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基础生物化学 主编 王金胜，中国林业出版社，2003年参考书目： 生物化学 主编 沈同 王镜岩，高等教育出版社，1990年（第二版） 生物化学 主编 王镜岩，高等教育出版社，2002年（第三版） 生物化学导论 主编Trudy Mckee, James R.Mckee ,科学出版社，2000年（第二版） 生物化学 主编 B.D.Hames,N.M.Hooper等，科学出版社，2001年（中、英） 细胞生物化学 主编 钱凯先 李亚南 邵建忠 浙江大学出版社 基础生物化学 主编 吴显荣 中国农业出版社 蛋白质化学 主编 姜涌明 赵国骏，扬州大学农学院 基础生物化学 主编 白宝璋 任永信 史国安 于少华 ，延边大学出版社 分子酶学导论 主编 姜涌明等，中国农业大学出版社联系地点：农学楼一楼，烛光小区10-3-101电 话：2171758（H），7521207-808（O），7526176（O）E-mail: 第一章 绪论一、生物化学及其研究内容我们所处在的地球充满着无数的生物，从最简单的病毒、类病毒到菌、藻、树、草，从鱼虫鸟兽到最复杂的人类，处处都可以发现它们的踪迹，觉察到生命的活动。地球上的生物形形色色，千姿百态。不同的生物，其形态、生理特征和对环境的适应能力各不相同，都经历着生长、发育、衰老、死亡的变化，都具有繁殖后代的能力。（一） 生物化学的概念和研究内容1生命的定义生命的根本特性是什么？千百年来，人们以许多不同的观点阐述自己对此的看法。19世纪下半叶时，恩格斯给生命下了一个定义：“生命是蛋白体的存在方式，这个存在方式的基本因素在于和它周围的外部自然界的不断地新陈代谢，而且这种新陈代谢一停止，生命就随之停止，结果便是蛋白质的分解。”恩格斯的生命定义在一定程度上揭示了生命的物质基础，即具有新陈代谢功能的蛋白体。100年来，这个定义一直指导人们认识生命的思想武器。生命是一个很难下定义 ：（1）生理学定义 例如把生命定义为具有进食、代谢、排泄、呼吸、运动、生长、生殖等功能的系统。但某些细菌却不呼吸。 （2）新陈代谢定义 生命系统具有界面，与外界经常交换物质但不改变其自身性质。 （3）生物化学定义 生命系统包含储藏遗传信息的核酸和调节代谢的酶蛋白。但是已知某种病毒生物却无核酸（阮病毒）。 （4）遗传学定义 通过基因复制、突变和自然选择而进化的系统。 （5）热力学定义 生命是个开放系统，它通过能量流动和物质循环而不断增加内部质量。Horowitz 观点： 具有复制的能力 具有催化的能力 具有突变的能力2生命的构成19世纪30年代，德国植物学家施莱登首先指出，所有植物体都是由细胞构成的。他的这个观点被德国动物学家施旺在动物组织和细胞研究中证实，所有动物也是由细胞构成的。施旺指出：“细胞是有机体，整个动物或植物体乃是细胞的集合体。它们依照一定的规律排列在动物体内。”在此基础上他们创立了细胞学说。细胞是组成生物体的基本结构单元，是生物体进行代谢、能量转换、遗传以及其它生理活动的基本场所。恩格斯把细胞学说、能量守恒和转换定律、达尔文进化论一起誉之为19世纪自然科学的三大发现。由于细胞的发现，我们不仅知道一切高等有机体都是按照一个共同规律发育和生长的，而且通过细胞的变异，能改变自己，向更高的发育道路迈进。3 细胞的分类和结构所有的生物都是由细胞组成的，只是不同的生物体细胞的大小和形状有所不同。有的细胞人的眼睛可以看得见，如鸟类的蛋，最大的直径近10厘米（鸵鸟蛋）。有的细胞直径只有0.1微米，要用高倍显微镜才能看到，如原始的细菌。大多数细胞的直径是10-100微米，用低倍显微镜就能看到。细胞的大小，即使在同一生物体的相同组织中也不一样。同一个细胞，处在不同发育阶段，它的大小也是会改变的。根据生物的进化程度，细胞可以分为两大类：原核细胞（Prokaryote cell）和真核细胞（Eukaryote cell）（1）原核细胞原核细胞是一类进化程度低，结构最简单的一类细胞。属于原核细胞的有细菌（Bacteria）和蓝藻（blue-green algae）等。原核细胞的特点：原核细胞的外层是细胞壁和细胞膜（质膜），内部为细胞质。细胞质的结构非常简单，没有明显的细胞器（由封闭的生物膜包裹的固体质粒），只有原始的细胞核（无核膜和核仁）和其它一些核糖核蛋白体等。（2）真核细胞真核细胞是高等植物和动物的基本组织单位。真核细胞的结构特点：真核细胞的外层为细胞膜（植物细胞还有一层细胞壁），内部为细胞质。细胞质的结构非常复杂，含有许多细胞器，主要有：细胞核、线粒体、核糖核蛋白体、高尔基体和溶酶体等。