基础生物化学整理资料

1、第2章 核酸的结构与功能主要内容：介绍核酸的分类和化学组成，重点讨论DNA和RNA的结构特征，初步认识核酸的结构特征与其功能的相关性；介绍核酸的主要理化性质和核酸研究的一般方法。第一节 核酸的种类，分布与功能一、核酸的种类和分布核酸（nucleic acid)分为两种：脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid)，核糖核酸(ribonucleic acid)脱氧核糖核酸（DNA）DNA分子含有生物物种的所有遗传信息，分子量一般都很大。DNA为双链分子，其中大多数是链状结构大分子，也有少部分呈环状结构。分布在细胞核，叶绿体和线粒体中。细胞核：占95，叶绿体和线粒体：占5核糖核酸（R

2、NA）负责DNA遗传信息的翻译和表达，分子量要比DNA小，单链分子。细胞内分布：细胞质75%，线粒体和叶绿体15 ，细胞核10RNA的分类：转移（tRNA)15，信使（mRNA) 5，核糖体（rRAN)802、 核酸的生物学功能1.是主要的遗传物质。 染色体分子中的脱氧核苷酸顺序是遗传信息的贮存形式，通过复制把全套遗传信息传递给子代，通过转录把某些遗传信息传递给。在某些病毒中，也是遗传物质。2. DNA通过复制将遗传信息传递给子代DNA，通过转录将某些遗传信息传递给RNA。RNA也是遗传物质（少数生物有机体中）第2节 核酸的化学组成一、核酸的基本化学组成：碱基、戊糖和磷酸1.碱基：为含氮的杂环

3、化合物，呈弱碱性，称为碱基。分为两类：嘌呤碱嘧啶碱碱基的结构特征：碱基都具有芳香环的结构特征。嘌呤环和嘧啶环均呈平面或接近于平面的结构。嘌呤碱和嘧啶碱分子中都含有共轭双键体系，在紫外区有吸收（260 nm左右）。2. 戊糖分为两种：核糖（Ribose）（ RNA组成成份）脱氧核糖（Doxyribose）（ DNA组成成份）3. 核酸的第三个组成成分：磷酸核酸是含磷酸的生物大分子，所以核酸呈酸性。核酸中的磷酸参与3，5-磷酸二酯键的形成，使核苷酸连接成多核苷酸链。DNA平均含磷9.9，RNA为9.4-定磷法测核酸含量的基础。2、 戊糖和碱基组成核苷核苷：是脱氧核糖或核糖与碱基通过-构型的-糖苷键

4、连接而成的糖苷。三、核酸的基本结构单位核苷酸1.核苷酸：核苷与磷酸生成的核苷磷酸酯称为核苷酸。2.组成核酸的核苷酸种类组成的四种核苷酸： AMP、GMP、CMP、UMP戊糖为：核糖 四种碱基为：组成的四种核苷酸： dAMP、dGMP、dCMP、dTMP戊糖为：脱氧核糖四种碱基为：第三节 核酸的分子结构一、DNA 的分子结构（一） DNA 的一级结构（二） DNA 的二级结构（三） DNA 的三级结构（一） DNA 的一级结构定义：DNA分子中各脱氧核苷酸的排列顺序叫做DNA的一级结构，简称为碱基序列。不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列顺序，因此携带有不同的遗传信息。1连接键 3´-

5、5´磷酸二酯键2方向性：5´3´。（二）DNA的二级结构1.DNA的双螺旋结构(Watson-Crick模型)，DNA双螺旋结构特征及意义2.DNA双螺旋的多态性1. DNA的二级结构双螺旋结构(Watson-Crick模型)定义： DNA的二级结构是指DNA的双螺旋结构，即线状或环状双链DNA的两条链相互围着同一中心轴旋绕而成的一种空间结构（构象）。Watson 和 Crick 于1953年提出了DNA双螺旋结构模型，说明了DNA 的二级结构。2. DNA双螺旋结构模型的要点DNA双螺旋结构模型的要点：为反平行双链右手螺旋，其中一条链的方向为53，而另一条链的方

6、向为35。双螺旋结构模型的要点：螺旋直径约为2 nm，相邻两个碱基平面之间的距离为0.34 nm，每10.5个核苷酸形成一个螺旋，其螺距（即螺旋旋转一圈）高度为3.6 nm。碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行双螺旋结构模型的要点：两链靠氢键结合。碱基的之间具有严格的配对规律，即A与T配对，G与C配对，这种配对关系，称为碱基配对互补原则。A+G=C+T思考题：某DNA样品含腺嘌呤15.1%（按摩尔碱基计），计算其余碱基的百分含量？ A=T 15.1%G=C 39.9%双螺旋结构模型的要点：双螺旋的两条链是互补关系。一条链是另一条链的互补链。双螺旋结构模型的要点：疏水的碱基位于双螺旋的内侧，亲

7、水的磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。大沟和小沟交替出现。3. DNA的双螺旋结构稳定因素氢键 碱基堆集力（最主要因素）磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和碱基处于疏水环境中4. DNA双螺旋的不同构象（3） DNA的三级结构在细胞内，由于DNA分子与其它分子（主要是蛋白质）的相互作用，使DNA双螺旋进一步扭曲形成的更高层次的空间结构。（4） 实例：超螺旋染色体（ chromosome）小结：DNA 的分子结构（一）DNA 的一级结构（核苷酸排列顺序），（二）DNA 的二级结构（双螺旋结构）（三）DNA 的三级结构（超螺旋）二、 RNA的分子结构（一）RNA的一级结构RNA分子中各核苷酸（AMP

