生物化學(xué)(護(hù)理專(zhuān)業(yè)高職)全套教學(xué)課件

緒論全套可編輯PPT課件緒論第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第二章核酸的結(jié)構(gòu)與功能第三章酶第四章維生素第五章生物氧化第六章糖代謝第七章脂類(lèi)代謝第八章氨基酸代謝第九章核苷酸代謝第十章遺傳信息的傳遞、表達(dá)與調(diào)控第十一章水與電解質(zhì)代謝第十二章肝膽生物化學(xué)第十三章酸堿平衡目錄12第一節(jié)生物化學(xué)概述第二節(jié)生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容2第三節(jié)

生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握生物化學(xué)的概念和研究的主要內(nèi)容。2.熟悉生物化學(xué)的研究對(duì)象、當(dāng)代生物化學(xué)研究熱點(diǎn)、生物化學(xué)的學(xué)習(xí)方法。3.了解生物化學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史、生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系、生物化學(xué)在臨床護(hù)理中的重要性。學(xué)習(xí)目標(biāo)生物化學(xué)（biochemistry）是一門(mén)探索生命奧秘的重要生命科學(xué)。生物化學(xué)的發(fā)展可積極推動(dòng)人類(lèi)活動(dòng)，使之發(fā)生深刻的變化；同時(shí)，可推動(dòng)農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)等的發(fā)展。生物化學(xué)的理論和技術(shù)已經(jīng)滲透到基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域中：許多疾病的病理改變或征象都要采用生物化學(xué)理論知識(shí)來(lái)解釋?zhuān)锘瘜W(xué)的技術(shù)和方法在疾病診斷、治療和預(yù)防等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。因此，生物化學(xué)是一門(mén)極其重要的臨床醫(yī)學(xué)必修基礎(chǔ)理論課程。學(xué)習(xí)生物化學(xué)能有效提高醫(yī)學(xué)生的綜合素質(zhì)，加強(qiáng)其職業(yè)能力的培養(yǎng)，促進(jìn)醫(yī)學(xué)生的全面發(fā)展。本章是生物化學(xué)的總論，主要介紹生物化學(xué)的概念和主要研究?jī)?nèi)容、當(dāng)代生物化學(xué)研究熱點(diǎn)、生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系等。通過(guò)緒論的學(xué)習(xí)，醫(yī)學(xué)生可對(duì)生物化學(xué)有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣、拓展知識(shí)視野，并為學(xué)好生物化學(xué)及其他醫(yī)學(xué)課程奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第一節(jié)生物化學(xué)概述一、生物化學(xué)的概念生物化學(xué)是研究生物體的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與生理功能及其在整個(gè)生命活動(dòng)過(guò)程中的化學(xué)變化規(guī)律的一門(mén)學(xué)科。生物化學(xué)在分子水平和化學(xué)變化的本質(zhì)上探討與闡述各種生命現(xiàn)象，因此又稱(chēng)生命的化學(xué)。傳統(tǒng)生物化學(xué)研究主要采用化學(xué)的原理與方法。而現(xiàn)代生物化學(xué)進(jìn)一步融入生理學(xué)、物理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、免疫學(xué)和生物信息學(xué)等的理論和技術(shù)，成為研究手段多樣、研究范圍廣泛、研究意義深遠(yuǎn)、與眾多學(xué)科廣泛聯(lián)系的交叉學(xué)科。在生物化學(xué)中，通常將研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能及基因結(jié)構(gòu)、表達(dá)與調(diào)控的內(nèi)容稱(chēng)為分子生物學(xué)，它是生物化學(xué)的重要組成部分，被視為生物化學(xué)的延續(xù)和發(fā)展。近年來(lái)，隨著以蛋白質(zhì)、核酸為代表的生物大分子的研究取得了重大突破，分子生物學(xué)發(fā)展迅猛，成為生命科學(xué)的領(lǐng)頭學(xué)科，其在原理和技術(shù)方法方面提供的支持逐漸揭示了生物遺傳、進(jìn)化的奧秘，并促進(jìn)了生物化學(xué)及其相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，同時(shí)極大地推動(dòng)了醫(yī)學(xué)的發(fā)展，使醫(yī)學(xué)從細(xì)胞水平深入分子水平，也使醫(yī)務(wù)工作者對(duì)疾病的認(rèn)識(shí)和防治進(jìn)入一個(gè)更加微觀、更加本質(zhì)的層次。二、生物化學(xué)的研究對(duì)象生物化學(xué)的研究對(duì)象是有生命的生物體，其研究范圍包括自然界所有的生命形式。生物體的生命活動(dòng)主要包括新陳代謝、對(duì)環(huán)境的反應(yīng)與適應(yīng)、繁殖與遺傳等現(xiàn)象。在維持生命的過(guò)程中，生物體不斷從環(huán)境中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)更新和修復(fù)自身的物質(zhì)組成，同時(shí)不斷根據(jù)外界環(huán)境的變化調(diào)控自身的物質(zhì)代謝水平來(lái)提高適應(yīng)能力。隨后，生物體通過(guò)繁殖使物種得以延續(xù)，通過(guò)基因水平的信息傳遞和表達(dá)調(diào)控來(lái)不斷遺傳與進(jìn)化。以上這些都通過(guò)相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。二、生物化學(xué)的研究對(duì)象根據(jù)具體研究對(duì)象的不同，生物化學(xué)可分為植物生物化學(xué)、動(dòng)物生物化學(xué)、微生物生物化學(xué)和人體生物化學(xué)等分支。人體生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)研究關(guān)系密切，故又稱(chēng)醫(yī)用生物化學(xué)，其主要以人體為研究對(duì)象，同時(shí)充分利用微生物和其他動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。例如，人體細(xì)胞內(nèi)一些關(guān)于物質(zhì)代謝的知識(shí)，最先是從大腸埃希菌、酵母菌等微生物的研究中獲得的。此外，臨床醫(yī)療實(shí)踐為提高人類(lèi)的健康水平和疾病的認(rèn)知、預(yù)防及治療提供了理論和實(shí)踐依據(jù)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和寶貴的資料，也推動(dòng)了人體生物化學(xué)的深入研究。三、生物化學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史生物化學(xué)是一門(mén)既古老又年輕的學(xué)科，它既有悠久的發(fā)展歷史，又在近現(xiàn)代取得了許多重大進(jìn)展和突破。在古代，生物化學(xué)知識(shí)主要在生活中被簡(jiǎn)單應(yīng)用。直到近代，隨著生物學(xué)和其他學(xué)科技術(shù)的發(fā)展，生物化學(xué)才得以被深入研究。其中，德國(guó)藥劑師謝利（KarlScheele）對(duì)動(dòng)植物組織的化學(xué)分析和法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫（AntoneLavoisier）對(duì)呼吸作用化學(xué)本質(zhì)的研究為重要標(biāo)志。1903年，德國(guó)化學(xué)家紐伯格（CarlNeuberg）提出“biochemistry——生物化學(xué)”這一名稱(chēng)，才使得生物化學(xué)脫離有機(jī)化學(xué)和生理學(xué)，成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。（一）中國(guó)古代生物化學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用公元前21世紀(jì)，我國(guó)勞動(dòng)人民就已經(jīng)開(kāi)始使用糧食釀酒，而釀酒所用的曲（酶）稱(chēng)為酒母。公元前12世紀(jì)，我國(guó)勞動(dòng)人民利用大豆、谷類(lèi)、小麥等原料制作醬、醋和飴（麥芽糖）。這些都是利用曲催化谷物中淀粉發(fā)酵的實(shí)踐。此外，漢代淮南王劉安利用蛋白質(zhì)沉淀的方法從豆類(lèi)中提取蛋白質(zhì)，制作出了豆腐。（一）中國(guó)古代生物化學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用在醫(yī)藥方面，春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，人們就開(kāi)始用曲治療消化道不良，且沿用至今；晉代（公元4世紀(jì)）葛洪所著《肘后備急方》中記載了用海藻（含碘）治療癭?。谞钕倌[）；唐代（公元7世紀(jì)）醫(yī)學(xué)家孫思邈使用富含維生素B1的中草藥（車(chē)前子、防風(fēng)、杏仁、大豆、檳榔等）治療腳氣病，同時(shí)他首先用富含維生素A的豬肝治療雀目（夜盲癥）。以上這些運(yùn)用生物化學(xué)知識(shí)和技術(shù)的發(fā)明創(chuàng)造有力地證明了在生物化學(xué)發(fā)展的歷程中，中國(guó)古代科學(xué)家和勞動(dòng)人民在生產(chǎn)、醫(yī)療和營(yíng)養(yǎng)方面的實(shí)踐所做的重要貢獻(xiàn)。（二）近現(xiàn)代生物化學(xué)的發(fā)展近現(xiàn)代生物化學(xué)的發(fā)展大致可分為3個(gè)階段：初期階段蓬勃發(fā)展階段分子生物學(xué)階段1.初期階段生物化學(xué)發(fā)展的初期階段是從18世紀(jì)中期到20世紀(jì)初，又稱(chēng)敘述生物化學(xué)階段。這一階段主要研究和分析生物體的化學(xué)組成，特別對(duì)脂類(lèi)、糖類(lèi)及氨基酸（aminoacid,AA）的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。其中，對(duì)肽鍵作用的證實(shí)實(shí)現(xiàn)了人工合成簡(jiǎn)單的多肽化合物；通過(guò)對(duì)酵母細(xì)胞發(fā)酵過(guò)程的研究發(fā)現(xiàn)了酶和輔酶，奠定了酶學(xué)基礎(chǔ)；核酸被發(fā)現(xiàn)，嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)的結(jié)構(gòu)得以確定等。（二）近現(xiàn)代生物化學(xué)的發(fā)展2.蓬勃發(fā)展階段20世紀(jì)初期，生物化學(xué)進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段，又稱(chēng)動(dòng)態(tài)生物化學(xué)階段。這一時(shí)期的研究在營(yíng)養(yǎng)、內(nèi)分泌、酶學(xué)，尤其是在物質(zhì)代謝等方面獲得了巨大成就。在營(yíng)養(yǎng)方面，必需氨基酸、必需脂肪酸和多種維生素被發(fā)現(xiàn)。在內(nèi)分泌方面，多種激素被發(fā)現(xiàn)并被成功分離和合成；研究者獲得多種酶結(jié)晶，證實(shí)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。在物質(zhì)代謝方面，許多物質(zhì)代謝的重要途徑被發(fā)現(xiàn)和闡明，包括糖代謝、三羧酸循環(huán)、脂肪酸β-氧化、尿素合成等途徑，其中英國(guó)生物化學(xué)家克雷布斯（Krebs）創(chuàng)立的三羧酸循環(huán)理論奠定了物質(zhì)代謝研究的理論基礎(chǔ)。在遺傳學(xué)方面，脫氧核糖核酸（DNA）是遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)得以確定。這一時(shí)期還有化學(xué)分析技術(shù)和同位素示蹤技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為生物化學(xué)物質(zhì)代謝及代謝過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)換和代謝調(diào)控理論的進(jìn)一步研究、發(fā)展創(chuàng)造了技術(shù)條件。（二）近現(xiàn)代生物化學(xué)的發(fā)展3.分子生物學(xué)階段從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，生物化學(xué)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段——分子生物學(xué)階段。該階段主要研究的是探索蛋白質(zhì)與核酸等各種生物大分子（biomacromolecule）結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，闡述和研究物質(zhì)代謝與調(diào)節(jié)、基因信息表達(dá)與調(diào)控、衰老和死亡等生命現(xiàn)象的規(guī)律。（二）近現(xiàn)代生物化學(xué)的發(fā)展1950年，美國(guó)化學(xué)家鮑林（Pauling）和科里（R.Corey）提出了蛋白質(zhì)的α螺旋二級(jí)結(jié)構(gòu)。