王镜岩生化第三版考研笔记

王镜岩生化第三版考研总结笔记（最新完整详细版）“EBy湖风微竹（独家提供）TOC\o"1-5"\h\z绪论 01第二章 脂 类 05\o"CurrentDocument"第三章 蛋白质 09第四章 酶 类 27\o"CurrentDocument"第五章 核 酸 39第六章 维生素与本甫酶 47\o"CurrentDocument"第七章 激素和信号传导 50\o"CurrentDocument"第八章 抗生素 56第九章 生物氧化 58\o"CurrentDocument"第十章糖代谢 62\o"CurrentDocument"第十一章脂类代谢 70\o"CurrentDocument"第十二章氨基酸代谢 80\o"CurrentDocument"第十三章核酸的降解和核甘酸代谢 92\o"CurrentDocument"第 十四章 DNA复制和修复 99\o"CurrentDocument"第十五章 RNA合成 107\o"CurrentDocument"第十六章蛋白质合成 120\o"CurrentDocument"第 十七章 细胞代谢和基因表达的调控 126绪论一、|生物化学|Biochemistry：研究生物体的物质基础及在生命过程中的化学变化；研究生命现象的化学本质。用化学的理论和方法研究生命现象，揭示生命的奥秘。还原论：个体、器官、组织、细胞、细胞器、超分子、分子、结构域、结构单元、原子整体论：生命科学的飞跃二、研究内容.生物大分子结构与性质：糖、脂、蛋白质、酶、维生素、核酸、激素、抗生素（序列分析、X射线衍射、波谱、质谱、圆二色散性）.生物大分子结构与功能：生物大分子分解、合成、转化、能量平衡.遗传信息传递及细胞代谢调控的分子机理.生物大分子的提取、改造及利用（生物工程）三、生物化学的发展历史.静态生物化学时期（1920年前）研究生物体内物质的化学组成和性质.动态生物化学时期（1950年前）糖、脂、蛋白质、核酸等的代谢关系；物质代谢途径及动态平衡、生物氧化、能量转化.机能生物化学时期（1950年后）功能：遗传、生殖、生长、发育、循环、呼吸、消化、运动、内分泌的分子机理第一章糖类第一节糖类概述一、糖类是地球上数量最多的化合物贮藏性糖：低聚糖，淀粉（植物），糖原（动物）结构多糖：纤维素，木质素，壳多糖，肽聚糖二、糖的概念多羟基的醛类或酮类以及它们的衍生物或聚合砺-元素组成：CH2O（碳水化合物是不科学但默认的称呼）功能基团：醛糖，酮糖碳链长短：丙糖（甘油醛和二羟丙酮）、丁糖、戊糖、己糖三、糖的分类与命名1、单糖：不能被水解为更小分子的糖。2、寡糖：2-6个单糖分子脱水缩合而成3、多糖：均一性多糖：淀粉、糖原、纤维素、半纤维素、几丁质不均一性多糖：糖胺多糖类（透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等）4、结合糖（复合糖，糖缀合物，glycoconjugate）：糖脂、糖蛋白（蛋白聚糖）、糖-核甘酸等5、糖的衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖甘四、糖类的生物学功能1、能源2、结构成分3、物质代谢的碳骨架(碳源)4、细胞或生物大分子之间识别的信息：糖蛋白第二节单糖一、单糖的结构1、单糖的链状结构Fisher投影式表示确定链状结构的方法(葡萄糖)：a.与Fehling试剂或其它醛试剂反应，含有醛基。b.与乙酸酊反应，产生具有五个乙酰基的衍生物。c.用钠、汞剂作用，生成山梨醇。Fisher投影式表示方法：碳骨架、竖直写；氧化程度最高的碳原子在上方左旋异构体(levorotaiyL)或L型异构体。右旋型异构体(dextrorotary)，或D型异构体。差向异构体(epimer)：又称表异构体，只有一个不对称碳原子上的基因排列方式不同的非对映异构体，如D-葡萄糖与D-半乳糖。2、单糖的环状结构用Havorth结构式或构象式表示Havorth结构式：①画一个五员或六员环②从氧原子右侧的端基碳(anomeriocarbon)开始，画上半缩醛羟基，在Fischer投影式中右侧的居环下，左侧居环上。”型头异构体：半缩醛羟基与羟甲基位于环平面两侧P-型头异构体：半缩醛羟基与羟甲基位于环平面同侧构象式：最能正确地反映糖的环状结构——折卷形结构。3、 儿种重要的单糖的链状和环状结构式(1)丙糖：D-甘油醛 二羟丙酮(J)(2)丁糖：D-赤鲜糖(3)戊糖：D-核糖D-脱氧核糖 D-核酮糖(7)(4)己糖：D-葡萄糖(a-型及p型)D-果糖(V)(5)庚糖：D-景天庚酮糖4、构型与构象的概念构型：分子中由于各原子或基团间特有的固定的空间排列方式不同而使它呈现出不同的较定的立体结构构象：由于分子中的某个原子(基团)绕C-C单键自由旋转而形成的不同的暂时性的易变的空间结构形式5、构型与旋光性没有对应关系构型不同旋光性就不同。但是构型与旋光性之间没有必然的对应规律，每种物质的旋光性只能通过实验来确定。二、单糖的物理化学性质(一)物理性质旋光性：是鉴定糖的一个重要指标甜度：以蔗糖的甜度为标准溶解性：易溶于水而难溶于乙酸、丙酮等有机溶剂(-)化学性质变旋现象(mutarotation)在溶液中，糖的链状结构和环状结构(a、之间可以相互转变，最后达到一个动态平衡，称为变旋现象。2、糠醛反应(HCL)Molish反应可以鉴定单糖的存在。Seliwannoff反应可以鉴别醛糖与酮糖酮糖 HCL、间苯二酚 红色酸糖 HCL、间苯二酚 浅色3、单糖具有还原性还原性糖：能被弱氧化剂(如Fehhing试剂、Benedict试剂)氧化的糖醛基氧化：糖酸(aldonicacid)伯醇基氧化：糖醛酸(uronicacid)醛基、伯醇基同时氧化：糖二酸(alduricacid)4、单糖的粉基可以被还原为谈醉5、同分异构化在弱碱性溶液中，D-葡萄糖、D-H露糖和D-果糖，可以通过烯醇或而相互转化6、羟基酯化糖的磷酸酯及其衍生物是糖的代谢活性形式(糖代谢的中间产物)。葡萄糖的核甘二磷酸酯，如UDPG参与多糖的生物合成。糖甘化(半缩醛羟基发生取代)糖豚反应(亲核加成)糖月杀反应发生在解糖和酮糖的链状结构上。四、重要的单糖衍生物糖醇：山梨醇糖醛酸单糖的伯醉基被氧化成-COOH。a-D-葡萄醛酸和差向异构物B-L-艾杜糖醛酸3、氨基糖(糖胺)aminosugar,glycosamine)糖普Glc糖昔,Gal糖昔。脱氧糖6-脱氧D-甘露糖 L-岩藻糖 2-脱氧D-核糖第三节寡糖1、麦芽糖(meltose)性质：①变旋现象②具有还原性③能成朕2、蔗糖(sucrose)［葡萄糖-a,做1-2卜果糖甘］性质：①无变旋现象②无还原性③不能成月杀3、乳糖(a-LactoseP-lactose):半乳糖一一做1-4)糖昔键--a(或0卜葡萄糖性质：①有变旋现象②具有还原性③能成豚4、纤维二糖(cellobiose)［葡萄糖-伙1,4)-葡萄糖苜］性质：①具有变旋现象 ②具有还原性 ③能成豚5、海藻糖trehalose两分子a-D-Glc,在Cl上的两个半缩醛羟基之间脱水，由a-l.l糖背键构成。第四节多糖一、均一性多糖淀粉①直链淀粉：a-1,4糖背键，长而紧密的螺旋管形。遇碘显兰色②支链淀粉：a-1,4、a-1,6糖背键，不能形成螺旋管，遇碘显紫色。糖元与支链淀粉类似，但分支程度更高，每隔4个葡萄糖残基便有一个分支，含有大量的非原性端，可以被迅速动员水解。遇碘显红褐色。纤维素P-D-葡萄糖分子以糖苜键相连而成直链。几J质（壳多糖）：N-乙酰-B-D-葡萄糖胺以p（l,4）糖甘链相连成的直链。二、不均一性多糖其中，糖胺聚糖类（也称粘多糖，mucopolysaceharides,.氨基多糖等）是蛋白聚糖的主要组分1、透明质酸2、硫酸软骨素3、硫酸皮肤素4、硫酸用层酸5、肝素6,硫酸乙酰肝素第五节结合糖糖+蛋白f糖蛋白（蛋白聚糖、肽聚糖）糖+脂f糖脂糖+核酸f糖一核酸一、糖蛋白短的寡糖链与蛋白质共价相连即形成糖蛋白。