生物化學(xué)（全套課件424p）

1、,蛋白質(zhì)存在于所有的生物細胞中，是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)。蛋白質(zhì)是生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，它參與了幾乎所有的生命活動過程。,第一章 蛋白質(zhì)(Protein),第一節(jié) 概 述,,一、蛋白質(zhì)的定義 蛋白質(zhì)：是一切生物體中普遍存在的，由天然氨基酸通過肽鍵連接而成的生物大分子；其種類繁多，各具有一定的相對分子質(zhì)量，復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)和特定的生物功能；是表達生物遺傳性狀的一類主要物質(zhì)。 二、蛋白質(zhì)在生

2、命中的重要性 早在1878年，思格斯就在《反杜林論》中指出：“生命是蛋白體的存在方式，這種存在方式本質(zhì)上就在于這些蛋白體的化學(xué)組成部分的不斷的自我更新?！?可以看出，第一，蛋白體是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)；第二，生命是物質(zhì)運動的特殊形式，是蛋白體的存在方式；第三，這種存在方式的本質(zhì)就是蛋白體與其外部自然界不斷的新陳代謝?，F(xiàn)代生物化學(xué)的實踐完全證實并發(fā)展了恩格斯的論斷,,1.蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)必不可少的重要成分,蛋白質(zhì)占干重

3、 人體中（中年人） 人體 45% 水55% 細菌 50%~80% 蛋白質(zhì)19% 真菌 14%~52% 脂肪19% 酵母菌 14%~50% 糖類＜1% 白地菌50% 無機鹽7%,2.蛋白質(zhì)是一

4、種生物功能的主要體現(xiàn)者,（1）酶的催化作用 （2）調(diào)節(jié)作用(多肽類激素) （3）運輸功能 （4）運動功能 （5）免疫保護作用(干擾素) （6）接受、傳遞信息的受體 （7）毒蛋白,,,3.外源蛋白質(zhì)有營養(yǎng)功能，可作為生產(chǎn)加工的對象.,三、蛋白質(zhì)的組成,1.元素組成 蛋白質(zhì)是一類含氮有機化合物，除含有碳、氫、氧外，還有氮和少量的硫。某些蛋白質(zhì)還含有其他一些元素，主要是磷、鐵、碘、

5、碘、鋅和銅等。這些元素在蛋白質(zhì)中的組成百分比約為： 碳 50％ 氫 7％ 氧 23％ 氮 16% 硫 0—3％ 其他 微 量,,,,氮占生物組織中所有含氮物質(zhì)的絕大部分。因此，可以將生物組織的含氮量近似地看作蛋白質(zhì)的含氮量。由于大多數(shù)蛋白質(zhì)的含氮量接近于16%，所以，可以根據(jù)生物樣品中的含氮量來計算蛋白質(zhì)的大概含量,,★蛋白質(zhì)含量的測定： 凱氏定

6、氮法 (測定氮的經(jīng)典方法) 優(yōu)點：對原料無選擇性，儀器簡單， 方法也簡單； 缺點：易將無機氮(如核酸中的氮) 都歸入蛋白質(zhì)中,不精確。 一般，樣品含氮量平均在16%，取其倒數(shù)100/16=6.25，即為蛋白質(zhì)換算系數(shù)，其含義是樣

7、品中每存在1g元素氮，就說明含有6.25g 蛋白質(zhì)）；故： ※ 蛋白質(zhì)含量=氮的量×100/16×6.25,,除了上法外，還有 紫外比色法 雙縮脲法 Folin—酚 考馬斯亮蘭G—250比色法（條件：蛋白質(zhì)必須是可溶的）,2.化學(xué)組成（兩種類型） 單純蛋白質(zhì)：水解為 α-氨基酸 結(jié)合蛋白質(zhì)=單純蛋白質(zhì)+輔基,,

8、,,,第二節(jié) 氨基酸化學(xué),一、氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類,,(2). 除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的α-碳原子都為不對稱碳原子,所以：A.氨基酸都具有旋光性。B.每一種氨基酸都具有D-型和L-型兩種立體異構(gòu)體。目前已知的天然蛋白質(zhì)中氨基酸都為L-型。,1.氨基酸的結(jié)構(gòu) 氨基酸是蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物，是組成蛋白質(zhì)的基本單位。從蛋白質(zhì)水解物中分離出來的氨基酸有二十種，除脯氨酸和羥脯氨酸外，這些天然氨基酸在結(jié)構(gòu)上的共同特點

9、為：,(1). 與羧基相鄰的α-碳原子上都有一個氨基，因而稱為α-氨基酸,COOHH2N CH α-碳原子基團 R R基團,,,,,,α-氨基酸基本結(jié)構(gòu)通式,,2.常見氨基酸的分類,中性AA（1）按R基團的酸堿性分 酸性AA

10、 堿性AA（2）按R基團的 疏水性R基團AA 電性質(zhì)分 不帶電荷極性R基團的AA 帶電荷R基團的AA,脂肪族A（3）按R基團的化學(xué)結(jié)構(gòu)分 芳香族AA 雜環(huán)族AA,,,,,,,,,,,3.構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸,,,4.人體所需的八種必

