蛋白质、酶、核酸复习

Chapter2蛋白质（protein）

教师：郭华本章要点蛋白质的生物功能、化学组成及其分类氨基酸aminoacids肽蛋白质的结构蛋白质的性质蛋白质的分离、纯化Part1蛋白质蛋白质是构成生物体最基本的结构物质和功能物质；分布广：是构成生物体最基本的结构物质和功能物质；含量高：蛋白质是生物体内含量最丰富的物质，占人体干重的45%，某些组织含量更高，例如：脾、肺、横纹肌等部位含量高达80%。Section1蛋白质的生物学功能组成成分催化酶，催化的反应速率为非催化速率的1016倍运输储藏运动免疫保护（防御和进攻）调节接收和传递信息：信号受体异常功能、支架作用Section2蛋白质的元素组成蛋白质是由20种左右的a-氨基酸(aminoacids)通过肽键(peptidebond)相互连接而成的一类具有特定的空间构象和生物活性的高分子有机化合物。组成：C,H,O,N和S，有的可能有P和金属元素。特点：各种蛋白质的含氮量比较恒定，平均为16%。（凯氏定氮法）蛋白质含量（g）＝6.25×样品含氮量Section3蛋白质的分类蛋白质是构成生物体最基本的结构物质和功能物质；含量高达45%；1.蛋白质形状球状蛋白纤维状蛋白纤维状蛋白是动物体的基本支架和外保护成分，多数不溶于水球状蛋白分子对称，多数溶于水或中性盐溶液按分子组成分类：2.分子组成简单蛋白仅由氨基酸组成，不含其它成分（按溶解度）结合蛋白（按辅基）清蛋白球蛋白谷蛋白谷醇溶蛋白精蛋白组蛋白硬蛋白核蛋白糖蛋白脂蛋白金属蛋白血红素蛋白磷蛋白黄素蛋白简单蛋白又称为单纯蛋白质(simpleprotein)；这类蛋白质只含由

-氨基酸组成的肽链，不含其它成分。1、清蛋白和球蛋白：albuminandglobulin广泛存在于动物组织中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。2、谷蛋白(glutelin)和醇溶谷蛋白(prolamin)：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者可溶于70－80％乙醇中。3、精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在与细胞核中。4、硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。结合蛋白(conjugatedprotein)由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成，色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。如血清

-，

-脂蛋白等。核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。Part2

结构单位——氨基酸（aminoacid）除脯氨酸外，这些天然氨基酸在结构上有其共同特点：每个氨基酸分子中与羧基相邻的α-碳原子（Cα）上都结合有一个氨基，故称为α-氨基酸。此外与α-碳原子相连的还有一个氢原子和一个各不相同的侧链称为R基；除了甘氨酸外，α-氨基酸的α-C都是一个手性碳原子。具有酸性的-COOH和碱性-NH2，为两性物质氨基酸的结构和分类脯氨酸不带电形式

H2N—Cα—HCOOHR不变部分2.2氨基酸的分类基本氨基酸(编码的蛋白质氨基酸):组成蛋白质，20种，稀有氨基酸：是多肽合成后由基本aa经酶促修饰而来。非蛋白质氨基酸：存在于生物体内但不组成蛋白质(约150种)。1、按R基团的化学结构，分成3类：①

脂肪族氨基酸：15种

直链氨基酸：Gly、Ala

支链氨基酸：Val、Leu、Ile

含硫氨基酸：Met、Cys

含羟基氨基酸：Ser、Thr

含酰胺基氨基酸：Asn、Gln

酸性氨基酸：Glu、Asp

碱性氨基酸：Lys、Arg

②

芳香族氨基酸：Phe、Tyr、Trp③

杂环氨基酸：His、Pro

中性氨基酸3）根据生物体的需要，可将氨基酸分为必需氨基酸非必需氨基酸必需氨基酸:人和动物自身不能合成，必须由外界食物供给氨基酸.人体必需氨基酸有八种：

Met(甲硫);Lys(赖);Val(缬);Ile(异亮);Phe(苯丙)；Leu(亮);Trp(色);Thr(苏)半必需氨基酸：人体可合成，但婴幼儿期合成速度不快，仍需食物供给。包括：His(组);Ary(精);非必需氨基酸:人和动物机体能够自身合成的氨基酸.甲来借一本亮色书蛋白质基本结构单位：L－