糖蛋白的总体性质更接近蛋白质。寡糖链常常是具分支的杂糖链，不呈现重复的双糖系列，•般由2-10个单体（少于15）组成，未端成员常常是唾液酸或L-岩藻糖。糖链与蛋白的连接方式①N-糖背键型：寡糖链（GlcNAC的6-羟基）与Asn的酰胺基、N-未端的a-氨基、Lys或Arg的3一氨基相连②O-糖甘键型：寡糖链（GalNAC的a-羟基）与Ser、Thr和羟基赖氨酸、羟腼氨酸的羟基相连。③S-糖昔键型：以半胱氨酸为连接点的糖肽键。④酯糖苜键型：以天冬氨酸、谷氨酸的游离粉基为连接点。2、糖蛋白中糖链的结构N-糖昔键型（N-连接）有五糖核心①高甘露糖型：由GlcNAc和甘露糖组成；②复合型：除了GlcNAc和甘露糖外，还有果糖、半乳糖、唾液酸；③杂合型：包含①和②的特征。O-糖苜键型（O-连接）没有五糖核心。3、糖蛋白的生物学功能寡糖链参与分子识别糖链影响蛋白质的稳定性和生物活性二、蛋白聚糖（Poroteoglycans）由一条或多条糖胺聚糖与一个核心蛋白共价相连构成的分子。总体性质与多糖更为接近。糖胺聚糖（glycosaminoglycan,GAG）,也称粘多糖，氨基多糖，是高等动物结缔组织中的一类结构多糖，长而不分支，呈现重复双糖系列结构。1,蛋白聚糖中的糖肽键①0-糖肽键：D-木糖与Ser羟基之间形成的糖肽犍。N-乙酰半乳糖胺与Thr或Ser羟基之间形成的糖肽键。②N-糖肽键：N-乙酰葡萄糖胺与Asn之间形成的糖肽键。2、糖白聚糖的生物学功能主要存在于软骨、键等结缔组织和各种腺体分泌的粘液中，构成组织间质、润滑剂、防护剂等。三、肽聚糖peptidoglycan细菌细胞壁的主要成分由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸通过B-1.4糖件键连接而成。四、脂多糖（糖脂）脂多糖是革兰氏阴性细菌细胞壁的特有结构成分，构成外膜外表面的主要物质。从繁殖或破裂细菌中释放出的脂多糖在哺乳动物宿主中会引起毒性效应，被称为内毒活性。第二章脂质（Lipids）第一节脂质概述（重点：三酯酰甘油；磷脂、糖脂的结构和功能）一、脂质的概念低溶或微溶于水而易溶于乙醛、氯仿、苯等非极性有机溶剂的化合物。一般都是由醇和脂肪酸组成的酯类或它们的衍生物。二、分类按化学组成分：（1）单纯脂类：脂肪酸9•醇类形成的酯。甘油酯、鞘酯、胆固醇酯、蜡（2）复合脂类：除脂肪酸和醇外，还有其他非脂分子的成分。磷脂：甘油磷脂、鞘磷脂糖脂：甘油糖脂、鞘糖脂脂蛋白（3）衍生脂类：由单纯脂质和复合脂质衍生而来的复合物，具有脂质的•般性质。脂肪酸及其衍生物；甘油、鞘氨醇、固醇类、高级醇等；菇类；脂溶性维生素按脂质在水中和水界面上的行为分：非极性脂质：不具有容积可溶性，不具有界面可溶性。I类极性脂质：不具有容积可溶性，具有界面可溶性。能掺入膜，但自身不能形成膜。II类极性脂质（磷脂和鞘磷脂）：成膜分子，能形成双分子层和微囊。in类极性脂质（去污剂）：可溶性脂质，具有界面可溶性，但形成的单分子层不稳定。三、脂质的生物学功能r贮存脂质：三酰甘油、蜡脂质,结构脂质（生物膜的组成成分）：磷脂、胆固醇、糖脂［活性脂质：菇（脂溶性维生素、光和色素）、类固醇（激素）、酶的辅助因子①生物膜的结构组分：磷脂（甘油磷脂和鞘磷脂），胆固醇，糖脂②能量贮存形式：动物、油料种子的甘油三酯激素、维生素和色素的前体：拓类、固醇类、二十碳四稀酸化学信号：PIP2（磷脂酰肌醇二磷酸），前列腺素等⑤保护功能：动物的脂肪组织，植物的蜡质第二节脂肪酸及其衍生物一、脂肪酸的结构特点线形不分支脂肪酸：具有长碳氢碳（尾）和一个竣基末端（头）的有机化合物总称。二、脂肪酸的种类饱和脂肪酸软脂酸（棕柳酸）n-十六酸16:0硬脂酸n-十八酸18:0花生酸n-二十酸20:0不饱和脂肪酸（L6个双键）油酸：顺-十八碳-9-稀酸，18：lZ\9c,亚油酸36）：顺，顺-十八碳-9,12-二稀酸，18：2A9c,12ca-亚麻酸（3-3）：全顺-十八碳-9,12,15-三稀酸，18：3A9c,12c.15c花生四稀酸（3一6）：全顺-二十碳-5,8,11,14四稀酸，20：4A5c,8c,11c,14c二十二碳六稀酸（DHA）（3-3）：全顺-二十二碳47-10-13-16-19六稀酸,22：6A4c,7c,10c,13c,16c,19c三、脂肪酸的理化性质姓链越长，溶解度越低；双键越多，熔点越低四、脂肪酸盐与乳化作用脂肪酸盐具有亲水基（电离的竣基）和和疏水基（长的燃链），是典型的两亲化合物，是离子型去污剂。五、多不饱和脂肪酸1、生物膜中多是顺式不饱和脂肪酸增加膜流动性；降低膜相变温度，抗寒冷2、多不饱和脂肪酸降低血脂生物膜中多是顺式不饱和脂肪酸：顺式不饱和脂肪酸增加膜流动性，降低膜相变温度，抗寒冷3、必需脂肪酸（essentialfattyacids）：亚油酸和a-亚麻酸4、皂化值（评估油的质量）：完全皂化1克油脂所需KOH的毫克数。5、酸值（酸败程度）：中和1克油脂中的游离脂肪酸所消耗的KOH毫克数。6、碘值（不饱和键的多少）：100克油脂吸收碘的克数。六、类二十碳烷是花生四烯酸的衍生物。例如：前列腺素、凝血恶烷、白三烯第三节脂酰甘油和蜡C r简单三脂酰甘油三酰甘油（甘油三脂）V酰基甘油《二酰甘油（甘油二脂）I混合三脂酰甘油单酰甘油（甘油单脂）蜡一►长链脂肪酸+长链一元醇（或固醇）CH2OH CH20HHO—C—H甘油HO—C—H 甘油-3-磷酸CH2OH CH2O—PO3”CH2O—CO—RiR2—CO—0—CH 三酰甘油H2C—O—CO—R3第四节磷脂r甘油磷脂：甘油、脂肪酸、磷酸和-分子氨基醇（如胆碱、乙醉胺、丝氨酸或肌醇）组成Y磷脂、鞘氨醇磷脂：以鞘氨醇代替了甘油。一、甘油磷脂1、结构与种类（1）磷脂酰胆碱（卵磷脂）（PC） HO—CH2CH2N+（CH3）3（胆碱）（2）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）（PE） HO-CH2cH2—N+小（乙醇胺）（3）磷脂酰丝氨酸（PS）HO—CH2CH—COO-（丝氨酸）N+H3（4）磷脂酰肌醇（PI）（5）磷脂酰甘油（PG）（6）二磷脂酰甘油2、甘油磷脂的基本结构3、甘油磷脂的一般性质纯的甘油磷脂为白色蜡状固体溶于大多数含少量水的非极性溶剂，但难溶于无水丙酮。在水中能形成双分子层的微囊。二、鞘磷脂（见第五节鞘脂类）1、组成：鞘氨醇脂肪酸磷酸胆碱或乙醇胺第五节糖脂glycolipid一、甘油糖脂甘油糖脂是二酰H.油分子的羟基与糖基以糖昔键连接而成。植物的叶绿体和微生物的质膜富含甘油糖脂单（二）半乳糖基甘油二酯 I黄基Glc甘油二酯二、鞘糖脂（神经酰胺糖脂）单糖、双糖或寡糖通过0-糖背键与神经酰胺相连而形成1、脑甘脂：半乳糖甘神经酰胺、葡萄糖甘神经酰胺2、硫脑甘脂：脑甘脂被硫酸化，在生理pH下带负电荷。3、神经节甘脂：寡糖链（带有•个或多个唾液酸残基）与神经酰胺形成的鞘糖脂。三、糖脂的生物学功能1、细胞结构的刚性2、抗原的化学标记血型抗原3、细胞分化阶段可鉴定的化学标记4、调节细胞的正常生长5、授予细胞与其它生物活性物质的反应性倾向。第六节鞘脂类一、鞘氨醇二、神经酰胺鞘脂类的核心结构，由鞘氨醉氨基以酰胺键与长链（18—26C）脂肪酸的羟基相连。三、鞘磷脂（见第四节磷脂）四、鞘糖脂（见第五节糖脂）第七节血浆脂蛋白 Lipoprotein血浆脂蛋白可以把脂类（三酰甘油、磷脂、胆固醇）从一个器官运输到另一个器官。一、乳糜微粒（chylomicronCM）颗粒大小约为500nm,脂类含量高达98%,蛋白质含量少于2%,密度极低。CM由小肠粘膜细胞在吸收食物脂类（主要是甘油三酯）时合成，经乳糜导管，胸导管到血液。|主要功能为|：转运外源性什油一酯及胆固酥脂，从小肠到组织肌肉和adipose组织。