8、, GMP, CMP, UMP ) 之间排列顺序叫做RNA的一级结构。1连接键 3´-5´磷酸二酯键2方向性：5´3´。RNA分类：转移RNA（tRNA），核糖体RNA（rRNA），信使RNA（mRNA），不均一核RNA（hnRNA）mRNA的前体，小核RNA（snRNA）参与RNA的转录后加工(二）tRNA约占总RNA的10-15% ，分子最小。它在蛋白质生物合成中，将相应的氨基酸转运到核糖体，参与蛋白质体的合成。已知每一个氨基酸至少有一个相应的tRNA。1、 tRNA的一级结构定义：指tRNA分子中核苷酸的排列顺序。具有tRNA一级结构的共性。tRN

9、A 一级结构的特征：a.核苷酸数在7493之间，沉降系数为4S左右；b.5'端为pG-；c.3'端均为CCAOH,可与氨基酸相连；d有恒定核苷酸： U8 、G18 、 G19；e含稀有碱基较多，多数是A、U、C、G的甲基化衍生物。例：二氢尿苷（D），假尿苷（ ），次黄嘌呤核苷（I）2. tRNA二级结构特征：通过A与U配对，G与C配对， tRNA单链通过自身折叠形成一种形状象三叶草的茎环结构。四茎（可配对部分）四环（无法配对部分）氨基酸茎 包含有tRNA的3-末端和5-末端，由7对核苷酸组成，3-末端的最后3个核苷酸残基都是-C-C-AOH，此结构是tRNA结合活化氨基酸的部位

10、。反密码子环 与氨基酸臂相对的一般含有7个核苷酸残基的区域，其中正中的3个核苷酸残基称为反密码子。反密码子与mRNA的密码子反平行配对结合。二氢尿嘧啶环（DHU环） 该区含有二氢尿嘧啶（D），功能不明。氨基酸茎 包含有tRNA的3-末端和5-末端，由7对核苷酸组成，3-末端的最后3个核苷酸残基都是-C-C-AOH，此结构是tRNA结合活化氨基酸的部位。3. tRNA三级结构 特征：指tRNA 的三叶草型结构进一步扭曲折叠形成一种形状象倒写L字母的三维结构，称为倒L型结构。tRNA倒L型结构的基本特征：（1）结构特征：氨基酸接受茎和TC茎组成一个螺旋；D茎和反密码子茎组成另一个螺旋； TC环和D

11、环构成“L”的拐角“L”的一端是氨基酸接受茎（CCA）；另一端是反密码子环。（2）稳定tRNA三级结构的主要因素：氢键：二级氢键、三级氢键；碱基堆积力。tRNA三级结构与功能的关系：（3）氨基酸接受茎的“CCA”与其它部位的相互作用不强，可以引起构象变化。（4）L型分子的中部的核苷酸数目和种类变化大，可能是氨酰tRNA合成酶的识别和结合部位。tRNA形成三级结构后才具有特定的生物活性（功能）小结：tRNA的结构tRNA一级结构：核苷酸排列顺序tRNA二级结构：三叶草型tRNA三级结构：倒型（3） rRNA约占全部RNA的80%。rRNA是核糖核蛋白体的主要组成部分，其功能与蛋白质生物合成相关。

12、rRNA一级结构特征：具有RNA一级结构的共性，即主要由四种核苷酸通过3´-5´磷酸二酯键相连形成。rRNA二级结构特征：单链自身折叠形成的茎环结构，在可以配对的部位进行碱基配对并形成螺旋，在不能配对的部位形成突环。(4） mRNA的分子结构mRNA是蛋白质生物合成的模板，单链分子，分子大小不一相差很大。对mRNA的一级结构研究和了解较多，而对mRNA二级结构和三级结构研究和了解较少。重点：mRNA一级结构mRNA的一级结构：具有RNA一级结构的共性：主要由四种核苷酸通过3´-5´磷酸二酯键相连形成。原核生物mRNA一级结构特征：先导区+翻译区（多顺反子

13、）+末端序列顺反子：通过顺反测验鉴定的遗传功能单位，相当于决定一个多肽链的核苷酸顺序加上翻译的起始和终止信号，等同于“基因”真核生物mRNA一级结构特征：“帽子”（m7G-5´ppp5´-N-3´p）+单顺反子+“尾巴”（Poly A）真核生物mRNA特征：单顺反子 5端 “帽子”（m7G-5´ppp5´-N-3´p）功能：（1）封闭mRNA的5端，防止降解（2）作为mRNA与核糖体结合的信号（无帽子结构的mRNA不能与核糖体紧密结合）（3）可能与蛋白质合成起始有关原核生物和真核生物的mRNA在结构上的区别：(1)原核生物是多顺反子；

14、真核生物是单顺反子。(2)真核生物在5端有一个帽子结构(3)真核生物在3端有一个多聚腺苷酸尾巴。本节总结：DNA的一级，二级结构；tRNA的一级，二级和三级结构；原核生物和真核生物mRNA一级结构的区别；第五节 核酸的某些理化性质及核酸研究常用技术一、一般物理性质1.晶形: DNA为白色纤维状固体； RNA为白色粉末状固体。2.粘度：DNARNA3.溶解性：微溶于水，加碱促进溶解。不溶于有机溶剂，因此常用有机溶剂来沉淀。4.沉降特性: 其沉降速度与核酸大小和密度有关。2、 核酸的两性解离两性电解质：指既可以与酸反应生成水和盐，又可以与碱反应生成水和盐的电解质 。核酸：（1）含有磷酸基团，可与碱

