蛋白质和核酸化学

关于蛋白质和核酸化学第一页，共五十页，编辑于2023年，星期三1.作为生物催化剂（酶）2.代谢调节作用3.免疫保护作用4.物质的转运和存储5.运动与支持作用6.参与细胞间信息传递7.氧化供能蛋白质的生物学功能第二页，共五十页，编辑于2023年，星期三（一）蛋白质的化学组成主要元素：碳、氢、氧、氮，有些蛋白质还含有少量硫、磷和金属元素。特点：各种蛋白质的含氮量很接近，平均含氮量为16%，这是蛋白质元素组成的一个特点。定氮法测定蛋白质含量：100g样品中蛋白质含量(g%)＝6.25×每克样品中含氮克数×100式中6.25，即16%的倒数，为1克氮所代表的蛋白质质量（克数）。第三页，共五十页，编辑于2023年，星期三（二）蛋白质的组成单位在酸、碱、酶的作用下，蛋白质可水解产生游离氨基酸。蛋白质的基本组成单位——氨基酸（aminoacid）自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体的氨基酸仅有20种，且均属L-型氨基酸（甘氨酸除外）。

第四页，共五十页，编辑于2023年，星期三（二）蛋白质的组成单位1.氨基酸的结构特点除脯氨酸外，其余氨基酸均属α-氨基酸，其化学结构式具有共同的特点，即连接羧基的α-碳原子上有一个氨基，称为α-氨基酸。α-氨基酸的结构通式，R为侧链基团。第五页，共五十页，编辑于2023年，星期三H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R

各种氨基酸的结构区别在于侧链（R基团）的不同，故具有不同的理化性质。C+NH3COO-H第六页，共五十页，编辑于2023年，星期三（二）蛋白质的组成单位2.氨基酸的分类 根据氨基酸侧链R基的结构和性质分为四类：非极性疏水性氨基酸极性中性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸第七页，共五十页，编辑于2023年，星期三第八页，共五十页，编辑于2023年，星期三第九页，共五十页，编辑于2023年，星期三第十页，共五十页，编辑于2023年，星期三（二）蛋白质的组成单位3.蛋白质分子中氨基酸之间的链接方式肽键的概念：肽键(peptidebond)：一个α-氨基酸的α-羧基与另一个α-氨基酸的α-氨基脱水缩合形成的化学键(-CO-NH-)，称为肽键或酰胺键。第十一页，共五十页，编辑于2023年，星期三第十二页，共五十页，编辑于2023年，星期三肽键第十三页，共五十页，编辑于2023年，星期三第十四页，共五十页，编辑于2023年，星期三生物活性肽生物活性肽：体内存在许多具有生物活性的低分子量肽，在代谢调节、神经传导等方面具有重要的作用，称为生物活性肽。如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。第十五页，共五十页，编辑于2023年，星期三第十六页，共五十页，编辑于2023年，星期三第十七页，共五十页，编辑于2023年，星期三第十八页，共五十页，编辑于2023年，星期三二.蛋白质的分子结构和功能（一）蛋白质分子的一级结构

(primarystructure)

一级结构：蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构。

主要靠肽键维系；第十九页，共五十页，编辑于2023年，星期三蛋白质的一级结构第二十页，共五十页，编辑于2023年，星期三蛋白质的一级结构第二十一页，共五十页，编辑于2023年，星期三蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构：

是指蛋白质分子中某一段多肽键的局部空间结构，即该段多肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。

包括α-螺旋(α-helix)、β-折叠(β-pleatedsheet)和β-转角(β-turn)及无规则卷曲。第二十二页，共五十页，编辑于2023年，星期三蛋白质的二级结构1.α-螺旋(α-helix)蛋白质分子为右手-螺旋。第二十三页，共五十页，编辑于2023年，星期三第二十四页，共五十页，编辑于2023年，星期三蛋白质的二级结构-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿桩折叠构象。-折叠第二十五页，共五十页，编辑于2023年，星期三β-折叠第二十六页，共五十页，编辑于2023年，星期三蛋白质的二级结构3.-转角(-turn)在-转角部分，由四个氨基酸残基组成;这类结构主要存在于球状蛋白分子中。脯氨酸残基经常出现在-转角中。第二十七页，共五十页，编辑于2023年，星期三蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构(TertiaryStructure)是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。2．蛋白质的三级结构第二十八页，共五十页，编辑于2023年，星期三蛋白质的三级结构第二十九页，共五十页，编辑于2023年，星期三此类蛋白质只有完整四级结构才有生物学活性第三十页，共五十页，编辑于2023年，星期三(一)一级结构与功能的关系

（分子病）三、蛋白质结构与功能的关系

天然状态，有催化活性

尿素、β-巯基乙醇

去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性HSSHSHHSHSSHHSHS26110958472655840261109584725840651.核糖核酸酶一级结构与功能的关系

二硫键破坏后，生物学活性丧失。第三十一页，共五十页，编辑于2023年，星期三(1)将A链N端的第1个氨基酸残基切去，其活性只剩2％～10％，再将第2～4位氨基酸残基切去，其活性完全丧失。(2)

将A、B两链间的二硫键还原，A、B两链即分离，胰岛素的功能完全消失。(3)

