生物化学与分子生物学实验技术 PPT
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《生物化学与分子生物学》第四章聚糖的结构与功能 ppt课件
N-连接： 连接 方式
O-连接：
一、N-连接糖蛋白的糖基化位点为 Asn-X-Ser/Thr
定义：
糖蛋白的糖链与蛋白部分的Asn-XSer序列的天氡酰胺氮以共价键连接称N连接糖蛋白。
N-连接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三个氨基 酸残基的序列子称为糖基化位点。
糖蛋白分子中聚糖结构的不均一性称为 糖型(glycoform)。
➢ 糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。 ➢ 分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、
粘液、眼玻璃体等组织。
• 蛋白聚糖的结构
组成
核心蛋白
葡萄糖胺
糖胺 糖胺聚糖
半乳糖胺 葡糖醛酸
糖醛酸 艾杜糖醛酸
一、糖胺聚糖是含已糖醛酸和已糖胺 组成的重复二糖单位
糖胺聚糖（glycosaminoglycan, GAG）曾称为 粘多糖、氨基多糖和酸性多糖等。
➢ 每一聚糖都有一个独特的能被蛋白质阅读， 并与蛋白质相结合的三维空间构象，即糖密 码(sugar code)。
一、聚糖组分是糖蛋白执行功能所必需
• 各类多糖或聚糖的生物合成并没有类似核酸、蛋白质 合成所需模板的指导，而聚糖中的糖基序列或不同糖 苷键的形成，主要取决于糖基转移酶的特异性识别糖 底物和催化作用。依靠多种糖基转移酶特异性地、有 序地将供体分子中糖基转运至接受体上，在不同位点 以不同糖苷键的方式，形成有序的聚糖结构。
➢ O-GlcNAc糖基化修饰是通过O-GlcNAc糖基转 移酶(O-GlcNAc transferase, OGT)作用，将βN-乙酰氨基葡萄糖以共价键方式结合于蛋白 质的Ser/Thr残基上。
➢ O-GlcNAc糖基化蛋白质的解离需要特异性 的 β-N- 乙 酰 氨 基 葡 萄 糖 酶 (O-GlcNAcase) 作 用，O-GlcNAc糖基化与去糖基化是个动态 可逆的过程。
O-连接：
一、N-连接糖蛋白的糖基化位点为 Asn-X-Ser/Thr
定义：
糖蛋白的糖链与蛋白部分的Asn-XSer序列的天氡酰胺氮以共价键连接称N连接糖蛋白。
N-连接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三个氨基 酸残基的序列子称为糖基化位点。
糖蛋白分子中聚糖结构的不均一性称为 糖型(glycoform)。
➢ 糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。 ➢ 分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、
粘液、眼玻璃体等组织。
• 蛋白聚糖的结构
组成
核心蛋白
葡萄糖胺
糖胺 糖胺聚糖
半乳糖胺 葡糖醛酸
糖醛酸 艾杜糖醛酸
一、糖胺聚糖是含已糖醛酸和已糖胺 组成的重复二糖单位
糖胺聚糖（glycosaminoglycan, GAG）曾称为 粘多糖、氨基多糖和酸性多糖等。
➢ 每一聚糖都有一个独特的能被蛋白质阅读， 并与蛋白质相结合的三维空间构象，即糖密 码(sugar code)。
一、聚糖组分是糖蛋白执行功能所必需