－氨基酸

－氨基酸：脯氨酸（亚氨基酸）除外

L－氨基酸：甘氨酸（无不对称C）除外氨基酸结构通式：RCH(NH2)COOH

常见氨基酸种类：20种。小结等电点（isoelectricpoint,pI）：在某一pH环境中，氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等，所带净电荷为零，在电场中不泳动。此时，氨基酸所处环境的pH值称为该种氨基酸的等电点(pI)。H3N—CH—COOHR+在酸性溶液中的氨基酸（pH＜pI）H3N—CH—COO-R+在晶体状态或水溶液中的氨基酸（pH=pI）H2N—CH—COO-R在碱性溶液中的氨基酸（pH＞pI）(zwitterion)

氨基酸的pI值等于该氨基酸的两性离子状态两侧的基团pK′值之和的二分之一。等电点（pI）pH>pIAA“-”AA向正极移动pH<pIAA“+”AA向负极移动pH=pIAA“0”AA不移动等电点时：氨基酸溶解度最小易沉淀等电点计算①侧链为非极性基团或虽为极性基团但不解离的氨基酸：pI=½(pK1+pK2)②酸性氨基酸(Glu、Asp)及Cys：pI=½(pK1+pKR)③碱性氨基酸(赖、精、组)：pI=½(pK2+pKR)3、紫外吸收：Trp、Tyr和Phe在280nm波长附近具有最大吸收峰，其中Trp的最大吸收最接近280nm4、显色反应：茚三酮反应其他反应：荧光胺反应、侧链特异基团反应例外：Pro黄色；Asn棕色成肽反应：一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。由两个氨基酸组成的肽称为二肽；小于10个氨基酸的称为寡肽；由10个以上氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基丢失的水分子数比氨基酸残基数少一个脱去的水分子数=肽键数=aa数-肽链数20种aa的平均相对分子量是138，但大多是较小的aa组成蛋白质，这些较小的aa平均相对分子量是128，又因为形成肽键后失去1分子水，所以，aa残基平均分子量是110.对于简单蛋白质，用110除它的相对分子量即可估计它的aa数目在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。将含有氨基的aa写左边，羧基在右边；氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。如下述五肽可表示为：

Ser-Val-Tyr-Asp命名：某氨酰某氨酰某氨基酸有时两端会连接成环状态一级结构：决定空间结构肽平面或酰胺平面：组成肽单位的4个原子和2个相邻的α碳原子都处于同一个平面内，此刚性结构的平面称为肽平面或酰胺平面。肽单位：实际就是一个肽平面二.肽单位

肽键的四个原子和与之相连的两个α-碳原子所组成的基团。肽键平面——由于肽键具有部分双键的性质，使参与肽键构成的六个原子被束缚在同一平面上，这一平面称为肽键平面或肽单元。蛋白质构象的基本单位。肽键特点：肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。肽平面或酰胺平面。肽主链中N-Cα和Cα-C是单键，可自由旋转，夹角称为二面角。在大多数情况下，以反式结构存在，而Pro的肽键可能出现顺、反两种构型。

-CO-NH-

二面角

两相邻酰胺平面之间，能以共同的Cα为定点而旋转，绕Cα-N键旋转的角度称φ角，绕C-Cα键旋转的角度称ψ角。φ和ψ称作二面角，亦称构象角酰胺平面与α-碳原子之间形成的二面角（φ和ψ

