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1、 生物化学一一 蛋白质的结构和生物学功能蛋白质的结构和生物学功能（一）蛋白质的概述（一）蛋白质的概述v蛋白质（蛋白质（protein）是最基本的生命物质之一。是最基本的生命物质之一。v1、元素组成：平均含、元素组成：平均含N量约量约16%（特征代表）（特征代表）v2、基本结构单位：氨基酸、基本结构单位：氨基酸v3、大小：蛋白质是大分子化合物、大小：蛋白质是大分子化合物v4、空间结构：一级结构、二级结构、三级结构、空间结构：一级结构、二级结构、三级结构、四级结构四级结构v5、重要性：数量多、种类多、功能多、重要性：数量多、种类多、功能多v6、蛋白质的合成：、蛋白质的合成：AA顺序的遗传编码顺序的
2、遗传编码1.结构通式结构通式 -氨基酸氨基酸各种氨基酸的区别在于侧链各种氨基酸的区别在于侧链R R基的不同。基的不同。2020种基本种基本氨基酸按氨基酸按R R的极性可分为非极性氨基酸、极性性氨的极性可分为非极性氨基酸、极性性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸不变部分不变部分可变部分可变部分（二）（二） 氨基酸氨基酸（1）、天然蛋白质仅有、天然蛋白质仅有20种种AA、均为均为 - AA（2）、）、旋光性：、（除甘氨酸没有旋光性）旋光性：、（除甘氨酸没有旋光性）（3）、构型：）、构型：D、L（除甘氨酸，天然蛋白除甘氨酸，天然蛋白质的质的AA均为均为LAA）。）。（4）、）
3、、构象构象 人类人类8种必需种必需AA：（：（人体体内不能自身合成，必须人体体内不能自身合成，必须从食物中获得）从食物中获得） 赖、色、甲硫、苯丙、苏、缬、亮、异亮赖、色、甲硫、苯丙、苏、缬、亮、异亮2.氨基酸的性质3.氨基酸的分类氨基酸的分类v法一：法一：按按R R基化学结构特点分为四大类基化学结构特点分为四大类：v1、脂肪、脂肪AA（15种）种）v2、芳得族、芳得族AA（2种）：苯丙氨酸、酪氨酸种）：苯丙氨酸、酪氨酸v3、杂环族、杂环族AA（2种）：组氨酸、色氨酸种）：组氨酸、色氨酸v4、杂环亚、杂环亚AA（1种）：脯氨酸种）：脯氨酸v法二：法二：按按R基极性分两类基极性分两类：极性极性A
4、A：11种种非极性非极性AA：9种种v法三：法三：1、中性、中性AA（有极性与非极性有极性与非极性15种）种）2、酸性、酸性AA（2种）：天冬氨酸、谷氨酸种）：天冬氨酸、谷氨酸3、碱性、碱性AA（3种）：组、赖、精种）：组、赖、精4.理化性质理化性质 （1）、物理性质：无色晶体、有味（甜、鲜、苦）、物理性质：无色晶体、有味（甜、鲜、苦）或无味，不同强度溶于水、稀酸、稀碱，但不溶于或无味，不同强度溶于水、稀酸、稀碱，但不溶于任何有机溶剂，酒精可使任何有机溶剂，酒精可使AA发生沉淀。发生沉淀。 （2）、光学性质：具旋光性，有紫外吸收现象，）、光学性质：具旋光性，有紫外吸收现象，波长为波长为280n
5、m，但仅有酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸但仅有酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸有此性质。有此性质。v除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性 - -碳原子，因碳原子，因此都具有旋光性此都具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常。比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。 （3 3）、两性解离：等电点）、两性解离：等电点）、两性解离：等电点）、两性解离：等电点PIPIAAAA分子所带的分子所带的分子所带的分子所带的净电荷为零（即分子内正电负电）时溶液的净电荷为零（即分子内正电负电）时溶液的净电荷为零（即分子内正电负电）时溶液的净
6、电荷为零（即分子内正电负电）时溶液的PHPH值。值。值。值。PH 1 7 10净电荷净电荷 +1 0 -1 正离子正离子 两性离子两性离子 负离子负离子 等电点等电点PI（三）肽与肽键（三）肽与肽键一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基之间一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。为肽。由两个氨基酸组成的肽称为由两个氨基酸组成的肽称为二肽二肽，由多个氨基酸，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为为氨基酸残基氨基酸残基。1.1.肽键肽键（peptide
7、 bond）：肽肽键键的的特特点点是是氮氮原原子子上上的的孤孤对对电电子子与与羰羰基基具具有有明显的共轭作用。明显的共轭作用。组成肽键的原子处于同一平面。组成肽键的原子处于同一平面。0.1270.127nm键长键长=0.132=0.132nm 0.148nm2.2.肽链中肽链中AA的排列顺序和命名的排列顺序和命名v在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为称为氨基酸顺序氨基酸顺序。v通常在多肽链的一端含有一个游离的通常在多肽链的一端含有一个游离的 - -氨基，称为氨基端或氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的端；在另一
8、端含有一个游离的 - -羧基，称为羧基端或羧基，称为羧基端或C-端。端。v氨基酸的顺序是从氨基酸的顺序是从N N端的氨基酸残基开始，以端的氨基酸残基开始，以C C端氨基酸残基端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：Ser-Val-Tyr-Asp-Gln3.3.肽的颜色反应肽的颜色反应v多多肽肽可可与与多多种种化化合合物物作作用用，产产生生不不同同的的颜颜色色反反应应。这这些些显显色色反应，可用于多肽的定性或定量鉴定。反应，可用于多肽的定性或定量鉴定。 如如黄黄色色反反应应，是是由由硝硝酸酸与与氨氨基基酸酸的的苯苯基基（酪酪氨氨酸酸和和苯苯丙丙氨氨
9、酸酸）反应生成二硝基苯衍生物而显黄色。反应生成二硝基苯衍生物而显黄色。v多多肽肽的的双双缩缩脲脲反反应应是是多多肽肽特特有有的的颜颜色色反反应应; ;双双缩缩脲脲是是两两分分子子的尿素经加热失去一分子的尿素经加热失去一分子NH3 3而得到的产物。而得到的产物。双缩脲双缩脲能够与碱性硫酸铜作用，产生兰色的铜能够与碱性硫酸铜作用，产生兰色的铜- -双缩脲络合双缩脲络合物，称为双缩脲反应。含有两个以上肽键的多肽，具有与双物，称为双缩脲反应。含有两个以上肽键的多肽，具有与双缩脲相似的结构特点，也能发生双缩脲反应，生成紫红色或缩脲相似的结构特点，也能发生双缩脲反应，生成紫红色或蓝紫色络合物。蓝紫色络合物