1953年，美國(guó)科學(xué)家沃森（Waston）和英國(guó)生物學(xué)家克里克（Crick）創(chuàng)立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，隨后克里克提出了遺傳中心法則，闡明了遺傳信息的儲(chǔ)存、傳遞與表達(dá)，進(jìn)一步揭示了生命的奧秘。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的創(chuàng)立成為現(xiàn)代分子生物學(xué)誕生和發(fā)展的里程碑。1955年，英國(guó)生物化學(xué)家桑格（Sanger）完成了牛胰島素氨基酸序列的結(jié)構(gòu)分析，首次闡明了核酸的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。1966年，全部遺傳密碼被破譯。（二）近現(xiàn)代生物化學(xué)的發(fā)展20世紀(jì)70年代建立的DNA重組技術(shù)加深了人們對(duì)核酸與蛋白質(zhì)的關(guān)系的認(rèn)識(shí)，使人們深入認(rèn)識(shí)生命的本質(zhì)并使主動(dòng)改造生物物種成為可能。20世紀(jì)80年代，核酶和抗體酶的發(fā)現(xiàn)、聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用極大地推進(jìn)了分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)基因技術(shù)、基因敲除技術(shù)和基因芯片技術(shù)等的出現(xiàn)拓寬了人類(lèi)關(guān)于基因研究的視野，基因診斷和基因治療技術(shù)給醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了新的革命。生命科學(xué)領(lǐng)域有史以來(lái)最龐大的研究計(jì)劃——人類(lèi)基因組計(jì)劃（humangenomeproject，HGP）正式啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)近10年的努力，人類(lèi)基因組草圖完成，為基因診斷、基因治療及基因工程藥物的研發(fā)創(chuàng)造了良好的開(kāi)端，同時(shí)分子生物學(xué)經(jīng)過(guò)了基因時(shí)代、基因組時(shí)代，步入后基因組時(shí)代。此時(shí)，生物化學(xué)研究的重心已逐漸由結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究轉(zhuǎn)為功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、基因表達(dá)產(chǎn)物分析及細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制等方面，這些研究的成果可為闡述各種疾病的發(fā)病機(jī)制，為疾病的診斷和治療提供更好的方法與依據(jù)，最終更好地推動(dòng)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，維護(hù)人類(lèi)的健康。知識(shí)鏈接人類(lèi)基因組計(jì)劃人類(lèi)基因組計(jì)劃是由美國(guó)科學(xué)家于1985年率先提出，并于1990年正式啟動(dòng)的，美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本和中國(guó)科學(xué)家共同參與了這項(xiàng)規(guī)模宏大的跨國(guó)、跨學(xué)科科學(xué)探索工程。人類(lèi)基因組計(jì)劃旨在測(cè)定人類(lèi)染色體中的所有核苷酸序列，從而繪制人類(lèi)基因組圖譜，并辨識(shí)其載有的基因及其序列，達(dá)到破譯人類(lèi)遺傳信息的最終目的。人類(lèi)基因組計(jì)劃還計(jì)劃研究5種生物的基因組，這5種生物包括大腸埃希菌、酵母菌、線蟲(chóng)、果蠅和小鼠，被稱(chēng)為人類(lèi)的5種“模式生物”。人類(lèi)基因組計(jì)劃推動(dòng)了基因組學(xué)的發(fā)展，是人類(lèi)自然科學(xué)史上最偉大的創(chuàng)舉之一。人類(lèi)基因組計(jì)劃的目的是解碼生命、探究生命的起源和生長(zhǎng)發(fā)育的規(guī)律，認(rèn)識(shí)種屬之間和個(gè)體之間的差異，認(rèn)識(shí)疾病產(chǎn)生的機(jī)制，以及了解長(zhǎng)壽與衰老等生命現(xiàn)象。（一）中國(guó)古代生物化學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用我國(guó)老一輩科學(xué)家對(duì)近現(xiàn)代生物化學(xué)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。從20世紀(jì)開(kāi)始，生物化學(xué)家吳憲等在血液化學(xué)分析方面創(chuàng)立了血濾液的制備和血糖測(cè)定法；在蛋白質(zhì)研究中提出了蛋白質(zhì)變性學(xué)說(shuō)；在免疫化學(xué)方面，對(duì)抗原抗體反應(yīng)機(jī)制的研究也有重要發(fā)現(xiàn)。中華人民共和國(guó)成立后，生物化學(xué)研究得到了極大的發(fā)展。1965年，我國(guó)在世界上首先采用人工方法合成了具有生物活性的蛋白質(zhì)——結(jié)晶牛胰島素。1981年，我國(guó)成功合成了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸。（一）中國(guó)古代生物化學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用此后，我國(guó)的基因工程、新基因的克隆與功能、疾病相關(guān)基因的定位克隆及其功能的研究均取得了可喜的成果。1994年，我國(guó)用導(dǎo)入人凝血因子Ⅸ基因的方法成功治療了乙型血友病。當(dāng)年，我國(guó)科學(xué)家又開(kāi)始參與人類(lèi)基因組計(jì)劃，負(fù)責(zé)并提前完成人類(lèi)基因序列1%的測(cè)定工作，人類(lèi)基因序列草圖的完成也凝聚著我國(guó)科學(xué)家的心血和汗水，標(biāo)志著我國(guó)生物化學(xué)正朝著國(guó)際先進(jìn)水平發(fā)展。第二節(jié)生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容一、生物體的基本物質(zhì)組成生物化學(xué)研究生物體的化學(xué)組成，并測(cè)定其含量和分布。有研究表明，生物體由多種化學(xué)物質(zhì)組成，包括無(wú)機(jī)物和有機(jī)物。其中，無(wú)機(jī)物可分為水和無(wú)機(jī)鹽（Na+、K+、Cl－、Ca2+、Mg2+、Zn2+等），有機(jī)物可分為核苷酸、葡萄糖、氨基酸、維生素等有機(jī)小分子和蛋白質(zhì)、核酸、多糖、復(fù)合脂等生物大分子。人體所含水分占體重的55%～67%，蛋白質(zhì)占體重的15%～18%，脂類(lèi)占體重的10%～15%，無(wú)機(jī)鹽占體重的3%～4%，糖類(lèi)占體重的1%～2%。其余為少量核酸、維生素、激素等。這些化學(xué)物質(zhì)種類(lèi)繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能各異，是維持機(jī)體一切生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。二、生物分子的結(jié)構(gòu)與功能生物體由多種化學(xué)元素組成，進(jìn)而構(gòu)成約30種小分子化合物（基本單位或構(gòu)件分子）。這些構(gòu)件分子按一定的順序和方式連接形成多聚體，其分子量一般大于104，通常被稱(chēng)為生物分子。例如，蛋白質(zhì)、核酸、多糖、復(fù)合脂類(lèi)、蛋白聚糖等都是生物分子，蛋白質(zhì)是由構(gòu)件分子氨基酸按照一定順序通過(guò)肽鍵連接形成的多聚體，核酸是由構(gòu)件分子核苷酸按照一定順序通過(guò)磷酸二酯鍵連接成的多聚體，多糖是由單糖通過(guò)糖苷鍵連接形成的多聚體。二、生物分子的結(jié)構(gòu)與功能對(duì)生物分子的研究，除確定其元素組成及一級(jí)結(jié)構(gòu)（基本單位的種類(lèi)、排列順序和方式）外，更重要的是其空間結(jié)構(gòu)及其與功能的關(guān)系。分子結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)，而功能則是結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)，生物分子結(jié)構(gòu)的改變會(huì)影響其功能改變，甚至導(dǎo)致功能喪失。人體內(nèi)的生物分子還蘊(yùn)藏著各種信息，故其也可稱(chēng)為信息分子，它們之間的相互識(shí)別和相互作用在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與基因表達(dá)調(diào)控中起重要作用。因此，分子結(jié)構(gòu)、分子之間的相互識(shí)別和相互作用是生物信息分子體現(xiàn)特定生物學(xué)功能的基本要素，該領(lǐng)域的研究是當(dāng)今生物化學(xué)研究的熱點(diǎn)課題之一。三、物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)新陳代謝是生命的最基本特征，也是生物化學(xué)研究中最廣泛和最重要的內(nèi)容之一。在生命活動(dòng)中，一方面機(jī)體不斷地從外界環(huán)境中攝取氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)化成自身的組成成分，以實(shí)現(xiàn)機(jī)體的生長(zhǎng)、發(fā)育和更新，同時(shí)儲(chǔ)存能量；另一方面，體內(nèi)的組成成分不斷分解，釋放能量供機(jī)體利用，產(chǎn)生的代謝終產(chǎn)物通過(guò)排泄器官排出體外。這種機(jī)體與周?chē)h(huán)境之間進(jìn)行物質(zhì)和能量交換，以實(shí)現(xiàn)自我更新的過(guò)程稱(chēng)為新陳代謝。三、物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)在新陳代謝過(guò)程中，物質(zhì)的合成與分解稱(chēng)為物質(zhì)代謝。物質(zhì)代謝與能量代謝密切相關(guān)、相互依存（圖0-1）。有研究表明，當(dāng)一個(gè)人60歲時(shí)，其與外界環(huán)境可交換大約60000kg水、10000kg糖、10000kg脂類(lèi)和1600kg蛋白質(zhì)。三、物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)人體的物質(zhì)代謝在本質(zhì)上是一系列復(fù)雜的動(dòng)態(tài)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，是機(jī)體維持內(nèi)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)自我更新、生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖及一切生理活動(dòng)的基礎(chǔ)。這些化學(xué)反應(yīng)幾乎每一步都需要酶來(lái)催化，而酶的活性受許多因素，如底物、代謝產(chǎn)物、神經(jīng)、激素等的調(diào)節(jié)，使物質(zhì)代謝的速度和方向適應(yīng)機(jī)體的生理需求。三、物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)生命活動(dòng)是靠物質(zhì)的正常代謝來(lái)維持的，在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，機(jī)體形成了一整套精密、完善的調(diào)節(jié)機(jī)制。除酶的結(jié)構(gòu)和酶含量的變化對(duì)代謝起重要作用外，細(xì)胞之間和細(xì)胞內(nèi)的各種細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)也發(fā)揮著極其重要的作用。物質(zhì)代謝紊亂可導(dǎo)致疾病的發(fā)生；物質(zhì)代謝一旦停止，生命隨即終止。因此，物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)機(jī)制是生物化學(xué)研究和學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容。四、遺傳信息的儲(chǔ)存、傳遞與表達(dá)生物體的另一重要特征是具有繁殖能力和遺傳特性。生物體內(nèi)的DNA具有存儲(chǔ)遺傳信息的功能。基因是DNA分子中的功能片段，是遺傳信息儲(chǔ)存與傳遞的載體。遺傳信息的傳遞涉及生物體的遺傳、變異、生長(zhǎng)、分化等生命過(guò)程，也與遺傳病、惡性腫瘤、心血管疾病等多種疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。四、遺傳信息的儲(chǔ)存、傳遞與表達(dá)生物體通過(guò)DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)生物合成把遺傳信息傳遞給后代，以延續(xù)生命；在子代個(gè)體的發(fā)育過(guò)程中，遺傳信息經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯，使子代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳性狀。因此，DNA的結(jié)構(gòu)與功能、DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)生物合成等基因信息傳遞與表達(dá)的過(guò)程及調(diào)控機(jī)制是現(xiàn)代生物化學(xué)研究的中心環(huán)節(jié)，也是研究遺傳病、惡性腫瘤、心血管疾病及一些藥物的作用機(jī)制等不可或缺的理論基礎(chǔ)。