植物细胞中还含有质体、叶绿体和液泡等。各个细胞器具有不同的生物功能，它们之间的协调运作，使细胞内的代谢和各种生理活动能够有条不紊地进行。4生物体的化学组成（1）生命体的元素组成组成生命体的物质是极其复杂的。但在地球上存在的92种天然元素中，只有以下元素在生物体内被发现第一类元素：包括C、H、O和N四种元素，是组成生命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体总质量的99%以上。第二类元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg。这类元素也是组成生命体的基本元素。第三类元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是生物体内存在的主要少量元素。第四类元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。（2）化学组成自然界所有的生命物体都由三类物质组成水、无机离子和生物分子。其中生物分子是生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。生物分子的主要类型包括：糖、脂、核酸和蛋白质等生物大分子及维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等有机小分子。5 生物化学的概念：生物化学可以认为是生命的化学，主要是应用化学的理论和方法研究微生物、植物、动物及人体等的化学组成、生命物质各组分的结构和性质、及它们在生命过程中的变化规律的一门科学。6生物化学的基本内容包括：（1）发现和阐明构成生命物体的分子基础-生物分子的化学组成、结构和性质；（2）生物分子的结构、功能与生命现象的关系；（3）生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律（物质代谢、能量代谢、信息代谢）二、生物化学的发展 生物化学作为一门独立的自然科学,只有近200年的历史。但是其发展非常迅速，目前已成为自然科学领域发展最快、最引人注目的学科之一。1 我国古代劳动人民的贡献（1）制饴、酿酒、制醋、制酱技术；掌握生产豆腐的工艺（贾思勰的齐民要术； 齐民要术是我国最早的一部完整的古农书。（2）对脚气病（多发性神经炎）和甲状腺肿的认识与治疗。（3）本草纲目（李时珍）2 近代生物化学的发展（1）萌芽时期（18世纪下半叶19世纪初）-静态生物化学阶段Scheele:瑞典化学家，分离得到甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸、酒石酸等。Lavosier:法国化学家a. 首次证明动物的呼吸需要氧气；b. 同时证明燃烧过程是物质与氧的结合过程。Liebig:德国化学家，是农业化学的奠基人，也是生物化学和碳水化合物化学的创始人之一。首次提出新陈代谢这个学术名词。发现了马尿酸、氯仿。Wohler:与Liebig在同一个实验室，1828年在实验室合成了尿素。从而推翻了有机化合物只有在生物体内部合成的错误认识。从此生物体内糖类、脂类及氨基酸等均被详尽的研究。Ernst Felix Hoppe-Seyler:德国医生，1877年提出“Biochemie”即英文的“Biochemistry”.（Miescher是他的学生）（2）奠基时期（19世纪20世纪）-动态生物化学阶段：科学家对生物物质代谢、平衡等进行了广泛深入的研究，基本阐明了酶的化学本质以及与能量代谢有关的物质代谢途径。Summer:美国科学家，1926年得到脲酶的结晶，证明了酶的化学本质是蛋白质。Embden:德国生物化学家，在糖代谢、脂代谢及肝脏合成氨基酸方面做出了巨大贡献，与他人一起证明了糖酵解途径。 Krebs:英国人，发现了尿素循环和三羧酸循环。Calvin:美国人，发现了光合碳代谢途径。光合磷酸化过程。Abel:1902年分离得到肾上腺素并制成结晶。Went:1926年从燕麦胚芽鞘中分离出生长素。Hopkins:英国剑桥生物化学中心，1912年前后发现维生素（3）大发展时期（1930-至今）-机能生物化学阶段：科学家对生物的研究已从整体水平逐步深入到细胞、亚细胞、分子水平。伴随实验手段、技术的不断改进，使的对生物大分子结构及功能的研究也更加深入。 糖酵解、三羧酸循环、脂代谢、氧化磷酸化等生化反应过程均被阐述。.Watson,Crick首次描绘了DNA双螺旋结构模型，使人们第一次获知基因结构的实质。.