• 各类多糖或聚糖的生物合成并没有类似核酸、蛋白质 合成所需模板的指导，而聚糖中的糖基序列或不同糖 苷键的形成，主要取决于糖基转移酶的特异性识别糖 底物和催化作用。依靠多种糖基转移酶特异性地、有 序地将供体分子中糖基转运至接受体上，在不同位点 以不同糖苷键的方式，形成有序的聚糖结构。
➢ O-GlcNAc糖基化修饰是通过O-GlcNAc糖基转 移酶(O-GlcNAc transferase, OGT)作用，将βN-乙酰氨基葡萄糖以共价键方式结合于蛋白 质的Ser/Thr残基上。
➢ O-GlcNAc糖基化蛋白质的解离需要特异性 的 β-N- 乙 酰 氨 基 葡 萄 糖 酶 (O-GlcNAcase) 作 用，O-GlcNAc糖基化与去糖基化是个动态 可逆的过程。
生物化学及分子生物学人卫第九版组学与系统生物学ppt课件
t NHGRI于2003年9月启动了DNA元件百科全书（ENCyclopedia Of DNA Elements，ENCODE）计划；该计划旨在解析人类基因组中的所有功能性元 件，内容包括编码基因、非编码基因、调控区域、染色体结构维持和调节染色 体复制动力的DNA元件等 。
（一） ENCODE 是HGP的延续与深入
了解 糖组学、脂组学的研究内容；系统生物医学在现代医学研究 中的应用
第一节
基因组学
基因组学是阐明整个基因组的结构、结构与功能的关系 以及基因之间相互作用的科学
t 结构基因组学（structural genomics） t 比较基因组学（comparative genomics） t 功能基因组学（functional genomics）
t 研究内容
? 种间比较基因组学阐明物种间基因组结构的异同 ? 种内比较基因组学阐明群体内基因组结构的变异和多态性
三、功能基因组学系统探讨基因的活动规律
? 基因组的表达 ? 基因组功能注释 ? 基因组表达调控网络及机制
EJIFCC. 2008; 19(1): 22–30.
四、ENCODE识别人类基因组所有功能元件
ENCODE的研究内容与策略
基因图谱中的序列标签位点（STS）和表达 序列标签（EST）分布示意
（三）通过 BAC克隆系、比较基因组学鉴别基因组的相似性和差异性
t 比较基因组学是在基因组序列的基础上，通过与已知生物基因组的比较， 鉴别基因组的相似性和差异性，一方面可为阐明物种进化关系提供依据， 另一方面可根据基因的同源性预测相DNA图或表达图（expression map），是一种以 表达序列标签（expressed sequence tag，EST）为标记，根据转 录顺序的位置和距离绘制的分子遗DNA的5'-或3'-末端序列，每个EST长度一般在300~500bp之间就 可以包含已表达的该基因的信息。
（一） ENCODE 是HGP的延续与深入
了解 糖组学、脂组学的研究内容；系统生物医学在现代医学研究 中的应用
第一节
基因组学
基因组学是阐明整个基因组的结构、结构与功能的关系 以及基因之间相互作用的科学
t 结构基因组学（structural genomics） t 比较基因组学（comparative genomics） t 功能基因组学（functional genomics）
t 研究内容
? 种间比较基因组学阐明物种间基因组结构的异同 ? 种内比较基因组学阐明群体内基因组结构的变异和多态性
三、功能基因组学系统探讨基因的活动规律
? 基因组的表达 ? 基因组功能注释 ? 基因组表达调控网络及机制
EJIFCC. 2008; 19(1): 22–30.