人類(lèi)基因組計(jì)劃的完成和后基因組計(jì)劃的啟動(dòng)，DNA重組、轉(zhuǎn)基因、基因敲除、新基因克隆、基因診斷與基因治療等技術(shù)的大力開(kāi)展，必將有力地推動(dòng)基因分子生物學(xué)及基因疾病學(xué)的研究與發(fā)展。知識(shí)鏈接轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因技術(shù)是指將一種生物的優(yōu)良基因利用基因重組原理整合到另一種生物的基因組里，使獲得優(yōu)良基因的生物的基因得到改良并能進(jìn)行表達(dá)和遺傳，進(jìn)而使生物獲得優(yōu)良性狀的技術(shù)。在醫(yī)學(xué)中，轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣。動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以構(gòu)建診斷和治療人類(lèi)疾病的動(dòng)物模型。轉(zhuǎn)基因技術(shù)可應(yīng)用于蛋白質(zhì)多肽藥物，如胰島素、干擾素、免疫球蛋白、促紅細(xì)胞生成素、尿激酶、人血紅蛋白、人表皮生長(zhǎng)因子、粒細(xì)胞等的生產(chǎn)；還可用于生產(chǎn)動(dòng)物疫苗，主要包括乙肝表面抗原基因、口蹄疫病毒蛋白基因、狂犬病毒G蛋白基因等。轉(zhuǎn)基因植物可以用來(lái)育種，還可以生產(chǎn)功能性抗體及工業(yè)用糖、酶和脂肪。第三節(jié)生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容生物化學(xué)研究人體正常物質(zhì)代謝和調(diào)控，只有掌握正常代謝的知識(shí)和標(biāo)準(zhǔn)，人們才能對(duì)疾病引起的代謝紊亂進(jìn)行鑒別。在臨床診斷中，醫(yī)務(wù)人員常依據(jù)血液、尿液及其他體液的分析化驗(yàn)結(jié)果來(lái)了解和判定人體物質(zhì)代謝水平，從而對(duì)疾病做出準(zhǔn)確的判斷。例如，醫(yī)務(wù)人員可以通過(guò)檢測(cè)相關(guān)指標(biāo)來(lái)判斷糖尿?。╠iabetesmellitus，DM）是否與胰島素分泌不足或胰島素抵抗有關(guān)，從而能采取有效的治療措施。生物化學(xué)的發(fā)展使臨床醫(yī)學(xué)對(duì)疾病診斷、治療和預(yù)防的研究更加廣泛與深入，近年來(lái)從分子水平探討疾病的發(fā)生和發(fā)展機(jī)制也將給臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展帶來(lái)全新的理念與挑戰(zhàn)。一、生物化學(xué)與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的聯(lián)系生物化學(xué)是在有機(jī)化學(xué)及生理學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一門(mén)重要基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)學(xué)科，生命體的許多生理現(xiàn)象需利用生物化學(xué)的知識(shí)和方法來(lái)解釋?zhuān)虼藘烧哂兄芮械穆?lián)系。人們對(duì)生物化學(xué)的研究和學(xué)習(xí)建立在對(duì)人體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能全面認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，因此，醫(yī)學(xué)解剖學(xué)、細(xì)胞學(xué)、組織學(xué)、生物學(xué)和生理學(xué)等基礎(chǔ)課程是學(xué)習(xí)生物化學(xué)的基礎(chǔ)。例如，分子藥理學(xué)主要研究藥物在體內(nèi)的代謝轉(zhuǎn)化及藥物作用的分子機(jī)制，如磺胺類(lèi)藥物的作用機(jī)制涉及酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用；抗生素、抗腫瘤藥物的作用機(jī)制涉及蛋白質(zhì)和RNA的合成過(guò)程等，這些都離不開(kāi)生物化學(xué)的理論和技術(shù)。一、生物化學(xué)與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的聯(lián)系同時(shí)，其他基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)學(xué)科也促進(jìn)了生物化學(xué)自身的發(fā)展。例如，免疫學(xué)的方法被廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)及受體的研究，遺傳學(xué)的方法被應(yīng)用于基因分子生物學(xué)的分析研究，病理學(xué)的方法被應(yīng)用于腫瘤促癌基因的研究。近年來(lái)，生物化學(xué)在制藥工業(yè)中也起著重要的作用，以生物化學(xué)、微生物學(xué)和分子生物學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的基因工程、發(fā)酵工程、細(xì)胞工程、酶工程和蛋白質(zhì)制藥工業(yè)已成為醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新方向。二、生物化學(xué)在護(hù)理學(xué)中的作用和意義生物化學(xué)是護(hù)理專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一門(mén)必修課程。護(hù)理學(xué)是在生命科學(xué)和社會(huì)科學(xué)理論的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的一門(mén)研究維護(hù)、促進(jìn)、恢復(fù)人類(lèi)身心健康的護(hù)理理論知識(shí)、技術(shù)及其發(fā)展規(guī)律的綜合性應(yīng)用科學(xué)。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展，生物化學(xué)的理論和技術(shù)越來(lái)越多地被運(yùn)用于臨床疾病的防治工作中，這使得臨床對(duì)護(hù)理工作者的素養(yǎng)要求也隨之提高，因此，每位護(hù)理專(zhuān)業(yè)學(xué)生要樹(shù)立終身學(xué)習(xí)的理念，學(xué)好生物化學(xué)的知識(shí)，為認(rèn)識(shí)疾病和維持健康提供幫助，為隨后的臨床護(hù)理工作和繼續(xù)教育夯實(shí)理論基礎(chǔ)。二、生物化學(xué)在護(hù)理學(xué)中的作用和意義生物化學(xué)是提高護(hù)理專(zhuān)業(yè)水平的指導(dǎo)性學(xué)科。隨著醫(yī)學(xué)模式從生物學(xué)模式轉(zhuǎn)向生物-心理-社會(huì)模式，護(hù)理工作模式也由簡(jiǎn)單的疾病護(hù)理轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合整體護(hù)理，護(hù)理工作方式從被動(dòng)執(zhí)行醫(yī)囑的單純疾病治療模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹委?、健康教育和咨詢?yōu)橐惑w的多方位綜合性工作。生物化學(xué)的研究成果從分子水平上闡明了健康和維持健康的基本內(nèi)涵，為臨床護(hù)理工作中進(jìn)行護(hù)理評(píng)估、做出護(hù)理診斷、提出護(hù)理方案及開(kāi)展健康教育等方面提供了理論和技術(shù)支持。二、生物化學(xué)在護(hù)理學(xué)中的作用和意義生物化學(xué)在護(hù)理專(zhuān)業(yè)應(yīng)用性知識(shí)中提供的支持主要包括以下幾個(gè)方面。應(yīng)用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝的基本知識(shí)，對(duì)不同的患者進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)指導(dǎo)，提供食譜制訂、保健養(yǎng)生咨詢服務(wù)，對(duì)病后康復(fù)和預(yù)防提供有效方案。010203學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)變性理論和礦物質(zhì)生理功能等知識(shí)，用于臨床無(wú)菌操作、輸液及常見(jiàn)患者的護(hù)理。應(yīng)用新陳代謝及酶學(xué)知識(shí)為臨床用藥及藥物機(jī)制、采集生化檢驗(yàn)標(biāo)本、臨床疾病觀察與處理及酶譜分析提供可靠的依據(jù)。三、生物化學(xué)的學(xué)習(xí)方法生物化學(xué)是醫(yī)學(xué)生必修的一門(mén)理論性很強(qiáng)的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程，其所研究的內(nèi)容比較廣泛，主要從分子水平上揭示生命的奧秘，既看不見(jiàn)又摸不著，既深?yuàn)W又抽象，名詞繁多，化學(xué)結(jié)構(gòu)式、反應(yīng)式多，代謝途徑復(fù)雜。對(duì)護(hù)理專(zhuān)業(yè)的學(xué)生而言，其主要以掌握臨床護(hù)理實(shí)踐技能為目的，因而在生物化學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)遇到一些困難，同時(shí)學(xué)生會(huì)對(duì)生物化學(xué)與臨床護(hù)理專(zhuān)業(yè)之間的關(guān)系感覺(jué)困惑。因此，在學(xué)習(xí)生物化學(xué)過(guò)程中，學(xué)生必須結(jié)合課程的相應(yīng)特點(diǎn)采取行之有效的方法來(lái)提高學(xué)習(xí)效率。三、生物化學(xué)的學(xué)習(xí)方法WTOS1.要運(yùn)用辯證的、發(fā)展的、整體的觀點(diǎn)來(lái)學(xué)習(xí)生物化學(xué)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐漸認(rèn)清局部與整體的關(guān)系，注重知識(shí)的系統(tǒng)性，避免只注重單個(gè)反應(yīng)步驟而忽略了整體的意義。4.要學(xué)會(huì)預(yù)習(xí)和自學(xué)，課后及時(shí)通過(guò)習(xí)題復(fù)習(xí)和鞏固，利用好豐富的課外教學(xué)資源。2.要明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，突破重點(diǎn)和難點(diǎn)，善于歸納規(guī)律，抓主線，牢記要點(diǎn)，主動(dòng)培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。3.要注重前后聯(lián)系，勤于思考，充分通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證理論并聯(lián)系實(shí)際，再用理論來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐，發(fā)展理論，在理解的基礎(chǔ)上加深記憶?？键c(diǎn)速記1.生物化學(xué)是研究生物體的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與生理功能及其在整個(gè)生命活動(dòng)過(guò)程中化學(xué)變化規(guī)律的一門(mén)學(xué)科。2.生物化學(xué)以生物體為研究對(duì)象，主要研究生物體的化學(xué)組成、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能、物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)、遺傳信息的儲(chǔ)存、傳遞與表達(dá)。問(wèn)答題1.什么是生物化學(xué)？2.簡(jiǎn)述生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容。3.簡(jiǎn)述生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系。當(dāng)代生物化學(xué)研究的熱點(diǎn)有哪些？4.簡(jiǎn)述生物化學(xué)的發(fā)展史。感謝聆聽(tīng)！第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能目錄第一節(jié)蛋白質(zhì)概述第三節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)第四節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第五節(jié)蛋白質(zhì)的分類(lèi)第二節(jié)蛋白質(zhì)的化學(xué)組成第六節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握蛋白質(zhì)的概念、元素組成及特點(diǎn)，氨基酸的結(jié)構(gòu)通式、分類(lèi)及理化性質(zhì)，蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)、四級(jí)結(jié)構(gòu)的概念和主要化學(xué)鍵，蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式，蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其應(yīng)用。2.熟悉蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，蛋白質(zhì)的提取、分離和純化。3.了解蛋白質(zhì)的分類(lèi)，臨床常用氨基酸、多肽和蛋白質(zhì)藥物。