生物化学：绪论及第1章蛋白质结构与功能

生

物

化

学Biochemistry绪论Introductiontobiochemistry什么是生物化学为什么要学习生物化学怎样学习生物化学生物化学的含义生物化学（biochemistry）即生命的化学，是在分子水平上研究生物体生命现象化学本质的一门科学。①物质代谢

生物化学研究的内容（一）糖、蛋白质、脂肪、维生素、水、无机盐、膳食纤维②遗传繁殖核酸结构和功能、代谢和调节生物化学研究的内容（二）③生化技术④组织器官生化（机能生化）⑤营养生化与疾病怎样学习生物化学？掌握熟悉了解课前预习课后复习为什么要学习生物化学？万能方法：理解＋记忆蛋白质的结构与功能第一

章StructureandFunctionofProtein蛋白质(protein)是由许多氨基酸(aminoacids)通过肽键相连形成的高分子含氮化合物。蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物体的重要组成成分2.蛋白质具有重要的生物学功能

1）作为生物催化剂

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3.氧化供能（次要）蛋白质的分子组成

TheMolecularComponentofProtein第一节

蛋白质的元素组成主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白质含有少量P或金属元素Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo，个别蛋白质还含有I。蛋白质的含N量平均为16％

蛋白质元素组成的特点蛋白质含量(g%)=含氮量(g%)

×6.25

(1/16%)一、氨基酸

——蛋白质的基本组成单位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仅有20种，且均属L--氨基酸（甘氨酸除外）。

H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R

（一）氨基酸的分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极性氨基酸根据R基团性质：非极性疏水性氨基酸亚氨基(Gly)(Pro)2.极性中性氨基酸(Cys)(Met)(Gln)甲硫氨酸蛋氨酸3.酸性氨基酸4.碱性氨基酸(Glu)(Asp)（两个以上羧基）（两个以上氨基）1、非L型：2、亚氨基：3、芳香族：4、含羟基：5、含硫：6、酸性：7、碱性：分类记忆甘氨酸脯氨酸色酪苯酪丝苏半胱蛋天冬谷赖精组几种特殊氨基酸CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOONHCH2CH2CH2CHCOOHNHCH2CH2Gly：无手性碳原子

Pro：为环状亚氨基酸

半胱氨酸

+胱氨酸二硫键-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3修饰氨基酸：

蛋白质合成后通过修饰加工生成的氨基酸。没有相应的编码。如：胱氨酸、羟脯氨酸、羟赖氨酸。非生蛋白氨基酸：蛋白质中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鸟氨酸、同型半胱氨酸，是代谢途径中产生的。

pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI兼性离子

1.两性解离两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。CHNH2COOHRCHNH2COOHR阳离子CHCOOHRNH3+CHCOOHRNH3+阴离子CHNH2COO-RCHNH2COO-R（二）氨基酸的理化性质2.芳香族氨基酸紫外吸收色氨酸、酪氨酸芳香族氨基酸的吸收光谱280nm:多数蛋白含这两种氨基酸残基，测定蛋白溶液280nm光吸收值可快速简便分析蛋白含量。0240250260270280290300310波长(nm)光密度色氨酸酪氨酸苯丙氨酸3.茚三酮反应(ninhydrinreaction)

原理：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。应用：此法可以对氨基酸进行定量分析（吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系）。+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键（一）肽键和肽肽键的形成二、氨基酸在蛋白质中的链接方式…肽链的两个末端氨基酸残基肽键氨基Ｎ末端羧基Ｃ末端（二）几种生物活性肽人体内具有特殊生物活性的肽类，如：谷胱甘肽（glutathione，GSH）谷胱甘肽的结构谷胱甘肽参加的反应及功能寡肽、多肽类激素神经肽（neropeptide）中有一些是多肽，如脑啡肽、内啡肽、强啡肽、P物质等。促甲状腺素释放激素（3肽）、催产素（9肽）、加压素（9肽）等在神经传导过程中起信号转导作用。三、蛋白质的分类

*根据蛋白质组成成分

单纯蛋白质结合蛋白质=蛋白质部分+非蛋白质部分*根据蛋白质形状

纤维状蛋白质球状蛋白质蛋白质的分子结构

TheMolecularStructureofProtein

第二节蛋白质的分子结构包括：

一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)