11、需氨基酸 賴氨酸(Lys) 纈氨酸(Val) 蛋氨酸(Met) 色氨酸(Try) 亮氨酸(Leu) 異亮氨酸(Ile) 酪氨酸(Thr) 苯丙氨酸(Phe) 嬰兒時期所需: 精氨酸(Arg)、組氨酸(His) 早產(chǎn)兒所需：色氨酸(Try)、半胱氨酸(Cys),５.幾種重要的不常見氨基酸　　在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為不常見蛋白質(zhì)氨基酸。這

12、些氨基酸都是由相應(yīng)的基本氨基酸衍生而來的。其中重要的有4-羥基脯氨酸、5-羥基賴氨酸、N-甲基賴氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。這些不常見蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)如下,,,二.氨基酸的重要理化性質(zhì)1.一般物理性質(zhì) 常見氨基酸均為無色結(jié)晶,其形狀因構(gòu)型而異,溶解性：各種氨基酸在水中的溶解度差別很大，并能溶解于稀酸或稀堿中，但不能溶解于有機溶劑。通常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出。 (2) 熔點：氨基酸的熔點極高，一般在200℃

13、以上。(3) 味感：其味隨不同氨基酸有所不同，有的無味、有的為甜、有的味苦，谷氨酸的單鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋轉(zhuǎn)，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+）表示。(5)光吸收：構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，但在遠紫外區(qū)(<220nm)均有光吸收。在近紫外區(qū)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。,,酪氨酸的?ma

14、x＝275nm，?275=1.4x103;苯丙氨酸的?max＝257nm，?257=2.0x102;色氨酸的?max＝280nm，?280=5.6x103;,,2.氨基酸的離解性質(zhì)氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以游離的羧基或氨基形式存在，而是離解成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質(zhì)子化(-NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)(-COO-)存在。在不同的pH條件下，兩性離子的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化,PH 1

15、 7 10凈電荷 +1 0

16、-1 正離子 兩性離子 負離子 等電點PI,,3.氨基酸的等電點,當(dāng)溶液濃度為某一pH值時，氨基酸分子中所含的-NH3+和-C

17、OO-數(shù)目正好相等，凈電荷為0。這一pH值即為氨基酸的等電點，簡稱pI。在等電點時，氨基酸既不向正極也不向負極移動，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。 側(cè)鏈不含離解基團的中性氨基酸，其等電點是它的pK’1和pK’2的算術(shù)平均值：pI = (pK’1 + pK’2 )/2 同樣，對于側(cè)鏈含有可解離基團的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK’值的算術(shù)平均值。 酸性氨基酸：pI = (pK’1 + pK

18、’R-COO- )/2 鹼性氨基酸：pI = (pK’2 + pK’R-NH2 )/2,4.氨基酸的化學(xué)性質(zhì),(1)與茚三酮的反應(yīng)（顏色反應(yīng)）,,氨基酸與水合茚三酮共熱，發(fā)生氧化脫氨反應(yīng)，生成NH3與酮酸。水合茚三酮變?yōu)檫€原型茚三酮。加熱過程中酮酸裂解，放出CO2，自身變?yōu)樯僖粋€碳的醛。水合茚三酮變?yōu)檫€原型茚三酮。NH3與水合茚三酮及還原型茚三酮脫水縮合，生成藍紫色化合物。,★,★,★,反應(yīng)要點A.該反應(yīng)由NH2與C

19、OOH共同參與B.茚三酮是強氧化劑C.該反應(yīng)非常靈敏，可在570nm測定吸光值D. 測定范圍：0.5~50µg/ml E.脯氨酸與茚三酮直接生成黃色物質(zhì)（不釋放NH3）應(yīng)用：A.氨基酸定量分析（先用層析法分離）B.氨基酸自動分析儀： 用陽離子交換樹脂，將樣品中的氨基酸分離，自動定性定量，記錄結(jié)果。,,(2)與甲醛反應(yīng),,反應(yīng)特點A.為α- NH2的反應(yīng)B.在常溫，中性條件，甲醛與α- NH2很快反應(yīng)，

20、生成羥甲基衍生物，釋放氫離子。應(yīng)用：氨基酸定量分析—甲醛滴定法（間接滴定）A.直接滴定，終點pH過高（12），沒有適當(dāng)指示劑。B.與甲醛反應(yīng)，滴定終點在9左右，可用酚酞作指示劑。C.釋放一個氫離子，相當(dāng)于一個氨基（摩爾比1：1）D.簡單快速，一般用于測定蛋白質(zhì)的水解速度。(3) 與2,4-二硝基氟苯（DNFB）反應(yīng),,反應(yīng)特點A.為α- NH2的反應(yīng)B.氨基酸α- NH2的一個H原子可被烴基取代(鹵代烴)C.在弱堿

21、性條件下，與DNFB發(fā)生芳環(huán)取代，生成二硝基苯氨基酸應(yīng)用：鑒定多肽或蛋白質(zhì)的N-末端氨基酸A.雖然多肽側(cè)鏈上的ε- NH2、酚羥基也能與DNFB反應(yīng)，但其生成物，容易與α- DNP氨基酸區(qū)分和分離,,★首先由Sanger應(yīng)用，確定了胰島素的一級結(jié)構(gòu)A.B.水解DNP-肽，得DNP-N端氨基酸及其他游離氨基酸C.分離DNP-氨基酸D.由Edman于1950年首先提出為α- NH2的反應(yīng)用于N末端分析，又稱Edman降

