《生物化学讲义总纲》PPT课件.ppt

2019/4/3,1,生物化学多媒体课件,第十二章 蛋白质的分解代谢 第十三章 核酸的代谢 第十四章 DNA的复制与修复,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,3,第一章 绪论,公共信箱 关于生物化学课程 一. 如何学好生化课 1.生物化学的特点 2.师生合作 二.生化课的重要性 1.国际形势 2.国内形势 三.生物化学的任务及其发展 1.生物化学的定义和历史：酒酿的制造 2.生物化学的任务：总结7条 3.生物化学的现状及其发展 四.参考书 五.我校生物化学课程被评为江苏省高校一类优秀课程,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,4,第二章 糖类,1.糖的概念 一.糖的种类和功能 1.糖的定义：多羟醛或多羟酮及其衍生物。分析之。 结构最简单的糖：甘油醛二羟丙酮 2.糖的功能：能源（最先动用） 结构（支持，木质部、骨骼） 信息传递（受体）,2019/4/3,5,3.糖的种类： 单糖：定义 ：最简单的糖/不能水解为更简单的糖的糖类。醛糖、 酮糖 、丙、丁、戊、己、庚糖及其两者的组合。重要单糖的举例：葡萄糖（己醛糖）、果糖（己酮糖）、核糖和脱氧核糖（戊醛糖） 寡糖：定义：由2-6个单糖通过糖苷键形成的糖类/能水解为2-6个单糖的糖类。举例：蔗糖（葡-果）、麦芽糖（葡-葡）、乳糖（葡-半）。 多糖：定义：由6个以上单糖通过糖苷键形成的糖类/能水解为6个以上单糖的糖类。 同多糖 、杂多糖 举例：淀粉、糖原、纤维素、肝素、硫酸软骨素 结合糖：定义：含有其它成分（蛋白质、脂类等）的糖类 举例：糖蛋白、糖脂。 4.碳水化合物：carbohydrate 葡糖糖C6（H2O）6 将错就错。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,6,1.几个概念： 同分异构体 结构异构 ：骨架的不同，丁烷和异丙烷 立体异构 ：空间结构不同。 几何异构 ：双键的顺式和反式（草图） 。 旋光异构 ：镜像对称。手性 差向异构 ：仅一个碳原子的构型不同。,二.糖的构型,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,7,2.糖的构型 对称碳原子（只要有2个基团相同）和不对称碳原子（4个基团都不同），不对称碳原子的2种构型，旋光异构体的性质（旋光率） 甘油醛的构型（DL的规定，P6） 意义：所有单糖构型的参照物。 单糖的构型：倒数第一个不对称碳原子的构型，以甘油醛的构型为参照物，就是放置的位置相似。 葡萄糖的构型 没有构型的糖：二羟丙酮 怎样书写旋光异构体：画一面镜子，所有碳原子的构型都相反。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,8,单糖举例 一.葡萄糖的结构 1.链式结构：条件（干燥），构型D/L， 旋光异构体和自然选择（D） 写法：简化结构式：-CHO -CH2OH -OH ，突出构型 2.环状结构：条件（水溶液） 吡喃型（六元环）和呋喃型（五元环）及自然选择（吡喃型）， 型和型，异头物 3.投影式（Haworth式），环状简式， 链式与环式的互变规则（仅对D型）：在骨架上添加-OH，把（）上下变左右，举例。,2.单糖的结构和性质,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,9,4.变旋现象： 现象：具有某种旋光率的糖刚溶于水时，其旋光率会发生变化，最后恒定在某一旋光率处不变 本质：糖在水溶液中要发生链式结构与环式结构的互变、吡喃环与呋喃环的互变以及型与型的互变，最后达到平衡。 以葡萄糖为例：平衡处+52.50 链式 呋喃环 型吡喃环 型吡喃环 0.03 1 36 63 +112.20 +18.70,5.葡萄糖的构象：船式和椅式，用模型显示。 6.几种重要单糖的结构式（默认为D-型）：甘油醛 二羟丙酮 核糖 脱氧核糖 葡萄糖 甘露糖 半乳糖 果糖链式和环式都要，请大家自己在书上将其找到，作为家庭作业。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,11,二.单糖的性质 1.物理性质： 旋光性（特例）： 甜度：标准以及顺序（果糖蔗糖葡萄糖） 溶解性：可溶。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,12,2.化学性质 .与强酸的作用*：形成糠醛及其衍生物 反应式及其原理：分子内脱水成环，再脱水成双键。 糖的鉴定： Molish反应：糠醛及其衍生物与-萘酚反应生成紫色的化合物，原理是醛基于酚类进行了缩合，这样，将糖与浓酸作用后再与-萘酚反应作用就能生成紫色的化合物，可鉴别糖。（多羟、醛基） Seliwanoff反应：同样的原理，将糖与浓酸作用后再与间苯二酚反应，若是酮糖就显鲜红色，若是醛糖就显淡红色，由此可鉴别酮糖和醛糖。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,13,.形成糖苷*：糖的半缩醛羟基与其它物质的羟基或氨基脱水缩合形成的化合物。掌握糖苷键型和名称。 举例：麦芽糖的结构式 葡萄糖-1,4-葡萄糖苷，-葡萄糖出半缩醛羟基，另一葡萄糖（、可互变）出4位上的羟基。 反应部位 主体、配体、糖苷键的键型（半缩醛羟基的构型-半缩醛羟基的位置，另一羟基的位置，如：-1,4 ） 全名：配体-糖苷键型-主体苷,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,14,.糖的还原性 费林反应（Fehling）：费林试剂（碱性的铜络合物） 反应式 定量法（Cu2O） 还原糖：能使Cu2+还原的糖类，醛糖和酮糖都是还原糖。 