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生化与分子生物学系,刘向华,先知楼1004室 tel: 86862729 (五台) ,理论: 80学时（周二上、周四下） 实验: 40学时，8个实验 Time: 周四上午第3周 周一下午 （第5、7、 9、 11、13、15、17周） Lab: D-201 / D-204 / D-206 / D-208 / C-204/C-205 ？考试:理论90%+实验10%（英语要求）,About lectures and practices,生物化学：,从分子水平/ 用化学的方法/ 研究生物的学科,生物,生物大分子的结构与功能,物质代谢及其调节,基因信息的传递及其调控,基因工程,临床生物化学,绪 论,Section 1. Structures & Functions of macrobiomolecules,蛋白质 protein 核酸 nucleic acid 酶 enzyme,Chapter1蛋白质的结构与功能 Structure and Function of protein,protein Pro, Pr, P,蛋白质是生物体的组成成分之一，几乎参与了生命活动的所有过程。 含量：约占固体成分1/2（45%） 种类：一个真核细胞达数千种，每一种均有 其特定的结构与功能,Fireflies emit light catalyzed by luciferase with ATP,Erythrocytes contain a large amount of hemoglobins, the oxygen-transporting protein.,The protein keratin is the chief structural components of hair, horn, wool, nails and feathers.,第一节 蛋白质的分子组成 The Molecular Component of Protein,元素组成:主要有C、H、O、N和S 以及磷 铁 铜 锌 碘 硒 蛋白质平均含氮量（N %）:16% 蛋白质含量= 蛋白氮 6.25（凯氏定氮法）,某种蛋白质样品的含氮量为0.4g，此样品约含蛋白质（ ） A2.50g B3.75g C6.40g D3.90g,某一溶液中蛋白质的百分含量为45，此溶液的蛋白质氮的百分浓度为（ ） A8.8 B8.0 C8.4 D7.2 E9.6,一、基本组成单位氨基酸（amino acid）,2. 种类：20种编码氨基酸 蛋白质由20种L-氨基酸组成 与羧基相邻的- 碳原子上游有一个氨基，称为-氨基酸（除脯氨酸外） 除甘氨酸外，其它- 碳原子是不对称碳原子,1. 结构通式：,3. 分类：按侧链的结构和理化性质可分为五类 非极性脂肪族氨基酸 酸性氨基酸 芳香族氨基酸 极性中性氨基酸 碱性氨基酸,非极性脂肪族氨基酸,亚氨基酸,2. 极性中性氨基酸,巯基,酰氨基,含羟基氨基酸,甲硫基,3.芳香族氨基酸,含羟基氨基酸,3. 酸性氨基酸,4. 碱性氨基酸, ,胍基,咪唑基,20种L-氨基酸,支链氨基酸 3,芳香族氨基酸 3,含羟基氨基酸 2+1,含硫氨基酸 2,酸性氨基酸 2,碱性氨基酸 3,其它:甘、脯、丙、天冬/谷氨酰胺,按侧链R基的结构分类,COO- H C R NH+3,4. 氨基酸的理化性质,两性解离及等电点,*氨基酸的等电点(isoelectric point, pI) P10,紫外吸收：280nm 芳香族氨基酸，共轭双键,茚三酮反应： 蓝紫色化合物, 570nm, 氨基酸的定量分析,二、肽键与肽（氨基酸的连接方式）,二肽,一般说来，n10：寡肽；10 50：蛋白质。,谷胱甘肽（glutathione, GSH）,-肽键,三、医学上重要的肽,功能：还原剂（抗氧化剂） 解毒,抗衰老作用,P104,促甲状腺素释放激素（TRH，3肽）,第二节 蛋白质的分子结构 The Molecular Structure of Protein,蛋白质是氨基酸通过肽键连接形成的具有三维结构的生物大分子，分子量大、结构复杂。在研究中，一般将蛋白质分子的结构分为四个层次来认识。（一级、二级、三级、四级）,一、蛋白质的一级结构(primary structure),*蛋白质多肽链中，从N端到C端的氨基酸残基的排列顺序(sequence)，其主要化学键是肽键，是蛋白质最基本的结构 。