動物生物化學課件

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

第一節(jié)蛋白質(zhì)在生命活動中的重要作用

生命是蛋白體的存在方式，這種存在方式本質(zhì)上就在于這些蛋白體的化學組成部分的不斷自我更新。

恩格斯《反杜林論》1878一、蛋白質(zhì)的定義蛋白質(zhì)（protein，簡寫pro):是由20種L-α-氨基酸按一定的序列通過酰胺鍵（肽鍵）縮合而成的，具較穩(wěn)定構(gòu)象并具一定生物功能的生物大分子。Protein一詞來自希臘文“Proteios”，意即“第一位的”、“最重要的”。18世紀中葉Beccari首次報道應(yīng)用稀酸、稀堿和鹽類可從動、植物組織中分離到含氮類物質(zhì)。1838年荷蘭化學家Mulder將之應(yīng)用于從動、植物細胞中發(fā)現(xiàn)的復雜的有機含氮化合物。蛋白質(zhì)是一類含氮的生物高分子，分子量大，結(jié)構(gòu)復雜。例如，血紅蛋白的分子式是C3032H4816O812N780S8Fe4。二、生物學功能1、酶蛋白：催化作用。蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等。酶類：一類是蛋白質(zhì)（蛋白酶），另一類為核酸（核酶）2、調(diào)節(jié)蛋白：物質(zhì)代謝——激素蛋白質(zhì)或多肽類激素遺傳信息表達——組蛋白、阻遏蛋白、轉(zhuǎn)錄因子3、運輸?shù)鞍祝哼\輸功能。血紅蛋白、Na+-K+-ATPase、葡萄糖運輸載體、脂蛋白、電子傳遞體4、運動蛋白：運動作用。肌肉收縮（肌球蛋白、肌動蛋白）、細菌的鞭毛運動5、防御蛋白：防御功能。抗體、補體、干擾素、凝血酶和血纖維蛋白原等6、貯存及營養(yǎng)蛋白：貯存及營養(yǎng)功能。鐵蛋白、酪蛋白卵清蛋白等7、受體蛋白：接受和傳遞信息的作用。神經(jīng)遞質(zhì)、激素、藥物等受體8、結(jié)構(gòu)蛋白：結(jié)構(gòu)成分和機械支撐作用。膜蛋白、角蛋白、結(jié)締組織的膠原蛋白、血管和皮膚的彈性蛋白等9、電子傳遞蛋白：傳遞電子。鐵硫蛋白、細胞色素等10、特殊蛋白：功能各異。毒蛋白：動物、植物、微生物所分泌，蛇毒、蜂毒、蝎毒、蓖麻毒素、細菌腸毒素甜果蛋白：蔬菜、水果

第二節(jié)蛋白質(zhì)的分類一、依據(jù)分子外形

1、球形蛋白質(zhì)：球形或橢圓形，可溶性，能結(jié)晶。絕大多數(shù)蛋白均屬此類。2、纖維蛋白質(zhì)：纖維狀或短棒狀，可溶（肌球蛋白、纖維蛋白原等）或不溶（膠原蛋白、彈性蛋白、絲心蛋白、角蛋白等）。二、依據(jù)分子組成

1、簡單蛋白（單純蛋白）：完全由氨基酸構(gòu)成根據(jù)溶解性質(zhì)：2、結(jié)合蛋白質(zhì)：蛋白部分和非蛋白部分（輔基）依據(jù)輔基不同：一、元素組成

主要：C、H、O、N

少量：S

微量：磷、鐵、銅、碘、鋅、鉬、硒等

特點：N

在各種蛋白質(zhì)中的平均含量為16%用定氮法（凱氏定氮法）可測定蛋白質(zhì)含量：蛋白質(zhì)含量(g)=蛋白質(zhì)含氮量×6.25

第三節(jié)蛋白質(zhì)的化學組成二、基本組成單位：氨基酸（aminoacid，aa）（一）氨基酸的基本結(jié)構(gòu)

20種（22種：硒代半胱氨酸、吡咯賴氨酸，UGA）基本氨基酸:19種氨基酸，一種亞氨基酸（脯氨酸）

L－α－氨基酸

脯氨酸天然蛋白質(zhì)中存在的氨基酸有20種（22種），均由相應(yīng)的遺傳密碼編碼（編碼氨基酸）。從細菌到人類，所有物種中一切蛋白質(zhì)都是由這20種(22種)氨基酸構(gòu)成的。下圖是氨基酸的結(jié)構(gòu)通式：所有的氨基酸的共同特點是分子中同時具有1個羧基（－COOH）和1個氨基（－NH2），不同氨基酸之間的差異在于側(cè)鏈的R基團結(jié)構(gòu)不同。構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸主要是L-型D－型極為罕見L－型D－型（二）氨基酸的分類自然界中的氨基酸有300余種，但組成蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20（22）種，且均屬L-氨基酸（甘氨酸除外）。按照側(cè)鏈R基結(jié)構(gòu)或極性(疏水性程度)性質(zhì)可以分為4類：

1、非極性R側(cè)鏈氨基酸8種在維持蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)中起著重要作用（蛋白質(zhì)的疏水核心），它們的R基在水溶液中是疏水的、不解離、中性、不帶電荷。1.非極性疏水性氨基酸

2、極性R側(cè)鏈不帶電荷（中性）的氨基酸

7種

這類氨基酸的側(cè)鏈都能與水形成氫鍵，因此很容易溶于水，R基團在水溶液中有極性，不解離或微弱解離。名稱英文三字母單字母pI絲氨酸SerineSerS5.68

蘇氨酸ThreonineThrT6.53

酪氨酸TyrosineTyrY5.66

半胱氨酸CysteineCysC5.02

天冬酰胺

Asparagine

AsnN5.41

谷氨酰胺GlutamineGlnQ5.65

甘氨酸GlycineGlyG5.973、極性R側(cè)鏈帶負電荷的氨基酸(酸性aa)2種R基團在水溶液中解離，有極性與親水性。

名稱英文三字母單字母pI天冬氨酸

Asparticacid

AsnD2.97

谷氨酸GlutamicacidGlnE3.224、極性側(cè)鏈R帶正電荷的氨基酸(堿性aa)3種

R基在水溶液中解離，有極性與親水性。名稱英文三字母單字母pI賴氨酸

Lysine

LysK9.74

組氨酸HistidineHisH7.59精氨酸ArginineArgR10.76

根據(jù)R側(cè)鏈結(jié)構(gòu)分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)氨基酸。根據(jù)營養(yǎng)價值分為必需氨基酸、半必需氨基酸和非必需氨基酸。(三)非編碼的蛋白質(zhì)氨基酸（稀有氨基酸）也稱修飾氨基酸，是在蛋白質(zhì)合成后，由基本氨基酸修飾而來。（1）4-羥脯氨酸

（2）5-羥賴氨酸主要存在于結(jié)締組織的纖維狀蛋白中。

（3）6-N-甲基賴氨酸：存在于肌球蛋白中

（4）г-羧基谷氨酸存在于凝血酶原及某些結(jié)合Ca2+離子的蛋白質(zhì)中

（5）3，5-二碘酪氨酸：甲狀腺素（甲狀腺蛋白中）（6）磷酸絲氨酸：存在于酪蛋白、胃蛋白酶（7）鎖鏈素：由4個Lys組成（彈性蛋白中）等等，種類多，數(shù)量少。（四）