蛋白質(zhì)1962年，英國(guó)生物化學(xué)家肯德魯和佩魯茨確定了血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)末，隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃、功能基因組與蛋白質(zhì)計(jì)劃研究的深入開(kāi)展。1955年，桑格首次發(fā)現(xiàn)了胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)。1833年，人類(lèi)成功從麥芽中分離出淀粉酶，隨后從胃液中分離得到胃蛋白酶的類(lèi)似物。1838年，荷蘭科學(xué)家穆德首先使用“protein”一詞來(lái)表述蛋白質(zhì)。19世紀(jì)末至20世紀(jì)初，德國(guó)化學(xué)家費(fèi)歇爾的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)一步揭示了蛋白質(zhì)的基本組成。蛋白質(zhì)（protein）是生物體最主要的物質(zhì)基礎(chǔ)，在生物體的生長(zhǎng)、發(fā)育、衰老、死亡等生命活動(dòng)過(guò)程中具有極其重要的功能。第一節(jié)蛋白質(zhì)概述案例導(dǎo)入自2003年開(kāi)始，在我國(guó)部分地區(qū)發(fā)生了制造、銷(xiāo)售劣質(zhì)奶粉和一系列因?yàn)槭秤谩傲淤|(zhì)奶粉”導(dǎo)致嬰幼兒致病、致死的事件。劣質(zhì)奶粉的危害對(duì)象為以哺食奶粉為主的新生兒及嬰幼兒，主要致病表現(xiàn)為“頭大、嘴小、水腫、低熱”，嚴(yán)重時(shí)可出現(xiàn)造血功能障礙、內(nèi)臟功能衰竭、免疫力低下等情況，還有的表現(xiàn)為臉腫大、腿很細(xì)、屁股紅腫、皮膚潰爛和其他嚴(yán)重發(fā)育不良的現(xiàn)象。由于最明顯的特征表現(xiàn)為嬰兒“頭大”，因此，這些嬰幼兒又被稱(chēng)為“大頭娃娃”。思考：1.為什么會(huì)出現(xiàn)“大頭娃娃”？2.如何判斷奶粉質(zhì)量的好壞？一、蛋白質(zhì)的概念蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)一類(lèi)由氨基酸組成的有機(jī)化合物，是具有特殊空間結(jié)構(gòu)和功能的生物大分子。在生物界中，無(wú)論是簡(jiǎn)單的低等生物，還是復(fù)雜的高等生物，如病毒、細(xì)菌、植物和動(dòng)物等，普遍都含有蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)是生物體最重要的組成成分，是生物體內(nèi)含量最豐富、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、種類(lèi)繁多、功能最重要的生物大分子之一。一、蛋白質(zhì)的概念生物體的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，體內(nèi)蛋白質(zhì)的含量和種類(lèi)越多。單細(xì)胞生物大腸埃希菌含有蛋白質(zhì)3000多種。人體蛋白質(zhì)的含量約占人體干重的45%，細(xì)胞中的蛋白質(zhì)含量占細(xì)胞干重的70%以上；肌肉、內(nèi)臟和血液等都以蛋白質(zhì)為主要成分。微生物中蛋白質(zhì)的含量亦高，細(xì)菌一般含蛋白質(zhì)50%～80%，干酵母含蛋白質(zhì)46.6%；病毒除少量核酸外幾乎都由蛋白質(zhì)組成，甚至朊病毒（prion）只含蛋白質(zhì)而不含核酸。高等植物細(xì)胞原生質(zhì)和種子中也含有較多的蛋白質(zhì)，如黃豆的蛋白質(zhì)含量為40%。二、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)在生物體中分布廣泛，人體的絕大部分組織器官都含有蛋白質(zhì)。不同蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)不同，構(gòu)成了不同的細(xì)胞和組織器官，發(fā)揮不同的生物學(xué)功能。蛋白質(zhì)是生物體的重要組成成分。嬰幼兒個(gè)體的生長(zhǎng)和發(fā)育、正常成人機(jī)體的物質(zhì)代謝和更新、創(chuàng)傷的愈合和疾病的恢復(fù)，這些都要依賴(lài)蛋白質(zhì)的攝取和利用。（二）發(fā)揮多種重要和特異的生物學(xué)功能功能（一）維持組織的生長(zhǎng)、發(fā)育、更新和修復(fù)二、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能（二）發(fā)揮多種重要和特異的生物學(xué)功能（1）1.催化與物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的一個(gè)重要的生物學(xué)功能是作為生物新陳代謝的催化劑——酶。（3）3.物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)與儲(chǔ)存蛋白質(zhì)在機(jī)體物質(zhì)運(yùn)輸和儲(chǔ)存中發(fā)揮重要作用。（5） 5.血液凝固和解凝血液中的凝血酶原、凝血因子和纖溶酶主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成，在機(jī)體出血時(shí)，凝血酶原激活為凝血酶，與凝血因子一起促進(jìn)血液的凝固。此外，纖溶酶有溶解纖維蛋白（抗凝血）的作用，可促進(jìn)血液循環(huán)，防止血栓形成。（2）2.免疫保護(hù)機(jī)體內(nèi)眾多的免疫球蛋白、補(bǔ)體結(jié)合蛋白具有免疫保護(hù)的重要作用，能夠殺滅病原微生物或提高機(jī)體的防御能力，預(yù)防疾病。（4）4.運(yùn)動(dòng)與支持蛋白質(zhì)構(gòu)成細(xì)胞骨架，維持肌肉組織和器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)，參與肌肉收縮的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)人體的新陳代謝。（6） 6.基因表達(dá)調(diào)控人體內(nèi)的新陳代謝受遺傳物質(zhì)的精確調(diào)控，不同時(shí)期的基因表達(dá)不同的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)產(chǎn)物進(jìn)一步對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。例如，組蛋白、非組蛋白、阻遏蛋白、轉(zhuǎn)錄因子等參與基因表達(dá)調(diào)控。二、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能（二）發(fā)揮多種重要和特異的生物學(xué)功能生物學(xué)功能7.細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)體內(nèi)的物質(zhì)代謝依賴(lài)組織、細(xì)胞間的信息傳遞進(jìn)行調(diào)控。例如，G蛋白參與膜受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的經(jīng)典途徑，進(jìn)行級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)，進(jìn)一步調(diào)節(jié)各種生理活動(dòng)。8.調(diào)節(jié)生物體的新陳代謝是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，整個(gè)新陳代謝過(guò)程中的生化反應(yīng)都有酶的參與，而絕大多數(shù)酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)。9.特殊功能某些蛋白質(zhì)除具有上述功能外，還具有其他功能，如應(yīng)樂(lè)果甜蛋白有著極高的甜度；昆蟲(chóng)翅膀的鉸合部存在一種具有特殊彈性的蛋白質(zhì)，稱(chēng)為節(jié)肢彈性蛋白；某些海洋生物，如貝類(lèi)可分泌一類(lèi)膠質(zhì)蛋白而將自己的貝殼牢固地黏在巖石或者其他硬物表面上。第二節(jié)蛋白質(zhì)的化學(xué)組成一、蛋白質(zhì)的元素組成生物體中蛋白質(zhì)的種類(lèi)繁多、結(jié)構(gòu)各異。經(jīng)過(guò)元素實(shí)驗(yàn)測(cè)定，組成蛋白質(zhì)的基本元素主要有碳（50%～55%）、氫（6%～7%）、氧（19%～24%）、氮（13%～19%）和硫（0～4%）。部分蛋白質(zhì)還含有少量磷或金屬元素（如鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬等），個(gè)別蛋白質(zhì)含有碘。所有蛋白質(zhì)都含有氮元素，且大多數(shù)蛋白質(zhì)的含氮量比較接近且恒定，平均約為16%，即1g氮相當(dāng)于6.25g蛋白質(zhì)，這是蛋白質(zhì)元素組成的重要特點(diǎn)。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)是生物體內(nèi)主要的含氮物質(zhì)，因此，人們可通過(guò)測(cè)定生物樣品中的含氮量推算出樣品的大致蛋白質(zhì)含量。具體可按下式進(jìn)行計(jì)算。每克樣品中的含氮量（g）×6.25×100%=100g樣品中蛋白質(zhì)的含量（g%）二、蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸蛋白質(zhì)在酸、堿或酶的作用下徹底水解生成的最終產(chǎn)物是氨基酸，因而氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位。自然界中的天然氨基酸有300多種，但是組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸只有20種，它們?cè)诘鞍踪|(zhì)合成過(guò)程中都受各自遺傳密碼的調(diào)控，故稱(chēng)編碼氨基酸。其他氨基酸有些是在蛋白質(zhì)中由20種編碼氨基酸轉(zhuǎn)化生成的，如膠原蛋白中的羥脯氨酸和羥賴(lài)氨酸、凝血因子中的γ羧基谷氨酸；有些并不存在于蛋白質(zhì)中，如參與尿素合成的鳥(niǎo)氨酸和瓜氨酸、參與含硫氨基酸代謝的同型半胱氨酸。有研究表明，組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸不存在種族差異和個(gè)體差異。（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)氨基酸通常以羧酸為母體命名，其碳原子的順序可用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，也可用希臘字母α、β、γ等表示。在氨基酸的分子結(jié)構(gòu)中，羧酸中α-碳原子上的氫原子被氨基取代，故又稱(chēng)α-氨基酸（脯氨酸為α-亞氨基酸）。其結(jié)構(gòu)通式如下。R代表氨基酸的側(cè)鏈部分，不同的側(cè)鏈代表不同的氨基酸。（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)各種氨基酸的結(jié)構(gòu)雖不相同，但都具有一定的共同特點(diǎn)，具體如下。1.除脯氨酸外，所有氨基酸都是α-氨基酸，即氨基（或脯氨酸的亞氨基）與羧基同時(shí)連在同一個(gè)α-碳原子上。2.除甘氨酸外，所有氨基酸都屬于L型氨基酸。不同氨基酸的側(cè)鏈部分不同，除甘氨酸的側(cè)鏈為H外，其他氨基酸中的α碳原子所連接的4個(gè)原子或基團(tuán)各不相同，是不對(duì)稱(chēng)碳原子，因此具有旋光異構(gòu)現(xiàn)象，存在L型和D型兩種異構(gòu)體。氨基在α-碳原子左側(cè)者為L(zhǎng)型，氨基在α-碳原子右側(cè)者為D型。組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸都是L型，故又稱(chēng)L-α-氨基酸。（二）氨基酸的分類(lèi)1.根據(jù)側(cè)鏈部分基團(tuán)結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)分類(lèi)根據(jù)側(cè)鏈部分基團(tuán)結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的不同，20種氨基酸可分為5類(lèi)（表1-1）。（二）氨基酸的分類(lèi)（二）氨基酸的分類(lèi)（二）氨基酸的分類(lèi)（1）非極性脂肪族氨基酸：共有6種，其R基團(tuán)是非極性疏水基團(tuán)。其中，異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸和丙氨酸的R基團(tuán)在蛋白質(zhì)分子內(nèi)可以通過(guò)過(guò)疏水作用結(jié)合在一起，以穩(wěn)定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。甘氨酸的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，它的R基團(tuán)太?。?個(gè)氫原子），因而與其他氨基酸的R基團(tuán)無(wú)疏水作用。甲硫氨酸（蛋氨酸）是含硫氨基酸之一，它的R基團(tuán)含有非極性硫醚基。脯氨酸的R基團(tuán)形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有剛性，在蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)中具有特殊意義。（二）氨基酸的分類(lèi)02共有6種，其側(cè)鏈中含有羥基、巰基、酰胺基等極性基團(tuán)，這些基團(tuán)是中性親水基團(tuán)，在中性溶液中不電離。05共有3種，其側(cè)鏈上含有胍基、氨基和咪唑基，易結(jié)合質(zhì)子而呈堿性。03共有2種，其側(cè)鏈上有羧基，易解離出質(zhì)子而呈酸性。06共有3種，其側(cè)鏈中含有苯基、酚基、吲哚基等基團(tuán)。其中，苯基具有較強(qiáng)的疏水性，酚基和吲哚基在特定條件下可解離。極性中性氨基酸：酸性氨基酸：堿性氨基酸：芳香族氨基酸：（二）氨基酸的分類(lèi)2.