22、解法,肽分子與DNFB反應(yīng)，得DNP-肽,層析法定性DNP-氨基酸，得出N端氨基酸的種類、數(shù)目,(4)與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應(yīng),,Edman （苯異硫氰酸酯法）氨基酸順序分析法實際上也是一種N-端分析法。此法的特點是能夠不斷重復(fù)循環(huán)，將肽鏈N-端氨基酸殘基逐一進行標記和解離。,,肽鏈（N端氨基酸）與PITC偶聯(lián)，生成PTC-肽環(huán)化斷裂：最靠近PTC基的肽鍵斷裂，生成PTC-氨基酸和少 一殘基的肽鏈，同時P

23、TC-氨基酸環(huán)化生成PTH-氨基酸分離PTH-氨基酸層析法鑒定Edman降解法的改進方法--- DNS-Edman降解法用DNS(二甲基萘磺酰氯)測定N端氨基酸原理DNFB法相同但水解后的DNS-氨基酸不需分離，可直接用電泳或?qū)游龇ㄨb定由于DNS有強烈熒光，靈敏度比DNFB法高100倍，比Edman法高幾到十幾倍可用于微量氨基酸的定量,,用Edman降解法提供逐次減少一個殘基的肽鏈靈敏度提高，能連續(xù)測定。多肽順序自動

24、分析儀樣品最低用量可在5pmol,（5）與熒光胺的反應(yīng) α- NH2的反應(yīng)氨基酸定量,,（6）與5,5’-雙硫基-雙(2-硝基苯甲酸)反應(yīng)-SH的反應(yīng)測定細胞游離- SH的含量,（7）其他反應(yīng)成鹽、成酯、成肽、脫羧反應(yīng),第三節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu),,蛋白質(zhì)是由一條或多條多肽(polypeptide)鏈以特殊方式結(jié)合而成的生物大分子。蛋白質(zhì)與多肽并無嚴格的界線，通常是將分子量在6000道爾頓以上的多肽稱為蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)分

25、子量變化范圍很大, 從大約6000到1000000道爾頓甚至更大,一.基本問題---肽一個氨基酸的氨基與另一個氨基酸的羧基之間失水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化合物稱為肽。由兩個氨基酸組成的肽稱為二肽，由多個氨基酸組成的肽則稱為多肽。組成多肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基。 1.多肽,,在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基酸順序通常在多肽鏈的一端含有一個游離的?-氨基，稱為氨基端或N-

26、端；在另一端含有一個游離的?-羧基，稱為羧基端或C-端。氨基酸的順序是從N-端的氨基酸殘基開始，以C-端氨基酸殘基為終點的排列順序。如上述五肽可表示為： Ser-Val-Tyr-Asp-Gln,,2.肽鍵,肽鍵的特點是氮原子上的孤對電子與羰基具有明顯的共軛作用。組成肽鍵的原子處于同一平面。肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。在大多數(shù)情況下，以反式結(jié)構(gòu)存在。,,3.天然存在的

27、重要多肽,在生物體中，多肽最重要的存在形式是作為蛋白質(zhì)的亞單位。但是，也有許多分子量比較小的多肽以游離狀態(tài)存在。這類多肽通常都具有特殊的生理功能，常稱為活性肽。如：腦啡肽；激素類多肽；抗生素類多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。,,+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- Met-腦啡肽

28、 Leu-腦啡肽,,二.蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu),1. 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)(Primary structure)包括： (1)組成蛋白質(zhì)的多肽鏈數(shù)目. (2)多肽鏈的氨基酸順序， (3)多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。 ★其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ)。,2.蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)的測定,蛋白質(zhì)氨基酸順序的測定是蛋白質(zhì)化學(xué)研究的基礎(chǔ)。自從1953年F.Sanger測定了胰島素的一級結(jié)構(gòu)以來，

29、現(xiàn)在已經(jīng)有上千種不同蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)被測定。(1) 測定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)的要求,A.樣品必需純（>97%以上）；B.知道蛋白質(zhì)的分子量；C.知道蛋白質(zhì)由幾個亞基組成；D.測定蛋白質(zhì)的氨基酸組成；并根據(jù)分子量計算每種氨基酸的個數(shù)。E.測定水解液中的氨量，計算酰胺的含量。,(2)測定步驟 ①多肽鏈的拆分：由多條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)分子，必須先進行拆分。幾條多肽鏈借助非共價鍵連接在一起，稱為寡聚蛋白質(zhì)，如，血紅蛋白為四聚

30、體，烯醇化酶為二聚體；可用8mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍處理，即可分開多肽鏈(亞基).,,②測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目：通過測定末端氨基酸殘基的摩爾數(shù)與蛋白質(zhì)分子量之間的關(guān)系，即可確定多肽鏈的數(shù)目。 ③二硫鍵的斷裂：幾條多肽鏈通過二硫鍵交聯(lián)在一起?？稍诳捎?mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍存在下，用過量的?-巰基乙醇處理，使二硫鍵還原為巰基，然后用烷基化試劑保護生成的巰基，以防止它重新被氧化?？梢酝ㄟ^加入鹽酸胍方法解離