非蛋白質(zhì)氨基酸不組成蛋白質(zhì)，但有生理功能（1）L-型α–氨基酸的衍生物L-瓜氨酸、L-鳥氨酸是尿素循環(huán)的中間物，游離存在。（2）D-型氨基酸D-Glu、D-Ala（肽聚糖中）、D-Phe（短桿菌肽S）D－型氨基酸沒有營養(yǎng)價值，僅存在纈氨霉素、短桿菌肽等極少數(shù)寡肽之中，極少數(shù)在蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)。（3）β-、γ-、δ-氨基酸β-Ala（泛素的前體）、γ-氨基丁酸（神經(jīng)遞質(zhì)）。

（五）

氨基酸的理化性質(zhì)

1、一般物理性質(zhì)外觀：白色結(jié)晶，各有特殊晶形熔點：很高，200－300℃溶解性：除酪氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、胱氨酸難溶于水外，一般能溶于水、稀酸或稀堿。除脯氨酸能溶于有機溶劑外，其他不溶于有機溶劑，常用乙醇分離氨基酸。2、光學性質(zhì)（1）紫外吸收性Tyr、Phe、Trp的R基含有共軛雙鍵，在220-300nm近紫外區(qū)有吸收。λ（nm）εTyr2781.4×103Phe2592.0×102Trp2795.6×103

蛋白質(zhì)在280nm有最大吸收值（2）旋光性除甘氨酸外，其余19種氨基酸都有至少一個不對稱碳原子，故具有旋光性。右旋（+）：能使偏振光向右左旋（-）：能使偏振光向左3、兩性解離和等電點兩性離子：同一分子上帶有數(shù)量相等的正負兩種電荷的離子，也稱兼性離子或偶極離子。氨基酸為兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。兩性離子帶電情況受到溶液pH的影響。aa解離方式取決于所處環(huán)境的pH：氨基酸等電點：在某一pH條件下，氨基酸帶等量的正、負電荷，即凈電荷為零，在直流電場中，氨基酸既不向陽極也不向陰極移動，此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點（isoelectricpoint，pI）。pH＜pIpH＝pIpH＞pI在pI時，氨基酸的導電率最低，溶解度最小，容易發(fā)生沉淀。pH>pI時，氨基酸帶負電荷，-COOH解離成-COO-，向正極移動。pH=pI時，氨基酸凈電荷為零pH<pI時，氨基酸帶正電荷，-NH2解離成-NH3+，向負極移動。pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子CHNH2COOHRCHNH2COOHRCHNH3+COO-RCHNH3+COO-RCHNH2COO-RCHNH2COO-RCHCOOHRNH3+CHCOOHRNH3+R-R+R±等電點的計算K1=[R±][H+]

[R+]K2=[R±][R-][H+]

由式可知解離常數(shù)：由此可知：

已知在pI時，[R+]=[R-]∴整理可得：K1K2=[R+]=[R±][H+]

[R±]K2K1[R-]=[H+][R±][H+]

K1=[R±]K2[H+][H+]2兩邊取負對數(shù)：

-lg[H+]2=-lgK1-lgK2∵-lg[H+]=pH-lgK1=

pK1-lgK2=

pK2∴2pH=pK1+pK2令pI為等電點時的pH，則

pI=?（pK1+pK2）Gly：pI=?（2.4+9.6)=5.97由此可知:

等電點相當于該氨基酸兩性離子狀態(tài)兩側(cè)基團pK值之和的一半。

對一個羧基、一個氨基的氨基酸：

pI=1/2（pK1+pK2）即：等電點pH值與離子濃度無關(guān)，只取決于兼性離子兩側(cè)基團的pK值。對有三個可解離基團的氨基酸：

如：酸性氨基酸、堿性氨基酸的pI計算：

a、先寫出其解離公式；

b、后取兼性離子兩側(cè)基團的pK值的平均值。

天冬氨酸：賴氨酸：總結(jié)

a、各種氨基酸的pI不同；

b、同一pH下，各種氨基酸所帶電荷不同；

pH＜pIaa+pH＞pIaa-

用離子交換、電泳將氨基酸分開

c、pI時，氨基酸溶解度最小，易沉淀；可分離氨基酸。核酸化學StructureandFunctionofNucleicAcid一、核酸（nucleicacid）的含義

是以核苷酸為基本單位組成的貯存和傳遞遺傳信息的生物大分子。從高等動植物到最簡單的病毒，都含有核酸。第一節(jié)概述二、核酸的發(fā)現(xiàn)及研究進展

1868年FridrichMiescher從膿細胞中提取“核素”

1889年Altmann提取得到不含蛋白質(zhì)的核酸1944年

Avery等人證實DNA是遺傳物質(zhì)1953年

Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)1968年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼1975年Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶1975年Gilbert和Sanger建立DNA測序方法1985年Mullis發(fā)明PCR技術(shù)1990年美國啟動人類基因組計劃(HGP)

1994年中國人類基因組計劃啟動2001年美、英等國完成人類基因組計劃基本框架三、核酸的分類(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸根據(jù)戊糖之不同，分為兩大類：四、核酸的分布

主要分布于細胞核中，與組蛋白結(jié)合以染色體（質(zhì)）的形式存在。

主要分布于細胞質(zhì)中。此外，核仁、線粒體、葉綠體中也含有少量的DNA。（一）真核生物1、DNA2、RNA此外，線粒體、葉綠體中也含有少量的DNA。四、核酸的分布分布于“類核”中，此外細胞中還存在質(zhì)粒。

分布于細胞質(zhì)（二）原核生物1、DNA2、RNA（三）病毒

只存在一種核酸，或DNA或RNA。朊病毒：無核酸僅有蛋白質(zhì)的生命體類病毒：只有RNA而無蛋白質(zhì)的生命體

復制轉(zhuǎn)錄翻譯

DNADNARNA蛋白質(zhì)五、主要生物學功能（一）DNA1、貯存遺傳信息2、傳遞遺傳信息五、主要生物學功能（二）RNA

（1）mRNA：蛋白質(zhì)合成模板。約占總RNA的3－5%。1、病毒RNA貯存遺傳信息。2、轉(zhuǎn)錄DNA的遺傳信息，指導、參與蛋白質(zhì)的生物合成。

（3）rRNA：核糖體的組分，核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所。約占總RNA的80%。

（2）tRNA：攜帶氨基酸，參與肽鏈的合成。約占總RNA的15%。5、生物催化作用4、參與基因表達的調(diào)控3、RNA的加工與修飾第二節(jié)核酸的化學組成ChemicalComponentandofNucleicAcid一、元素組成C、H、O、N（15－16%）、P、DNA:9.9%S（個別）P：RNA:9.5%戊糖核苷核酸核苷酸磷酸NucleicacidNucleotideNucleoside脫氧核糖核糖堿基BaseRiboseDeoxyribose嘧啶堿嘌呤堿胸腺嘧啶尿嘧啶腺嘌呤鳥嘌呤胞嘧啶PurinebasesthyminecytosineuracilPyrimidinebasesadenineguanine二、化學組成

