第一章 蛋白質(zhì)與核酸化學(xué)

第一章蛋白質(zhì)與核酸化學(xué)DNA血紅蛋白生命是蛋白體的存在方式，這種存在方式本質(zhì)上就在于這些蛋白體的化學(xué)組成部分的不斷的自我更新?！鞲袼埂斗炊帕终摗?/p>

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜﹑種類繁多﹑功能各異，是生物體內(nèi)構(gòu)建生命，行使生命活動的最主要的功能分子，在幾乎所有的生命活動中起著關(guān)鍵的作用。如果說基因是生命的指導(dǎo)者和構(gòu)建生命的藍(lán)圖，那么蛋白質(zhì)就是組成生命的主要材料，是生命的實(shí)踐者和執(zhí)行者。蛋白質(zhì)將生物體的遺傳信息表達(dá)成生物的性狀，指導(dǎo)生命活動，控制生物的生長和發(fā)育。第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成一、蛋白質(zhì)的定義

蛋白質(zhì)（protein，簡寫pro):是由20種氨基酸按一定的序列通過酰胺鍵（肽鍵）縮合而成的，具較穩(wěn)定構(gòu)象并具一定生物功能的生物大分子。Protein一詞來自希臘文“Proteios”，意即“第一位的”、“最重要的”。蛋白質(zhì)是一類含氮的生物高分子，分子量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。例如，血紅蛋白的分子式是：C3032H4816O812N780S8Fe4

。二、蛋白質(zhì)的元素組成C、H、O、N及少量的S，微量的磷、鐵、銅、碘、鋅、鉬特點(diǎn)：N在各種蛋白質(zhì)中的平均含量為16%用定氮法可測定蛋白質(zhì)含量：蛋白質(zhì)含量(g)=蛋白質(zhì)含氮量×6.25（凱氏定氮法）α三、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位氨基酸（aa)（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：蛋白質(zhì)是由結(jié)構(gòu)較簡單的小分子－氨基酸聚合而成的，氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。天然蛋白質(zhì)中存在的氨基酸有20種，均由相應(yīng)的遺傳密碼編碼（編碼氨基酸）。從細(xì)菌到人類，所有物種中一切蛋白質(zhì)都是由這20種氨基酸構(gòu)成的。下圖是氨基酸的結(jié)構(gòu)通式：所有的氨基酸的共同特點(diǎn)是分子中同時(shí)具有1個(gè)羧基（－COOH）和1個(gè)氨基（－NH2），同一分子上既有酸性羧基，又有堿性氨基。故為兩性化合物。不同氨基酸之間的差異在于側(cè)鏈的R基團(tuán)結(jié)構(gòu)不同。（二）氨基酸的分類：根據(jù)R側(cè)鏈結(jié)構(gòu)分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)氨基酸。根據(jù)營養(yǎng)價(jià)值分為必需氨基酸、半必需氨基酸和非必需氨基酸。

氨基酸名稱符號R基化學(xué)結(jié)構(gòu)等電點(diǎn)分類H3CH3CAla(alanine)CHCH3H3CCHCH3CH2H3CCHCH3CH2H3CCH2NCH2CH2CH2SCH2H2CH2CCHNCOOHH纈氨酸亮氨酸苯丙氨酸色氨酸蛋氨酸脯氨酸ValProTrpMetLeuIlePhe異亮氨酸(valine)(leucine)(phenylalanine)(tryptophan)(methionine)(proline)(isoleucine)6.025.975.986.025.485.895.756.30非極性氨基酸（8種）丙氨酸（三）氨基酸的主要理化性質(zhì)1、氨基酸的紫外吸收特性Tyr、Phe、Trp的R基含有共軛雙鍵，在220-300nm近紫外區(qū)有吸收。λ（nm）εTyr2781.4×103Phe2592.0×102Trp2795.6×103

在280nm有最大光吸收（２）氨基酸的熔點(diǎn)均大于200℃,常溫下氨基酸均為固態(tài)，而等分子量的其他有機(jī)物均為液態(tài)，說明氨基酸與氨基酸之間的結(jié)合力很強(qiáng)，以離子鍵結(jié)合，即氨基酸是以離子狀態(tài)存在的，而不是以中性分子存在。3、氨基酸的兩性解離和等電點(diǎn)同一分子上帶有數(shù)量相等的正負(fù)兩種電荷的離子稱為兩性離子或兼性離子。氨基酸為兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。兩性離子帶電情況受到溶液pH的影響。aa解離方式取決于所處環(huán)境的pH：pH1pH11pH6任何一種aa，當(dāng)其所帶凈電荷為零時(shí)，在電場中既不向正極移動也不向負(fù)極移動，這時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)（isoelectricpoint，pI）。重點(diǎn)掌握等電點(diǎn)的概念等電點(diǎn)：對某種氨基酸來講，當(dāng)溶液在某一特定的pH時(shí)，氨基酸以兩性離子形式存在，正電荷與負(fù)電荷數(shù)相等，凈電荷為零，在直流電場中，既不向正極移動，也不向負(fù)極移動，這時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。在pI時(shí)，氨基酸的導(dǎo)電率最低，溶解度最小，容易發(fā)生沉淀。pH>pI時(shí)，氨基酸帶負(fù)電荷，-COOH解離成-COO-，向正極移動。pH=pI時(shí)，氨基酸凈電荷為零pH<pI時(shí)，氨基酸帶正電荷，-NH2解離成-NH3+，向負(fù)極移動。pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子

