生物化學(xué)概述

一、生物化學(xué)概述（一）生物化學(xué)研究的基本內(nèi)容（二）生物化學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史1、闡明三羧酸循環(huán)的科學(xué)家是BA.J.D.WatsonB.H.A.KrebsC.L.C.PaulingD.J.B.Sumner(2008)2、世界上首次人工合成具有生物活性酵母tRNAAla

的國(guó)家是：BA美國(guó)B中國(guó)C英國(guó)D法國(guó)(2009)蛋白質(zhì)化學(xué)一、蛋白質(zhì)的概念和生物學(xué)意義二、氨基酸1、氨基酸的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)2、根據(jù)R基團(tuán)極性對(duì)20種蛋白質(zhì)氨基酸的分類(lèi)及三字符縮寫(xiě)三、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能1、肽的概念及理化性質(zhì)2、蛋白質(zhì)的初級(jí)結(jié)構(gòu)3、蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)（二級(jí)結(jié)構(gòu)、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域、三級(jí)結(jié)構(gòu)、四級(jí)結(jié)構(gòu)）4、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系四、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)1、蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量2、蛋白質(zhì)的兩性電離及等電點(diǎn)3、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)4、蛋白質(zhì)的紫外吸收特征5、蛋白質(zhì)的變性及復(fù)性五、蛋白質(zhì)的分離與純化1、蛋白質(zhì)的抽提原理及方法2、蛋白質(zhì)分離與純化的主要方法：電泳、層析和離心3、蛋白質(zhì)的定量方法一、蛋白質(zhì)的概念和生物學(xué)意義蛋白質(zhì)的概念P36

由氨基酸（AA）之間以肽鍵相連而成的多肽鏈，經(jīng)折疊彎曲形成的具有一定的空間構(gòu)象和生物學(xué)功能的高分子化合物，又簡(jiǎn)稱(chēng)為功能大分子調(diào)節(jié)功能,如胰島素調(diào)節(jié)糖的代謝催化功能,如淀粉酶、胃蛋白酶的催化作用運(yùn)輸功能,如血紅蛋白輸送氧傳遞功能,如葉綠體內(nèi)的電子傳遞鏈運(yùn)動(dòng)功能,如肌肉的運(yùn)動(dòng)免疫功能,如免疫球蛋白保護(hù)功能,如指甲、頭發(fā)、蹄角等致病作用,如病毒蛋白可致病營(yíng)養(yǎng)作用，卵清蛋白、酪蛋白蛋白質(zhì)功能P36各元素的百分比對(duì)于大多數(shù)蛋白質(zhì)都較相似，其中N約占16%

。這可用于測(cè)定蛋白質(zhì)的含量——?jiǎng)P氏定氮法請(qǐng)寫(xiě)出凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量的基本原理，并簡(jiǎn)單說(shuō)明在蛋白樣品中加入一定量的三聚氰胺（分子式C3H6N6）為什么會(huì)導(dǎo)致樣品測(cè)定值高于實(shí)際值的原因。（9分）凱氏定氮法是測(cè)定蛋白質(zhì)含量的經(jīng)典方法，該方法的原理是將待測(cè)物質(zhì)（如奶粉）在硫酸銅催化下，用濃硫酸消化分解為透明溶液，使各種形態(tài)的含氮化合物（蛋白質(zhì)、氨基酸等）全部轉(zhuǎn)化為銨離子（NH4+）形態(tài)，再采用經(jīng)典的酸堿滴定法測(cè)出氮含量，再乘以一定換算系數(shù)即為蛋白質(zhì)含量。這個(gè)方法是通過(guò)測(cè)定樣品中的含氮量來(lái)推算蛋白質(zhì)含量的。一般認(rèn)為蛋白質(zhì)中的平均含氮量為16%，于是含氮量=蛋白質(zhì)量×16%，蛋白質(zhì)量=含氮量/16%=含氮量×6.25。

三聚氰胺是一種重要的化工原料，從分子式可以算出它的含氮量高達(dá)66.7%，用凱氏定氮法測(cè)牛奶和其他食品中的蛋白質(zhì)數(shù)值時(shí)，根本不會(huì)區(qū)分這種偽蛋白氮。所以加入少許三聚氰胺能顯著提高奶粉等食品中的氮含量，導(dǎo)致樣品測(cè)定值高于實(shí)際值，使偽劣產(chǎn)品得以堂而皇之的通過(guò)正規(guī)渠道流入市場(chǎng)。二、氨基酸一、氨基酸結(jié)構(gòu)通式氨基酸的一般結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

20種蛋白質(zhì)氨基酸中，除脯氨酸是一種α－亞氨基酸外，其余的都是α

－氨基酸，即其與羧基相鄰的α

－碳上有一個(gè)氨基；除甘氨酸外，其它蛋白質(zhì)氨基酸均為L(zhǎng)－型氨基酸HCOOHNHC2CH2CH2CH2CH22HNε

αβγδε

氨基注意AA各C原子的編號(hào)二、氨基酸的分類(lèi)

1.編碼氨基酸

2.非編碼氨基酸

3.非蛋白質(zhì)氨基酸

氨基酸名稱(chēng)符號(hào)R基化學(xué)結(jié)構(gòu)等電點(diǎn)分類(lèi)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1.

