则 卷曲无固定的走向，有 时以环的形式存在，但 也不是任意变动的，它 的2个二面角（ф,ψ）也 有个变化范围。
蛋白质的三级结构
三级结构是指多肽链在二级结构的基础上，进一步盘绕、卷曲 和折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次级键（有时还有二硫键 和金属配位键）维系的完整的三维结构。三级结构通常由模体 和结构域组成。稳定三级结构主要包括氢键、疏水键、离子键、 范德华力。
余下的氨基酸则属于非必需氨基酸，动物体自身可以进 行有效的合成，它们包括：Ala，Asn、Asp、Gln、Glu、 Pro、Ser、Cys、Tyr和Gly。
一组（组氨酸）笨（苯丙氨酸）蛋（蛋氨酸）精 （精氨酸）来（赖氨酸）宿（苏氨酸）舍（色氨 酸）住（组氨酸）亮（亮氨酸）凉（异亮氨酸） 鞋（缬氨酸）
氨基酸的缩合反应与肽的形成
氨基酸的手性：D型与L型氨基酸
➢22种蛋白质氨基酸分子中，除了甘氨酸，均至少含 有一个不对称碳原子，因此除甘氨酸以外的21种蛋 白质氨基酸都具有手性性质。如果以L型甘油醛为参 照物，具有不对称碳原子的氨基酸就有D型和L型两 种对映异构体。实验证明，蛋白质分子中的不对称 氨基酸都是L型。D型氨基酸仅存在于一些特殊的抗 菌肽和某些细菌的细胞壁成分之中，它们不能参入 到在核糖体上合成的多肽或蛋白质分子之中。
[理学]杨荣武生物化学原理-南京大学-激素及其受体介导的信号转导PPT课件
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（影响下游基因的表达）
-
22
核受体负责与DNA结合的锌指结构
-
23
糖皮质激素受体的DNA结合结构域与HRE的结合
-
24
水溶性激素的作用机制
1. G蛋白偶联的受体作用系统 2. 酶受体系统 3. JAK-STAT系统 4. 离子通道系统 5. 其他
-
25
G蛋白偶联的受体系统
腺苷酸环化酶系统（Gs） 磷酸肌醇系统（Gq） 视网膜光电信号系统（Gt） 嗅觉相关信号传递系统（Golf） NO系统
-
3
动物激素的进一步分类
• 内部分泌激素 在原来的细胞内发挥作用。
• 自分泌激素 作用于原来分泌它的细胞
• 旁分泌激素 只作用于临近的细胞
• 内分泌激素 激素的作用距离远
• 神经内分泌激素 神经细胞合成并分泌，作用距离远。
-
4
激素的分类
• 化学本质分为 肽类或蛋白质激素（核糖体） 固醇类激素（酶催化，线粒体、光面内质网） 氨基酸衍生物激素（酶催化） 脂类激素（酶催化）
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20
激素作用的详细机制
脂溶性激素的作用机制 1. 通过细胞质受体(皮质醇和醛固酮） 2. 通过核受体(T3,T4，孕激素和雌激素） 3. 通过膜受体（爪蟾的孕激素）
水溶性激素
1. G蛋白偶联的受体作用系统
2. 酶受体系统
3. JAK-STAT系统
4. 离子通道系统
5. 其他
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21
脂溶性激素的作用机制
激素结合部位 DNA结合部位 热激蛋白（HSP90）结合部位
-
18
固醇类激素细胞质受体结构模型
-
19
激素作用的一般过程
（1）激素的合成和分泌； （2）激素被运输到靶细胞； （3）激素与特异性受体结合，导致受体的激活； （4）靶细胞内的一条或几条信号转导途径被起动； （5）靶细胞内产生特定的生理或生化效应； （6）信号的终止。
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核受体负责与DNA结合的锌指结构
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糖皮质激素受体的DNA结合结构域与HRE的结合
