生物化學課件

生物化學Biochemistry安徽中醫(yī)藥高等?？茖W校吳劍生物化學第二章

蛋白質化學第一節(jié)蛋白質的化學組成

第二節(jié)蛋白質的分子結構生物化學一級結構蛋白質的結構層次四級結構二級結構三級結構氨基酸生物化學一、蛋白質的一級結構（一）蛋白質一級結構的概念指多肽鏈中氨基酸（殘基）的排列順序。含有二硫鍵也包括生成二硫鍵的半胱氨酸殘基位置區(qū)分不同蛋白質最基本、最重要的標志之一是空間結構的基礎生物化學二、蛋白質的空間結構蛋白質分子中各個原子、各個基團在三維空間的相對位置。決定蛋白質性質和功能的結構基礎生物化學（一）維持蛋白質空間結構的化學鍵共價鍵次級鍵氫鍵鹽鍵疏水鍵范德華引力生物化學生物化學（二）蛋白質的二級結構的概念及類型指多肽鏈主鏈骨架盤旋折疊形成的局部有規(guī)則的空間結構不涉及氨基酸殘基R側鏈的構象生物化學1.α-螺旋

絕大部分是右手螺旋氨基酸殘基的R-側鏈位于螺旋外側生物化學蛋白質多肽鏈像螺旋一樣盤曲上升，每3.6個氨基酸殘基螺旋上升一圈，每圈螺旋的高度為0.54nm，每個氨基酸殘基沿軸上升0.15nm。生物化學

在同一肽鏈內相鄰的螺圈之間形成氫鏈。生物化學2.

-折疊是肽鍵中比較伸展的空間結構肽鏈的主鏈略呈鋸齒狀或扇形折疊構象生物化學

-折疊可由2~5個肽段之間經C=O與N-H形成氫鍵形成,氫鍵方向與肽鏈長軸方向垂直。氫鍵生物化學

組成

-折疊的氨基酸分子通常較小,R基團處于折疊的上下

-折疊可塑性大蠶絲生物化學蜘蛛羊很多科學家把蜘蛛絲叫做“生物鋼”，有著超強的抗張強度。研究人員稱，如果把很多蜘蛛絲擰成一股繩的話，它足夠強韌，可制成防彈背心、降落傘繩，或者從飛機到航母等設備。蜘蛛絲還可被制成人造韌帶和人造腱，支撐組織、骨骼和神經細胞，讓它們在生長期間保持穩(wěn)定。2010年11月29日美國科學家把蜘蛛DNA添加到山航DNA中，使得羊奶經過提煉曬干后變成蜘蛛絲。生物化學

-折疊

-折疊有兩種類型。一種為平行式，即所有肽鏈的N-端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。生物化學3.β轉角(β-turn）肽鏈出現1800回折的轉角處形成的U型結構稱為β-轉角。多發(fā)生在含甘氨酸或脯氨酸殘基處對球蛋白形成很重要大多存在球蛋白分子表面生物化學由四個氨基酸殘基組成,彎曲處的第一個氨基酸殘基的-C=O和第四個殘基的–N-H之間形成氫鍵，形成一個不很穩(wěn)定的環(huán)狀結構。生物化學沒有共同規(guī)律的空間結構,無序構象總稱,也象其他二級結構一樣是明確而穩(wěn)定的結構，這類結構常構成酶活性部位和其他一些蛋白質特異的功能部位。4.無規(guī)卷曲（randomcoil）H2NCOOH生物化學無規(guī)則卷曲示意圖細胞色素C的三級結構無規(guī)則卷曲生物化學核糖核酸酶分子中的二級結構

β-折疊β-轉角無規(guī)卷曲α-螺旋生物化學(三)蛋白質的三級結構1.概念蛋白質的三級結構是指在二級結構基礎上，多肽鏈再進一步折疊盤繞成更復雜的空間結構.包括由主鏈和側鏈原子在空間排布所形成的全部分子結構.生物化學由于多肽鏈進一步盤曲折疊使得多肽鏈長軸縮短而成球狀或橢圓形生物化學一些在一級結構上相距很遠的R基團經過折疊后在空間結構上可以相互靠近形成能發(fā)揮生物學功能的特定區(qū)域如酶的活性中心.生物化學2、三級結構的特點親水基團位于分子表面疏水R-側鏈內裹形成疏水分子內核分子內部形成疏水鍵和氫鍵等維持空間結構分子表面有空穴（裂溝、凹槽或口袋等）往往是活性中心生物化學