編碼氨基酸2.

非編碼氨基酸

沒(méi)有相應(yīng)的三聯(lián)體遺傳密碼。由編碼氨基酸經(jīng)羥基化、甲基化、磷酸化等修飾形成的衍生物。例如：膠原蛋白和彈性蛋白中的4-羥脯氨酸、5-羥賴(lài)氨酸等。3.非蛋白質(zhì)氨基酸

在生物體內(nèi)，還發(fā)現(xiàn)150多種不參與蛋白質(zhì)組成的氨基酸。這些非蛋白質(zhì)氨基酸多是重要的代謝物前體或代謝中間產(chǎn)物。氨基酸分類(lèi)（1）根據(jù)R基團(tuán)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分類(lèi):結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：脂肪族、芳香族、雜環(huán)族等氨基酸、帶苯環(huán)的、有羥基的、含S的等等性質(zhì)特點(diǎn)：疏水性（非極性）、親水性（極性）氨基酸，酸性、堿性等氨基酸）（2）叢營(yíng)養(yǎng)學(xué)角度分類(lèi):

必需氨基酸、非必需氨基酸1.兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)氨基酸同時(shí)含有氨基和羧基三.氨基酸的理化性質(zhì)以中性氨基酸為例，當(dāng)溶液的pH由低到高時(shí)：等電點(diǎn)pI是氨基酸的特征常數(shù)1.兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)

等電點(diǎn)(isoelectricpoint)20種氨基酸的pI氨基酸pI氨基酸pI氨基酸pI氨基酸pIAla6.02Pro6.48Thr5.87Asp2.77Val5.97Phe5.48Cys5.07Glu3.22Leu5.98Trp5.89Tyr5.66Lys9.74Ile6.02Gly5.97Asn5.41Arg10.76Met5.74Ser5.68Gln5.65His7.591.兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)

等電點(diǎn)的計(jì)算例Gly

的pI

計(jì)算－H+＋H+NH2—CH2

—COO－Gly

－＋NH3—CH2

—COO－Gly

±

＋NH3—CH2

—COOHGly

＋pI=1/2(pK1'+pK2')－H+＋H+K1'K2'K1'、K2'分別代表

COOH和NH3＋的表觀解離常數(shù)。1.兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)等電點(diǎn)的計(jì)算例Lys

的pI

計(jì)算pI=1/2(pK2'+pK3')溶液pH值增大COOHCH－NH3(CH2)4NH3＋＋Lys

＋＋CH－NH2COO－(CH2)4NH2Lys

－COO－CH－NH3(CH2)4NH3＋＋Lys

＋－H+＋H+Lys

±COO－CH－NH2(CH2)4NH3＋－H+＋H+－H+＋H+K1'K2'KR'1.兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)等電點(diǎn)的計(jì)算

Glu

的解離1.兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)等電點(diǎn)的計(jì)算pI=1/2(pK1'+pK2')中性氨基酸pI=1/2(pK2'+pKR')pI=1/2(pK1'+pKR')堿性氨基酸酸性氨基酸1.兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)等電點(diǎn)的計(jì)算ConclusionpH>pI

帶負(fù)電，移向正極pH<pI

帶正電，移向負(fù)極pH=

pI

不帶電，不移動(dòng)2.光學(xué)性質(zhì)除Gly之外，其余蛋白質(zhì)氨基酸都有手性碳原子，都具有旋光性。旋光性質(zhì)三.

氨基酸的理化性質(zhì)2.光學(xué)性質(zhì)Trp、Tyr、Phe

含芳香環(huán)共軛雙鍵系統(tǒng)，最大吸收峰分別在279nm、278nm、259nm。紫外吸收3.重要的化學(xué)性質(zhì)a,茚三酮反應(yīng)還原性茚三酮OOOHH＋NH3＋CO2＋RCHO水合茚三酮＋RCH－COOHNH2OOO＋2NH3＋OOOHHOOOO＋NH4NO＋3H2O藍(lán)紫色化合物OO反應(yīng)分2步：茚三酮反應(yīng)常用于aa的定性和定量分析還原性茚三酮水合茚三酮

紙層析分開(kāi)各種氨基酸后定性定量分析3.重要的化學(xué)性質(zhì)茚三酮反應(yīng)在酸性條件下，氨基酸與茚三酮共熱，生成紫色化合物注意:

若是亞氨基酸，生成黃色化合物

3.重要的化學(xué)性質(zhì)b,Sanger反應(yīng)在弱堿溶液中，氨基酸的α-氨基與2,4-二硝基氟苯(DNFB)

反應(yīng)，生成黃色的二硝基苯氨基酸（DNP-AA）。DNFB＋O2NNO2FH2NCHCOOHR

DNP-氨基酸O2NNO2HNCHCOOHR＋HF此反應(yīng)最初被Sanger用于測(cè)定肽鏈N-端氨基酸3.重要的化學(xué)性質(zhì)c,Edman反應(yīng)NCS＋40℃，弱堿NCNHRCHCOS40℃，H+、硝基甲烷H2NCHCOOHRPITC異硫氰酸苯酯

