生物化学课件

第一章蛋白质化学蛋白质的生物学意义蛋白质的元素组成蛋白质的氨基酸组成肽蛋白质的结构蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质的性质蛋白质的分类提要蛋白质是由许多不同的α-氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具有较稳定的构象并具有一定生物功能的大分子。一、蛋白质的生物学意义1.生物体的组成成分2.酶3.运输4.运动5.抗体6.干扰素7.遗传信息的控制8.细胞膜的通透性9.高等动物的记忆、识别机构二、蛋白质的元素组成C（50~55%）、H（6~8%）、O（20~23%）、N（15~18%）、S（0~4%）、…N的含量平均为16%——凯氏（Kjadehl）定氮法的理论基础凯氏定氮法是测定化合物或混合物中总氮量的一种方法。即在有催化剂的条件下，用浓硫酸消化样品将有机氮都转变成无机铵盐，然后在碱性条件下将铵盐转化为氨，随水蒸气馏出并为过量的酸液吸收，再以标准碱滴定，就可计算出样品中的氮量。由于蛋白质含氮量比较恒定，可由其氮量计算蛋白质含量，故此法是经典的蛋白质定量方法。三、蛋白质的氨基酸组成氨基酸是蛋白质的基本组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都由20种标准氨基酸（20standardaminoacids)组成。（一）氨基酸的结构通式：19种氨基酸具有一级氨基（-NH3+）和羧基（-COOH）结合到α碳原子（Cα），同时结合到（Cα）上的是H原子和各种侧链（R）；Pro具有二级氨基（α-亚氨基酸）不带电形式H2N—Cα—HCOOHR+H3N—Cα—HCOO-R两性离子形式Cα如是不对称C（除Gly），则：1.具有两种立体异构体[D-型和L-型]2.具有旋光性[左旋（-）或右旋（+）]氨基酸中含有的不是氨基而是亚氨基，称之为亚氨基酸,比如脯氨酸亚氨基酸（二）氨基酸的分类非极性疏水性氨基酸丙氨酸（Ala）、缬氨酸（Val）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、脯氨酸（Pro）、苯丙氨酸（Phe）、色氨酸（Trp）、蛋氨酸（Met）非电离极性氨基酸1）甘氨酸（Gly）丝氨酸（Ser）苏氨酸（Thr）半胱氨酸（Cys）酪氨酸（Tyr）天冬酰胺（Asn）谷氨酰胺（Gln）带负电【酸性】天冬氨酸（Asp）谷氨酸（Glu）带正电【碱性】赖氨酸（Lys）精氨酸（Arg）组氨酸（His）非极性R基团氨基酸不带电荷极性R基团氨基酸带电荷R基团氨基酸第二节、蛋白质的结构蛋白质是氨基酸以肽键相互连接的线性序列。在蛋白质中，多肽链折叠形成特殊的形状（构象）（conformation）。在结构中，这种构象是原子的三维排列，由氨基酸序列决定。蛋白质有四种结构层次：一级结构（primary），二级结构（secondary），三级结构（tertiary）和四级结构（quaternary）（不总是有）。（一）蛋白质的一级结构（化学结构）一级结构就是蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，即氨基酸的线性序列。在基因编码的蛋白质中，这种序列是由mRNA中的核苷酸序列决定的。一级结构中包含的共价键（covalentbonds）主要指肽键（peptidebond）和二硫键（disulfidebond）HPhe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr–Leu-Val-Cys-GlyGlu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-AlaOHB链15710151920212530HGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH15102015A链711621SSSS牛胰岛素的化学结构—S————S——核糖核酸酶的一级结构肽键的形成二肽；多肽；寡肽；肽——一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合而成的化合物。氨基酸之间脱水后形成的键称肽键（酰胺键）。