蛋白質的三級結構研究最早的肌紅蛋白，肌紅蛋白是哺乳動物肌肉中運輸氧的蛋白質，由一條多肽鏈構成，有153個氨基酸殘基和一個血紅素輔基生物化學鯨肌紅蛋白生物化學(四)蛋白質的四級結構

兩個或以上的具有獨立三級結構的多肽鏈集結,并經非共價鍵締合而成的蛋白質空間結構.

具有獨立三級結構的多肽鏈稱為亞基.生物化學一般來說亞基不具有生物活性，即使有也很小，只有當這些亞基聚合成一個完整的蛋白質分子后，才具有生物活性。如血紅蛋白生物化學血紅蛋白是由四個亞基組成，2個α-亞基，2個β-亞基，每個亞基由一條多肽鏈與一個血紅素輔基組成。４個亞基以正四面體的方式排列，彼此之間以非共價鍵相連（主要是離子鍵、氫鍵）

。生物化學生物化學三蛋白質分子結構與功能的關系(一)蛋白質分子一級結構和功能的關系一級結構不同，生物學功能各異生物化學蛋白質分子中關鍵活性部位氨基酸殘基的改變會影響其生理功能甚至造成分子病生物化學生物化學

僅僅由于這一點微細的差別，就使患者的紅血球在氧氣缺乏時呈鐮刀狀，易脹破發(fā)生溶血，運氧機能降低，引起頭昏，胸悶等貧血癥狀。HbAβ-鏈：Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…HbSβ-鏈：Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…生物化學促腎上腺皮質激素或胰島素促腎上腺皮質激素（ACTH），由39個氨基酸殘基組成，不同種屬動物的ACTH，其N—端1~24的氨基酸殘基相同，若切去25~39片段，余下1~24肽仍具有全部活性，若在N—末端切去一個氨基酸，反而會使活性明顯降低。這表明1~24肽是ACTH的“關鍵”部分。生物化學非關鍵部位氨基酸殘基的改變或缺失不影響生物活性用化學法合成ACTH時，只需合成有活性的24肽即可，不必合成39肽。生物化學一級結構中“關鍵部分”相同，功能也相同不同來源的胰島素都是由A鏈（21個氨基酸）和B鏈（30個氨基酸）組成，其氨基酸的種類和順序不完全相同，但都具有同樣的降血糖的作用。生物化學對胰島素的一級結構的研究發(fā)現，組成胰島素的51個氨基酸中，有22個氨基酸殘基恒定不變，其中多數為帶有疏水側鏈的非極性氨基酸，分子中6個半胱氨酸的數量和排列位置也恒定不變。生物化學三對二硫鍵使不同來源的胰島素具有相同的空間構象

生物化學這些恒定不變的氨基酸和形成三對二硫鍵的半胱氨酸是維持胰島素分子空間構象的“關鍵”部分，而那些可變的氨基酸殘基對形成和穩(wěn)定胰島素分子的空間構象不起決定作用，故不影響其生物活性。生物化學(二)蛋白質分子空間結構和功能的關系空間結構與生理功能密切相關生物化學酶的特異性生物化學蛋白質的變構現象

一些蛋白質由于受某些因素的影響，其一級結構不變而空間構象發(fā)生一定的變化，導致其生物學功能的改變，稱為蛋白質的變構效應或別構效應。變構現象是蛋白質表現其生物學功能的一種普遍而十分重要的現象，也是調節(jié)蛋白質生物學功能的極有效的方式。