31、多肽鏈之間的非共價力；應(yīng)用過甲酸氧化法或巰基還原法拆分多肽鏈間的二硫鍵。,,,★巰基的保護,④測定每條多肽鏈的氨基酸組成，并計算出氨基酸成分的分子比；⑤分析多肽鏈的N-末端和C-末端 ★末端氨基酸的測定：多肽鏈端基氨基酸分為兩類，N-端氨基酸和C-端氨基酸。在肽鏈氨基酸順序分析中，最重要的是N-端氨基酸分析法。末端氨基酸測定的主要方法有：,,二硝基氟苯（DNFB）法丹磺酰氯法:在堿性條件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以與N

32、-端氨基酸的游離氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸。此法的優(yōu)點是丹磺酰-氨基酸有很強的熒光性質(zhì)，檢測靈敏度可以達到1?10-9mol。,肼解法：此法是多肽鏈C-端氨基酸分析法。多肽與肼在無水條件下加熱，C-端氨基酸即從肽鏈上解離出來，其余的氨基酸則變成肼化物。肼化物能夠與苯甲醛縮合成不溶于水的物質(zhì)而與C-端氨基酸分離。,,氨肽酶法：氨肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的N-端逐個的向里水解。根基不同的反應(yīng)時間測出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數(shù)

33、量，按反應(yīng)時間和氨基酸殘基釋放量作動力學(xué)曲線，從而知道蛋白質(zhì)的N-末端殘基順序。最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸殘基為N-末端的肽鍵速度最大。羧肽酶法：羧肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的C-端逐個的水解。根基不同的反應(yīng)時間測出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數(shù)量，從而知道蛋白質(zhì)的C-末端殘基順序。目前常用的羧肽酶有四種：A,B,C和Y；A和B來自胰臟；C來自柑桔葉；Y來自面包酵母。羧肽酶A能水解除Pro,Arg和Lys以外的

34、所有C-末端氨基酸殘基；B只能水解Arg和Lys為C-末端殘基的肽鍵。,,⑥多肽鏈斷裂成多個肽段，可采用兩種或多種不同的斷裂方法將多肽樣品斷裂成兩套或多套肽段或肽碎片，并將其分離開來。多肽的選擇性降解的方法有：,,,,,,,,,,酶解法:胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜熱菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶化學(xué)法：溴化氰水解法，它能選擇性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽鍵。,⑦測定每個肽段的氨基酸順序。⑧確定肽段在多肽鏈中的次序：利用兩套或多套

35、肽段的氨基酸順序彼此間的交錯重疊，拼湊出整條多肽鏈的氨基酸順序。⑨確定原多肽鏈重二硫鍵的位置：一般采用胃蛋白酶處理沒有斷開二硫鍵的多肽鏈，再利用雙向電泳技術(shù)分離出各個肽段，用過甲酸處理后，將每個肽段進行組成及順序分析，然后同其它方法分析的肽段進行比較，確定二硫鍵的位置。,三.蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)1.蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的二級(Secondary)結(jié)構(gòu)是指肽鏈的主鏈在空間的排列,或規(guī)則的幾何走向、旋轉(zhuǎn)及折疊。它只涉及肽鏈

36、主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵。主要有?-螺旋、?-折疊、?-轉(zhuǎn)角。(1). ?-螺旋,在?-螺旋中肽平面的鍵長和鍵角一定,肽鍵的原子排列呈反式構(gòu)型,相鄰的肽平面構(gòu)成兩面角.①多肽鏈中的各個肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上升的距離即螺距為0.54nm,含3.6個氨基酸殘基；兩個氨基酸之間的距離0.15nm.②肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與軸平行，第一個氨基酸殘基的酰胺基團的-CO基與第四個氨基酸殘基酰胺基團

37、的-NH基形成氫鍵。③蛋白質(zhì)分子為右手?-螺旋。,左手和右手螺旋,,（2） ?-折疊 ?-折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列，通過鏈間的氫鍵交聯(lián)而形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒樁折疊構(gòu)象。①在?-折疊中，?-碳原子總是處于折疊的角上，氨基酸的R基團處于折疊的棱角上并與棱角垂直，兩個氨基酸之間的軸心距為0.35nm.② ?-折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的；也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。幾乎所有肽鍵都

38、參與鏈內(nèi)氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長軸接近垂直。③?-折疊有兩種類型。一種為平行式，即所有肽鏈的N-端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。,（3） ?-轉(zhuǎn)角　　在?-轉(zhuǎn)角部分，由四個氨基酸殘基組成.四個形成轉(zhuǎn)角的殘基中，第三個一般均為甘氨酸殘基．彎曲處的第一個氨基酸殘基的 -C=O 和第四個殘基的 –N-H 之間形成氫鍵，形成一個不很穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子中。,（４）自由回轉(zhuǎn)　　沒有一定規(guī)律

39、的松散肽鏈結(jié)構(gòu)，但仍是緊密有序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，通過主鏈間及主鏈與側(cè)鏈間氫鍵維持其構(gòu)象．不同的蛋白質(zhì)，自由回轉(zhuǎn)的數(shù)量和形式各不相同．分兩類：　　① 緊密環(huán)　?、?連接條帶,２．超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域（１）超二級結(jié)構(gòu)　　在蛋白質(zhì)分子中，由若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元組合在一起，彼此相互作用，形成有規(guī)則的、在空間上能辨認的二級結(jié)構(gòu)組合體。幾種類型的超二級結(jié)構(gòu)：α α；ββ；βαβ；βββ．　　★超二級結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)層次上高于二級結(jié)構(gòu)，但沒有聚集成具有