四、ENCODE识别人类基因组所有功能元件
ENCODE的研究内容与策略
基因图谱中的序列标签位点（STS）和表达 序列标签（EST）分布示意
（三）通过 BAC克隆系、比较基因组学鉴别基因组的相似性和差异性
t 比较基因组学是在基因组序列的基础上，通过与已知生物基因组的比较， 鉴别基因组的相似性和差异性，一方面可为阐明物种进化关系提供依据， 另一方面可根据基因的同源性预测相DNA图或表达图（expression map），是一种以 表达序列标签（expressed sequence tag，EST）为标记，根据转 录顺序的位置和距离绘制的分子遗DNA的5'-或3'-末端序列，每个EST长度一般在300~500bp之间就 可以包含已表达的该基因的信息。
生物化学与分子生物学人卫教材全集ppt
跨学科研究的融合
生物技术与医学
随着生物技术的不断发展，未来将更加深入地探索生命现象的本质，为医学领域 提供新的治疗手段和药物。
生物信息学与计算机科学
生物信息学与计算机科学的结合将加速数据处理和分析的进程，为生物化学与分 子生物学的研究提供强大的技术支持。
对人类健康和生活的影响
疾病预防与治疗
随着生化学与分子生物学的发展， 未来将更加深入地了解疾病的发病机 制，为预防和治疗提供更加精准和有 效的方案。
广泛应用于电力、热力、交通等领域，可替代化石能源，减少温室气 体排放。
生物环保
生物环保概述
生物环保是指利用生物学原理和技术，解决环境问题、保护生态 环境的学科和技术领域。
生物环保的主要技术
包括生物净化、生物修复、生态恢复等。
生物环保的应用场景
广泛应用于水体治理、土壤修复、生态恢复等领域，对于保护生态 环境具有重要意义。
生物安全与伦理
生物安全与伦理概述
生物安全与伦理是指在生命科学研究、应用和实践中，遵 循科学道德、保护受试者和公众利益的原则和规范。
生物安全与伦理的主要原则
包括尊重人权、保护受试者权益、防止滥用科学技术等。
生物安全与伦理的实践意义
保障生命科学研究和应用活动的合法性、合理性和公正性 ，促进人类社会的可持续发展。
05
展望未来生物化学与 分子生物学的发展
新技术与新方法的出现
基因编辑技术
随着CRISPR-Cas9等基因编辑技术 的不断完善，未来将更加精准地实现 对基因的修改和调控，为遗传病治疗 和生物育种等领域带来突破。
人工智能与生物信息学
人工智能和生物信息学在生物化学与 分子生物学中的应用将更加广泛，有 助于高效解析生命现象、发现新药靶 点以及优化实验设计等。
生物化学ppt课件
;.
13
五、基因工程技术的发展
❖ 1970年，Smith发现限制性核酸内切酶 ❖ 1992年，Berg的转化实验 ❖ 1977年，Boyer等实现在大肠杆菌中表达多肽 ❖ 人干扰素、白介素、集落刺激因子、乙肝疫苗等基因工程药物及疫苗的使用 ❖ 转基因动植物及基因敲除（knock out）动植物 ❖ 基因诊断与基因治疗 ❖ 新技术的不断涌现
;.
12
四、遗传信息传递中心法则的建立
❖ Watson和Cricket的贡献 ❖ Kornberg发现DNA聚合酶 ❖ Messlson和Stahl的同位素标记实验 ❖ Okazaki片段 ❖ DNA复制机制的完善 ❖ Jacob和Monod等的贡献—转录机制 ❖ RNA如何到多肽链，三联体密码 ❖ 逆转录现象的发现
❖ —François Jacob, La logique du vivant: une histoire de l’hérédité ❖ (The Logic of Life: A History of Heredity), 1970
;.
2
绪论 Introduction
;.Biblioteka 3❖ 生物化学(biochemistry)：一门在分子水平上研究生命现象的科学，它主要应用 化学原理和方法来探讨生命的奥秘和本质，着眼于搞清组成生物体物质的分子结 构和功能，维持生命活动的各种化学变化及其与生理机能的联系。分子生物学 (molecular biology) 主要是以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息 传递和细胞信号转导过程中的作用为研究对象。
;.
