動物生物化學全套教學課件

動物生物化學

ZoicBiochemistry

課程介紹

Introductionofcurricula一、課程性質與學習目標課程性質生物化學是在分子水平上闡明生命現(xiàn)象的科學生物化學是動物科學和水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)的重要基礎課（專業(yè)必修課）學習目標掌握動物生物化學的基本理論和相應的試驗技能了解生物化學研究領域的部分重大成果及其在生命科學中的應用現(xiàn)狀與前景為學習其它專業(yè)知識并從事生產(chǎn)和科研工作奠定基礎動物生物化學

content第一章緒論第二章蛋白質的結構與功能第三章酶第四章糖類代謝第五章生物氧化第六章脂類代謝第七章含氮小分子的代謝第八章核酸的化學結構第九章核酸的生物學功能第十章生物膜結構與功能二、學時分配本課程總參考學時數(shù)80學時其中理論講授50學時實驗教學30學時三、課程考核方法考試:70分課程論文：10分課堂參與:10分實驗:10分第一章緒論

Chapter1Introduction講授內(nèi)容生物化學的概念生物化學的主要內(nèi)容生物化學的分支及與其它學科的關系生物化學的發(fā)展史生物化學的應用生物化學的學習方法教學目標掌握生物化學的概念和研究內(nèi)容了解生物化學的發(fā)展簡史了解生物化學在專業(yè)中所處的地位及在生產(chǎn)中的應用前景一、生物化學的概念WhatisBiochemistry?生命的奧秘是什么？動物學、植物學、人類學…………進一步縮小分析生理學、細胞學進入分子原子領域“看不見了”提問：如何研究呢？化學、物理學的研究方法與手段分離（有時需分解更小分子）、純化、化學物理分析（分子量、元素組成）器官（肝臟）消化系統(tǒng)

肝臟竇狀小管肝細胞細胞核分子（DNA）化學生物學生物化學Biochemistry生物化學－－－生命的化學－－－一門交叉學科Biochemistry——生物化學，由德國霍佩賽勒(E.F.Hoppe-seyler,1825-1895)于1877年提出生物化學是研究生命的化學的一門科學，簡稱為生命的化學生物化學主要是應用化學的理論和方法來研究生命現(xiàn)象，闡明生命現(xiàn)象的化學本質。WhatisBiochemistryBiochemistrySeekstoExplainLifeinChemicalTermsChemicalprocessesassociatedwithlivingthings.Biochemistrymaybedefinedasthestudyofthemolecularbasisoflife.二、生物化學主要內(nèi)容

Biochemicalmaincontent靜態(tài)化學生物大分子(包括蛋白質、酶及核酸等)的分子結構、主要理化性質，并在分子水平上闡述其結構與功能的關系動態(tài)化學物質代謝(包括糖類、脂類及蛋白質)的代謝變化，重點闡述主要代謝途徑(減少逐步化學反應的講解)、生物氧化與能量轉換、代謝途徑間的聯(lián)系以及代謝調(diào)節(jié)原理及規(guī)律分子生物學基礎闡明遺傳學中心法則所揭示的信息流向，包括DNA復制、RNA轉錄、翻譯及基因表達調(diào)控

1.靜態(tài)化學

BiochemistryasaBiologicalScience

DistinguishingCharacteristicsofLivingMatterDescribestructure,organization,functionofcellsinmolecularterms——StructuralChemistry生物體的化學組成所有生物體都由三類物質組成水無機離子生物分子ChemicalElementsofLivingMatter生物分子

/BiologicalMolecules生物分子是生物體和生命現(xiàn)象的結構基礎和功能基礎，是生物化學研究的基本對象生物分子的主要類型包括：Saccharide(糖)、lipids(脂)、NucleicAcids(核酸)、protein(蛋白質)維生素、輔酶、激素、核苷酸和氨基酸等生物分子中最重要的是糖、脂、核酸和蛋白質四類物質，分子量一般都很大，所以又稱為生物大分子AllMacromoleculesAreConstructedfromaFewSimpleCompounds生命的物質組成肽核苷多聚糖磷脂酸氨基酸含N堿核糖葡萄糖脂肪酸甘油膽堿基本生物分子4種生物大分子蛋白質核苷酸多糖脂類多酶復合體染色體生物膜細胞器細胞組織器官生物體動物植物微生物4種生物高分子新陳代謝同化作用assimilation環(huán)境生物小分子吸能反應異化作用dissimilation環(huán)境小分子分解代謝體內(nèi)生物大分子放能反應合成代謝大分子機體能量代謝物質代謝2.動態(tài)化學

物質的新陳代謝Metabolism物質在體內(nèi)發(fā)生了什么變化？怎樣的變化？伴隨的能量是如何轉變（物質代謝和能量代謝）？

包括：（1）糖代謝（2）脂代謝（3）生物氧化（4）氨基酸代謝（5）核苷酸代謝代謝調(diào)節(jié)復雜的生命現(xiàn)象是如何有條不紊進行？是受到怎么樣的精確調(diào)控的？物質代謝是如何相互聯(lián)系的?3.分子遺傳學基礎

MolecularGenetics從分子水平揭開生命遺傳的奧秘

DNA的生物合成—復制RNA的生物合成—

轉錄蛋白質的生物合成—

翻譯三、生物化學的分支、與其它學科的關系1.生物化學的分支動物生化（zoic~）、植物生化（botanic~）、微生物生化（microbial~）、普通生化（general~）進化生化（Evolutional~）或比較生化（Comparative~）生理化學（physiological~）醫(yī)學生化（medicinal~）、農(nóng)業(yè)生化（agricultural~）、工業(yè)生化（industrial~）、Cellular~細胞生物化學、Functional~機能生化,功能生化、Marine~海洋生物化學、Molecular~分子生物化學、Radiation~輻射生物化學。2.與有關科學的關系包含、交叉、基礎、延伸化學（chemistry）生理學(physiology)遺傳學(genetics)生態(tài)學(ecology)細胞生物學(cytobiology)微生物學(microbiology)分類學(taxolgy)四、生物化學發(fā)展史

BiochemicalPhylogeny1.早期萌芽階段2.

迅速發(fā)展階段3.

分子生物學與基因工程階段1.

早期萌芽階段經(jīng)驗性知識的發(fā)現(xiàn)、積累與應用我國遠在公元前22世紀的夏禹時代就知道釀酒。公元前12世紀“周禮”已有發(fā)酵制醬的記載。公元前4世紀，莊子已記載有“瘦病”，即現(xiàn)代的地方性甲狀腺腫病；到公元4世紀時，葛洪已知用含碘豐富的海藻來治療。我國早有記載，孫思邈(公元581—682年)用米糠熬成的粥來治療腳氣病，用豬肝治療“雀目”。從公元10世紀起，我國的學者已利用各種動物器官來治療疾病,成為近代內(nèi)分泌學的開端。2.

迅速發(fā)展階段以實證科學的方法進行系統(tǒng)的研究18世紀拉瓦錫進行了動物呼吸試驗19世紀：德國霍佩賽勒(E.F.Hoppe-seyler,1825-1895)首創(chuàng)蛋白質一詞，開始核酸的研究，創(chuàng)立生物化學1897年布克納兄弟（HansBuchner和EdwardBuchner）用酵母胞液發(fā)酵蔗糖，徹底推翻了“活理論”，同時也打開了現(xiàn)代生物化學的大門到20世紀50年代，生物化學中有關物質代謝、能量代謝及維生素和相關營養(yǎng)學等，都已經(jīng)搞得比較清楚。3.