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水溶性激素的作用机制
1. G蛋白偶联的受体作用系统 2. 酶受体系统 3. JAK-STAT系统 4. 离子通道系统 5. 其他
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G蛋白偶联的受体系统
腺苷酸环化酶系统（Gs） 磷酸肌醇系统（Gq） 视网膜光电信号系统（Gt） 嗅觉相关信号传递系统（Golf） NO系统
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动物激素的进一步分类
• 内部分泌激素 在原来的细胞内发挥作用。
• 自分泌激素 作用于原来分泌它的细胞
• 旁分泌激素 只作用于临近的细胞
• 内分泌激素 激素的作用距离远
• 神经内分泌激素 神经细胞合成并分泌，作用距离远。
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激素的分类
• 化学本质分为 肽类或蛋白质激素（核糖体） 固醇类激素（酶催化，线粒体、光面内质网） 氨基酸衍生物激素（酶催化） 脂类激素（酶催化）
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激素作用的详细机制
脂溶性激素的作用机制 1. 通过细胞质受体(皮质醇和醛固酮） 2. 通过核受体(T3,T4，孕激素和雌激素） 3. 通过膜受体（爪蟾的孕激素）
水溶性激素
1. G蛋白偶联的受体作用系统
2. 酶受体系统
3. JAK-STAT系统
4. 离子通道系统
5. 其他
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脂溶性激素的作用机制
激素结合部位 DNA结合部位 热激蛋白（HSP90）结合部位
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固醇类激素细胞质受体结构模型
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激素作用的一般过程
（1）激素的合成和分泌； （2）激素被运输到靶细胞； （3）激素与特异性受体结合，导致受体的激活； （4）靶细胞内的一条或几条信号转导途径被起动； （5）靶细胞内产生特定的生理或生化效应； （6）信号的终止。
2019生物竞赛-生物化学-15糖类-杨荣武《生物化学原理(一)》(59张PPT)全文
第十五章 糖类
提纲
一、单糖 单糖的命名和缩写 单糖的旋光异构 单糖的环状结构和异头物 单糖的构象 单糖的衍生物 单糖的性质 几种生化上重要的单糖 二、寡糖 三、多糖 贮能多糖 结构多糖 糖缀合物
糖类的命名
糖类也称为碳水化合物，是指多羟基醛或多羟基酮以及它们的缩合物和某些衍生物。含有醛基的糖称为醛糖，含有酮基的糖称为酮糖。根据聚合度的不同，糖类可以分为单糖、寡糖和多糖。
葡萄糖的椅式构象和船式构象
单糖的衍生物
在特定的酶催化下，单糖在体内可进行各种修饰反应而形成一系列衍生物。常见的衍生物包括：氨基糖；氧化糖；脱氧糖；糖醇；糖苷。
单糖的反应性质
D-葡萄糖和D-半乳糖的变旋
酮糖和醛糖的互变
葡萄糖的还原
碱性条件的弱氧化
强酸对糖类的氧化
葡萄糖在酶催化下的氧化
直链淀粉和支链淀粉的化学结构
淀粉的碘反应
右旋糖酐
是一种主要以α-1,6糖苷键相连的分支多糖，通常存在于酵母和细菌中，其重复的二糖单位主要是异麦芽糖，分支点可能是1→2,1→3或1→4糖苷键。生长在牙齿表面的细菌产生的右旋糖酐是牙菌斑或菌斑的重要成分。细菌产生的右旋糖酐经常在实验室中被用作层析柱的支持介质.