1、嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)（一）堿基修飾嘌呤（稀有嘌呤）腺嘌呤(adenine,A)N－6－甲基腺嘌呤（m6A）6－氧嘌呤（次黃嘌呤）（I）修飾嘌呤（稀有嘌呤）鳥嘌呤(guanine,G)7－甲基鳥嘌呤（m7G）1－甲基鳥嘌呤（m1G）2、嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)稀有嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)5－甲基胞嘧啶（m5C）5－羥甲基胞嘧啶（hm5C）尿嘧啶(uracil,U)稀有嘧啶4－S－尿嘧啶（4－S－U）

S4U5－F－尿嘧啶（5－F－U）

F5U腺嘌呤鳥嘌呤胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶DNA中的堿基：腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶

RNA中的堿基：腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶3、主要堿基（二）戊糖β-D-核糖(ribose)

（RNA）1′2′3′4′5′OHOCH2OHOHOHβ-D－2－脫氧核糖（DNA）修飾糖β-D-2－氧甲基核糖核糖核苷（核苷）：A、G、U、C脫氧核糖核苷（脫氧核苷）：dA、dG、dT、dC（三）核苷(ribonucleoside)核苷是由戊糖與含氮堿基經(jīng)脫水縮合而生成的化合物。1、定義2、類型3、結(jié)構(gòu)（1）嘌呤核苷N9，C1’－糖苷鍵（A）鳥嘌呤核苷（GH

腺嘌呤脫氧核苷H

鳥嘌呤脫氧核苷（dA）（dG）1′1（2）嘧啶核苷N1，C1’－糖苷鍵胞嘧啶核苷（C）脫氧胞苷（dC）胸苷（dT）尿苷（U）β1’C5假尿苷（ψ）C5,C1’-糖苷鍵（3）修飾核苷核糖核苷酸（NMP）：AMP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸（dNMP）：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

（四）核苷酸(ribonucleotide)核苷酸是由核苷與磷酸經(jīng)脫水縮合后生成的磷酸酯類化合物。

1、定義2、類型3、結(jié)構(gòu)5’核苷酸一磷酸核苷（NMP）二磷酸核苷（NDP）三磷酸核苷（NTP）一磷酸脫氧核苷（dNMP）二磷酸脫氧核苷（dNDP）三磷酸脫氧核苷（dNTP）HHHdAMPdADPdATP4、體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物②環(huán)核苷酸ATP、CTP、GTP、UTP、ppGpp、pppGpp、ppApp等。③核苷酸衍生物①多磷酸核苷化合物在物質(zhì)代謝及基因表達調(diào)控中起重要作用。信號分子，參與體內(nèi)物質(zhì)代謝調(diào)控。3’,5’-cAMP，3’,5’-cGMPHSCoA、NAD+、NADP+、FAD等輔助因子。環(huán)核苷酸的分子結(jié)構(gòu)環(huán)一磷酸腺苷環(huán)一磷酸鳥苷第三節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)DimensionalStructure

ofNucleicAcid5′端3′端CGA一、核苷酸鏈的連接方式書寫：5’→3’3’，5’－磷酸二酯鍵ACP5

PTPGPCPTPOH3

5

pApCpTpGpCpT-OH3

5

ACTGCT3

二、核酸的一級結(jié)構(gòu)核酸分子中核苷酸（堿基）的排列順序。5′端3′端CGA（一）定義核酸分子中核苷酸分子間的連接方式、核苷酸的種類和數(shù)量及排列順序。（二）DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA是由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四種脫氧核糖核苷酸通過3’，5’-磷酸二酯鍵連接而成的生物大分子。1、結(jié)構(gòu)特點（2）多數(shù)為雙鏈,少數(shù)為單鏈。

（1）分子大，高達109bp例如大腸桿菌染色體由400萬堿基對(basepair，bp)組成的雙螺旋DNA單分子。其長度為14X106nm，相當于1.4mm，而直徑為20nm，相當原子的大小黑腹果蠅最大染色體由6.2X107bp組成，長2.1cm多瘤病毒的DNA由5100bp組成，長1．7nm(17000nm)DNA來源AGCT人胸腺30.919.919.829.4人肝30.319.519.930.3牛胸腺28.221.521.229.4牛精子28.722.227.230.3酵母31.318.717.132.9

—ErwinChargaf測定1）有種的特異性2）沒有器官和組織的特異性3）各種DNA分子中，

A=T,C=G,A+G=C+T4)年齡、營養(yǎng)、環(huán)境的改變不影響DNA的堿基組成2、堿基組成的特點三、二級結(jié)構(gòu)（一）DNA1、右手雙螺旋1953年，Watson-Crick以X射線衍射法在相對濕度為92%的條件下測定DNANa+鹽的結(jié)構(gòu)，提出了右手雙螺旋結(jié)構(gòu)，即體內(nèi)天然DNA的主要結(jié)構(gòu)—B型。A、B、C…（1）DNA雙螺旋（B型）結(jié)構(gòu)①DNA分子是由兩條反平行的脫氧多核苷酸鏈圍繞共同的螺旋軸盤繞成右手雙螺旋，螺旋的直徑為2nm。②以磷酸和脫氧戊糖組成的骨架位于螺旋的外側(cè)，堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，堿基間以氫鍵連接，A-T間形成二個氫鍵G-C間形成三個氫鍵，稱為堿基互補原則。③所有的堿基平面幾乎與螺旋軸垂直。所有的糖環(huán)平面與螺旋軸平行。相鄰兩個堿基平面間的距離為0.34nm，夾角為36℃，所以每10對堿基對旋轉(zhuǎn)一周，螺距為3.4nm。④維持雙螺旋的力是堿基堆積力和氫鍵及離子鍵。⑤螺旋的表面形成兩條凹陷的溝，分別稱大溝和小溝。

（1）DNA雙螺旋（B型）結(jié)構(gòu)堿基互補配對

TAGC（2）DNA右手雙螺旋的多樣性目錄B—DNA：相對濕度92%①

B—DNA：典型的Watson-Crick雙螺旋DNA

右手雙螺旋每圈螺旋10個堿基對螺距：3.4nm

螺旋的直徑為2nm②

A-DNA

右手雙螺旋，外形粗短每圈螺旋11個堿基對螺距為2.8nm

螺旋的直徑為2.3nmA—DNA：相對濕度75%1979年，Rice發(fā)現(xiàn)人工合成的CGCGCG序列為左手雙螺旋，且磷酸二酯鍵呈鋸齒狀（Zigzag），故稱Z型DNA。

2、左手雙螺旋Z型每圈螺旋12個堿基對螺旋的直徑為1.8nm螺距：4.56nm（二）RNA發(fā)夾結(jié)構(gòu)或莖環(huán)結(jié)構(gòu)（局部雙螺旋），占40-70%。

tRNA:三葉草結(jié)構(gòu)氨基酸臂：7對核苷酸TΨC環(huán)：7個核苷酸額外環(huán)（可變環(huán)、附加叉）：5～22個核苷酸反密碼環(huán)：7個核苷酸二氫尿嘧啶環(huán)（DHU環(huán)）：8～12個核苷酸TΨC臂：5對核苷酸反密碼臂：5對核苷酸二氫尿嘧啶臂：3－4核苷酸rRNA:四、三級結(jié)構(gòu)（一）DNADNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋等結(jié)構(gòu)。