分子生物學與基因工程階段生物化學的領域向廣度和深度發(fā)展1944年，艾弗里（O.A?ery）、麥克勞德（C.Macleod）和麥卡蒂（M.McCarty）首次證明DNA是遺傳物質1953年沃森（J.D.Watson）和克里克（F.H.C.Crick）提出了DNA雙螺旋三維空間結構模型1962年Arber等人發(fā)現(xiàn)了限制性內(nèi)切酶，于70年代初出現(xiàn)了DNA重組技術，終于實現(xiàn)了改變生物的遺傳性狀的目的。在一定程度上使生物按人的意愿行事1944年艾弗里（Avery）等從肺炎鏈球菌的轉化試驗中發(fā)現(xiàn)，轉化因子是DNA（脫氧核糖核酸），而不是蛋白質，接著又積累了大量事實，證明DNA是遺傳物質。1953DeterminedthestructureofDNAJamesWatson,FrancisCrick,MauriceWilkins,RosalindFranklin,1954Centraldogma(Crick)4、生物化學的成就1953年，DNA雙螺旋結構模式1958年，分子遺傳的中心法則1970年，基因工程方法的建立1981年，發(fā)現(xiàn)有催化功能的RNA（Ribozyme）1985年，人類基因組作圖和測序計劃1993年，P53被“Science”評為年度分子明星1997年，第一只克隆羊誕生1999年，干細胞的研究位列當年科技重大突破首位2000年，人類基因組作圖計劃即將完成2002年，RNAi榮登重大科技突破榜首2005年，觀察進化發(fā)生位列科技突破首位章首基因工程方法的建立

1970年，Temin和Baltimore從雞肉瘤病毒中發(fā)現(xiàn)反轉錄酶。

Smith和Wilcox在E.coli中發(fā)現(xiàn)芽豆類限制性內(nèi)切酶,由此為基因工程方法的建立打下了基礎。章首節(jié)首Ribozyme章首節(jié)首1978年，Altman在提純RNAaseP時發(fā)現(xiàn)，此酶由蛋白質和一個RNA片段組成，單獨的RNA能完成對前體tRNA的剪切，而單獨的蛋白質卻無此能力。1981年，Cech在研究四膜蟲前體rRNA的加工過程中發(fā)現(xiàn)，在沒有蛋白質存在的情況下，一段RNA序列（IVS）能進行自動剪切，生成L-19IVS。后者在離體條件下能催化五聚胞嘧啶核苷酸的合成。由此提出了具有催化功能的核酸（Ribozyme）的概念。

Ribozyme的提出為解決人類的起源問題提供了一種新的假說，為此，Cech與Altman共同獲得了1989年化學諾貝爾獎?！叭祟惢蚪M作圖和測序”計劃

1985年，美國科學家率先提出“人類基因組測序和作圖”計劃（簡稱HGP）。國際合作始于1990年該計劃的核心就是測定人類基因組的全部DNA序列，從整體上破譯人類遺傳信息，以使人類能在分子水平上全面地認識自我。

HGP的精神是：全球共有，國際合作。即時公布，免費共享。章首節(jié)首P53被“Science”評為年度分子明星p53基因是一種腫瘤抑制基因，定位于人類17號染色體短臂，其編碼的p53蛋白具有調(diào)控細胞增殖功能。大量實驗表明，人體內(nèi)約50%的腫瘤發(fā)生與p53的缺失，突變有關，也與p53蛋白與病毒蛋白的結合，導致p53蛋白失活有關。

03年10月央視國際報道了我國用于惡性腫瘤治療的基因藥物誕生并批準上市。這種由深圳賽百諾基因技術有限公司研制的基因藥物名為重組腺病毒P53抗癌注射液，主要用于治療頭頸部鱗癌和其他惡性腫瘤。

章首節(jié)首克隆羊誕生章首節(jié)首1997年2月23日，英國羅斯林研究所宣布，他們成功創(chuàng)造了世界上第一個克隆羊多莉。它的意義在于，人類已能用高度分化的乳腺細胞作為核供體，通過無性繁殖方法，復制出與核供體完全一致的新個體。1999年干細胞的研究工作位列年度科學技術重大突破首位

干細胞（stemcell）是一類既有自我更新能力，又有多分化潛能的細胞。干細胞的研究一方面可以揭示許多有關細胞生長和發(fā)育的基礎理論難題；另一方面可望將其用于創(chuàng)傷修復，神經(jīng)再生和抗衰老等臨床醫(yī)學研究。

章首節(jié)首上一頁人類基因組計劃的應用前景將揭示生命世界的一些重大奧秘，如生命起源，生物進化等。將應用于疾病的診斷和治療，將改變21世紀的醫(yī)學。將有利于人類培育優(yōu)良的動植物品種。將大大促進生命科學工業(yè)的發(fā)展，特別是基因制藥工業(yè)的發(fā)展。

章首節(jié)首上一頁精神病基因的發(fā)現(xiàn)研究人員確認了增加患上由家族遺傳的精神分裂、抑郁癥和其他精神疾病的基因。發(fā)現(xiàn)了一組增加患上抑郁癥機會的基因，但患者在受到嚴重壓力下才會觸發(fā)基因活動。這一成果位列2003年重大科技突破第二位垃圾DNA人體內(nèi)非編碼ＤＮＡ雖然占人體基因組的９５％，但它卻不像編碼基因那樣控制產(chǎn)生特定的蛋白質，所以曾經(jīng)被稱為“垃圾ＤＮＡ”。英國科學家最近研究發(fā)現(xiàn)，這些貌似無用的ＤＮＡ對某些疾病的嚴重程度卻有著很大影響。這些DNA對于基因在正確的位置和正確的時間“開啟”起到關鍵的幫助這一成果位列04年重大科技突破第五位返回2002年RNAi榮登重大科技突破榜首RNA曾被認為是一種缺乏活力的生物分子，但最近一系列發(fā)現(xiàn)表明，一種小分子RNA參與著多項細胞控制工作，能夠關閉基因或改變它們的表達水平。這一現(xiàn)象稱為核糖核酸干擾（RNAi），它是體內(nèi)抵御外在感染的一種重要保護機制。小RNA的這種功能有可能使21世紀的醫(yī)藥研究產(chǎn)生革命性的變化。章首節(jié)首2006年6月，美國一項研究顯示，導致老年人失明的最常見病因——老年性黃斑變性（AMD），能夠通過siRNA分子來對付。這些結果是由評估RNAi(RNA干擾)療法對人類患者效果的首次臨床試驗獲得。2005年觀察進化發(fā)生位列科技突破首位自從達爾文1859年把進化理論首次引入科學界以來，該理論一直是生物學的基礎，但也受到其它理論的挑戰(zhàn)。2005年研究人員在對1918年大流行的流感病毒基因、黑猩猩基因以及其它物種的基因進化研究中發(fā)現(xiàn)，達爾文的進化理論仍然對當代生物學具有指導意義。并且這些研究成果對現(xiàn)實生活具有重要影響。五、生物化學的應用Revolutioninbiologicalsciences作為其它生命科學的理論基礎對各種生命現(xiàn)象和生物生產(chǎn)過程進行機理和本質解釋作為方法與工具直接應用于生產(chǎn)過程

生物產(chǎn)品生產(chǎn)制備提取加工等生物操作技術進行創(chuàng)造和改造生物生物化學的最終目的是——控制生命過程為人類的健康與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務TheUsesofBiochemistryMedicineAgricultureNutritionClinicalChemistryPharmacologyToxicologyIndustry1.醫(yī)學上的應用疾病的診斷與病理分析、新藥物的開發(fā)設計、各類保健品開發(fā)、基因療法、器官克隆等臨床生化診斷：血糖濃度→糖尿病，血清酸性磷酸酶→前列腺癌，堿性磷酸酶→骨癌…

替代治療：口服胃蛋白酶、胰蛋白酶等治療消化不良抗癌治療：利用氨甲蝶呤抑制癌細胞的二氫葉酸還原酶對癥治療：DNA酶可降低支氣管分泌物的粘滯性2.農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)轉基因技術進行育種、生物病蟲害防止、利用代謝調(diào)控技術保證產(chǎn)品儲存等、高級動植物品種的克隆技術研究植物新陳代謝本質以控制其發(fā)育，用生物化學技術測定新品種的特性，抗菌素、殺蟲劑、除草劑的研制及激素的應用等均離不開生物化學3.在水產(chǎn)、畜牧業(yè)上的應用提高畜禽生產(chǎn)性能改善肉質、乳質、蛋質營養(yǎng)提高飼料及畜產(chǎn)品加工水平4.在工業(yè)上的應用酶、代謝調(diào)控等手段被廣泛用于食品加工、釀造、制革、新材料、新能源的開發(fā)與研制等工業(yè)領域進行工業(yè)污染的治理，其成本低、效率高、無毒害生物工程技術與產(chǎn)品Return六、生物化學的學習方法生物化學1.生物化學特點內(nèi)容多而復雜名詞術語生疏英文多結構式多

2學習要求與方法適當?shù)挠洃浖臃磸突钣米⒁庀到y(tǒng)性、聯(lián)系性作筆記記代號主要內(nèi)容在課堂解決課后作習題與思考題3.參考書基于生物化學的經(jīng)典寶書《LehningerPrinciplesofBiochemistry》香港一位教授曾經(jīng)向Lehninger當面說,“有史以來,發(fā)行量最大的三本書是:1《圣經(jīng)》，2《毛主席語錄》，3《LehningerPrinciplesofBiochemistry》”一點不假，這本書絕對是生化圣經(jīng)！生物化學第二版（沈同王靜巖編）