常见二糖的名称和结构
多糖
由多个单糖分子缩合而成，其中由相同的单糖分子组成的多糖称为同多糖，含有不同种单糖单位的多糖称为杂多糖。多糖中最常见的单糖是D-葡萄糖，某些单糖的衍生物也出现在某些多糖分子之中。 单糖单位之间的连接方式即糖苷键的类型直接与多糖的机械强度和溶解性质有关。往往以α-1,4糖苷键相连的多糖比较软，在水里有一定的溶解度，而以β-1,4糖苷键相连的多糖比较硬，不溶于水。 与蛋白质不同，组成多糖的单糖单位的数目不是固定的，因此，多糖无确定的相对分子质量。与单糖相比，多糖无变旋现象和还原性，无甜味。 按照功能的不同，多糖可分为贮能多糖和结构多糖
杨荣武生物化学原理-南京大学-生物氧化ppt课件
化学渗透学说图解
支持化学渗透学说的主要的证据
（1）氧化磷酸化的进行需要完整的线粒体内膜的存在。 （2）使用精确的pH计可以检测到跨线粒体内膜的质子梯
度存在。据测定，一个呼吸活跃的线粒体的膜间隙的 pH要比其基质的pH低0.75个单位。 （3）破坏质子驱动力的化学试剂能够抑制ATP的合成。 （4）从线粒体内膜纯化得到一种酶能够直接利用质子梯 度合成ATP，此酶称为F1F0-ATP合酶。 （5）人工建立的跨线粒体内膜的质子梯度也可驱动ATP 的合成
✓ 根据在有氧环境下氧化反应达到平衡时各电子传递体的 还原程度来确定
✓ 使用特异性呼吸链抑制剂和人工电子受体 ✓ 呼吸链的拆分和重组
呼吸链各组分的标准氧化还原电位
在有氧条件下，线粒体中TCA循环反应达到平衡时，呼吸链中 各组分的还原程度
电子传递体 还原程度(%)
辅酶I 53
黄素蛋白 细胞色素b
20
氧化磷酸化
• 呼吸链的主要功能是产生能量货币ATP。当电子沿着 呼吸链向下游传递的时候总伴随着自由能的释放，释 放的自由能有很大一部分用来驱动ATP的合成，这种 与电子传递偶联在一起的合成ATP方式（ADP被磷酸 化）被称为氧化磷酸化。
氧化磷酸化的偶联机制
☻ 化学偶联假说 ☻ 构象偶联假说 ☺ 化学渗透学说
OH ∣
CuB+
H+
e-
H2O
目录
复合体
细胞色素 血红素
aa3
a
b
b
c
c
c1
c
几种细胞色素的性质比较
线粒体内膜上的定位
辅基与蛋白质的连接方式
跨膜蛋白 跨膜蛋白 水溶性的外周蛋白 （膜间隙一侧） 跨膜蛋白
(完整)生物竞赛生物化学引言和绪论杨荣武《生物化学原理》精品PPT资料精品PPT资料
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
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玻色-爱因斯坦凝聚态 艾滋病毒（HIV）
多莉羊（Dolly the sheep） 暗物质 干细胞
全基因组测序
年度 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
2009 2010 2011
2012
年度分子/年度突破
纳米电路 小RNA（small RNAs）
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
Biochemistry (cont.)
I promise I would not complain If I could store them in my brain Biochemistry Biochemistry I wish that I were wiser
My courses really shouldn’t be Such metabolic misery Biochemistry Biochemistry I wish that I were wiser
Biochemistry Biochemistry Reactions make me shiver They’re in my heart and in my lungs They’re even in my liver