二硫键,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。,*多肽链中主链原子的局部空间排布，不涉及侧链部分的构象。 稳定因素：氢键,二、蛋白质的空间结构 （一）、蛋白质的二级结构(secondary structure),二级结构的主要结构单位肽单元 （peptide unit）,Pauling，Corey,*肽单元,参与肽键的4个原子 C、O 、N 、H 及两端的-C原子 C1 、C2 共6个原子处于同一平面，称为肽单元,0.127、0.132、0.149,肽键具有一定程度的双键性能，不能自由旋转,肽单元上C所连的两个单键的自由旋转角度，决定两个相连肽单元的相对空间位置，由于旋转角度的不同，形成几种不同二级结构形式：,-螺旋： 多肽链的某段局部以肽单元为单位，以 -碳原子为转折，盘曲形成的一种紧密螺旋状结构 结构特点: 右手螺旋 R基位于螺旋的外侧 螺距0.54nm，3.6个Aa 稳定化学键：氢键,氢键,-折叠：蛋白质肽链主链的肽平面折叠呈锯齿状。 结构特点：锯齿状；顺向平行、反向平行 稳定化学键：氢键,氢键,turn,氢键,无规卷曲 (random coil):是用来阐述没有确定 规律性的那部分肽链结构。,一个蛋白质分子中可以有几个具有二级结构的肽段，在空间位置上相互接近，形成特殊的空间结构，称其为“模体”（motif）,三、蛋白质的三级结构(tertiary structure),*蛋白质的三级结构是指在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折迭。也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。,肌红蛋白 （myoglobin，Mb） 一条多肽链 /血红素辅基 /153个氨基酸 /有8段 -螺旋结构(A、B、C、D、E、F、G及H） 功能: 储存O2,蛋白质三级结构的稳定主要靠次级键(包括氢键、盐键、疏水键、范德华力)以及二硫键等。,二硫键,P20,*结构域(domain)：分子量大的蛋白质三级结构常可分割成1个和数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行其功能，称为结构域。,P21,3-磷酸甘油醛脱氢酶,（三）蛋白质的四级结构P21 （quaternary structure）,二条或二条以上具有独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级键相互组合而形成的空间结构称为蛋白质的四级结构(quarternary structure)。 其中，每个具有独立三级结构的多肽链单位称为亚基(subunit)。,稳定因素：次级键 （氢键、离子键）,蛋白质都具有四极结构吗？,血红蛋白结构示意图,蛋白质的空间结构,按组成成分： 单纯蛋白（仅含氨基酸） 结合蛋白（单纯蛋白+辅基） 按形状分： 纤维蛋白 球蛋白,五、蛋白质的分类,第三节 蛋白质结构与功能的关系 The Relation of Structure and Function of Protein,蛋白质的一级结构决定其空间结构 空间结构决定其生物学功能,核糖核酸酶 RNase,Anfinsen经典实验,变性,复性,（一） 蛋白质一级结构与功能的基础,空间结构决定生物学功能,一级结构决定空间结构,H2N-CO-NH2 HS-CH2-CH2OH,A、相似的一级结构有相同或相似的功能,B,（二）一级结构与功能关系的例子,B、蛋白质分子中关键氨基酸的缺失或被替代，则影响其功能。分子病（Pauling）,镰刀状红细胞性贫血:亚基N端的第6号氨基酸残基发生了变异，Glu(谷)Val(缬),这种变异来源于基因上遗传信息的突变。,镰刀型红细胞贫血,分子伴侣 chaperon (P20),可逆地与未折叠的肽段疏水部位结合 与错误聚集的肽段结合，使解聚 形成二硫键的酶活性,蛋白质折叠病,疯牛病 prion protein, PrP (P28),1986，英国 BSE（bovino spongiform encephalopathy）,疯牛病的机理一种称为PrP的物质，是体内自然产生的蛋白质的一种异常变体。