正超螺旋(positivesupercoil)：DNA雙螺旋數(shù)目增加所形成的超螺旋。負超螺旋(negativesupercoil)：DNA雙螺旋數(shù)目減少所形成的超螺旋。1、含義超螺旋：DNA雙螺旋扭緊或扭松所形成的螺旋結(jié)構(gòu)。絕大多數(shù)原核生物的DNA都是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋。如果再進一步盤繞則形成麻花狀的超螺旋三級結(jié)構(gòu)。

2、原核生物DNA的三級結(jié)構(gòu)：3、DNA在真核生物細胞核內(nèi)的組裝真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是核小體(nucleosome)。核小體的組成：DNA：約200bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4在真核生物中，雙螺旋的DNA分子圍繞一蛋白質(zhì)八聚體進行盤繞，從而形成特殊的串珠狀結(jié)構(gòu)，稱為核小體。核小體結(jié)構(gòu)屬于DNA的三級結(jié)構(gòu)。第四節(jié)

RNA的分子結(jié)構(gòu)StructureofRNA一、RNA的堿基組成

RNA由四種主要堿基A、G、C、U組成。一般不含T。還含有少量稀有堿基。如假尿嘧啶核苷及甲基化堿基等。但RNA分子中的堿基沒有A=U、G＝C的比例關(guān)系。RNA又可根據(jù)分子大小和生物學功能不同，分為：信使核糖核酸（messengerRNA，mRNA）轉(zhuǎn)運核糖核酸（TransferRNA，tRNA）核糖體核糖核酸（RibosomalRNA，rRNA）rRNAtRNAmRNA比例80～82％15～16％3～5％沉降系數(shù)原核5S、16S、23S；真核5S、18S、28S、5.8S4S6～25S代謝穩(wěn)定性穩(wěn)定穩(wěn)定不穩(wěn)定存在形式與多種蛋白質(zhì)形成核糖核蛋白體，位于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上或以單體形式存在與氨基酸結(jié)合或以游離狀態(tài)存在與核糖體結(jié)合或單獨存在存在部位細胞漿細胞漿細胞漿生理功能核蛋白體組分在蛋白質(zhì)合成過程中運輸活化的氨基酸蛋白質(zhì)合成的模板RNA的種類、分布、功能RNA分子主要由AMP，GMP，CMP，UMP四種核糖核苷酸組成。RNA的一級結(jié)構(gòu)就是指RNA分子中核糖核苷酸的排列順序及連接方式。二、RNA的一級結(jié)構(gòu)1、真核生物mRNA一級結(jié)構(gòu)特點（1）.大多數(shù)真核mRNA的5′末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個7-甲基鳥苷，同時第一個核苷酸的C′2也是甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppNm。（2）.大多數(shù)真核mRNA的3′末端有一個長約30～200個核苷酸殘基的多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱為多聚A尾（polyA)。帽子結(jié)構(gòu)2、tRNA的一級結(jié)構(gòu)特點含10~20%稀有堿基，如DHU3′末端為—CCA-OH5′末端大多數(shù)為G

具有T

CN,N二甲基鳥嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤雙氫尿嘧啶4-巰尿嘧啶

稀有堿基三、RNA的二級結(jié)構(gòu)單鏈局部回環(huán)結(jié)構(gòu)（發(fā)夾結(jié)構(gòu)）*tRNA的二級結(jié)構(gòu)——三葉草形

氨基酸臂二氫尿嘧啶環(huán)（DHU環(huán)）8～12個核苷酸反密碼環(huán)7個核苷酸額外環(huán)（可變環(huán)、附加叉）4～21個核苷酸

TΨC環(huán)7個核苷酸*tRNA的二級結(jié)構(gòu)——三葉草形

氨基酸臂

DHU環(huán)反密碼環(huán)額外環(huán)

TΨC環(huán)氨基酸臂額外環(huán)氨基酸臂可變臂DHU臂反密碼臂TψC臂*tRNA的三級結(jié)構(gòu)——倒L形*tRNA的功能活化、搬運氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。（二）RNA的三級結(jié)構(gòu)核酸的性質(zhì)CharactersofNucleicAcid第五節(jié)目錄一、核酸的一般理化性質(zhì)1、大分子性質(zhì)：核酸的分子量很大，一般為106～1010。核酸溶液粘度大。2、溶解性：核酸微溶于水，不溶于有機溶劑。3、核酸的酸堿性質(zhì)

核酸中的磷酸和堿基均能發(fā)生兩性解離。核酸是兩性電解質(zhì)。具有酸性。DNA等電點4—4.5；RNA等電點2—2.5

二、顏色反應(yīng)

1、DNA

H+

苔黑酚

H+

二苯胺脫氧核糖ε-羥基γ-酮基戊醛藍色

△H2O△

2、RNA核糖糠醛綠色

△3H2O△二、

核酸的紫外吸收堿基、核苷、核苷酸和核酸在240~290nm的紫外波段有強烈的光吸收，最大吸收峰為260nm。λmax=260nm1.DNA或RNA的定量OD260=1.0相當于50μg/ml雙鏈DNA40μg/ml單鏈DNA（或RNA）

20μg/ml寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度DNA純品:OD260/OD280=1.8RNA純品:OD260/OD280=2.0若溶液中含有雜蛋白或苯酚，則A260/A280比值明顯降低。3、判斷DNA是否變性在DNA的變性過程中，摩爾吸光系數(shù)增大（增色效應(yīng)）在DNA的復性過程中，摩爾吸光系數(shù)減?。p色效應(yīng)OD260的應(yīng)用目錄(一)變性(denaturation)★是指在某些理化因素作用下核酸雙螺旋區(qū)的氫鍵斷裂，變成兩條單鏈，即改變了核酸的二級結(jié)構(gòu)，但并不破壞核酸的一級結(jié)構(gòu)，不涉及共價鍵斷裂。三、

核酸的變性、復性及雜交DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂▲實質(zhì)破壞DNA的空間結(jié)構(gòu)例：變性引起紫外吸收值的改變DNA的紫外吸收光譜增色效應(yīng)：DNA變性時其溶液OD260增高的現(xiàn)象。目錄DNA的熱變性將DNA稀鹽溶液加熱到80-100℃幾分鐘，雙螺旋結(jié)構(gòu)即發(fā)生破壞，氫鍵斷裂，兩條鏈彼此分開，形成無規(guī)則線團狀結(jié)構(gòu)。目錄Tm：變性是在一個相當窄的溫度范圍內(nèi)完成，在這一范圍內(nèi)，紫外光吸收值達到最大值的50%時的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度(meltingtemperature,Tm)。其大小與G+C含量成正比。目錄影響DNA的Tm值的因素①DNA均一性。均一性高，變性的溫度范圍越窄，據(jù)此可分析DNA的均一性。②G-C含量與Tm值成正比。測定Tm，可推知G-C含量。G-C%=（Tm-69.3）×2.44Tm值與GC含量的關(guān)系③介質(zhì)中離子強度離子強度高，Tm高?！?/p>

增色效應(yīng)增色效應(yīng)：在DNA的變性過程中，DNA由于堿基對失去重疊，260nm處的紫外吸收值明顯升高，這種現(xiàn)象稱為～。同時DNA的生物活性喪失，粘度下降，沉降系數(shù)增加，比旋下降。