）3、

肽的重要性质

1、

旋光性

一般短肽的旋光度等于其各个氨基酸的旋光度的总和。

2、肽的性质

酸碱性质

肽的酸碱性质主要取决于Ｎ端α－ＮＨ２和Ｃ端α－COOH以及侧链Ｒ上可解离的基团。在长肽或蛋白质中，可解离的基团主要是侧链基团等电点（pI）

α－COOH的pK值比游离态aa的大，Ｎ端α－ＮＨ２的pK值比游离态aa的小一些。茚三酮反应双缩脲反应是多肽和蛋白质的特有反应。（CuSO4）作用显紫红色；

三肽以上的多肽测定多肽链的数目拆分多肽链断开多肽链内的二硫键测定每一肽链的氨基酸组成鉴定多肽链的N-末端和C-末端裂解多肽链为较小的肽段测定各肽段的氨基酸序列利用重叠肽重建完整多肽链的一级结构确定二硫键的位置（一）蛋白质一级结构的测定策略N末端和C末端残基鉴定N末端：1、DNFB（Sanger）法2、丹磺酰氯（DNS）法3、PITC（Edman）法4、酶法C末端：1、肼解法2、酶降解法

末端测序法（1）蛋白质的三维结构蛋白质结构的层次

一级结构：

氨基酸序列

二级结构：α螺旋，β折叠等

超二级结构

结构域（domain）

三级结构：所有原子空间位置

四级结构：多亚基蛋白蛋白质结构层次（一）超二级结构

由若干相邻二级结构元件组合在一起，彼此相互作用，形成的有规则的二级结构组合。

1、αα:由两股平行或反平行的右手螺旋段相互缠绕而成的左手卷曲螺旋或称超螺旋。

2、βαβ：由两段平行-折叠股和一段作为连接的螺旋组成。

3、ββ：由若干反平行折叠片组合而成。六、超二级结构和结构域结构域：指多肽链在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，它是相对独立的球状实体，称为结构域。结构域有时也指功能域。一般说，功能域是蛋白质分子中能独立存在的功能单位。功能域可以是一个结构域，也可以是两个或两个以上的结构域。（二）结构域三、蛋白质变性与沉淀1、蛋白质的变性(denaturation)在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。2、蛋白质沉淀（1）盐析：加入中性盐，破坏蛋白水化层引起沉淀（2）有机溶剂沉淀：加入极性有机溶剂，脱水化层，破坏双电层（3）重金属盐沉淀：结合成不溶性盐（4）加热变性（5）等电点沉淀法（6）生物碱试剂和酸类沉淀四、蛋白质分离纯化的基本原则1、选择好的材料2、前处理：匀浆或捣碎等3、粗分离：盐析，有机溶剂沉等4、细分离：凝胶过滤，离子交换等蛋白质分离纯化的几个基本原则第三章酶通论Enzyme

酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的生物分子。所以又称为生物催化剂Biocatalysts。

一酶

（一）酶的概念酶催化的生物化学反应，称为酶促反应Enzymaticreaction。在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物substrate（二）酶作为生物催化剂的特点1、酶易失活、条件温和使蛋白质等生物大分子变性因素可引起酶的失活2、酶具有高催化效率（以消化食物为例）酶的转换数（kcat)：表示酶的催化效率，指一定条件下每秒每个酶分子转换底物的分子数，或每秒每微摩尔酶分子转换底物的微摩尔数。（大多数：1—104）3、酶催化反应具有高度专一性4、酶的活性易受调节和控制二、酶的化学本质及组成（二）酶的化学组成（仅就蛋白酶）（1）单纯蛋白（2）结合蛋白（缀合蛋白）：全酶=脱辅酶（酶蛋白）+辅因子

（一）酶的化学本质除具有催化活性的RNA酶，其它都是蛋白质；近来有报道有DNA亦具有催化作用。酶的化学本质及组成辅基，prostheticgroup辅酶，co-enzyme共价结合非共价结合Cofactor辅因子酶蛋白与底物结合，决定酶催化的专一性辅酶在酶催化中起传递电子、原子和某些化学基团作用区别：牢固程度（三）单体酶、寡聚酶、多酶复合体根据肽链或亚基构成：1、单体酶(monomericenzyme)：仅由单一肽链组成的具有完全催化活性的酶2、寡聚酶(oligomericenzyme)：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。3、多酶复合体(multifunctionalenzyme)：几种酶靠非共价键彼此嵌合形成所有相关反应依次连接，有得于一系列反应的连续进行酶的分类：1、根据酶蛋白分子结构特点，分成3类

