生物化學(xué)：緒論及第1章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

生

物

化

學(xué)Biochemistry緒論Introductiontobiochemistry什么是生物化學(xué)為什么要學(xué)習(xí)生物化學(xué)怎樣學(xué)習(xí)生物化學(xué)生物化學(xué)的含義生物化學(xué)（biochemistry）即生命的化學(xué)，是在分子水平上研究生物體生命現(xiàn)象化學(xué)本質(zhì)的一門科學(xué)。①物質(zhì)代謝

生物化學(xué)研究的內(nèi)容（一）糖、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、水、無機(jī)鹽、膳食纖維②遺傳繁殖核酸結(jié)構(gòu)和功能、代謝和調(diào)節(jié)生物化學(xué)研究的內(nèi)容（二）③生化技術(shù)④組織器官生化（機(jī)能生化）⑤營(yíng)養(yǎng)生化與疾病怎樣學(xué)習(xí)生物化學(xué)？掌握熟悉了解課前預(yù)習(xí)課后復(fù)習(xí)為什么要學(xué)習(xí)生物化學(xué)？萬能方法：理解＋記憶蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一

章StructureandFunctionofProtein蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵相連形成的高分子含氮化合物。蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性1.蛋白質(zhì)是生物體的重要組成成分2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能

1）作為生物催化劑

2）代謝調(diào)節(jié)作用

3）免疫保護(hù)作用

4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)

5）運(yùn)動(dòng)與支持作用

6）參與細(xì)胞間信息傳遞3.氧化供能（次要）蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)

蛋白質(zhì)的元素組成主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白質(zhì)含有少量P或金屬元素Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有I。蛋白質(zhì)的含N量平均為16％

蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)蛋白質(zhì)含量(g%)=含氮量(g%)

×6.25

(1/16%)一、氨基酸

——蛋白質(zhì)的基本組成單位存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬L--氨基酸（甘氨酸除外）。

H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R

（一）氨基酸的分類非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸極性氨基酸根據(jù)R基團(tuán)性質(zhì)：非極性疏水性氨基酸亞氨基(Gly)(Pro)2.極性中性氨基酸(Cys)(Met)(Gln)甲硫氨酸蛋氨酸3.酸性氨基酸4.堿性氨基酸(Glu)(Asp)（兩個(gè)以上羧基）（兩個(gè)以上氨基）1、非L型：2、亞氨基：3、芳香族：4、含羥基：5、含硫：6、酸性：7、堿性：分類記憶甘氨酸脯氨酸色酪苯酪絲蘇半胱蛋天冬谷賴精組幾種特殊氨基酸CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOONHCH2CH2CH2CHCOOHNHCH2CH2Gly：無手性碳原子

Pro：為環(huán)狀亞氨基酸

半胱氨酸

+胱氨酸二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3修飾氨基酸：

蛋白質(zhì)合成后通過修飾加工生成的氨基酸。沒有相應(yīng)的編碼。如：胱氨酸、羥脯氨酸、羥賴氨酸。非生蛋白氨基酸：蛋白質(zhì)中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鳥氨酸、同型半胱氨酸，是代謝途徑中產(chǎn)生的。

pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI兼性離子

1.兩性解離兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。CHNH2COOHRCHNH2COOHR陽離子CHCOOHRNH3+CHCOOHRNH3+陰離子CHNH2COO-RCHNH2COO-R（二）氨基酸的理化性質(zhì)2.芳香族氨基酸紫外吸收色氨酸、酪氨酸芳香族氨基酸的吸收光譜280nm:多數(shù)蛋白含這兩種氨基酸殘基，測(cè)定蛋白溶液280nm光吸收值可快速簡(jiǎn)便分析蛋白含量。0240250260270280290300310波長(zhǎng)(nm)光密度色氨酸酪氨酸苯丙氨酸3.茚三酮反應(yīng)(ninhydrinreaction)

原理：氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。應(yīng)用：此法可以對(duì)氨基酸進(jìn)行定量分析（吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系）。+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵（一）肽鍵和肽肽鍵的形成二、氨基酸在蛋白質(zhì)中的鏈接方式…肽鏈的兩個(gè)末端氨基酸殘基肽鍵氨基Ｎ末端羧基Ｃ末端（二）幾種生物活性肽人體內(nèi)具有特殊生物活性的肽類，如：谷胱甘肽（glutathione，GSH）谷胱甘肽的結(jié)構(gòu)谷胱甘肽參加的反應(yīng)及功能寡肽、多肽類激素神經(jīng)肽（neropeptide）中有一些是多肽，如腦啡肽、內(nèi)啡肽、強(qiáng)啡肽、P物質(zhì)等。促甲狀腺素釋放激素（3肽）、催產(chǎn)素（9肽）、加壓素（9肽）等在神經(jīng)傳導(dǎo)過程中起信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。三、蛋白質(zhì)的分類