PTC-氨基酸苯氨基硫甲酰氨基酸

PTH-氨基酸苯硫乙內(nèi)酰脲氨基酸HNCNHRCHCOOHS可用層析法鑒定出aa的種類(lèi)3.重要的化學(xué)性質(zhì)Edman反應(yīng)此反應(yīng)即是目前“蛋白質(zhì)順序測(cè)定”的設(shè)計(jì)原理三.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)1、肽鍵及肽2、酰胺平面3、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次一級(jí)結(jié)構(gòu)；二級(jí)結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)域；超二級(jí)結(jié)構(gòu)；三級(jí)結(jié)構(gòu)；四級(jí)結(jié)構(gòu)1.肽和肽鍵

肽由氨基酸構(gòu)成的線形聚合物稱(chēng)為肽（peptide）。二個(gè)氨基酸分子縮合而成的肽，稱(chēng)為二肽（dipeptide）。NHαCOCαNHαCOCOHHHR1R2H肽的結(jié)構(gòu)

1、中文表示法：

從肽鏈的N端開(kāi)始，對(duì)氨基酸殘基逐一命名，殘基稱(chēng)氨酰

肽的表示法2、三字母表示法：

aa1-aa2-aa3-aa4-……aa1.aa2.aa3.aa4.……

3、單字母表示法：

ABCD……

規(guī)定：以自由的-NH2端，即N-端作為開(kāi)頭以自由的-COOH端，即C-端作為結(jié)尾如：Tyr-Gly-Gly-Phe-Met（YGGFM）酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰蛋氨酸反過(guò)來(lái)寫(xiě)：Met-Phe-Gly-Gly-Tyr是一個(gè)不同的五肽肽的性質(zhì)其等電點(diǎn)是在所有可解離的基團(tuán)的凈電荷為0時(shí)的pH。肽鏈的一端含有一個(gè)游離的

-氨基，另一端含有一個(gè)游離的

-羧基，加上部分氨基酸可解離的R基團(tuán)，因而與氨基酸一樣具有兩性解質(zhì)的性質(zhì)。（1）兩性性質(zhì)茚三酮反應(yīng)（2）化學(xué)性質(zhì)

Sanger反應(yīng)氨基酸也有Edman

反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)——肽和蛋白所特有的，氨基酸不發(fā)生雙縮脲反應(yīng)重要的天然寡肽NCOHCH2CH2CHHOOCNH2NCOHCHCH2SHCOOHCH2γ—谷氨酰半胱氨酰甘氨酸Cys

殘基上的-SH是GSH的活性基團(tuán)。1、谷胱甘肽（GSH）：由Glu-Cys-Gly組成的三肽Glu-Cys-GlyGlu-Cys-GlySS重要的天然寡肽谷胱甘肽在生物體內(nèi)的功能：a,參與氧化還原反應(yīng)b,保護(hù)巰基酶類(lèi)的活性c,防止H2O2等在生物體內(nèi)的積累2GSH==GS-SG酰胺平面——由肽鍵周?chē)?個(gè)原子組成的剛性平面—C—NH—OOCa—CN—CaH鍵長(zhǎng)介于單雙鍵之間O–—CNH—+2、酰胺平面肽鍵雖是單鍵卻有雙鍵性質(zhì)，是一種中間態(tài)，即具有部分雙鍵性質(zhì)周邊六個(gè)原子在同一平面上前后兩個(gè)a-carbon在對(duì)角CNCHaNCOCa0.123nm0.132nm0.153nm0.147nmC-N0.149nmC=N0.127nm肽鍵肽鍵的特點(diǎn)是氮原子上的孤對(duì)電子與羰基具有明顯的共軛作用。組成肽鍵的原子處于同一平面?？蓪㈦逆湹闹麈溈闯墒怯杀籆a隔開(kāi)的許多平面組成的。N端C端RHHOCCaNCaCRONOCNCaCRONCaHHHHCaH酰胺平面IICa-C和Ca-N之間可以自由旋轉(zhuǎn)：兩個(gè)相鄰酰胺平面繞Ca的旋轉(zhuǎn)酰胺平面ICaCaCaCCHOONNRHHfy

由于Ca-C和Ca-N之間可以自由旋轉(zhuǎn)，所以構(gòu)成了主鏈的延伸趨向。兩個(gè)相鄰酰胺平面繞Ca的旋轉(zhuǎn)酰胺平面蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次

（一）蛋白質(zhì)的一級(jí)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(chēng)為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)（primarystructure）。（51Aa，5733u）

構(gòu)型（configuration）是指不對(duì)稱(chēng)碳原子上相連的各原子或取代基團(tuán)的空間排布（D-構(gòu)型、L-構(gòu)型）構(gòu)型的改變伴隨著共價(jià)鍵的斷裂和重新形成構(gòu)型和構(gòu)象

