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1、第二章 蛋白质的结构与功能 一、氨基酸： 1结构特点：氨基酸(amino acid)是蛋白 质分子的基本组成单位。构成天然蛋白质分子的氨基酸约有 20 种，除脯氨酸为 -亚氨基 酸、甘氨酸不含手性碳原子外，其余氨基酸均为 L-氨基酸。 2分类：根据氨基酸的 R 基团的极性大小可将氨基酸分为四类： 非极性中性氨基酸(8 种)； 极性中性氨基酸 (7 种)； 酸性氨基酸(Glu 和 Asp)； 碱性氨基酸(Lys、Arg 和 His)。 二、 肽键与 肽链： 肽键(peptide bond)是指由一分子氨基酸的 -羧基与另一分子氨基酸的 -氨基经 脱水而形成的共价键(-CO-NH-)。氨基酸分子在
2、参与形成肽键之后，由于脱水而结构不完整， 称为氨基酸残基。每条多肽链都有两端：即自由氨基端(N 端)与自由羧基端(C 端)，肽链的 方向是 N 端C 端。 三、肽键平面(肽单位)： 肽键具有部分双键的性质，不能自由 旋转；组成肽键的四个原子及其相邻的两个 碳原子处在同一个平面上，为刚性平面结构， 称为肽键平面。 四、蛋白质的分子结构： 蛋白质的分子结构可人为分为一级、二级、 三级和四级结构等层次。一级结构为线状结构，二、三、四级结构为空间结构。 1一级结构：指多肽链中氨基酸的排列顺序，其维系键是肽键。蛋白质的一级结构决定其 空间结构。 2二级结构：指多肽链主链骨架盘绕折叠而形成的构象，借氢键维
3、系。主要 有以下几种类型： -螺旋：其结构特征为：主链骨架围绕中心轴盘绕形成右手螺 旋；螺旋每上升一圈是 3.6 个氨基酸残基，螺距为 0.54nm； 相邻螺旋圈之间形成许多 氢键； 侧链基团位于螺旋的外侧。 影响 -螺旋形成的因素主要是： 存在侧链基 团较大的氨基酸残基； 连续存在带相同电荷的氨基酸残基； 存在脯氨酸残基。 -折叠：其结构特征为： 若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片； 所有肽键的 C=O 和 NH 形成链间氢键；侧链基团分别交替位于片层的上、下方。 -转角： 多肽链 180回折部分，通常由四个氨基酸残基构成，借 1、4 残基之间形成氢键维系。 无规卷曲：主链骨架无规律盘绕的
4、部分。 3三级结构：指多肽链所有原子的空间排 布。其维系键主要是非共价键（次级键）：氢键、疏水键、范德华力、离子键等，也可涉 及二硫键。 4四级结构：指亚基之间的立体排布、接触部位的布局等，其维系键为非 共价键。亚基是指参与构成蛋白质四级结构的而又具有独立三级结构的多肽链。 五、 蛋白质的理化性质： 1两性解离与等电点：蛋白质分子中仍然存在游离的氨基和游离 的羧基，因此蛋白质与氨基酸一样具有两性解离的性质。蛋白质分子所带正、负电荷相等 时溶液的 pH 值称为蛋白质的等电点。 2蛋白质的胶体性质：蛋白质具有亲水溶胶的 性质。蛋白质分子表面的水化膜和表面电荷是稳定蛋白质亲水溶胶的两个重要因素。 3
5、蛋白质的紫外吸收：蛋白质分子中的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸残基对紫外光有吸收， 以色氨酸吸收最强，最大吸收峰为 280nm。 4蛋白质的变性：蛋白质在某些理化因素 的作用下，其特定的空间结构被破坏而导致其理化性质改变及生物活性丧失，这种现象称 为蛋白质的变性。引起蛋白质变性的因素有：高温、高压、电离辐射、超声波、紫外线及 有机溶剂、重金属盐、强酸强碱等。绝大多数蛋白质分子的变性是不可逆的。 六、蛋 白质的分离与纯化： 1盐析与有机溶剂沉淀：在蛋白质溶液中加入大量中性盐，以破 坏蛋白质的胶体性质，使蛋白质从溶液中沉淀析出，称为盐析。常用的中性盐有：硫酸铵、 氯化钠、硫酸钠等。盐析时，溶液的 pH