与铁氰化钾的反应：这是生化实验之一，将葡萄糖与铁氰化钾（K3Fe（CN）6）溶液共热时，铁氰化钾被还原成亚铁氰化钾（K4Fe（CN）6）。 反应式：K3Fe（CN）6 + 葡萄糖 K4Fe（CN）6 + 葡萄糖酸 多余的K3Fe（CN）6用KI氧化，而产生的I2用硫代硫酸钠滴定。因此，硫代硫酸钠 I2 剩余铁氰化钾 亚铁氰化钾 葡萄糖,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,15,.形成糖脎* 糖与三分子苯肼的反应 反应式：第一步，第二步，第三步。 特点：抹煞了第一、第二位C原子的构型。 用途：可以鉴定单糖的种类：糖脎为黄色的不溶于水的晶体，不同的糖脎其晶型和熔点均不同，由此可鉴别单糖的种类。 思考题：葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖，哪几种可被糖脎反应所鉴别，哪些不能？作为家庭作业。 其余的反应如酯化作用、对碱的作用、糖的氧化性等，请大家自己看看。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,16,3.寡糖 定义 结构单位：环状的单糖 糖苷键、主体和配体 寡糖（以及淀粉）中的单糖叫残基 几种重要的二糖 1.麦芽糖：葡萄糖-1,4-葡萄糖苷：是直链淀粉的形成方式 2.异麦芽糖：葡萄糖-1,6-葡萄糖苷：是枝链淀粉分支处的的形成方式 3.蔗糖：-葡萄糖-2,1果糖苷/-果糖-1,2葡萄糖苷。 4.乳糖：葡萄糖-1,4-半乳糖苷 5.纤维二糖：葡萄糖-1,4-葡萄糖苷：是纤维素的形成方式。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,17,4.多糖 定义 一.同多糖：即均一多糖：定义 1.淀粉 结构单位：环式的-D-葡萄糖（在淀粉和寡糖中叫做葡萄糖残基） 连接方式（即糖苷键型）： -1,4糖苷键和-1,6糖苷键。 直链淀粉的结构： 只有-1,4糖苷键，还原端和非还原端各一 枝链淀粉的结构： 既有-1,4糖苷键又有-1,6糖苷键。还原端一个，非还原端多个 淀粉的二级结构（空间结构）：右手螺旋（像个弹簧，模型表示），每一圈含有6个葡萄糖残基 碘显色机理：钻圈，圈越多（分子量越大即葡萄糖残基越多）色越深。 淀粉水解碘显色的变化：淀粉（蓝色或紫色）红色糊精无色糊精寡糖葡萄糖 性质：与葡萄糖相比，它没有还原性、有旋光性但无变旋现象、溶解度降低,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,18,2.糖原：结构上完全同枝链淀粉，只是分子量要大得多 3.纤维素： 结构单位：-D-葡萄糖 连接方式：-1,4糖苷键 分子量：上万个葡萄糖残基 二级结构：锯齿带状，交织在一起，强度很大。 性质：不溶于水，仅能被高温的强酸和少数几种纤维素酶所水解 4.其余多糖：半纤维素和几丁质等，请大家自己回去看看。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,19,二.杂多糖 通常与蛋白质形成具有粘性的物质，故称粘多糖，在体内起润滑作用（胃部以及关节处的粘夜，鼻涕等） 例如：透明质酸、硫酸软骨素和肝素等 三.结合糖：糖脂、糖蛋白、蛋白多糖等，自己看。 布置作业： 1.重要糖的结构（链式和环式）：甘油醛、二羟丙酮、核糖、脱氧核糖、葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、纤维二糖。 2.变旋现象及其本质 3.糖的几个鉴定反应、糖脎反应的思考题。 4.淀粉和纤维素的结构特点。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,20,第三章 脂类,1.概述 定义：由脂肪酸和醇作用生成的酯及其衍生物统称为脂类，这是一类一般不溶于水而溶于脂溶性溶剂的化合物。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,21,一.脂类的类别 1.单纯脂：定义：脂肪酸与醇脱水缩合形成的化合物 蜡：高级脂肪酸与高级一元醇脱水缩合形成的化合物，幼植物体表覆盖物，叶面，动物体表覆盖物，蜂蜡。 甘油脂：高级脂肪酸与甘油脱水缩合形成的化合物，最多的脂类。 2.复合脂：定义：单纯脂加上磷酸等基团产生的衍生物 磷脂：甘油磷脂（卵、脑磷脂）、鞘磷脂（神经细胞丰富） 3.脂的前体及衍生物 高级脂肪酸 甘油 固醇 萜类 前列腺素 4.结合脂：定义：脂与其它生物分子形成的复合物 糖脂：糖与脂类以糖苷键连接起来的化合物（共价键），如霍乱毒素 脂蛋白：脂类与蛋白质非共价结合的产物，如血中的几种脂蛋白，VLDL、LDL、HDL、VHDL是脂类的运输方式。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,22,二.脂类的功能 1.最佳的能量储存方式 体内的两种能源物质比较 单位重量的供能：糖4.1千卡/克，脂9.3千卡/克。 储存体积：1糖元或淀粉：2水，脂则是纯的，体积小得多。 动用先后：糖优先，关于减肥和辟谷 2.生物膜的骨架：细胞膜的液态镶嵌模型：磷脂双酯层，胆固醇，蛋白质。 3.电与热的绝缘体 电绝缘：神经细胞的鞘细胞，电线的包皮，神经短路 热绝缘：冬天保暖，企鹅、北极熊 4.信号传递：固醇类激素 5.酶的激活剂：卵磷脂激活-羟丁酸脱氢酶 6.糖基载体：合成糖蛋白时，磷酸多萜醇作为羰基的载体,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,23,2.甘油脂 定义：高级脂肪酸与甘油，其中甘油三脂就是油脂。 一.脂肪酸：结合态、游离态（FFA） 1.