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1、,生 物 化 学,内容总结,氨基酸（重点） 蛋白质的结构与性质（重点） 酶（重点） 核酸（重点） 信号转导 代谢概况、生物能学、生物膜与物质运输 糖酵解（重点） 三羧酸循环（重点）,电子传递与氧化磷酸化（重点） HMP途径、糖异生、乙醛酸循环（重点） 糖原的代谢 脂肪酸代谢（重点） 光合作用 氨基酸代谢（重点） 核苷酸代谢 核酸分子生物学（重点）,蛋白质（重点）,蛋白质概况； 蛋白质的共价结构； 蛋白质的三维结构； 蛋白质的结构与功能的关系； 蛋白质的分离、纯化与鉴定；,蛋白质概况,蛋白质的化学组成：碳（50%）、氢（7%）、氧（23%）、氮（16%）、硫（0-3%）、其它元素微量；蛋白质的平
2、均含氮量为16%，此为凯氏定氮法测定蛋白质含量的基础。,蛋白质是一类最重要的生物大分子，英文称protein，意为“最原初的，第一重要的”。,分类,单纯蛋白质（如清蛋白、球蛋白、组蛋白、谷蛋白、硬蛋白等）,缀合蛋白质（如糖蛋白、脂蛋白、核蛋白、金属蛋白、黄素蛋白等）,分类 ：按生物学功能可将蛋白质分为酶、调节蛋白、结构蛋白、转运蛋白等等；,分类,分类,纤维状蛋白质（一般不溶于水。典型的有：胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白、丝蛋白、肌球蛋白等）,球状蛋白质（可溶性好。典型的有：胞质酶类等）,膜蛋白（与细胞的膜系统结合而存在）,单体蛋白质,（寡）多聚蛋白质,蛋白质结构的层次,构象：指具有相同结构式和相同
3、构型的分子在空间里可能的多种形态；构象形态间的改变不涉及共价键的破裂！每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构或三维结构，称之为蛋白质的构象；一个给定的蛋白质可以有多种构象，但只有一种或少数几种在能量上是有利的。,蛋白质的结构,一级结构（即共价结构，指多肽链的氨基酸序列）,二级结构（指多肽链借助氢键形成螺旋和折叠片）,三级结构（指多肽链借助各种非共价键弯曲、折叠成具有特定走向的紧密球状结构）,四级结构（指多聚蛋白质的各亚基之间在空间上的相互缔合关系）,蛋白质的一级结构即多肽链的氨基酸序列决定蛋白质的高级结构！,蛋白质的功能：催化、调节、转运、储存、运动、结构组分、支架作用、免疫、异常功能；,蛋白
4、质的共价结构（一级结构）,氨基酸残基 肽（键） 蛋白质一级结构的测定 氨基酸序列与生物功能 肽的人工合成,知识点,氨基酸残基：肽链中的氨基酸由于参加肽键的形成因而 不在是原来完整的分子，称为氨基酸残基；两个氨基酸形成一个肽键时失去一分子水，因此失去的水分子数比氨基酸残基数少一个。每个氨基酸残基的平均分子量为110。 肽：由两个或多个氨基酸残基通过肽键相连而形成的化合物；肽有寡肽和多肽之分。一条肽链通常在一端含有一个游离的末端氨基，称为N-末端，而另一端含有一个游离的末端羧基称为C-末端；,肽键,具有部分双键的性质,肽键比一般碳-氮单键短,与肽键相连的氢原子和氧原子呈反式构型,肽键不可自由旋转,
5、肽的理化性质： 肽键的酰氨氢不解离，肽的酸碱性质主要决定于肽键中的游离末端-NH2、-COOH及侧链R基上的可解离基团； 肽中末端-羧基的pKa值比游离氨基酸的大，末端 -氨基的pKa值比游离氨基酸的小； 游离的-氨基、 -羧基和R基可发生与氨基酸中相应的类似反应，如茚三酮反应等； 蛋白质部分水解后所得的肽若不发生消旋，则具有旋光性，短肽的 旋光度约等于组成氨基酸的旋光度之和，较长的肽的旋光度则不是简单加和；,活性肽：具特殊的生物学功能的肽段，如脑啡肽、谷胱甘肽、肌肽等；,肽,蛋白质一级结构的测定,测定多肽链的数目,蛋白质测序 的步骤,拆分多肽链,断开多肽链内的二硫键,测定每一肽链的氨基酸组成