構(gòu)象（conformation）是指相同構(gòu)型的化合物中，與碳原子相連的各原子或取代基團(tuán)在單鍵旋轉(zhuǎn)時(shí)形成的相對(duì)空間排布。

構(gòu)象的改變不需要共價(jià)鍵的斷裂和重新形成，只涉及氫鍵等次級(jí)鍵的改變。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈本身通過(guò)氫鍵作用折疊、盤(pán)繞而形成的構(gòu)象單元。1、二級(jí)結(jié)構(gòu)的概念天然蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)包括

α-螺旋(a-helix)

β-折疊(b-sheet)

β-轉(zhuǎn)角(b-turn)

無(wú)規(guī)則卷曲(nonregularcoil)等等（二）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)a）α-螺旋結(jié)構(gòu)參數(shù)

螺距=0.54nm/圈

3.6個(gè)AA/圈

100°/AA0.15nm/AAα-螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：（1）α-螺旋(α-helix)（Pauling）2、二級(jí)結(jié)構(gòu)單元的種類(lèi)蛋白質(zhì)中最常見(jiàn)、含量最豐富的二級(jí)結(jié)構(gòu)b）絕大多數(shù)天然蛋白質(zhì)α-螺旋都是右手螺旋。每個(gè)氨基酸殘基的N-H都與前面第四個(gè)殘基C=O形成氫鍵。α-螺旋也稱(chēng)3.613-螺旋c）肽鏈上所有的肽鍵都參與氫鍵的形成，氫鍵幾乎平行于中心軸;

螺旋體中所有氨基酸殘基側(cè)鏈（R-基團(tuán)）都伸向外側(cè)

RRRRRRRRR螺旋的橫截面**R為Gly時(shí)，由于Ca上有2個(gè)氫，使Ca-C、Ca-N的轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度很大，即剛性很小，所以使螺旋的穩(wěn)定性大大降低；而多聚亮氨酸側(cè)鏈R基較大，產(chǎn)生空間位阻，影響螺旋形成*α-螺旋遇到Pro就會(huì)被中斷而拐彎，因?yàn)楦彼崾莵啺被帷?/p>

*帶相同電荷的氨基酸殘基連續(xù)出現(xiàn)在肽鏈上時(shí)，螺旋的穩(wěn)定性降低。d)螺旋穩(wěn)定性由氨基酸序列決定(2)、β-折疊(β-sheet)（Pauling)

β-折疊是由兩條或多條伸展的多肽鏈靠氫鍵聯(lián)結(jié)而成的鋸齒狀片狀結(jié)構(gòu)。

側(cè)鏈基團(tuán)與Cα間的鍵幾乎垂直于折疊平面，R基團(tuán)交替地分布于片層平面兩側(cè)。

β-折疊分平行式和反平行式，后者更為穩(wěn)定。N端在同一端。氨基酸之間沿軸相距0.325nmN端不在同一端。氨基酸之間沿軸相距0.35nm(2)β-折疊(β-pleatedsheet)

維持β-折疊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的力——?dú)滏I由一條鏈上的羰基和另一條鏈上的氨基之間形成，即氫鍵是在鏈與鏈之間形成的。二.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(3)β-轉(zhuǎn)角（β-turn）也稱(chēng)β-回折，存在于球狀蛋白中。其特點(diǎn)是肽鏈回折180°，使得氨基酸殘基的C=O和與第四個(gè)殘基的N-H形成氫鍵。甘氨酸和脯氨酸經(jīng)常出現(xiàn)在β-轉(zhuǎn)角中

β-轉(zhuǎn)角都在蛋白質(zhì)分子的表面。二.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（3）β-轉(zhuǎn)角（β-turn）N—1CH—CC2CHN—HO=C3CHNC—4CH—NRRHOHRROHOβ-轉(zhuǎn)角經(jīng)常出現(xiàn)在連接反平行β-折疊片的端頭。(4)、無(wú)規(guī)則卷曲（non-regularcoil）

又稱(chēng)自由卷曲、自由回轉(zhuǎn)，是指沒(méi)有一定規(guī)律的結(jié)構(gòu),本身有一定穩(wěn)定性。酶的功能部位常常處于這種構(gòu)象區(qū)域無(wú)規(guī)卷曲常出現(xiàn)在a-螺旋與a-螺旋、a-螺旋與β-折疊、β-折疊與β-折疊之間。它是形成蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)所必需的。注意:無(wú)規(guī)卷曲與蛋白質(zhì)變性后的無(wú)規(guī)則線形結(jié)構(gòu)不同二級(jí)結(jié)構(gòu)單元的種類(lèi)3、超二級(jí)結(jié)構(gòu)（Supersecondarystructure）定義指多肽鏈上若干相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單位(即單個(gè)

-螺旋或-轉(zhuǎn)角)彼此作用，組合成有規(guī)則的結(jié)構(gòu)組合體。類(lèi)型

-由兩股或三股右手螺旋繚繞而成的左手螺旋

-由兩股折疊片，中間加入螺旋而形成的結(jié)構(gòu)