15、反应（2）含有碱基，可与酸反应；等电点（pI）在某一定pH值时，某特定分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值，即该分子的等电点(pI)。应用：采用沉淀法纯化核酸采用电泳法分离核酸3、 DNA的紫外吸收光谱（max=260nm）核酸在260处有特征吸收峰。四、核酸的变性与复性1.核酸的变性（1）天然核酸在物理化学因素作用下，有规则的双螺旋结构被打开，转变成无规则的单链，使核酸的物理化学性质发生改变，生物活性丧失，这种现象称为变性。（2）变性的实质：有序的双螺旋变成无序的单链，但不破坏一级结构。（3）变性的表观：粘度下降；密度加大，沉降速度加快；全

16、部或部分活性丧失；A260增加：增色效应（定义：p30）增色效应的实质：变性使碱基暴露出来1天然DNA2变性DNA3核苷酸总吸收值（4） DNA的热变性与熔解温度（Tm）用加热的方法使DNA变性称热变性。熔解温度（Tm）通常把热变性过程中A260达到最大值一半(即DNA变性达50）时的温度称为该DNA的熔解温度，用Tm表示。 Tm=7085 Tm（G+C）含量2. 核酸的复性（1）定义：在一定条件下，变性的DNA 单链间碱基重新配对恢复双螺旋结构260降低，DNA的功能恢复。（2）减色效应：当变性的呈单链状态的DNA, 经复性又重新形成双螺旋时，其260减少，这种现象称减色效应。减色效应的实质

17、：碱基重新被包埋在双螺旋结构中五、酸解和碱解降解：3,5-磷酸二酯键被打断（破坏一级结构）酸解：中强度的酸能部分降解DNA和RNA碱解：易被稀碱降解，不会发生碱解本节总结：重点：核酸的两性性质，核酸变性与复性，核酸的紫外吸收第6节 DNA研究进展大规模基因组测序的两个支撑技术 Sanger双脱氧末端终止法，PCR 技术问答题DNA双螺旋结构是什么时候，由谁提出来的？试述其结构模型。DNA双螺旋结构有些什么基本特点？tRNA的结构有何特点？有何功能？DNA和RNA的结构有何异同？计算（1）分子量为3´105的双股DNA分子的长度；（2）这种DNA一分子占有的体积；（3）这种DNA一分子

18、占有的螺旋圈数。（一个互补的脱氧核苷酸残基对的平均分子量为618）名词解释 变性和复姓，增色效应和减色效应，Tm， cAMP， Chargaff定律第三章 蛋白质第一节蛋白质的基本结构单位氨基酸（重点）、第二节肽、第三节蛋白质的分子结构（重点、难点）、第四节蛋白质的分子结构与功能的关系（难点）、第五节蛋白质的重要性质、第六节蛋白质分类（自学）主要内容：1.介绍氨基酸的结构、分类和性质2.肽的概念3.重点讨论蛋白质的结构、性质以及结构和功能的相互关系。什么是蛋白质(Protein) ？蛋白质是由许多不同的氨基酸，按照一定的顺序，通过肽键连接而成的一条或多条肽，所构成的生物大分子。蛋白质的主要生理

19、功能？生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的体现者，具有以下主要功能：催化功能；结构功能；调节功能；防御功能；运动功能；运输功能；信息功能；储藏功能 · · 组成蛋白质的主要元素有哪些？C、H、O、N、S 、P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se蛋白质平均含N量为16,这是凯氏定氮法测定某种样品中蛋白质含量的理论依据。测定蛋白质的步骤：1.用凯氏定氮法测得样品的蛋白质含氮量。2.根据公式计算： 蛋白质含量蛋白质含氮量×100/16 蛋白质含量蛋白质含氮量×6.25计算题：某种样品用凯氏定氮法测得该种样品的含氮量为0.4，那该种样品中蛋白质含量为

20、？第一节蛋白质的基本结构单位氨基酸一、氨基酸的通式二、氨基酸的分类三、氨基酸的性质例外：脯氨酸是亚氨基酸天然蛋白质水解得到的氨基酸都属于型，氨基酸是一种手性分子。二、生物体内的氨基酸类别1.组成蛋白质的常见氨基酸(20种）:按基团极性来分：非极性R基团氨基酸；R基团极性不带电荷氨基酸；R基团带负电荷氨基酸；R基团带正电荷氨基酸（1）非极性R基团氨基酸（共8种）丙氨酸Ala，缬氨酸Val，亮氨酸Leu，异亮氨酸Ile，脯氨酸Pro，苯丙氨酸Phe色氨酸Try，甲硫氨酸Met特点： 都带有非极性基团，难与水分子形成氢键，难溶于水。 （2）极性不带电荷R基团氨基酸（7种）甘氨酸Gly，丝氨酸Ser，

