生物化学笔记

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1、1生物化学笔记生物化学笔记笫一章笫一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能板书与教案部分板书与教案部分第一节第一节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成一、分子组成一、分子组成 1组成元素：(1)主要有碳(5055)、氢、氧、氮和硫。 (2)有些蛋白质还含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼等。(3)个别蛋白质还含有碘。 2各种蛋白质的含氮量很接均为 16。 3每克样品含氮克数625100=100；样品中蛋白质。 二、氨基酸的分类二、氨基酸的分类(表 11)表表 1-1 氨基酸分类氨基酸分类非极性疏水性氨基酸 甘、丙、缬、亮、异、苯、脯极性中性氨基酸 色、丝、酪、半胱、蛋、天胺、谷胺酸性氨基

2、酸 天冬氨酸、谷氨酸碱性氨基酸 赖、精、组赖氨酸 含两个氨基的氨基酸甲硫氨酸、半胱氨酸、胱氨酸 含硫氨基酸脯氨酸、羟脯氨酸、焦谷氨酸 亚氨基酸同型半胱氨酸 天然蛋白质中不存在的氨基酸瓜氨酸 不出现于蛋白质中的氨基酸色氨酸 在 280hm 波长具有最大光吸收峰的氨基酸甘氨酸 20 种氨基酸中除甘氨酸外，都属于 L-氨基酸三、氨基酸的理化性质三、氨基酸的理化性质(表 1-2)表表 1-2 氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质氨基酸理化特性两性解离 两端 一氨基和 一羧基在溶液中解离若溶液 pHpI，解离成阴离子若溶液 pH=pI，成为兼性离子，呈电中性等电点 pI pI=12 (pKa+pKb)紫外吸

3、收 色氨酸、酪氨酸最大吸收峰在 280nto多数蛋白质都含色氨酸、酪氨酸，因此利用该原理可测定蛋白质含量蛋白质分子中色氨酸、酪氨酸最大吸收波长 280nm茚三酮反应 氨基酸与茚三酮共同加热，最终可形成蓝紫色的化 合物，其最大吸收峰在 570 nm 处，利用此原理可行氨基酸定量分析双缩脲反应 无胶体性质 无变性、沉淀、凝固 无2茚三酮反应： (1)氨基酸与茚三酮水合物共同加热。 (2)茚三酮水合物被还原，其还原物可与氨基酸加热分解产生的氨结合，再与另一分子茚三酮缩合成为蓝紫色的化合物。 (3)此化合物最大吸收峰在 570nm 波长处。 (4)可作为氨基酸定量分析方法。 四、肽四、肽 1二肽：1

4、分子甘氨酸和 1 分子甘氨酸脱去 1 分子水缩合成为甘氨酰甘氨酸，是最简单的肽，即 二肽。 2肽键：在甘氨酰甘氨酸分子中连接两个氨基酸的酰胺键称为肽键。 3三肽：二肽通过肽键与另一分子氨基酸缩合生成三肽。 4寡肽：由 10 个以内氨基酸相连儿成的肽称为寡肽。 5多肽：由 10 个以上的氨基酸相连而成的肽称为多肽。 6N 端和 C 端：多肽链有两端，有自由氨基的一端称氨基末端或 N 端，有自由羧基的一端称为羧 基末端或 C 端。 7残基：肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全，称为氨基酸残基。 五、生物活性肽五、生物活性肽 1谷胱甘肽(GSH)： (1)组成：谷、半胱和甘氨酸组成的三肽。 (2)

5、第一个肽键与一般不同，由谷氨酸 -羧基与半胱氨酸的氨基组成。 (3)分子中半胱氨酸的巯基是该化合物的主要功能某团。 (4)功能：1)GSH 的巯基具有还原性，可作为体内重要的还原剂保护体内蛋白质或酶分子中巯基免 遭氧化，使蛋白质或酶处在活性状态。 2)在谷胱甘肽过氧化物酶的催化下，GSH 可还原细胞内产生的 H2O2，使其变成 H2O，与 此同时，GSH 被氧化成氧化型谷胱甘肽(GSSG)，后者在谷胱甘肽还原酶催化下，再生 成 GSH。 3)GSH 的巯基还有噬核特性，能与外源的噬电子毒物如致癌剂或药物等结合，从而阻断这 些化合物与 DNA、RNA 或蛋白质结合，以保护机体。 2多肽类激素及神