生物化學第三版（王靜巖編）

Enjoyyourstudyandexperiments,butnotsuffer!思考題生物化學主要從哪一水平來揭示生命規(guī)律？它包括哪幾部分？為何現(xiàn)代自然科學源于歐洲，而不是擁有悠久歷史的中國？我國的生命科學研究現(xiàn)狀如何？生物化學在動物生產(chǎn)中具有怎樣的地位？應用前景如何？第二章蛋白質的結構與功能

Chapter1StructureandFunctionof

Protein講授內(nèi)容第一節(jié)蛋白質在生命中的重要作用第二節(jié)

蛋白質的化學組成第三節(jié)

蛋白質的化學結構第四節(jié)

蛋白質的高級結構第五節(jié)

多肽、蛋白質結構與功能的關系第六節(jié)

蛋白質的物理化學性質和分離提純第七節(jié)

蛋白質分類第一節(jié)蛋白質在生命中的重要作用蛋白質的概念“protein”是荷蘭化學家Mulder首先使用的，來自于希臘語“protos”，意為“第一”和“最重要的”蛋白質和核酸（DNA和RNA）都是生物大分子。它們存在于動物、植物和微生物的細胞之中。蛋白質是生命活動的物質基礎，在機體內(nèi)蛋白質約占機體固體成分的45%，幾乎在一切生命過程中都起著關鍵作用

酶類

催化體內(nèi)生化反應激素蛋白類

調(diào)節(jié)體內(nèi)物質代謝，如Ins、IGF-I、GH（Hormone）運輸?shù)鞍最?/p>

運輸代謝所需小分子、離子以及電子，如血紅蛋白運動蛋白類

使細胞或生物體發(fā)生運動，如肌球蛋白和肌動蛋白防御蛋白類

抵抗入侵，保護機體，如抗體（與細菌、病毒選擇性結合）、補體（殺死細菌、病毒）、干擾素（抑制病毒）；凝血酶和血液纖維蛋白原參與血液凝固受體蛋白類

存在于細胞各個部分，把激素、神經(jīng)遞質信號傳遞給靶細胞，如膜受體生長、分化的調(diào)節(jié)蛋白類

對細胞的生長、分化、基因表達其調(diào)節(jié)作用。例如：組蛋白、阻遏蛋白、表皮生長因子營養(yǎng)和貯存類

卵清蛋白、乳中酪蛋白、小麥種子中的醇溶蛋白結構蛋白類

機體的結構成分，如膠原蛋白、角蛋白、硬蛋白、絲心蛋白、彈性蛋白毒素蛋白類

極少量即可導致中毒，霍亂毒素、毒蛇的毒素蛋白膜蛋白類

生物膜的成分，可進行細胞的識別、物質運輸、信息傳遞等

蛋白質是生命活動所依賴的物質基礎。

沒有蛋白質就沒有生命！第二節(jié)

蛋白質的化學組成一、蛋白質的元素組成碳50%~55%、氫6%~8%、氧20%~23%、氮15%~17%、硫0.3%~2.5%某些蛋白中，還含有微量的磷、鐵、銅、鉬、碘、鋅等元素各種蛋白質的氮的含量比較恒定，平均值為16%蛋白質的含氮量大多數(shù)蛋白質的含氮量接近于16%，這是蛋白質元素組成的一個特點，也是凱氏（Kjedahl）定氮法測定蛋白質含量的計算基礎。根據(jù)生物樣品中的含氮量來計算蛋白質的大概含量：蛋白質含量=蛋白氮6.256.25為蛋白質系數(shù)，即1克氮所代表的蛋白質量（克數(shù)）二、蛋白質的基本結構單位和其它組分蛋白質的基本結構單位是氨基酸蛋白質分為兩大類簡單蛋白質

水解后產(chǎn)生各種氨基酸結合蛋白質

水解后還可產(chǎn)生其它組分，如血紅素、糖類、脂類、核酸、金屬離子等三、氨基酸氨基酸的基本結構與構型常見的氨基酸20種，除脯氨酸是α-亞氨基酸外，其余19種都是α-氨基酸。

甘氨酸結構式除甘氨酸外，其余19種氨基酸都具有手性，天然蛋白中的所有氨基酸都是L-型的。但在某些微生物和植物體中常含有D-型氨基酸根據(jù)R側鏈極性和電荷不同，分四大類非極性不帶電極性正電極性負電極性2.氨基酸的分類非極性氨基酸“丙、纈、亮、異亮、脯上色、苯、蛋”R基團具有疏水性。Non-polaraminoacids不帶電極性“甘、絲、蘇、半、酪、天冬、谷氨酰胺”

R基團有極性，但不解離，或僅極弱地解離，它們的R基團有親水性Polar,unchargedaminoacids正電極性“賴、精、組”R基團有極性，且解離，在中性溶液中顯堿性，親水性強Basicaminoacids負電極性“天冬、谷氨酸”R基團有極性，且解離，在中性溶液中顯酸性，親水性強Acidicaminoacids

3.稀有氨基酸除了上述20種常見氨基酸以外，還有一些僅存在于少數(shù)蛋白質中的稀有L—型氨基酸膠原蛋白和彈性蛋白中的4—羥脯氨酸和5—羥賴氨酸甲狀腺球蛋白中的二碘酪氨酸和L—甲狀腺素肌球蛋白中的ε—N—甲基賴氨酸；α-角蛋白中的胱氨酸是常見氨基酸的衍生物,沒有遺傳密碼，是在蛋白質生物合成以后，通過有關酶的催化修飾而形成的。

4.非蛋白質氨基酸

有一些氨基酸不參與蛋白質的組成，而是以游離的狀態(tài)存在于生物體之中。5.必須氨基酸從營養(yǎng)學角度還可以將氨基酸分為必需和非必需氨基酸。八種必須氨基酸:必需氨基酸包括：賴氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、色氨酸、組氨酸和精氨酸，其中的組氨酸和精氨酸，雖然人體能自己合成，但效率較低，尤其在嬰幼兒時期，需要由外界供給?！耙患覍憙扇緯鴣怼?精組其余的10種氨基酸是非必需氨基酸：甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸和丙氨酸。6.氨基酸的主要的理化性質

光吸收特性在紫外光區(qū)色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸有吸收光的能力。其最大吸收波長(λ)分別為279、278、259nm。是利用紫外分光光度計（在波長280nm處）測定蛋白質濃度的基礎。

氨基酸的兩性解離及等電點氨基酸—COOH能放出質子，變成COO－；—NH2能接受質子，而變成—NH3＋。氨基酸是兩性電解質(ampho1yte)兩性離子：帶有數(shù)量相等的正負電荷的離子氨基酸兩性解離示意圖pH1（<pI，向負極移動)pH5.97（=pI)pH11(>pI，向正極移動)氨基酸的等電點

溶液中氨基酸以兩性離子的形式存在時，溶液的pH，稱為該氨基酸的等電點，用pI表示。從左向右第一個拐點是氨基酸羧基解離50%的狀態(tài)第二個拐點是氨基酸的等電點第三個拐點是氨基酸氨基解離50%的狀態(tài)甘氨酸的電離酸堿滴定曲線，用NaOH滴定，溶液的pH由小到大逐漸升高例如丙氨酸有兩個可解離基團，a-COOH和a-NH3＋，它們的解離常數(shù)pK值分別是2.4（pK1）和9.9（pK2）；組氨酸有3個可解離基團，即a-COOH、a-NH3＋和側鏈基團咪唑基，pK值分別是1.8（pK1）、9.3（pK2）和6.0（pKR）。每一個pK值都是位于滴定曲線緩沖區(qū)的中心，當丙氨酸處于pH2.4的緩沖液時，它的陽離子形式和它的兼性離子形式的摩爾濃度相等，同樣在pH9.9時，它的兼性離子形式和它的陰離子形式的摩爾濃度相等。

當氨基酸處于某一pH下，其凈電荷為零時，該pH即為該氨基酸的等電點（pI）。pI可通過相應的pK值計算出。

pI＝（pKx＋pKy）/2pKx，pKy為相應的兩個可解離基團對于一氨基、一羧基的氨基酸，上式中的pKx和pKy為它的pK1和pK2；而對于象天冬氨酸和谷氨酸那樣的酸性氨基酸，pKx和pKy為它的pK1和pKR；而對于象賴氨酸、組氨酸和精氨酸那樣的堿性氨基酸，pKx和pKy為它的pKR和pK2。