-由三條或更多的反平行式-鏈通過(guò)-轉(zhuǎn)角或其它的肽段連接而成的結(jié)構(gòu)4.結(jié)構(gòu)域(domain)

指在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈進(jìn)一步折疊成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立，近似球形的組裝體，可作為三級(jí)結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)。結(jié)構(gòu)域在空間上可以辨認(rèn).對(duì)于有幾個(gè)結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)分子:A結(jié)構(gòu)域之間往往有一段肽鏈相連—鉸鏈區(qū),結(jié)構(gòu)域之間可以相對(duì)運(yùn)動(dòng),有利于活性中心的形成,活性中心一般在結(jié)構(gòu)域的交界處B各個(gè)結(jié)構(gòu)域可以相似或不相似

三級(jí)結(jié)構(gòu)（tertiarystructure）：指的是多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域的基礎(chǔ)上，主鏈構(gòu)象和側(cè)鏈構(gòu)象相互作用，進(jìn)一步折疊卷曲形成特定的構(gòu)象。鯨肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)5、三級(jí)結(jié)構(gòu)的概念三級(jí)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)域如果一條多肽鏈只形成一個(gè)結(jié)構(gòu)域,那這個(gè)結(jié)構(gòu)域就是三級(jí)結(jié)構(gòu)

如果一條多肽鏈形成兩個(gè)或兩個(gè)以上結(jié)構(gòu)域,那這幾個(gè)結(jié)構(gòu)域總稱(chēng)為三級(jí)結(jié)構(gòu)球狀蛋白的三級(jí)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分子表面往往有一個(gè)內(nèi)陷的空隙，它常常是蛋白質(zhì)的活性中心肽鏈盤(pán)繞成緊密的球狀結(jié)構(gòu)大多數(shù)非極性側(cè)鏈埋在分子內(nèi)部，形成疏水核；而極性側(cè)鏈在分子表面，形成親水面6、四級(jí)結(jié)構(gòu)

四級(jí)結(jié)構(gòu)（quaternarystructure）：由兩條或兩條以上具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈聚合而成、有特定三維結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)構(gòu)象。每條多肽鏈又稱(chēng)為亞基。

亞基一般是一條多肽鏈,

有時(shí)是二硫鍵連接的幾條多肽鏈由兩個(gè)或多個(gè)亞基構(gòu)成的蛋白質(zhì),稱(chēng)為寡聚蛋白質(zhì),寡聚蛋白質(zhì)的亞基可以相同,也可以不相同,

單亞基蛋白質(zhì)無(wú)四級(jí)結(jié)構(gòu)例如，血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)兩個(gè)亞基的結(jié)構(gòu)其中二硫鍵和疏水作用最主要（一）維持構(gòu)象的作用力7.維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力共價(jià)鍵次級(jí)鍵化學(xué)鍵肽鍵一級(jí)結(jié)構(gòu)氫鍵二硫鍵二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵離子鍵范德華力三、四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中的共價(jià)鍵與次級(jí)鍵7.維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力四蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（二）空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)的二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

1、一級(jí)結(jié)構(gòu)變異與分子病

由于基因突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變異，使蛋白質(zhì)的生物功能減退或喪失，甚至造成生理功能的變化而引起的疾病。分子病鐮刀型紅細(xì)胞貧血?。╯ick-cellanemia）

？正常紅細(xì)胞和鐮刀狀紅細(xì)胞的掃描電鏡圖譜鐮刀型紅細(xì)胞貧血病(sickle-cellanemia)β-鏈12345678Hb-AH2N-

Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…Hb-SH2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…

hemoglobinGAA(Glu)

->GTA(Val)

Val取代Glu含氧-HbAO2O2粘性疏水斑點(diǎn)含氧HbS脫氧HbS疏水位點(diǎn)血紅蛋白分子凝集

2、氨基酸組成變化改變其功能（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

3、一級(jí)結(jié)構(gòu)變異與生物進(jìn)化不同生物與人的細(xì)胞色素C相比較AA差異數(shù)目

黑猩猩0雞、火雞13

牛豬羊10海龜15

狗驢11小麥35

粗糙鏈孢霉43酵母菌44親緣關(guān)系越近，AA順序的相似性越大。CytC

高級(jí)結(jié)構(gòu)的保守性（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

3、一級(jí)結(jié)構(gòu)變異與生物進(jìn)化盡管不同生物間親緣關(guān)系差別很大，但與細(xì)胞色素C功能密切相關(guān)的AA順序卻有共同之處（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

3、一級(jí)結(jié)構(gòu)變異與生物進(jìn)化不同生物體中行使相同或相似功能的蛋白質(zhì)，它們的氨基酸序列有明顯的相似性，有明顯序列相似性的蛋白質(zhì)，稱(chēng)為同源蛋白質(zhì)。不變殘基----同源蛋白質(zhì)完全相同的氨基酸殘基，決定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能?？勺儦埢?---有相當(dāng)大變化的氨基酸殘基，體現(xiàn)了種屬特異性。