英国物理学家Perutz用X-射线衍射技术，解析了血红蛋白的三维空间结构；Kendrew测定了肌红蛋白的结构。英国化学家Sanger利用10年时间完成牛胰岛素的结构测定。 美国化学家Pauling确认氢键在蛋白质结构中和大分子相互作用中的重要性；还研究了镰刀型红细胞贫血病，提出分子病的名称。3. 我国科学家在近代生物化学发展史中的贡献1919-1922，吴宪提出用比色法测定血糖1924-1942，吴宪提出蛋白质变性学说汤佩松、殷宏章等在呼吸代谢、酶作用机理等方面作出突出的贡献1965年，人工合成具有生物学活性的牛胰岛素；1973年，测定了猪胰岛素的空间结构；1983年，完成酵母丙氨酸tRNA的人工合成。植物收缩蛋白的研究（阎隆飞等）生物膜结构与功能研究（杨福愉、黄芬等）蛋白质合成后的转运（信号肽、分子伴侣）三、生物化学与其他学科间的关系1. 各学科之间的联系2. 生物化学知识的应用工业方面：食品工业、化妆品工业、发酵工业、 制革工业、国防工业、环保工业等。农业方面：优质、高产品种培育、优良品种鉴定、生物肥料、生物农药等。医药业： 疾病诊治、生化制药、基因治疗等。生物技术：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等。四、课程安排及其学习方法第二章 蛋白质蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。引言：蛋白质概述一、 蛋白质的化学组成1.元素组成：蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、钼、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为： 碳 50-55% 氢 6.5-7.3 氧 19-24 氮 16% 硫 0-3 其他 微 量大多数蛋白质的含氮量接近于16%，这是蛋白质元素组成的一个特点，也是凯氏（Kjedahl）定氮法测定蛋白质含量的计算基础。所以，可以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质的大概含量：蛋白质含量=蛋白氮x 6.256.25为蛋白质系数，即1克氮所代表的蛋白质量（克数）2. 分子组成： 经酸、碱和酶处理蛋白质，使其彻底水解得到产物为氨基酸，组成蛋白质的常见20种氨基酸中除脯氨酸外，均为a-氨基酸： COOHH2N C H R二、 蛋白质的大小和分子量蛋白质是分子量很大的生物分子。对任一种给定的蛋白质来说，它的所有分子在氨基酸的组成和顺序以及肽链的长度方面都应该是相同的，即所谓均一的蛋白质。蛋白质分子量的变化范围很大，从大约6000到1000000道尔顿（Da）或更大。某些蛋白质是由两个或更多个蛋白质亚基（多肽链）通过非共价结合而成的，称寡聚蛋白质。有些寡聚蛋白质的分子量可高达数百万甚至数千万。（TMV：4x107）三、蛋白质功能的多样性1 酶类2 结构蛋白类3 转运蛋白类4 收缩或运动蛋白类5 保护和防御蛋白类6 营养和储存蛋白类7 调节蛋白类8 其他蛋白（受体蛋白、毒素蛋白、激素蛋白等）第一节 蛋白质的基本结构单位氨基酸（amino acid）一、蛋白质的水解蛋白质和多肽的肽键与一般的酰胺键一样可以被酸碱或蛋白酶催化水解，酸或碱能够将多肽完全水解，酶水解一般是部分水解。完全水解得到各种氨基酸的混合物，部分水解通常得到多肽片段。最后得到各种氨基酸的混合物。所以，氨基酸是蛋白质的基本结构单元。大多数的蛋白质都是由20种氨基酸组成。这20种氨基酸被称为基本氨基酸。1、酸水解常用6 mol/L的盐酸或4 mol/L的硫酸在105-110条件下进行水解，反应时间约20小时。此法的优点是不容易引起水解产物的消旋化，得到的是L-氨基酸。缺点是色氨酸被沸酸完全破坏；含有羟基的氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有一小部分被分解；天门冬酰胺和谷氨酰胺侧链的酰胺基被水解成了羧基。2、碱水解一般用5 mol/L氢氧化钠煮沸10-20小时。由于水解过程中许多氨基酸都受到不同程度的破坏，产率不高。部分的水解产物发生消旋化，其产物是D-型和L-型氨基酸的混合物。该法的优点是色氨酸在水解中不受破坏。3、酶水解目前用于蛋白质肽链断裂的蛋白水解酶（proteolytic enzyme）或称蛋白酶（proteinase）已有十多种。应用酶水解多肽不会破坏氨基酸，也不会发生消旋化。水解的产物为较小的肽段。 