7
二十世纪以前
❖ 中国：造酒，制酱、饴、醋，制作豆腐，治疗夜盲症，制糖等 ❖ 欧洲：Scheler，Lavoisier等
生物化学分子生物学部分课件--蛋白质代谢
• 很快，密码子CCC对应Pro, AAA对应Lys, 但 poly(G)没有得到结果（高级结构的缘故）。
用统计 法尝试 确定含 多种核 苷酸的 密码子 的碱基 组份
1964年Nirenberg等发现将核苷酸三联体与对应 的AA-tRNA放在一起，AA-tRNA就会结合到 核糖体上去。
核糖体结合 实验:
Decoding of the Genetic code
Proteins are synthesized at rough ER
核糖体 20世纪50年代Paul Zamecnik通过将同位素标记的氨基酸注射 到大鼠体内，按不同时间取肝脏分析同位素标记的氨基酸跑到 哪里去了。时间长了会在任何地方都有同位素标记，但在注射 后数分钟就检测，同位素全部跑到了含有RNA的小颗粒中（即 核糖体， ribosome)。
密码的特点
• 连续性 • 兼并性
在不同生物中使用同义密码子的频率是不相同 的——偏爱密码
• 摆动配对（变偶现象） • 通用性
– 线粒体的密码有一定的差别 – AUG—起始密码和甲硫氨酸 – UAG、UAA、UGA—终止密码
硒半胱氨酸是大肠杆菌的第21个拥有密码子 的氨基酸（识别UGA）
高浓度时取代 正常Cys，用 在同步辐射实 验中
丙氨基酰tRNA：Ala-tRNAala 精氨基酰tRNA：Arg-tRNAarg 甲硫氨基酰tRNA： Met-tRNAmet
起始密码子AUG编码的Met由tRNAimet （真 核） 或tRNAfmet（原核）转运。 真核细胞起始密码子编码的Met不须甲酰化 大肠杆菌起始密码子编码的Met须甲酰化
The final solution
几乎同时，Gobind Khorana成功地合成了 非随机重复的多聚核苷 酸。当这些多聚物得到 的结果与 Nirenberg的 结果进行比较时，得到 了确切的密码子信息。 如 (AC)n得到的结果是 H和T等量参入，而密 码的分布是等量的CAC 和ACA,因此CAC对应 H, ACA对应T.
用统计 法尝试 确定含 多种核 苷酸的 密码子 的碱基 组份
1964年Nirenberg等发现将核苷酸三联体与对应 的AA-tRNA放在一起，AA-tRNA就会结合到 核糖体上去。
核糖体结合 实验:
Decoding of the Genetic code
Proteins are synthesized at rough ER
核糖体 20世纪50年代Paul Zamecnik通过将同位素标记的氨基酸注射 到大鼠体内，按不同时间取肝脏分析同位素标记的氨基酸跑到 哪里去了。时间长了会在任何地方都有同位素标记，但在注射 后数分钟就检测，同位素全部跑到了含有RNA的小颗粒中（即 核糖体， ribosome)。
密码的特点
• 连续性 • 兼并性
在不同生物中使用同义密码子的频率是不相同 的——偏爱密码
• 摆动配对（变偶现象） • 通用性
– 线粒体的密码有一定的差别 – AUG—起始密码和甲硫氨酸 – UAG、UAA、UGA—终止密码
硒半胱氨酸是大肠杆菌的第21个拥有密码子 的氨基酸（识别UGA）
高浓度时取代 正常Cys，用 在同步辐射实 验中
丙氨基酰tRNA：Ala-tRNAala 精氨基酰tRNA：Arg-tRNAarg 甲硫氨基酰tRNA： Met-tRNAmet
起始密码子AUG编码的Met由tRNAimet （真 核） 或tRNAfmet（原核）转运。 真核细胞起始密码子编码的Met不须甲酰化 大肠杆菌起始密码子编码的Met须甲酰化
The final solution
几乎同时，Gobind Khorana成功地合成了 非随机重复的多聚核苷 酸。当这些多聚物得到 的结果与 Nirenberg的 结果进行比较时，得到 了确切的密码子信息。 如 (AC)n得到的结果是 H和T等量参入，而密 码的分布是等量的CAC 和ACA,因此CAC对应 H, ACA对应T.