21、苏氨酸Thr，半胱氨酸Cys，酪氨酸Tyre，天冬酰胺Asp，谷氨酰胺Glu特点： 都带有不解离的极性基团，可与水分子形成氢键，易溶于水。 极性分子和非极性分子的区别：非极性分子：分子中正负电荷中心重合,从整个分子来看,电荷的分布是均匀的,对称的,这样的分子为非极性分子。极性分子：分子中正负电荷中心不重合,从整个分子来看,电荷的分布是不均匀的,不对称的,这样的分子为极性分子。（3）R基团带负电荷氨基酸（2种）特点：（1）在pH7时，氨基酸带负电荷；（2）R基团都带有羧基，所以又称为酸性氨基酸。（3）具有极性，易溶于水。(4) R基团带正电荷氨基酸（3种）特点：（1）在pH7时，分子带正电荷；（

22、2）R基团具有弱碱性，所以又称为碱性氨基酸。（3）具有极性，易溶于水。例外：硒代半胱氨酸有可能是第21种组成蛋白质的氨基酸2.稀有氨基酸：蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如：4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。3.非蛋白质氨基酸在生物体内呈游离或结合态的氨基酸。如：刀豆氨酸，茶氨酸等。三、氨基酸的性质（1 ）两性性质和等电点 （2 ）光学性质 （3 ）重要化学反应（1）氨基酸的两性解离性质广义酸碱质子理论：在反应中凡是能提供质子的，称之为酸；凡是接受质子的，称之为碱。氨基酸具有两性（酸、碱）性质 氨基酸在水溶液或结晶状态都

23、是以两性离子形式存在在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值，即该氨基酸的等电点(pI)。思考题：Ala、 Arg、 Asp三种在pH6.02的缓冲体系中电泳，向负极移动的是 Arg ，向正极移动的是Asp，既不向正极也不向负极移动的是Ala。（2）氨基酸光学性质A. 除甘氨酸外，所有天然-氨基酸都有不对称碳原子，因此所有天然氨基酸都具有旋光性。B. 色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区（220-300nm）显示特征的吸收谱带。由于大多数蛋白质都含有这些氨

24、基酸残基，蛋白质一般在280nm有最大光吸收峰。蛋白质含量快速测定方法之一：用紫外分光光度法测定280nm处的最大吸收峰。(3)氨基酸的化学反应与茚三酮反应，与2，4二硝基氟苯反应，与丹磺酰氯的反应，与苯异硫氰酯的反应与茚三酮反应（常用于氨基酸的定性和定量测定）氨基酸与苯异硫氰酯（PITC）的反应（Edman反应）这一反应的重要之处在于：人们根据这一原理设计出了蛋白质顺序测定仪，可以进行自动测定蛋白质顺序。第二节 肽一 、肽(peptide)和肽键(peptide bend)的概念肽：是由一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基脱水缩合而成的化合物。肽键：氨基酸脱水后形成的共价键（C-N键）。二肽

25、：由两个氨基酸形成的肽。三肽：由三个氨基酸形成的肽。氨基酸组成少于10的称寡肽；多于10的称多肽。二、肽的命名和表示法三、肽的重要性质 1.肽的酸碱性质：具有两性性质和pI不同的肽，在水溶液中的解离情况不同，pI各异。2.肽的化学反应：可以与茚三酮，DNFB,DNS,PITC等发生反应。：双缩脲反应：是肽和蛋白质所特有的，而氨基酸没有的颜色反应。四、天然存在的活性肽生理活性肽的功能类别：激素、抗菌素、辅助因子实例：谷胱甘肽(glutathione,GSH)，短杆菌肽，-天冬氨酸-苯丙氨酸甲酯（甜味剂）谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程，作为某些氧化还原酶的辅因子，或保护巯基酶，或防止过氧化物积累。

26、短杆菌肽S是一种抗菌素，临床上局部用于治疗和预防化脓性病症。第三节 蛋白质的分子结构一、蛋白质的一级结构二、多肽主链折叠的空间限制和维持蛋白质构象的作用力三、 蛋白质的二级结构四、 蛋白质的超二级结构和结构域（略）五、 蛋白质的三级结构六、 蛋白质的四级结构1、 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构(primary structure): 多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置。这是蛋白质最基本的结构，它内寓着决定蛋白质高级结构和生物功能的信息。一级结构决定高级结构！例：牛胰岛素的一级结构二、蛋白质构象和维持构象的作用力掌握几个概念：高级结构（54）：在一级结构基础上，蛋白质分子的多肽链按一定

27、方式折叠，盘绕或组装成特有的空间结构，称高级结构。构型和构象（54）：构型：是指不对称碳原子上相连的各原子或取代基团的空间排布。构型的转变是必定伴随着共价键的断裂和重组。构象：是指相同构型的化合物中，与碳原子相连的各原子或取代基团在单键旋转时形成的相对空间排布。构象的改变不需要共价键的断裂和重组。蛋白质的高级结构属于“构象”范畴！酰胺平面刚性平面肽键（单键）长：0.132一般：C-N单键长：0.149nm；C=N双键长：0.127nm具有部分双键性质，不能自由转动！-碳原子的二面角（ 和 ）两相邻酰胺平面之间，能以共同的C为定点而旋转，绕C-N键旋转的角度称角，绕C-C键旋转的角度称角。和称作