★變性因素：熱變性酸堿變性（pH小于4或大于11）變性劑（尿素、鹽酸胍、甲醛、酰胺以及某些有機溶劑如乙醇、丙酮等。）

★變性后的理化性質(zhì)：OD260增高 粘度下降比旋度下降 浮力密度升高酸堿滴定曲線改變 生物活性喪失(二)

復性(renaturation)去除變性因素后，變性DNA在適當（一般低于Tm20—25℃）條件下，兩條鏈重新締合成雙螺旋結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱為～或退火。減色效應(yīng)：變性DNA復性時，其紫外吸收值降低，一系列理化性質(zhì)得到恢復。復性過程：1、成核作用（nucleation）

2、拉拉鏈作用（zippering）DNA的復性◎復性的條件Ⅰ.足夠高的鹽濃度

Ⅱ.適當?shù)臏囟?/p>

Ⅲ.恰當?shù)膹托詴r間★復性機制：10-20bp成拉鏈★熱變性DNA在緩慢冷卻時可以復性，快速冷卻不能復性?！顳NA片段越大，復性越慢；★DNA濃度越大，復性越快。在DNA變性后的復性過程中，如果將不同種類的DNA單鏈分子或RNA分子放在同一溶液中，只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對關(guān)系，在適宜的條件（溫度及離子強度）下，就可以在不同的分子間形成雜化雙鏈(heteroduplex)。這種雜化雙鏈可以在不同的DNA與DNA之間形成，也可以在DNA和RNA分子間或者RNA與RNA分子間形成。(三)核酸分子雜交(hybridization)

相同或不同來源的DNA分子間或DNA和RNA分子間，如果含有彼此互補的序列，通過變性和復性處理，DNA－DNA同源序列間及DNA－RNA異源序列間都可形成DNA-DNA雜合體或DNA－RNA雜合體，稱為～。根據(jù)核酸分子雜交的原理，人工制備或從基因組中分離一段已知序列的DNA，使之帶上標記，經(jīng)變性后形成單鏈，在一定條件下與待測DNA單鏈雜交，如兩者序列有同源性，可形成帶有特定標記的雙鏈DNA分子，以達到探測未知DNA的目的，此即核酸探針或基因探針。DNA-DNA雜交雙鏈分子變性復性不同來源的DNA分子

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)MolecularStructureofProtein一、

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次高級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)化學結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵二、

肽與肽鍵1、概念肽（peptide）：一個氨基酸的

-羧基和另一個氨基酸的

-氨基脫水縮合而成的化合物。肽鍵（peptidebond）：氨基酸間脫水后形成的共價鍵稱肽鍵（酰胺鍵）。

肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。氨基酸殘基(residue)肽鏈中的每個氨基酸單位，被稱為～*

兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……，有幾個氨基酸殘基就叫幾肽。*

由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。*多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端多肽鏈有兩端B.中文名稱：絲氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸C.三字母寫法：Ser-Gly--Tyr-AlaLeu或D.單字母寫法：ＳＧＹＡＬ2、肽的表示法:A.結(jié)構(gòu)式表示法N末端C末端牛核糖核酸酶3、

天然存在的活性肽（1）

谷胱甘肽(glutathione,GSH)

Glu—Cys—Gly紅細胞中的巰基緩沖劑。參與氧化還原過程，清除內(nèi)源性過氧化物和自由基，維護蛋白質(zhì)活性中心的巰基處于還原狀態(tài)。

（2）

短桿菌肽（抗生素）和纈氨霉素短桿菌肽是由短桿菌產(chǎn)生的10肽環(huán)?？垢锾m氏陽性細菌，臨床用于治療化膿性病癥。

L-Orn—L-Leu—D-Phe—L-Pro—L-Val—L-Orn—L-Leu—D-Phe—L-Pro—L-Val(3)

腦啡肽（5肽）

Met腦啡肽：Tyr—Gly—Gly—Phe—Met

具有鎮(zhèn)痛作用。三、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)（一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的定義及表示法一級結(jié)構(gòu)（又稱化學結(jié)構(gòu)或共價結(jié)構(gòu)）：是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的排列順序，包括二硫鍵的位置和數(shù)目。主要的化學鍵：肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學功能的基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)的表示法與肽相同，多用縮寫符號來表示肽鏈的結(jié)構(gòu)和名稱。（二）蛋白質(zhì)測序的一般步驟

（1）

測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目（2）

拆分蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈。（3）

斷裂鏈內(nèi)二硫鍵。（4）分析多肽鏈的N末端和C末端。（5）

測定多肽鏈的氨基酸組成。（6）

多肽鏈部分裂解成肽段。（7）

測定各個肽段的氨基酸順序（8）

確定肽段在多肽鏈中的順序。（9）

確定多肽鏈中二硫鍵的位置。（三）測序前的準備工作1、

蛋白質(zhì)的純度鑒定純度97%以上，均一。⑴聚丙烯酰胺凝膠電泳(PAGE)要求一條帶⑵DNS-Cl（二甲氨基萘磺酰氯）法測N端氨基酸2、測定分子量，估算氨基酸殘基數(shù)，確定肽鏈數(shù) SDS

凝膠過濾法沉降系數(shù)法蛋白質(zhì)分子量=aa數(shù)目*110四、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)（一）概念

二級結(jié)構(gòu)：多肽主鏈骨架的局部空間構(gòu)象。主要有α-螺旋、β折疊、β-轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲。構(gòu)型在一個化合物分子中，原子的空間排列，這種排列的改變，會涉及到共價鍵的生成與破壞，但與氫鍵無關(guān)。構(gòu)象多肽鏈中的一切原子，由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生不同的空間排布，這種空間排布的改變，僅涉及到氫鍵等次級鍵的生成與破壞，但不涉及共價鍵的生成與斷裂。（二）

肽單位（肽單元）與二面角肽單元參與肽鍵的6個原子C

1、C、O、N、H、C

2位于同一平面，C

1和C

2在平面上所處的位置為反式(trans)構(gòu)型，此同一平面上的6個原子構(gòu)成了所謂的肽單位(peptideunit)或稱肽單元

。兩面角（dihedralangle）

在多肽鏈里，Cα碳原子剛好位于互相連接的兩個肽平面的交線上。Cα碳原子上的Cα-N和Cα-C都是單鍵，可以繞鍵軸旋轉(zhuǎn)，其中以Cα-N旋轉(zhuǎn)的角度稱為ф，而以Cα-C旋轉(zhuǎn)的角度稱為ψ，這就是α-碳原子上的一對二面角?！锂敠?Ψ)旋轉(zhuǎn)鍵兩側(cè)的主鏈呈順式時，規(guī)定Φ(Ψ)=0°★從Cα沿鍵軸方向看，順時針旋轉(zhuǎn)的Φ(Ψ)角為正值，反之為負值。Φ和Ψ同時為0的構(gòu)象實際不存在二面角（Φ、Ψ）所決定的構(gòu)象能否存在，主要取決于兩個相鄰肽單位中非鍵合原子間的接近有無阻礙。Cα上的R基的大小與帶電性影響Φ和Ψ。（三）

二級結(jié)構(gòu)的基本類型1、α螺旋（1）α螺旋的一般特征（內(nèi)容）：

①多肽鏈主鏈骨架圍繞一個中心軸盤繞，形成右手螺旋手。每一螺旋圈包含3.6個a.a殘基，每圈螺距0.54nm，每個aa殘基沿軸上升0.15nm,繞軸旋轉(zhuǎn)100°。