可變殘基與生物進(jìn)化有關(guān)，親緣關(guān)系越近，可變殘基越相似，說(shuō)明蛋白質(zhì)的進(jìn)化反應(yīng)了生物進(jìn)化（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

許多蛋白質(zhì)，如酶蛋白、激素蛋白等，它們?cè)隗w內(nèi)常以無(wú)活性的前體存在，在一定情況下經(jīng)體內(nèi)的蛋白酶水解，切去部分肽段后，才變成有活性的蛋白質(zhì)4、一級(jí)結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)前體的激活前體胰島素（84AA）

A鏈（21AA）

B鏈（30AA）

C鏈（33AA）

活性胰島素豬胰島素原激活成形成胰島素示意圖一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)決定其特定的高級(jí)結(jié)構(gòu)

生物功能的體現(xiàn)更與蛋白質(zhì)分子特定的空間結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）相關(guān)（二）空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

1，蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性

變性（denaturation）是指一些理化因素破壞了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，結(jié)果導(dǎo)致其生物活性的喪失。變性有時(shí)是可逆的。消除變性的因素，有些蛋白質(zhì)的生物活性可能得以恢復(fù)，稱(chēng)為復(fù)性（renaturation）。天然狀態(tài)有活性尿素、β-巰基乙醇去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)無(wú)活性牛胰核糖核酸酶（RNase）的變性與復(fù)性因此，人們認(rèn)為，蛋白質(zhì)中的A.A.順序包含了其高級(jí)結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）形成的全部信息

RNase是由124氨基酸殘基組成的單肽鏈，分子中

8個(gè)Cys的-SH構(gòu)成4對(duì)二硫鍵，形成具有一定空間構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。在蛋白質(zhì)變性劑（如8mol/L的尿素）和一些還原劑（如巰基乙醇）存在下，酶分子中的二硫鍵全部被還原，酶的空間結(jié)構(gòu)破壞，肽鏈完全伸展，酶的催化活性完全喪失。當(dāng)用透析的方法除去變性劑和巰基乙醇后，發(fā)現(xiàn)酶大部分活性恢復(fù)，所有的二硫鍵準(zhǔn)確無(wú)誤地恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。若用其他的方法改變分子中二硫鍵的配對(duì)方式，酶完全喪失活性。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定它的空間結(jié)構(gòu)，而特定的空間結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)具有生物活性的保證。2、朊病毒與蛋白質(zhì)構(gòu)象病朊病毒蛋白（prionprotein,PrP）是正常存在于人體神經(jīng)原、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞等多種細(xì)胞的細(xì)胞膜上的糖蛋白。朊病毒（prion,PrPsc）是正常朊病毒蛋白（PrPc）的空間構(gòu)象由

螺旋變成

折疊所致，因此，這類(lèi)疾病又稱(chēng)蛋白質(zhì)構(gòu)象病。

（二）空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

正常朊病毒蛋白與朊病毒空間結(jié)構(gòu)的差異朊病毒本身不能復(fù)制，但它卻可以攻擊大腦的正常朊病毒蛋白，使其發(fā)生構(gòu)象改變，并與其結(jié)合，成為致病的朊病毒二聚體。此二聚體再攻擊正常的朊病毒蛋白。這樣，腦組織中的朊病毒不斷積蓄，造成腦組織發(fā)生退行性變。正常朊病毒蛋白結(jié)構(gòu)（顯示

-螺旋）朊病毒結(jié)構(gòu)（顯示

-片層結(jié)構(gòu)）

3、血紅蛋白的別構(gòu)效應(yīng)（二）空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

血紅蛋白的α、?鏈與肌紅蛋白，三級(jí)結(jié)構(gòu)幾乎完全相同，都有一個(gè)血紅素分子，可以結(jié)合一分子氧O2HbHb-O2O2血紅蛋白和肌紅蛋白的氧合曲線活動(dòng)肌肉毛細(xì)血管中的PO2020406080100肺泡中的PO2MyoglobinHemoglobin血紅蛋白輸氧功能和構(gòu)象變化別構(gòu)效應(yīng)S形曲線雙曲線一個(gè)亞基與氧結(jié)合后，三級(jí)結(jié)構(gòu)改變，使其它亞基發(fā)生三級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，亞基間鹽鍵斷裂，緊密的分子結(jié)構(gòu)變松弛，大大加快氧合速率，從而曲線程S形。

酶活性中心大多位于結(jié)構(gòu)域的界面之間，在酶實(shí)施有關(guān)生物功能時(shí)，必定伴隨著結(jié)構(gòu)域的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如酵母己糖激酶的催化作用中，存在著開(kāi)放型和閉合型二種構(gòu)象的轉(zhuǎn)換。蛋白質(zhì)功能的體現(xiàn)與結(jié)構(gòu)域運(yùn)動(dòng)相關(guān)（二）空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

葡萄糖與已糖激酶結(jié)合時(shí)的構(gòu)象變化結(jié)合前結(jié)合后

ATP合酶中的γ-亞基單向旋轉(zhuǎn)是其催化ATP合成反應(yīng)進(jìn)行所必須（Noji等，1997）蛋白質(zhì)亞基的運(yùn)動(dòng)與其生物功能的體現(xiàn)