同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1

(H4)LDH2(H3M)

LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5

(M4)乳酸脱氢酶的同工酶（四）六大酶的特征和举例氧化-还原酶催化氧化-还原反应。主要包括（1）脱氢酶类（2）氧化酶类（加氧反应）如：乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。(1)氧化还原酶Oxidoreductase酶的分类：2、根据酶所催化的反应类型，分成6类转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。

例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。(2)转移酶Transferase水解酶催化底物的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：(3)水解酶hydrolase裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反应。(4)裂合酶Lyase异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。

例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。(5)异构酶Isomerase连接酶，又称为合成酶，能够催化C-C、C-O、C-N以及C-S键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。A+B+ATP+H-O-H===A

B+ADP+Pi

例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。丙酮酸+CO2

草酰乙酸(6)连接酶LigaseorSynthetase（三）酶的结构及催化作用机制酶的活性中心(activecenter)或称活性部位(activesite)，指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。必需基团(essentialgroup)酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的基团。酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或活性中心。结合部位决定酶的专一性，催化部位决定酶所催化反应的性质。催化部位catalyticsite酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用。调控部位Regulatorysite2、酶与底物的结合方式1、活化能降低任何反应物分子都含有能量,但能量大小不同,只有那些含能量较高、达到或超过一定水平的分子才能发生化学反应，即反应物分子必须达到或超过一定的能阈，才能成为活化状态，这种分子称为活化分子。反应物分子由一般状态转变为活化状态需要的能量称为活化能。2、中间产物学说在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶－底物中间复合物。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。

E+S====E-S====P+E形成E-S反应中间物，其结果使底物的价键状态发生形变或极化，起到激活底物分子和降低过渡态活化能作用3、锁钥学说：认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样4、诱导契合学说该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状.第九章酶促反应动力学1、概念：酶促反应动力学是研究酶促反应的速率及影响此速率的各因素的科学。2、影响因素：（1）底物浓度（2）抑制剂：构成对酶的抑制作用（3）温度（4）pH值（5）激活剂米氏方程曲线米氏方程Km即为米氏常数，Vmax为最大反应速度当反应速度等于最大速度一半时,即V=1/2Vmax,Km=[S]米氏常数物理意义：反应速度为最大值的一半时的底物浓度。因此,米氏常数的单位为mol/L。2、动力学参数的意义（1）米氏常数的意义A、Km是酶的一个重要的特征物理常数：Km大小只与酶性质有关，与酶浓度无关。Km随测定底物、反应温度、pH及离子强度而变化。B、

Km可判断酶的专一性和天然底物1/Km值近似表示酶与底物之间的亲和程度：1/Km值大表示亲和程度大;1/Km值小表示亲和程度低。（条件：k3<<k2）（2）Vmax和k3(kcat)的意义一定酶浓度下，酶对特定底物的Vmax是一个常数，不同底物及其它条件也影响其数值。K3表示当酶被底物饱和时每秒每个酶分子转换底物的分子数，又称转换数，通常称催化常数（kcat),其值越大，表明催化效率越高。Kcat/Km值：可以比较不同酶或同一种酶催化不同底物的催化效率。Lineweaver-Burkplot(双倒数作图)

1/v

=Km/Vmax×1/[S]+1/Vmax

3、利用作图法测定Km和Vmax二、酶的抑制作用几个概念：1、失活作用；酶已变性2、抑制作用：酶未变性3、抑制剂4、变性剂（一）抑制程度表示方法：P368（二）抑制作用的类型1、不可逆抑制抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结合，引起酶的永久性失活。如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。不能通过透析、超滤等物理方法去除抑制剂而恢复酶的活性。

2、可逆抑制抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时