陽離子陰離子CHNH2COOHRCHNH2COOHRCHNH3+COO-RCHNH3+COO-RCHNH2COO-RCHNH2COO-RCHCOOHRNH3+CHCOOHRNH3+總結(jié)a、各種aa的pI不同；b、同一pH下，各種aa所帶電荷不同；pH＜pI：aa+pH＞pI：aa-用離子交換、電泳將aa分開c、處于pI時(shí)，aa溶解度最小，易沉淀；可分離aa。4、與茚三酮反應(yīng)茚三酮在弱酸中與α-氨基酸共熱，引起氨基酸的氧化脫氨，脫羧反應(yīng)，最后，茚三酮與反應(yīng)產(chǎn)物－氨和還原茚三酮反應(yīng)，生成紫色物質(zhì)（λmax=570nm）。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。Pro、Hy-Pro與茚三酮反應(yīng)直接形成黃色化合物（λmax=440nm）第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一、肽和肽鍵

肽由氨基酸通過肽鍵連結(jié)起來的化合物稱為肽。二個(gè)氨基酸分子縮合而成的肽，稱為二肽。NHαCOCαNHαCOCOHHHR1R2H

肽鍵：多肽鏈：

二、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)

概念：多肽鏈上各種氨基酸殘基的排列順序，即氨基酸序列稱為蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。（51Aa，5733u）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的表示法：肽鍵H2NCOHCH3SCOOHNHCCOHNHCCOHNHCCOHNHCHHCH2CHCH2OHCH2CH2中文氨基酸殘基命名法：酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰甲硫氨酸三字母符號表示法：Tyr·Gly·Gly·Phe·Met單字母符號表示法：Y·G·G·F·M三、二級結(jié)構(gòu)

概念

指多肽鏈主鏈在一級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，某些肽段借助氫鍵進(jìn)一步盤旋或折疊，從而形成有規(guī)律的構(gòu)象。

主要類型

α-螺旋、β-折疊片、β-轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲。（1）α-螺旋

即每個(gè)氨基酸殘基（n）的－C＝O與另一個(gè)氨基酸殘基（n+4）的－NH形成氫鍵。

電子顯微鏡下的人體頭發(fā)（2）β-折疊

伸展的多肽鏈靠氫鍵連接而成的一種片狀結(jié)構(gòu)稱為β-折疊，又稱為β-折疊片。（3）β-轉(zhuǎn)角

蛋白質(zhì)分子中連接不同結(jié)構(gòu)單位的180°轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)稱為β-轉(zhuǎn)角（4）無規(guī)卷曲

沒有規(guī)律性的多肽主鏈骨架的構(gòu)象，就是無規(guī)卷曲（randomcoil，Φ、Ψ角度不定）；球蛋白分子中，往往含有較多的無規(guī)卷曲；無規(guī)卷曲往往有利于多肽鏈形成靈活的、具有特異生物活性的構(gòu)象。四、三級結(jié)構(gòu)

多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，主鏈構(gòu)象和側(cè)鏈構(gòu)象相互作用，進(jìn)一步盤曲折疊形成特定的球狀分子結(jié)構(gòu)，稱作三級結(jié)構(gòu)。肌紅蛋白myoglobin五、四級結(jié)構(gòu)

由兩條或兩條以上具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈聚合而成的特定三維結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。α-亞基（subunit）血紅蛋白hemoglobinβ-亞基血紅素（haem）四級結(jié)構(gòu)涉及亞基的種類、數(shù)目和亞基的空間排布，包括亞基間的接觸位點(diǎn)和相互作用關(guān)系，但不包括亞基本身的構(gòu)象。

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次

1、一級結(jié)構(gòu)相似，可能會有相同的功能；一級結(jié)構(gòu)有差異，功能會不同。如OX與ADH:牛催產(chǎn)素Cys.Tyr.Ile.Gln.Asn.Cys.Pro.Leu.Gly-NH2Cys.Tyr.Phe.Gln.Asn.Cys.Pro.Arg.Gly-NH2.SS123456789SS

牛加壓素六、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（ADH）（OX）