二、极低密度脂蛋白（verylowdensitylipoproteinVLDL）极低密度脂蛋白VLDL中TG主要在肝脏利用脂肪酸和葡萄糖合成。若食物摄取过量糖或体内脂肪动用过多，均可导致血VLDL增高。VLDL中脂类占85%-90%,其中TG占55%,其密度也很低。VLDL是运输内源性甘油三酯TG及胆固醇的主要形式。将脂类运输到组织中。三、低密度脂蛋白（lowdensitylipoproteinLDL）转运内源性胆固醇，把胆固醇运输到组织.四、高密度脂蛋白（highdensitylipoproteinHDL）主要由肝合成，小肠也可合成，逆向转运胆固醉，清除细胞膜上过量的胆固醉。将胆固醇从肝外组织转运到肝进行代谢。HDL按密度大小又可分为HDL1、HDL2和HDL3。HDL1又称为HDLc,仅在摄取高胆固醇膳食后才在血中出现，健康人血浆中主要含HDL2和HDL3。载脂蛋白：脂质的增溶剂，脂蛋白受体的识别部位（细胞导向）第八节菇类和固醇类化合物统称为类异戊二烯类（isoprenoid）一、皓类砧分子的碳架可以看成是由两个或多个异戊二烯单位连接而成。是重要的活性物质。二、类固醇（留类）含有环戊烷多氢菲母核的类醇、酸及其衍生物。1、胆固醇（二氢胆固醇、7—脱氢胆酸、胆固醇酯）（2）性质物理性质：白色、斜方晶体。化学性质：a.黑基可与脂酸成酯（棕桐酸、硬脂酸、油酸）b.双键可加氢（3）分布及功能脑及神经组织中，肝、肾、肾上腺、卵巢等合成固醇激素的腺体胆固醇是生物膜的重要成分，羟基极性端分布于膜的亲水界面，母核及侧链深入膜双层，控制膜的流动性，阻止磷脂在相变温度以下时转变成结晶状态，保证膜在低温时的流动性及正常功能。胆固醇是合成胆汁酸、类固醇激素、维生素D等生理活性物质的前体。肾上腺皮质激素、雌激素、雄激素2、植物笛醇不能被动物吸收和利用。豆密醇（大豆中） 麦的醇（麦芽中）3、酵母固醇又称麦角俗醇，经紫外光照射可转化成维生素D3。三、固醇衍生物1、胆汁酸与脂肪酸或其他脂类结合（胆固醇，胡萝卜素）成盐，乳化肠腔内油脂，增加脂肪酶作用位点，便于油脂消化吸收。2、类固醇激素（见第七章激素）（1）肾上腺皮质激素（7种）（2）性激素雄性激素：睾丸酮 雌性激素：雌二醇、黄体酮第三章蛋白质第一节氨基酸Aminoacid（Buildingblocksofproteins）酸水解：色氨酸被破坏，天冬酰胺、谷氨酰胺脱酰胺基，生成天冬氨酸、谷氨酸碱水解：消旋，色氨酸稳定酶水解：水解位点特异，用于•级结构分析，肽谱一、氨基酸的功能.构成蛋白质.化学信号分子神经递质：Y-氨基丁酸 Hormone：甲状腺素、口引跺乙酸.含氮化合物的前体：核甘酸和核酸的含氮碱基、血红素、叶绿素.代谢中间物尿素循环：精氨酸、瓜氨酸、鸟氨酸二、氨基酸的结构细胞内氨基酸的存在形式A.编码的蛋白质氨基酸，（Typicalaminoacid）,共20种，有对应的遗传密码B.非编码的蛋白质氨基酸，多肽合成后，由基本氨基酸被酶修饰而产生C.不构成蛋白质，（Aminoacidsnotfoundinproteins）,约有150种（一）Typicalaminoacid（20种） （（X）Generalstructure JH.按照R基的化学结构分类 3 3R为脂肪煌的氨基酸（5种）：Gly、Ala、Vai,Leu、HeA.R基为中性烷基（Gly为H）,对分子酸碱性影响很小，几乎有相同的等电点（6.0）B.从Gly至De,R基团疏水性增加，lie是这20种氨基酸中脂溶性最强的之一（除Phe2.5、Trp3.4、Tyr2.3以夕卜）C.一般位于在蛋白质内部，侧链不被修饰R中含有羟基的氨基酸（2种）：Ser和ThrA.Ser的-OH基是极性基团，易与其它基团形成氢健，具有重要的生理意义，在大多数酶的活性中心都发现有Ser残基B.Thr中的-OH是仲醇，具有亲水性，但形成氢犍的能力较弱，在酶的活性中心很少出现R中含硫的氨基酸（2种）：Cys、MetCys（半胱氨酸）R中含端基-SH两个Cys的-SH氧化生成二硫键，生成胱氨酸。Cys-SH+Cys-SH Cys-S-S-Cys,二硫键利于蛋白质结构的稳定Met中含有甲硫基（-S-CH3）在生物合成中是一种重要的甲基供体R中含有acidicgroup的氨基酸（2种）：Asp、GluAsp侧链竣基pKa（P-COOH）为3.86：Glu侧链竣基pKa（Y-COOH）为4.25它们在生理条件下带有负电荷R中含有酰胺基团的氨基酸（2种）：Asn、Gin易发生氨基转移反应，转氨基反应在生物合成和代谢中有甫要意义。R中含氨基的氨基酸（2种）：Basicaminoacids.Lys,ArgLys的R侧链上含有•个氨基，pKa为10.53,生理条件下Lys侧链带有•个正电荷。此外，它的侧链有4个C,柔性较大，使侧链氨基的反应活性增大Arg是碱性最强的氨基酸，pKa为12.48,生理条件下完全质子化R中含有芳香基的氨基酸（2种）：Phe、Tyr都具有共筑n电子体系，易与其它缺电子体系或n电子体系形成电荷转移复合物（charge-transfercomplex）,在分子相互识别过程中具有重要作用。这2种氨基酸在紫外区有特征吸收峰。R为杂环的氨基酸（3种）：Trp、His、ProA.在280nm,Trp吸收最强，Tyr次之，Phe最弱His的咪喋环pKa在游离氨基酸中和在多肽链中不同，前者pKa为6.00,后者为7.35,它是20种氨基酸中侧链pKa值最接近生理pH值的一种，在接近中性pH时，可离解平衡，具有缓冲能力Pro是唯一的一种环状结构的氨基酸，它的a-亚氨基是环的•部分，因此具有特殊的刚性结构。多肽链中，Pro残基所在的位置必然发生骨架方向的变化，它在蛋白质空间结构中具有极重要的作用。2.按照R基的极性可以分为4类（1）非极性氨基酸Nonpolaraminoacids（8种）Ale、Vai,Leu、lie、Phe、Trp、Met,Pro,在水中溶解度较小，在维持蛋白质的三维结构中起着重要作用。（2）不带电荷的极性氨基酸Polar,unchargedaminoacids（7种）Ser、The、Tyr、Cys,Asn、Gin、Gly,这类氨基酸的侧链都能与水形成氢键，因此很容易溶于水。（3）带负电荷的氨基酸（酸性氨基酸）Acidicaminoacids（2种）：Glu和Asp（4）带正电荷的氨基酸（碱性氨基酸）Basicacids（3种）Arg,Lys、His非极性氨基酸•般位于蛋白质的疏水核心，带电荷的氨基酸和极性氨基酸位于蛋白质表面。酶的活性中心：His、Ser（二）Uncommonaminoacids4-羟脯氨酸（结缔组织的纤维状蛋白）5-羟赖氨酸（结缔组织的纤维状蛋白）6-N-甲基赖氨酸（肌球蛋白）羟基谷氨酸（凝血酶原及某些具有结合Ca?+离子功能的蛋白质）（三）非蛋白质氨基酸（notfoundinproteins）L-瓜氨酸、L-鸟氨酸（尿素循环）、Y-氨基丁酸（神经递质）三、氨基酸的功能1、组成蛋白质 2、一些氨基酸及其衍生物充当化学信号分子3、氨基酸是许多含N分子的前提物4、一些基本氨基酸和非基本氨基酸是代谢中间物四、氨基酸的构型、旋光性和吸光性.ConfigurationGly只有一种构型，无旋光性；Thr和He各有四种光学异构体；其余的氨基酸有两种光学异构体：L型、D型；构成protein的贫基酸均属L-型（L-苏氨酸）.旋光性：Gly无旋光性外消旋物：D-型和L-型的等摩尔混合物L-苏氨酸和D-苏氨酸，L-别-苏氨酸和D-别-苏氨酸分别组成外消旋物内消旋物：分子内消旋胱氨酸有三种立体异构体：L-胱氨酸、D-胱氨酸、内消旋胱氨酸.氨基酸的光吸收性Tyr、Phe、Trp的R基含有共蛹双键，在紫外区有特征吸收。五、Acid-basechemistryofaminoacid.