最常见的蛋白水解酶有以下几种：胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶、嗜热菌蛋白酶。三、 氨基酸的分类（一）根据来源分：内源氨基酸和外源氨基酸（二）从营养学角度分：必需氨基酸和非必需氨基酸Ile Met Val Leu Trp Phe Thr Lys一 家 写 两 三 本 书 来（二） 根据是否组成蛋白质来分:：蛋白质中常见氨基酸、蛋白质中稀有氨基酸和非蛋白氨基酸1、蛋白质中常见氨基酸的结构（1）脂肪族氨基酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine缬氨酸 Valine亮氨酸 Leucine异亮氨酸 Ileucine脯氨酸 Proline甲硫氨酸 Methionine半胱氨酸 Cysteine（2）芳香族氨基酸苯丙氨酸 Phenylalanine酪氨酸 Tyrosine色氨酸 Tryptophan（3）碱性氨基酸精氨酸 Arginine赖氨酸 Lysine组氨酸 Histidine（4） 酸性氨基酸天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸 Glutamate（5）含羟基氨基酸丝氨酸 Serine 苏氨酸 Threonine（6）含酰胺氨基酸天冬酰胺 Asparagine谷酰胺 Glutamine按R基极性分类20种常见氨基酸（1）非极性R基团氨基酸：8种Ala Val Leu Ile Phe Pro Met Trp（表1-2）（2）极性不带电荷R基团氨基酸：7种Ser Thr Asn Gln Try Cys Gly（表1-3）（3）带负电荷R基团氨基酸：2种Asp Glu（4）带正电荷R基团氨基酸：3种Lys Arg His硒代半胱氨酸:第21种2.蛋白质中几种重要的稀有氨基酸在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为不常见蛋白质氨基酸。这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。其中重要的有4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、N-甲基赖氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构如课件。3.非蛋白氨基酸广泛存在于各种细胞和组织中，呈游离或结合态，但并不存在蛋白质中的一类氨基酸，大部分也是蛋白质氨基酸的衍生物，如-丙氨酸、-氨基丁酸。非蛋白氨基酸存在的意义：作为细菌细胞壁中肽聚糖的组分：D-Glu D-Ala作为一些重要代谢物的前体或中间体: -丙氨酸（VB3）、鸟氨酸（Orn）、胍氨酸（Cit）（尿素）作为神经传导的化学物质：-氨基丁酸有些氨基酸只作为一种N素的转运和贮藏载体（刀豆氨酸）调节生长作用杀虫防御作用绝大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。三、氨基酸的理化性质（一）氨基酸的一般物理性质1.氨基酸的旋光性除甘氨酸外，氨基酸含有一个手性a-碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度（表1-7）是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。 2.氨基酸的光吸收 构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区（97%以上）； 知道蛋白质的分子量； 知道蛋白质由几个亚基组成；（2）测定步骤测定蛋白质分子中多肽链的数目 通过测定末端氨基酸残基的摩尔数与蛋白质分子量之间的关系，即可确定多肽链的数目。多肽链的拆分 由多条多肽链组成的蛋白质分子，必须先进行拆分。几条多肽链借助非共价键连接在一起，称为寡聚蛋白质，如，血红蛋白为四聚体，烯醇化酶为二聚体；可用8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍处理，即可分开多肽链（亚基）.二硫键的断裂 几条多肽链通过二硫键交联在一起。可在8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍存在下，用过量的-巯基乙醇（还原法）处理，使二硫键还原为巯基，然后用烷基化试剂（ICH2COOH）保护生成的巯基，以防止它重新被氧化。或用过甲酸氧化法拆分多肽链间的二硫键。分析多肽链的N-末端和C-末端。