6、,鉴定多肽链的N-末端和C-末端,裂解多肽链为较小的肽段,测定各肽段的氨基酸序列,利用重叠肽重建完整多肽链的一级结构,确定二硫键的位置,蛋白质测序的重要方法,N-末端测定,二硝基氟苯（DNFB）法：肽游离末端NH2与DNFB反应生成DNP-肽，最后水解生成黄色DNP-氨基酸,丹磺酰氯（DNS）法：用DNS取代DNFB，生成DNS-氨基酸,苯异硫氰酸（PITC）法：生成PTH-氨基酸，从肽上断裂下来,氨肽酶法：外切酶，但效果不好,C-末端测定,肼解法：测定C-末端的最重要的化学方法，肽与肼反应，除C-末端氨基酸游离外，其他氨基酸转变为氨基酸酰肼化物,还原法：C-末端氨基酸用硼氢化锂还原成相应的-
7、氨基醇,羧肽酶法：最有效、最常用,羧肽酶A,羧肽酶B,羧肽酶C,羧肽酶Y,二硫键的断裂,过甲酸氧化法：将二硫键氧化成磺酸基,巯基化合物还原法：将二硫键还原成巯基，然后用烷基化试剂如碘乙酸保护巯基，防止其重新被氧化,氨基酸组成的测定：,酸水解：是主要方法，多用HCl，同时辅以碱水解；所得氨基酸不消旋，但Trp全部被破坏，Ser，Thr，Tyr部分破坏，Asn和Gln的酰氨基被水解，生成Asp和Glu；,多肽链的裂解,酶裂解：,胰蛋白酶：专一性强，断裂Lys或Arg的羧基参与形成的肽键,糜蛋白酶：断裂Phe，Trp，Tyr，Leu等疏水氨基酸的羧基端肽键,嗜热菌蛋白酶：专一性差，断裂Val，Leu
8、，Phe，Tyr，Trp等氨基参与形成的肽键,胃蛋白酶：在酸性条件稳定，肽键 两侧均为疏水氨基酸。在确定二硫键位置时，常用到此酶。,其它酶：略,化学裂解：,溴化氰（CNBr）：只断裂Met的羧基形成的肽键,羟氨（NH2OH）：在pH9时，专一性断裂Asn-Gly之间的肽键，其它条件下不专一,肽段的氨基酸测序,Edman化学降解法：用Edman试剂PITC与游离氨基作用生成PTH-氨基酸，并可用各种层析技术分离；用此法降解，一次可连续测出60-70个氨基酸残基的序列；工作量大，操作麻烦；现改用蛋白质测序仪。,酶解法：利用氨肽酶和羧肽酶，局限性大，有困难,质谱法：质谱仪,由核苷酸序列推定法：mRN
9、A cDNA ，推出 cDNA的核苷酸序列，然后推测出蛋白质的氨基酸序列,肽段在肽链中次序的确定：需借助重叠肽。 重叠肽：由于不同的断裂方法即断裂的专一性不同，产生的切口彼此错位，使两套肽段正好跨过切口而重叠的肽段；获得重叠肽需要两种或两种以上的不同方法断裂同一多肽样品，得到两套或多套肽段。,二硫键位置的确定：一般采用胃蛋白酶水解原来的含二硫键的蛋白质。一是胃蛋白酶专一低，切点多，得到含有二硫键的肽段较小，易分离鉴定；二是在酸性条件下，有利于防止二硫键发生交换反应。,蛋白质的三维结构,研究蛋白质构象的方法：至今研究蛋白质三维结构的成就主要是应用间接的X-射线衍射法；研究溶液中蛋白质构象的光谱学
10、方法（了解）。,稳定蛋白质三维结构的作用力,非共价键（次级键）,氢键,范德华力,疏水作用：突出地位,离子键（盐键、静电引力）,共价键：二硫键，重要作用,蛋白质的二级结构,无规卷曲,转角,折叠片,螺旋：最常见、最典型、最丰富的二级结构元件,螺旋：是重复性结构，每圈螺旋站3.6个氨基酸残基，沿螺旋轴上升0.54nm，即螺距值；由氢键封闭的环为13元环；一般为右手螺旋；分子内或链内氢键使之稳定，减少R基间的相互作用或-碳原子无分支结构均利于其稳定，而Pro存在可中断之。,非重复性结构,折叠片：为重复性结构； 折叠片的肽链处于曲折的伸展状态；借助链间或肽段间的氢键而稳定；分为平行和反平行折叠片，平行的
11、比反平行的更规则。,纤维状蛋白质：动物体的基本支架和外保护成分，分子具规则的线性结构。,纤维状蛋白质,不溶性（硬蛋白）,可溶性蛋白,角蛋白,胶原蛋白：结缔组织中（骨、皮肤等）大量存在,弹性蛋白：存在于结缔组织,角蛋白：主要存在于毛发中,角蛋白：天然存在于丝中,其它,肌球蛋白,血纤蛋白原,其它,说明： 角蛋白经充分伸展后可转变成角蛋白，即折叠片结构。,球状蛋白质： 其种类远比纤维状蛋白质多，蛋白质结构的复杂性和功能的多样性主要体现在球状蛋白质； 球状蛋白质的整个肽链没有均一的二级结构，但具有多种二级结构元件如螺旋、折叠片、无规卷曲等，由此构建的三级结构结构域，并将球状蛋白质分成4大类； 其三维结