一個氨基酸帶電狀況取決于所處溶液的pH，當pI<pH時，氨基酸帶凈的負電荷；當pI>pH時，帶凈的正電荷。

氨基酸分子量a-COOHpKa

a-NH3+

R基團pI蛋白質中

出現(xiàn)的幾率(%)*甘氨酸752.349.60

5.977.5丙氨酸892.349.69

6.019.0纈氨酸1172.329.62

5.976.9亮氨酸1312.369.60

5.987.5異亮氨酸1312.369.68

6.024.6脯氨酸1151.9910.96

6.484.6苯丙氨酸1651.839.13

5.483.5酪氨酸1812.029.1110.075.663.5色氨酸2042.389.39

5.891.1絲氨酸1052.219.15

5.687.1蘇氨酸1192.119.625.87

6.0半胱氨酸1211.968.1810.285.052.8蛋氨酸1492.289.21

5.741.7天冬酰胺1322.028.08

5.414.4谷氨酰胺1462.179.13

5.653.9天冬氨酸1331.889.063.652.775.5谷氨酸1472.199.674.253.226.2賴氨酸1462.188.9510.539.747.0精氨酸1742.179.0412.4810.764.7組氨酸1551.829.176.007.592.1

氨基酸的等電點的作用在一定的實驗條件下，等電點是氨基酸的特征常數(shù)。不同的氨基酸，由于R基結構的不同，而有不同的等電點。當氨基酸處于等電點狀態(tài)時，溶解度最小，容易發(fā)生沉淀；利用這一特性可以從各種氨基酸的混合物溶液中分離制取某種氨基酸。

7.氨基酸的重要化學反應

氨基酸與茚三酮的反應氨基酸與茚三酮（ninhydrin）的反應是一個檢測和定量氨基酸和蛋白質的重要反應。茚三酮在弱酸性溶液中與氨基酸共熱，具有游離氨基的氨基酸都生成紫色化合物（l470），而亞氨基酸，則生成黃色化合物（l440）。在一定的反應條件下，產(chǎn)生的顏色的強度（溶液中的光吸收）與氨基酸濃度成比例，根據(jù)溶液的吸光度，可以算出相應的氨基酸和蛋白質的濃度。氨基酸與2,4-二硝基氟苯反應

2,4-二硝基氟苯（2,4-dinitrofluorobenzene,DNFB）也叫做Sanger試劑。DNFB在弱堿性溶液中與氨基酸發(fā)生取代反應，生成黃色化合物二硝基苯基氨基酸（dinitrophenylaminoacid,DNP氨基酸）

氨基酸與丹磺酰氯的反應

丹磺酰氯（dansylchloride）是5-二甲基氨基萘-1-磺酰氯（5-dimethylaminonaphthalene-1-sulfonylchloride）的簡稱。丹磺酰氯與氨基酸反應生成熒光性質強和穩(wěn)定的磺胺衍生物，也常用于多肽鏈的N末端氨基酸的鑒定。

氨基酸與苯異硫氰酸酯反應

苯異硫氰酸酯（phenylisothiocyanate,PITC）在弱堿性條件下，與氨基酸反應生成苯乙內(nèi)酰硫脲（phenylthiohydantoin,PTH）衍生物，即PTH-氨基酸，這種衍生物是無色的，可用層析法鑒定,此反應又稱之Edman反應，該反應是蛋白質或多肽氨基酸序列測定常用的反應。

第三節(jié)

蛋白質的化學結構蛋白質的化學結構氨基酸組成多肽鏈數(shù)目末端氨基酸組成氨基酸排列順序二硫鍵位置。一、蛋白質的氨基酸組成測定：用鹽酸或NaOH對高純度蛋白質樣品進行徹底水解，再用氨基酸自動分析儀測定。組成：即所含氨基酸的種類和數(shù)量。有兩種表示方式：Aag/100g蛋白Aa個/個蛋白（已知分子量情況下）每一種蛋白質都有自己特定的氨基酸組成，氨基酸組成不同，則蛋白質不同。二、肽鍵和肽鏈肽鍵(peptidebond)，一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的氨基之間失水形成的酰胺鍵，所形成的化合物稱為肽。含有三個、四個、五個氨基酸的肽，分別稱為三肽、四肽、五肽等。含有三個以上氨基酸的肽，統(tǒng)稱為多肽(polypeptide)由許多氨基酸殘基通過肽鍵彼此連接而成的鏈狀多肽，稱為多肽鏈(polypeptidechain)肽鍵肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵性質，不能自由旋轉。在大多數(shù)情況下，以反式結構存在。氨基酸殘基組成多肽的氨基酸成為不完整的分子形式。被稱為氨基酸殘基(aminoacidresidue)。三、蛋白質的一級結構定義：就是蛋白質多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序(sequence)是蛋白質最基本的結構。它是由基因上遺傳密碼的排列順序所決定的。由于組成蛋白質的20種氨基酸各具特殊的側鏈，側鏈基團的理化性質和空間排布各不相同，當它們按照不同的序列關系組合時，就可形成多種多樣的空間結構和不同生物學活性的蛋白質分子。蛋白質的一級結構決定了蛋白質的二級、三級等高級結構。從多肽的結構可以看出，多肽的大多數(shù)離子電荷都是由它的組成氨基酸殘基的側鏈貢獻的。所以一個多肽和蛋白質的離子特性和它的溶解性都取決于它的氨基酸組成。此外就象我們將在下面看到的那樣，氨基酸殘基側鏈之間的相互作用對于穩(wěn)定一個蛋白質分子的三維結構有重要貢獻。

有些肽比較大，例如胰島素就是含有51個氨基酸殘基的多肽，具有重要的生物學活性。但有些肽雖然比較小，也具有重要的生理功能．

例如加壓素（9肽）和催產(chǎn)素（9肽）。一些神經(jīng)多肽的類似物，如內(nèi)啡肽，就是一種天然的止痛藥。還有一些非常簡單的肽也常用作食物的調(diào)味劑。如甜味劑Aspartame就是天冬氨酰苯丙氨酸的甲基酯（右圖）。它的甜度是蔗糖的200倍，所以廣泛用于食品飲料中。多肽鏈的書寫與名稱在多肽鏈中，肽鏈的一端保留著一個α－氨基，另一端保留一個α－羧基，帶α－氨基的末端稱氨基末端(N端)；帶α－羧基的末端稱羧基末端(C端)。肽鏈書寫：一般從N末端向C末端書寫，N端寫于左側，用H做標幟，C端于右側用OH表示。肽命名時為某某酰某某?！衬乘?。甲硫腦啡肽命名舉例中文氨基酸殘基命名法：酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰甲硫氨酸中文單字表示法：酪—甘—甘—苯丙—甲硫

12

3

45

三字母符號表示法：Tyr·Gly·Gly·Phe·Met單字母符號表示法：Y·G·G·F·M蛋白質一級結構的測定Sanger于1953年完成了第一個蛋白質－胰島素的氨基酸序列測定。每一種蛋白質都具有唯一的氨基酸序列，實際上蛋白質的氨基酸序列是由DNA決定的。蛋白質的氨基酸序列具有重要意義：

蛋白質的氨基酸序列是闡明蛋白質生物活性的分子基礎；蛋白質的一級結構決定它的空間結構；

氨基酸序列的改變可以導致蛋白功能異常和疾病；

通過對一些蛋白質的氨基酸序列的比較可以反應出一些生物親緣關系。

氨基酸的組成分析一個已經(jīng)純化的蛋白質的氨基酸組成可以定量測定。首先通過酸水解破壞蛋白質的肽鍵，典型酸水解的條件是：真空條件下，110℃，用6M鹽酸水解16至72小時。

然后水解的混合物（水解液）進行柱層析，通過柱層析可以將水解液中的每一個氨基酸分離出來并被定量，這一過程稱之氨基酸分析（aminoacidanalysis）。其中一種氨基酸分析方法是用苯異硫氰酸酯（PITC）處理蛋白質水解液（pH9），生成苯硫脲（PTC）-氨基酸衍生物，PTC-氨基酸混合物經(jīng)HPLC（細硅膠柱），按照它們的疏水特性被分離。分離的每個PTC-氨基酸經(jīng)測量254nm（PTC-氨基酸吸收峰波長）光吸收，確定它們的濃度。下圖給出了PTC-氨基酸混合物HPLC的洗脫圖，圖中的峰用各個氨基酸的吸收峰，用標準的單個字母表示。由于存在于水解液中每個氨基酸的量是與洗脫峰的面積成比例的。缺點:酸水解雖然很有用，但酸水解條件下不能獲得完整的氨基酸分析，因為天冬酰胺和谷氨酰胺的側鏈含有酰胺鍵，用于切斷蛋白質肽鍵的酸也可以將天冬酰胺轉換為天冬氨酸，谷氨酰胺轉換為谷氨酸。所以當使用酸水解時，層析圖中的谷氨酸和谷氨酰胺的總量用Glx或Z表示，而天冬氨酸和天冬酰胺的總量用Asx或B表示。由于水解溫度比較高，色氨酸的吲哚環(huán)容易被空氣氧化，即使在密封的管中，色氨酸的吲哚環(huán)也幾乎都被破壞了。因此蛋白質的色氨酸含量往往是通過它的紫外吸收光譜估計的，也可以通過堿水解分析色氨酸的含量。