（二）蛋白质的空间结构（构象、高级结构）——蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向。1.蛋白质的二级结构——指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式（1）α-螺旋（α-helix）Pauling和Corey于1965年提出。结构要点：1）螺旋的每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距离为0.54nm，每个残基沿轴旋转100°。2）每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基酸氨基上的氢形成氢键（hydrogenbond），氢键的走向平行于螺旋轴，所有肽键都能参与链内氢键的形成。—C—(NH—C—CO)3N—OHHR3.613(ns)α-螺旋的四种不同的表示形式（2）β-折叠结构（β-pleatedsheet）是一种肽链相当伸展的结构。肽链按层排列，依靠相邻肽链上的羰基和氨基形成的氢键维持结构的稳定性。肽键的平面性使多肽折叠成片，氨基酸侧链伸展在折叠片的上面和下面。CαCαCαCαCαCαRRRRRRNNCNNCCC平行反平行β-折叠片中，相邻多肽链平行或反平行（较稳定）。β折叠和β转角（3）β-转角（β-turn）为了紧紧折叠成紧密的球蛋白，多肽链常常反转方向，成发夹形状。一个氨基酸的羰基氧以氢键结合到相距的第四个氨基酸的氨基氢上。N—1CH—CC2CHN—HO=C3CHNC—4CH—NRRHOHRROHOβ-转角经常出现在连接反平行β-折叠片的端头。（4）自由回转没有一定规律的松散肽链结构。酶的活性部位。2.超二级结构和结构域超二级结构是指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作用，形成有规则的，在空间上能辨认的二级结构组合体。是蛋白质二级结构至三级结构层次的一种过渡态构象层次。3.蛋白质的三级结构——指多肽链上的所有原子（包括主链和侧链）在三维空间的分布。肌红蛋白4.蛋白质的四级结构——多肽亚基（subunit）的空间排布和相互作用。亚基间以非共价键连接。血红蛋白蛋白质结构的主要层次一级结构四级结构二级结构三级结构primarystructuresecondarystructureTertiarystructurequariernarystructure超二级结构结构域supersecondarystructureStructuredoman共价键次级键化学键肽键一级结构氢键二硫键二、三、四级结构疏水键盐键范德华力三、四级结构（三）蛋白质分子中的共价键与次级键第三节蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质分子具有多样的生物学功能，需要一定的化学结构，还需要一定的空间构象。（一）蛋白质一级结构与功能的关系1.种属差异蛋白质一级结构的种属差异十分明显，但相同部分氨基酸对蛋白质的功能起决定作用。根据蛋白质结构上的差异，可以断定它们在亲缘关系上的远近。2.分子病——蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。镰状细胞贫血（sick-cellanemia）从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。β-链1234567Hb-AVal-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys…Hb-SVal-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys…Val取代Glu含氧-HbAO2O2粘性疏水斑点含氧HbS脱氧HbS疏水位点血红蛋白分子凝集镰刀形红细胞正常红细胞总结•一级结构决定蛋白质空间结构的形成，空间结构决定蛋白质的功能。第四节蛋白质的理化性质两性解离和等电点氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的—NH3+正离子和能接受质子的—COO-负离子，为两性电解质。