生化-蛋白质生态系统生物圈

授课教师：岳联系方式：实验B楼生态系统生物群种个生物群种个系统，器细胞，细高分子复高分子复合物，分子，原生物化学与分子生物应的科学，从分子水平探讨生命现象的本质第一节生物化学与分子生物学发展简史年轻：1903年提出Biochemistry食品选择和加工；医药 确定代谢途径→食品、医疗基基因工程产品，基因药我国在生化方面取得的重要成就第二节复杂性复杂性（二）物质和能量的代谢及调消改分消改分食→吸收原→机体成分 吸 转 能 合成代 分解代（二）物质和能量的代谢及调消化吸收、（三）遗传信息传递及其调第三节生物化学发展到分子生物学阶段，与生理学、细胞生物学、遗传学、免疫学等学科交叉联系，产生了许多新兴的交叉学科，如分子遗传学、分23生物化学学习方法(怎样学3王镜岩生物化学第三版Principleof蛋白质的结构与功StructureandFunction一、什么是蛋白质蛋白(protein是由许多氨基酸(aminoacids)通过肽键(peptidebond)相连二、蛋白质的生物学重要蛋白质是生物体重要组成成分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，某些组织含量更蛋白质具有重要的生物学功作为生物催化剂（酶代谢调节作物质的转运和存运动与支持参与细胞间信息传氧化供1833年，从麦芽中分离淀粉酶；随后从胃液中1864年，血红蛋白被分离并结19世纪末，证明蛋白质由氨基酸组成，并合成20世纪初，发现蛋白质的二级结构；完成胰岛20世纪中叶，各种蛋白质分析技术相继建立，1962年，确定了血红蛋白的四级结20世纪90年代，功能基因组与蛋白质组研究地TheMolecularComponentof主要有C、H、O、N和S碘。各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％100克样品中蛋白质的含量g 一、氨基成存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸有20种，且均属

甘L-α-氨基酸的通二、氨基酸非极性脂肪族氨极性中性氨基芳香族氨基酸性氨基碱性氨基*20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如(一)非极性脂肪族性氨氨基几种特殊氨脯氨（亚氨基酸

半胱氨-OOC-CH-CH2-

+HS-CH2-CH-

-

-OOC-CH-CH2-

S-CH2-CH-二硫

胱氨三、氨基酸的理化（一）、两性解离及等电

RCH

RCH

R

R

阳离

氨基酸的兼性离

阴离等电点(isoelectricpoint在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值（二）、紫外吸最大吸收峰在280nm以测定蛋白质溶液

芳香族氨基酸的紫外吸（三）、茚三酮反氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比四、氨基酸组合成（一）肽*肽键(peptidebond)是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合H甘氨酸

H H 甘氨酸 -

NH2-CH-C-N-CH- H

甘氨酰甘氨*是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化*多肽链(polypeptidechain)是指许多氨基多肽链有两N末端：多肽链中有自由氨基的一C末端：多肽链中有自由羧基的一N末C牛核糖核酸（二）生物活谷胱甘肽(glutathione,

GSH还原

多肽类激素及神经神经肽TheMolecularStructureofα-helixα-helix结构模式图CRNCCCRHRNRCHOHOHHNNCRHRHCCOCCOHRHCCNRHHCO蛋白质的分子结构一级结构(primary二级结构(secondarystructure)高级三级结构(tertiarystructure) 四级结构(quaternarystructure)一、蛋白质的一级结蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排顺序主要的化学肽键，有些蛋白质还包括二硫的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素二、蛋白质的二级结定蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空主要的化学键：氢（一）肽平面（肽单元键：肽键长为0.132nm，而C－N单键长为0.184nmC＝N双键长0.127nmC－N40C＝O具40（一）肽单参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单(peptideunit)。蛋白质二级结构的主要形-螺旋-helix-折叠-pleatedsheet-转角-turn无规卷曲randomcoil（二）、-helixα-helix结构模式图R基团Rα-helix结构模式图R基团RRR氢键RR α-helix结构α-helix结构模式图3截面螺旋截侧链基团R基团影响-螺旋的形成

α-heix结构模式图螺旋假象CN螺距3.6个残（三）、-pleatedsheet结构要点（四）、-转角和无规卷-转角结构要点HHHNCONHOC RCNHO H第二个常为脯氨180回氢键无规卷曲无确定规律性的肽段的结（五）模合钙离子的模

锌指结受R基团的电荷、分子大小和形状的影响三、蛋白质的三级结（一）定主要的化学疏水键、离子键、氢键和VanderWaals力等

N3 3a

b

CH3

C

CcC

b

O

OCCH

c三级结构中疏水键数量最多，往往三级结构中疏水键数量最多，往往居于球状蛋 2NH2

肌红蛋白NN端C（二）结构行使其功能，称为结构域(domain)。纤连纤连蛋白分子的结构（三）分子四、蛋白质的四级结质的亚基(subunit)。白 定白

基本单 主要 备 构 二级结构 三级结比 四级结比一级一级结蛋白质结构层次的比二级结NCC三级结四级结NCCOHHCNCNCCHHNCCCO氨基主链构一条原子亚基间相对位