分子生物学 PPT课件
• 使细胞生物学、遗传学、发育生物学、神经 生物学和生态学由原来的经典学科变成了生命科 学的真正前沿科学，形成了一系列交叉学科，如 分子遗传学、分子生态学、分子免疫学、分子病 毒学、分子病理学、分子肿瘤学和分子药理学等。 分子生物学是生命科学的核心前沿。
• 不同种属生物的表现形式多种多样和千姿百 态，但是，生命活动的本质却是高度一致的。例 如绝大多数生物遗传取决于DNA；除少数例外， 遗传密码在整个生命世界中都是一致的。又如核 酸一级结构和蛋白质一级结构的对应关系以及蛋 白质的有序合成，也表现出高度一致性。
• （五）小分子RNA研究进展
• 1993年，Lee RC等发现线虫(C.elegans) lin-4基 因编码的小分子RNA，其长度为22～61个核苷 酸——反义RNA。
• 反义RNA能与lin-14 mRNA的3ˊ非翻译区 （untranslated region，UTR）反义互补结合，阻 断lin-14的翻译，降低线虫早期发育阶段lin-14 蛋白的水平。
• 因此，分子生物学技术已成为推动生物 科学的各个领域向分子水平发展的重要 工具或手段，也是服务于人类和社会， 推动医药和工、农业发展的强大动力。
二、分子生物学的研究内容
• 分子生物学的研究内容主要包括以下三个方面。 • 1、核酸分子生物学： • 主要研究核酸的结构及其功能。 • 2、蛋白质分子生物学：
• 例如DNA及RNA的印迹转移、核酸分子杂 交、DNA克隆或重组DNA、基因体外扩增、 DNA 测序等等，以及研究蛋白质一级结构、 二级结构和三维结构与功能的分析技术。
• 其中重组DNA(recombinant DNA)技术是现代分 子生物学技术的核心。
• 重组DNA技术又称为基因操作(gene manipulation )、分子克隆(molecular cloning)、基 因克隆(gene cloning) 或基因工程（gene engineering）等。
生物化学与分子生物学(人卫版)教材全集(课堂PPT)
大多数蛋白质含
有这两种氨基酸残基，
所以测定蛋白质溶液
280nm的光吸收值是分 析溶液中蛋白质含量
的快速简便的方法。
芳香族氨基酸的紫外吸收
.
27
目录
（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物
氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝 紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。
由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正 比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。
.
20
目录
(五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性 氨基酸
.
21
目录
几种特殊氨基酸
• 脯氨酸
（亚氨基酸）
CH2 CH2
CH2
CHCOONH2+
.
22
目录
半胱氨酸
-OOC-CH-CH2-SH + HS-CH2-CH-COO-
+NH3
-HH
+NH3
-OOC-CH-CH2-S S-CH2-CH-COO-
.
25
目录
R CH COOH NH2
R CH COOH +OH-
NH3+
+H+
R CH COO- +OH- R CH COO-
NH3+
+H+
NH2
pH<pI 阳离子
pH=pI 氨基酸的兼性离子
.
pH>pI 阴离子
26 目录
（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质
色氨酸、酪氨酸 的最大吸收峰在 280 nm 附近。
存在自然界中的氨基酸有300余种，但 组 成 人 体 蛋 白 质 的 氨 基 酸 仅 有 20 种 ， 且 均 属 L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。
有这两种氨基酸残基，
所以测定蛋白质溶液
280nm的光吸收值是分 析溶液中蛋白质含量
的快速简便的方法。
芳香族氨基酸的紫外吸收
.
27
目录
（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物
氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝 紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。
由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正 比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。
.
20
目录
(五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性 氨基酸
.
21
目录
几种特殊氨基酸
• 脯氨酸
（亚氨基酸）
CH2 CH2
CH2
CHCOONH2+
.
22
目录
半胱氨酸
-OOC-CH-CH2-SH + HS-CH2-CH-COO-
+NH3
-HH
+NH3
-OOC-CH-CH2-S S-CH2-CH-COO-
.
