生物大分子结构与功能

生物大分子结构与功能第一页，共三十九页，编辑于2023年，星期日生物大分子(Biomacromolecule)指有一定分子结构规律，即由一定的基本结构单位，按一定的排列顺序和连接方式而形成的多聚体，分子量一般大于104。蛋白质与核酸是体内主要的生物大分子核酸具有传递遗传信息的功能蛋白质几乎涉及所有的生理过程第二页，共三十九页，编辑于2023年，星期日一、蛋白质的结构与功能第三页，共三十九页，编辑于2023年，星期日蛋白质的重要性

蛋白质是生命的物质基础,是构成生物体的基本成分，是生命活动的执行者。人体的45%为蛋白质,脾、肺、肌肉含量均超过80%,细菌的含量为50~80%,干酵母的含量为46.6%。第四页，共三十九页，编辑于2023年，星期日蛋白质的生物学功能

生物催化(酶)代谢调节(多肽激素等)免疫保护(免疫球蛋白,补体等)物质转运和贮存(离子通道,转运载体等)运动与支持(肌蛋白)生长、繁殖、遗传和变异生物膜的功能和受体生化制药(分离纯化血液制品,基因工程产品)第五页，共三十九页，编辑于2023年，星期日蛋白质的结构蛋白质由20种氨基酸经肽键连接而成生物体蛋白质平均由300-400个氨基酸组成,平均分子量(MW)30,000-45,000

一个含有100个氨基酸组成的蛋白质可存在20100种不同的形式

E.coli约含有3,000种蛋白质,人体约含有100,000种第六页，共三十九页，编辑于2023年，星期日第一节氨基酸与多肽一、氨基酸(aminoacid)蛋白质是由氨基酸组成的：

蛋白质混合物20种基本氨基酸

蛋白质的元素组成:CHONSPISe等,其中含氮元素约16%,根据含氮量可计算出样品中的蛋白质含量:每克样品含氮克数×6.25×100=100g样品中的蛋白质含量(g%)酸、碱、酶电泳第七页，共三十九页，编辑于2023年，星期日核糖核酸酶第八页，共三十九页，编辑于2023年，星期日蛋白质的基本组成单位——氨基酸编码氨基酸：20种,

除Gly外，均为L-氨基酸,Pro为环状亚氨酸非编码氨基酸：胱氨酸、碘代酪氨酸、羟脯氨酸与羟赖氨酸等第九页，共三十九页，编辑于2023年，星期日COO-

C

NH3RL-α-氨基酸通式H+R为侧链HOCHCHOCH2OHH3NCH+CH3

COO-L-甘油醛L-丙氨酸第十页，共三十九页，编辑于2023年，星期日第十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期日按照R的化学性质分为：1.非极性、疏水性氨基酸

R

为烃基、苯甲基等非极性基团（Gly,Ala,Val,Leu,Ile,Phe,Pro）2.极性、中性氨基酸

R为羟基(Ser,Thr,Tyr)、巯基(Cys,Met)、酰胺基(Trp,Asn,Gln)等极性基团,

有亲水性，在中性溶液中不电离3.酸性氨基酸(Asp,Glu)4.碱性氨基酸(Lys,Arg)第十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期日非极性疏水性氨基酸第十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期日极性中性氨基酸第十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期日酸性氨基酸第十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期日碱性氨基酸第十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期日氨基酸的缩写与等电点中文名英文名三字符一字符pI甘氨酸GlycineGlyG5.97丙氨酸AlanineAlaA6.00缬氨酸ValineValV5.96亮氨酸LeucineLeuL5.98异亮氨酸IsoleucineIleI6.02苯丙氨酸PhenylalaninePheF5.48脯氨酸ProlineProP6.30色氨酸TryptophanTrpW5.89丝氨酸SerineSerS5.68酪氨酸TyrosineTyrY5.66半胱氨酸CysteineCysC5.07蛋氨酸MethionineMetM5.74天冬酰氨AsparagineAsnN5.41谷氨酰氨GlutamineGlnQ5.65苏氨酸ThreonineThrT5.60天冬氨酸AsparticacidAspD2.97谷氨酸GlutamicacidGluE3.22赖氨酸LysineLysK9.74精氨酸ArginineArgR10.76组氨酸HistidineHisH7.59第十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期日-OOC-CH-CH2-SH+HS-CH2-CH-COO-

-OOC-CH-CH2-S——S-CH2-CH-COO-

+NH3+NH3+NH3+NH3-2H半胱氨酸胱氨酸胱氨酸和二硫键第十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期日COO-

C

NH3RL-α-氨基酸通式H+R为侧链HGlyCH3Ala(CH3)2-CHVal(CH3)2-CH-CH2LeuCH3-CH2-CHICH3R非极性疏水性氨基酸PheIle第十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期日

COO-

C

NH3RH+极性中性氨基酸NCH2SerTyrCysThrAsnMetGlnTrp第二十页，共三十九页，编辑于2023年，星期日

COO-

C

NH3RH+AspGluLys碱性氨基酸ArgHis第二十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期日(1)R为脂肪烃基:(2)R为羟基和硫：

小结Gly、Ala、Val、Leu、Ile疏水性逐渐增加,pI几乎相等

Ser、Thr含羟基,Ser有极性可形成氢键,大多数酶的活性中心有该残基存在,Thr形成氢键能力弱；Cys含巯基,两个Cys可形成含二硫键的胱氨酸,二硫键在蛋白质的结构中起重要作用;R中含甲硫基(-SCH3)的为Met—-(CH2)2-S-CH3第二十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期日(3)R含芳香基团的有：