性质 偶数：16，18，20，22，24 顺式 双键的位置：9、12、15 溶点与结构的关系：链长（长-高），饱和度（饱-高） 2.简单表达式： 简单结构式：波浪形，注意双键的构型 简单表达式：链长：双键数双键位置 举例：油酸18：19,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,24,3.常见脂肪酸和必需脂肪酸 常见： 软脂酸16：0 硬脂酸18：0 必须脂肪酸：（Vf）：人和哺乳动物不可缺少但又 不能合成的脂肪酸，必须从食物（尤其是植物）中摄 取。包括： 亚油酸18：29，12 -亚麻酸18：39，12，15 -亚麻酸18：36，9，12 素油比荤油营养价值大,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,25,二.甘油脂（脂酰甘油） 甘油的写法和性质：写成L型，而与构型无关。 甘油脂的通式：MG、DG、TG，注意写成L型。 油脂为三酰甘油（甘油三脂TG）：油（植物）+脂肪（动 物），脂肪酸的饱和性决定了它们的状态 1.油脂的物理性质 .溶解度：不溶于水，而溶于乙醇、乙醚、氯仿、表面活性剂（双亲性物质）等，对比MG和DG .熔点：植物的油与动物的脂肪的溶点，由脂肪酸的饱和性决定 .旋光性：前题，书写方式（L）与构型无关，这是规定。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,26,2.化学性质 .皂化与皂化值 定义：油脂与碱共热时，产生甘油和脂肪酸盐（肥皂），实际上是碱催化 的水解反应。日常生活中的应用：脏抹布的碱煮和梳子的热碱洗涤。 反应式 皂化值：加热，KOH（mg）/油脂（g），可以反映油脂的量（摩尔数） .酸败与酸值 油脂长期搁置时会产生酸臭味就是酸败 原因是油脂受空气和光照作用，不饱和脂肪酸的双键处被氧化成为醛或酮以 及羧酸，产生酸臭味，脂肪酸经过酶的氧化后也可以形成酮。 桐油的应用：高度不饱和脂肪酸（有多个双键）被氧化成为醛或酮后，再彼 此交联成高分子化合物，形成膜。 酸值：不加热，KOH（mg）/油脂（g），可以反映油脂的新鲜程度。 .加成反应与碘值 油脂中的不饱和双键可以与H2、I2、HCl、Cl2等发生加成反应 卤化作用：与卤族元素发生的加成反应 碘值：I2（g）/油脂（百克） 反映油脂的不饱和程度,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,27,3.磷脂 复合脂中最重要的一族 组成基团：脂肪酸、醇（甘油、鞘氨醇等）、磷酸根、X（醇 类） 一.甘油磷脂（磷脂酰甘油） 1.结构通式 命名：磷脂酰X X为其它的醇类，通过磷酸二酯键与甘油连接。 天然磷脂均为L型构型 2.几种重要的磷脂 3.几种重要的磷脂酶及其作用特点：PLA1、PLA2（PLB）、PLC、PLD作用位点 溶血磷脂：2位上脱去脂肪酸的甘油磷脂 蛇毒与磷脂酶：神经毒素和血液毒素,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,28,二.神经鞘磷脂：神经鞘氨醇、脂肪酸、磷酸、胆碱 神经鞘氨醇+脂肪酸神经酰胺+磷酸+胆碱 神经鞘磷脂 三.磷脂的特性： 1.溶解性：表面活性剂，双亲化合物（亲油亲水），用作洗涤剂。 氯仿+甲醇是提取磷脂的有效溶剂 2.解离：两性电解质，解离后磷酸基团带负电，X基团带正电（见X的结构） 3.水解反应：碱解（皂化）、酶解,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,29,4.其它脂类 一.结合脂 1.糖脂 .甘油糖脂：甘油磷脂的磷酸X被糖所取代的产物，即第三个羟基与糖的半缩醛羟基脱水缩合的产物，因此，也属于糖苷。 .糖鞘脂：鞘磷脂的磷酸+胆碱被糖所取代的产物，糖也是出的半缩醛羟基，也属于糖苷。例如：脑苷脂和神经节苷脂（霍乱毒素受体GMI）等。 2.脂蛋白：血液中的四种脂蛋白。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,30,二.固醇（甾醇）类：环戊烷多氢菲的衍生物。编号 功过是非：癌症（黄曲霉素），心血管疾病（高血压），结石；脑细胞、胆汁酸、激素、VD。 .胆固醇：固醇上的17位上接一异辛烷。游离胆固醇和胆固醇脂均不溶于水。 胆固醇在紫外线的作用下可以转化成VD，VD的作用，婴儿晒太阳。 .胆汁酸：胆固醇衍生的一类固醇酸，是胆汁的重要组份，包括各种胆酸。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,31,三.萜类：异戊二烯的衍生物，衍生方式为异戊二烯首尾相连或尾尾相连。 单萜（2个异戊二烯单位）、倍半萜（3个异戊二烯单位），-胡罗卜素为4萜，天然橡胶为上千萜。 霍乱病： 病征：上吐下泻，全是水，若不补充水，一天之内即死亡 病理：肠内大量失水，水压过高，排泄物中有大量的霍乱弧菌。 分子基础：小肠上皮细胞的外表面结构如图（讲义稿P5），具有霍乱毒素的受体（GMI，一种糖脂），霍乱毒素的结构是个七聚体蛋白，与受体结合后解离，穿过细胞膜，刺激腺苷酸环化酶，提高cAMP，使钠/水泵失调，向肠内排水，又向周围组织以及血管中抽水。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,32,布置作业： 脂肪酸的特性、常见和必需脂肪酸 脂肪酸的三种化学性质 4种磷脂酶的特点 胆固醇的结构和作用,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,33,第四章 蛋白质,序论 一.蛋白质是生命的表征，哪里有生命活动哪里就有蛋白质 1.酶：作为酶的化学本质，温和、快速、专一，任何生命活动之必须，酶的另一化学本质是RNA，不过它比蛋白质差远了，种类、速度、数量。 