生物化学课件
信号传导系统的终止
（1）HR解离 （2）受体脱敏 （3）第二信使的降解 （4）G蛋白的自我灭活 （5）蛋白质的去磷酸化
膜受体的结构与功能
与G蛋白偶联的受体 离子通道受体 具有内在酶活性的受体 无酶活性但直接与细胞质内的酪氨酸 蛋白质激酶相联系的受体
激素的作用过程
（1）激素的合成和分泌； （2）激素被运输到靶细胞； （3）激素与靶细胞膜或靶细胞内的特异性受 体结合，导致受体的激活； （4）靶细胞内的一条或几条信号传导途径被 起动； （5）靶细胞内产生特定的生理或生化效应； （6）信号的终止。
（1）1个特异性的测序引物和单链DNA模板结合，然后加入四种酶的 混合物，包括：DNA聚合酶、ATP硫酸化酶、荧光素酶和双磷酸酶。 反应底物有腺苷-5‘-磷酸硫酸（APS)和荧光素。 （2）向反应体系中加入1种dNTP，如果它正好能和DNA模板的下一个 碱基配对，则会在DNA 聚合酶的作用下，添加到测序引物的3＇端，同时释放出1分子的PPi。dATP由腺苷-α硫-三磷酸，dATPαS） 替代，因为DNA聚合酶对dATPαS的催化效率比对dATP的催化效率 高，且dATPαS不是荧光素酶的底物。 （3）在ATP硫酸化酶的作用下，生成的PPi可以和APS结合形成ATP； 在荧光素酶的催化下，生成的ATP又可以和荧光素结合形成氧化荧 光素，同时产生可见光。通过电荷耦合器光学系统即可获得一个 特异的检测峰，峰值的高低则和相匹配的碱基数成正比。 （4）反应体系中剩余的dNTP和残留的少量ATP在双磷酸酶的作用下 发生降解。 （5）加入另一种dNTP，使第2、3、4步反应重复进行，根据获得的 峰值图即可读取准确的DNA序列信息
RNA，RNA，RNA RNA，RNA，RNA，RNA RNA，RNA，RNA RNA， RNA， RNA
杨荣武生物化学原理南京大学糖酵解PPT课件
2-脱氧葡萄糖-6-磷酸也能够与此酶的活性中心结合， 但由于不能形成烯二醇中间物，所以无法完成反应， 反而因为它占据活性中心而抑制酶的活性。
现已发现磷酸己糖异构酶是一种兼职蛋白，除了参与 糖酵解以外，它还是一种神经生长因子。
22
第三步反应: 磷酸果糖的激活
FDP
糖酵解途径的限速步骤!！
23
糖酵解第二次引发反应 ΔG 是一个大的负值，不可逆反应 受到高度的调控
7
• 糖的吸收和转运
细胞膜
转运蛋白 （Transport protein）
+
Na G
+
Na
－葡萄糖转运系统
8
糖的主要分解代谢途径
葡萄糖
6-磷酸葡萄糖 （有氧或无氧）
（无氧） 丙酮酸
糖酵解
（有氧）
乳酸 乙醇
乙酰 CoA
磷酸戊糖 途径
三羧酸 循环
9
糖酵解——EMP途径
10
一、糖酵解的全部反应
糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP 生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄 糖降解的途径。该途径也称作EmbdenMeyethof-Parnas途径，简称ＥＭＰ途径。
28
第六步反应:甘油醛-3-磷酸的氧化和磷酸化
醛 1,3-BPG
29
☻ 整个糖酵解途径唯一的一步氧化还原反应 ☻ 产生1,3-BPG和NADH ☻ 为巯基酶，使用共价催化，碘代乙酸和有机汞（破坏巯基）能够
抑制此酶活性。 ☻ 砷酸在化学结构和化学性质与无机磷酸极为相似，因此可以代替
无机磷酸参加反应，形成甘油酸-1-砷酸-3-磷酸，但这样的产物 很不稳定，很快就自发地水解成为甘油酸-3-磷酸并产生热，无法 进入下一步底物水平磷酸化反应。由于甘油酸-1-砷酸-3-磷酸的 自发水解，将导致ATP合成受阻，影响细胞的正常代谢，这就是砷 酸有毒性的原因。
现已发现磷酸己糖异构酶是一种兼职蛋白，除了参与 糖酵解以外，它还是一种神经生长因子。
22
第三步反应: 磷酸果糖的激活
FDP
糖酵解途径的限速步骤!！
23