两性解离性质（Zwitterion）①晶体溶点高，离子晶体，不是分子晶体②不溶于非极性溶剂③介电常数高（氨基酸使水的介电常数增高，而乙醇、丙酮使水的介电常数降低），水溶液中的氨基酸是极性分子氨基酸在水溶液中以两性离子形式存在的原因：a-竣基pKl约2.0,pH>3.5时，a-竣基以COCT形式存在a-氨基pK2约9.4,pH<8.0时，a-氨基以nM+形式存在当PH3.5-8.0,带有相反电荷.酸碱滴定曲线（Titration）：Gly解离和滴定曲线Gly的等电点（Isoelectricpoint）plP'=PK，+log ,Pl=PK2+logr-1pl=pKj+pK2+logr0.1IKJ中性氨基酸pl=PKLCOOH；pKa-NH、酸性氨基酸pl=阳，«；+叫碱性氨基酸pl=PK*--+PKr氨基酸在等电点状态下，溶解度最小。pH>pI时，-COOH解离成-COO-,氨基酸带负电荷，向正极移动pH=pl时，氨基酸净电荷为零pH<pI时，-NH2解离成-NH3+,氨基酸带正电荷，向负极移动要点：（1）pH=pK,缓冲能力最大，pl缓冲能力最小（2）氨基酸pl的计算（3）不同pH时的电泳行为pH>pl时，带负电荷，向正极移动pH=pI时，净电荷为零pH<pl时，带正电荷，向负极移动六、氨基酸的化学性质（一）a.N%参加的反应.酰化反应酰化试剂：平氧酰氯、叔丁氧甲酰氯、苯二甲酸酎、对-甲苯磺酰氯。多肽和protein合成中被用作氨基保护剂丹磺酰氯（DNS-C1,5-二甲基氨基蔡-1-磺酰氯）与丹磺酰氯反应，生成DNS-氨基酸DNS-氨基酸被紫外光激发后发黄绿色荧光.烷基化反应a-氨基中的氮是一个亲核中心，能发生亲核取代反应A.2.4一二硝基氟苯反应（DNFB、FDNB）Sanger反应：二硝基苯基氨基酸（DNP-氨基酸）呈黄色，可以用层析法鉴定被Sanger用来测定蛋白质的N末端氨，基酸B.异硫氟酸苯酯反应（PITCEdman反应）PTH-氨基酸，无色，可以用色谱法分离鉴定Edman用此反应来鉴定protein的N末端氨基酸现用于蛋白质序列分析.生成西佛碱的反应（Schiflf）a-•氨基与醛类反应，生成西佛碱，实质上是一种转氨基反应（二）a一枚基参加的反应.成盐、成酯：分别与碱、醇反应.成酰氯的反应（使段基活化）：氨基被保护后，粉基可与二氯亚碉或五氯化磷反应，生成酰氯。此反应使氨基酸的竣基活化，易与另一个氨基酸的氨基结合，常用于多肽合成（三）a-N%和a-COOH共同参加的反应.与苗三酮反应加三酮在弱酸中与a-氨基酸共热，氨基酸氧化脱氨、脱竣，并产生还原荀三酮。然后，苛三酮与反应产物（氨及还原的三酮）反应，生成紫色化合物。Xmax=570nm ProXmax=440nm此反应用于氨基酸定量分析氨基酸与苛三酮反应水合苛三酮+氨基酸（四）侧链R基参加的反应用于protein的化学修饰七、氨基酸的分离和分析.电泳分离 rE•q电泳的基本原理"=62rr,.离子交换层析分离氨基酸磺酸型阳离子交换树脂树脂用含Na'的缓冲液平衡，pH=2氨基酸混合溶液pH2〜3氨基酸是阳离子，与树脂上的钠离子交换作用力：A.静电吸引 B.氨基酸侧链与树脂基质（聚苯乙烯）的疏水作用力第二节蛋白质的共价结构一、蛋白质通论（-）化学组成与分类.元素组成常量：碳50%——C骨架；氢7%——C-H；氧23%——羟基、埃基；氮16%——氨基：硫0-3%——筑基微量：磷一磷酸化、铁、铜、碘、锌、铜等形成配位键凯氏定氮：平均含氮16% 粗蛋白质含量=蛋白氮X6.25.氨基酸（aminoacid）组成蛋白质：20种L-型a氨基酸组成的长链分子.分类（1）根据组成分类Simpleprotein,完全由氨基酸组成Conjugatedprotein,含有非蛋白质组分辅基（prostheticgroup）或配基（ligand）（2）根据分子外形的对称程度分类：球状蛋白纤维状蛋白膜蛋白质（3）根据功能分类：酶、运输蛋白、激素、受体蛋白、运动蛋白、结构蛋白、防御蛋白.生物体内的含量和种类含量（干重）：微生物50-80%；人体45%； 一般细胞50%种类：大肠杆菌3000；人体35000左右；生物界1010-1012（二）蛋白质分子大小与分子量：少于50aminoacids-peptide多于50aminoacids—protein蛋白质分子量=氨基酸残基数X110氨基酸平均分子量138,加权平均分子量128,扣除1个水分子（三）蛋白质分子的构象与结构层次：蛋白质是氨基酸连接成的多肽链每•种天然蛋白质都有自己特有的空间结构，这种空间结构称为蛋白质的（天然）构象Protein的结构层次r -级结构（氨基酸顺序）Primary二级结构SecondaryI超二级结构Super构象\结构域Domain局级结构 I三级结构（球状结构）Tertiary四级结构（多亚基聚集）、Quaternary一级结构：brotein分子中氨基酸残基的排列顺序（含二硫M二级结构：|多肽主链中各个肽段借助于相邻氨基酸之间的氢键形成的构象包括a螺旋、B折叠、B转角、无规卷曲一超二级结构：曲两个以上二级结构聚集形成规则的二级结构的组合体，如BaB和6BB结构域：囹灰链毛二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，是一个相对独立的球状结商一结构域是多肽链的独立折叠单位，一般由100-200个氨基酸残基构成。分为单结构域和多结构域。三级结构：!多肽链通过盘旋、折叠，形成紧密的借各种次级键维持的球状桁乳四级结构：|寡聚蛋白中亚基种类、数目、空间排布及亚基间相互作用力单体protein只有•、二.、•:级结构，无四级结构。’单条肽链：肌红蛋白、RNaser单体蛋白<、多条肽链：胰岛素、糜蛋白酣protein<”相同亚基：乳酸脱氢酶a4、寡聚蛋白〈,不同亚基：血红蛋白二、肽peptide（一）肽和肽键的结构一个氨基酸的a竣基和另一个氨基酸的a氨基脱水缩合而成的化合物。其中的氨基酸单位称氨基酸残基。肽键：氨基酸间脱水后形成的酰氨键。两个氨基酸形成的肽——二肽。少于10个氨基酸的肽——寡肽。多于10个氨基酸的肽一一多肽。肽键的结构特点：（1）酰胺氮上的孤对电子与相邻埃基之间的共振作用，形成共振杂化体，稳定性高。（2）肽键具有部分双键性质，不能自由旋转，具有平面性，6个原子几乎处在同平面内（酰氨平面）。（3）肽键亚氨基在pH0-14内不解离（4）肽链中的肽键一般是反式构型，而Pro的肽键可能出现顺、反两种构型（二）肽的重要性质.旋光性：一般短肽的比旋光度等于其各个氨基酸的旋光度的总和.肽的酸碱性质在pH0-14范围内，肽键中的亚氨基不解离。肽的酸碱性质主要取决于N端a-NH2和C端a-COOH以及侧链R上可解离的基团。在长肽或protein中，可解离的基团主要是sidegroups。.肽的化学反应肽的a-竣基，*氨基和侧链R基上的活性基团都能发生与游离氨基酸相似的反应。凡是有肽键结构的化合物都会发生双缩胭反应，且可用于定性、定量分析。双缩胭反应是peptide和protein特有的反应，游离氨基酸无此反应。C11SO4双缩胭反应，生成紫红色或蓝紫色复合物。（三）天然存在的活性肽活性肽：生物体内有很强生物活性的寡肽或多肽.谷胱甘肽 Glu—Cys—Gly在细胞内参与氧化还原过程，清除内源性过氧化物和自由基。维护protein活性中心的疏基处于还原状态。2GSH GS—SGH2O2+2GSH——2H2。+GS—SG.短杆菌肽（抗生素）由短杆菌产生的10肽环，抗菌。L-Om—L-Leu—D-Phe—L-Pro—L-Val—L-Om—L-Leu—D-Phe—L-Pro—L-VaOm一鸟氨酸.脑啡肽（5肽，具有镇痛作用，已发现几十种Met--脑啡肽：Tyr—Gly—Gly—Phe—MetLeu脑啡肽：Tyr~Gly—Gly—Phe—LeuLeu—脑啡肽，既有镇痛作用又不会象吗啡那样使人上瘾。生物体内多肽或寡肽的来源A.protein合成后的剪切、修饰B.酶专•性逐步合成（如谷胱甘肽）C.动物肠道可吸收寡肽4.