6、经肽： (1)促甲状腺素释放激素 1)是一个特殊结构的兰肽，其 N 末端的谷氨酸环化成为焦谷氨酸，C 末端的脯氨酸残基酰化成 为脯氨酰胺。 2)由下丘脑分泌。 3）可促进腺垂体分泌促甲状腺素 （2）神经肽： 1)定义：有一类在神经传导过程中起信号转导作用的肽类被称为神经肽。2)种类：脑啡肽 3-内啡肽 强啡肽 孤啡肽，其一级结构类似于强啡肽。神经肽还包括 P 物质、神经肽 Y。 3)它们与中枢神经系统产生痛觉抑制有密切关系，用于临床的镇痛治疗。3第二节蛋白质的分子结构第二节蛋白质的分子结构一、蛋白质分子结构一、蛋白质分子结构(表 1-3)表 1-3 蛋白质分子的结构一级结构 二级结构 三级结构

7、 四级结构定义 蛋白质分子中氨基 蛋白质主链的局部 整条肽链中所有原 肽链与肽链之间靠非共价键维系酸的排列顺序 空间结构，不涉及 子在三维空间的 的布局和相互作用。即各亚基氨基酸残基侧链 排布位置 间的空间排布构象形式 a-螺旋、-折叠 - 结构域 亚基转角、无规卷曲键 肽键(主要)，二硫键 氢键 疏水作用、离子键氢 疏水作用(主要)离子键、氢键(次要) 键、范德华尔力意义 各种蛋白质的一级结 二级结构是由一级结 相对分子质量大的 含有四级结构的蛋白质，单独的构不同；一级结构 构决定的。在蛋白 蛋白质分子常分 亚基一般无生物学功能是蛋白质空间构象 质中存在两个或三 割成一至数个结和特异性生物学

8、功 个由二级结构的肽 构域，分别执行不能的基础，但并不 段形成的模序，发 同的功能。三级是决定空间构象的 挥特殊生理功能。 结构为长距离效惟一因素 二级结构为短距离 应效应二、蛋白质的分类二、蛋白质的分类 1根据组成成分 （1）单纯蛋白质：只含氨基酸。 （2）结合蛋白质：除蛋白质部分外，还含有非蛋白质部分，为蛋白质的生物活性或代谢所依赖。2结合蛋白质中的非蛋白质部分被称为辅基，绝大部分辅基通过共价键方式与蛋白质部分相连。 3根据其形状 （1）纤维蛋白质 1)定义：分子长轴的长度比短轴长 10 倍以上。 2)特点：多数为结构蛋白质，较难溶于水。 3)功能：作为细胞坚实的支架或连接各细胞、组织和器

9、官。 4)举例：大量存在于结缔组织中的胶原蛋白就是典型的纤维状蛋白质。 （2）球状蛋白质：形状近似于球形或椭球形，多数可溶于水，许多具有生理活性的蛋白质如酶、 转运蛋白、蛋白质类激素及免疫球蛋白等都属于球状蛋白质。第三节第三节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系 (一一) 一级结构是空间构象的基础一级结构是空间构象的基础 1实验： （1）用尿素(或盐酸胍)和 -巯基乙醇处理核糖核酸酶溶液，分别破坏次级键和二硫键，使其二、 三级结构遭到破坏，但肽键不受影响，故一级结构仍存在。 （2）用透析方法去除尿素和 -巯基乙醇后，松散的多