②相鄰的螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵。氫鍵的方向與α螺旋的方向幾乎平行。③與a-碳原子相連的R側(cè)鏈，位于a螺旋的外側(cè)，對α螺旋的形成和穩(wěn)定有較大的影響。

R側(cè)鏈對α-螺旋的影響①多肽鏈上連續(xù)出現(xiàn)帶同種電荷基團的氨基酸殘基,(如Lys，或Asp，或Glu)，不能形成穩(wěn)定的α—螺旋。如多聚Lys、多聚Glu。②Gly在肽中連續(xù)存在時，不易形成α—螺旋。③R基大（如Ile）不易形成α—螺旋。④Pro（脯氨酸）中止α—螺旋。⑤R基較小，且不帶電荷的氨基酸利于α—螺旋的形成。如多聚丙氨酸在pH7的水溶液中自發(fā)卷曲成α—螺旋。2、

β-折疊(β-pleatedsheet)兩條或多條幾乎完全伸展的多肽鏈（或同一肽鏈的不同肽段）側(cè)向聚集在一起，相鄰肽鏈主鏈上的NH和C=0之間形成氫鏈，這樣的多肽構(gòu)象就是β-折疊片。

每一個多肽鏈稱為一個β-折疊股。平行式：所有參與β-折疊的肽鏈的N端在同一方向。反平行式：肽鏈的極性一順一倒，N端間隔相同反平β-折疊比平行的更穩(wěn)定。3、β-轉(zhuǎn)角（β-turn）也稱β-回折（reverseturn）、β-彎曲（β-bend）球狀蛋白質(zhì)分子中出現(xiàn)的180°回折，由第一個a.a殘基的C=O與第四個氨基酸殘基的N-H間形成氫鍵。β－轉(zhuǎn)角的特征：①由多肽鏈上4個連續(xù)的氨基酸殘基組成。②主鏈骨架以180°返回折疊。③第一個a.a殘基的C=O與第四個a.a殘基的N-H生成氫鍵④C1α與C4α之間距離小于0.7nm⑤多數(shù)由親水氨基酸殘基組成。4、

無規(guī)卷曲

沒有規(guī)律的多肽鏈主鏈骨架構(gòu)象。往往與生物活性有關(guān)無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。

維系蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的作用力是氫鍵五、

超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域1、超二級結(jié)構(gòu)定義：

在蛋白質(zhì)分子中，由若干個相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元（α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角及無規(guī)卷曲）組合在一起，彼此相互作用，形成有規(guī)則的、在空間上能夠辨認的二級結(jié)構(gòu)組合體，充當三級結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。2、類型

（1）aa結(jié)構(gòu)（復繞α-螺旋）由兩股或三股右手α-螺旋彼此纏繞而成的左手超螺旋。存在于α-角蛋白，肌球蛋白，原肌球蛋白和纖維蛋白原中。

（2）

βaβ結(jié)構(gòu)

兩段平行式的β-折疊通過一段連接鏈（x結(jié)構(gòu)）連接而形成的超二級結(jié)構(gòu)。

①βxβ單位最簡單的βaβ結(jié)構(gòu)是由二段平行式的

β-鏈和一段連接鏈組成

②Rossmann折疊最常見的βaβ結(jié)構(gòu)是由三段平行式的β-鏈和二段α-螺旋構(gòu)成

（3）

βββ結(jié)構(gòu)

β曲折和回形拓撲結(jié)構(gòu)3、

結(jié)構(gòu)域（domain，motif）定義：在二級結(jié)構(gòu)及超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈進一步卷曲折疊，組裝成幾個相對獨立的、近似球形的三維實體。結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白的折疊單位較小的蛋白質(zhì)分子或亞基往往是單結(jié)構(gòu)域的。結(jié)構(gòu)域一般有１００－２００氨基酸殘基。結(jié)構(gòu)域之間常常有一段柔性的肽段相連，形成所謂的鉸鏈區(qū)，使結(jié)構(gòu)域之間可以發(fā)生相對移動。結(jié)構(gòu)域承擔一定的生物學功能，幾個結(jié)構(gòu)域協(xié)同作用，可體現(xiàn)出蛋白質(zhì)的總體功能。例如，脫氫酶類的多肽主鏈有兩個結(jié)構(gòu)域，一個為NAD+結(jié)合結(jié)構(gòu)域，一個是起催化作用的結(jié)構(gòu)域，兩者組合成脫氫酶的脫氫功能區(qū)。結(jié)構(gòu)域間的裂縫，常是酶的活性部位，也是反應(yīng)物的出入口。六、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)：1、概念：●整個多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域的基礎(chǔ)上盤旋、折疊，形成的特定的整個空間結(jié)構(gòu)。三級結(jié)構(gòu)是多肽鏈中所有原子在三維空間的排布方式。2、三級結(jié)構(gòu)有以下特點：

許多在一級結(jié)構(gòu)上相差很遠的aa堿基在三級結(jié)構(gòu)上相距很近。

球形蛋白的三級結(jié)構(gòu)很密實，大部分的水分子從球形蛋白的核心中被排出，這使得極性基團間以及非極性基團間的相互用成為可能。

大的球形蛋白(200aa以上)，常常含有幾個結(jié)構(gòu)域。肌紅蛋白分子三級結(jié)構(gòu)3、維持三級（空間）結(jié)構(gòu)的作用力：（1）氫鍵（2）范德華力（分子間及基團間作用力）：取向力：極性基團間誘導力：極性與非極性基團間分散力：非極性基團間（3）疏水相互作用（4）離子鍵（鹽鍵）（5）二硫鍵，二硫鍵不指導多肽鏈的折疊，三級結(jié)構(gòu)形成后，二硫鍵可穩(wěn)定此構(gòu)象。（6）配位鍵。七、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次是氫鍵和離子鍵。蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基

第五節(jié)多肽、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、多肽結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一級結(jié)構(gòu)多肽鏈中個別氨基酸改變可能改變功能Cys-Tyr-Phe-Glu-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly

加壓素SSCys-Tyr-Ile-Glu-Asn-Cys-Pro-Leu-Gly

催產(chǎn)素SS二、同功能蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的種屬差異

與保守性同源蛋白質(zhì)：在不同的生物體內(nèi)行使相同或相似功能的蛋白質(zhì)。如：血紅蛋白在不同的脊椎動物中都具有輸送氧氣的功能，細胞色素在所有的生物中都是電子傳遞鏈的組分。1、胰島素一級結(jié)構(gòu)比較●有24個氨基酸殘基位置始終不變：A．B鏈上6個Cys不變，其余18個氨基酸多數(shù)為非極性側(cè)鏈，對穩(wěn)定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)起重要作用?！衿渌勺儼被釋Ψ€(wěn)定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)作用不大，但對免疫反應(yīng)起作用。●豬與人接近，而狗則與人不同，因此可用豬的胰島素治療人的糖尿病。2、