40、功能的結(jié)構(gòu)域．,α α,ββ,βαβ,（２）結(jié)構(gòu)域 　　　對于較大的蛋白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往由兩個或兩個以上相對獨立的三維實體締合而成三級結(jié)構(gòu)。這種相對獨立的三維實體就稱結(jié)構(gòu)域?！〗Y(jié)構(gòu)域通常是幾個超二級結(jié)構(gòu)的組合，對于較小的蛋白質(zhì)分子，結(jié)構(gòu)域與三級結(jié)構(gòu)等同，即這些蛋白為單結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域一般由100~200 個氨基酸殘基組成，但大小范圍可達 40~400 個殘基。氨基酸可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的．結(jié)構(gòu)域之間常形成裂隙，比

41、較松散，往往是蛋白質(zhì)優(yōu)先被水解的部位。酶的活性中心往往位于兩個結(jié)構(gòu)域的界面上．結(jié)構(gòu)域之間由“鉸鏈區(qū)”相連，使分子構(gòu)象有一定的柔性，通過結(jié)構(gòu)域之間的相對運動，使蛋白質(zhì)分子實現(xiàn)一定的生物功能。在蛋白質(zhì)分子內(nèi)，結(jié)構(gòu)域可作為結(jié)構(gòu)單位進行相對獨立的運動，水解出來后仍能維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，甚至保留某些生物活性．,★結(jié)構(gòu)域與功能域的關(guān)系：有時一個結(jié)構(gòu)域就是蛋白質(zhì)的功能域，但不總是．包含一個但通常是多個結(jié)構(gòu)域３．蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)　　蛋白質(zhì)的三

42、級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進一步盤旋、折疊，從而生成特定的空間結(jié)構(gòu)。包括主鏈和側(cè)鏈的所有原子的空間排布．一般非極性側(cè)鏈埋在分子內(nèi)部，形成疏水核，極性側(cè)鏈在分子表面．,４．蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)　　許多蛋白質(zhì)是由兩個或兩個以上獨立的三級結(jié)構(gòu)通過非共價鍵結(jié)合成的多聚體，稱為寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每個獨立三級結(jié)構(gòu)單元稱為亞基。蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是指亞基的種類、數(shù)量以及各個亞基在寡聚蛋白質(zhì)中的空間排布和亞基間的相互作用。如，血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)

43、得測定由佩魯茨1958年完成，其結(jié)構(gòu)要點為：球狀蛋白，寡聚蛋白，含四個亞基兩條α鏈，兩條β鏈，α2β2α 鏈：141個殘基； β鏈：146個殘基分子量65 000含四個血紅素輔基親水性側(cè)鏈基團在分子表面，疏水性基團在分子內(nèi)部,三．蛋白質(zhì)分子中的共價鍵與次級鍵　　　一級結(jié)構(gòu)→二級結(jié)構(gòu)→超二級結(jié)構(gòu)→結(jié)構(gòu)域→三級結(jié)構(gòu)→亞基→四級結(jié)構(gòu),維系蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)：肽鍵、二硫鍵維系蛋白質(zhì)分子的二級結(jié)構(gòu)：氫鍵維系蛋白質(zhì)分子的三級結(jié)構(gòu)

44、：疏水相互作用力、氫鍵、范德華力、鹽鍵維系蛋白質(zhì)分子的四級結(jié)構(gòu)：范德華力、鹽鍵,a鹽鍵（離子鍵 ） b氫鍵 c疏水相互作用力 d 范德華力 e二硫鍵 f 酯鍵,氫鍵、范德華力、疏水相互作用力、鹽鍵，均為次級鍵氫鍵、范德華力雖然鍵能小，但數(shù)量大疏水相互作用力對維持三級結(jié)構(gòu)特別重要鹽鍵數(shù)量小二硫鍵對穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象很重要，二硫鍵越多，蛋白質(zhì)分子構(gòu)象越穩(wěn)定,

45、離子鍵,氫鍵,范德華力,疏水相互作用力,第四節(jié) 蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,一.蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 研究蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系主要是：研究多肽鏈中不同部位的殘基與生物功能的關(guān)系。 進行這方面的研究常用的方法有：同源蛋白質(zhì)氨基酸順序相似性分析、氨基酸殘基的化學(xué)修飾及切割實驗等。 例1 鐮刀形貧血病患者血紅細胞合成了一種不正常的血紅蛋白（Hb-S）它與正常的血紅蛋白（Hb-A）的差別：僅

46、僅在于β鏈的N-末端第6位殘基發(fā)生了變化（Hb-A）第6位殘基是極性谷氨酸殘基，（Hb-S）中換成了非極性的纈氨酸殘基使血紅蛋白細胞收縮成鐮刀形，輸氧能力下降，易發(fā)生溶血這說明了蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的高度統(tǒng)一性,例2 一級結(jié)構(gòu)的局部斷裂與蛋白質(zhì)的激活 體內(nèi)的某些蛋白質(zhì)分子初合成時，常帶有抑制肽，呈無活性狀態(tài)，稱為蛋白質(zhì)原.蛋白質(zhì)原的部分肽鏈以特定的方式斷裂后，才變?yōu)榛钚苑肿?例：胰島素，在剛合成時，是一個比成熟