根據(jù)氨基酸的營(yíng)養(yǎng)作用分類(lèi)根據(jù)氨基酸的營(yíng)養(yǎng)作用，20種氨基酸可分為必需氨基酸和非必需氨基酸2類(lèi)。在人體內(nèi)不能合成，必須每天從食物中攝取，為人體維持生命活動(dòng)所必需的氨基酸。必需氨基酸共8種，包括纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸和賴(lài)氨酸。為人體能夠自身合成的氨基酸，不依賴(lài)于從食物中攝取。除必需氨基酸外，其余的氨基酸都屬于非必需氨基酸，共有12種。氨基酸的分類(lèi)（1）必需氨基酸（2）非必需氨基酸（二）氨基酸的分類(lèi)此外，組成人體蛋白質(zhì)的20種氨基酸中的纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸又稱(chēng)支鏈氨基酸；組氨酸和色氨酸又稱(chēng)雜環(huán)氨基酸；脯氨酸和半胱氨酸的結(jié)構(gòu)比較特殊，脯氨酸含有亞氨基（—NH—），屬于亞氨基酸，其亞氨基仍可與另一羧基形成肽鍵，兩個(gè)半胱氨酸脫氫后以二硫鍵（—S—S—）相連形成胱氨酸。除上述20種氨基酸以外，人體內(nèi)還存在一些游離的氨基酸，但其不參與蛋白質(zhì)的合成，如鳥(niǎo)氨酸、瓜氨酸等。（三）氨基酸的理化性質(zhì)各種氨基酸的理化性質(zhì)不盡相同，甚至都有自己的特性。這里介紹氨基酸的典型理化性質(zhì)。1.兩性電離和等電點(diǎn)氨基酸都含有氨基和羧基。在一定的溶液中，氨基可以接受H+，帶正電荷而呈堿性；羧基可以釋放出H+，帶負(fù)電荷而呈酸性。因此，氨基酸是兩性電解質(zhì)，具有兩性解離的特性。氨基酸的解離方式主要取決于其所處溶液的pH。在酸性溶液中，氨基傾向于結(jié)合H+，氨基酸解離為陽(yáng)離子；在堿性溶液中，羧基傾向于釋放出H+，氨基酸解離為陰離子。在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電中性，此時(shí)溶液的pH稱(chēng)為該氨基酸的等電點(diǎn)（isoelectricpoint，pI）。不同氨基酸的結(jié)構(gòu)不同，氨基和羧基的數(shù)目不同，因此各自的等電點(diǎn)不同。通常，酸性氨基酸的pI＜4.0，堿性氨基酸的pI＞7.5，中性氨基酸的pI為5.0～6.5。（三）氨基酸的理化性質(zhì)2.茚三酮反應(yīng)氨基酸和茚三酮水合物在弱堿性溶液的共熱反應(yīng)過(guò)程中釋放出CO2，可生成藍(lán)紫色（羅曼紫）的化合物。此化合物在570nm波長(zhǎng)處有最大紫外吸收峰，由于此吸收峰值的大小與氨基酸的含量成正比，因此可以用于氨基酸的定性和定量分析。（三）氨基酸的理化性質(zhì)3.紫外吸收特征氨基酸中的色氨酸和酪氨酸含有共軛雙鍵，最大紫外吸收峰在280nm附近（圖1-1），大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量快速、簡(jiǎn)便的方法。（四）氨基酸的連接方式——肽鍵所有氨基酸都含有α-羧基和α-氨基。一個(gè)氨基酸的α-羧基與另一個(gè)氨基酸的α氨基脫水縮合形成的共價(jià)酰胺鍵（—CO—NH—）稱(chēng)為肽鍵（peptidebond）。蛋白質(zhì)分子中的氨基酸通過(guò)肽鍵相互連接，肽鍵是蛋白質(zhì)分子的主要化學(xué)鍵。例如，甘氨酸與絲氨酸脫水縮合生成甘氨酰絲氨酸。（四）氨基酸的連接方式——肽鍵氨基酸通過(guò)肽鍵連接形成的化合物稱(chēng)為肽（peptide）。由2個(gè)氨基酸形成的肽稱(chēng)為二肽，由3個(gè)氨基酸形成的肽稱(chēng)為三肽，依此類(lèi)推。通常，由10個(gè)以下氨基酸形成的肽稱(chēng)為寡肽（oligopeptide），由10個(gè)以上氨基酸形成的肽稱(chēng)為多肽（polypeptide）。多肽化合物呈鏈狀，故又稱(chēng)多肽鏈，可分為開(kāi)肽鏈和環(huán)狀肽。人體中的多肽鏈主要是開(kāi)肽鏈，即無(wú)分支的鏈狀結(jié)構(gòu)。（四）氨基酸的連接方式——肽鍵氨基酸在形成肽后，因有部分基團(tuán)縮合形成肽鍵，其結(jié)構(gòu)已不完整，故通常將多肽鏈中的每一個(gè)氨基酸稱(chēng)為氨基酸殘基（residue）。每個(gè)氨基酸都有一個(gè)R基團(tuán)，不同的R基團(tuán)構(gòu)成不同的功能結(jié)構(gòu)，這些R基團(tuán)常稱(chēng)為多肽鏈的側(cè)鏈，氨基酸由肽鍵相連形成的長(zhǎng)鏈骨架則稱(chēng)為多肽鏈的主鏈（圖1-2）。多肽鏈有兩端，具有自由α-氨基的一端稱(chēng)為氨基末端（N-末端），具有自由α-羧基的另一端稱(chēng)為羧基末端（C-末端）。在書(shū)寫(xiě)某一肽時(shí)，常將N-末端寫(xiě)在左邊，從左到右將各氨基酸按連接順序依次寫(xiě)出，C-末端寫(xiě)在右邊，即多肽鏈的書(shū)寫(xiě)方向是從N末端到C-末端。（四）氨基酸的連接方式——肽鍵多肽鏈?zhǔn)堑鞍踪|(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，而實(shí)際上蛋白質(zhì)就是具有特定構(gòu)象的多肽。但多肽并不都是蛋白質(zhì)，兩者沒(méi)有嚴(yán)格的界限，可以從以下幾個(gè)方面區(qū)分。1.由11～50個(gè)氨基酸構(gòu)成的多肽不是蛋白質(zhì)，由多于50個(gè)氨基酸構(gòu)成的多肽是蛋白質(zhì)。2.1個(gè)多肽分子只有1條肽鏈，而1個(gè)蛋白質(zhì)分子可以含有不止1條肽鏈。3.多肽的生物活性可能與其構(gòu)象無(wú)關(guān)；而蛋白質(zhì)則相反，改變構(gòu)象會(huì)改變其生物活性。4.許多蛋白質(zhì)含有輔基成分，而多肽一般不含輔基成分。（五）活性肽氨基酸在人體內(nèi)除了合成蛋白質(zhì)外，還能合成許多具有某些重要生理功能的小分子肽，稱(chēng)為活性肽（bioactivepeptide）?；钚噪脑谌梭w神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)、物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)方面發(fā)揮重要的作用。隨著蛋白質(zhì)合成技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的化學(xué)合成或基因工程制備的肽類(lèi)藥物和疫苗被應(yīng)用于臨床疾病的預(yù)防與治療。（五）活性肽1.谷胱甘肽（glutathione，GSH）谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸3種氨基酸縮合而成的三肽。其分子結(jié)構(gòu)中半胱氨酸殘基的R側(cè)鏈含有活性巰基（—SH），參與細(xì)胞內(nèi)的氧化還原反應(yīng)，是谷胱甘肽的主要功能基團(tuán)。還原性谷胱甘肽可作為重要的還原劑參與體內(nèi)多種氧化還原反應(yīng)，保護(hù)某些蛋白質(zhì)或巰基酶分子中的活性巰基不被氧化，維持還原活性，從而保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整或細(xì)胞內(nèi)酶的生物活性。此外，谷胱甘肽還能與毒物或藥物結(jié)合，消除其毒性作用。（五）活性肽2.肽類(lèi)激素人體內(nèi)有許多重要的肽類(lèi)激素，它們屬于寡肽或多肽，如促甲狀腺激素釋放激素（thyrotropinreleasinghormone，TRH）（三肽）、催產(chǎn)素（九肽）、升壓素（九肽）、促腎上腺皮質(zhì)激素（三十九肽）等。促甲狀腺激素釋放激素是由焦谷氨酸、組氨酸、脯氨酰胺合成的三肽，由下丘腦分泌，主要作用是促進(jìn)腦垂體分泌促甲狀腺激素。（五）活性肽2.肽類(lèi)激素人體內(nèi)有許多重要的肽類(lèi)激素，它們屬于寡肽或多肽，如促甲狀腺激素釋放激素（thyrotropinreleasinghormone，TRH）（三肽）、催產(chǎn)素（九肽）、升壓素（九肽）、促腎上腺皮質(zhì)激素（三十九肽）等。促甲狀腺激素釋放激素是由焦谷氨酸、組氨酸、脯氨酰胺合成的三肽，由下丘腦分泌，主要作用是促進(jìn)腦垂體分泌促甲狀腺激素。（五）活性肽3.神經(jīng)肽在神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中發(fā)揮信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用的一類(lèi)肽稱(chēng)為神經(jīng)肽。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)肽有腦啡肽（五肽）、強(qiáng)啡肽（十七肽）、孤啡肽（十七肽）、β-內(nèi)啡肽（三十一肽）等。其中，強(qiáng)啡肽和孤啡肽對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)痛覺(jué)的產(chǎn)生具有抑制作用，現(xiàn)已在臨床上用于鎮(zhèn)痛?？键c(diǎn)速記1.蛋白質(zhì)的元素組成特點(diǎn)、蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸的基本特點(diǎn)。2.組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸的數(shù)量和種類(lèi)。3.肽鍵、多肽鏈、谷胱甘肽。第三節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)是由許多氨基酸通過(guò)肽鍵連接形成的具有特定空間結(jié)構(gòu)的生物大分子。組成人體蛋白質(zhì)的20種氨基酸能夠按照不同的數(shù)量和排列順序及肽鏈的特定空間排布，組成各種各樣的蛋白質(zhì)。不同蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)不同，功能各異。其中，蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序和肽鏈的空間排布等構(gòu)成了蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的功能主要由其結(jié)構(gòu)所決定，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有多層次結(jié)構(gòu)。1952年，丹麥科學(xué)家林德斯特羅姆（LinderstromLang）首次提出將蛋白質(zhì)復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)分為4個(gè)層次，即一級(jí)結(jié)構(gòu)（primarystructure）、二級(jí)結(jié)構(gòu)（secondarystructure）、三級(jí)結(jié)構(gòu)（tertiarystructure）和四級(jí)結(jié)構(gòu)（quaternarystructure）。一級(jí)結(jié)構(gòu)又稱(chēng)基本結(jié)構(gòu)，二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)、四級(jí)結(jié)構(gòu)又稱(chēng)高級(jí)結(jié)構(gòu)或空間構(gòu)象。蛋白質(zhì)空間構(gòu)象是指蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維空間的排布，是蛋白質(zhì)不同特性和功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，通常由非共價(jià)鍵（次級(jí)鍵）維系。有研究表明，有機(jī)分子中單鍵的旋轉(zhuǎn)是形成空間構(gòu)象的主要原因。雖然各種蛋白質(zhì)構(gòu)象獨(dú)特，但具有共同特征。一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì)多肽鏈分子中從N-末端到C-末端氨基酸殘基的排列順序稱(chēng)為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序是由遺傳物質(zhì)DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序所決定的。維系蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵是肽鍵。此外，部分蛋白質(zhì)分子中還含有二硫鍵，它是由兩個(gè)半胱氨酸中的巰基脫氫形成的化學(xué)鍵。這些共價(jià)鍵含有的鍵能較大，故蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)通常比較穩(wěn)定。一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)隨著對(duì)蛋白質(zhì)研究的不斷深入，研究者發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)并不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。人體中不同種類(lèi)蛋白質(zhì)的氨基酸組成和排列順序不同，其一級(jí)結(jié)構(gòu)和功能也不同。對(duì)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的研究能夠從分子水平闡述結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，從根本上揭示生命和疾病的本質(zhì)，對(duì)臨床預(yù)防和治療疾病有著重要的意義。一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)1955年，桑格首先完成對(duì)牛胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定，這是第一種被測(cè)定一級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。1965年，我國(guó)生物化學(xué)科學(xué)家在世界上首次成功合成具有生物活性的結(jié)晶牛胰島素，極大地推動(dòng)了人工合成生物活性蛋白質(zhì)的研究。胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由A鏈和B鏈兩條肽鏈通過(guò)2個(gè)二硫鍵連接而成（圖1-3）的。其中，A鏈含有21個(gè)氨基酸殘基，B鏈含有30個(gè)氨基酸殘基。胰島素分子中含有3個(gè)二硫鍵，1個(gè)位于Ａ鏈內(nèi)，另外2個(gè)位于Ａ鏈和Ｂ鏈之間。一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)研究蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的意義為：一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)生物活性的分子基礎(chǔ)；一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)構(gòu)象的基礎(chǔ)，包含形成特定構(gòu)象所需的全部信息；眾多遺傳病的分子基礎(chǔ)是基因突變，導(dǎo)致其所表達(dá)的蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；研究蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)可以闡明生物進(jìn)化史，不同物種的同源蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)越相似，物種之間的進(jìn)化關(guān)系越近。（一）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈主鏈骨架上原子的局部空間排列，即主鏈的局部構(gòu)象，不涉及氨基酸殘基的R側(cè)鏈構(gòu)象。維系蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要化學(xué)鍵是氫鍵。多肽鏈的主鏈骨架盤(pán)旋、纏繞和折疊可形成二級(jí)結(jié)構(gòu)的特異空間結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要表現(xiàn)形式有α-螺旋（α-helix）、β-折疊（β-sheet）、β-轉(zhuǎn)角（β-turn）和無(wú)規(guī)卷曲（randomcoil）。（一）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)20世紀(jì)30年代末，鮑林和科里開(kāi)始使用X線結(jié)晶衍射技術(shù)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行研究，以測(cè)定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。他們分別測(cè)定了分子中各原子間的標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)和鍵角，發(fā)現(xiàn)多肽鏈中參與肽鍵形成的6個(gè)原子（C、O、N、H和兩個(gè)Cα）同處于一個(gè)平面上，稱(chēng)為肽鍵平面（肽單元，圖1-4）。在肽鍵平面中，肽鍵的C—N鍵長(zhǎng)為0.132nm，短于單鍵的0.147nm，長(zhǎng)于雙鍵的0.123nm，故具有部分雙鍵的特性，因此CO和C—N均不能自由旋轉(zhuǎn)。所以，整個(gè)肽鏈的主鏈原子（—CαCN—CαCN—）中只有Cα—N和Cα—C之間的單鍵可以旋轉(zhuǎn)。肽鍵平面是研究蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。二、蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象是指蛋白質(zhì)分子中各原子、各基團(tuán)在三維空間形成的各種空間排布和相互關(guān)系。它是在一級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上折疊、盤(pán)曲形成的更高級(jí)的形態(tài)，是蛋白質(zhì)具有生物學(xué)功能或活性的基礎(chǔ)。按照不同的層次，蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象可分為二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象可分為主鏈構(gòu)象和側(cè)鏈構(gòu)象。主鏈構(gòu)象是指多肽鏈主鏈骨架上所有原子（除了R基團(tuán)以外）的空間排布和相互關(guān)系，側(cè)鏈構(gòu)象是指多肽鏈各氨基酸殘基的側(cè)鏈部分（R基團(tuán)）中的各原子的空間排布和相互關(guān)系。主鏈構(gòu)象決定了側(cè)鏈基團(tuán)的排布，側(cè)鏈構(gòu)象影響主鏈構(gòu)象的卷曲和折疊，二者相互依存，相互影響。（一）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本形式如下。1.α螺旋肽鏈的某段主鏈骨架局部盤(pán)曲形成螺旋狀結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為α-螺旋（圖1-5）。（一）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)α-螺旋的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下。010203螺旋的一圈含有3.6個(gè)氨基酸殘基，螺距為0.54nm，每個(gè)殘基的跨距為0.15nm。螺旋與螺旋之間通過(guò)肽鍵上的CO和—NH—間形成氫鍵，以保持螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，氫鍵的方向與長(zhǎng)軸基本平行。多肽鏈的主鏈骨架?chē)@分子長(zhǎng)軸以順時(shí)針?lè)较虺视沂致菪缴仙?。（一）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（4）氨基酸殘基的R側(cè)鏈伸向螺旋的外側(cè)，其大小、形狀及所帶電荷的性質(zhì)等因素影響α-螺旋的形成，如脯氨酸為亞氨基酸，含有—NH—，形成肽鍵后的N原子因缺乏H原子而不能再形成氫鍵，故無(wú)法形成α-螺旋。R側(cè)鏈較大時(shí)易產(chǎn)生空間位阻效應(yīng)，同時(shí)R側(cè)鏈內(nèi)部帶有相同電荷的基團(tuán)相互聚集時(shí)易產(chǎn)生排斥作用，這兩者均導(dǎo)致不能形成α-螺旋。丙氨酸、谷氨酸、亮氨酸和甲硫氨酸常參與構(gòu)成α-螺旋。α-螺旋可見(jiàn)于血漿脂蛋白、多肽激素、鈣調(diào)蛋白激酶、肌紅蛋白、血紅蛋白、角蛋白、肌球蛋白和纖維蛋白等。（一）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)β-折疊β-折疊是由若干肽段或肽鏈排列起來(lái)所形成的扇面狀片層構(gòu)象。Β-折疊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：由若干條肽段或肽鏈平行或反向平行排列組成的片狀結(jié)構(gòu)，主鏈骨架伸展呈鋸齒狀，借相鄰主鏈之間的氫鍵維系。兩段以上的β-折疊平行排列并以氫鍵相連所形成的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為β-片層或β-折疊層。Β-片層內(nèi)肽鏈的走向相同，即N-末端、C-末端的方向一致，稱(chēng)為順向平行；兩肽鏈方向相反時(shí)稱(chēng)為反向平行（圖1-6）。（一）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)3.β-轉(zhuǎn)角β-轉(zhuǎn)角是指多肽鏈中出現(xiàn)的一種180°的倒轉(zhuǎn)回折結(jié)構(gòu)。β-轉(zhuǎn)角的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：主鏈骨架本身以約180°回折，回折部分通常由4個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，構(gòu)象依靠第1殘基的—CO基與第4殘基的—NH基之間形成氫鍵來(lái)維系。Β-轉(zhuǎn)角的結(jié)構(gòu)比較特殊，其中第2個(gè)氨基酸殘基常為脯氨酸，也可見(jiàn)甘氨酸、天冬氨酸、色氨酸和天冬酰胺。（一）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)4.無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲為除上述3種比較規(guī)則的構(gòu)象外，多肽鏈中的—些規(guī)則性不強(qiáng)的松散區(qū)段形成的構(gòu)象。無(wú)規(guī)卷曲廣泛存在于各種天然蛋白質(zhì)中，對(duì)蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)和功能具有重要作用。特異的蛋白質(zhì)分子，其無(wú)規(guī)卷曲部分的構(gòu)象也是特定的。（一）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)以一級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。若一段肽鏈的氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成α螺旋或β折疊，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。此外，在許多蛋白質(zhì)分子中存在的由兩個(gè)或兩個(gè)以上具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段在空間上彼此靠近而形成有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合稱(chēng)為超二級(jí)結(jié)構(gòu)。這些超二級(jí)結(jié)構(gòu)是形成蛋白質(zhì)分子中特定空間構(gòu)象和功能的重要組分，又被稱(chēng)為模體。常見(jiàn)的模體形式有：α-螺旋-β轉(zhuǎn)角（或環(huán)）-α-螺旋模體、鏈-β轉(zhuǎn)角-鏈模體、鏈-β轉(zhuǎn)角-α-螺旋-β轉(zhuǎn)角-鏈模體。（二）蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條多肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間排布，即整條多肽鏈主鏈和側(cè)鏈中所有原子的三維空間排布。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊、盤(pán)曲、纏繞而形成的空間結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的維系主要依靠側(cè)鏈基團(tuán)相互作用產(chǎn)生的疏水鍵、氫鍵、鹽鍵（離子鍵）、范德瓦耳斯力（vanderWaalsforce）和二硫鍵等次級(jí)鍵（圖1-7）。其中，疏水鍵是維系蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)最主要的作用力。（二）蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)多肽鏈進(jìn)一步盤(pán)曲和折疊，可形成球狀、纖維狀、橢圓狀和棒狀的分子構(gòu)象，同時(shí)部分在一級(jí)結(jié)構(gòu)上相距較遠(yuǎn)的R側(cè)鏈在空間上相互靠近，形成具有特殊生物學(xué)功能的區(qū)域。多肽鏈中氨基酸殘基的側(cè)鏈可分為親水性的極性側(cè)鏈和疏水性的非極性側(cè)鏈。球狀蛋白質(zhì)的折疊大多把多肽鏈的疏水性側(cè)鏈或疏水性基團(tuán)埋藏在分子的內(nèi)部。（二）蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)在三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程中，肽鏈中某些局部的幾個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)可匯成口袋狀或洞穴狀。例如，肌紅蛋白是含有1個(gè)血紅素輔基和153個(gè)氨基酸殘基的單一肽鏈蛋白質(zhì)（圖1-8），其分子中α-螺旋約占75%，有8個(gè)α-螺旋區(qū)，每個(gè)α-螺旋區(qū)含7～24個(gè)氨基酸殘基，分別稱(chēng)為A、B、C……G及H肽段。每?jī)蓚€(gè)螺旋區(qū)之間有一段無(wú)規(guī)卷曲肽段，處于轉(zhuǎn)角處的氨基酸殘基常為脯氨酸、色氨酸、酪氨酸和異亮氨酸等。其多肽鏈分子因側(cè)鏈的相互作用而形成球狀分子。其中，氨基酸殘基上的疏水側(cè)鏈大都在分子內(nèi)部，形成疏水的“洞穴”，可容納一個(gè)含有Fe2+的血紅素，具有結(jié)合并儲(chǔ)存氧的功能；親水側(cè)鏈多位于分子表面，因此其水溶性較好。（二）蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)部分分子量較大的蛋白質(zhì)常可折疊形成多個(gè)結(jié)構(gòu)較為緊密且穩(wěn)定，并具有特定功能的區(qū)域，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)域（structuraldomain）。結(jié)構(gòu)域可看作球狀蛋白質(zhì)的獨(dú)立折疊單位，其有較為獨(dú)立的三維空間結(jié)構(gòu)。大多數(shù)結(jié)構(gòu)域含有序列上連續(xù)的100～200個(gè)氨基酸殘基，若用限制性蛋白酶水解，含多個(gè)結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)常分解出獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域，而各結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象可以基本不改變，并保持其功能。超二級(jí)結(jié)構(gòu)則不具備這種特點(diǎn)。