2.免疫系统：防御系统，抗原（进入“体内”的生物大分子和有机体），发炎。 细胞免疫：T细胞本身，分化，脓细胞。 体液免疫：B细胞，释放抗体，导弹，免疫球蛋白（Ig）。 3.肌肉：肌肉的伸张和收缩靠的是肌动蛋白和肌球蛋白互动的结果，体育生化。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,34,4.运输和储存氧气：Hb和Mb。 5.激素：含氮类激素，固醇类激素。 6.基因表达调节：操纵子学说，阻遏蛋白。 7.生长因子：EGF（表皮生长因子），NGF（神经生长因子），促使细胞分裂。 8.信息接收：激素的受体，糖蛋白，G蛋白。 9.结构成分：胶原蛋白（肌腱、筋），角蛋白（头发、指甲），膜蛋白等。生物体就是蛋白质堆积而成，人的长相也是由蛋白质决定的。 10.精神、意识方面：记忆、痛苦、感情靠的是蛋白质的构象变化，蛋白质的构象分类是目前热门课题。 11.蛋白质是遗传物质？只有不确切的少量证据。如库鲁病毒，怕蛋白酶而不怕核酸酶。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,35,二.构成蛋白质的元素 1.共有的元素有C、H、O、N， 其次S、稀有P等 2.其中N元素的含量很稳定，16，因此，测N量就能算出蛋白质的量（见克氏定氮实验）。 三.结构层次 1. 一级结构：AA顺序 2.二级结构：主干的空间走向 3.三级结构：肽链在空间的折叠和卷曲形成的形状，所有原子在空间的排布。 4.四级结构：多条肽链之间的作用。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,36,1.氨基酸 蛋白质的结构单位、水解产物 一.氨基酸的结构通式 -碳原子，-羧基，-氨基 氨基酸的构型：体型演示，自然选择L型， D型氨基酸没有营养价值，仅存在于缬氨霉素、短杆菌肽等极少数寡肽之中，没有在蛋白质中发现。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,37,二.氨基酸的表示法 生物体中有20种基本氨基酸（合成蛋白质的原料），还有其它非基本氨基酸，20种基本氨基酸的表示方法有下列几种： 1.中文名：X（X）氨酸，如甘氨酸、半胱氨酸。20种要会背。 2.英文名：3字名，如Gly、Cys等，20种要会背。 3.按顺序演示，记忆技巧。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,38,三.氨基酸的具体结构：20种全部记住，先把通式记住再注意R。 按字母顺序记忆：丙精天天半谷谷甘组异亮赖甲苯脯丝苏色酪缬，也可以按照下面的基团来记： 1.特殊AA：甘Gly（最特殊，唯一无旋光性）、丙Ala（顾名思义）、苯丙Phe（顾名思义）。 2.酸性AA：天冬Asp （-羧基） 、谷Glu （-羧基） 3.碱性AA：金Arg （-胍基） 、赖Lys （-氨基） 、组His （-咪唑基） 4.芳香族AA：色Trp（-吲哚基）、苯丙Phe 、酪Tyr（-苯酚基） 5.含-OH的AA：丝Ser（-羟基）、苏Thr（-羟基）、酪Tyr（-苯酚基）,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,39,6.含S的AA：半胱Cys（-巯基）、甲硫Met（-甲硫基） 7.酰氨基的AA：天冬酰氨Asn（-酰氨）、谷氨酰氨Gln（-酰氨）、 8.烷烃基的AA：缬Val、亮Leu、异亮Ile，完整。 9.亚氨基的AA：脯Pro（亚氨基）。 10.20种基本AA中的几种特殊基团：胍基和咪唑基、巯基和甲硫基、吲哆基。-亚氨基,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,40,四.氨基酸的分类 1.结构上 脂肪族氨基酸：酸性氨基酸（2羧基1氨基：Glu、Asp），碱性氨基酸（2氨基1羧基：Arg、Lys、不包括His），中性氨基酸（氨基羧基各一：很多） 芳香族氨基酸：含苯环：Phe、Tyr、 Trp（也属于杂环氨基酸） 杂环氨基酸： His（也是碱性氨基酸）、Pro、Trp（也是芳香族氨基酸）,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,41,2.R基的极性 带电极性氨基酸：亲水氨基酸：溶解性很好，酸性氨基酸、碱性氨基酸。 不带电极性氨基酸：亲水氨基酸：溶解性较好 特殊AA：溶解性介于上下之间。 非极性氨基酸：疏水氨基酸：溶解性较差。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,42,3.营养价值 必需氨基酸：人和哺乳动物不可缺少但又不能合成的氨基酸，只能从食物中补充，共有8种：Leu、Lys、Met、Phe、Ile、Trp、Thr、Val 半必需氨基酸：人和哺乳动物虽然能够合成，但数量远远达不到机体的需求，尤其是在胚胎发育以及婴幼儿期间，基本上也是由食物中补充，只有2种：Arg、His。有时也不分必需和半必需，统称必需氨基酸，这样就共有10种。记法：Tip MTV Hall 非必需氨基酸：人和哺乳动物能够合成，能满足机体需求的氨基酸，其余10种 从营养价值上看，必需半必需非必需,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,43,五.非基本氨基酸 1.氨基酸的衍生物：蛋白质化学修饰造成的，有P-Ser、P-Thr、P-Tyr、OH-Pro、OH-Lys，最为重要的是Cyss胱氨酸，是由2分子Cys通过二硫建连接起来的，P54 2.非蛋白氨基酸：仅游离存在，瓜氨酸、鸟氨酸、-丙氨酸 3.D-氨基酸：缬氨霉素、短杆菌肽中含有。