生物化学课件

生物化学Biochemistry安徽中医药高等专科学校吴剑生物化学第二章

蛋白质化学第一节蛋白质的化学组成

第二节蛋白质的分子结构生物化学一级结构蛋白质的结构层次四级结构二级结构三级结构氨基酸生物化学一、蛋白质的一级结构（一）蛋白质一级结构的概念指多肽链中氨基酸（残基）的排列顺序。含有二硫键也包括生成二硫键的半胱氨酸残基位置区分不同蛋白质最基本、最重要的标志之一是空间结构的基础生物化学二、蛋白质的空间结构蛋白质分子中各个原子、各个基团在三维空间的相对位置。决定蛋白质性质和功能的结构基础生物化学（一）维持蛋白质空间结构的化学键共价键次级键氢键盐键疏水键范德华引力生物化学生物化学（二）蛋白质的二级结构的概念及类型指多肽链主链骨架盘旋折叠形成的局部有规则的空间结构不涉及氨基酸残基R侧链的构象生物化学1.α-螺旋

绝大部分是右手螺旋氨基酸残基的R-侧链位于螺旋外侧生物化学蛋白质多肽链像螺旋一样盘曲上升，每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，每圈螺旋的高度为0.54nm，每个氨基酸残基沿轴上升0.15nm。生物化学

在同一肽链内相邻的螺圈之间形成氢链。生物化学2.

-折叠是肽键中比较伸展的空间结构肽链的主链略呈锯齿状或扇形折叠构象生物化学

-折叠可由2~5个肽段之间经C=O与N-H形成氢键形成,氢键方向与肽链长轴方向垂直。氢键生物化学

组成

-折叠的氨基酸分子通常较小,R基团处于折叠的上下

-折叠可塑性大蚕丝生物化学蜘蛛羊很多科学家把蜘蛛丝叫做“生物钢”，有着超强的抗张强度。研究人员称，如果把很多蜘蛛丝拧成一股绳的话，它足够强韧，可制成防弹背心、降落伞绳，或者从飞机到航母等设备。蜘蛛丝还可被制成人造韧带和人造腱，支撑组织、骨骼和神经细胞，让它们在生长期间保持稳定。2010年11月29日美国科学家把蜘蛛DNA添加到山航DNA中，使得羊奶经过提炼晒干后变成蜘蛛丝。生物化学

-折叠

-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。生物化学3.β转角(β-turn）肽链出现1800回折的转角处形成的U型结构称为β-转角。多发生在含甘氨酸或脯氨酸残基处对球蛋白形成很重要大多存在球蛋白分子表面生物化学由四个氨基酸残基组成,弯曲处的第一个氨基酸残基的-C=O和第四个残基的–N-H之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。生物化学没有共同规律的空间结构,无序构象总称,也象其他二级结构一样是明确而稳定的结构，这类结构常构成酶活性部位和其他一些蛋白质特异的功能部位。4.无规卷曲（randomcoil）H2NCOOH生物化学无规则卷曲示意图细胞色素C的三级结构无规则卷曲生物化学核糖核酸酶分子中的二级结构

β-折叠β-转角无规卷曲α-螺旋生物化学(三)蛋白质的三级结构1.概念蛋白质的三级结构是指在二级结构基础上，多肽链再进一步折叠盘绕成更复杂的空间结构.包括由主链和侧链原子在空间排布所形成的全部分子结构.生物化学由于多肽链进一步盘曲折叠使得多肽链长轴缩短而成球状或椭圆形生物化学一些在一级结构上相距很远的R基团经过折叠后在空间结构上可以相互靠近形成能发挥生物学功能的特定区域如酶的活性中心.生物化学2、三级结构的特点亲水基团位于分子表面疏水R-侧链内裹形成疏水分子内核分子内部形成疏水键和氢键等维持空间结构分子表面有空穴（裂沟、凹槽或口袋等）往往是活性中心生物化学

蛋白质的三级结构研究最早的肌红蛋白，肌红蛋白是哺乳动物肌肉中运输氧的蛋白质，由一条多肽链构成，有153个氨基酸残基和一个血红素辅基生物化学鲸肌红蛋白生物化学(四)蛋白质的四级结构

两个或以上的具有独立三级结构的多肽链集结,并经非共价键缔合而成的蛋白质空间结构.

具有独立三级结构的多肽链称为亚基.生物化学一般来说亚基不具有生物活性，即使有也很小，只有当这些亚基聚合成一个完整的蛋白质分子后，才具有生物活性。如血红蛋白生物化学血红蛋白是由四个亚基组成，2个α-亚基，2个β-亚基，每个亚基由一条多肽链与一个血红素辅基组成。４个亚基以正四面体的方式排列，彼此之间以非共价键相连（主要是离子键、氢键）

。生物化学生物化学三蛋白质分子结构与功能的关系(一)蛋白质分子一级结构和功能的关系一级结构不同，生物学功能各异生物化学蛋白质分子中关键活性部位氨基酸残基的改变会影响其生理功能甚至造成分子病生物化学生物化学