多肽链端基氨基酸分为两类：N-端氨基酸（amino-terminal）和C-端氨基酸。在肽链氨基酸顺序分析中，最重要的是N-端氨基酸分析法。a.二硝基氟苯（DNFB）法nSanger法。2,4-二硝基氟苯在碱性条件下，能够与肽链N-端的游离氨基作用，生成二硝基苯衍生物（DNP）。在酸性条件下水解，得到黄色DNP-氨基酸。该产物能够用乙醚抽提分离。不同的DNP-氨基酸可以用色谱法进行鉴定。b.丹磺酰氯法在碱性条件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以与N-端氨基酸的游离氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸。此法的优点是丹磺酰-氨基酸有很强的荧光性质，检测灵敏度可以达到110-9mol。c.肼解法此法是多肽链C-端氨基酸分析法。多肽与肼在无水条件下加热，C-端氨基酸即从肽链上解离出来，其余的氨基酸则变成肼化物。肼化物能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与C-端氨基酸分离。d.氨肽酶（amino peptidases）法氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的N-端逐个的向里水解。根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，按反应时间和氨基酸残基释放量作动力学曲线，从而知道蛋白质的N-末端残基顺序。最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸残基为N-末端的肽键速度最大。e.羧肽酶（carboxypeptidase）法羧肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的C-端逐个的水解AA。根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，从而知道蛋白质的C-末端残基顺序。目前常用的羧肽酶有四种：A,B,C和Y；A和B来自胰脏；C来自柑桔叶；Y来自面包酵母。羧肽酶A能水解除Pro,Arg和Lys以外的所有C-末端氨基酸残基；B只能水解Arg和Lys为C-末端残基的肽键。.多肽链断裂成多个肽段，可采用两种或多种不同的断裂方法将多肽样品断裂成两套或多套肽段或肽碎片，并将其分离开来。a.酶解法:胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜热菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶b.化学法：可获得较大的肽段溴化氰（Cyanogen bromide）水解法，它能选择性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽键。羟胺（NH2OH）：专一性断裂-Asn-Gly-之间的肽键。也能部分裂解-Asn-Leu-之间的肽键以及-Asn-Ala-之间的肽键。 分离肽段测定每个肽段的氨基酸顺序。Edman （苯异硫氰酸酯法）氨基酸顺序分析法实际上也是一种N-端分析法。此法的特点是能够不断重复循环，将肽链N-端氨基酸残基逐一进行解离。 确定肽段在多肽链中的次序。 利用两套或多套肽段的氨基酸顺序彼此间的交错重叠，拼凑出整条多肽链的氨基酸顺序。示例（十肽的水解）A法水解得到四个小肽： A1 Ala-Phe A2 Gly-Lys-Asn-Tyr A3 Arg-Tyr A4 His-ValB法水解得到四个小肽： B1 Ala-Phe-Gly-Lys B2 Asn-Tyr-Arg B3 Tyr- His-Val确定原多肽链中二硫键的位置。一般采用胃蛋白酶处理含有二硫键的多肽链（切点多；酸性环境下防止二硫键发生交换）。将所得的肽段利用Brown及Hartlay的对角线电泳技术进行分离。然后同其它方法分析的肽段进行比较，确定二硫键的位置。二、 蛋白质的二级结构和纤维状蛋白（一）构型与构象1.构型（configuration）：指在立体异构体中取代原子或基团在空间的取向。两种构型间的转变需要共价键的断裂和重组。 COOH COOHH2N C H H C NH2 R R2.构象（conformation）:指取代原子或基团当单键旋转时可能形成的不同立体结构。这种空间位置的改变不涉及共价键的断裂。（二）蛋白质的构象 一个蛋白质的多肽链在生物体正常的温度和pH条件下，只有一种或很少几种构象。