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,44,六.氨基酸的性质 1. 物理性质 紫外吸收：有共轭双键的物质都具有紫外吸收，在20种基本aa中，有4种是具有共轭双键的，Trp、Tyr、Phe、His，其中His只有2个双键共轭，紫外吸收比较弱，Trp、Tyr、Phe（P51-52）均有3个双键共轭，紫外吸收较强，其中Trp的紫外吸收最厉害，是蛋白质紫外吸收特性的最大贡献者，此3种氨基酸的紫外吸收特点如下,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,45,旋光性：仅Gly不具旋光性，其它19种都有，且自然选择为L-型。 溶解性：溶解于水，特别是稀酸稀碱溶液，不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂。 熔点：均大于200，也就是说氨基酸都是固态，而同等分子量的其它有机物则是液态，这说明了氨基酸与氨基酸之间的结合力很强，是离子键，即氨基酸是以离子状态存在的，而不是以中性分子存在的。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,46,2.化学性质 解离和等电点： 氨基酸是个两性电解质，既可进行酸解离也可进行碱解离，用解离方程式表示，这样，氨基酸在水溶液中就可能带电，+或-，以及呈电中性，到底是什么情况，完全由溶液的PH值来决定。 等电点：如果调节溶液的PH值使得其中的氨基酸呈电中性，我们把这个PH值称为氨基酸的等电点：PI。PI是氨基酸的重要常数之一，它的意义在于，物质在PI处的溶解度最小，是分离纯化物质的重要手段。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,47,思考题： 当溶液的PH值PI时，aa带电为+/-？ 当溶液的PH值=8?,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,48,等电点的计算：对于所有的R基团不解离的氨基酸而言（即解离只发生在-羧基和-氨基上），计算起来非常简单： PI（PK1+PK2）/2 推导过程：只要+-即可，+-可不管，根据k 和Pk 的定义，并参见解离方程， K1 =+-*H+/+， + = +-*H+ / K1 K2 -*H+/ +-， - K2* +-/ H+ 令+ = -，则+-*H+ / K1 K2* +-/ H+ H+2= K1*K2， PI-lg H+ -1/2*lg H+2 = -1/2*lg (K1*K2) =1/2*(- lg K1+ - lg K2) （PK1+PK2）/2 若是碰到R基团也解离的，氨基酸就有了多级解离，例如Asp和Lys，这个公式就不好用了，比如Lys、Glu、Cys等。在这种情况下可以按下面的步骤来计算：以Lys为例,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,49,由PK值判断解离顺序，总是PK1按照解离顺序正确写出解离方程式：简式，注意解离基团的正确写法。 找出呈电中性的物质，其左右PK值的平均值就是氨基酸的等电点： PI（PK 左+PK 右）/2 等电点的测定：等电聚焦电泳：这是一种特殊的电泳，其载体上铺有连续的PH梯度的缓冲液，然后将氨基酸点样，只要该处的PH与氨基酸的PI不同，则氨基酸就会带电，PH值PI时，aa带-电；PH值氨基酸的重要化学反应,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,50,2.肽 一.肽与肽键 氨基酸的羧基与另一氨基酸氨基脱水缩合形成的化合物就是肽，其实就是一种酰胺化合物，其酰胺键就是肽键，是很特殊的键，它的特点是刚性平面、反式构型。 肽中的氨基酸叫氨基酸残基，几个氨基酸残基就叫几肽。 二.肽的种类 寡肽：2-10，无构象，谷胱甘肽是3肽 多肽：10-50，介于之间，胰高血糖素是29肽 蛋白质：50以上，有特定的构象，胰岛素是51肽,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,51,三.肽的表示法 1. N端、C端的概念：肽链的两个端点，N端的氨基酸残基的-氨基未参与肽键的形成，即有自由的-氨基。C端的氨基酸残基的-羧基未参与肽键的形成，即有自由的-羧基。 2. 写法和读法：规定书写方法为N端C端，例如：Ala-Gly-Phe，读作：丙氨酰甘氨酰苯丙氨酸。 注意有时会看到一些奇怪的写法，比如：NH2-Ala-Gly-Phe-COOH，或H-Ala-Gly-Phe-OH，均属于画蛇添足，但Ala-Gly-Phe- NH2则表示C端被酰胺化了，例如胰岛素。 若有必要从C端N端写，则必须标明，如（C）Phe- Gly Ala（N）,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,52,四.肽的性质 1.酸碱性：肽至少有一个游离的氨基和游离的羧基，也是两性化合物，至少有2级解离，通常都有多级解离。因此，肽在水溶液中也能够带电，也有自己的等电点PI，其计算与测定完全同氨基酸的。 例如：谷胱甘肽，Glu-Cys-Gly，注意Glu-Cys之间的肽键（-，而不是正常的-），各解离基团的PK值，解离方程，PI（2.13+2.34）/22.235，很酸。 2.双缩脲反应：双缩脲（相似于三肽，即2个肽键）、碱性铜离子、紫红色化合物。凡大于三肽的肽都能发生此反应，2肽不行。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,53,3.