47、的胰島素分子大一倍多的單鏈多肽，稱為前胰島素原前胰島素原的N-末端有一段肽鏈，稱為信號肽.信號肽被切去，剩下的是胰島素原。胰島素原比胰島素分子多一段C肽，只有當(dāng)C肽被切除后才成為有51個殘基，分A、B兩條鏈的胰島素分子單體.,例3 同源蛋白 同源蛋白：是指在不同有機體中實現(xiàn)同一功能的蛋白質(zhì).同源蛋白中的一級結(jié)構(gòu)中有許多位置的氨基酸對所有種屬來說都是相同的，稱為不變殘基；其他位置的氨基酸稱可變殘基.不同種屬的可變殘基有

48、很大變化.可用于判斷生物體間親緣關(guān)系的遠近.例：細胞色素C60 個物種中，有 27 個位置上的氨基酸殘基完全不變，是維持其構(gòu)象中發(fā)揮特有功能所必要的部位，屬于不變殘基.可變殘基可能隨著進化而變異，而且不同種屬的細胞色素 C氨基酸差異數(shù)與種屬之間的親緣關(guān)系相關(guān)。親緣關(guān)系相近者，氨基酸差異少，反之則多（進化樹）.,黃色： 不變殘基（invariable residues）藍色 ： 保守氨基酸（conservative re

49、sidues）未標記：可變殘基（variable residues）,二.蛋白質(zhì)的構(gòu)象與功能的關(guān)系 別構(gòu)效應(yīng)：又稱變構(gòu)效應(yīng)，是指寡聚蛋白與配基結(jié)合，改變蛋白質(zhì)構(gòu)象，導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物活性改變的現(xiàn)象.它是細胞內(nèi)最簡單的調(diào)節(jié)方式.例：血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng)一個亞基與氧結(jié)合后，引起該亞基構(gòu)象改變進而引起另三個亞基的構(gòu)象改變整個分子構(gòu)象改變與氧的結(jié)合能力增加,第五節(jié) 蛋白質(zhì)的性質(zhì),一.蛋白質(zhì)的分子大小　　蛋白質(zhì)是分子量很大的生

50、物分子，相對分子質(zhì)量大于10 000.最高可達40 000 000（煙草花葉病毒）． 蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量的測定方法1.根據(jù)化學(xué)成分測定最小相對分子質(zhì)量 此法首先利用化學(xué)分析方法測定蛋白質(zhì)分子中某一特殊成分的百分含量然后，假定蛋白質(zhì)分子中該成分只有一個，據(jù)其百分含量可計算出最低相對分子質(zhì)量：最小相對分子質(zhì)量＝（已知成分的相對分子、原子質(zhì)量）/已知成分的百分含量如果蛋白質(zhì)分子中所含已知成分不是一個單位，則真實相對分子

51、質(zhì)量等于最小相對分子質(zhì)量的倍數(shù)。2. 超離心法在60 000～80 000r/min的高速離心力作用下，蛋白質(zhì)分子會沿旋轉(zhuǎn)中心向外周方向移動用光學(xué)方法測定界面移動的速度即為蛋白質(zhì)的離心沉降速度蛋白質(zhì)的沉降速度與分子大小和形狀有關(guān),沉降系數(shù)是溶質(zhì)顆粒在單位離心場中的沉降速度，用S表示。一個S單位，為1×10-13秒相對分子質(zhì)量越大，S值越大蛋白質(zhì)的沉降系數(shù)：1～200S 由沉降系數(shù)S可根據(jù)斯維得貝格〔S

52、vedberg〕方程計算蛋白質(zhì)分子的相對分子質(zhì)量： M=RST/D〔1－iρ〕 R：氣體常數(shù) T：絕對溫度 D：擴散系數(shù) ρ：溶劑的密度3.凝膠過濾法凝膠過濾所用介質(zhì)為凝膠珠，其內(nèi)部為多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)一定型號的凝膠網(wǎng)孔大

53、小一定，只允許相應(yīng)大小的分子進入凝膠顆粒內(nèi)部，大分子則被排阻在外洗脫時大分子隨洗脫液從顆粒間隙流下來，洗脫液體積?。恍》肿釉陬w粒網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中穿來穿去，歷程長，后洗脫下來，洗脫體積大測定蛋白質(zhì)分子量一般用葡聚糖，商品名：Sephadex,測得幾種標準蛋白質(zhì)的洗脫體積〔Ve〕以相對分子質(zhì)量對數(shù)（logM）對Ve作圖，得標準曲線再測出未知樣品洗脫體積〔Ve〕從標準曲線上可查出樣品蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量4.SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法

54、SDS:十二烷基硫酸鈉，變性劑普通蛋白質(zhì)電泳的泳動速率取決于荷質(zhì)比（凈電荷、大小、形狀）用SDS和巰基乙醇（打開二硫鍵）處理蛋白質(zhì)變性（肽鏈伸展）并與SDS結(jié)合，形成SDS-蛋白質(zhì)復(fù)合物不同蛋白質(zhì)分子的均帶負電（SDS帶負電）；且荷質(zhì)比相同（蛋白質(zhì)分子大，結(jié)合SDS多；分子小，結(jié)合SDS少）不同蛋白質(zhì)分子具有相似的構(gòu)象用幾種標準蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量的對數(shù)值對它們的遷移率作圖測出待測樣品的遷移率從標準曲線上查出樣品的相對分子