半胱氨酸在酸水解中也不能精確測定，要精確測量需要在蛋白質水解之前進行氧化或羧甲基化，形成的衍生物在酸水解之后才能定量。

Edman降解1950年P.Edman公布了一項新的氨基酸序列的測定技術，即運用上述苯異硫氰酸酯與氨基酸的反應（Edman反應）。這種技術每次都只是從蛋白質的N端解離和鑒定一個氨基酸殘基，這是一項使蛋白質序列分析革命化的技術。1967年Edman和Begg建成了多肽氨基酸序列分析儀。

過程P.Edman降解測序主要涉及耦聯(lián)、水解、萃取和轉換等4個過程。

首先使用苯異硫氰酸酯（PITC）在pH9.0的堿性條件下對蛋白質或多肽進行處理，PITC與肽鏈的N-端的氨基酸殘基反應，形成苯氨基硫甲酰（PTC）衍生物，即PTC-肽。

然后PTC-肽用三氟乙酸處理，N-端氨基酸殘基肽鍵被有選擇地切斷，釋放出該氨基酸殘基的噻唑啉酮苯胺衍生物。

接下來將該衍生物用有機溶劑（例如氯丁烷）從反應液中萃取出來，而去掉了一個N-端氨基酸殘基的肽仍留在溶液中。萃取出來的噻唑啉酮苯胺衍生物不穩(wěn)定，經(jīng)酸作用，再進一步環(huán)化，形成一個穩(wěn)定的苯乙內(nèi)酰硫脲（PTH）衍生物，即PTH-氨基酸。

大蛋白被水解成肽段后再測序Edman降解法測序每次只能測定幾十個氨基酸殘基，所以要測定較大蛋白質的氨基酸序列，需要將其降解為一些肽段，經(jīng)HPLC分離出各個肽段，然后再進行Edman降解測序。蛋白質降解常用的是一些水解酶（如胰蛋白酶）和化學試劑（如溴化氰）。一般都是采用兩種酶（或化學試劑）解獲得兩組不同的肽段，以便最后拼出完整的氨基酸序列。

溴化氰（BrCN）可以特異與蛋白質中的蛋氨酸殘基反應生成一個C末端為高絲氨酸內(nèi)酯的肽和一個帶有新的N末端殘基的肽。

胰蛋白酶特異地催化賴氨酸殘基和精氨酸殘基羧基側的肽鍵的水解，而胰凝乳蛋白酶特異地催化苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸三種芳香族氨基酸殘基羧基一側的肽鍵水解

蛋白質一級結構的比較可以揭示進化關系蛋白質一級結構是由編碼它的基因確定的，蛋白質一級結構之間的差別可以反映出進化關系。親緣關系密切的蛋白質的氨基酸序列非常類似，一級結構中氨基酸殘基序列差別越大，它們的親緣關系就越遠。細胞色素c是由一條含有104至111個氨基酸殘基的多肽鏈組成的，由于細胞色素c幾乎存在于所有的需氧生物中，所以通過在分子水平上比較來自不同種屬的細胞色素c，可以看出它們之間的進化關系。

下圖是根據(jù)不同種屬的細胞色素c的氨基酸殘基的差別繪制出的進化樹，每一個樹杈的長度都與蛋白質中氨基酸殘基的差別數(shù)成比例。

例如人與黑猩猩的細胞色素c的氨基酸序列完全一樣，但與猴、狗、金槍魚和酵母的細胞色素c相比，可變換的氨基酸殘基數(shù)依次為1、10、21和44。那些進化中不易改變的、保守的氨基酸殘基是維持細胞色素c功能所必需的。由同一個祖先進化來的表現(xiàn)出序列相似性的蛋白質稱之同源蛋白質。1955年Sanger等人用酶和化學方法成功測定牛胰島素全部化學結構要求：純度達到97%以上，樣品的分子量和氨基酸組成必須事先測出步驟：末端測定二硫鍵測定兩種裂解法制短肽純化短肽自動蛋白測序儀分析肽段序列重迭法排序確定二硫鍵位置

牛胰島素的結構小結蛋白質是由20種氨基酸組成的。氨基酸性質方面的差別反映了它們側鏈的不同。除了甘氨酸沒有手性碳以外，其他19種氨基酸都至少含有一個手性碳。

氨基酸的側鏈可以按照它們的化學結構分為：脂肪族的、芳香族的、含硫的、含醇的、堿性的、酸性的和酰胺類。氨基酸和多肽的酸性和堿性基團的離子狀態(tài)取決于pH。

許多氨基酸具有非極性的側鏈，在水溶液中它們傾向于聚集在一起，以減少與水相互作用的面積，這種傾向稱為疏水相互作用。

茚三酮與脯氨酸反應生成黃色化合物，與其它氨基酸生成的都是紫色化合物。2,4-二硝基氟苯、丹黃酰氯和苯異硫氰酸酯都能與氨基反應。蛋白質中的氨基酸殘基是通過肽鍵連接的，殘基的序列稱之為蛋白質的一級結構。肽和小的蛋白質可以利用液相或固相合成法合成。

可以根據(jù)蛋白質溶解度、凈電荷、大小以及結合特性上的差異，從生物資源中純化蛋白質。常用方法包括離子交換層析、凝膠過濾層析、HPLC、SDS、等電聚焦和雙向電泳等方法。

多肽的氨基酸序列可以通過Edman降解確定。利用蛋白酶和化學試劑有選擇地水解，結合Edman降解可確定大的蛋白質的序列。

比較蛋白質的一級結構可以揭示進化關系，種屬的不同常反映在它們蛋白質的一級結構的差異上。

第四節(jié)

蛋白質的高級結構學習目標◆掌握a-螺旋、b-折疊和膠原的結構特征，二級、三級和四級結構概念，維持蛋白質空間結構的主要作用力?！羰煜ぜ〖t蛋白和血紅蛋白結構特征以及它們的氧飽和曲線和鐮刀型細胞貧血病的起因。大多數(shù)蛋白質可以分為兩種主要類型：纖維蛋白（Fibrousproteins）和球蛋白（globularproteins）。纖維蛋白的主要功能是維持和支撐單個的細胞和整個的有機體。a-角蛋白和膠原蛋白是最常見的纖維蛋白，a-角蛋白是毛發(fā)和動物尾巴的主要成分，而膠原蛋白是腱、皮膚、骨骼和牙齒的主要蛋白成分。大多數(shù)球蛋白是水溶性的、多肽鏈緊密折疊、輪廓上象一個球型的大分子。球蛋白典型特征是它有一個疏水的內(nèi)部環(huán)境和一個親水的表面.