将B链第28～30位氨基酸残基切去，其活性仍能维持100%。2.胰岛素一级结构与功能的关系第三十二页，共五十页，编辑于2023年，星期三3.血红蛋白一级结构与功能的关系例：镰刀形红细胞贫血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽链HbAβ肽链N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)

这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。第三十三页，共五十页，编辑于2023年，星期三镰刀型贫血症与分子病第三十四页，共五十页，编辑于2023年，星期三(二)蛋白质空间结构与功能的关系（构象病）1．血红蛋白空间结构与功能的关系Hb未结合O2时，4个亚基结构紧密,称紧张态(T态)。随着O2

的结合,空间结构发生变化，使结构相对松弛，称松弛态(R态)。T态对氧亲和力低,R态对氧亲合力高，是Hb结合O2

的形式。肺毛细血管O2

分压高,促使T态转变成R态,组织毛细血管,O2

分压低,促使R态转变成T态。

第三十五页，共五十页，编辑于2023年，星期三例：疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。正常PrP富含α-螺旋，称为PrPc。在某种未知蛋白质作用下转变成为β-折叠的PrPsc，从而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折叠正常疯牛病蛋白质构象疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。2．朊病毒蛋白空间结构与功能的关系第三十六页，共五十页，编辑于2023年，星期三第二节蛋白质的理化性质(ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein)一、蛋白质的两性解离和等电点

(一)两性解离

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条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团，故称两性解离。第三十七页，共五十页，编辑于2023年，星期三一.蛋白质的两性解离及应用蛋白质的等电点(IsoelectricpointpI)

当溶液浓度为某一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。

在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。第三十八页，共五十页，编辑于2023年，星期三蛋白质的两性解离在pH=pI时，蛋白质为兼性离子，带有相等的正、负电荷，呈中性微粒，此时蛋白质不稳定而容易从溶液中沉淀析出。PH1710净电荷+10-1正离子两性离子负离子等电点PI第三十九页，共五十页，编辑于2023年，星期三蛋白质的电泳分离蛋白质能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时(IsoelectricpointpI)，蛋白质的溶解度最小，容易沉淀析出。溶液中带电粒子在电场中向电性相反的电极移动的现象，称为蛋白质电泳(Electrophoresis)。第四十页，共五十页，编辑于2023年，星期三电泳蛋白质的电泳分离和分子量测定蛋白质在等电点pI条件下，不发生电泳现象。利用蛋白质的电泳现象，可以将蛋白质进行分离纯化。第四十一页，共五十页，编辑于2023年，星期三蛋白质的胶体性质及应用蛋白质属于生物大分子，分子量到达1万-100万之巨，其直径可达1-100nm，为胶体范围之内。蛋白质溶液是亲水胶体溶液，其稳定因素主要有蛋白质分子表面的水化膜电荷层第四十二页，共五十页，编辑于2023年，星期三蛋白质的胶体性质及应用透析：小分子杂质从半透膜中透出，大分子蛋白质留于半透膜内，使蛋白质得以纯化，这种分离方法称为透析。人体中的细胞膜、线粒体膜和毛细血管壁等都具有半透膜性质，有助于体内各种蛋白质有规律地分布在膜的内外，对维持细胞内外的水和电解质平衡具有重要的生理意义。第四十三页，共五十页，编辑于2023年，星期三三.蛋白质的沉淀、变性、凝固及其应用蛋白质从溶液中析出的现象，称为沉淀。1.盐析：在蛋白溶液中加入大量中性盐，蛋白质表面的水化膜即被破坏，其所带电荷也被中和，蛋白质胶粒失去这两种稳定因素而沉淀，这种沉淀过程称为盐析(saltingout)。第四十四页，共五十页，编辑于2023年，星期三三.蛋白质的沉淀、变性、凝固及其应用2.重金属盐沉淀蛋白质 重金属离子如Ag+、Hg2+、Cu2+、Pb2+等，在pH>pI的环境中，可与蛋白质负离子结合，形成不溶性蛋白盐沉淀。

临床应用：抢救重金属盐中毒病人。给病人口服大量酪蛋白、清蛋白等，然后再用催吐剂将结合的重金属盐呕出以解毒。第四十五页，共五十页，编辑于2023年，星期三三.蛋白质的沉淀、变性、凝固及其应用3.生物碱试剂与某些沉淀蛋白 生物碱试剂（苦味酸、鞣酸、钨酸等）及某些酸，可在pH<pI的环境中，可与蛋白质的正离子结合形成不溶性的盐沉淀。4.有机溶剂沉淀蛋白质 可与水混合的有机溶剂能破坏蛋白质胶粒表面的水化膜，是蛋白质沉淀析出。临床应用：乙醇可消毒灭菌。

第四十六页，共五十页，编辑于2023年，星期三三.蛋白质的沉淀、变性、凝固及其应用蛋白质的变性和凝固 在某些物理和化学因素作用下，蛋白质的空间构象被破坏，理化性质及生物学活性发生变化，这种现象称为蛋白质的变性（denaturation）。

本质：非共价键和二硫键的破坏，不涉及肽键的断裂等一级结构的变化。第四十七页，共五十页，编辑于2023年，星期三蛋白质变性的实际意义①利用变性：酒精消毒高