*根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分

單純蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分*根據(jù)蛋白質(zhì)形狀

纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括：

一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)

高級(jí)結(jié)構(gòu)（空間結(jié)構(gòu)）（構(gòu)象）定義：指多肽鏈中的氨基酸排列順序。一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)主要化學(xué)鍵：

肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中主鏈骨架原子的局部空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈的相對(duì)空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。定義：穩(wěn)定因素：氫鍵

基本結(jié)構(gòu)：肽單元參與組成肽鍵的6個(gè)原子位于同一平面，又叫酰胺平面或肽鍵平面。C

1和C

2為反式構(gòu)型,O和H也是反式構(gòu)型。肽鍵鍵長(zhǎng)0.132nm＜0.149nm0.127nm＜部分雙鍵性質(zhì),不能自由旋轉(zhuǎn)。肽單元是蛋白質(zhì)構(gòu)象的基本結(jié)構(gòu)單位。

蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式

-螺旋

(

-helix)

-折疊

(

-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(

-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

①外觀：右手螺旋（順）

-螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：②螺距：3.6個(gè)氨基酸、0.54nm。③維持因素：氫鍵。④R基團(tuán)的位置：螺旋外側(cè)，

R基團(tuán)影響

-螺旋的形成。（一）

-螺旋①肽段折紙狀、鋸齒狀，相對(duì)伸展

-折疊結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：（二）

-折疊②幾個(gè)肽段順向平行或反向平行③維持因素：氫鍵④R基團(tuán)的位置：鋸齒的上下方（外側(cè)）（三）

-轉(zhuǎn)角

-轉(zhuǎn)角①②③④RROOCCCCCHHNNOCCHN-轉(zhuǎn)角常出現(xiàn)在肽鏈呈180°回折處，多由4個(gè)氨基酸殘基組成，第1個(gè)氨基酸的羰基氧與第4個(gè)氨基酸殘基的氨基氫形成氫鍵。

-轉(zhuǎn)角的第2個(gè)氨基酸多為脯氨酸。

-轉(zhuǎn)角（四）無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲是指沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。（五）模體（motif）[超二級(jí)結(jié)構(gòu)]二個(gè)以上二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段在空間上相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，被稱為模體。

βββ

-轉(zhuǎn)角-鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體

鋅指結(jié)構(gòu)鋅指模體存在于類固醇激素受體超家族和一些轉(zhuǎn)錄因子中，屬DNA結(jié)合蛋白。鋅指模體約由30個(gè)氨基酸殘基組成。4個(gè)半胱氨酸殘基或2個(gè)半胱氨酸殘基和2個(gè)組氨酸殘基與1個(gè)鋅離子配價(jià)結(jié)合。其中前一對(duì)半胱氨酸殘基與后一對(duì)半胱氨酸（或組氨酸）殘基之間相隔12個(gè)氨基酸殘基。鋅指模體的

-螺旋部分是與DNA結(jié)合的部位。三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定因素：整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。定義次級(jí)鍵(非共價(jià)鍵)：疏水鍵、離子鍵、氫鍵和范德華力二硫鍵每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)

肌紅蛋白(Mb)N端C端纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域：大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)常可分割成一個(gè)或數(shù)個(gè)球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域。三級(jí)結(jié)構(gòu)中的某一功能區(qū)域二級(jí)結(jié)構(gòu)模體結(jié)構(gòu)域三級(jí)結(jié)構(gòu)＜＜＜四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)兩條以上有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過非共價(jià)鍵相連形成的空間結(jié)構(gòu)每條具有完整三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈，稱為亞基穩(wěn)定因素：次級(jí)鍵(非共價(jià)鍵)：疏水鍵、離子鍵、氫鍵和范德華力定義血紅蛋白（Hb）的四級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)定義肽鍵主要鍵氫鍵疏離氫范疏離氫范蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次比較蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三節(jié)（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系牛核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)二硫鍵

天然狀態(tài)，有催化活性尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)相似結(jié)構(gòu)具有相似的高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能胰島素氨基酸殘基序號(hào)A5A6A10B30人ThrSerIleThr豬ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrGlyIleSer牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla馬ThrSerIleAla（三）關(guān)鍵結(jié)構(gòu)改變可引起疾病例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu

·glu·····C(146)HbS

β肽鏈HbA

β肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)

這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。（一）肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu)

二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基與氧結(jié)合肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線協(xié)同效應(yīng)一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)。如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)

如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱為變構(gòu)效應(yīng)。（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯(cuò)誤，盡管其一級(jí)結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生。瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化ThePhysicalandChemicalCharactersandSeparationandPurificationofProtein一、蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時(shí)，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢(shì)相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時(shí)溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(isoelectricpoint,

pI)二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達(dá)1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。表面同種電荷水化膜蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉三、蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性在某些理化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