概念蛋白質分子：蛋白質中具有完整生物功能的最小結構單位。有的包含一條多肽，有的包含多條多肽。蛋白質高級結構（構象）：一條或數(shù)條多肽鏈上所有原子在三維空間中的排布。構型的改變是由于共價鍵的變化產(chǎn)生的，構想的改變是由于單鍵的旋轉產(chǎn)生的。一、蛋白質的結構層次由于蛋白質是個生物大分子，結構比較復雜，所以其結構是通過四種水平描述的。其中包括蛋白質的一級結構（primarystructure）、二級結構（secondarystructure）、三級結構（tertiarystructure）和四級結構（quaternarystructure）。X-射線晶體結構分析法能測定晶體中蛋白分子構象；二維核磁共振法能分析水中蛋白分子構象。一級結構就是共價連接的氨基酸殘基的序列，它描述的是蛋白質的線性（或一維）結構。蛋白質的三維結構是通過另外三種水平：二級結構、三級結構和四級結構描述的。形成和維持（或稱之穩(wěn)定）這三種水平結構的力主要是非共價鍵。

二級結構是通過肽鍵中的酰胺氮和羰基氧之間形成的氫鍵維持的，通常二級結構指的是a-螺旋和b-折疊。

三級結構是指一條多肽鏈形成緊密的一個或多個球狀單位或結構域，三級結構的穩(wěn)定依賴于非相鄰的氨基酸殘基側鏈的相互作用。

四級結構并不是每個蛋白質都具有的，只有那些由兩條或兩條以上多肽鏈組成的蛋白質才具有四級結構，每一條肽鏈也稱為亞基，肽鏈可以是相同的，也可以是不同的。

一般來說纖維蛋白的特性通過它的二級結構就可表現(xiàn)出來，但球蛋白的生物學功能通常都是以三級結構表現(xiàn)出來的，而某些球蛋白的生物學活性則需要四級結構。

二、肽單位平面結構和二面角

肽單位的特征肽鍵具有部分雙鍵的性質，不能自由旋轉；肽單位上的6個原子都位于同一個剛性平面上，稱為酰胺平面盡管繞肽鍵旋轉存在很大的障礙，但肽單位可以選擇兩種可能構象中的一種：反式（trans）構象，或順式（cis）構象。

由于連接在兩個a-碳上的側鏈基團之間的立體干擾，不利于順式構象的形成，對伸展的反式構象的形成有利，因此蛋白質中幾乎所有的肽單位都是反式構象。但也有例外，一般都出現(xiàn)在脯氨酸的酰胺氮參與的肽鍵，只是順式構象引起的立體干擾比反式構象多些。通過X-射線晶體分析發(fā)現(xiàn)蛋白質中大約有6％的脯氨酸殘基處于順式構象．

二面角Cα2原子位于相鄰二個肽平面的交線上，Cα2原子上的Cα2—N1和Cα2—C2鍵都是單鍵。肽平面1可以圍繞Cα2—N1單鍵旋轉，其旋轉的角度用Φ表示；肽平面2也可以圍繞Cα2—C2單鍵旋轉，其旋轉的角度用Ψ表示。由于Φ和Ψ這二個轉角決定了相鄰二個肽平面在空間上的相對位置，因此，習慣上將這二個轉角稱為二面角(dihedralangle)。二面角決定多肽鏈主鏈骨架的構象。Cα2N1C2肽平面1肽平面2ΦΨ維持蛋白質分子構象的化學鍵非共價鍵維持氫鍵范德華引力疏水作用力離子鍵二硫鍵配位鍵二級結構定義：指多肽鏈主鏈在一級結構的基礎上進一步盤旋或折疊形成的有規(guī)律構象維系二級結構的力是氫鍵。二級結構不涉及氨基酸殘基的側鏈構象。主要類型α-螺旋β-折疊片β-轉角（回折）無規(guī)卷曲α-螺旋(α-helix)每一圈包含3.6個殘基，螺距0.54nm，殘基高度0.15nm，螺旋半徑0.23nm。每一個φ角等于-57°，每一個ψ角等于-47°。相鄰螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵。即一個肽單位的羰基氧原子與其前的第三個肽單位的氨基氫原子生成一個氫鍵。氫鍵的取向與螺軸幾乎平行。氫鍵封閉環(huán)本身包含13個原子。α-螺旋構象允許所有的肽鍵都能參與鏈內(nèi)氫鍵的形成。因此，α-螺旋構象是相當穩(wěn)定的，是最普遍的螺旋形式。與α-碳原子相連的R側鏈，位于α-螺旋的外側。β-折疊二條β-折疊股平行排布，彼此以氫鍵相連，可以構成β-折疊片。為了在相鄰主鏈骨架之間形成最多的氫鍵，避免相鄰側鏈間的空間障礙，各主鏈骨架同時作一定程度的折疊，從而產(chǎn)生一個折疊的片層。其側鏈近似垂直于相鄰二個平面的交線，交替地位于片層的兩側。平行式反平行式回折在多肽鏈中，經(jīng)常出現(xiàn)180°轉彎的結構，此結構就是回折(reverseturn)

。通常有β-轉角和γ-轉角兩種形式。β-轉角與轉彎相關的有4個氨基酸殘基，第一個氨基酸殘基的C═O和第四個氨基酸殘基的N—H之間形成氫鍵，稱為4→1氫鍵，氫鍵封閉10個原子。另一種構象是γ-轉角，第一個氨基酸殘基的C═O和第三個氨基酸殘基的N—H之間形成氫鍵，稱為3→1氫鍵。無規(guī)卷曲沒有規(guī)律性的多肽鏈主鏈骨架的構象，就是無規(guī)卷曲。球蛋白分子中，往往含有較多的無規(guī)卷曲。無規(guī)卷曲往往與生物活性有關。它對外界理化因子極為敏感。超二級結構在球狀蛋白質分子的一級結構順序上，相鄰的二級結構常常在三維折疊中相互靠近，彼此作用，在局部區(qū)域形成規(guī)則的二級結構的聚合體，就是超二級結構。常見的超二級結構有αα、βββ、βαβ等三種組合形式，另外還有βαβαβ、βCβ結構（C代表無規(guī)卷曲）也可見到。在此基礎上，多肽鏈可折疊成球狀的三級結構。結構域在較大的蛋白質分子里，多肽鏈在二級結構基礎上折疊成幾個相對獨立的球狀區(qū)域，稱為結構域。它是較大球蛋白分子三級結構的折疊單位。三級結構指一條多肽鏈在二級結構（超二級結構及結構域）的基礎上，進一步的盤繞、折疊，從而產(chǎn)生特定的空間結構定義：廣義講，三級結構是指多肽鏈中所有原子的空間排布維系三級結構的力有疏水作用力、氫鍵、范德華力、鹽鍵（靜電引力）。另外二硫鍵在某些蛋白質中也起著非常重要的作用。四級結構定義：由相同或不同的亞基(或分子)按照一定的排布方式聚合而成的聚合體結構較大的球蛋白分子，往往由二條或更多條的多肽鏈組成功能單位。這些多肽鏈本身都具有球狀的三級結構，彼此以非共價鍵相連。這些多肽鏈就是球蛋白分子的亞基(亞單位)由少數(shù)亞基聚合而成的蛋白質，稱為寡聚蛋白(Oligomerprotein)；由幾十個，甚至于上千個亞基聚合而成的蛋白質，稱為多聚蛋白(polymerprotein)寡聚蛋白特有的空間結構寡聚蛋白——由數(shù)條具有三級結構的蛋白質通過次級鍵疊合而成亞基單獨沒有生物功能

亞基血紅蛋白四亞基兩兩相同，分別稱為α1、α2、β1、β2；第五節(jié)

多肽、蛋白質結構與功能的關系一、多肽結構與功能的關系催產(chǎn)素(oxytocin)和加壓素(vasopression)都是由人和高等動物的垂體后葉所分泌的多肽激素。催產(chǎn)素能促進子宮和乳腺平滑肌收縮，臨床上用于引產(chǎn)和減少產(chǎn)后出血；加壓素有增加血壓和抗利尿的作用，臨床上用于治療尿崩癥等。二者以及結構相似，功能及相近有不同。二、同功能蛋白質結構的種屬差異與保守性各種動物胰島素(insulin)一級結構51個氨基酸殘基中，只有24個氨基酸殘基始終保持不變，稱為保守氨基酸殘基(保守殘基)一般認為，與激素的活性中心以及維持活性中心構象有關可變動的氨基酸只是與免疫有關

細胞色素C一級結構對50多種不同生物來源的細胞色素C的一級結構作了比較研究，發(fā)現(xiàn)35個氨基酸在各種生物中是保守的。其中，Cysl4、Cysl7、Hisl8、Met80、Tyr48和Trp59是呈現(xiàn)電子傳遞功能的關鍵部位親緣關系越遠的生物氨基酸差異越大。蛋白質的激活使前體變成活性蛋白的過程，被稱為激活（activation）胰島素的激活鐮刀狀貧血病血液中大量出現(xiàn)鐮刀紅細胞，患者因此缺氧窒息它是最早認識的一種分子病。流行于非洲，死亡率極高，大部分患者童年時就夭折，活過童年的壽命也不長，它是由于遺傳基因突變導致血紅蛋白分子結構的突變。正常細胞鐮刀形細胞卟啉鐵正常型

Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lysβ鏈

谷氨酸鐮刀型

Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lysβ鏈

纈氨酸谷A（極性）纈A（非極性）(了解)由于纈氨酸上的非極性基團與相鄰非極性基團間在疏水力作用下相互靠攏，并引發(fā)所在鏈扭曲為束狀，整個蛋白質由球狀變?yōu)殓牭缎?，與氧結合功能喪失，導致病人窒息甚至死亡，但病人可抗非洲瘧疾。血紅蛋白變構與運輸氧功能變構效應在寡聚蛋白分子中，一個亞基，由于與配體結合，而發(fā)生的構象變化，引起相鄰其它亞基的構象和與配體結合的能力亦改變的現(xiàn)象。血紅蛋白(R)relaxedstate(T)tensestate

血中氧分子的運送：Lung氧分子HemoglobinMyoglobinMuscle靜脈動脈環(huán)境氧高時Hb快速吸收氧分子環(huán)境氧低時Hb迅速釋放氧分子釋放氧分子后Hb變回

Tstate任何一個亞基接受氧分子后，會增進其它亞基吸附氧分子的能力蛋白質的變性天然蛋白質因受物理、化學因素的影響，使蛋白質分子的構象發(fā)生了異常變化，從而導致生物活性的喪失以及物理、化學性質的異常變化。這種現(xiàn)象稱為蛋白質的變性(denaturation)。蛋白質變性后的表現(xiàn)：生物活性喪失；溶解度降低，對于球狀蛋白粘度增加；生化反應易進行；光吸收系數(shù)增大；組分和分子量不變。引起蛋白質變性的主要因素溫度（熱、冷）強酸、強堿尿素和鹽酸胍的影響（破壞分子內(nèi)部氫鍵、破壞疏水效應）表面活性劑的影響：如十二烷基硫酸鈉（SDS）蛋白質的復性定義：當變性因素除去后，變性蛋白質又可恢復到天然構象，這一現(xiàn)象稱為蛋白質的復性（renaturation）。蛋白質變性的預防和利用：醫(yī)療方面；食品方面；蛋白質制備；酶制劑保存等。第六節(jié)

蛋白質的物理化學性質和分離提純1蛋白質的分子量沉降速度法沉降系數(shù)：一種蛋白質分子在單位離心力場里的沉降速度為恒定值，即沉降系數(shù)（S，Svedberg）用1×10-13秒表示凝膠過濾法僅適用于球狀蛋白SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳法它決定于蛋白質分子的大小2蛋白質的兩性解離和等電點蛋白質除了肽鏈末端基團外，還有各種側鏈集團，是多價的兩性電解質不同的蛋白質有不同的等電點電泳

（electrophoresis）在直流電場中，帶正電荷的蛋白質分子向陰極移動，帶負電荷的向陽極移動，這種現(xiàn)象稱為電泳3蛋白質的膠體性質蛋白質分子量已達到膠粒1～100nm范圍之內(nèi)，在水中形成水溶膠。膠體穩(wěn)定的因素球狀蛋白質的表面多親水基團，使蛋白質分子形成水化膜，從而阻止蛋白質顆粒的相互聚集每個水化球狀分子帶有相同電荷由于膠體溶液中的蛋白質不能通過半透膜，因此可以應用透析法將非蛋白的小分子雜質除去。透析法：以半透膜提純蛋白質的方法叫透析法半透膜：只允許溶劑小分子通過，而溶質大分子不能通過，如羊皮紙、火棉膠、玻璃紙等蛋白質的沉淀定義：通過改變蛋白質膠體溶液的穩(wěn)定性，使蛋白質從膠體溶液中沉淀分離的過程。非變性沉淀或可逆沉淀，在溫和條件下，沉淀過程中蛋白質結構和性質都沒有發(fā)生變化，沉淀在適當?shù)臈l件下，可以重新溶解形成溶液?？赡娉恋硎欠蛛x和純化蛋白質的基本方法，如等電點沉淀法、鹽析法和有機溶劑沉淀法等。變性沉淀或不可逆沉淀，在強烈沉淀條件下，不僅破壞了蛋白質膠體溶液的穩(wěn)定性，而且也破壞了蛋白質的結構和性質，產(chǎn)生的蛋白質沉淀不可能再重新溶解于水。加熱沉淀（次級鍵）、強酸堿沉淀（影響荷電）、重金屬鹽沉淀（Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ag2+）和生物堿試劑或某些酸類沉淀等都屬于不可逆沉淀?？赡娉恋淼入婞c沉淀法鹽析法：向蛋白質溶液中加入大量的中性鹽（硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉）使蛋白質沉淀析出的現(xiàn)象（水與離子的相互作用增加了蛋白質表面的疏水補丁的相互作用；同時瓦解了以電荷為基礎的蛋白質分子之間的作用）。分段鹽析

鹽溶：低濃度的中性鹽可以增加蛋白質的溶解度，此現(xiàn)象叫鹽溶。有機溶劑沉淀法（脫去水化層、降低介電常數(shù)）。在低溫下或縮短處理時間可防止或減緩變性）蛋白質的顏色反應雙縮脲反應二個以上的肽鍵酚試劑反應Tyr的酚基將福林試劑還原茚三酮反應α-氨基酸中的氨基和羧基蛋白質的紫外吸收大部分蛋白質均含有帶芳香環(huán)的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。這三種氨基酸的在280nm

附近有最大吸收。因此，大多數(shù)蛋白質在280nm附近顯示強的吸收。利用這個性質，可以對蛋白質進行定性鑒定和定量測定。二、蛋白質分離純化的一般步驟前處理粗分級細分級質量鑒定幾種常見的純化蛋白質的方法1透析方法通常是將濃縮液裝在一個用賽咯吩（cellophane）制造的透析袋內(nèi)，兩端都密封好，然后將透析袋懸浮在一個裝有很多緩沖液的容器內(nèi)進行透析（下圖）。因為賽咯吩膜是半通透的膜，蛋白質等大分子不能透過膜，仍然留在袋內(nèi)，但蛋白質周圍的小分子可以與緩沖液進行交換，通過多次更換透析液，就可除去小分子（如硫酸銨）。經(jīng)硫酸銨分級純化、透析的粗分級的蛋白質樣品可以通過以下一些常用的分離純化技2.凝膠層析凝膠層析是按照蛋白質分子量大小進行分離的技術，又稱之凝膠過濾，分子篩層析或排阻層析。單個凝膠珠本身象個"篩子"。不同類型凝膠的篩孔的大小不同。如果將這樣的凝膠裝入一個足夠長的柱子中，作成一個凝膠柱。當含有大小不同的蛋白質樣品加到凝膠柱上時，比凝膠珠平均孔徑小的蛋白質就要連續(xù)不斷地穿入珠子的內(nèi)部，這樣的小分子不但其運動路程長，而且受到來自凝膠珠內(nèi)部的阻力也很大，所以越小的蛋白質，把它們從柱子上洗脫下來所花費的時間越長。凝膠中只有很少的孔徑可接受大的蛋白。因此，大的蛋白質直接通過凝膠珠之間的縫隙首先被洗脫下來。凝膠過濾所用的凝膠孔徑大小的選擇主要取決于要純化的蛋白質分子量。（下圖）給出了凝膠過濾分離蛋白質的示意圖。

3電泳SDS－PAGESDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-polyacrylamidegelelectrophoresis，SDS）

4等電聚焦電泳等電聚焦電泳（Isoelectricfocusingelectrophoresis,IFE）

等電聚焦電泳是一種電泳的改進技術，實際上是利用聚丙烯酰胺凝膠內(nèi)的緩沖液在電場作用下在凝膠內(nèi)沿電場方向制造一個pH梯度。所用的緩沖液是低分子量的有機酸和堿的混合物，該混合物稱之兩性電解質（ampholytes）。當?shù)鞍踪|樣品在這樣的凝膠上電泳時，每種蛋白質都將遷移至與它的pI相一致的pH處（下圖），具有不同pI的各種蛋白質最后都遷移至凝膠中相應的pH處，達到分離的目的。

5雙向電泳雙向電泳（two-dimensionalelectrophoresis）

如果將等電聚焦電泳與SDS結合起來，就是分辨率更高的一種雙向電泳了（下圖）。雙向電泳后的凝膠經(jīng)染色蛋白呈現(xiàn)二維分布圖，水平方向反映出蛋白在pI上的差異，而垂直方向反映出它們在分子量上的差別。所以雙向電泳可以將分子量相同而等電點不同的蛋白質以及等電點相同而分子量不同的蛋白質分開。