生物体内寡肽的来源：（1）合成蛋白质的剪切、修饰（2）酶专一性逐步合成（如谷胱甘肽）（3）动物肠道可吸收寡肽三、Sequenceprimarystructure（一级结构序列，共价结构）意义：protein一级结构（序列）中含有形成高级结构全部必需的信息，一级结构决定高级结构及功能。一级结构决定高级结构。推断氨基酸序列（一级结构）——空间结构预测空间结构（高级结构）——功能（-）protein测序的一般步骤.测定protein分子中多肽链的数目.拆分protein分子中的多肽链.测定多肽链的氨基酸组成.断裂链内二硫键.分析多肽链的N末端和C末端.多肽链部分裂解成肽段.测定各个肽段的氨基酸顺序.确定肽段在多肽链中的顺序.确定多肽链中二硫键的位置（二）protein测序的基本策略对于一个纯protein,理想的方法是从N端直接测至C端，目前只能测60个N端氨基酸。.直接法（测protein的序列）两种以上特异性裂解法：NCA法裂解Al A2 A3 A4B法裂解_B1 B2B3 B4.间接法（测定核酸序列，推断氨基酸序列）（三）测序前的准备工作.protein的纯度及均•性鉴定要求：纯度97%以上，均一两种以上纯度鉴定方法才可靠⑴聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）要求一条带（2）DNS-C1（二甲氨基蔡磺酰氯）测N端氨基酸.测定分子量用于估算氨基酸残基数n=M/110方法：SDS、凝胶过滤法、沉降系数法、渗透压法.确定亚基种类及数目⑴拆离四级结构：SDS测亚基分子量，8moi/L尿素，SDS⑵拆离二硫键过甲酸氧化一S—S—+HC000H SO3H或P疏基乙醇还原举例：血红蛋白（a2。2）分子量：M拆亚基：Mi，M2两条电泳带拆二硫键：Mi、M2两条电泳带分子量关系： M=2Mi+2M2.测定氨基酸组成酸水解、碱水解确定肽链中各种氨基酸出现的频率，便于选择裂解方法及试剂.端基分析①N端分析DNS-C1法：黄绿色荧光，灵敏度高，薄层层析，方法简便DNFB法：Sanger试剂，DNP-多肽，酸水解，黄色DNP-氨基酸，液相色谱等PITC法：Edman法，逐步切下，无色PTH-氨基酸，液相色谱分析②C端分析A.朋解法H2N-A-B-C-D-C00H无水肿NH2NH2，100℃,5-1OhA-NHN%、B-NHNH2、C-NHNH2、D-C00H氨基酸的酰腓，用苯甲醛沉淀，C端在上清中,Gin,Asn>Cys、Arg不能用此方法B.狡肽酶法（Pr。不能用此方法）竣肽酶A：除Pro、Arg、Lys外的所有C端氨基酸竣肽酶B：只水解Arg,Lys（四）肽链的部分裂解和肽段的分离纯化.化学裂解法①澳化鼠—Met—X—产率85%②亚碘酰基苯甲酸一Trp—X—产率70-100%③NTCB（2-硝基-5-硫氟苯甲酸）—X—Cys—④羟胺NH2OH—Asn—Gly—约150个氨基酸出现一次.龌法裂解①胰蛋白酶Lys—X（X丰Pro）,Arg—X②胰凝乳蛋白酶Tyr—X（XWPro）Trp—X,Phe—X③胃蛋白酶Phe（Trp、Tyr>Leu）—Phe（Trp、Tyr>Leu）③Ghi蛋白酶Glu—X@Arg蛋白醐Arg一X⑤Lys蛋白酶X一Lys⑥Pro蛋白酶Pro—X.肽段的分离纯化①电泳法SDS-PAGE根据分子量大小分离②离子交换层析法（DEAE—Cellulose、DEAE—Sephadex）：根据肽段的电荷特性分离③反相HPLC法：根据肽段的极性分离④凝胶过滤根据分子量大小分离.肽段纯度鉴定分离得到的每一个肽段，需分别鉴定纯度。常用DNS-C1法要求：SDS单带、HPLC单峰、N端单一（五）肽段的序列测定及肽链的拼接.Edman法：一次水解一个N端氨基酸（1）耦联PITC+H2N—A-B-C-DpH8-9,40℃ PTC—A-B-C-D（2）裂解PTC—A-B-C-D+TFA无水三氟乙醉 ATZ—A+H2N—B-C-D（3）转化ATZ—A——PTH—APTC肽：苯氨基硫甲酰肽ATZ：睡唾咻酮苯胺（-氨基酸）PTH：苯乙内酰硫胭（-氨基酸）.DNS-Edman法用DNS法测N末端，用Edman法提供（n-1）肽段A—B—C—D—E肽.有色Edman法荧光基团或有色试剂标记的PITC试剂.自动序列分析仪测序仪器原理：Edman法，可测60—70肽1967液相测序仪，自旋反应器，适于大肽段1971固相测序仪，表面接有丙氨基的微孔玻璃球，可耦连肽段的C端1981气相测序仪，用Polybrene反应器（聚阳离子）四级铉盐聚合物液相：5nmol 20-40肽 97%气相：5pmol 60肽 98%.肽段拼接成肽链16肽，N端H,C端SA法裂解：ONSPSEOVERLAHOWTB法裂解：SEOWTONVERLAPSHO重整法确定序列：HOWTONSEOVERLAPS（六）二硫键、酰胺及其它修饰基团的确定.二硫键的确定（双向电泳法）碘乙酰胺封闭-SH 胃蛋白酶酶解protein第一向电泳：过甲酸氧化一S—S—生成-SO3H第二向电泳：分离出含二硫键的两条短肽，测序。与拼接出的肽链比较，定出二硫健的位置。.酰胺的确定Asp-Asn、Glu-Gin酶解肽链，产生含单个Asx或Glx的肽，用电泳法确定是Asp还是Asn举例：Leu-Glx-Pro-Val肽在pH=6.0时，电荷量是Leu+ProOVal-此肽除Glx外，净电荷为0,可根据此肽的电泳行为确定是Glu或是Gin.糖、脂、磷酸基团位置的确定糖类通过Asn、Ser与protein连接，-N-糖汁-0-糖甘脂类：Ser、Thr、Cys磷酸:Ser、Thr、His经验性序列：Lys(Arg)-Ser-Asn-Ser(PO4),Arg-Thr-Leu-Ser(PO4)Lys(Arg)-Ala-Ser(PO4)四、蛋白质的一级结构与生物功能.蛋白质的•级结构决定高级结构和功能蛋白质一级结构举例：Insulin：51个氨基酸残基，A链21个残基，B链30个残基。A链内有1个2硫键 Cys6—Cys11A.B链间有2个2硫键A.Cys7—B.Cys7A.Cys20—B.Cys19分子量:5700daltonRNAase：124个氨基酸残基，4个链内二硫键。分子量：12600 牛胰RNAase变性一复性实验.同源蛋白质种属差异与生物进化(--级结构的种属差异)同源蛋白质(homologousprotein)：不同的生物体内具有同一功能的蛋白质，由同一祖先进化而来。如：hemoglobin具有输送氧气的功能，cytochrome在所有的生物中都是电子传递链的组成部分。Homologousprotein的特点：①多肽链长度相同或相近②氨基酸顺序中有许多位置的氨基酸对所有种属来说都是相同的，称不变残基(invariantresidue),不变残基高度保守，是必需残基③除不变残基以外，其它位置的氨基酸对不同的种属有很大变化，称可变残基(variableresidue),可变残基中，个别氨基酸的变化不影响蛋白质的功能通过比较homologousprotein的氨基酸序列(aminoacidsequence)的差异可以研究不同物种间的亲源关系和进化。序歹U同源性(sequencehomology)：亲源关系越远，homologousprotein的aminoacidsequence差异就越大。A.细胞色素C(cytochromec) 分子量：12500左右氨基酸残基：100个左右，单链。亲源关系越近的，其细胞色素C的差异越小。亲源关系越远的，其细胞色素C的差异越大。B.胰岛素(Insulin)24个aminoacidresidue基位置始终不变：B链上6个Cys不变，其余18个氨基酸多数为非极性侧链，对稳定蛋白质的空间结构起重要作用。其它可变氨基酸对稳定蛋白质的空间结构作用不大，但对免疫反应起作用。猪与人接近，而狗则与人不同。可用猪的insulin治疗人的糖尿病(diabetes)..蛋白质一级结构的个体差异一分子病分子病：基因突变一功能蛋白氨基酸残基遗传性替代一整个分子的三维结构改变一功能部分或全部丧失。