細胞色素C一級結(jié)構(gòu)對比較

分子量：12500左右氨基酸殘基：100個左右，單鏈。25種生物中，細胞色素C的不變殘基35個。60種生物中，細胞色素C的不變殘基27個。親源關(guān)系越近的，其細胞色素C的差異越小。親源關(guān)系越遠的，其細胞色素C的差異越大。人與黑猩猩0人與猴1人與狗10人與酵母44生物與人不同的AA數(shù)目黑猩猩0恒河猴1兔9袋鼠10牛、豬、羊、狗11馬12雞、火雞13響尾蛇14海龜15金槍魚21角餃23小蠅25蛾31小麥35粗早鏈孢霉43酵母44

不同生物與人的Cytc的AA差異數(shù)目根據(jù)細胞色素C的順序種屬差異建立起來的進化樹三、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的突變—分子病

分子?。夯蛲蛔円鸬哪硞€功能蛋白的某一個或幾個氨基酸殘基發(fā)生了遺傳性替代從而導致整個分子的三維結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，功能部分或全部喪失。鐮刀形紅細胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)

HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)四、蛋白質(zhì)前體的激活

五、

血紅蛋白質(zhì)變構(gòu)與運輸氧的功能

1、寡聚蛋白與別構(gòu)效應(yīng)★別構(gòu)蛋白：除了有活性部位（結(jié)合底物）外，還有別構(gòu)部位（結(jié)合調(diào)節(jié)物）。有時活性部位和別構(gòu)部位分屬不同的亞基（活性亞基和調(diào)節(jié)亞基），活性部位之間以及活性部位和調(diào)節(jié)部位之間通過蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化而相互作用?！飫e構(gòu)效應(yīng)（變構(gòu)效應(yīng)）蛋白質(zhì)與配基結(jié)合，改變了蛋白質(zhì)的構(gòu)象，從而改變蛋白質(zhì)的生物活性的現(xiàn)象。2、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（1）

血紅蛋白的結(jié)構(gòu)：

HbA：α2β298%，HbA2：α2δ22%▲接近于球體，4個亞基分別在四面體的四個角上，每個亞基上有一個血紅素輔基?！?、β鏈的三級結(jié)構(gòu)與肌紅蛋白的很相似

在血液中結(jié)合并轉(zhuǎn)運O2（2）血紅蛋白的氧合曲線四個亞基之間具有正協(xié)同效應(yīng)，因此，它的氧合曲線是S型曲線小結(jié)蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)決定其功能，

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)和功能。

一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)★牛胰RNase變性-復性實驗：124個a.a殘基4個鏈內(nèi)二硫鍵。分子量：12600

(8M尿素+β硫基乙醇)變性、失活→透析后構(gòu)象恢復，活性恢復95%以上，而二硫鍵正確復性的概率是1/105。六、

蛋白質(zhì)的變性和復性（一）蛋白質(zhì)變性的定義：天然蛋白質(zhì)分子受到某些理化因素的影響時，其一級結(jié)構(gòu)不變，高級結(jié)構(gòu)發(fā)生異常變化，從而引起生物功能的喪失以及物理化學性質(zhì)的改變。

變性的因素：有物理因素和化學因素

強酸和強堿；

有機溶劑：破壞疏水作用；

去污劑：去污劑都是兩親分子，破壞疏水作用；

還原性試劑：尿素、

-硫基乙醇；

鹽濃度：鹽析、鹽溶；

重金屬離子：Hg2+、pb2+能與-SH或帶電基團反應(yīng)。

高溫、高壓、紫外線、X-射線、超聲波

機械力：如攪拌和研磨中的氣泡。（二）變性表現(xiàn)及變性機理蛋白質(zhì)變性后，往往出現(xiàn)下列現(xiàn)象：①生物活性喪失②物理及化學性質(zhì)改變：硫水基團外露，分子結(jié)構(gòu)伸展松散，易被蛋白酶水解。③溶解度降低、沉淀，粘度增加。變性的實質(zhì)：次級鍵（有時包括二硫鍵）被破壞，天然構(gòu)象解體。變性不涉及一級結(jié)構(gòu)的破壞（三）復性：變性蛋白質(zhì)通常在除去變性因素后，可緩慢地重新自發(fā)折疊成原來的構(gòu)象,恢復原有的理化性質(zhì)和生物活性，這種現(xiàn)象成為復性（renaturation）。應(yīng)用：變性滅菌、消毒；變性制食品；抗衰老……（四）新生肽的折疊分子伴侶：分子伴侶是一類在細胞內(nèi)能夠幫助新生肽鏈正確組裝成為成熟蛋白質(zhì)，而本身卻不是最終功能蛋白質(zhì)分子的組成成分的蛋白質(zhì)。1.熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)HSP70、HSP40和GreE族2.伴侶素(chaperonins)GroEL和GroES家族第六節(jié)

蛋白質(zhì)的物理化學性質(zhì)

與分離、純化、鑒定一、

蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)

（一）

蛋白質(zhì)的分子量測分子量的方法：★SDS法★凝膠過濾法★沉降系數(shù)法和沉降平衡法1、SDS—PAGE

（十二烷基硫酸鈉－聚丙烯酰胺凝膠電泳）

2、葡聚糖凝膠過濾法分析蛋白質(zhì)分子量凝膠過濾的原理當不同分子大小的蛋白質(zhì)混合物流經(jīng)凝膠層析柱時，比凝膠網(wǎng)孔大的分子不能進入珠內(nèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而被排阻在凝膠柱之外，隨著溶劑在凝膠柱之間的空隙向下移動并最先流出柱外；比網(wǎng)孔小的分子能不同程度地自由出入凝膠柱的內(nèi)外。這樣由于不同大小的分子所經(jīng)過的路徑不同而達到分離，大分子物質(zhì)先被分離出來．小分子物質(zhì)后被洗脫出來。3、沉降速度法沉降系數(shù)（S）一種蛋白質(zhì)在單位離心場里的沉降速度

1S=1×10ˉ13秒蛋白質(zhì)的S值一般都在1×10ˉ13~200×10ˉ13秒（二）蛋白質(zhì)的兩性解離與等電點（三）

蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)

蛋白質(zhì)分子直徑在1-100nm之間，在水溶液中具有膠體溶液的通性（布朗運動，丁達耳現(xiàn)象，不能通過半透膜）

穩(wěn)定蛋白質(zhì)膠體溶液的主要因素

①蛋白質(zhì)表面極性基團形成的水化膜②非等電狀態(tài)時，同種電荷的互相排斥。③質(zhì)點大小在1-100nm，可以進行布郎運動鹽析

在蛋白質(zhì)溶液中，加入少量的中性鹽，會使蛋白質(zhì)的溶解度增加的現(xiàn)象，稱～鹽溶

在蛋白質(zhì)溶液中，加入大量的中性鹽，會使蛋白質(zhì)的溶解度降低而發(fā)生沉淀的現(xiàn)象，稱～（四）蛋白質(zhì)的沉淀方法①鹽析法:大量的中性鹽[（NH4）2SO4、Na2SO4、Nacl]，使蛋白質(zhì)脫去水化層而聚集沉淀。②有機溶劑沉淀法：破壞水化膜，降低介電常數(shù)，PEG、丙酮、乙醇等③重金屬鹽沉淀：pH＞pI時帶負電荷，與重金屬離子（Hg2+.Pb2+.Cu2+