6、在蛋白质的等电点处效果最好。凡能与水以任意 比例混合的有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等，均可引起蛋白质沉淀。 2电泳：蛋白 质分子在高于或低于其 pI 的溶液中带净的负或正电荷，因此在电场中可以移动。电泳迁移 率的大小主要取决于蛋白质分子所带电荷量以及分子大小。 3透析：利用透析袋膜的 超滤性质，可将大分子物质与小分子物质分离开。 4层析：利用混合物中各组分理化 性质的差异，在相互接触的两相（固定相与流动相）之间的分布不同而进行分离。主要有 离子交换层析，凝胶层析，吸附层析及亲和层析等，其中凝胶层析可用于测定蛋白质的分 子量。 5超速离心：利用物质密度的不同，经超速离心后，分布于不同的液层而分离
7、。超速离心也可用来测定蛋白质的分子量，蛋白质的分子量与其沉降系数 S 成正比。 七、 氨基酸顺序分析： 蛋白质多肽链的氨基酸顺序分析，即蛋白质一级结构的测定，主要有 以下几个步骤： 1. 分离纯化蛋白质，得到一定量的蛋白质纯品； 2. 取一定量的样品 进行完全水解，再测定蛋白质的氨基酸组成； 3. 分析蛋白质的 N-端和 C-端氨基酸； 4. 采用特异性的酶（如胰凝乳蛋白酶）或化学试剂（如溴化氰）将蛋白质处理为若干条肽 段； 3 5. 分离纯化单一肽段； 6. 测定各条肽段的氨基酸顺序。一般采用 Edman 降解法，用异硫氰酸苯酯进行反应，将氨基酸降解后，逐一进行测定； 7. 至少用两种 不同
8、的方法处理蛋白质，分别得到其肽段的氨基酸顺序； 8. 将两套不同肽段的氨基酸 顺序进行比较，以获得完整的蛋白质分子的氨基酸顺序。 第三章 核酸的结构与功能 一、核酸的化学组成： 1含氮碱：参与核酸和核苷酸构成的含氮碱主要分为嘌呤碱和 嘧啶碱两大类。组成核苷酸的嘧啶碱主要有三种尿嘧啶（U） 、胞嘧啶（C）和胸腺嘧 啶（T） ，它们都是嘧啶的衍生物。组成核苷酸的嘌呤碱主要有两种腺嘌呤（A）和鸟 嘌呤（G） ，它们都是嘌呤的衍生物。 2戊糖：核苷酸中的戊糖主要有两种，即 -D- 核糖与 -D-2-脱氧核糖，由此构成的核苷酸也分为核糖核苷酸与脱氧核糖核酸两大类。 3核苷：核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩
9、合而生成的化合物。通常是由核糖或脱氧核糖 的 C1 -羟基与嘧啶碱 N1 或嘌呤碱 N9 进行缩合，故生成的化学键称为 ，N 糖苷键。 其中由 D-核糖生成者称为核糖核苷，而由脱氧核糖生成者则称为脱氧核糖核苷。由“稀有 碱基”所生成的核苷称为“稀有核苷” 。假尿苷（）就是由 D-核糖的 C1 与尿嘧啶的 C5 相连而生成的核苷。 二、核苷酸的结构与命名： 核苷酸是由核苷与磷酸经 脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物，包括核糖核苷酸和脱氧核糖核酸两大类。最常见的核 苷酸为 5-核苷酸（5 常被省略） 。5-核苷酸又可按其在 5位缩合的磷酸基的多少， 分为一磷酸核苷（核苷酸） 、二磷酸核苷和三磷酸核苷。
10、 此外，生物体内还存在一 些特殊的环核苷酸，常见的为环一磷酸腺苷（cAMP）和环一磷酸鸟苷（cGMP） ，它们通 常是作为激素作用的第二信使。 核苷酸通常使用缩写符号进行命名。第一位符号用 小写字母 d 代表脱氧，第二位用大写字母代表碱基，第三位用大写字母代表磷酸基的数目， 第四位用大写字母 P 代表磷酸。 5 形成新的杂种双螺旋，这一现象称为核酸的分子 杂交。核酸杂交可以是 DNA-DNA，也可以是 DNA-RNA 杂交。不同来源的，具有大致相 同互补碱基顺序的核酸片段称为同源顺序。 常用的核酸分子杂交技术有：原位杂 交、斑点杂交、Southern 杂交及 Northern 杂交等。 在核酸
11、杂交分析过程中，常将 已知顺序的核酸片段用放射性同位素或生物素进行标记，这种带有一定标记的已知顺序的 核酸片段称为探针。 十二、核酸酶： 凡是能水解核酸的酶都称为核酸酶。凡能从 多核苷酸链的末端开始水解核酸的酶称为核酸外切酶，凡能从多核苷酸链中间开始水解核 酸的酶称为核酸内切酶。能识别特定的核苷酸顺序，并从特定位点水解核酸的内切酶称为 限制性核酸内切酶（限制酶） 第四章 酶 一、酶的概念： 酶（enzyme）是由活细 胞产生的生物催化剂，这种催化剂具有极高的催化效率和高度的底物特异性，其化学本质 是蛋白质。酶按照其分子结构可分为单体酶、寡聚酶和多酶体系（多酶复合体和多功能酶） 三大类。 二、酶