不同蛋白質(zhì)氨基酸的組成和排列順序的不同直接決定了其三級(jí)結(jié)構(gòu)的不同。僅由一條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)只要形成三級(jí)結(jié)構(gòu)，就可以具有相應(yīng)的生物學(xué)功能和活性，其三級(jí)結(jié)構(gòu)是該蛋白質(zhì)的最高級(jí)結(jié)構(gòu)。大多數(shù)蛋白質(zhì)都是只由一條多肽鏈組成的，其三級(jí)結(jié)構(gòu)一旦被破壞，就會(huì)喪失生物學(xué)功能和活性。（二）蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的多肽鏈需在分子伴侶（chaperone）的作用下折疊成正確的空間構(gòu)象。分子伴侶是能夠可逆地與末段折疊的疏水部分結(jié)合并隨后松開(kāi)，引導(dǎo)肽鏈正確折疊的存在于細(xì)胞內(nèi)的一類(lèi)蛋白質(zhì)，對(duì)蛋白質(zhì)二硫鍵的正確形成也有重要作用。分子伴侶可通過(guò)提供一個(gè)保護(hù)環(huán)境加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級(jí)結(jié)構(gòu)，能夠引導(dǎo)其他蛋白質(zhì)的正確裝配，但本身不參與蛋白質(zhì)功能結(jié)構(gòu)的組成。分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合并隨后松開(kāi)，如此重復(fù)可防止發(fā)生錯(cuò)誤的聚集，使肽鏈正確折疊。分子伴侶也可與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后再誘導(dǎo)其正確折疊。（三）蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)人體內(nèi)有些蛋白質(zhì)分子由兩條或兩條以上具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過(guò)非共價(jià)鍵相連聚合而成，并具有特定的空間排布和相互作用，稱(chēng)為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。這些蛋白質(zhì)分子中每一條具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈稱(chēng)為一個(gè)亞基（subunit）。圖1-9血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)（三）蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)各亞基在獨(dú)立存在時(shí)無(wú)活性，只有共同存在并呈現(xiàn)特定的三維空間排布時(shí)才具有生物學(xué)功能。具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，其各亞基之間主要的結(jié)合力是氫鍵和離子鍵。組成蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的亞基的結(jié)構(gòu)可以相同，也可以不同。兩個(gè)相同亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)稱(chēng)為同二聚體（homodimer）；兩個(gè)不同亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)稱(chēng)為異二聚體（heterodimers）。例如，紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白由4個(gè)亞基聚合而成（圖1-9），即含兩個(gè)α亞基和兩個(gè)β亞基。在一定條件下，這種蛋白質(zhì)分子可以解聚成單個(gè)亞基，亞基在聚合或解聚時(shí)對(duì)某些蛋白質(zhì)的活性具有調(diào)節(jié)作用。（三）蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)（三）蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)各級(jí)結(jié)構(gòu)的對(duì)比如表1-2所示。蛋白質(zhì)各級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系如圖1-10所示。第四節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系人體中的蛋白質(zhì)都具有特定的結(jié)構(gòu)，因而能發(fā)揮特異的生物學(xué)功能，蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與功能有密切的聯(lián)系。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，功能不同的蛋白質(zhì)的氨基酸序列一定不同，已經(jīng)闡明的數(shù)千種遺傳病都存在蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)異常，不同物種具有相似功能的蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)和構(gòu)象也相似。因此，蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)是形成空間結(jié)構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能又受其特定空間結(jié)構(gòu)的影響。一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能的基礎(chǔ)不同的多肽和蛋白質(zhì)具有不同的生物學(xué)功能，其本質(zhì)是它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)中氨基酸殘基的組成和排列順序不同。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能。例如，升壓素與縮宮素都是由垂體分泌的九肽激素，它們分子之間的差異僅在于兩個(gè)氨基酸殘基不同，但兩者的生理功能卻有根本的區(qū)別。升壓素能促進(jìn)血管收縮、升高血壓及促進(jìn)腎小管對(duì)水的重吸收，具有抗利尿作用；而縮宮素則能刺激平滑肌，引起子宮收縮，具有催產(chǎn)功能。一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系核糖核酸酶A含有124個(gè)氨基酸殘基，是由兩條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)。當(dāng)使用尿素或β巰基乙醇處理該酶的溶液時(shí)，相應(yīng)的次級(jí)鍵和二硫鍵分別被破壞，從而導(dǎo)致該酶的空間結(jié)構(gòu)（二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)）改變，其肽鍵和一級(jí)結(jié)構(gòu)保持不變，但無(wú)活性；當(dāng)使用透析超濾等方法除去尿素或β-巰基乙醇后，該酶在一級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上循特定的氨基酸順序恢復(fù)其天然空間構(gòu)象，酶的活性也完全恢復(fù)（圖1-11）。由此可見(jiàn)，一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（二）蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)相似，其空間結(jié)構(gòu)和功能也相似蛋白質(zhì)特定的構(gòu)象和功能是由其一級(jí)結(jié)構(gòu)所決定的。有研究表明，不同蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)相似，則具有相似的空間結(jié)構(gòu)和功能。一級(jí)結(jié)構(gòu)中部分氨基酸殘基直接參與構(gòu)成蛋白質(zhì)的功能活性區(qū)，在蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)中處于關(guān)鍵位置。若不同蛋白質(zhì)關(guān)鍵部位的氨基酸序列相似，則其功能也相似。例如，由垂體前葉分泌的促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）和促黑激素（MSH）的部分關(guān)鍵氨基酸殘基的排列順序相同，所以它們有相同的功能。又如，來(lái)源于不同種類(lèi)動(dòng)物的胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)不完全相同，但其關(guān)鍵氨基酸總數(shù)和排列順序卻相同，因而具有相同的功能（表1-3）。一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（三）蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變可引起疾病基因突變可導(dǎo)致蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)改變、生物學(xué)功能降低（或喪失），進(jìn)而可能引起生理功能的改變而產(chǎn)生疾病。這種由遺傳物質(zhì)突變引起分子水平上的蛋白質(zhì)差異而導(dǎo)致的疾病稱(chēng)為分子病。有研究表明，大部分遺傳病都與正常蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)。蛋白質(zhì)分子中某些發(fā)揮關(guān)鍵作用的氨基酸缺失或被替代，有時(shí)僅僅一個(gè)氨基酸異常，都會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生異常。例如，鐮刀狀紅細(xì)胞貧血（sicklecellanemia）患者發(fā)生基因突變，正常血紅蛋白分子中β鏈的第6位谷氨酸被纈氨酸取代，使分子之間容易黏合、聚集，導(dǎo)致紅細(xì)胞形態(tài)改變，從原來(lái)正常的雙凹圓盤(pán)狀變?yōu)殓牭稜?，極易破裂且攜氧功能下降。一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系但是，蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的改變未必導(dǎo)致其功能改變。實(shí)際上，人體20％～30％的蛋白質(zhì)具有多態(tài)性（polymorphism），即在不同個(gè)體間存在一級(jí)結(jié)構(gòu)差異，但因?yàn)檫@種差異發(fā)生在可變殘基上，故許多差異對(duì)蛋白質(zhì)的功能基本沒(méi)有影響或者影響很小。二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）蛋白質(zhì)特定的空間結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)生物學(xué)功能的基礎(chǔ)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)特定的生物學(xué)功能聯(lián)系密切。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是其生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。若蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)被破壞，即使一級(jí)結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變，其生物學(xué)功能也會(huì)喪失，如蛋白質(zhì)的變性。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)相似，其生物學(xué)功能也可能相似。例如，肌紅蛋白和血紅蛋白都是含有血紅素輔基的蛋白質(zhì)，又有X射線衍射分析結(jié)果證明血紅蛋白中各亞基的三級(jí)結(jié)構(gòu)與肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)極為相似，故兩者都具有攜帶氧的功能。在正常人體內(nèi)，許多蛋白質(zhì)往往存在多種天然構(gòu)象。在一定條件下，這些構(gòu)象可以進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，但只有一定的構(gòu)象才能具有正常的生物學(xué)功能。因此，臨床常可通過(guò)改變構(gòu)象來(lái)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)（如酶）的活性，從而調(diào)控相應(yīng)的生理功能，影響人體的物質(zhì)代謝。二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系血紅蛋白是含有4個(gè)亞基、具有別構(gòu)效應(yīng)的蛋白質(zhì)，其功能是運(yùn)輸氧和二氧化碳。血紅蛋白具有緊密型（T型）和松弛型（R型）兩種天然構(gòu)象，兩者能夠相互轉(zhuǎn)換。T型血紅蛋白的空間結(jié)構(gòu)較為緊密，對(duì)O2的親和力小，不易結(jié)合O2；R型血紅蛋白的空間結(jié)構(gòu)相對(duì)松弛，與O2的親和力大，易于結(jié)合O2。在肺部毛細(xì)血管內(nèi)，氧分壓較高，T型血紅蛋白分子中第1個(gè)亞基與O2結(jié)合后即引起血紅蛋白的構(gòu)象發(fā)生改變，進(jìn)而使其余3個(gè)亞基依次與O2結(jié)合，血紅蛋白的構(gòu)象由T型轉(zhuǎn)變成R型。氧合血紅蛋白隨紅細(xì)胞在血液循環(huán)中流經(jīng)全身組織時(shí)，毛細(xì)血管中的氧分壓較低，R型血紅蛋白又轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)型血紅蛋白，釋放出O2。