生物化學血紅蛋白的別構效應血紅蛋白的四聚體，具有穩(wěn)定的高級結構，和氧的親和力很弱，但當氧和血紅蛋白分子中的一個亞基血紅素鐵結合后，即引起該亞基的構象發(fā)生改變，一個亞基構象的改變又會引起另外三個亞基相繼發(fā)生變化，亞基間的次級鍵被破壞，結果整個分子的構象發(fā)生改變，使所有亞基血紅素鐵原子的位置都變得適宜于與氧結合，所以血紅蛋白與氧結合的速度大大加快。生物化學第三節(jié)蛋白質的重要理化性質一、蛋白質兩性電離和等電點蛋白質分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側鏈中某些基團，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。生物化學受蛋白質自身可解離基團的性質、數量、溶液pH影響生物化學PI當蛋白質溶液處于某一PH時，蛋白質解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質的等電點。蛋白質溶液的pH大于等電點時，該蛋白質顆粒帶負電荷，反之則帶正電荷?？梢杂脕矸蛛x蛋白質生物化學蛋白質的電泳生物化學幾種蛋白質的等電點每種蛋白質都有其特有的等電點——分離、鑒定等電點和蛋白質分子中所含氨基酸的種類有關生物化學二、蛋白質的親水膠體性質

蛋白質屬于生物大分子，分子量可自1萬至100萬其分子的直徑可達1～100nm，為膠粒范圍之內。生物化學蛋白質膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷水化膜破壞其中一個就可導致蛋白質析出生物化學+++++++帶正電荷的蛋白質－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質在等電點的蛋白質水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質不穩(wěn)定的蛋白質顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質的聚沉生物化學檢驗蛋白質方法加入生物堿：蛋白質可與生物堿試劑(如苦味酸、鞣酸)結合成不溶性的鹽沉淀生物化學中草藥加入三氯醋酸生物化學臨床檢驗磺柳酸檢驗尿中蛋白質2-羥基-5-磺基苯甲酸生物化學蛋白質分子不能通過半透膜生物化學利用透析可以把蛋白質與小分子化合物分開生物化學三、蛋白質的變性

在某些物理和化學因素作用下，蛋白質三維構象被破壞，從而導致其理化性質改變和生物活性的喪失。變性的本質是次級鍵的破壞（包括二硫鍵），不改變蛋白質的一級結構。生物化學(一)蛋白質變性的本質及特點生物化學導致蛋白質變性的因素

物理因素：加熱、高壓、劇烈攪拌、超聲波、紫外照射等化學因素：酸、堿、有機溶劑（苯酚、乙醚等）、變性劑（尿素、鹽酸胍等）、去垢劑（SDS：十二烷基硫酸鈉）、重金屬鹽等生物化學蛋白質復性(renaturation)

變性時間短、變性程度輕的情況下，在適合條件下蛋白在去除變性因素后可重新恢復到天然構象，恢復其生物活性，這種現象稱為蛋白質的復性。

生物化學

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性生物化學生物活性喪失。理化性質變化：溶解度下降或易于沉淀。變性使得埋藏在分子內部的側鏈基團暴露出來，易被蛋白酶水解。

變性蛋白質的特性生物化學(二)蛋白質變性理論在實踐中的應用應用防止變性殺菌消毒變性與別構生物化學四蛋白質的顏色反應和紫外吸收光譜(一)雙縮脲反應生物化學

雙縮脲

加熱＋NH322H－1800雙縮脲22222生物化學雙縮脲反應:堿性環(huán)境

H2OO=CC=OHNNHR-CHCH-RO=CCuC=OHNNHR-CHCH-RH2O

紫色絡合物生物化學(二)酚試劑反應Folin—酚試劑由甲試劑和乙試劑組成。甲試劑由碳酸鈉，氫氧化鈉，硫酸銅及酒石酸鉀鈉組成。蛋白質中的肽鍵在堿性條件下，與酒石酸鉀鈉銅鹽溶液起作用，生成紫紅色絡合物。生物化學乙試劑是由磷鉬酸和磷鎢酸，硫酸，溴等組成。此試劑在堿性條件下，易被蛋白質中酪氨酸的酚基還原呈藍色反應，其色澤深淺與蛋白質含量成正比。此法也適用于測定酪氨酸和色氨酸的含量。

本法可測定范圍是25—250ug蛋白質。

生物化學(三)蛋白質紫外吸收

由于蛋白質分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰。生物