等）結(jié)成不溶性沉淀④生物堿試劑和某些酸類沉淀法：pH小于等電時，蛋白質(zhì)帶正電荷，易與生物堿試劑和酸類的負離子生成不溶性沉淀。生物堿試劑：單寧酸、苦味酸、鎢酸。酸類：三氯乙酸、磺基水楊酸。⑤加熱變性沉淀。⑥等電點沉淀法（五）蛋白質(zhì)主要呈色反應(yīng)雙縮尿反應(yīng)→肽鍵與雙縮尿試劑生成紫紅色物質(zhì)

酚試劑反應(yīng)→蛋白質(zhì)與酚試劑生成藍色物質(zhì)用于蛋白質(zhì)定量分析

茚三酮反應(yīng)→氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍紫色物質(zhì)Bradford法→目前實驗室測定常用方法雙縮脲反應(yīng)

蛋白質(zhì)在堿性溶液中也能與硫酸銅發(fā)生相同反應(yīng)，產(chǎn)生紅紫色絡(luò)合物紅紫色絡(luò)合物(鹼性溶液)Cu2+（六）蛋白質(zhì)的紫外吸收光譜

蛋白質(zhì)在遠紫外光區(qū)（200-230nm）有較大的吸收，在280nm有一特征吸收峰，可利用這一特性對蛋白質(zhì)進行定性定量鑒定。蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度/（mg/ml）=1.55A1cm-0.76A1cm280260測定范圍：0.1～0.5mg/ml試以血紅蛋白為例說明蛋白質(zhì)的變構(gòu)效應(yīng)。蛋白質(zhì)的變構(gòu)效應(yīng)指生物體內(nèi)具有多個亞基的蛋白質(zhì)分子中，一個亞基與變構(gòu)劑結(jié)合后引起其構(gòu)象的改變，從而使整個蛋白質(zhì)分子的生物活性發(fā)生變化的現(xiàn)象，是生物體代謝調(diào)節(jié)的重要方式之一。例如血紅蛋白是由四個亞基（α2β2）組成的蛋白質(zhì)，4個亞基通過8個鹽鍵相連，和氧的親和力較弱。當一個α-亞基與O2結(jié)合之后，由于肽段的微小移動，亞基間的部分鹽鍵被破壞，亞基間的結(jié)合變得松弛，可促進第二個亞基與氧結(jié)合，依此方式可影響第三、第四亞基與氧結(jié)合，當8個鹽鍵已全部發(fā)生斷裂時，血紅蛋白分子的變構(gòu)作用使得整個分子以很快的速度與4個氧分子完全結(jié)合，從而提高血紅蛋白分子攜氧的功能。酶216Chapter3Enzyme第一節(jié)酶的一般概念I(lǐng)ntroductiontoenzyme按化學本質(zhì)將生物催化劑分為兩類：酶：蛋白質(zhì)核酶（脫氧核酶和核酶）：核酸218一、酶的定義酶是一類由活細胞產(chǎn)生的，對其特異底物具有高效催化作用的生物催化劑。

二、化學本質(zhì)1、只能催化熱力學允許的化學反應(yīng)219三、酶與一般催化劑的異同點（一）與一般催化劑的共同點3、反應(yīng)前后沒有質(zhì)和量的變化2、只能加速反應(yīng)的進程，而不改變反應(yīng)的平衡點1、酶促反應(yīng)具有高度的特異性（二）酶促反應(yīng)的特征（特點）酶的特異性(specificity)一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學鍵，催化一定的化學反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物。酶的這種特性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍?。?）絕對特異性(absolutespecificity)：只能作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，進行一種專一的反應(yīng)，生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。221NH2C＝ONH2H2O脲酶NH3＋CO2NH2C＝ONH-CH3脲酶H2O甲基尿素（2）相對特異性(relativespecificity)：222

作用于一類化合物或一種化學鍵。包括鍵專一性和基團專一性消化道蛋白酶作用的專一性223（3）立體結(jié)構(gòu)特異性(stereo

specificity)：224COOHCHHOCH3NAD＋NADH乳酸脫氫酶COOHC＝OCH3L－乳酸丙酮酸（2）幾何異構(gòu)體FAD2HCH2－COOHCH2－COOHFADHOOC－CHCH－COOH琥珀酸脫氫酶琥珀酸延胡索酸（1）旋光異構(gòu)體2、酶促反應(yīng)具有高效催化性

酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高108～1020倍，比一般催化劑高107～1013倍。酶的催化不需要較高的反應(yīng)溫度。酶和一般催化劑加速反應(yīng)的機理都是降低反應(yīng)的活化能(activationenergy)。酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)的活化能。2253、反應(yīng)條件溫和4、酶易變性失活5、體內(nèi)酶活性是受調(diào)控的226第二節(jié)酶的化學組成

TheMolecularStructureofEnzyme

227一、酶的分類228根據(jù)分子組成：1、單純酶：水解酶類酶蛋白(apoenzyme)輔助因子(cofactor)

金屬離子結(jié)合酶

（全酶）(holoenzyme)小分子有機化合物（輔酶或輔基）2、結(jié)合酶：絕大多數(shù)酶229

輔酶(coenzyme):與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去。

輔基(prostheticgroup):與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。根據(jù)低分子有機物與酶蛋白結(jié)合的緊密程度：二、酶分子各部分的作用1、酶蛋白

決定酶對底物的專一性2、輔助因子

決定反應(yīng)類型與性質(zhì)2302313、輔酶或輔基的作用

在反應(yīng)中起轉(zhuǎn)運載體的作用，傳遞電子、氫原子（質(zhì)子）或其它基團。COOHCHHOCH3NAD＋NADH乳酸脫氫酶COOHC＝OCH3L－乳酸丙酮酸2324、金屬離子的作用①作為酶活性中心的組成成分②穩(wěn)定酶分子的構(gòu)象；③在酶與底物間起橋梁作用；小分子有機化合物在催化中的作用

234第三節(jié)酶結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、分類2353、多酶復合體(multienzymecomplex)2、寡聚酶(oligomericenzyme）據(jù)酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)：1、單體酶(monomericenzyme)二、酶的活性部位和必需基團1、必需基團(essentialgroup)酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈的化學基團中，一些與酶活性密切相關(guān)的化學基團。目錄或稱活性部位(activesite)，指必需基團在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的部位。2、酶的活性中心(activecenter)活性中心內(nèi)的必需基團結(jié)合基團(bindinggroup)與底物相結(jié)合催化基團(catalyticgroup)催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需?；钚灾行耐獾谋匦杌鶊F3、活性中心的組成底物活性中心以外的必需基團結(jié)合基團催化基團活性中心目錄240三、酶原與酶原的激活酶原(zymogen)有些酶在細胞內(nèi)合成或初分泌時只是酶的無活性前體，此前體物質(zhì)稱為酶原。酶原的激活在一定條件下，酶原向有活性酶轉(zhuǎn)化的過程。241

酶原激活的機理酶原分子構(gòu)象發(fā)生改變形成或暴露出酶的活性中心

一個或幾個特定的肽鍵斷裂，水解掉一個或幾個短肽在特定條件下242賴纈天天天天甘異賴纈天天天天纈組絲SSSS46183甘異纈組絲SSSS腸激酶胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶原的激活過程243

酶原激活的生理意義（1）保護作用：避免細胞或組織被酶水解（2）保證代謝正常：在特定的部位和環(huán)境被激活，從而發(fā)揮催化作用。四、同工