水解反应：肽可以被酸、碱、酶所水解，其优劣性如下： 酸水解：浓酸（6N以上，解释一下NM/价），高温（110以上），长时（24-36小时），污染，Trp遭到破坏（营养价值降低），不消旋，水解彻底 碱水解：浓碱（6N以上），高温（100以上），6小时，污染，含-OH和-SH的氨基酸均遭到破坏，Ser、Thr、Tyr、Cys，消旋，水解彻底。 酶水解：胰酶，常温常压，常PH，不消旋、不破坏、不彻底。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,54,常用的蛋白酶，即工具酶： 外切酶： 氨肽酶：从N端开始一个个水解肽键 羧肽酶：从C端开始一个个水解肽键： 羧肽酶A：Arg、Lys、Pro除外的氨基酸残基 羧肽酶B：仅Arg、Lys 羧肽酶C：所有的氨基酸残基 内切酶： 胰蛋白酶：仅作用于Arg、Lys的羧基与别的氨基酸的氨基之间形成的肽键，表示为（Arg、Lys）。产物为C端Arg、Lys的肽链。 糜蛋白酶：仅作用于含苯环的氨基酸的羧基与别的氨基酸的氨基之间形成的肽键，表示为（Trp、Tyr、Phe）。产物为C端Trp、Tyr、Phe的肽链。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,55,五.肽的实例 1.谷胱甘肽：注意Glu与Cys的连接（-，而不是正常的-），还原型GSH和氧化型GSSG，多种酶的激活剂，参与体内多项代谢，主要作用是还原剂，消除体内的自由基（过氧化物，抽烟，黑坳）。超氧化物歧化酶的辅酶。 2.催产素和加压素：9肽或环8肽，都是脑垂体后叶激素，都有升血压、抗利尿、刺激子宫收缩、排乳的作用，催产素促进遗忘，加压素增强记忆。 3.短杆菌肽和缬氨霉素 4.促甲状腺素释放因子：TRF，是个三肽，TRF促甲状腺素甲状腺素。 5.胰高血糖素：29肽，升高血糖，作用同肾上腺素。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,56,3.蛋白质 一.种类和性质 1.种类 组成上分： 简单蛋白：仅由aa构成 结合蛋白：简单蛋白与其它生物分子的结合物，糖蛋白（共价）、脂蛋白（非共价） 形态上分： 球蛋白：长/宽34，血红蛋白 纤维蛋白：长/宽10，血纤蛋白、丝蛋白 功能上分：酶、抗体、运输蛋白、激素等 理化性质上分：HDL、VHDL、LDL、VLDL 构象上分：国际上有蛋白质构象库。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,57,2.性质 紫外吸收：280nm，贡献者是Trp、Tyr、Phe，最主要的是Trp，核酸的紫外吸收峰在260nm。 两性解离：有PI，不能计算，只能测定（等电聚焦）。 等电点沉淀法：PI处蛋白质的溶解度最低。 胶体性质：大分子，多于51个aa残基，最小平均分子量为5000D；在水中能两性解离故而带电，又亲水，所以是胶体，分散好。有电泳、布朗运动、丁达尔现象、不能通过半透膜等等典型的胶体性质。 沉淀反应：凡是能破坏水化膜以及能中和电荷的物质均可使蛋白质沉淀 等电点沉淀：PH值，中和电荷 盐析：高浓度的盐溶液使蛋白质沉淀，离子中和电荷，如(NH4)2SO4，猪血的实验。 盐溶：低浓度的盐溶液使蛋白质溶解，蛋清的溶解。 有机溶剂沉淀：降低溶液的介电常数。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,58,蛋白质变性：蛋白质在某些外界因素的影响下，理化性质改变、生物活性丧失的现象。这些因素包括热、酸、碱、有机剂等，就以上述盐析为例。 蛋白质变性理论：吴宪，1931年提出。蛋白质的功能直接由蛋白质的构象来决定，某些外界因素改变了蛋白质的独特构象，因而使生物活性丧失。但不改变蛋白质的一级结构（即共价结构）。蛋白质的变性与水解是不同的。 当环境条件恢复时，蛋白质的生物活性有可能也恢复，这就是蛋白质的复性。 这一理论在实践中有很重要的指导意义，能够解释酶为什么有最适的PH和最适的温度。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,59,蛋白质的颜色反应：可以用来定量定性测定蛋白质 双缩脲反应：红色，m540nm 黄色反应：与HNO3的反应，生成硝基苯，呈黄色。皮肤遇到HNO3的情况，白黄橙黄。 米伦氏反应：与HgNO3 或Hg(NO3)2的反应，呈黄色，原理同上。 与乙醛酸的反应：红色，Trp的吲哚基的特定反应。 坂口反应：红色，Arg的胍基的反应。 福林反应：蓝色，是Tyr的酚基与磷钼酸和磷钨酸的反应。 印三酮反应：紫红色 Pauly反应：樱红色，His的咪唑基。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,60,二.蛋白质的一级结构及其测定 1.蛋白质的结构层次：1、2、超2、结构域、3、4 2.一级结构：即蛋白质的共价结构或平面结构，核心内容就是aa的排列顺序，它的改变涉及到蛋白质共价键的破坏和重建。 一级结构的全部内容包括：肽链的个数、aa的顺序、二硫键的位置、非aa成分。 3.蛋白质一级结构的测定 间接法：通过测定蛋白质之基因的核苷酸顺序，用遗传密码来推断aa的顺序。这是因为核苷酸的测序比蛋白质的测序工作要更方便、更准确。 直接法：用酶和特异性试剂直接作用于蛋白质而测定出aa顺序,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,61,第一步：前期准备 分离纯化蛋白质：纯度要达到97以上才能分析准确。 蛋白质分子量的测定：用于判断分子的大小，估计肽链的数目，有渗透压法、凝胶电泳法（聚丙烯酰胺、SDS）、凝胶过滤法、超离心法等 aa组成的测定：用于最后核对，氨基酸自动分析仪 肽链拆分：非共价键的如氢键、离子键、疏水键、范德华力4种，可用尿素或盐酸胍等有机溶液来拆分。共价键的仅二硫键1种，可用巯基乙醇、碘代乙酸、过甲酸来拆分。