高级结构（空间结构）（构象）定义：指多肽链中的氨基酸排列顺序。一、蛋白质的一级结构主要化学键：

肽键，有些蛋白质还包括二硫键一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。二、蛋白质的二级结构蛋白质分子中主链骨架原子的局部空间结构，即该段肽链的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。定义：稳定因素：氢键

基本结构：肽单元参与组成肽键的6个原子位于同一平面，又叫酰胺平面或肽键平面。C

1和C

2为反式构型,O和H也是反式构型。肽键键长0.132nm＜0.149nm0.127nm＜部分双键性质,不能自由旋转。肽单元是蛋白质构象的基本结构单位。

蛋白质二级结构的主要形式

-螺旋

(

-helix)

-折叠

(

-pleatedsheet)

-转角(

-turn)

无规卷曲(randomcoil)

①外观：右手螺旋（顺）

-螺旋结构要点：②螺距：3.6个氨基酸、0.54nm。③维持因素：氢键。④R基团的位置：螺旋外侧，

R基团影响

-螺旋的形成。（一）

-螺旋①肽段折纸状、锯齿状，相对伸展

-折叠结构要点：（二）

-折叠②几个肽段顺向平行或反向平行③维持因素：氢键④R基团的位置：锯齿的上下方（外侧）（三）

-转角

-转角①②③④RROOCCCCCHHNNOCCHN-转角常出现在肽链呈180°回折处，多由4个氨基酸残基组成，第1个氨基酸的羰基氧与第4个氨基酸残基的氨基氢形成氢键。

-转角的第2个氨基酸多为脯氨酸。

-转角（四）无规卷曲无规卷曲是指没有确定规律性的那部分肽链结构。（五）模体（motif）[超二级结构]二个以上二级结构的肽段在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，被称为模体。

βββ

-转角-钙结合蛋白中结合钙离子的模体

锌指结构锌指模体存在于类固醇激素受体超家族和一些转录因子中，属DNA结合蛋白。锌指模体约由30个氨基酸残基组成。4个半胱氨酸残基或2个半胱氨酸残基和2个组氨酸残基与1个锌离子配价结合。其中前一对半胱氨酸残基与后一对半胱氨酸（或组氨酸）残基之间相隔12个氨基酸残基。锌指模体的

-螺旋部分是与DNA结合的部位。三、蛋白质的三级结构稳定因素：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。定义次级键(非共价键)：疏水键、离子键、氢键和范德华力二硫键每一条多肽链都有完整的三级结构

肌红蛋白(Mb)N端C端纤连蛋白分子的结构域结构域：大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行其功能，称为结构域。三级结构中的某一功能区域二级结构模体结构域三级结构＜＜＜四、蛋白质的四级结构两条以上有独立三级结构的多肽链通过非共价键相连形成的空间结构每条具有完整三级结构的多肽链，称为亚基稳定因素：次级键(非共价键)：疏水键、离子键、氢键和范德华力定义血红蛋白（Hb）的四级结构一级结构二级结构三级结构四级结构定义肽键主要键氢键疏离氢范疏离氢范蛋白质结构层次比较蛋白质结构与功能的关系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三节（一）一级结构是空间结构的基础一、蛋白质一级结构与功能的关系牛核糖核酸酶的一级结构二硫键

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（二）一级结构是功能的基础相似结构具有相似的高级结构与功能胰岛素氨基酸残基序号A5A6A10B30人ThrSerIleThr猪ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrGlyIleSer牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla马ThrSerIleAla（三）关键结构改变可引起疾病例：镰刀形红细胞贫血N-val·his·leu·thr·pro·glu

·glu·····C(146)HbS

β肽链HbA

β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”。（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构

二、蛋白质空间结构与功能的关系（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线协同效应一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。如果是促进作用则称为正协同效应

如果是抑制作用则称为负协同效应变构效应蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为变构效应。（三）蛋白质构象改变可引起疾病蛋白质构象疾病：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，严重时可导致疾病发生。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。正常的PrP富含α-螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β-折叠的PrPsc，从而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折叠正常疯牛病疯牛病中的蛋白质构象改变第四节蛋白质的理化性质与分离纯化ThePhysicalandChemicalCharactersandSeparationandPurificationofProtein一、蛋白质具有两性电离的性质当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点(isoelectricpoint,

pI)二、蛋白质具有胶体性质蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之巨，其分子的直径可达1～100nm，为胶粒范围之内。表面同种电荷水化膜蛋白质胶体稳定的因素:+++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜++++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒酸碱酸碱酸碱脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚沉三、蛋白质的变性与复性在某些理化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