五、蛋白质的分结合蛋白质=蛋白质部分+根据蛋白质形TheRelationofStructureandof一、蛋白质一级结构与功能的关（一）一级结构是空间构象

非折叠状态，无（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能人猪狗兔牛羊马

氨基酸残基序（三）氨基酸序列提供重要的(cytochromeC)，（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，例：镰刀形红细胞贫HbAβ肽链N-val·his·leu·thr·pro glu HbSβ肽N-val·his·leu·thr·pro val -hemoglobin6:-

二、蛋白质的功能依赖特定的空间结（一）血红蛋白的亚基与肌红肌红蛋白肌红蛋白是一个只有三级结构的单链蛋白质，有8段α-螺旋结构。亲水基团在外，内部空穴结合血红素。位键之位键之链构-NN-血红蛋白血红蛋白具有4个亚基组成的四级结构，每个亚基可结合1个血红素Hb亚基之间通过8对盐键，使4个亚基紧密结合而形成亲水的球状（二）血红蛋白的构象变化影Hb与Mb一样能可逆地与O2结合，Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数（称氧百分饱和度，Y）。随O2浓度变肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲*协同效应如果是促进作用则称为正协同(positive如果是抑制作用则称为负协同(negative

Hb由T型变R型←牵动其它亚基←牵动F8组aa

血红素与O2血红素与O2F肽段CN OOOO脱氧Hb4个亚基间的8条HbTααTRHbMb和Hb变构效应(allosteric蛋白质与某物质作用，引起空间结构的改与功能的关肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲（三）蛋白质构象改变可引起蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导疯牛病中的蛋白质构象改疯牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成为β-折叠的PrPsc，从而致病α-

β-正 疯牛ThePhysicalandChemicalCharacters一、蛋白质的两性NH3+-P-COOH←NH3+-P-COO-→NH2-P-阳离 兼性离 阴离pH小于 pH大于一、蛋白质的两性*蛋白质的等电点isoelectricpoint当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条二、蛋白质的胶体蛋白质属于生物大分子之一，分子量可1万至100万之巨，其分子的直径可达1100nm，为胶粒范围之*质胶体稳定的因素水化++++++++++++酸碱+——————带正电荷的

在等电点的

带负电荷的脱水++

脱水

脱水 +

+ －带正电荷的

不稳定的蛋白质颗溶液中蛋白质的聚

带负电荷的三、蛋白质空间结构破坏引起*蛋白质的变性变性的本——破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白造成变性的因如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强临床上，变性因素常被应用来消毒及灭菌此外蛋白质变性也是有效保存蛋白质若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性(renaturation)。

非折叠状态，无*质沉在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变*蛋白质的凝固作用(protein四、蛋白质的紫外由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在280m波长处有特征性吸收峰。蛋白质的280与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。五、蛋白质的呈色⒈茚三酮反应(ninhydrin蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生三酮反应⒉双缩脲反应(biuret蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中蛋白质的分离、纯化与结构分TheSeparationandPurification一、透析及*透析利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物开的方法*滤应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目二、沉淀——丙酮沉淀、盐析*使用丙酮沉淀时，必须在0～℃低温下进行，丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积。蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离。除了丙酮以*盐析(saltprecipitation)是将中性盐（硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等）加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导*免疫沉淀法：将某一纯化蛋白质免疫动物三、电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术,称为电泳(elctrophoresis)。根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳胶电泳等几种重要的蛋白质电几种重要的蛋白质电上电泳时，每种蛋白质都将迁移至与它的pI相一几种重要的蛋白质电四、层析层析分离的原白质的目的。凝胶过滤(gelfiltration)又称分子筛层析，利常用介质：离子交换树离子交换纤凝胶过滤(gelfiltration)又称分子筛层析，利根据介质不同葡聚糖凝琼脂糖凝*(gel五、超速离 来分离纯化蛋白质也可以用作测定蛋白蛋白质在离心场中的行为用沉降系数(sedimentationcoefficient,S)表示,沉降系数与蛋白质的密度和形状相关。对球状蛋白质，因为成正比关系，故可应用超速离心法测定蛋白质分子量，但对分子形状的高度不对称的大多数纤维状蛋六、多肽链中氨基分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组（水解，离子交换层析测定多肽链的氨基末端与羧基末端为何种氨基酸残（末端反应：DNP法，羧肽酶法。把肽链水解成片段，分别进行分(胰蛋白酶：Arg,Lys；胰凝乳蛋白酶测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用Edman降解(His,Glu,Val)（Lys,Asp,Glu,Ala,Tyr),第