这种天然构象保证了它的生物学活性，并且相当稳定。这一事实说明了天然蛋白质主链上的单键不能自由旋转。蛋白质多肽链空间折叠的限制因素：Pauling和Corey在利用X-射线衍射技术研究多肽链结构时发现： 肽键具有部分双键性质：C-N单键键长0.149nm C=N双键键长0.127nm 肽键键长 0.132nm 肽键不能自由旋转 组成肽键的四个原子和与之相连的两个a碳原子 （Ca）都处于同一个平面内，此刚性结构的平面叫肽平面（peptide plane）或酰胺平面（amide plane）。二面角所决定的构象能否存在，主要取决于两个相邻肽单位中，非键合原子之间的接近有无阻碍。蛋白质中非键合原子之间的最小接触距离（A0）见课件Ramachandran构象图见课件（三） 蛋白质的二级结构1.定义：蛋白质的二级（Secondary）结构是指多肽链的主链本身在空间的排列、或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。氢键是稳定二级结构的主要作用力。2类型：主要有-螺旋、-折叠、-转角、自由回转（1）-螺旋及结构特点-螺旋是蛋白质中最常见，含量最丰富的二级结构。-螺旋中每个残基（Ca）的二面角和各自取同一数值，即=-57、=-48 。多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm;肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，每个氨基酸残基的C=O氧与其后第四个氨基酸残基的N-H氢形成氢键。蛋白质中的a-螺旋几乎都是右手螺旋。-螺旋的形成及其稳定性与其氨基酸组成和顺序有关（Pro、polyLys、PolyIle、PolyAla）。-螺旋折叠过程中存在协同性。-螺旋的书写形式为：3.613-螺旋2.-折叠（b-pleated sheet）-折叠或-折叠片也称-结构或-构象，它是蛋白质中第二种最常见的二级结构。-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的多肽链平行排列，通过链间的氢键进行交联而形成的，或一条肽链内的不同肽段间靠氢键而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象-折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链间氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。-折叠有两种类型：一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。3. -转角（-turn）（- reverse turn, -bend）在-转角部分，由四个氨基酸残基组成;弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第四个残基的 N-H 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。这类结构主要存在于球状蛋白分子中。4.无规卷曲或自由回转（nonregular coil）指无一定规律的松散盘曲的肽链结构。酶的功能部位常包含此构象，灵活易变。（四） 超二级结构1定义：超二级结构指蛋白质中相邻的二级结构单位（-螺旋或-折叠或-转角）组合在一起，形成有规则的、在空间上能够辨认的二级结构组合体。2.超二级结构的基本类型：、 3示例：纤维状蛋白纤维状蛋白质（fibrous protein）广泛地分布于脊椎和无脊椎动物体内，它是动物体的基本支架和外表保护成分，占脊椎动物体内蛋白质总量的一半成一半以上。这类蛋白质外形呈纤维状或细棒状，分子轴比（长轴短轴）大于1（）（小于10的为球状蛋白质）。分子是有规则的线型结构，这与其多肽链的有规则二级结构有关，而有规则的线型二级结构是它们的氨基酸顺序的规则性反映。（1）纤维状蛋白质的类型纤维状蛋白质可分为不溶性（硬蛋白）和可溶性两类，前者有角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等；后者有肌球蛋白和纤维蛋白原等，但不包括微管（microtubule）和肌动蛋白细丝（actin filament），它们是球状蛋白质的长向聚集体（aggregate）。角蛋白 Keratin角蛋白广泛存在于动物的皮肤及皮肤的衍生物，如毛发、甲、角、鳞和羽等，属于结构蛋白。