分子生物学基础知识

H
O
N C C CH2 O HO P O O-
Phosphatase
Serine
H N C C H HC OH CH3 O
H O CH3
Phosphoserine
Phosphorylase Phosphatase
N C C H HC O HO P O O-
Threonine
H N C C H C H2
H
O
H N C C
O
Phosphothreonine
Phosphorylase Phosphatase
C H2
Phosphotyrosine
O HO P O O-
OH
Tyrosiபைடு நூலகம்e
25
Nonpolar amino acids
Glycine
H N C H H C
H
Alanine
O
H N C C
H
Valine
18
Charged amino acid
Histidine
H N C C H H N C H2
+
Arginine
H N C C H C H2 C H2 C H2
H
Lysine
O
H N C C C H2 C H2 C H2 C H2 NH3+ O
Glutamic acid Aspartic acid
O
Methyltransferase
Arginine
Methylarginine
21
Acidic amino acid and aminoacyl amino acids
Glutamic acid
H N C C H C H2 C H2 C O OO
Glutamine
H O
? ?
N C C H C H2 C H2 C O NH2
钠盐的形式存在的。
结果：100bp的RNA单链分子的分子量为33550 Dolton。
100 bp ssRNA 33550 Dolton
例三的引伸意义：
10000 Dolton ssRNA = 29.81 bp 30 bp
12
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
H N C C H C H2 C H2 C O OO
O
H N C C H C H2 C O O-
O
N H
NH H2N C NH2+
19
Modification of Lysine
H N H
H N C C H C H2 C H2 HO C H C H2 NH2
H
-N-Methyllysine
H O N C C H C H2 C H2 C H2 C H2 NH2+ C H3 H H N C C C H2 C H2 C H2 C H2 H3C NH+ C H3
4
O
－
O
H
＋
H
H
H
1 水是一个极性的分子。
水中有如下的电离平衡： H2O H++OH－
－14
20C下， [H+][OH－]＝10
2 3
，pH＝ -log10[H+]
水的分子量M=18, 即每摩尔水重18g 1L体积水中H2O分子的mmol数=55555mmol。
5
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。
6
分子生物学常用定量数据举例
例一：一条10 000 Dolton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
Amino Acid
Glycine Alanine Serine Proline Valine Threonine
MW
75.05 89.05 105.06 115.08 117.09 119.18
Nr
11 12 13 14 15 16
Amino Acid
Aspartic Acid Glutamine Lysine Glutamic Acid Methionine Histidine
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 ！！！！！！
16
Peptide bond
H O H N C C OH H R1
H O H N C C OH H R2
H O H O N C C OH H R2
H N C C H R1
17
Partial hydrolysis of polypeptide
H N C C H C H2 C H2 C H2 O
Hydroxylase -Hydroxylysine
HO C H C H2 NH3+
C H2 -N,N,N-Trimethyllysine H3C N + C H3 C H3
Methylase
20
Methylation of histidine and arginine
RNA mRNA、rRNA、tRNA、snRNA、snoRNA、 ribozyme、 antisense RNA、telomerase RNA 人类 70 000 ？…… RNomics
2 蛋白质多肽人类约 200 000种……Proteomics 3 多糖 …… Polysaccharidomics 4 脂类 …… lipomics？ 5 其他 ……‘X’omics
H N C C O
O
Phosphorylase
H
C H2
N H
OH
Phosphatase
O HO P O O-
tryptophan
tyrosine
Huckel’s 4n+2 rule
phosphotyrosine
24
H
Phosphoamino acids
O
H
N C C H C H2 OH
Phosphorylase
9
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。
10
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635 Dolton。 （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63500 Dolton。
H N C C H C H2 O
H N C C H N N C H2
O
H
O
Electronization Diselectronization
N C C H H C H2 N+ N H
H
phenylalanine
H N C C H C H2
H
histidine
H N C C C H2 O
charged-histidine
H N C C H C H2 C O OO
H N C C O
? ?
H
CH2 C O NH2
Aspartic acid
Asparagine
22
Sulfur containing amino acids
Cysteine
H N C C H CH2 SH O H
Cystine
O
+

H
H N C C CH2 S S
O C
C
N-Acetyllysine Acyltransferase
H N C C H C H2 C H2
O
C H2 C H2
Methylase
Methylase
O
C H2 C H2 NH C O C H3
H N C C C H2 C H2
O
O
Lysine C H2
C H2 NH3+
-N,N-Dimethyllysine
O
H N C HC C CH3 O
Proline
H C C N O
CH3
CH3
Leucine
H N C H H3C CH CH3 C O
H
Isoleucine
H N C HC C C H3 O
Phenylalanine
H N C C H C H2 O
CH2
C H2 C H3
26
Two distinct amino acids
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
13
生物大分子的种类
1 核酸
DNA 正常人：46个分子，35 000 gene…… Genomics
14
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。
15
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 ！！
Histidine
H N C C H CH2 NH N+ H O
Methylhistidine
H N C C O
Methyltransferase
H
CH2 NH N+
H3C
H N C C H C H2 C H2 C H2 NH H2N C NH2+ O
H
H N C C C H2 C H2 C H2 NH H2N C NH+ C H3
2 生物中分子
分子量介于1 000至 10 000 Dalton之间的分子
3 生物大分子
分子量大于10 000 Dalton的分子
3
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!
分子生物学基础知识
1
分子生物学的概念
1 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
2
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1 000 Dalton的分子
（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18 Dolton。
计算公式 10000 /(126.7－18) = 91.996 aa 92 aa
10000 Dolton 92 aa
7
Molecular Weight of Amino Acids
Nr
01 02 03 04 05 06
H O N C C H R1

H O N C C H R2
Trypsin: R1=side chain of Lys or Arg Chymotrypsin: R1=side chain of Phe, Trp or Tyr Pepsase: R1=side chain of Phe, Trp, Tyr and so on CNBr(Cyanogen bromide): R1=side chain of Met Thermolysin: R2=side chain of Leu, Ile or Val
Glycine Proline
H N C C H H
O
Asparagine
132.6
20
Tryptophan
204.11
Average: 136.91, Standard Deviation: 30.07
8
例一的引伸意义 1 10 000 Dolton无修饰的多肽链将可能由对应的276 bp的
编码区基因DNA编码。
10000 Dolton 92 aa 276 bp
O
N C C H CH2 SH
?
H
?
O
Methionine
H N C C H CH2 CH2 S CH3 O
CH2 O N C C H H H
O
N C C H CH2 SH CH3
N C C

H
CH2 CH2 SH
Methylcysteine
Homocysteine
23
Aromatic acids
100 bp dsDNA 6000065000 Dolton
例二的引伸意义：
10000 Dolton dsDNA = 15.75 bp 16 bp
11
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335.5 Dolton。 （2）在pH8.0的Tris缓冲液中，单链RNA分子是以
MW
133.6 146.08 146.13 147.08 149.15 155.09
07
08 09
Cysteine
Leucine Isoleucine
121.12
131.11 131.11
17
18 19
Phenylalanine
Arginine Tyrosine
165.09
174.4 181.09
10