仅仅由于这一点微细的差别，就使患者的红血球在氧气缺乏时呈镰刀状，易胀破发生溶血，运氧机能降低，引起头昏，胸闷等贫血症状。HbAβ-链：Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…HbSβ-链：Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…生物化学促肾上腺皮质激素或胰岛素促肾上腺皮质激素（ACTH），由39个氨基酸残基组成，不同种属动物的ACTH，其N—端1~24的氨基酸残基相同，若切去25~39片段，余下1~24肽仍具有全部活性，若在N—末端切去一个氨基酸，反而会使活性明显降低。这表明1~24肽是ACTH的“关键”部分。生物化学非关键部位氨基酸残基的改变或缺失不影响生物活性用化学法合成ACTH时，只需合成有活性的24肽即可，不必合成39肽。生物化学一级结构中“关键部分”相同，功能也相同不同来源的胰岛素都是由A链（21个氨基酸）和B链（30个氨基酸）组成，其氨基酸的种类和顺序不完全相同，但都具有同样的降血糖的作用。生物化学对胰岛素的一级结构的研究发现，组成胰岛素的51个氨基酸中，有22个氨基酸残基恒定不变，其中多数为带有疏水侧链的非极性氨基酸，分子中6个半胱氨酸的数量和排列位置也恒定不变。生物化学三对二硫键使不同来源的胰岛素具有相同的空间构象

生物化学这些恒定不变的氨基酸和形成三对二硫键的半胱氨酸是维持胰岛素分子空间构象的“关键”部分，而那些可变的氨基酸残基对形成和稳定胰岛素分子的空间构象不起决定作用，故不影响其生物活性。生物化学(二)蛋白质分子空间结构和功能的关系空间结构与生理功能密切相关生物化学酶的特异性生物化学蛋白质的变构现象

一些蛋白质由于受某些因素的影响，其一级结构不变而空间构象发生一定的变化，导致其生物学功能的改变，称为蛋白质的变构效应或别构效应。变构现象是蛋白质表现其生物学功能的一种普遍而十分重要的现象，也是调节蛋白质生物学功能的极有效的方式。

生物化学血红蛋白的别构效应血红蛋白的四聚体，具有稳定的高级结构，和氧的亲和力很弱，但当氧和血红蛋白分子中的一个亚基血红素铁结合后，即引起该亚基的构象发生改变，一个亚基构象的改变又会引起另外三个亚基相继发生变化，亚基间的次级键被破坏，结果整个分子的构象发生改变，使所有亚基血红素铁原子的位置都变得适宜于与氧结合，所以血红蛋白与氧结合的速度大大加快。生物化学第三节蛋白质的重要理化性质一、蛋白质两性电离和等电点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。生物化学受蛋白质自身可解离基团的性质、数量、溶液pH影响生物化学PI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。蛋白质溶液的pH大于等电点时，该蛋白质颗粒带负电荷，反之则带正电荷。可以用来分离蛋白质生物化学蛋白质的电泳生物化学几种蛋白质的等电点每种蛋白质都有其特有的等电点——分离、鉴定等电点和蛋白质分子中所含氨基酸的种类有关生物化学二、蛋白质的亲水胶体性质

蛋白质属于生物大分子，分子量可自1万至100万其分子的直径可达1～100nm，为胶粒范围之内。生物化学蛋白质胶体稳定的因素颗粒表面电荷水化膜破坏其中一个就可导致蛋白质析出生物化学+++++++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生物化学检验蛋白质方法加入生物碱：蛋白质可与生物碱试剂(如苦味酸、鞣酸)结合成不溶性的盐沉淀生物化学中草药加入三氯醋酸生物化学临床检验磺柳酸检验尿中蛋白质2-羟基-5-磺基苯甲酸生物化学蛋白质分子不能通过半透膜生物化学利用透析可以把蛋白质与小分子化合物分开生物化学三、蛋白质的变性

在某些物理和化学因素作用下，蛋白质三维构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。变性的本质是次级键的破坏（包括二硫键），不改变蛋白质的一级结构。生物化学(一)蛋白质变性的本质及特点生物化学导致蛋白质变性的因素

物理因素：加热、高压、剧烈搅拌、超声波、紫外照射等化学因素：酸、碱、有机溶剂（苯酚、乙醚等）、变性剂（尿素、盐酸胍等）、去垢剂（SDS：十二烷基硫酸钠）、重金属盐等生物化学蛋白质复性(renaturation)

变性时间短、变性程度轻的情况下，在适合条件下蛋白在去除变性因素后可重新恢复到天然构象，恢复其生物活性，这种现象称为蛋白质的复性。

生物化学

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，无活性生物化学生物活性丧失。理化性质变化：溶解度下降或易于沉淀。变性使得埋藏在分子内部的侧链基团暴露出来，易被蛋白酶水解。

变性蛋白质的特性生物化学(二)蛋白质变性理论在实践中的应用应用防止变性杀菌消毒变性与别构生物化学四蛋白质的颜色反应和紫外吸收光谱(一)双缩脲反应生物化学

双缩脲

加热＋NH322H－1800双缩脲22222生物化学双缩脲反应:碱性环境

H2OO=CC=OHNNHR-CHCH-RO=CCuC=OHNNHR-CHCH-RH2O

紫色络合物生物化学(二)酚试剂反应Folin—酚试剂由甲试剂和乙试剂组成。甲试剂由碳酸钠，氢氧化钠，硫酸铜及酒石酸钾钠组成。蛋白质中的肽键在碱性条件下，与酒石酸钾钠铜盐溶液起作用，生成紫红色络合物。生物化学乙试剂是由磷钼酸和磷钨酸，硫酸，溴等组成。此试剂在碱性条件下，易被蛋白质中酪氨酸的酚基还原呈蓝色反应，其色泽深浅与蛋白质含量成正比。此法也适用于测定酪氨酸和色氨酸的含量。

本法可测定范围是25—250ug蛋白质。

生物化学(三)蛋白质紫外吸收

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280nm波长处有特征性吸收峰。生物