28、二面角，亦称构象角。蛋白质多肽链的所有构象都能用两个构象角来表示：11； 22； 33； 44； 一个天然蛋白质多肽链在一定条件下只有一种或很少几种构象：原因如下：酰胺平面是刚性平面；其他单链在旋转时产生空间位阻和静电效应，制约着大量构象形成。稳定蛋白质构象的作用力：蛋白质之所以能形成稳定的构象，主要依赖于蛋白质分子的主链和侧链上的许多极性、非极性基团相互作用所形成的化学键。氢键：是稳定蛋白质结构的主要作用力。是发生于多肽链中负电性很强的氮原子或氧原子的孤对电子与或的氢原子间的相互吸引力。范德华力：指范德华吸引力。疏水力：疏水基团间的相互作用。离子键：正、负电荷之间的一种静电作用。氢键，范德华

29、力，疏水力，离子键都属于（共价键/非共价键），统称为次级键，它们在蛋白质分子中总数量（很大/很小），因此在构成和稳定蛋白质构象中起着重要作用。三、蛋白质的二级结构（secondary structure） 蛋白质的二级结构：肽链主链不同区段通过氢键沿一定方向盘绕、折叠而形成的构象。维持二级结构稳定性的主要作用力？主要有以下类型：() 螺旋（helix）() 折叠（-pleated sheet）() 转角（-turn）() 无规则卷曲（nonregular coil）螺旋（helix）：肽链中的酰胺平面绕C相继旋转一定角度形成的螺旋。螺旋的结构特征：a、 每隔3.6个AA残基螺旋上升一圈，螺距0

30、.56nm;每个氨基酸残基沿螺旋中心轴上升0.15nm，螺旋上升时，每个氨基酸残基沿轴旋转100。b 、 螺旋体中所有氨基酸残基R侧链都伸向外侧，链中的全部>C=0 和>N-H几乎都平行于螺旋轴;c、每个氨基酸残基的>N-H与前面第四个氨基酸残基的>C=O形成氢键，肽链上所有的肽键都参与氢键的形成。d.绝大多数天然蛋白质中的螺旋都是右手螺旋。螺旋遇到脯氨酸就会中断而拐弯：折叠（-pleated sheet）是几乎伸展的多肽链靠氢键联结而成的锯齿状片层结构。结构特点：相邻肽链的长轴相互平行，链间氢键与长轴接近垂直，靠相邻肽链间氢键维持结构稳定性。转角（-turn）特征：多

31、肽链中氨基酸残基n的羰基上的氧与残基（n+3）的氮原上的氢之间形成氢键，肽键回折1800 。 无规卷曲：在球状蛋白分子中，存在一些没有确定规律的盘曲，称无规卷曲。二级结构小结：1. 二级结构是多肽链的片段局部结构；2. 维持二级结构的作用力主要为氢键；3.四种二级结构类型中，发夹结构和无规卷曲多分布于蛋白分子球状结构外侧。四、 蛋白质的三级结构1. 三级结构的定义：多肽键在二级结构的基础上，主链构象和侧链构象相互作用，进一步盘曲折叠形成特定的球状分子结构，称三级结构。2.维持三级结构稳定的作用力？氢键（由侧链基团形成）；离子键；疏水键；范德华力；二硫键；酯键等思考：二级结构与三级结构的区别与联

32、系？二级结构是肽链主链不同区段形成的局部空间结构，是蛋白质结构的构象单元。三级结构是整条多肽链形成的特定的球状结构。五、蛋白质的四级结构1.四级结构的定义：四级结构是由两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成有特定三维结构的蛋白质构象。实例：血红蛋白 2. 维持四级结构稳定的作用力氢键（由侧链基团形成）；离子键；疏水键；范德华力；二硫键；酯键等思考：蛋白质三级结构与四级结构的区别与联系？三级结构是一条完整多肽链所形成的球状分子结构。四级结构是两条或多条多肽链在各自形成三级结构基础上，进一步组合所形成的球状分子结构。问题：有些蛋白质只有一条多肽链组成，那么它的最高级结构应该是，这也是它的生物活

33、性状态；有些蛋白质由一条以上的多肽链组成，那么只有当多肽链组合形成级结构时才具有生物活性。相关概念：亚基：在蛋白质四级结构中，每条多肽链称为亚基。蛋白质的均一四级结构：由相同多肽链（亚基）所构成的四级结构称均一四级结构。蛋白质的不均一四级结构：由不同多肽链（亚基）所构成蛋白质的四级结构称不均一四级结构。第四节 蛋白质的分子结构与功能的关系（了解）一、 蛋白质一级结构与功能 二、 蛋白质高级构象与功能一、蛋白质的一级结构与功能一级结构决定高级结构，也决定蛋白质的功能1、蛋白质一级结构的种属差异与同源性2、蛋白质一级结构的变异与分子病3、蛋白质前体的激活与一级结构蛋白质一级结构与分子病：是指某种蛋

34、白质分子一级结构的氨基酸顺序与正常有所不同的遗传病。例：镰刀形贫血症白化病b-链N端氨基酸排列顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 Hb-A（正常人） Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys Hb-S（患者） Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys3.蛋白质前体的激活与一级结构例：胰岛素酶原的激活二、蛋白质的高级构象与功能蛋白质的功能由其构象决定：如果蛋白质高级构象破坏，虽然一级结构未遭破坏，但蛋白质功能也会丧失。第五节蛋白质的重要性质一、 两性解离性质及等电点二、 蛋白质胶体性质三、 蛋白质的沉淀四、 蛋白质的变性与复性五、 蛋白质的紫外吸收特