与正常蛋白质结合后，使正常蛋白质分子的空间结构发生改变。,蛋白构象疾病,二、蛋白质空间结构与功能的关系P25,肌红蛋白（myoglobin,Mb） 血红蛋白（hemoglubin , Hb）,变构效应P24 ：一个氧分子与Hb亚基结合后引起亚基构象变化。,Hb的变构效应,蛋白质是由氨基酸组成的大分子化合物，其理化性质,一、蛋白质的理化性质,第四五节 蛋白质的理化性质及其分离纯化 The Physical and Chemical Characters and Separation and Purification of Protein,与氨基酸相似，如两性电离、等电点、 呈色反应等。,不同于氨基酸，如高分子量、 胶体性质、 变性等。,（1）蛋白质的两性电离及等电点,*蛋白质的等电点（pI）,蛋白质的电泳,（2）蛋白质的胶体性质,蛋白质分子量颇大，介于一万到百万之间，故其分子的大小已达到胶粒1100nm范围之内。因此蛋白质溶液具有胶体溶液的性质。 蛋白质溶液在一定条件下相当稳定，稳定该亲水胶体的因素是：水化膜、电荷。,*天然蛋白质在某些物理或化学因素作用下，其特定的空间结构被破坏，从而导致理化性质改变和生物学活性的丧失，称为蛋白质的变性作用(denaturation)。,二硫键及非共价键被破坏， 肽键不断裂，一级结构不变。,溶解度降低、溶液的粘滞度增高、 不容易结晶、易被酶消化。,（3）蛋白质的变性 -吴宪最早提出,（4）蛋白质的吸收光谱及几种呈色反应,1. 蛋白质的特征紫外吸收光波长280nm,2. 呈色反应常可用于蛋白质定量,双缩脲反应(Biuret Reaction) Folin-酚试剂反应,盐析（salt precipitation）：中性盐（硫酸铵等），分段盐析 有机试剂沉淀：乙醇、丙酮（低温） 免疫沉淀：抗原-抗体-琼脂糖颗粒,电泳（electrophoresis）：pI，分子量的大小,透析（dialysis）：半透膜,层析（chromatography）：离子交换层析、亲和层析、凝胶柱层析,离心、超速离心（ultracentrifugation）：沉降系数S,蛋白质的分离和纯化,生命在于运动,第一章 蛋白质复习大纲,掌握蛋白质的元素组成、基本组成单位，熟悉氨基酸的通式与结构特点、三字母英文缩写。(凯氏定氮法) 氨基酸的理化性质、氨基酸在肽链中的连接方式 。 GSH由哪三个氨基酸残基组成？有何生理功能？ 蛋白质一、二、三、四级结构的定义及维系这些结构稳定的作用键？（肽单元、模体、结构域） 蛋白质二级结构的基本形式？并试述-螺旋的结构特点。 简述蛋白质一级结构与功能的关系。 蛋白质变性、蛋白质变性有哪些理化性质的改变，变性的应用。,Key words,Primary structure Secondary structure Tertiary structure Quaternary structure Subunit Isoelectric point, Pi peptide unit -helix Protein denaturation,1蛋白质分子中的氨基酸属于下列哪一项? （ ） AL-氨基酸 BD-氨基酸 CL-氨基酸 DD-氨基酸 EL、D-氨基酸 2下列有关氨基酸的叙述，错误的是（ ） A丝氨酸和苏氨酸侧链都含羟基 B异亮氨酸和缬氨酸侧链都有分支 C组氨酸和脯氨酸都是亚氨基酸 D苯丙氨酸和色氨酸都为芳香族氨基酸 E精氨酸和赖氨酸都属于碱性氨基酸 3蛋白质具有紫外吸收特性，它的最大吸收峰在多少？（ ） A260nm B280nm C350nm D420nm E650nm,选择题,4某蛋白质的等电点为7.2，该蛋白质在pH为8.6的溶液中会出现（ ） A带正电荷 B带负电荷 C不泳动 D向负极泳动 E不带电荷 5下列有关蛋白质一级结构的叙述，错误的是（ D?(个人理解) ） A多肽链中氨基酸的排列顺序 B氨基酸分子间通过去水缩合形成肽链 C从N-端至C-端氨基酸残基排列顺序 D蛋白质一级结构并不包括各原子的空间位置 E通过肽键形成的多肽链中氨基酸排列顺序 6下列哪个不属于蛋白质二级结构的范畴（ ） A-螺旋 B-折叠 C-转角 D无规卷曲 E结构域,名词解释：Protein denaturation 简答题： 蛋白质二级结构的基本形式？并试述-螺旋的结构特点。