10、肽链， 循其特定的氨基酸序列，卷曲折叠 成天然酶的空间构象，4 对二硫键也正确配对，这时酶活性又逐渐恢复至原来水平。42结论：空间构象遭破坏的核糖核酸酶只要其一级结构未被破坏，就可能回复到原来的三级结构， 功能依然存在。 (二二) 一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系 1镰刀形贫血：正常人血红蛋白 -亚基的第 6 位氨基酸是谷氨酸，而镰刀形贫血患者的血红蛋白 中，谷氨酸变成了缬氨酸，即酸性氨基酸被中性氨基酸替代，仅此一个氨基酸之差，本是水溶 性的血红蛋白，就聚集成丝，导致红细胞变形成为镰刀状而极易破碎，产生贫血。 2分子病：由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病” ，为基因突变所致

11、。 二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系 (一一) 肌红蛋白和血红蛋白结构肌红蛋白和血红蛋白结构 1肌红蛋白(Mb)与血红蛋白都是含有血红素辅基的蛋白质。 2血红素是铁卟啉化合物，它由 4 个吡咯环通过 4 个甲炔基相连成为一个环形，Fe2+居于环中。 3肌红蛋白：(1)是一个只有三级结构的单链蛋白质，有 8 段 一螺旋结构。 (2)整条多肽链折叠成紧密球状分子，氨基酸残基上的疏水侧链大都在分子内部，富 极性及电荷的则在分子表面，因此，其水溶性较好。 (3)Mb 分子内部有一个袋形空穴，血红素居于其中。 (4)血红素辅基与蛋白质部分稳定结合。 4血红蛋白 (1)血红蛋白

12、具有 4 个亚基组成的四级结构，每个亚基结构中间有 1 个疏水局部，可结合 1 个血红 素并携带 1 分子氧，因此 1 分子 Hb 共结合 4 分子氧。 (2)成年人红细胞中的：Hb 主要由两条 d 肽链和两条 p 肽链(Q：B：)组成，d 链含 141 个氨基酸 残基， 链含 146 个氨基酸残基。 (3)胎儿期主要为 22，胚胎期为 22。 (4)Hb 各亚基的三级结构与 Mb 极为相似。 (5)Hb 亚基之间通过 8 对盐键，使 4 个亚基紧密结合而形成亲水的球状蛋白。 (二二) 血红蛋白的构象变化与结合氧血红蛋白的构象变化与结合氧 1Hb 与 Mb 一样可逆地与 O2结合，氧合 Hb

13、占总 Hb 的百分数(称百分饱和度)随 O2浓度变化而变 化。 2Hb 和 Mb 的氧解离曲线，前者为 S 状曲线，后者为直角双曲线。 3Mb 易与 O2结合，而 Hb 与 O2的结合在 O2分压较低时辅难 4Hb 的氧解离曲线： (1)Hb 与 O2结合的 S 形曲线提示 Hb 的 4 个亚基与 4 个 O2结合时平衡常数并不相同，而是有 4 个不同的平衡常数。 (2)Hb 最后一个亚基与 O2结合时其常数最大。 (3)Hb 中第一个亚基与 O2结合以后，促进第二及第三个亚基与 O2的结合，当前三个亚基与 O2 结合后，又大大促进第四个亚基与 O2结合，这种效应称为正协同效应。 (4)协同效

14、应的定义：是指一个亚基与其配体(Hb 中的配体为 O2)结合后，能影响此寡聚体中另一 亚基与配体的结合能力。如果是促进作用，则称为正协同效应；反之，则为负协同效应。 (5)机制：1)未结合 O2时，Hb 的仅 l1 和 22 呈对角排列，结构较为紧密，称为紧 张态 (tense state，T 态)，T 态 Hb 与 O2的亲和力小。 2)随着 O2的结合，4 个亚基羧基末端之间的盐键断裂，其二级、三级和四级结构也发 生变化，使 l1 和 22 的长轴形成 15 的夹角，结构显得相对松弛，称为 松弛态(relaxed state，R 态)。 3)当第 1 个 O2与血红素 Fe2结合后，使 Fe2的半径变小，进入到卟啉环中间的小孔中， 引起肽段等一系列微小的移动，同时影响附近肽段的构象，造成两个 仅亚基间盐键5断裂，使亚基间结合松弛，可促进第二个亚基与 O2结合。 (6)变构效应：1)一个氧分子与 Hb 亚基结合后引起亚基构象变化，称为变构效应。2)小分子 O2称