12、构具有明显的 折叠层次，且疏水测链球状分子内部，亲水侧链暴露在分子表面； 在多数的胞内酶、血浆蛋白及蛋白类激素都属于球状蛋白质。,超二级结构：由若干相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相互作用，形成种类不多，有规则的 二级结构串，并在多种蛋白质中充当三级结构的构件，称为超二级结构。已知有3种基本形式：、。,结构域：在多肽链上由二级结构元件或超二级结构形成的相对独立的 紧密球状实体，是三级结构的局部折叠区。较小的球状蛋白质或亚基是单结构域，而较大的球状蛋白质或亚基是多结构域。结构域可分4类：全结构、 ，结构、全结构和富含金属或二硫键结构域。,蛋白质变性与蛋白质折叠,蛋白质变性：天然蛋白质分子在受到
13、理化因素的作用时导致溶解度降低、不对称性增高、生物活性丧失及理化特性改变，此过程称之为蛋白质变性。 蛋白质变性的实质是分子中次级键被破坏，引起天然构象解体。变性不涉及共价键破坏，即蛋白质一级结构仍保持完好。当变性因素除去后，变性蛋白质又可重新回复到天然构象，此为蛋白质的复性。是否蛋白质变性与复性可逆，仍有疑问。,蛋白质折叠：蛋白质折叠不是随机的而是通过累积选择找到自由能最低的构象；折叠需要折叠酶和分子伴侣参加。 分子伴侣：是一类与蛋白质折叠有关的蛋白质家族（来源相同、结构相似、功能相关），它们通过抑制新生肽链不正常的聚集并排除与其他蛋白质不合理的结合而协助多肽链的正确折叠。,亚基缔合与四级结构
14、：在同多聚体蛋白质中，原体就是亚基，而在杂多聚体蛋白质中，原体是由不同的亚基组成；亚基缔合的驱动力主要是疏水相互作用，亚基缔合的专一性由相互作用的表面上的机性基团之间的氢键和离子键决定。,蛋白质的结构与功能的关系,肌红蛋白和血红蛋白是两个研究得最透彻的蛋白质，它们是蛋白质结构与功能的范例。肌红蛋白是哺乳动物肌肉中储氧的蛋白质，它和血红蛋白的亚基在氨基酸序列上具有明显的同源性，它们的构象和功能也十分相似。,肌红蛋白,珠蛋白：含153个氨基酸残基，为1条肽链,辅基血红素：原卟啉与Fe的络合物称血红素。,卟啉化合物有很强的着色力，使生物组织呈现特定的颜色。卟啉环中心的铁原子有6个配位键，其中4个与四
15、吡咯环的N原子相连，另2个沿垂直于卟啉环面的轴分布在环面的上下，这两个键合部位分别称为第5和第6配位。 铁原子可以是亚铁（Fe2+）或高铁(Fe3+)，相应的血红素称为亚铁血红素和高铁血红素，相应的肌红蛋白称为亚铁肌红蛋白和高铁肌红蛋白。类似的命名也用于血红蛋白。其中只有亚铁态的蛋白质才能结合O2。 在肌红蛋白分子中，血红素共价地结合于肌红蛋白分子的疏水空穴中。其中血红素铁在第5配位键与珠蛋白第93位His残基的咪唑N配位结合；第6配位键处于开放状态，是O2的结合部位。当第6位被O2分子所占据时，即为氧合肌红蛋白；血红素中Fe2+能进行可逆氧合作用。血红素的铁原子如果处在水环境则容易被氧 化成
16、Fe3+，失去氧合能力，此时H2O分子代替O2成为Fe3+的第6个配体。CO能与O2竞争第6配位键，且结合能力远大于O2。,血红蛋白（Hb）的主要功能是在血液中结合并转运氧气，它存在于红细胞中。 Hb的结构：脊椎动物的Hb由4个多肽链亚基组成，其中2个是一种亚基，2个是另一种亚基。如成人的血红蛋白主要是HbA，亚基组成为22，次要组分是HbA2，亚基组成为22；每个血红蛋白分子都有4个血红素，每个血红素分别位于每个多肽链中的裂隙处，并暴露在分子的表面。 氧合过程中的构象变化：氧合作用显著改变Hb的四级结构，且氧合血红蛋白和去氧血红蛋白具有不同的构象。 氧合曲线和别构效应：氧合曲线呈S形曲线（氧饱和度与氧分压之间），即血红蛋白的氧合具有正协同性同促效应，一个O2的结合增加同一Hb分子中其余空的氧合部位对O2的亲合力； Hb对O2亲和力的影响因素：H+、CO2促进O2从血红蛋白中释放，O2也促进H+、CO2 在肺泡毛细血