35、性六、 蛋白质呈色反应氨基酸是一种两性电解质：蛋白质两性解离性质和等电点游离-NH2，游离-COOH, 某些侧链基团在一定p H条件下都可发生解离，或者接收质子，使蛋白质呈酸性或碱性，因此蛋白质也是一种两性电解质。当蛋白质溶液在某一定pH值时，使某特定蛋白质分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该蛋白质的等电点 （pI）。蛋白质等电点和蛋白质所含氨基酸种类和数目有关。中性蛋白质：碱性AA和酸性AApI7 数目接近 碱性蛋白质：碱性AA较多 pI7酸性蛋白质：酸性较多 pI7二、蛋白质胶体性质由于蛋白质分子量很大，在水溶液中形成1-100nm

36、的颗粒，因而具有胶体溶液的特征：布朗运动；丁道尔现象；具有吸附能力；不能透过半透膜等蛋白质的水溶液之所以能形成稳定的亲水胶体，主要原因是：可溶性蛋白质分子表面具有一层水化层；相同蛋白质分子表面带相同的电荷，相互排斥。3、 蛋白质的沉淀如果加入适当的试剂使蛋白质分子处于等电点状态或失去水化层（消除相同电荷，除去水膜），蛋白质胶体溶液就不再稳定并将产生沉淀。沉淀方法类别: 1、高浓度中性盐（盐析、盐溶）2、酸碱（等电点沉淀）3、有机溶剂沉淀4、重金属盐类沉淀5、生物碱试剂和某些酸类沉淀6、加热变性沉淀盐析法:在蛋白质溶液中加入高浓度的硫酸铵、氯化钠等中性盐，可有效地破坏蛋白质颗粒的水化层。同时又中

37、和了蛋白质表面的电荷，从而使蛋白质颗粒集聚而生成沉淀，这种现象称为盐析。随着中性盐离子浓度提高，蛋白质分子吸附更多的盐离子，形成带电表层使它们彼比排斥，而且蛋白质分子与水分子间的相互作用也进一步加强，因此溶解度加大，称为盐溶。四、蛋白质变性与复性当天然蛋白质受到某些物理因素和化学因素的影响，使其分子内部原有的高级构象发生变化时，蛋白质的理化性质和生物学功能都随之改变或丧失，但并未导致其一级结构的变化，这种现象称为变性作用（denaturation）。 蛋白质变性的实质：某些外界条件破坏了蛋白质内部的次级键，空间结构上由有序而紧密变为无序而松散，但一级结构未遭破坏。表征（1）生物活性丧失；（2）

38、物理性质改变（溶解度降低、粘度增加、扩散系数降低、易絮凝等）；（3）化学性质改变（被酶水解）复性（renaturation）：蛋白质的变性作用如果不过于剧烈，则是一种可逆过程，变性蛋白质通常在除去变性因素后，可缓慢地重新自发折叠成原来的构象，恢复原有的理化性质和生物活性，这种现象成为复性。例：核糖核酸酶的变性与复性五、蛋白质主要呈色反应双缩脲反应 蛋白质在碱性溶液中也能与硫酸铜发生相同反应，产生红紫色络合物。蛋白质的紫外吸收光谱：蛋白质在280nm有一特征吸收峰，可利用这一特性对蛋白质进行定性定量鉴定。问答题1、为什么说蛋白质是生命活动最重要的物质基础？2、试比较Gly、Pro与其它常见氨基酸

39、结构的异同，它们对多肽链二级结构的形成有何影响？3、试举例说明蛋白质结构与功能的关系（包括一级结构、高级结构与功能的关系）。4、为什么说蛋白质水溶液是一种稳定的亲水胶体？5、什么是蛋白质的变性？变性的机制是什么？举例说明蛋白质变性在实践中的应用。名词解释等电点（pI），肽键，肽，肽平面及二面角， 一级结构，二级结构， 三级结构，四级结构，蛋白质变性与复性，盐析 课堂练习答案1、试比较核酸、蛋白质一级结构的异同，写出各自基本结构单位的通式 相同：虽然二者在组成上差异很大,但在构成方式上却很相似,主要表现在都是由基本结构单位通过特定的共价键连接而成的大分子，各自的主链都是不变成分，可变成分在侧链上

40、。2、简述研究核酸、蛋白质一级结构的意义。生物的遗传信息储存于DNA的核苷酸序列中，蛋白质的一级结构是由相应的DNA序列决定的，每一种蛋白质分子所具有的特定的一级结构又决定了其高级结构和生物学功能，也就表现出特定的生命现象。因此，研究核酸、蛋白质的一级结构可破译生命的密码，是在分子水平认识生命的突破口。第四章 酶主要内容：介绍酶的概念、作用特点和分类、命名，讨论酶的结构特征和催化功能以及酶的作用机理，进而讨论影响酶作用的主要因素。目 录第一节 酶的催化性质，第二节 酶的命名和分类，第三节 酶催化的专一性，第四节酶的作用机理（重点），第五节影响酶促反应速度的因素（重点），第六节变构酶与同功酶，第

41、七节维生素和辅酶第一节 酶的催化性质一、酶的概念及其化学本质酶（Enzyme ） 由活细胞产生的,具有催化作用的蛋白质。1.酶的化学本质是蛋白质具有蛋白质的一切特征，例如：由氨基酸组成，具有三级或四级结构。具有两性性质和等电点。凡是能使蛋白质变性的方法（热，强酸，强碱，有机溶剂等）均可用于使酶变性。例外：核酶(Ribozyme)1982年T.Cech 原生动物四膜虫核酶概念：具有催化功能的核糖核酸，称核酶。现代生物学告诉我们：核酸合成需要蛋白质（酶）参与蛋白质合成是以相应的核苷酸顺序来编码形成的。判断题：所有酶的化学本质都是蛋白质。（×）绝大多数酶的化学本质是蛋白质。（）2. 酶是一