3.離子交換層析離子交換層析，基質是由帶有電荷的樹脂或纖維素組成。帶有正電荷的稱之陰離子交換樹脂；而帶有負電荷的稱之陽離子樹脂。離子交換層析同樣可以用于蛋白質的分離純化。由于蛋白質也有等電點，當?shù)鞍踪|處于不同的pH條件下，其帶電狀況也不同。陰離子交換基質結合帶有負電荷的蛋白質，所以這類蛋白質被留在柱子上，然后通過提高洗脫液中的鹽濃度等措施，將吸附在柱子上的蛋白質洗脫下來。結合較弱的蛋白質首先被洗脫下來。反之陽離子交換基質結合帶有正電荷的蛋白質，結合的蛋白可以通過逐步增加洗脫液中的鹽濃度或是提高洗脫液的pH值洗脫下來。第七節(jié)

蛋白質分類從蛋白質形狀上分為球狀蛋白質纖維狀蛋白質從組成上可分為單純蛋白質(分子中只含氨基酸殘基)清蛋白(又名白蛋白)、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、精蛋白、組蛋白、硬蛋白等。結合蛋白質(分子中除氨基酸外還有非氨基酸物質，后者稱輔基)核蛋白、磷蛋白、金屬蛋白、色蛋白等。名詞術語構型（configuration）：

一個有機分子中各個原子特有的固定的空間排列。這種排列不經(jīng)過共價鍵的斷裂和重新形成是不會改變的。構型的改變往往使分子的光學活性發(fā)生變化。

構象（conformation）：

指一個分子中，不改變共價鍵結構，僅單鍵周圍的原子旋轉所產(chǎn)生的原子的空間排布。一種構象改變?yōu)榱硪环N構象時，不要求共價鍵的斷裂和重新形成。構象改變不會改變分子的光學活性。

肽單位（peptideunit）：

又稱之肽基（peptidegroup），是肽鏈主鏈上的重復結構。是由參與肽鍵形成的氮原子和碳原子和它們的4個取代成分：羰基氧原子、酰胺氫原子和兩個相鄰的α-碳原子組成的一個平面單位。

蛋白質二級結構（proteinsecondarystructure）:

在蛋白質分子中的局部區(qū)域內(nèi)氨基酸殘基的有規(guī)則的排列，常見的二級結構有α-螺旋和β-折疊。二級結構是通過骨架上的羰基和酰胺基團之間形成的氫鍵維持的。蛋白質三級結構（proteintertiarystructure）:

蛋白質分子處于它的天然折疊狀態(tài)的三維構象。三級結構是在二級結構的基礎上進一步盤繞、折疊形成的。三級結構主要是靠氨基酸側鏈之間的疏水相互作用、氫鍵范德華力和鹽鍵（靜電作用力）維持的。

蛋白質四級結構（quaternarystructure）:

多亞基蛋白質的三維結構。實際上是具有三級結構的多肽鏈（亞基）以適當方式聚合所呈現(xiàn)出的三維結構。

α-螺旋(α-helix)：

蛋白質中常見的一種二級結構，肽鏈主鏈繞假想的中心軸盤繞成螺旋狀，一般都是右手螺旋結構，螺旋是靠鏈內(nèi)氫鍵維持的。每個氨基酸殘基（第n個）的羰基氧與多肽鏈C端方向的第4個殘基（第n＋4個）的酰胺氮形成氫鍵。在典型的右手α-螺旋結構中，螺距為0.54nm，每一圈含有3.6個氨基酸殘基，每個殘基沿著螺旋的長軸上升0.15nm。β-折疊(β-sheet)：

是蛋白質中的常見的二級結構，是由伸展的多肽鏈組成的。折疊片的構象是通過一個肽鍵的羰基氧和位于同一個肽鏈或相鄰肽鏈的另一個酰胺氫之間形成的氫鍵維持的。氫鍵幾乎都垂直伸展的肽鏈，這些肽鏈可以是平行排列（走向都是由N到C方向）；或者是反平行排列（肽鏈反向排列）。

β-轉角（β-turn）:

也是多肽鏈中常見的二級結構，連接蛋白質分子中的二級結構（α-螺旋和β-折疊），使肽鏈走向改變的一種非重復多肽區(qū)，一般含有2～16個氨基酸殘基。含有5個氨基酸殘基以上的轉角又常稱之環(huán)（loops）。常見的轉角含有4個氨基酸殘基，有兩種類型。轉角I的特點是：第1個氨基酸殘基羰基氧與第4個殘基的酰胺氮之間形成氫鍵；轉角II的第3個殘基往往是甘氨酸。這兩種轉角中的第2個殘基大都是脯氨酸。

超二級結構（super-secondarystructure）：

也稱之基元（motif）。在蛋白質中，特別是球蛋白中，經(jīng)?？梢钥吹接扇舾上噜彽亩壗Y構單元組合在一起，彼此相互作用，形成的有規(guī)則、在空間上能辨認的二級結構組合體。結構域(domain)：

在蛋白質三級結構內(nèi)的獨立折疊單元。結構域通常都是幾個超二級結構單元的組合。

纖維蛋白(fibrousproteins)：

一類主要的不溶于水的蛋白質，通常都含有呈現(xiàn)相同二級結構的多肽鏈。許多纖維蛋白結合緊密，并為單個細胞或整個生物體提供機械強度，起著保護或結構上的作用。球蛋白(globularproteins)：

一類蛋白質，許多都溶于水，球蛋白是緊湊的、近似球形的、含有折疊緊密的多肽鏈。典型的球蛋白含有能特異識別和結合其它化合物的凹陷或裂隙部位。

疏水相互作用(hydrophobicinteraction)：

非極性分子之間的一種弱的、非共價的相互作用。這些非極性分子（如一些中性氨基酸殘基，也稱之疏水殘基）在水相環(huán)境中具有避開水而相互聚集的傾向。

伴娘蛋白（chaperone）(了解)：

與一種新合成的多肽鏈形成復合物并協(xié)助它正確折疊成具有生物功能構象的蛋白質。伴娘蛋白可以防止不正確折疊中間體的形成和沒有組裝的蛋白亞基的不正確的聚集，協(xié)助多肽鏈跨膜轉運以及大的多亞基蛋白質的組裝和解體。

二硫鍵（disulfidebond）：

通過兩個（半胱氨酸）巰基的氧化形成的共價鍵。二硫鍵在穩(wěn)定某些蛋白的三維結構上起著重要的作用。

范德華力（vanderWaalsforce）：

中性原子之間通過瞬間靜電相互作用產(chǎn)生的一種弱的分子之間的力。當兩個原子之間的距離為它們的范德華半徑之和時，范德華引力最強。強的范德華排斥作用可以防止原子相互靠近。

蛋白質變性（denaturation）：

生物大分子的天然構象遭到破壞導致其生物活性喪失的現(xiàn)象。蛋白質在受到光照、熱、有機溶劑以及一些變性劑的作用時，次級鍵受到破壞，導致天然構象的破壞，使蛋白質的生物活性喪失。

復性（renaturation）：

在一定的條件下，變性的生物大分子恢復成具有生物活性的天然構象的現(xiàn)象。

血紅蛋白（hemoglobin）：

是由含有血紅素輔基的4個亞基組成的寡聚蛋白。血紅蛋白負責將氧由肺運輸?shù)酵庵芙M織，它的氧飽和曲線為S型。波爾效應（Bohreffect）(了解)：

CO2濃度的增加降低細胞內(nèi)的pH，引起紅細胞內(nèi)血紅蛋白的氧親和力下降的現(xiàn)象。

別構效應（allostericeffect）：

又稱之變構效應。是寡聚蛋白與配基結合改變蛋白質的構象，導致蛋白質生物活性改變的現(xiàn)象。

鐮刀型細胞貧血?。╯ickle-cellanemia）：血紅蛋白分子遺傳缺陷造成的一種疾病，病人的大部分紅細胞呈鐮刀狀。其特點是病人的血紅蛋白β-亞基N端的第6個氨基酸殘基是纈氨酸，而不是正常的谷氨酸殘基。

蛋白質可以分為纖維蛋白和球蛋白。纖維蛋白一般都不溶于水，有一定的強度，具有簡單重復的二級結構元件，在生物體內(nèi)主要起著結構構件的作用。球蛋白是水溶性的，具有更復雜的三級結構，在一條多肽鏈中都含有幾種類型的二級結構，多肽鏈折疊緊湊，疏水氨基酸殘基一般都位于球蛋白的內(nèi)部，外形大致呈球狀的大分子。

多肽鏈中相鄰氨基酸殘基通過肽鍵連接，肽鍵具有部分雙鍵特性，所以整個肽單位是一個極性的平面結構。由于立體上的限制，肽鍵的構型大都是反式構型。繞N-