生物化学-蛋白质.

生物化学主讲教师：秦海峰1.生物化学的概念及研究内容生物化学的定义：生物化学（biochemistry）：是利用化学的理论和方法研究生命现象的一门学科。生物化学的分类：①根据研究对象分为：动物生物化学、植物生物化学、微生物生物化学等。②根据研究目的分为：医学生化、农业生化、工业生化、环境生化和营养生化等。细胞的分类和结构施旺指出：“细胞是有机体，整个动物或植物体乃是细胞的集合体。它们依照一定的规律排列在动物体内。”在此基础上他们创立了细胞学说。•原核生物（无细胞器、无核仁核膜）•真核生物生物体的化学组成自然界所有的生命物体都由三类物质组成：水、无机离子和生物分子生命体的元素组成生命与非生命物质在化学组成上有很大的差异，然而组成生命物质的元素都是存在于非生命界的元素。元素周期表中各种元素在生命机体中的丰度氢、氧、碳和氮硫和磷钾、钠、氯、钙与镁其他微量元素生物分子生物分子是生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。生物分子的主要类型包括：1）生物大分子(4种)——糖、脂、核酸、蛋白质2）基本生物分子单糖、脂肪酸、甘油、嘌呤碱(嘧啶碱)、氨基酸(20种)3)生物小分子：CO2、H2O、NH3、O2N2CO2H2O单体生物大分子细胞器细胞细胞生物分子是分级的生物化学研究的主要内容1生物体的化学组成——生物大分子高等生物体主要由蛋白质、核酸、糖类、脂类以及水、无机盐等组成，此外还含有一些低分子物质，如维生素、激素、氨基酸、多肽、核苷酸及一些分解产物。2新陈代谢新陈代谢是生命活动过程中化学变化的总称。包括生物体与外界环境进行物质交换和能量交换的过程。其中，中间代谢过程是在细胞内进行的，最为复杂的化学变化过程，它包括合成代谢，分解代谢，物质互变，代谢调控，能量代谢几方面的内容。3基因的复制、表达及调控•遗传信息传递的“中心法则”，可以说是分子生物学的中心法则。•DNA复制与修复、•RNA生物合成（转录）•蛋白质生物合成（翻译）•代谢调节（包括一些生物大分子的互相作用，如蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸、核酸与核酸间的作用）分子遗传的中心法则蛋白质第二章StructureandFunctionofProtein什么是蛋白质?蛋白质(protein)是由许多氨基酸(aminoacids)通过肽键(peptidebond)相连形成的高分子含氮化合物。Protein——来自希腊字母，意思是“头等重要的，原始的”蛋白质——来源于对蛋清（清蛋白）的研究分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。1）有机体的组成成分2）酶的生物催化作用一、蛋白质的生物学功能第一节蛋白质的生物功能、化学组成及其分类3）参与运输贮存的作用血红蛋白——运输氧铜蓝蛋白——运输铜铁蛋白——贮存铁膜转运蛋白4）贮藏功能卵清蛋白（蛋类）醇溶蛋白和谷蛋白（种子）5）运动与支持机体的结构蛋白：头发、骨骼、牙齿、肌肉等6）免疫保护作用抗原抗体反应免疫球蛋白的结构抗原抗体的作用7）调控作用参与基因调控：组蛋白、阻遏蛋白、转录因子等参与代谢调控：如激素或生长因子等8）参与细胞间信息传递视蛋白、味蛋白信号传导中的受体、信息分子等二、组成蛋白质的元素有些蛋白质还含有少量的P、Fe、Cu、Mn、Zn、Se、I等。C50~55%H6~7%O21~24%N15~17%S0~4%主要元素组成各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数×6.25×1001/16%蛋白质元素组成的特点凯氏定氮法：三蛋白质的分类按照蛋白质的外形可分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。球状蛋白质：globularprotein外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类。纤维状蛋白质：fibrousprotein分子类似纤维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质。1.依据蛋白质的外形分类纤维状蛋白质的类型不溶性(硬蛋白)可溶性角蛋白胶原蛋白弹性蛋白肌球蛋白纤维蛋白原2依据蛋白质的组成分类按照蛋白质的组成，可以分为简单蛋白(simpleprotein)结合蛋白(conjugatedprotein)简单蛋白又称为单纯蛋白质；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：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，谷蛋白和醇溶谷蛋白：植物蛋白，不溶于水和盐溶液，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。第二节氨基酸氨基酸——组成蛋白质的基本单位存在自然界中的氨基酸有180余种，但组成人体蛋白质的基本氨基酸仅有20种H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H一、氨基酸的结构特点二、氨基酸的结构与分类基本氨基酸(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)。构成蛋白质的氨基酸均属L-型氨基酸的构型1.常见氨基酸基本氨基酸中，除脯氨酸外其余均属于L-α-氨基酸。COOH│H2N—C—H│R例外：Pro——亚氨基酸Gly——没有手性*要求：掌握20种氨基酸的中文名称、英文名称缩写符号（三字符）、特殊侧链结构。