42、种生物催化剂 F.W. Ostwald： 凡能改变化学反应的速度而本身不形成化学反应的最终产物, 这类物质就叫做催化剂。一般催化剂的共性： A. 催化效率高，用量少。B. 只改变化学反应速度，不改变化学反应平衡点。C. 降低反应活化能。D. 反应前后自身结构不变。酶同样遵循一般催化剂的共性 酶作为生物催化剂的催化特点：1. 极高的催化效率。2.高度的专一性。3.酶活性的可调控性4.不稳定性（要求温和的反应条件）用简单的实验证明酶的催化效率：2H2O2 2H2O + O23. 酶的分子组成：单纯蛋白质酶：仅由蛋白质组成；全酶酶蛋白辅因子辅因子的分类与作用：按组成成分来分：金属离子：羧基肽酶的 Z

43、n2；金属有机化合物：过氧化物酶的铁卟啉；小分子有机化合物：一些族维生素按与酶蛋白结合程度来分：辅酶：与酶蛋白结构疏松，可用透析法去除辅基：与酶蛋白结合紧密，不能用透析法去除辅因子的作用：1.维持酶分子的活性构象2.作为电子及特殊功能基团的载体3.在酶与底物之间起连接作用4.中和离子，降低反应中的静电斥力对于一个结合蛋白酶来说，酶蛋白只有与辅因子结合成全酶才具有正常的催化活性全酶酶蛋白辅因子第2节 酶的命名和分类一、命名：习惯命名：以底物和酶所催化的反应性质来命名。系统命名：标明所有酶的底物及催化反应的性质。二、国际系统分类法及编号国际生物化学会酶学委员会将所有酶类分成六大类： 1.氧化还原酶

44、类，2.移换酶类，3.水解酶类，4.裂合酶类，5.异构酶类， 6.合成酶类第3节 酶催化的专一性酶催化的专一性：指酶对它所催化的反应及其底物具有严格选择性。1.结构专一性 概念：酶对所催化的分子（底物）化学结构的特殊要求和选择类别：相对专一性和绝对专一性（）相对专一性：有些酶对底物的选择程度较低，能够催化化学结构上相似的一类底物起反应。类别：键专一性基团专一性键专一性：只作用于一定的化学键，对键两侧的基团无严格要求。基团专一性：不仅对键有要求，还对键一侧的基团有选择性。相对于键专一性而言，基团专一性对底物的选择要求更高。例1：葡萄糖苷酶键：1, 4糖苷键，基团：键的一侧是葡萄糖残基例2：消化道

45、蛋白酶胰凝乳蛋白酶：芳香族氨基酸及其它疏水氨基酸残基提供COOH所形成的肽键胃蛋白酶：芳香族氨基酸及其它疏水氨基酸残基提供NH2或COOH所形成的肽键思考题：1.请判断胰凝乳蛋白酶的水解位点？AlaLeuPheAspGlu OH（2）绝对专一性：只能作用于一个底物，对其他既使化学结构十分相似的物质也不起催化作用，酶的这种专一性称为绝对专一性。例：脲酶只催化尿素水解。2.立体异构专一性有些酶不仅对底物的化学结构有选择性，同时对底物的立体结构也有严格的要求，酶只能作用于一定构型的底物，称作立体异构专一性。类别：（1）旋光异构专一性（2）几何异构专一性（3）潜手性专一性（1）旋光异构专一性 指酶对具

46、有旋光异构体的底物构型有严格的选择性（针对具有手性原子的分子而言）。以D-氨基酸氧化酶为例氨基酸氧化酶：只能催化D-氨基酸的氧化，而对L-氨基酸不起作用,尽管D-氨基酸和L-氨基酸的化学结构完全相同。（2）几何异构专一性指有些酶对具有顺式和反式异构体的底物具有严格的选择性（针对具有双键结构的分子而言。潜手性专一性。对于在有机化学上属于对称分子中的底物中的两个等同原子或基团，酶只能催化其中一个起反应，而对另一个无作用。这种专一性称为潜手性专一性。例：乙醇脱氢酶第四节 酶的作用机理一、酶的活性中心和必需基团 二、酶的催化机理 三、 酶胰凝乳蛋白酶的催化机理一、酶的活性中心和必需基团酶分子中直接与底

47、物结合，并和酶催化作用直接有关的区域叫酶的活性中心（active center）或活性部位（active site）。酶活性中心的功能部位包括：结合部位：底物在此与酶结合。结合部位决定酶的专一性。催化部位：底物的敏感键在此断裂而形成新键。催化部位决定酶所催化反应的性质。有些酶的这两个部位往往是同一的。酶的活性中心的特点：1活性中心是分子表面的一个凹穴，有一定的柔性；2构成活性中心的大多数氨基酸残基是疏水性的，形成一个非极性的微环境；3在活性中心，底物以弱键与酶结合，有利于转化出产物。胰凝乳蛋白酶的活性中心羧活性中心重要基团: His（组氨酸）, Asp（天冬氨酸）, Ser（丝氨酸）二酶的催化