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,62,第二步：肽链的端点测定 N端测定：Sanger法，DNFBDNP-肽水解乙醚萃取层析鉴定 Edman法，PITCPTC-肽PTH-aa层析鉴定 C端测定：肼解法，唯有C端aa与众不同，酰肼化合物与游离aa。Asn、Gln、Cys、Arg将被肼破坏，不能分析。 羧肽酶法：配合动力学控制。 羧肽酶A：Arg、Lys、Pro除外的氨基酸残基 羧肽酶B：仅Arg、Lys 羧肽酶C：所有的氨基酸残基,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,63,每条肽链aa顺序的测定：aa顺序自动分析仪只能准确测定50aa以下的肽链，而多数蛋白质都含有100以上的aa残基，所以，事先要将蛋白质打断成多肽甚至寡肽，再上机分析，而且要2套以上，便于以后拼接，看下面的一个例子。 常用的工具酶和特异性试剂有： 胰蛋白酶：仅作用于Arg、Lys的羧基与别的氨基酸的氨基之间形成的肽键。（Arg、Lys）。产物为C端Arg、Lys的肽链。 糜蛋白酶：仅作用于含苯环的氨基酸的羧基与别的氨基酸的氨基之间形成的肽键。表示为（Trp、Tyr、Phe） CNBr：仅作用于Met的羧基与别的氨基酸的氨基之间形成的肽键，相当于内切酶的作用。Met。 拼接：将2套多肽的aa顺序对照拼接，举例： 15698735125698452315 698735 125 69845 23 1569 87351 2569 84523,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,64,第四步：二硫键位置的确定：包括链内和链间二硫键的位置，用对角线电泳来测。在肽链未拆分的情况下用胃蛋白酶水解之，可以得到被二硫键连着的多肽产物。先进行第一向电泳，将产物分开。再用过甲酸、碘代乙酸、巯基乙醇处理，将二硫键打断。最后进行第二向电泳，条件与第一向电泳完全相同。选取偏离对角线的样品（多肽或寡肽），它们就是含二硫键的片段，上机测aa顺序，例如：门酪半门缬半甘，根据已测出的蛋白质的aa顺序，把这些片段进行定位，就能找到二硫键的位置，以胰岛素为例举例说明。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,65,4.蛋白质一级结构测定的意义 分子进化：将不同生物的同源蛋白质的一级结构进行比较，以人的为最高级，从而确定其它物种的进化程度，也可以制成进化树，由于这是由数据决定的，因此比形态上确定的进化更加科学和精确。 证明了一个理论，即蛋白质的一级结构决定高级结构，最终决定蛋白质的功能。 疾病的分子生物学：镰刀型贫血症的内因是血红蛋白的6Val，正常的血红蛋白的6Glu。病症以及其进化原因，疟疾的克星。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,66,三.蛋白质的二级结构 1.二级结构概论 二级结构的定义：肽链主干在空间的走向。主干指的是肽平面与-C构成的链子。 二级结构的内容：空间走向以及维持这种走向的力量：氢键和R基团的影响（离子键、疏水键、空间障碍等） 二级结构的数学描述： 角：肽平面绕N-C单键旋转的角度 角：肽平面绕C-C羧基单键旋转的角度。 至于+-方向的规定，0度角的规定太复杂，不作要求。 这样，一个肽平面的空间位置可以被2个二面角来确定，如果每个肽链的两个二面角（,）都相同，则构成了规则的空间走向，所以可以用（,）来描述肽链的二级结构。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,67,2.二级结构的常见类型 Pauling的贡献，X光衍射法是研究蛋白质构象的最好技术，羊毛蛋白和蚕丝蛋白，单调一致，诺贝尔化学奖。 -右手螺旋 -螺旋即像弹簧一样的螺旋，有右手与左手之分，自然选择蛋白质的-螺旋为右手螺旋。 -右手螺旋的数据：每一圈含有3.6个aa残基（或肽平面），每一圈高5.4，即每一个aa残基上升1.5，旋转了100度，2个二面角（,）（-570，-480）。 维持-右手螺旋的力量是螺旋内氢键，它产生于一个肽平面的C=O与相邻一圈的在空间上邻近的另一个肽平面的N-H之间，它的方向平行于螺旋轴，因此，-右手螺旋的外观是个筒状的帘子。每个氢键串起的长度为3.6个肽平面或3.6个aa残基，被氢键串起来的这个环上含有13个原子，故-右手螺旋也被称为3.613螺旋。 R基团对-右手螺旋的影响：破坏者Pro，该处折断，因为亚氨基不能形成氢键；不稳定者酸性、碱性、太大、太小：Glu、Asp、Arg、Lys、Gly、Ile。其它都是起稳定作用的。 分布：毛发中的-角蛋白，例如头发中的-角蛋白。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,68,-折叠：肽链在空间的走向为锯齿折叠状，侧观模型为，俯观模型为。跟纤维素的相似。 二面角（,）（-119，+113）。 维持-折叠的力量：折叠间的氢键，它产生于一个肽平面的C=O与相邻肽链的在空间上邻近的另一个肽平面的N-H之间，两条肽链上的肽平面互相平行，形成片层结构。 -折叠有平行式和反平行式两种，形状差不多。 平行式：两条链的走向相同 N-C N-C 反平行式：两条链的走向相反 N-C C-N 反平行式的-折叠比平行式的更稳定 一条肽链回折后就可形成几条走向相反肽段，如，就可以形成反平行式的-折叠，-折叠不限于两条肽链之间，多条肽链可以形成很宽的-折叠片层，片层与片层之间以范德华力相互作用，形成厚厚的垫子。 -右手螺旋与-折叠相比更具弹性，不易拉断，-折叠易拉断，-右手螺旋经加热后可变成-折叠，长度增加，毛衣越洗越长也是这种变化。