α

γ

βγ亞基旋轉(zhuǎn)，引起β亞基構(gòu)象周期性變化，將ADP和Pi加合形成ATP

結(jié)論：

決定運(yùn)動(dòng)一級(jí)結(jié)構(gòu)-------→空間結(jié)構(gòu)-----→特定構(gòu)象---

（不完全自發(fā)）（精確性）

-----------→生物功能體現(xiàn)一級(jí)結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)功能決定一致性間接蛋白質(zhì)復(fù)雜的組成和結(jié)構(gòu)是其多種多樣生物學(xué)功能的基礎(chǔ)；而蛋白質(zhì)獨(dú)特的性質(zhì)和功能則是其結(jié)構(gòu)的反映。蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)包含了其分子的所有信息，并決定其高級(jí)結(jié)構(gòu)，高級(jí)結(jié)構(gòu)和其功能密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)功能預(yù)測(cè)定點(diǎn)突變改造蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)構(gòu)建新的蛋白質(zhì)我們可以做什么？蛋白質(zhì)工程是研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，然后人為地設(shè)計(jì)一個(gè)新蛋白質(zhì)，并按這個(gè)設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)去改變其基因結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)?；蛘邚牡鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系出發(fā)，定向地改造天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)功能基因的修飾，也可以制造新型的蛋白質(zhì)。五蛋白質(zhì)的性質(zhì)1.蛋白質(zhì)的酸堿性與等電點(diǎn)酸堿性：α－氨基與α－羧基；側(cè)鏈基團(tuán)如ε－氨基、β－或γ－羧基、咪唑基、胍基、巰基等?？捎秒娪炯夹g(shù)研究。等電點(diǎn)：PI時(shí)蛋白質(zhì)溶解度最小。2.蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)（1）膠體溶液性質(zhì)：布朗運(yùn)動(dòng)、電泳現(xiàn)象、不能透過(guò)半透膜、具有吸附能力等。（2）蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性及意義：水化膜與帶有相同電荷；（3）透析法：分離的分子量雜質(zhì)與蛋白質(zhì)。（4）沉淀反應(yīng)（4）沉淀反應(yīng)：a.中性鹽沉淀反應(yīng):鹽濃度不同可產(chǎn)生不同的反應(yīng)－－鹽溶與鹽析現(xiàn)象；分級(jí)沉淀；鹽析法得到的蛋白質(zhì)不變性。b.有機(jī)溶劑沉淀反應(yīng)：與水互溶的有機(jī)溶劑如甲醇、乙醇、丙酮等。注意容易引起蛋白質(zhì)變性。c.重金屬鹽沉淀反應(yīng)：蛋白質(zhì)帶負(fù)電時(shí)，可與重金屬離子（Cu、Hg、Pb、Ag）結(jié)合成不溶性的蛋白鹽而沉淀。d.生物堿試劑的沉淀反應(yīng)：生物堿試劑如單寧酸、苦味酸等。

3.蛋白質(zhì)的變性（1）定義：當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)受到物理、化學(xué)因素影響后，分子的三維結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，而一級(jí)結(jié)構(gòu)并沒(méi)有破壞，此時(shí)蛋白質(zhì)失去了原有的生物活性，并伴隨著物理、化學(xué)性質(zhì)的改變。分為可逆與不可逆變性。（2）變性蛋白性質(zhì)的改變：

生物活性喪失一些側(cè)鏈基團(tuán)暴露某些理化性質(zhì)改變生物化學(xué)性質(zhì)改變（3）變性的應(yīng)用（4）變性與沉淀（5）復(fù)性4.蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)1，下列氨基酸中，[a]TD=0的是:AGlnBGluCGlyDIle(2009)2，由360個(gè)氨基酸殘基形成的典型α螺旋，其螺旋長(zhǎng)度是A.54nmB.36nmC.34nmD.15nm(2008)簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)及其與生物進(jìn)化的關(guān)系。(2008)酶純化實(shí)驗(yàn)中，通常先用（NH4）2SO4作為分級(jí)沉淀劑，再用SephadexG-25凝膠柱層析法從沉淀酶液中除去（NH4）2SO4。請(qǐng)問(wèn)：（1）與其他中性鹽沉淀劑相比，用（NH4）2SO4做沉淀劑有何優(yōu)點(diǎn)（2）如發(fā)現(xiàn)柱層析后酶的總活性較純化前明顯升高，可能的原因是什么？（3）柱層析時(shí)，濕法裝柱的注意事項(xiàng)主要有哪些？請(qǐng)寫(xiě)出凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量的基本原理，并簡(jiǎn)單說(shuō)明在蛋白樣品中加入一定量的三聚氰胺（分子式C3H6N6）為什么會(huì)導(dǎo)致樣品測(cè)定值高于實(shí)際值的原因。（9分）1.蛋白質(zhì)在波長(zhǎng)為

nm的紫外光中有明顯的吸收峰，這是由

、

和

三種氨基酸殘基所引起的。

2.Glu的pK1(a-COOH)=2.19、pK2(R基團(tuán))=4.25、pK3(a-NH3+)=9.67，該氨基酸的pI值為

。3.有一混合蛋白樣品，含A、B、C、D四種蛋白質(zhì)，其pI分別為4.9、5.2、6.6和7.8，若將此樣品液置于pH7.0的緩沖液中電泳，向負(fù)極移動(dòng)的有