25
目录
R CH COOH NH2
R CH COOH +OH-
NH3+
+H+
R CH COO- +OH- R CH COO-
NH3+
+H+
NH2
pH<pI 阳离子
pH=pI 氨基酸的兼性离子
.
pH>pI 阴离子
26 目录
（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质
色氨酸、酪氨酸 的最大吸收峰在 280 nm 附近。
存在自然界中的氨基酸有300余种，但 组 成 人 体 蛋 白 质 的 氨 基 酸 仅 有 20 种 ， 且 均 属 L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。
医学分子生物学PPT课件
高通量测序技术则可以对整个 基因组进行测序，提供更加全 面和准确的基因信息，是目前 最先进的基因诊断技术之一。
基因诊断技术在临床中应用案例分析
01
基因诊断技术在临床中应用广泛，如用于遗传性疾病的诊断、病原体 检测、药物基因组学等。
02
例如，对于遗传性疾病的诊断，基因诊断技术可以检测出患者是否携 带某种遗传病的致病基因，为疾病的早期预防和治疗提供依据。
03
在病原体检测方面，基因诊断技术可以快速、准确地检测出病原体的 种类和数量，有助于临床医生及时采取有效的治疗措施。
04
药物基因组学则是利用基因诊断技术，分析个体对药物的代谢和反应 差异，为个体化用药提供指导。
07
基因治疗策略安全性问题 探讨
基因治疗策略概述
基因治疗定义
通过修改或操纵人类或其 他生物的遗传物质以达到 治疗疾病的目的。
06
基因诊断技术原理临床应 用
基因诊断技术原理简介
基因诊断是利用分子生物学技术 ，检测和分析基因的结构和功能 异常，从而对疾病进行诊断和预
测。
基因诊断技术基于DNA或RNA 水平的变化，包括基因突变、基 因缺失、基因插入、基因重排等
。
通过检测这些变化，可以确定个 体是否携带某种疾病的易感基因 或已经患病，为临床诊断和治疗
提供依据。
基因诊断技术方法分类
基因诊断技术主要包括核酸检 测技术、基因芯片技术、高通
量测序技术等。
核酸检测技术是最常用的基因 诊断方法之一，包括聚合酶链 式反应（PCR）、实时荧光定 量PCR等，可用于检测病原体
、基因突变等。
基因芯片技术是一种高通量的 基因检测技术，可以同时检测 多个基因的变化，适用于大规 模筛查和基因表达谱分析。
基因诊断技术在临床中应用案例分析
01
基因诊断技术在临床中应用广泛，如用于遗传性疾病的诊断、病原体 检测、药物基因组学等。
02
例如，对于遗传性疾病的诊断，基因诊断技术可以检测出患者是否携 带某种遗传病的致病基因，为疾病的早期预防和治疗提供依据。
03
在病原体检测方面，基因诊断技术可以快速、准确地检测出病原体的 种类和数量，有助于临床医生及时采取有效的治疗措施。
04
药物基因组学则是利用基因诊断技术，分析个体对药物的代谢和反应 差异，为个体化用药提供指导。
07
基因治疗策略安全性问题 探讨
基因治疗策略概述
基因治疗定义
通过修改或操纵人类或其 他生物的遗传物质以达到 治疗疾病的目的。
06
基因诊断技术原理临床应 用
基因诊断技术原理简介
基因诊断是利用分子生物学技术 ，检测和分析基因的结构和功能 异常，从而对疾病进行诊断和预
测。
基因诊断技术基于DNA或RNA 水平的变化，包括基因突变、基 因缺失、基因插入、基因重排等
。
通过检测这些变化，可以确定个 体是否携带某种疾病的易感基因 或已经患病，为临床诊断和治疗
提供依据。
基因诊断技术方法分类
基因诊断技术主要包括核酸检 测技术、基因芯片技术、高通
量测序技术等。
核酸检测技术是最常用的基因 诊断方法之一，包括聚合酶链 式反应（PCR）、实时荧光定 量PCR等，可用于检测病原体
、基因突变等。
基因芯片技术是一种高通量的 基因检测技术，可以同时检测 多个基因的变化，适用于大规 模筛查和基因表达谱分析。