糖酵解第二次引发反应 ΔG 是一个大的负值，不可逆反应 受到高度的调控
7
• 糖的吸收和转运
细胞膜
转运蛋白 （Transport protein）
+
Na G
+
Na
－葡萄糖转运系统
8
糖的主要分解代谢途径
葡萄糖
6-磷酸葡萄糖 （有氧或无氧）
（无氧） 丙酮酸
糖酵解
（有氧）
乳酸 乙醇
乙酰 CoA
磷酸戊糖 途径
三羧酸 循环
9
糖酵解——EMP途径
10
一、糖酵解的全部反应
糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP 生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄 糖降解的途径。该途径也称作EmbdenMeyethof-Parnas途径，简称ＥＭＰ途径。
28
第六步反应:甘油醛-3-磷酸的氧化和磷酸化
醛 1,3-BPG
29
☻ 整个糖酵解途径唯一的一步氧化还原反应 ☻ 产生1,3-BPG和NADH ☻ 为巯基酶，使用共价催化，碘代乙酸和有机汞（破坏巯基）能够
抑制此酶活性。 ☻ 砷酸在化学结构和化学性质与无机磷酸极为相似，因此可以代替
无机磷酸参加反应，形成甘油酸-1-砷酸-3-磷酸，但这样的产物 很不稳定，很快就自发地水解成为甘油酸-3-磷酸并产生热，无法 进入下一步底物水平磷酸化反应。由于甘油酸-1-砷酸-3-磷酸的 自发水解，将导致ATP合成受阻，影响细胞的正常代谢，这就是砷 酸有毒性的原因。
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蛋白质结构的多样性
蛋白质的结构层次
1. 一级结构 (1º) : 独特的氨基酸序列，由基因决定。
2. 二级结构 (2º) :多肽链的主链骨架本身（不包括R基团）
在空间上有规律的折叠和盘绕，它是由氨基酸残基非 侧链基团之间的氢键决定的。
3. 三级结构 (3º) :是指多肽链在二级结构的基础上，进一
步盘绕、卷曲和折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次 级键以及二硫键维系的完整的三维结构。
余下的氨基酸则属于非必需氨基酸，动物体自身可以进 行有效的合成，它们包括：Ala，Asn、Asp、Gln、Glu、 Pro、Ser、Cys、Tyr和Gly。
一组（组氨酸）笨（苯丙氨酸）蛋（蛋氨酸）精 （精氨酸）来（赖氨酸）宿（苏氨酸）舍（色氨 酸）住（组氨酸）亮（亮氨酸）凉（异亮氨酸） 鞋（缬氨酸）
4. 四级结构 (4º)具有两条和两以上多肽链的寡聚蛋白
质或多聚蛋白质才会有四级结构。其内容包括亚基的 种类、数目、空间排布以及亚基之间的相互作用。
蛋白质的一级结构
是蛋白质的共价（肽键）结构 对于每一种蛋白质而言，都是独特的。 由编码它的基因的核苷酸序列决定。 是遗传信息的一种形式。 书写总是从N端到C端。
等电点（pI）
对于任何一种氨基酸来说，总存在一定的pH值，使其净 电荷为零，这时的pH值被称为等电点。pI是一个氨基酸 的特征常数。在等电点pH时，氨基酸在电场中，不向两 极移动，并且绝大多数处于兼性离子状态，少数可能解 离成阳离子和阴离子，但解离成阴、阳离子的趋势和数 目相等。
氨基酸的主要反应性质
氨基酸的缩合反应与肽的形成
氨基酸的手性：D型与L型氨基酸
22种蛋白质氨基酸分子中，除了甘氨酸，均至少含 有一个不对称碳原子，因此除甘氨酸以外的21种蛋 白质氨基酸都具有手性性质。如果以L型甘油醛为参 照物，具有不对称碳原子的氨基酸就有D型和L型两 种对映异构体。实验证明，蛋白质分子中的不对称 氨基酸都是L型。D型氨基酸仅存在于一些特殊的抗 菌肽和某些细菌的细胞壁成分之中，它们不能参入 到在核糖体上合成的多肽或蛋白质分子之中。
例如：瓜氨酸、鸟氨酸和羟脯氨酸
氨基酸的分类
根据侧链基团的水溶性，氨基酸可以分为： （1）疏水aa——非极性R基团 （2）亲水aa——极性的R基团 根据对动物的营养价值，氨基酸又可以分为： （1）必需aa （2）非必需aa