10、。这是多肽定量测定的重要反应。这是多肽定量测定的重要反应。（四）蛋白质的分子结构（四）蛋白质的分子结构1.蛋白质一级结构蛋白质一级结构v蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构(Primary structure) )包括组包括组成蛋白质的多肽链数目成蛋白质的多肽链数目. .v多肽链的氨基酸数目、种类和顺序。多肽链的氨基酸数目、种类和顺序。v以及多肽链内或链间二硫键的数目和位置。以及多肽链内或链间二硫键的数目和位置。v其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能的基础。白质生物功能的基础。2.蛋白质二级结构蛋白质二级结构v蛋白质的二级蛋白质的二级( (S
11、econdary)结构是指多肽链的主链结构是指多肽链的主链在空间的排列在空间的排列, ,或规则的几何走向、旋转及折叠。或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。v主要有主要有 - -螺旋、螺旋、 - -折叠、折叠、 - -转角。转角。（1 1）、）、 - -螺旋螺旋v（1 1）螺旋走向，稳定以氢键连）螺旋走向，稳定以氢键连接，氢键与轴平行。接，氢键与轴平行。v（2 2）侧基）侧基R R伸向螺旋外侧。伸向螺旋外侧。v（3 3）棒状结构，高度压缩，紧）棒状结构，高度压缩，紧密排列。密排列。v（4 4）规律排列）规律排列
12、v（5 5）由）由1 1条充分伸展的肽链的肽条充分伸展的肽链的肽键平面折叠成的右手螺旋。键平面折叠成的右手螺旋。v（6 6）每隔）每隔3.63.6个氨基酸残基螺旋个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距上升一圈，螺距0.540.54nm。v（7）1个螺圈内有个螺圈内有1313个原子。个原子。v蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构( (Tertiary Structure) )是指在是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。主链和侧链构象在内的特征三维结
13、构。v维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水键，在蛋白离子键和范德华力等。尤其是疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用。质三级结构中起着重要作用。3.蛋白质三级结构蛋白质三级结构v蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构(Quaternary Structure)是指由多是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链通过非共价键条各自具有一、二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的连接起来的结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。v这
14、种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基或亚这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基或亚单位单位Subunit，它一般由一条肽链构成，无生理活它一般由一条肽链构成，无生理活性；性；v维持亚基之间的化学键主要是疏水力。维持亚基之间的化学键主要是疏水力。v由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白；由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白；4.蛋白质四级结构蛋白质四级结构（五）蛋白质的性质（五）蛋白质的性质 1.蛋白质的两性解离和等电点蛋白质的两性解离和等电点v蛋白质与多肽一样，能够发生两性离解，也有等电蛋白质与多肽一样，能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时，蛋白质的溶解度最小，在电场中点。在
15、等电点时，蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。不移动。v在电场中，如果蛋白质分子所带正电荷多于负电荷，在电场中，如果蛋白质分子所带正电荷多于负电荷，净电荷为正，则向负电极移动，反之，净电荷为负，净电荷为正，则向负电极移动，反之，净电荷为负，向正极移动，这种泳动现象称电泳。向正极移动，这种泳动现象称电泳。v蛋白质在等电点蛋白质在等电点PH条件下，不发生电泳现象，利用条件下，不发生电泳现象，利用蛋白质的电泳现象，可以将蛋白质的电泳现，可以蛋白质的电泳现象，可以将蛋白质的电泳现，可以将蛋白质进行分离纯化将蛋白质进行分离纯化。 2.这是蛋白质特有的性质这是蛋白质特有的性质-胶体胶体。v由于蛋白质的分子
16、量很大，它在水中能够形成由于蛋白质的分子量很大，它在水中能够形成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动等。质，如丁达尔现象、布郎运动等。v由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去3.3.蛋白质的沉淀作用蛋白质的沉淀作用v蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量大小、所带蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量大小、所带的电荷和水化作用有关。的电荷和水化作用有关。v改变溶液的条件，将影响蛋白质的溶解性质改变溶液的条件，将影响蛋白质的溶解性质v在适当的条件下，蛋白质能够从溶液中沉淀出来。在适当的条件下，蛋白质能够从溶液中沉淀出来。v蛋白质的沉淀分为蛋白质的沉淀分为可逆沉淀可逆沉淀和和不可逆沉淀不可逆沉淀。 4.蛋白质的变性作用蛋白质的变性作用v天然蛋白质因受物理或化学因素的影响，分子构天然蛋白质因受物理或化学因素的影响，分子构象发生变化，致使蛋白质的理化性质和生物学功象发生变化，致使蛋白质的理化性质和生物学功能随之发