镰刀型红细胞贫血(sickle-cellanemia)现是由于hemoglobin发生了遗传突变引起的。p链第6位的氨基酸残基由正常的Glu变成了疏水的VaL正常人血红蛋白： P.N……Glu6 镰刀型贫血： B.NVai6生理条件下电荷： Glu-亲水，ValO疏水。.•级结构的部分切除与蛋白质的激活(1)血液凝固的机理凝血因子(凝血酶原致活因子)I凝血酶原 凝血酶I纤维蛋白原 纤维蛋白I凝胶A.凝血酶原(thrombinogen)的激活在凝血酶原致活因子催化下，凝血酶原分子中的Arg274—Thr275、Arg323—Ile324断裂，释放出48个氨基酸，产生活性凝血防(thrombin)。A链49氨基酸残基。B链259氨基酸残基。B.纤维蛋白原的激活(fibrinogen)纤维蛋白原的结构：a202r2从二条a链和二条B链的N端各断裂一个特定的肽键-Arg—Gly-,释放出二个纤维肽A(19个氨基酸)和二个纤维肽B(21个氨基酸)，它们含有较多的酸性氨基酸。A、B肽切除后，减少了蛋白质分子的负电荷，血纤蛋白质单体分子间聚集，形成网状结构。在凝血因子Xllla(血纤蛋白稳定因子)催化下，血纤蛋白单体间形成共价健(Gln-Lvs结合)，生成交联的血纤蛋白(fibrin)»(2)胰岛素原(proinsulin)的激活前胰岛素原(preproinsulin)：胰岛B细胞内质网的核糖体上合成，含有信号肽(signalpeptide)o胰岛素原(proinsulin)：前胰岛素原进入内质网腔，信号肽被信号肽加I(signalpeptidase)切除。生成胰岛素原，被运至高尔基体(Golgiappartus)贮存在储存粒(storagegranule)内。活性胰岛素：高尔基体中，在特异的肽酶作用下，切除C肽，得到活性胰岛素。五、多肽与蛋白质的人工合成氨基用叔丁氧甲酰基(BOC)保护C端一N端挂接f去保护f中和f缩合f(去保护一中和一缩合)n-多肽第三节蛋白质的高级结构一、蛋白质的二级结构和纤维状蛋白质（•—）肽链的构象（conformation）多肽链上a-碳原子都参与形成单键，一个多肽主链可能有无限多种构象。已知一个蛋白质的多肽链在生物体内只有一种或很少几种稳定构象，这种构象称天然构象。天然构象蛋白质具有生物活性，主链上的单键不能自由旋转。.肽链的二面角（dihedralangle）a碳原子连接的两个键（a-Nl和a-C2）是单键，能自由旋转。绕a—N1键旋转的角度为①绕a—C2键旋转的角度称甲当中的旋转键C0-Ni两侧的N「Ci和C.-C2呈顺式时，规定e=0°。当中的旋转键ClC2两侧的C,,-Ni和C2-N2呈顺式时，规定甲=0°。从C”向Ni看，顺时针旋转ClNi键形成的中角为正值，反之为负值。从C。向C2看，顺时针旋转ClC2键形成的牛角为正值，反之为负值。.多肽链折叠的空间限制中和甲同时为0的构象实际不存在。二面角（①、中）所决定的构象能否存在，主要取决于两个相邻肽单位中非键合原子间的接近有无阻碍。Ca上的R基的大小与带电性影响中和甲。蛋白质中非键合原子间的最小接触距离。拉氏构象图:Ramachandran根据蛋白质中非键合原子（non-covelently-bondedatom）间的最小接触距离，确定了哪些二面角（中、中）所确定的两个相邻肽单位的构象是允许的，哪些是不允许的，并且以中为横坐标，以甲为纵坐标在坐标图上标出，该坐标图称拉氏构象图。⑴实线封闭区域（一般允许区）：非键合原子间的距离大于一般允许距离，此区域内任何二面角确定的构象都是允许的，且构象稳定。⑵虚线封闭区域（最大允许区）：非键合原子间的距离介于最小允许距离和•般允许距离之间，立体化学允许但构象不够稳定。⑶虚线外区域（不允许区）：该区域内任何二面角确定的肽链构象非键合原子间距离小于最小允许距离。（二）二级结构的基本类型：驱使蛋白质折叠的主要动力一靖效应A.暴露在溶剂中的疏水基团降低至最少程度。B.要保持处于伸展状态的多肽链和周围水分子间形成的氢键相互作用的有利能量状态。1.a螺旋（a-helix）（1）特征：多肽主链按右手或左手方向盘绕，形成右手螺旋或左手螺旋，相邻的螺圈之间形成链内氢键，构成螺旋的每个Ca都有相同的二面角中、中。典型a螺旋（3.613）的特征：A.二面角①=-57°,甲=-48°,右手螺旋B.每圈3.6个氨基酸残基， 高度0.54nmC.每个残基绕轴旋转100°,沿轴上升0.15nmD.氨基酸残基侧链向外E.相邻螺圈之间形成链内氢链，氢键的取向几乎与中心轴平行F.肽键上N-H氢与它后面（N端）第四个残基上的C=0氧间形成氢键典型的a螺旋用3.6”表示，3.6表示每圈螺旋包括3.6个残基，13表示氢键封闭的环包括13个原子。 封闭环原子数3n+4（n=l>2、）（2）R侧链对a-螺旋稳定性的影响R侧链的大小和电荷决定了a-螺旋的稳定性A.多肽链上连续出现带同种电荷的氨基酸残基，不能形成稳定的a-螺旋,如多聚Lys、多聚GluB.Gly的①角和中角可取较大范围，在肽中连续存在时，不易形成a-螺旋C.R基大不易形成a-螺旋，例如HeD.R基较小，且不带电荷的氨基酸利于a-螺旋的形成,如多聚Phe,在pH7的水溶液中自发卷曲成a-螺旋E.Pro中止a-螺旋(3)pH对a-螺旋的影响多聚L-Glu和多聚L-Lys(4)右手a-螺旋与左手a-螺旋右手螺旋比左手螺旋稳定蛋白质中的a-螺旋几乎都是右手。但也有例外，在嗜热菌蛋白酶中有很短的一段左手a-螺旋，由Asp-Asn-Gly-Gly(226-229)组成(6+64°、中+42°).*螺旋结构的旋光性由于a一螺旋结构是一种不对称的分子结构，因而具有旋光性。A.a碳原子的不对称性B.构象本身的不对称性天然a-螺旋能引起偏振光右旋a-螺旋的比旋不等于构成其本身的氨基酸比旋的加和，而无规卷曲的短肽链比旋则等于所有氨基酸比旋的加和。3-pleatedsheet(P折叠)两条或多条伸展的多肽链侧向聚集，相邻肽链主链上的NH和C=0之间形成氢链。B-折叠中所有的肽链都形成链间氢键，侧链R基交替地分布在片层平面的两侧。Parallel：B-折卷肽链的N端在同一侧。 4>=-119°,甲=+113°Antiparallel：肽链的极性颠倒，N端间隔相同。4>=-139°,W=+135°纤维状蛋白质中，B-折看主要是反平行式，球状蛋白质中两种方式都存在。在纤维状蛋白质的B-折叠中，氢键主要是在肽链之间形成；而在球状蛋白质中，B-折叠既可在不同肽链间形成，也可在同一肽链的不同部分之间形成。P-turn(B-回折(reverseturn),6-弯曲(P-bend))肽链出现的180°回折，由第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H间形成氢键。B转角的特征：A.4个连续的氨基酸残基组成；B.主链骨架180°折叠C.第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H形成氢键D.Cla与C4a之间距离小于0.7nm E.多数由亲水氨基酸残基组成无规卷曲没有规律的多肽链主链骨架构象，往往与生物活性有关。a-螺旋、B-折叠在拉氏构象图上有固定的位置，而无规卷曲的小、中二面角可存在于所有允许区域内。三、超二级结构(super-secondarystructure)由若干个相邻的二级结构单元(a-螺旋、B-折叠、B-转角及无规卷曲)组合在一起，形成有规则的二级结构组合体。复绕a-螺旋(aa结构)由两股或三股右手a-螺旋彼此缠绕形成的左手旋，存在于a-角蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和纤维蛋白原中。BxB结构两个平行式的B-折叠通过一段连接链（X结构）连接而形成的超二级结构。①BcBx为无规卷曲②BaBx为a-螺旋，最常见的是Ba。