48、机理（一）为什么酶催化反应具有高效性（大大加快反应速度）？（二）为什么酶对底物具有选择性？1.为什么酶催化反应具有高效性？2. 酶是如何降低反应分子所需的活化能？酶反应的过渡态学说：酶（E）与底物（S）结合生成不稳定的中间物（ES），再分解成产物（P）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。3.过渡态中间产物是如何形成的？（1）邻近效应由于酶和底物分子间的亲和性，底物分子向酶活性中心靠近，并固定于此小区使有效浓度相对提高的效应称邻近效应。（2） 定向效应 酶与底物分子相互靠近过程中有一定的空间定向关系，称之为定向效应。（3） 酶与底物结合：诱导楔合学

49、说在酶分子与底物接触之前，活性中心与底物并不互补吻合。酶的活性中心在结构上具柔性，底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化，这样就使酶活性中心功能基团处于有效位置，酶与底物完全楔合，从而形成过渡态复合物，活化能降低，加速反应进行。（4）酸碱催化 酶分子中的某些功能基团可作为酸或碱通过瞬间向底物提供质子或从底物分子抽取质子，形成过渡态复合物，使活化能降低，加速反应进行。（5）共价催化有些酶可通过共价键和底物结合而形成不稳定的过渡态复合物，降低反应活化能，大大加快反应速度。分两种类型：亲核催化亲电催化亲核催化是指酶分子中具有非共用电子对的亲核基团攻击底物分子中具有部分正电性的原子，并与之形成共

50、价键而产生不稳定的过渡态中间物，使活化能降低。酶分子中可作为亲核基团的功能基团亲电催化是指酶分子中亲电基团（如金属离子，氨基）攻击底物分子中富含电子或带部分负电荷的原子而形成过渡态中间物。亲电基团多数为酶的辅因子：金属离子、磷酸吡哆醛等例：胰凝乳蛋白酶催化水解反应的酸碱催化和亲核催化（6）疏水的微环境酶的活性中心内部多数是疏水基团。因此，这些疏水基团相互作用构成了一个非极性的疏水微环境，有利于电荷之间的相互作用。酶催化高效性的小结：酶催化的实质：降低活化能酶催化的关键：形成不稳定的过渡态中间产物决定因素：邻近、定向、诱导楔合、酸碱催化、共价催化、疏水微环境2.酶作用专一性机理锁钥学说刚性模型

51、lock and key 1894年 Fischer首次提出主要内容：将酶的活性中心比喻作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。酶专一性的“锁钥学说”锁钥学说的优缺点：优点：可解释立体专一，绝对专一，缺点：相对专一不好解释 2诱导契合柔性模型主要内容：酶的活性中心在结构上具柔性，底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化，这样就使使酶活性中心有关基团正确排列和定向，使之与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。3、 胰凝乳蛋白酶的催化机理胰凝乳蛋白酶：催化芳香族氨基酸及其它疏水氨基酸残基提供COOH所形成的肽键水解1. 胰凝乳蛋白酶的结构 活性中心有三个功能基团： His5

52、7; Asp102; Ser1952.电荷中继网：（1）His57是质子传递体（2）由于Ser195羟基上质子被His57咪唑基上的氮原子所吸引，而使氧原子的亲核性增加。3.水解反应的酰化阶段4水解反应的脱酰阶段小结：酶活心中的功能基团在催化过程中形成电荷转接系统传递质子，通过酸碱催化，共价催化等促使不稳定过渡态中间物形成，降低活化能，从而加快水解反应速度。第四节 影响酶促反应速度的因素（酶促反应动力学）一酶促反应速度的测定与酶的活力单位1、酶促反应速度的测定 初速度的概念2、酶活力 检测酶含量及存在，很难直接用酶的“量”（质量、体积、浓度）来表示，而常用酶催化某一特定反应的能力来表示酶量，即

53、用酶的活力表示。酶催化一定化学反应的能力称酶活力。酶活力通常以最适条件下酶所催化的化学反应的速度来确定。3、酶活力的表示方法4、酶活力测定方法：终点法 动力学法酶活力测定方法终点法: 酶反应进行到一定时间后终止其反应，再用化学或物理方法测定产物或反应物量的变化。 动力学法:连续测定反应过程中产物底物或辅酶的变化量，直接测定出酶反应的初速度。酶活力的表示方法活力单位（active unit） 量度酶催化能力大小习惯单位（U）: 底物(或产物)变化量 / 单位时间国际单位（IU）: 1moL底物(或产物)变化量 / 分钟Katal（Kat）：1moL底物(或产物)变化量 / 秒比活力（specif

54、ic activity）量度酶纯度转换系数（Kcat）量度转换效率2、 影响对酶反应速度的因素（酶促反应动力学）（一）、底物浓度（二）、酶浓度（三）、温度 （最适温度的概念） （四）、pH （最适 pH的概念）（五）、激活剂（六）、抑制剂(一）底物浓度对酶反应速度的影响1、酶反应速度与底物浓度的关系曲线 （MichaelisMenten曲线）2、米氏方程的提出及推导3、米氏常数的意义4、米氏常数的测定（1）酶反应速度与底物浓度的关系:反应体系内E为一定量，且E >S：米氏常数的意义1.Km的物理意义：当酶反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。 当v=Vmax/2时，Km=S （ Km的单位为浓度单位mol/L）2. 在已知Km的情况下，应用米氏方程可计算任意s时的v，或任何v下的s。（用Km的倍数表示）练习题：已知