12、的分子组成： 酶分子可根据其化学组成的不同，可分为单纯酶 和结合酶（全酶）两类。结合酶则是由酶蛋白和辅助因子两部分构成，酶蛋白部分主要与 酶的底物特异性有关，辅助因子则与酶的催化活性有关。 与酶蛋白疏松结合并与酶 的催化活性有关的耐热低分子有机化合物称为辅酶。与酶蛋白牢固结合并与酶的催化活性 有关的耐热低分子有机化合物称为辅基。 三、辅酶与辅基的来源及其生理功用： 辅酶与辅基的生理功用主要是： 运载氢原子或电子，参与氧化还原反应。 运载反应 基团，如酰基、氨基、烷基、羧基及一碳单位等，参与基团转移。大部分的辅酶与辅基衍 生于维生素。 维生素（vitamin)是指一类维持细胞正常功能所必需的，但
13、在许多生物体内不能自身合成而必须由食物供给的小分子有机化合物。 维生素可按其溶解性 的不同分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。脂溶性维生素有 VitA、VitD、VitE 和 VitK 四种；水溶性维生素有 VitB1，VitB2，VitPP，VitB6，VitB12，VitC，泛酸，生物素， 叶酸等。 1.TPP：即焦磷酸硫胺素，由硫胺素（Vit B1）焦磷酸化而生成，是脱羧酶的 辅酶，在体内参与糖代谢过程中 -酮酸的氧化脱羧反应。 2.FMN 和 FAD：即黄素单 核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD） ，是核黄素（VitB2）的衍生物。FMN 或 FAD 通常作为脱氢酶的辅基，
14、在酶促反应中作为递氢体（双递氢体） 。 3.NAD+和 NADP+：即尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+，辅酶）和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 （NADP+，辅酶） ，是 Vit PP 的衍生物。NAD+和 NADP+主要作为脱氢酶的辅酶，在酶 促反应中起递氢体的作用，为单递氢体。 4.磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺：是 Vit B6 的衍 生物。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺可作为氨基转移酶，氨基酸脱羧酶，半胱氨酸脱硫酶等的 辅酶。 5.CoA：泛酸（遍多酸）在体内参与构成辅酶 A（CoA） 。CoA 中的巯基可与羧 基以高能硫酯键结合，在糖、脂、蛋白质代谢中起传递酰基的作用，是酰化酶的辅酶。 6.生物素：是羧
15、化酶的辅基，在体内参与 CO2 的固定和羧化反应。 7. FH4：由叶酸衍 生而来。四氢叶酸是体内一碳单位基团转移酶系统中的辅酶。 8. Vit B12 衍生物：Vit B12 分子中含金属元素钴，故又称为钴胺素。Vit B12 在体内有多种活性形式，如 5-脱氧 腺苷钴胺素、甲基钴胺素等。其中，5-脱氧腺苷钴胺素参与构成变位酶的辅酶，甲基钴胺 素则是甲基转移 6 酶的辅酶。 四、金属离子的作用： 1. 稳定构象：稳定酶蛋白 催化活性所必需的分子构象； 2. 构成酶的活性中心：作为酶的活性中心的组成成分， 参与构成酶的活性中心； 3. 连接作用：作为桥梁，将底物分子与酶蛋白螯合起来。 五、酶的活性中心： 酶分子上具有一定空间构象的部位，该部位化学基团集中，直 接参与将底物转变为产物的反应过程，这一部位就称为酶的活性中心。 参与构成酶 的活性中心的化学基团，有些是与底物相结合的，称为结合基团，有些是催化底物反应转 变成产物的，称为催化基团，这两类基团统称为活性中心内必需基团。在酶的活性中心以 外，也存在一些化学基团，主要与维系酶的空间构象有关，称为酶活性中心外必需基团。