a0,存在于苹果酸脱氢酶和乳酸脱氢酶中B曲折（P-meander）由三条（以上）相邻的反平行式的3-折叠链通过紧凑的3-转角连接而形成的超二级结构。4.回形拓扑结构（希腊钥匙）B-折叠桶多条P-折叠构成的P-折叠层，卷成一个筒状结构，筒上P折叠可以是平行的或反平行的，一般由5-15条B-折叠股组成。超氧化物歧化前的P-折叠筒由8条B-折叠股组成。筒中心由疏水氨基酸残基组成。a-螺旋-3转角-a-螺旋两个a-螺旋通过一个B转角连接在一起。X噬菌体的X阻遏蛋白含此结构。四、纤维状蛋白质轴比大于10,含大量的a-螺旋或B-折叠片，整个分子呈纤维状，广泛分布于动物体内，占脊椎动物体内蛋白质总量的50%以上，起支架和保护作用。.角蛋白源于外胚层细胞，包括皮肤及皮肤的衍生物，可分成a角蛋白和B角蛋白。a角蛋白（毛发）主要由a-螺旋组成，三股右手a-螺旋向左缠绕形成原纤维，原纤维排列成“9+2”的电缆式结构称微纤维，成百根微纤维结合成大纤维。Cys含量较高，结构稳定性由二硫键保证。a-角蛋白在湿热条件下可伸展转变成P-构象。B-角蛋白（丝心蛋白）以B-折叠结构为主。反平行式B-折叠片的堆积，链间主要以氢键结合，层间主要靠范德华力维系。富含Gly、Ala、Ser。2.胶原蛋白3.弹性蛋白4.肌球蛋白、肌动蛋白和微管蛋白第四节球状蛋白质的结构与功能一、蛋白质的一级结构决定高级结构多肽链的二级结构由R基的短程顺序决定,当•组在肽链上相邻的氨基酸残基具有适当的顺序时，能自发形成*螺旋和B-折叠，并处于稳定状态。而多肽链的三级结构由氨基酸的长程顺序决定,如产生特异转弯的氨基酸残基（Pro、Thr、Ser）的精确位置，决定多肽链转弯形成的方向和角度。同源蛋白质的不变残基决定蛋白质的高级结构。蛋白质功能的复杂性和多样性是建立在结构多样性基础上的。RNase的变性、复性实验证明,蛋白质三维构象的形成,是生物大分子“自我折叠、自我装配''的过程。二、球状蛋白质的结构域、三级结构与功能|结构域|（domain）：在二级结构及超二级结构的基础上，多肽链进一步卷曲折叠，组装成几个相对独立的、近似球形的三维实体。结构域（domain）：A.结构域是球状蛋白的折桂单位。B.较小的蛋白质分子或亚基往往是单结构域。C.结构域一般有100-200氨基酸残基。D.结构域之间常常有•段柔性的肽段相连，形成较链区，使结构域之间可以发生相对移动。E.结构域承担一定的生物学功能，几个结构域协同作用，可体现出蛋白质的总体功能。F.结构域间的裂缝，常是酶的活性部位，也是反应物的出入口。模体（motif）EF手：钙结合蛋白中，含有Helix-Loop-Lelix结构。锌指：DNA结合蛋白中，2个His、2个Cys结合一个Zn。亮氨酸拉链：DNA结合蛋白中，由亮氨酸侧链形成的拉链式结构。（一）三级结构多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的基础上盘旋、折叠，形成的特定的空间结构。1.三级结构的特点A.在一级结构上相差很远的氨基酸残基在三级结构上可能相距很近。B.球形蛋白的三级结构很密实，内部是一疏水核。C.大的球形蛋白含有多个结构域。2.维持三级结构的作用力A.氢键B.范德华力（分子间及基团间作用力）定向效应： 极性基团间诱导效应： 极性与非极性基团间色散效应： 非极性基团间C.疏水相互作用D.离子键（盐键）E.二硫键：二硫犍不指导多肽链的折叠，但三级结构形成后，二硫键可稳定构象。（二）肌红蛋白的三级结构与功能.肌红蛋白的三级结构肌红蛋白分子大小：4.5X3.5X2.5nm 氨基酸残基：153辅基：血红素多肽主链由8段a-螺旋组成，最长的a-螺旋有23个氨基酸残基，最短的有7个氨基酸残基。分子中几乎80%的氨基酸残基处在a-螺旋区内。.肌红蛋白的氧合曲线解离平衡：MbO2 Mb+O2解离平衡常数：k=S01K=[Mb].PO2[MbO,] [MhO,]在给定氧压下肌红蛋白的饱和度：y=[MOOJ JP%[MbO2]+[Mb] K+Po2当Y=1时，所有肌红蛋白的氧合位置均被占据，肌红蛋白被氧饱和，K=0。Y=0.5时，肌红蛋白一半的氧合位置被饱和，Po2=K,解离常数K称为P50，即肌红蛋白-一半被饱和时的氧压。三、蛋白质四级结构与功能1.蛋白质的四级结构多个具有三级结构的亚基，通过非共价键聚集形成的特定构象。维持四级结构的作用力有：氢键、疏水作用、静电作用。多个亚基聚集成四级结构的优势：A.比表面积减小，稳定性增强B.提高遗传经济性C.各种酶分子聚体在一起，提高催化效率D,具有协同效应和别构效应2寡聚蛋白与别构效应别构效应卜寡聚蛋白别构部位与效应物结合，改变了蛋白质分子构象，从而调节蛋白质的活性。寡聚蛋白亚基除了有活性部位外，还有别构部位结合调节物。活性部位之间以及活性部位和调节部位之间通过蛋白质构象的变化而相互作用。同位效应（同种砥X一种配基与别构蛋白的结合，影响同种配基与蛋白质的结合能力,包括正协同效应和负协同效应。异位效应（异种效应）卜一种配基与别构蛋白的结合，影响另一种配基与蛋白质的结合能力。正协同效应：•种配基的结合促进后续配基的结合，S型结合曲线。负协同效应：一种配基的结合抑制后续配基的结合。正效应物：促进活性部位与配基结合的别构效应物。负效应物：抑制活性部位与配基结合的别构效应物。3.血红蛋白的结构与功能A.血红蛋白的结构成人：HbA,a2P2,98%；HbA2,a262,2%。胎儿：HbA；HbA2；HbF,。2丫2。接近于球体，4个亚基分别在四面体的四个角上，每个亚基上有•个血红素辅基。血红蛋白的a、B链的三级结构与肌红蛋白的很相似，但这三种多肽链的氨基酸顺序有较大不同，141个氨基酸残基中有20多个相同。B.血红蛋白的氧合曲线M»-oa机■*修4”比Ck四个亚基之间具有正协同效应，它的氧合曲线是S型曲线。协同效应可增加血红蛋白在肌肉中的卸氧量，使它能有效地输送氧气。肺泡氧压Po2=100torr,血红蛋白P50=26torr, Y=0.97。肌肉毛细血管Po2=20torr,肌红蛋白P50=ltorr, Y=0.25。释放氧：△Y=0.97-0.25=0.72C.|波耳（Bohr）丽CO2和pH可改变血红蛋白的氧合曲线。波耳效应：增加CO2的浓度或降低pH,能显著增强血红蛋白亚基间的正协同效应，降低血红蛋白对的亲和力，促进。2的释放。高浓度的O2也能促使血红蛋白释放CO2oD.二磷酸甘油酸（DPG）引起的别构效应血红蛋白是一个别构蛋白，DPG是它的负效应物。无DPG时，P50=ltorr,DPG=4.5mM时,P50=26torroDPG与血红蛋白的两个B亚基形成盐键稳定了血红蛋白的脱氧态的构象，降低脱氧血红蛋白与氧的亲和力，加大血红蛋白的卸氧量。提高了血红蛋白的输氧效率。四、免疫球蛋白的结构与功能1.抗原与抗体（Antigen,Antibody）迪是指进入异体机体后，能致敏淋巴细胞产生特异抗体，并能与抗体特异结合的物质（蛋白质及其它高分子化合物）。抗原决定簇：抗原性由抗原分子表面特殊的化学基团决定（一级结构或空间结构），这种决定或控制抗原性的化学基团称抗原决定簇。抗原决定簇（antigenicdeterminant）的作用：A.被免疫活性细胞识别，激活免疫活性细胞产生抗体。B.与相应色体结合画是在对抗原刺激的免疫应答中，B淋巴细胞产生的一类糖蛋白，它是能与相应抗原特异性结合、产生免疫反应的球蛋白，称免疫球蛋白。抗体具有两个特点：A.高度特异性B.多样性：几乎所有的外源蛋白都能诱导相应的特异性抗体，人体内约有108种抗体，任一时刻约有10000种。2.抗原抗体结合抗原抗体结合的条件：A.抗原决定簇与抗体结合部位构象互补B.二者各有对应的化学基团，通过作用力使二者结合（离子键、氢键等）抗体是2价的，抗原是多价的抗体过剩，抗原分子所有价被抗体的饱和；可溶抗原-抗体比例适中，形成网状的抗原-抗体复合物；不可溶抗原过剩，抗体被饱和。