血紅蛋白通過(guò)T型和R型兩種構(gòu)象的相互轉(zhuǎn)換完成對(duì)O2的運(yùn)輸（圖1-12）。二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（二）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變可致病人體內(nèi)蛋白質(zhì)多肽鏈的正確折疊對(duì)其空間結(jié)構(gòu)的形成和功能的發(fā)揮有決定性作用。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)維持正常，但空間結(jié)構(gòu)發(fā)生錯(cuò)誤改變，就會(huì)對(duì)其生物學(xué)功能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，進(jìn)而導(dǎo)致重大疾病的發(fā)生。臨床上通常把這一類(lèi)疾病稱(chēng)為蛋白質(zhì)構(gòu)象病。蛋白質(zhì)構(gòu)象病包括人紋狀體脊髓變性病、阿爾茨海默病、亨廷頓病、瘋牛病等。二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系瘋牛病瘋牛病是由朊病毒蛋白（prionprotein，PrP）引起的一組可發(fā)生于人和動(dòng)物的神經(jīng)退行性病變所致疾病。正常人和動(dòng)物體內(nèi)朊病毒蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)富含α-螺旋，對(duì)蛋白酶敏感、水溶性強(qiáng)，稱(chēng)為PrPc。大部分PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成為β-折疊的PrPsc，盡管PrPc和PrPsc兩者的一級(jí)結(jié)構(gòu)完全相同，但其空間結(jié)構(gòu)不同，因而生物學(xué)功能有顯著差異。PrPsc對(duì)蛋白酶不敏感，水溶性差，且對(duì)熱穩(wěn)定，最終容易形成淀粉樣聚集沉淀從而致病。有些蛋白質(zhì)在錯(cuò)誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。第五節(jié)蛋白質(zhì)的分類(lèi)一、按蛋白質(zhì)所含氨基酸的數(shù)量與種類(lèi)分類(lèi)食物蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值取決于其所含氨基酸的種類(lèi)和數(shù)量，所以從營(yíng)養(yǎng)方面尚可根據(jù)食物蛋白質(zhì)的氨基酸組成將其分為完全蛋白質(zhì)、半完全蛋白質(zhì)和不完全蛋白質(zhì)3類(lèi)。（一）完全蛋白質(zhì)完全蛋白質(zhì)所含必需氨基酸種類(lèi)齊全、數(shù)量充足、比例適當(dāng)，不但能維持成人的健康，還能促進(jìn)兒童的生長(zhǎng)發(fā)育，如乳類(lèi)中的酪蛋白、乳白蛋白，蛋類(lèi)中的卵白蛋白、卵磷蛋白，肉類(lèi)中的白蛋白、肌蛋白，大豆中的大豆蛋白，小麥中的麥谷蛋白，玉米中的谷蛋白等。010203（二）半完全蛋白質(zhì)半完全蛋白質(zhì)所含必需氨基酸種類(lèi)齊全，但有的氨基酸數(shù)量不足，比例不適當(dāng)，可以維持生命，但不能促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，如小麥中的麥膠蛋白等。（三）不完全蛋白質(zhì)不完全蛋白質(zhì)所含必需氨基酸種類(lèi)不全，既不能維持生命，又不能促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，如玉米中的玉米膠蛋白、動(dòng)物結(jié)締組織和肉皮中的膠質(zhì)蛋白、豌豆中的豆球蛋白等。二、按蛋白質(zhì)的組成分類(lèi)根據(jù)蛋白質(zhì)分子的基本組成特點(diǎn)，蛋白質(zhì)可分為兩類(lèi)：?jiǎn)渭兊鞍踪|(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)（表1-4）。二、按蛋白質(zhì)的組成分類(lèi)（一）單純蛋白質(zhì)在分子組成中，僅含有氨基酸而不含其他物質(zhì)的蛋白質(zhì)稱(chēng)為單純蛋白質(zhì)。自然界中的清蛋白、球蛋白、組蛋白、精蛋白等許多蛋白質(zhì)均屬于單純蛋白質(zhì)。（二）結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)由蛋白質(zhì)部分和非蛋白質(zhì)部分結(jié)合而成，非蛋白質(zhì)部分又被稱(chēng)為結(jié)合蛋白質(zhì)的輔基。結(jié)合蛋白質(zhì)根據(jù)輔基的不同可分為糖蛋白、核蛋白、脂蛋白、磷蛋白、金屬蛋白及色蛋白等。三、按蛋白質(zhì)的分子形狀分類(lèi)（一）球狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)分子長(zhǎng)軸與短軸的比值小于10，近似于球狀或橢球狀，多數(shù)具有可溶性。生物體中的大多數(shù)蛋白質(zhì)屬于球狀蛋白質(zhì)，通常具有重要的生理活性，如胰島素、血紅蛋白、酶、免疫球蛋白及胞液中溶解的蛋白質(zhì)。（二）纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)分子長(zhǎng)軸與短軸的比值一般大于10，呈長(zhǎng)纖維狀，且大多難溶于水。這類(lèi)分子大多由幾條肽鏈絞合成麻花狀的長(zhǎng)纖維，富有韌性，具有支持和保護(hù)作用，如毛發(fā)、指甲中的角蛋白，皮膚、骨、牙和結(jié)締組織中的膠原蛋白和彈性蛋白等。四、按蛋白質(zhì)的功能分類(lèi)根據(jù)在機(jī)體中發(fā)揮的作用的不同，蛋白質(zhì)分可為功能蛋白質(zhì)和結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)兩大類(lèi)。例如，酶、激素、運(yùn)輸和儲(chǔ)存物質(zhì)的蛋白質(zhì)、免疫球蛋白質(zhì)等屬于功能蛋白質(zhì)，角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白等屬于結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)。第六節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)人體中的蛋白質(zhì)是由許多氨基酸構(gòu)成的生物大分子，氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位。因此，氨基酸的理化性質(zhì)與蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)有密切的聯(lián)系，兩者在兩性電離、等電點(diǎn)、紫外吸收性質(zhì)及呈色反應(yīng)方面相同；但蛋白質(zhì)是高分子化合物，具有氨基酸沒(méi)有的特殊理化性質(zhì)。蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)既是分析和研究蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)，又是診斷和治療疾病的基礎(chǔ)。一、蛋白質(zhì)的兩性電離與等電點(diǎn)蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈含有兩個(gè)末端，一端是有可解離出質(zhì)子的α-羧基，另一端是能夠結(jié)合質(zhì)子的α-氨基。除此之外，氨基酸殘基側(cè)鏈中的某些基團(tuán)，如谷氨酸、天冬氨酸殘基中的γ-羧基和β-羧基，賴(lài)氨酸殘基中的ε-氨基、精氨酸殘基中的胍基和組氨酸殘基中的咪唑基，在特定pH的溶液中都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。因此，蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)，為兩性電解質(zhì)。一、蛋白質(zhì)的兩性電離與等電點(diǎn)在不同pH的溶液中，蛋白質(zhì)可帶正電荷或負(fù)電荷。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)在具有某一pH的溶液中帶有等量的正電荷和負(fù)電荷時(shí)，凈電荷為零，成為兼性離子，那么此時(shí)該溶液的pH即該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。當(dāng)溶液pH小于等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)分子帶正電荷；當(dāng)溶液pH大于等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)分子帶負(fù)電荷（圖1-13）。等電點(diǎn)是蛋白質(zhì)的特征性常數(shù)，不同蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)不同。含堿性氨基酸較多的蛋白質(zhì)，如組蛋白和精蛋白，其等電點(diǎn)往往偏堿；含酸性氨基酸較多的蛋白質(zhì)，如酪蛋白、胃蛋白酶等，其等電點(diǎn)往往偏酸。人體內(nèi)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)都不相同，但大多數(shù)接近pH5。通常人體血漿中蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)大多在pH5～7，而血漿pH正常值是7.35～7.45，故血漿中的蛋白質(zhì)均帶負(fù)電荷，表現(xiàn)為陰離子。一、蛋白質(zhì)的兩性電離與等電點(diǎn)電泳（electrophoresis）是指帶電顆粒在電場(chǎng)中向電性相反的電極移動(dòng)的現(xiàn)象。由于各種蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)不同，所含氨基酸殘基上酸性和堿性基團(tuán)的數(shù)目及解離程度不同，等電點(diǎn)不同，因此在同一pH緩沖溶液中，各蛋白質(zhì)所帶電荷的性質(zhì)和數(shù)量不同，不同蛋白質(zhì)的分子量和形狀也不相同，因而它們?cè)谕浑妶?chǎng)中移動(dòng)的方向和速度均不同。通常帶電荷多、分子量小的蛋白質(zhì)分子的電泳速度較快；反之，則電泳速度慢。利用這一性質(zhì)即可以對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行有效的分離和純化。電泳技術(shù)是臨床檢驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)研究常用的技術(shù)手段，如臨床上普遍利用該技術(shù)做血清蛋白電泳、尿蛋白電泳及同工酶的鑒定，以幫助診斷疾病和判斷預(yù)后。二、蛋白質(zhì)的高分子性質(zhì)蛋白質(zhì)是高分子化合物，具有小分子化合物沒(méi)有的特性。（一）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)有研究表明，蛋白質(zhì)的分子量通常為1萬(wàn)～100萬(wàn)，蛋白質(zhì)（球狀）的分子顆粒直徑一般為1～100nm，屬于膠體范圍，因此蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)。蛋白質(zhì)溶液是一種穩(wěn)定的親水膠體溶液，具有不能透過(guò)半透膜、擴(kuò)散系數(shù)小、黏度大等特點(diǎn)。二、蛋白質(zhì)的高分子性質(zhì)蛋白質(zhì)分子顆粒表面有許多親水極性基團(tuán)（如氨基、羧基、羥基、巰基、酰胺基等），能與水分子形成一層水化膜，使蛋白質(zhì)分子顆粒分隔開(kāi)來(lái)。此外，在一定pH的溶液中，同種蛋白質(zhì)都可解離并帶有同種電荷（電荷層），同極相斥使顆粒均勻分散，具有穩(wěn)定膠體的作用，防止其在溶液中相互聚集和沉淀析出。因此，維持蛋白質(zhì)膠體溶液穩(wěn)定的兩個(gè)因素是水化膜和同種電荷層。如果去除上述兩種穩(wěn)定蛋白質(zhì)膠體溶液的因素，則蛋白質(zhì)顆粒將變得不穩(wěn)定，極易從溶液中析出（圖1-14）。二、蛋白質(zhì)的高分子性質(zhì)蛋白質(zhì)的分子顆粒大，不能透過(guò)半透膜。半透膜是具有超小微孔的膜，通常只能使分子量小于104kD的顆粒分子透過(guò)。利用蛋白質(zhì)不能透過(guò)半透膜的特性，可將含有小分子雜質(zhì)的蛋白質(zhì)溶液放入半透膜袋內(nèi)，然后將半透膜袋放于蒸餾水中或緩沖液中，小分子物質(zhì)能夠從袋內(nèi)轉(zhuǎn)移至袋外水中，而大分子的蛋白質(zhì)仍留在袋內(nèi)，使蛋白質(zhì)得以純化。這種用半透膜袋來(lái)分離純化蛋白質(zhì)的方法稱(chēng)為透析。人體中的細(xì)胞膜、線粒體膜、毛細(xì)血管壁都具有半透膜的性質(zhì)，它們能使各種蛋白質(zhì)分別存在于細(xì)胞內(nèi)、外的不同部位，對(duì)維持細(xì)胞內(nèi)、外的水和電解質(zhì)平衡及物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)都有非常重要的作用。在臨床上，透析是分離純化蛋白質(zhì)的常用方法。二、蛋白質(zhì)的高分子性質(zhì)（二）蛋白質(zhì)的沉降蛋白質(zhì)溶液中的膠體顆粒較大，有在重力的作用下沉降的趨勢(shì)，但水分子對(duì)蛋白質(zhì)顆粒的不斷碰撞使之產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)，足以抵消沉降趨勢(shì)，使蛋白質(zhì)溶液維持均相狀態(tài)。然而，如果應(yīng)用超速離心技術(shù)制造重力場(chǎng)，增加其相對(duì)重力，則蛋白質(zhì)顆粒就會(huì)克服布朗運(yùn)動(dòng)，沿著相對(duì)重力場(chǎng)的方向沉降，其沉降速度（sedimentationvelocity）與蛋白質(zhì)的分子量及分子形狀有關(guān)。對(duì)特定的蛋白質(zhì)顆粒，其沉降速度與離心加速度之比為一常數(shù)，該