(一)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、Arg②芳香族氨基酸：Phe、Tyr、Trp③杂环氨基酸：His、Pro氨基酸的分类脂肪族氨基酸杂环族氨基酸-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3半胱氨酸+胱氨酸二硫键-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3芳香族氨基酸碱性氨基酸酸性氨基酸及其酰胺（二）按酸碱性质，分成3类：①中性氨基酸：②酸性氨基酸：Glu、Asp③碱性氨基酸：Lys、Arg、His1.非极性疏水性氨基酸2.极性中性氨基酸3.酸性氨基酸4.碱性氨基酸（三）分类依据R侧链基团的结构及理化性质的不同氨基酸的分类1.非极性疏水性氨基酸：8种Ala,Val,Leu,Ile,Phe,Trp,Met,Pro特点：R基团不表现极性，为疏水性，呈中性。非极性R基氨基酸吲哚基团2.极性中性氨基酸：7种Gly,Ser,Tyr,Cys,Asn,Gln,Thr特点：R基团有极性，具亲水性，但不解离或少解离，呈中性。含羟基：Ser、Thr、Tyr含巯基：Cys含酰胺基：Asn、Gln——侧链基团在中性溶液中解离后带负电荷。3.酸性氨基酸Glu，Asp天冬氨酸asparticacidAspD2.97谷氨酸glutamicacidGluE3.224.碱性氨基酸His，Arg，Lys——侧链基团在中性溶液中解离后带正电荷。组氨酸His（H）7.59赖氨酸Lys（K）9.74精氨酸Arg（R）10.762.稀有氨基酸这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。NHHOCOOH4-羟基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHOHNH25-羟基赖氨酸NH2CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH6-N-甲基赖氨酸HOIICH2CHCOOHNH23,5-二碘酪氨酸结缔组织中最丰富的蛋白质胶原蛋白含有大量4-羟脯氨酸和5-羟赖氨酸。6-N-甲基赖氨酸（存在于肌球蛋白中）Tyr的衍生物3.5-二碘酪氨酸、甲状腺素（存在于甲状腺蛋白中）3.非蛋白质氨基酸不组成蛋白质，但有生理功能（1）L-型α–氨基酸的衍生物L-瓜氨酸、L-鸟氨酸是尿素循环的中间物（2）D-型氨基酸D-Glu、D-Ala（肽聚糖中）、D-Phe（短杆菌肽S）（3）β-、γ-、δ-氨基酸β-Ala（泛素的前体）、γ-氨基丁酸（神经递质）。指示:删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:•在Word中创建文档.•返回PowerPoint•在“插入”菜单中选择“对象...”•单击“从文件创建”•定位“文件”框中的文件名•确认选中“显示为图标”。•单击“确定”•选择图标•从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置”•单击“对象动作”，并选择“编辑”•单击“确定”（四）分类依据根据生物体的需要，可将氨基酸分为必需氨基酸氨基酸的分类Lys、ValIleLeupheMetTrpThr非必需氨基酸人体必需氨基酸有八种：MetTrpLysValIleLeuPheThr“假设来借一两本书”习题重要氨基酸的特征AA的三字母、单字母符号名词解释：稀有氨基酸、非蛋白质氨基酸用三字母形式列出其侧链符合下列要求的氨基酸（1）含有一个羟基（2）含有一个酰胺基（3）含有一个具有芳香族性质的基团（4）含有分支的脂肪族烃链（5）含有硫下列对氨基酸叙述错误的是1.赖氨酸和精氨酸都是碱性氨基酸2.谷氨酸和天冬氨酸个含有两个氨基3.丝氨酸和酪氨酸均含羟基4.缬氨酸和亮氨酸均属于支链氨基酸5.苯丙氨酸和酪氨酸均含有苯环1.使蛋白质和酶分子显示巯基的氨基酸是A.蛋氨酸B.胱氨酸C.半胱氨酸D.谷氨酸E.赖氨酸2.蛋白质分子引起280nm光吸收的最主要成分是A.肽键B.半胱氨酸的-SH基C.苯丙氨酸的苯环D.色氨酸的吲哚环E.组氨酸的咪唑环3.天然蛋白中不存在的氨基酸是A.半胱氨酸B.瓜氨酸C.脯氨酸D.蛋氨酸E.丝氨酸4.以下哪一种氨基酸不具备不对称碳原子A.甘氨酸B.丝氨酸C.半胱氨酸D.苏氨酸E.丙氨酸5.下列氨基酸不含极性侧链的是A.丝氨酸B.苏氨酸C.亮氨酸D.酪氨酸E.半胱氨酸6.在生理pH下，下列哪一种是带正电荷的氨基酸A.半胱氨酸B.谷氨酸C.赖氨酸D.色氨酸E.缬氨酸7.下面哪一种氨基酸是前体掺入多肽后才合成的A.脯氨酸B.赖氨酸C.羟脯氨酸D.谷氨酸E.丝氨酸三、氨基酸的性质1）高熔点一般在200℃以上2）一般均溶于水，溶于强酸、强碱；不溶于有机溶剂。3）不同的氨基酸其味不同，有的无味，有的味甜，有的味苦，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。1.一般物理性质两性解离及等电点氨基酸在晶体和水溶液中主要以兼性离子形式存在，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。-H++H+-H++H+CHNH2COOHRCHNH2COOHRCHNH3+COO-RCHNH3+COO-RCHNH2COO-RCHNH2COO-RCHCOOHRNH3+CHCOOHRNH3+pHpI阳离子pH=pI氨基酸的兼性离子pHpI阴离子2.氨基酸的酸碱性质（重点）H2CO3的x-pH图1.00.50.0024681012pHxH2CO3HCO3-CO32-H2CO3HCO3-CO32-6.38pKa110.25pKa2△pKa=3.87pHA+A0A-酸碱滴定曲线Ka1代表氨基酸羧基解离情况。pKa1等于羧基解离一半时的pH值。Ka2代表氨基酸氨基解离情况。pKa2等于氨基解离一半时的pH值。等电点(isoelectricpoint,pI)氨基酸、多肽等两（兼）性电解质在溶液中所携带