55、質(zhì)量,,★影響遷移率的主要因素凝膠的分子篩效應(yīng)對長短不同的棒形分子會 產(chǎn) 生不同的阻力〔主要因素〕凝膠的濃度和交聯(lián)度同一電泳條件下，分子小，受阻小，游動快，遷移率大。相對分子質(zhì)量大者，遷移率小★ 優(yōu)點：快速，樣品用量少，可同時測幾個樣品 缺點：誤差大，約為±10％（誤差主要來源于遷移距離的測量誤差）★ 此方法只能測得 亞基肽鏈的相對分子質(zhì)量二. 蛋白質(zhì)的兩性離解和電泳現(xiàn)象蛋白質(zhì)與多肽一樣，能夠發(fā)生兩性離

56、解，也有等電點。在等電點時(Isoelectric point pI)，蛋白質(zhì)的溶解度最小，在電場中不移動。在不同的pH環(huán)境下，蛋白質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)不同。在等電點偏酸性溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶負電荷，在電場中向正極移動；在等電點偏堿性溶液中，蛋白質(zhì)粒子帶正電荷，在電場中向負極移動。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)電泳(Electrophoresis)。,蛋白質(zhì)在等電點pH條件下，不發(fā)生電泳現(xiàn)象。利用蛋白質(zhì)的電泳現(xiàn)象，可以將蛋白質(zhì)進行分離純化。,三.蛋白質(zhì)的

57、膠體性質(zhì)由于蛋白質(zhì)的分子量很大，它在水中能夠形成膠體溶液。蛋白質(zhì)溶液具有膠體溶液的典型性質(zhì)，如丁達爾現(xiàn)象、布郎運動等。由于膠體溶液中的蛋白質(zhì)不能通過半透膜，因此可以應(yīng)用透析法將非蛋白的小分子雜質(zhì)除去。四.蛋白質(zhì)的沉淀作用蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性與它的分子量大小、所帶的電荷和水化作用有關(guān)。改變?nèi)芤旱臈l件，將影響蛋白質(zhì)的溶解性質(zhì)在適當(dāng)?shù)臈l件下，蛋白質(zhì)能夠從溶液中沉淀出來。,,,1.可逆沉淀(1)在溫和條件下，通過改變?nèi)芤旱膒H

58、或電荷狀況，使蛋白質(zhì)從膠體溶液中沉淀分離。(2) 在沉淀過程中，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都沒有發(fā)生變化，在適當(dāng)?shù)臈l件下，可以重新溶解形成溶液，所以這種沉淀又稱為非變性沉淀。(3)可逆沉淀是分離和純化蛋白質(zhì)的基本方法，如等電點沉淀法、鹽析法和有機溶劑沉淀法等。2.不可逆沉淀(1)在強烈沉淀條件下，不僅破壞了蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性，而且也破壞了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，產(chǎn)生的蛋白質(zhì)沉淀不可能再重新溶解于水。(2)由于沉淀過程發(fā)生了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的

59、變化，所以又稱為變性沉淀。(3)如加熱沉淀、強酸堿沉淀、重金屬鹽沉淀和生物堿沉淀等都屬于不可逆沉淀。五.蛋白質(zhì)的變性 蛋白質(zhì)的性質(zhì)與它們的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。某些物理或化學(xué)因素，能夠破壞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，引起蛋白質(zhì)理化性質(zhì)改變并導(dǎo)致其生理活性喪失。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性.,變性蛋白質(zhì)通常都是固體狀態(tài)物質(zhì)，不溶于水和其它溶劑，也不可能恢復(fù)原有蛋白質(zhì)所具有的性質(zhì)。所以，蛋白質(zhì)的變性通常都伴隨著不可逆沉淀。引起變性的主要因素是

60、熱、紫外光、激烈的攪拌以及強酸和強堿等。,六.蛋白質(zhì)的紫外吸收大部分蛋白質(zhì)均含有帶芳香環(huán)的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。這三種氨基酸的在280nm 附近有最大吸收。因此，大多數(shù)蛋白質(zhì)在280nm 附近顯示強的吸收。利用這個性質(zhì)，可以對蛋白質(zhì)進行定性鑒定。七.蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)1.雙縮脲反應(yīng)： 兩分子雙縮脲與堿性硫酸銅作用，生成粉紅色的復(fù)合物含有兩個或兩個以上肽鍵的化合物，能發(fā)

61、生同樣的反應(yīng)肽鍵的反應(yīng)，肽鍵越多顏色越深受蛋白質(zhì)特異性影響小蛋白質(zhì)定量測定；測定蛋白質(zhì)水解程度,,,,2.米倫氏反應(yīng)酪氨酸的顯色反應(yīng)（酚羥基反應(yīng)）米倫試劑為硝酸、亞硝酸、硝酸汞、亞硝酸汞的混合物蛋白溶液中，加入米倫試劑，產(chǎn)生白色沉淀，加熱后變成紅色3.乙醛酸反應(yīng)在蛋白質(zhì)溶液中加入HCOCOOH，將濃硫酸沿管壁緩慢加入，不使相混，在液面交界處，即有紫色環(huán)形成色氨酸的反應(yīng)（吲哚環(huán)的反應(yīng)）鑒定蛋白質(zhì)中是否含有色氨酸明膠中