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,69,左手螺旋：存在于胶原蛋白中，aa残基组成为（-Gly-Pro-Y-），Y为 HyPro或HyLys，靠螺旋间的二硫键、氢键和范德华力来维持，三条左手螺旋形成一股右手超螺旋。 U型回折：也叫-转角，肽链在某处回折1800所形成的结构。这个结构包括的长度为4个aa残基，其中的第三个为Gly，稳定该结构的力量是第一和第四个aa残基之间形成的氢键。 310螺旋：是-右手螺旋的过渡形式，又廋又长，每个氢键串起的长度为3个肽平面或3个aa残基，被氢键串起来的这个环上含有10原子。 无规卷曲：无固定的走向，但也不是任意变动的，它的2个二面角（,）有个变化范围。 从结构的稳定性上看-右手螺旋-折叠 U型回折无规卷曲，而从功能上看正好相反，酶与蛋白质的活性中心通常由无规卷曲充当，-右手螺旋和-折叠一般只起支持作用。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,70,3.超二级结构：空间相邻的几个2级结构形成的更复杂的结构，其类型有 左手超螺旋：3根-右手螺旋拧到一起形成一个左手超螺旋，如头发中的角蛋白。 右手超螺旋：3根左手螺旋拧到一起形成一个右手超螺旋，如胶原蛋白。 ：相邻的2根-右手螺旋拧到一起形成一个左手超螺旋。 ：一个连接链连着2个折叠，平行式，这个连接链可以很长。 ：折叠和螺旋相间形成。 ：以2段U-型回折连接着的3段折叠，反平行式。 4.结构域：长肽链（多于150个aa），在二级结构的基础上通过多次折叠，在空间上形成一些半独立的球状结构，叫结构域，它是三级结构的一部分，结构域之间靠无规卷曲连接。也就是说将三级结构拆开后首先看到的结构。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,71,四.蛋白质的三级结构和四级结构 1.三级结构：即蛋白质的三维结构、构象，指其中所有原子的空间排布，是结构域再经过卷曲和折叠后形成的。如果蛋白质是单条肽链，则三级结构就是它的最高级结构，三级结构由二硫键和次级键（氢键、疏水键、离子键、范德华力）维持。 2.四级结构：多条肽链通过非共价键（氢键、疏水键、离子键、范德华力）形成的聚合体的结构就是四级结构，注意，由二硫键连接的几条肽链不具有四级结构。每条肽链都有自己的三级结构，称为亚基或亚单位，一般情况下，具有四级结构的蛋白质含有的肽链不会太多，故称这类蛋白质为寡聚蛋白，如寡聚酶等。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,72,五.蛋白质的结构与功能 1.蛋白质的结构与功能的关系 每一种蛋白质都具有特定的结构，也具有特定的功能。 蛋白质的结构决定了蛋白质的功能。 蛋白质的功能直接由其高级结构（构象）决定。例子，蛋白质的变性现象。 蛋白质的一级结构决定高级结构（构象），因此，最终决定了蛋白质的功能。例子，人工合成胰岛素，A、B链分别合成，等比例混合后就有活性。而生物合成胰岛素则是先合成一条长肽链，形成正确的二硫键，而后再剪去中间的C肽才形成胰岛素的。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,73,2.蛋白质结构与功能实例 免疫球蛋白G：即抗体G，IgG（Immuno globe），由免疫细胞B分泌出的一种蛋白质，可以特异的结合抗原并消灭之，这就是免疫反应。 IgG的一级结构：四条肽链，2重2轻（L2H2），对称排列，LHHL，有12条链内二硫键，4条链间二硫键。对其aa的分析发现，IgG分为V区（可变区）和C区（恒定区）。 二级结构：几乎全是折叠，由U形回折和无规卷曲连接。 结构域：有12个球体，每个均被二硫键锁住。 三级结构：T型和Y型，属于球蛋白。 没有四级结构。 IgG的功能：V区负责结合抗原，像钳子一样夹住抗原，体现了IgG的特异性，2价。C区负责结合补体（一种酶，可以水解抗原），也是2价，结合部位在寡糖链处的铰链区。IgG的动态作用过程用人体演示。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,74,肌红蛋白：Mb（Myoglobin），哺乳动物的肌肉中储存氧气的蛋白质，水生的哺乳动物体内尤为发达（如鲸鱼），因此，它们可以憋气很长时间，研究用Mb一般由鲸鱼提供。 一级结构：单条肽链，153个aa，其中的83个aa为保守序列（即同源蛋白质均相同，是决定功能的最重要序列），含有一分子血红素辅基，其中保持Fe2+，血红素通过Fe2+以配位键吊在肽链的His的咪唑基上，O2将结合在Fe2+上。 二级结构：几乎全是-右手螺旋，中间由无规卷曲和结来连接。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,75,三级结构：扁平的菱形，属于球蛋白。 功能：储存氧气。其三级结构在分子表面形成一个疏水的空穴，血红素即藏在其中，该空穴允许O2进入而拒绝水的进入，保证了Fe2+结合O2而避免了Fe2+Fe3+。 Mb结合氧气的特征可以由氧合曲线来描述，为双曲线形。其中的氧饱和度（饱和百分数）为Mb O2/（Mb O2+ Mb），P O2为氧的分压。从图中可以看出，Mb倾向于结合氧气而不愿意放出氧气，所以它的功能是储存氧气，只有在P O2极低的时候（体内缺氧的时候）它才释放出氧气。另外，C O可以与O2竞争性的结合Mb。,2019/4/3,生物化学讲义 谢宁昌制作,76,血红蛋白：Hb（Hemoglobin），在人体中有三种，HbA，HbA 2，HbF（仅存于胎儿中），三者的结构和功能大同小异，此处以HbA为例。 一级结构：4条链，22。141，146，每条肽链都结合着一分子的血红素，两条链之间还夹着一分子DPG（二磷酸甘油酸），每条肽链都有保守序列。 二级结构：4条链均同Mb, 几乎全是