。

4.在組成蛋白質(zhì)的二十種氨基酸中，

是亞氨基酸，當(dāng)它在a-螺旋行進(jìn)中出現(xiàn)時(shí)，可使螺旋

。5.Lys的a-COOH、a-NH3+的pK值分別為2.18和8.95，該氨基酸的pI值為9.74，則R基團(tuán)的pK值為

，它是由

基團(tuán)的解離引起的。6,

某蛋白質(zhì)的某一區(qū)段含有15個(gè)氨基酸殘基，這些殘基之間均可形成如下圖所示的氫鍵。(1)該區(qū)段具有

的二級(jí)結(jié)構(gòu)，它的長(zhǎng)度為

納米。(2)該區(qū)段的主鏈中可形成

個(gè)氫鍵。(3)已知該區(qū)段被包埋在整個(gè)蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部，則這一區(qū)段很可能含有較多的

氨基酸。

二、選擇題1.在下列肽鏈主干原子排列中，哪個(gè)符合肽鍵的結(jié)構(gòu)

(A)C－N－N－C(B)C－C－C－N(C)N－C－C－C

(D)C－C－N－C(E)C－O－C－N2.下列什么氨基酸溶液不使偏振光發(fā)生旋轉(zhuǎn)

(A)Ala(B)Gly(C)Leu(D)Ser(E)Val3.下列AA中，蛋白質(zhì)內(nèi)所沒(méi)有的是

(A)高半胱氨酸(B)半胱氨酸

(C)鳥(niǎo)氨酸(D)胍氨酸4.蛋白質(zhì)變性不包括

(A)肽鏈斷裂(B)離子鍵斷裂

(C)疏水鍵斷裂(D)氫鍵斷裂5.下列氨基酸中，在波長(zhǎng)280nm處紫外吸收值最高的氨基酸是

(A)Lys(B)Cys(C)Thr(D)Trp6.維持蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力是肽鍵(B)離子鍵(C)疏水鍵(D)氫鍵(E)二硫鍵7.蛋白質(zhì)肽鏈在形成

-螺旋時(shí)，遇到Pro殘基時(shí)，

-螺旋就會(huì)中斷而拐彎，主要是因?yàn)?，沒(méi)有多余的氫形成氫鍵(B)不能形成所需的

角(C)R基團(tuán)電荷不合適(D)整個(gè)

-螺旋不穩(wěn)定8.蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象主要取決于下列哪項(xiàng)（）

A.多肽鏈中的氨基酸排列順序 B.次級(jí)鍵 C.鏈內(nèi)及鏈間的二硫鍵 D.溫度及pH9.加入哪種試劑不會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性（）

A.尿素 B.鹽酸胍 C.SDS D.硫酸銨 E.二氧化汞10.下列哪種氨基酸在生理pH范圍內(nèi)具有緩沖能力（）A.賴(lài)氨酸 B.谷氨酸 C.絲氨酸 D.組氨酸 E.蘇氨酸蛋白質(zhì)有哪些重要的功能生物催化、結(jié)構(gòu)蛋白、運(yùn)輸功能、收縮功能、激素功能、免疫保護(hù)功能、貯藏蛋白、接受和傳遞信息、控制生長(zhǎng)和分化、毒蛋白下列試劑和酶常用于蛋白質(zhì)化學(xué)的研究中：

CNBr②異硫氰酸苯酯③丹磺酰氯④脲⑤6mol/L的鹽酸⑥β-巰基乙醇⑦水合茚三酮其中哪一個(gè)最適合完成以下各項(xiàng)任務(wù)1、測(cè)定小肽的氨基酸序列。2、測(cè)定肽的氨基末端殘基。3、不含二硫鍵的蛋白質(zhì)的可逆變性。若有二硫鍵存在時(shí)還需加什么試劑？（1）異硫氰酸苯酯（2）丹磺酰氯（3）脲，β-巰基乙醇還原二硫鍵

胃液pH1.5的胃蛋白酶的等電點(diǎn)約為1.遠(yuǎn)比其他蛋白質(zhì)低。試問(wèn)等電點(diǎn)如此低的胃蛋白酶必須存在大量的什么樣的官能團(tuán)，什么樣的氨基酸能提供這樣的基團(tuán)？

-COO-；Asp,Glu簡(jiǎn)述甘氨酸的特點(diǎn)及其在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的作用？甘氨酸的特點(diǎn)是側(cè)鏈R基團(tuán)很小，在α-螺旋中任取二面角，破壞α-螺旋；在β-折疊中，時(shí)片層緊密而穩(wěn)定。甘氨酸小且具