(4)R为碱性基团的有：

Phe、Tyr、Trp—在280nm有紫外吸收峰;均含一个共轭π电子体系,易与缺π电子体系形成电荷转移复合物或电子重叠物,在受体-底物和分子识别中起作用His

含三个可解离基团,故在酶的催化机制中有重要作用Lys

在生理条件下带有一正电荷(NH3+)Arg

的胍基几乎完全质子化,是已知最强的有机碱第二十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期日

(5)R有酸性基团：

Asp和Glu为生理条件下仅有的带负电荷的氨基酸(6)R中含酰基的氨基酸Asn和Gln分别为Asp和Glu的酰胺化产物,酰胺基中的氨基易发生氨基转移反应,在生物合成和代谢中有重要作用(7)R为环状的为Pro由于其α-NH2在环中,多肽中Pro所在位置易发生方向变化,在蛋白质立体结构中有重要作用第二十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期日氨基酸的理化性质1.物理性质：无色或白色结晶，熔点>200℃，α氨基酸均可溶于强酸、强碱和水，Lys和Arg在水中的溶解度最大，Tyr的溶解度最小。氨基酸在乙醚中溶解度最小。2.两性电离性质：结合或释放质子取决于环境pH*pI(Isoelectricpoint)：在一定pH环境下，氨基酸游离成阴、阳离子的程度及趋势相等或不游离(氨基酸不带电荷或所带电荷数相等)而成为兼性离子(Zwitterion)，在电场中既不向阳极也不向阴极迁移时的pH值。第二十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期日R-CH-COOHR-CH-COO-

R-CH-COO-+NH3

NH2+NH3R-CH-COOH

NH2+OH-+OH-+H++H+阳离子

pH<pI兼性离子

pH=pI阴离子

pH>pI第二十六页，共三十九页，编辑于2023年，星期日3.紫外吸收性质：Trp、Tyr和Phe含共轭双键苯环，在280nm处有最大吸收峰，利用此特点可用分光光度法测定蛋白质含量也可粗略估计核酸中蛋白质污染程度(A260/A280<1.7)。4.化学性质:α-NH2、α-COOH和R侧链的活性基团可发生相关化学反应，用于氨基酸性质的分析鉴定。第二十七页，共三十九页，编辑于2023年，星期日0240250260270280290300310光密度波长(nm)芳香族氨基酸的紫外吸收TrpTyrPhe第二十八页，共三十九页，编辑于2023年，星期日

化学性质1亚硝酸反应：测定产生的N2可计算氨基酸的含量,为VanSlyke定氮法的基础。2甲醛反应:氨基酸与甲醛反应生成二羟甲基氨基酸,为中和法测定氨基酸含量的依据,称甲醛滴定法,两性氨基酸在与甲醛反应后使氨基封闭而酸性增强,可用强碱滴定。32,4-二硝基氟苯反应：在碱性中生成二硝基苯基氨基酸,N端分析。第二十九页，共三十九页，编辑于2023年，星期日4与酰氯化合物反应：α-氨基与苯甲氧基甲酰氯(Cbz-Cl)反应生成Cbz-氨基酸,为化学合成多肽时一个重要的氨基保护反应；氨基酸与5-二甲氨基萘磺酰氯反应生成DNS-氨基酸,紫外光下强烈荧光,灵敏度高,用于多肽分析。5茚三酮反应：与茚三酮在弱酸性溶液中加热可产生有色化合物,含游离α-氨基的氨基酸和肽类生成紫色化合物,而脯氨酸因其α-氨基被取代而生成黄色化合物,较灵敏,颜色深浅可定量。第三十页，共三十九页，编辑于2023年，星期日二、肽键与肽链NH2-CH-C+NH-CH-CNH2-CH-C-N-CH-CR1OHHR2OHR1HR2OHOOOO(Polypeptidebond&Polypeptidechain)概念:

肽键：一个氨基酸的α-羧基与另一氨基酸的α-氨基脱水缩合

肽：氨基酸通过肽键相连而形成的化合物第三十一页，共三十九页，编辑于2023年，星期日

寡肽(oligopeptide):

十个以下氨基酸缩合成的肽统称为寡肽

多肽链(polypeptidechain):

十个以上氨基酸形成的肽,

典型的多肽MW<104

蛋白质:

由一条或几条多肽链组成的生物大分子

氨基酸残基(aminoacidresidues)：蛋白质肽链中的每个氨基酸部分

多肽主链（mainchain）：由肽键连接各氨基酸残基形成的长链骨架

多肽侧链(sidechain)：蛋白质多肽链中的各氨基酸侧链基团第三十二页，共三十九页，编辑于2023年，星期日肽的书写格式NH2-甘-丙-谷-……-组-蛋-COOHNH2-Gly-Ala-Glu-……His-Met-COOHNH2-GAE……HM-COOHGAE……HM第三十三页，共三十九页，编辑于2023年，星期日

SH

O

CH2

HH2N-CH-CH2-C-

N-CH-C

-N-CH2-COOHCOOH

HO谷胱甘肽（谷-半胱-甘三肽）还原过氧化氢解毒(嗜电子)、抗氧化(-SH还原剂)三、医学上重要的多肽γ羧基1、谷胱甘肽(glutathione,GSH)第三十四页，共三十九页，编辑于2023年，星期日2GSHGSHGSH过氧化物酶还原酶GSSGNADP+NADPH+H+H2O22H2OGSH与GSSG间的转换第三十五页，共三十九页，编辑于2023年，星期日

HCNHNCHC

CH2H2C—CH2

CH2

H2CCH2

OCCH-CO-

NH-CH-CO

-N—CH

—CO-NH2

NH促甲状腺素