62、不含色氨酸4.坂口反應(yīng)精氨酸的反應(yīng)（胍基的反應(yīng)）精氨酸與α-萘酚在堿性次氯酸鈉（或次溴酸鈉）溶液中發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生紅色產(chǎn)物鑒定蛋白質(zhì)中是否含有精氨酸定量測定精氨酸,5.福林試劑反應(yīng)酪氨酸、色氨酸的反應(yīng)（還原反應(yīng)）福林試劑：磷鉬酸-磷鎢酸 與雙縮脲法結(jié)合---Lowry法在堿性條件下，蛋白質(zhì)與硫酸銅發(fā)生反應(yīng)蛋白質(zhì)-銅絡(luò)合物，將福林試劑還原，產(chǎn)生磷鉬藍和磷鎢藍混合物靈敏度提高100倍6.茚三酮反應(yīng)靈敏度差7.黃蛋白

63、反應(yīng)濃硝酸與酪氨酸、色氨酸的反應(yīng)生成黃色化合物指甲、皮膚、毛發(fā)8.考馬斯亮藍G-250本身為紅色，與蛋白質(zhì)反應(yīng)呈藍色與蛋白的親和力強，靈敏度高1---1000微克/毫升,第六節(jié) 蛋白質(zhì)的分類,一. 依據(jù)蛋白質(zhì)的外形分類 按照蛋白質(zhì)的外形可分為球狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白質(zhì)。1.球狀蛋白質(zhì)：（globular protein）外形接近球形或橢圓形，溶解性較好，能形成結(jié)晶，大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于這一類。2.纖維狀蛋白質(zhì)(

64、fibrous protein)分子類似纖維或細棒。它又可分為可溶性纖維狀蛋白質(zhì)和不溶性纖維狀蛋白質(zhì)。二.依據(jù)蛋白質(zhì)的組成分類 按照蛋白質(zhì)的組成，可以分為1.簡單蛋白(simple protein) ：又稱為單純蛋白質(zhì)；這類蛋白質(zhì)只含由?-氨基酸組成的肽鏈，不含其它成分。（1）清蛋白和球蛋白：albumin and globulin廣泛存在于動物組織中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。（2）谷蛋白(g

65、lutelin)和醇溶谷蛋白(prolamin)：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀堿中，后者可溶于70－80％乙醇中。（3）精蛋白和組蛋白：堿性蛋白質(zhì)，存在與細胞核中。（4）硬蛋白：存在于各種軟骨、腱、毛、發(fā)、絲等組織中，分為角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白和絲蛋白。,2.結(jié)合蛋白(conjugated protein)：由簡單蛋白與其它非蛋白成分結(jié)合而成（1）色蛋白：由簡單蛋白與色素物質(zhì)結(jié)合而成。如血紅蛋白、葉綠蛋白和細胞色素等。

66、（2）糖蛋白：由簡單蛋白與糖類物質(zhì)組成。如細胞膜中的糖蛋白等。（3）脂蛋白：由簡單蛋白與脂類結(jié)合而成。 如血清?-，?-脂蛋白等。（4）核蛋白：由簡單蛋白與核酸結(jié)合而成。如細胞核中的核糖核蛋白等。（5）色蛋白：由簡單蛋白與色素結(jié)合而成。如血紅素、過氧化氫酶、細胞色素c等。（6）磷蛋白：由簡單蛋白質(zhì)和磷酸組成。如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、彈性蛋白、絲心蛋白等。,本章小節(jié),蛋白質(zhì)的生物學(xué)作用：功能蛋白、結(jié)構(gòu)蛋白蛋白質(zhì)的組成（元素組

67、成、化學(xué)組成）及蛋白質(zhì)含量的測定二十種氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類及名稱（三字縮寫符、單字縮寫符）氨基酸的重要理化性質(zhì)：兩性解離、茚三酮顯色、與2,4-二硝基氟苯（DNFB）反應(yīng)、與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應(yīng)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)：肽、肽鍵、活性多肽及一級結(jié)構(gòu)的測定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)：二級結(jié)構(gòu)單元（ ?-螺旋、?-折疊、 ?-轉(zhuǎn)角、自由回轉(zhuǎn)）、三級與四級結(jié)構(gòu)（超二級結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域、亞基）及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的性質(zhì)：大分子性質(zhì)、蛋白質(zhì)分子量

68、的測定（離心法、凝膠過濾法、SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法）、兩性解離（等電點、電泳、離子交換）、膠體性質(zhì)、蛋白質(zhì)沉淀（可逆沉淀、不可逆沉淀）、蛋白質(zhì)變性、紫外吸收及顏色反應(yīng)蛋白質(zhì)的分類：按外形及組成分類,第二章酶 (Enzyme),1.酶的概念 酶是一類由活性細胞產(chǎn)生的具有催化作用和高度專一性的特殊蛋白質(zhì)。簡單說，酶是一類由活性細胞產(chǎn)生的生物催化劑。,一、酶的概念,2.酶催化作用的特點(1) 酶和一般催化劑的共性：加快反

69、應(yīng)速度；不改變平衡常數(shù)；自身不參與反應(yīng)。(2) 酶催化作用特性：條件溫和：常溫、常壓、pH=7；高效率：反應(yīng)速度與不加催化劑相比可提高108～ 1020，與加普通催化劑相比可提高107～1013；專一性：即酶只能對特定的一種或一類底物起作用，這種專一性是由酶蛋白的立體結(jié)構(gòu)所決定的?？煞譃椋?絕對專一性：有些酶只作用于一種底物，催化一個反應(yīng)， 而不作用于任