酸正碱负调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的—+NH3基和—COO-基的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）【即蛋白质所带正负电荷相等时的pH值】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）蛋白质的胶体性质布郎运动、丁道尔现象、电泳现象，不能透过半透膜，具有吸附能力蛋白质溶液稳定的原因：1）表面形成水膜（水化层）；2）带相同电荷。++++++蛋白质的变性与凝固天然蛋白质受物理或化学因素的影响，其共价键不变，但分子内部原有的高度规律性的空间排列发生变化，致使其原有性质发生部分或全部丧失，称为蛋白质的变性。变性蛋白质主要标志是生物学功能的丧失。溶解度降低，易形成沉淀析出，结晶能力丧失，分子形状改变，肽链松散，反应基团增加，易被酶消化。变性蛋白质分子互相凝集为固体的现象称凝固。有些蛋白质的变性作用是可逆的，其变性如不超过一定限度，经适当处理后，可重新变为天然蛋白质。蛋白质的沉淀反应1.加高浓度盐类（盐析）：加盐使蛋白质沉淀析出。分段盐析：调节盐浓度，可使混合蛋白质溶液中的几种蛋白质分段析出。血清球蛋白（50%(NH4)2SO4饱和度），清蛋白（饱和(NH4)2SO4)。2.加有机溶剂3.加重金属盐4.加生物碱试剂单宁酸、苦味酸、钼酸、钨酸、三氯乙酸能沉淀生物碱，称生物碱试剂。第五节蛋白质的分类•一、按分子组成：•单纯蛋白：纯粹的氨基酸•结合蛋白：蛋白+辅基•二、按形状分•球状蛋白、纤维状蛋白•三、按生物学功能•活性、非活性课后模拟训练•二、单项选择题1．组成蛋白质的氨基酸基本上有()种A．300B．30C．20D.102．蛋白质元素组成的特点是含有的16%相对恒定量的是()元素A．CB．NCHD.O3．注射时用乙醇消毒是使细菌蛋白质()A．变性B．变构C．沉淀D．电离4．蛋白质分子中属于亚氨基酸的是()A．脯氨酸B．甘氨酸C．丙氨酸D．组氨酸填空•1．组成蛋白质的基本单位是，它们之间以肽键相连。•2．结合蛋白质是由______和______两部分组成。•3．蛋白质二级结构的主要形式包括______，______，______，_____•4．镰刀状红细胞贫血是其一级结构中第6位的______被______取代所致。氨基酸蛋白质辅基α-螺旋β-折叠β-转角无规则卷曲谷氨酸缬氨酸四、问答题•1．简述蛋白质结构和功能的关系。蛋白质有一级结构和空间结构；一级结构是蛋白质功能的基础，决定了蛋白质的空间结构的形成。空间结构直接决定了蛋白质的功能。2．简述蛋白质变性在医学和日常生活中的应用。1鸡蛋、肉类等经加温后蛋白质变性，熟了可以吃。2细菌、病毒加温，加酸、加重金属（汞）因蛋白质变性而灭活（灭菌、消毒、）。3动物、昆虫标本固定保存、防腐。4很多毒素是动物蛋白质，加甲醛固定，减毒、封闭毒性碱基团作类毒素抗原，制作抗毒素。5制革，使皮革成形。6蚕丝是由蛋白质变性而成。7用于蛋白质的沉淀。从血液中提分离、提纯激素，制药。8临床上外科凝血，止血。尿中管型诊断肾脏疾病。生物化学第二章核酸化学第一节核酸的化学组成•核酸由五种元素组成：C、H、O、N、P•P的含量较为恒定，为9~10%。•通过测定P，可确定核酸含量：•核酸含量=P含量/（9~10%）组成成分核酸nucleicacid核苷酸nucleotide核苷nucleoside磷酸phosphate嘌呤碱purinebase或嘧啶碱pyrimidinebase（碱基base）（戊糖amylsugar）（一）碱基：嘌呤碱和嘧啶碱NNNNHHHHNNNNHHHH123456789嘌呤NH2腺嘌呤adenine（A）NNNNHHHHOH2N鸟嘌呤guanine（G）NNHHHH嘧啶123456NNHHHHNH2OH胞嘧啶Cytosine（C）NNHHHHOOHH尿嘧啶uracil（U）NNHHHHOOHHCH3胸腺嘧啶thymine（T）（二）核糖和脱氧核糖OHOH2COHOHOH12OHOH2COHOH12β-D-2-核糖β-D-2-脱氧核糖O（三）核苷OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖NNNNHHHH9腺嘌呤胸苷（四）核苷酸OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖NNNNHHHH9腺嘌呤胸苷PO--O—O‖胸苷-5′-磷酸AMPOPO--O—O‖~ADPATPP