亲水氨基酸VS疏水氨基酸
亲水氨基酸，即极性氨基酸，其R基团呈极性，一般能 和水分子形成氢键，故对水分子具有一定的亲和性。它 们包括：Ser、Thr、Tyr、Cys、Sec、Asn、Gln、Asp、 Glu、Pyl、Arg、Lys、His；
例如，胰岛素A链的一级结构是： Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Thr-Ser-Ile-CysSer-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn
一种蛋白质的一级结构由编码 它的基因的核苷酸序列决定
DNA: GGC ATT GTG GAA CAA TGC TGT mRNA: GGC AUU GUG GAA CAA UGC UGU
疏水氨基酸，即非极性氨基酸，其R基团呈非极性，对 水分子的亲和性不高或者极低，但对脂溶性物质的亲和 性较高。它们包括：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Pro、 Met、Phe和Trp。
词记亲水氨基酸与疏水氨基酸
☺ 西湖景，紫竹为骨水潺潺 横笛相伴，闲听天簌静思禅 流苏落，心比双丝郁中缠 亲水氨基酸：西-硒代半胱氨酸；景-精氨酸；竹-组氨酸； 骨-谷氨酸 谷氨酰胺；伴-半胱氨酸；天-天冬氨酸 天冬酰胺；籁-赖氨酸；苏-苏氨酸；落-酪氨酸；比-吡咯 赖氨酸；丝-丝氨酸
蛋白质可能含有一条或多条肽链
1. 一条多肽链-单体蛋白 2. 不止一条多肽链-寡聚蛋白:同源寡聚体-同种肽链异
源寡聚体-两种或多种不同的肽链;血红蛋白是一种 异源四聚体：2条α链，2条β链。
蛋白质可能含有非蛋白质成分
1. 多肽链 +可能是辅助因子（金属离子、辅酶或辅 基），也可能是其他修饰。
2. 例如，羧肽酶的辅助因子是Zn2+；乳酸脱氢酶的辅酶 是辅酶I；血红蛋白的辅基是血红素。
2014年暑期生物学奥林匹克 竞赛理论培训辅导
一、氨基酸
氨基酸的结构通式
不同的侧链基团，不同的理化性质
蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸
蛋白质氨基酸，即标准氨基酸——在蛋白质 生物合成中，由专门的tRNA携带，直接参入 到蛋白质分子之中 ˗ 共22种：20种常见+2种不常见
非蛋白质氨基酸——不能直接参入到蛋白质 分子之中，或者是蛋白质氨基酸翻译后修饰 产物
氨基酸与茚三酮的反应
所有氨基酸及具有游离α-氨基的肽与茚三 酮反应都产生蓝紫色物质，只有脯氨酸和 羟脯氨酸与茚三酮反应产生黄色物质。
芳香族氨基酸的紫外吸收性质
半胱氨酸的氧化与二硫键的形成
二、蛋白质的结构
蛋白质的多样性
组成的多样性 大小的多样性 结构的多样性 功能的多样性
蛋白质组成的多样性
☺ 孤雁本色，一行斜去浮生转 两鬓白，异家龙井难为甘 疏水氨基酸：本-苯丙氨酸；色-色氨酸；斜-缬氨酸；浮脯氨酸；两-亮氨酸；鬓-丙氨酸；异-异亮氨酸；家-甲硫 氨酸；甘-甘氨酸
必需氨基酸VS非必需氨基酸
必需氨基酸是指人体必不可少，而机体内又不能合成、 必须从食物中补充的氨基酸。如果饮食中经常缺少它们， 就会影响健康。必需氨基酸共有10种：Lys、Trp、Phe、 Met、Thr、Ile、Leu、Val、Arg和His。人体虽能够合成 Arg和His，但合成的量通常不能满足正常的需要，因此 这两种氨基酸又被称为半必需氨酸。-Tip MTV Hall
氨基酸的构型与其旋光方向没有必然的联系。
特殊的酸碱性质与等电点
由于氨基酸既含有碱性的氨基又含有酸性的羧 基，因此氨基酸具有特殊的解离性质，但氨基 算的碱性和酸性分别弱于单纯的胺和羧酸。一 个氨基酸分子内部的酸碱反应使氨基酸能同时 带有正负两种电荷，以这种形式存在的离子被 称为兼性离子（zwitterions）或两性离子。