WesternBlotting：抗原与抗体的杂交，是研究克隆基因表达产物、鉴定克隆株的常用技术。第五节蛋白质的性质及应用一、蛋白质的酸碱性质可解离基团主要是侧链基团，少数N端-NH2和C端-COOH。.蛋白质的等电点等电点。蛋白质中所含的酸性氨基酸、碱性氨基酸的比例有关。在等电点条件下，蛋白质的电导性、溶解度和粘度最小。.蛋白质的电泳分离聚丙烯酰胺凝胶电泳PAGE（荷质比不同）SDS（荷质比相同，分子量不同）.离子交换层析分离蛋白质与氨基酸分离原理相似二、胶体性质与蛋白质的沉淀蛋白质分子直径1-lOOnm,在水溶液是中具有胶体性质（布朗运动，丁达尔现象，不能通过半透膜）。透析：将含小分子杂质的蛋白质放入透析袋，置水中，小分子杂质不断从袋中出来，大分子蛋白质仍留在袋中。蛋白质的溶解度取决于氨基酸侧链基团的极性，离子化基团的数量。1.稳定蛋白质胶体溶液的主要因素A.蛋白质表面极性基团形成水化膜B.非等电状态时，同种电荷的互相排斥2.沉淀蛋白质的方法A.盐析法高浓度的中性盐[（NH4）2so4、Na2s04、NaCl],使蛋白质脱去水化层而聚集沉淀B.有机溶剂沉淀法：破坏水化膜，降低介电常数C.重金属盐沉淀与重金属离子（Hg2+.Pb2+.Cu2+等）生成不溶性沉淀D,生物碱和某些酸类沉淀法pH小于等电时，蛋白质带正电荷，易与生物碱试剂和酸类的负离子生成沉淀生物碱试剂：单宁酸、苦味酸、铝酸酸类：三氯乙酸、磺基水杨酸E.加热变性沉淀：加热变性沉淀通常不可逆三、蛋白质的变性理、化因素影响，使蛋白质生物活性丧失，溶解度下降，不对称性增大。.变性的因素强酸、强碱；有机溶剂；去污剂；还原剂（小硫基乙醇）；盐析、盐溶；重金属离子；温度；机械力（搅拌、研磨）.蛋白质变性后的现象①结晶及生物活性丧失②疏水侧链基团外露，分子结构伸展松散③理化性质改变，溶解度降低，沉淀，粘度增加④生物化学性质改变，易被蛋白酶水解实际应用A.消毒灭菌：75%乙醇，紫外线，高温B.提取活性蛋白质时防止蛋白质变性.可逆变性与不可逆变性二级、三级或四级结构遭受被破坏即为变性。三级（或四级）结构被破坏时，往往引起可逆变性。二级及三级（或四级）结构一并破坏时，往往引起不可逆变性。四、分离纯化蛋白质的主要方法目的：蛋白与非蛋白分开，蛋白质之间分开.溶解度差异：PEG沉淀法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法.热稳定性差异：热处理沉淀法；铜锌SOD（65℃、15分钟、稳定）.电荷性质差异 离子交换层析法、电泳法.分子大小和形状差异凝胶过滤、超滤法、透析法、离心法.与配体亲和力的差异亲和层析法（affinitychromatography）：目的蛋白与一种配基特异结合。配基是能与目的蛋白结合的原子团和分子。酶与底物、激素与受体蛋白、抗原与抗体。

第四章酶Enzyme酶：高效率、高度专一性、活性可调节的高分子生物催化剂第一节酶学概论一、概念.酶的生物学意义（大肠杆菌生命周期30分钟）酶使得生物体内化学反应容易和迅速限制性核酸内切酶（限制-修饰）.醐是一种生物催化剂生物催化剂：酶enzyme；核酶ribozyme.Ribozyme（具有催化功能的RNA）1980以前，生物催化剂化学本质是蛋白质80年代初，ThomasCech和SidneyAltman发现RNA具有生物催化功能，1989诺贝尔化学奖.抗体酶abzyme（antibodyenzyme）又称催化性抗体（catalyticantibody）是一种具有催化功能的抗体分子过渡态理论：酶与底物在过渡态结构互补，亲和力最强，释放出的结合能使过渡态结合物能级降低，利于反应物分子越过能垒，加速反应抗体与抗原是基态结合二、能催化反应的特点.高催化效率：酶催化反应速度是无催化反应的108-1020倍.高专一性：酶对反应的底物和产物都有极高的专一性，几乎没有副反应发生.反应条件温和:温度低于100℃,正常大气压，中性pH环境.活性可调节:别构调节、前的共价修饰、酶的合成、活化与降解等.有辅酶、辅基、金属离子参与与非酶催化剂相比的儿点共性：A.B.A.B.C.D.不改变化学反应平衡点降低反应活化能：酶能大幅度地降低化学反应的活化能。反应前后自身结构不变催化剂改变了化学反应的途径，使反应通过一条活化能比原途径低的途径进行。催化剂的效应只反映在动力学上，不影响反应的热力学。三、酶的化学本质经典概念：酶是具有催化功能的蛋白质1.前的组成仅由蛋白质组成的酶：版酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等酶蛋白+辅助因子（全酶）：超氧化物歧化酶（Cu2+、Zn2+）、乳酸脱氢酶（NAD+）酶的专一性由酶蛋白的结构决定，辅助因子决定反应类型（传递电子或某些化学基团）2.酶的辅助因子主要有金属离子（Fe2+、Fe3+、Cu+、Cu2+、Mn2+、、Mn3+、Zn2+、Mg2+、K+、Na+、M06+、Co2+等）和有机化合物一酶I：。酶蛋白结合较松，可透析除去|辅基|：与酶蛋白结合较紧酶蛋白决定酶专一性，辅助因子决定酶促反应的类型和反应的性质NAD+构成各种专一性强的乳酸脱氧酶、醇脱氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氧酶生物体内酶种类很多，辅助因子种类很少，一种辅助因子可与多种酶蛋白结合酶 辅助因子CuZn-SOD Cu2+Zn2+Mn-SOD Mn2+过氧化物酶 Fe2+或Fe3+II型限制性核酸内切酶 Mg2+段肽醐 Zn2+四、酶按照亚基组成及结构特点分类：单体防、寡聚酶、多酚复合体.单体酶：由一条或多条共价相连的肽链组成的酶牛胰RNase124单链鸡卵清溶菌酶 129单链胰凝乳蛋白酶 三条肽链单体酶种类较少，一般催化水解反应.寡聚酶：由两个或两个以上亚基组成的酶A.含相同亚基的寡聚酶：苹果酸脱氢酶（鼠肝），2个相同的亚基B.含不同亚基的寡聚能：琥珀酸脱氢酶（牛心），aB2个亚基大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶3.多酶复合体：两种以上的酶靠非共价键结合而成，其中每一种酶催化一个反应，反应依次进行，构成一个代谢途径或代谢途径的一部分。大肠杆菌丙酮酸脱氢能复合体：丙酮酸脱氢酶（E1） 2X96000二氢硫辛酸转乙酰基酚（E2） 70000二氢硫辛酸脱氢酶（E3） 2X5600012个E1二聚体24X96000；24个E2单体24X70000；6个E3二聚体12X56000总分子量560万五、酶的活性中心酶分子上只有少数氨基酸残基与催化活性直接相关，这些与酶活性相关的区域称为酶的活性中心，又称活性部位。这些残基往往分散在相距较远的顺序中，有的甚至分散在不同的肽链上，靠形成分子空间结构，集中在酶分子特定区域，成为具有催化功能的活性中心。第二节酶的命名及分类一、习惯命名.根据底物命名（绝大多数酶）：蛋白防、淀粉前、脂肪前.根据催化反应的性质命名：水解酶、转氨酶.结合上述两个原则命名：琥珀酸脱氢能.有时加上酶的来源：胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶二、国际系统命名明确标明酶的全部底物及催化反应的性质草酸氧化酶的系统名称：草酸：氧氧化酶谷丙转氨酶的系统名称：丙氨酸：八酮戊二酸氨基转移酶三、国际系统分类法及编号EC编号(EnzymeCommission)酶的EC编号由4个数字组成，中间用“♦”隔开每个数字表示不同的含意第一个数字表示反应类型：氧化还原第二个数字表示反应基团：醇基第三个数字表示电子受体：NAD+或NADP+第四个数字表示酶的底物：乙醇、乳酸、苹果酸乳酸：NAD+氧化还原酶EC7乙醇脱氢酶 EC乳酸脱氢酶 EC7苹果酸脱氧酶 EC7.氧化还原酶类催化氧化还原反应：A-2H+B=A+B-2H乳酸：NAD+氧化还原酶(EC7)