角蛋白中主要的是-角蛋白。a. -角蛋白：主要由-螺旋构象的多肽链组成。一般是由三条右手-螺旋肽链形成一个原纤维（向左缠绕），原纤维的肽链之间有二硫键交联以维持其稳定性。例如毛的纤维是由多个原纤维平行排列，并由氢键和二硫键作为交联键将它们聚集成不溶性的蛋白质。-角蛋白的伸缩性能很好，当-角蛋白被过度拉伸时，则氢键被破坏而不能复原。此时-角蛋白转变成-折叠结构，称为-角蛋白。一根毛发周围是一层鳞状细胞（scaIe cell），中间为皮层细胞（cortical celI）。皮层细胞横截面直径约为20mm。在这些细胞中，大纤维沿轴向排列。所以一根毛发具有高度有序的结构。毛发性能就决定于螺旋结构以及这样的组织方式。永久性卷发（烫发）是一项生物化学工程（biochemical engineering）, 角蛋白在湿热条件下可以伸展转变为构象，但在冷却干燥时又可自发地恢复原状。这是因为角蛋白的侧链R基一般都比较大，不适于处在构象状态，此外角蛋白中的螺旋多肽链间有着很多的二硫键交联，这些交联键也是当外力解除后使肽链恢复原状（螺旋构象）的重要力量。这就是卷发行业的生化基础。b-角蛋白丝心蛋白（fibroin）：这是蚕丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。丝心蛋白具有抗张强度高，质地柔软的特性，但不能拉伸。丝心蛋白是典型的反平行式b-折叠片，多肽链取锯齿状折叠构象。丝蛋白是由伸展的肽链沿纤维轴平行排列成反向b-折叠结构。分子中不含a-螺旋。丝蛋白的肽链通常是由多个六肽单元重复而成。这六肽的氨基酸顺序为： -（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala）n-三、蛋白质的三级结构（Tertiary Structure）1.定义：蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构、超二级结构、结构域的基础上，进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。结构域：指多肽链在二级结构或超二级结构的基础上，进一步卷曲、折叠形成几个相对独立、近似球形的三维实体。2.维持三级结构的作用力（1）氢键（2）范德华力（3）疏水键（疏水相互作用）在水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏在分子的内部。这一现象称为疏水相互作用。（4）离子键（盐键）（5）二硫键其中疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用，它是使蛋白质多肽链进行折叠的主要驱动力。3.肌红蛋白的结构与功能（1）肌红蛋白的功能：哺乳动物肌肉中储存氧并运输氧的蛋白。（2）肌红蛋白的结构特点： a .一条多肽链，153个氨基酸残基，一个血红素辅基，分子量17600。 b.肌红蛋白的整个分子具有外圆中空的不对称结构，肽链共折叠成8段较直的a-螺旋体（A-H），最长的有23个氨基酸残基，最短的有7个氨基酸残基。拐弯处多由Pro、Ser、Ile、Thr等组成。 c.具有极性侧链的氨基酸残基分布于分子表面，而带非极性侧链的氨基酸残基多分布于分子内部，使肌红蛋白成为可溶性蛋白。一氧化碳（CO）也能与血红素Fe原子结合。由于CO与血红素的结合能力是O2的200倍，因此，人体吸入少量的CO即可完全抑制肌红蛋白或血红蛋白与O2的结合，从而造成缺氧死亡。急救方法是尽快将病人转移到富含O2的环境中（如新鲜空气、纯氧气或高压氧气），使与血红素结合的CO被O2置换出来。 （3）肌红蛋白的氧合曲线见课件四、蛋白质的四级结构1定义：四级结构是指由两个或两个以上具有三级结构的亚基按一定方式聚合而成的特定构象的蛋白质分子。通常亚基只有一条多肽链，但有的亚基由两条或多条多肽链组成，这些多肽链间多以二硫键相连。亚基单独存在时无生物学活性。亦可以说，具有四级结构的蛋白属于寡聚蛋白或多体蛋白。（寡聚蛋白中亚基可以是相同的或不相同的，亚基相同时，分子具有对称性）蛋白质的四级结构实际上研究亚基之间的相互作用、空间排布及亚基接触部位的空间布局。2.维持蛋白质四级结构的主要作用力在蛋白质四级结构中，亚基之间的作用力主要包括：氢键、离子键、范德华力和疏水键。即亚基之间通过次级键彼此缔合在一起（二硫键）疏水键是最主要的作用力。3.血红蛋白的结构与功能（1）血红蛋白的功能：存在动物血液的红细胞中，具有运输O2和CO2的功能；血红蛋白还能和H+结合，从而可以维持体内pH.（2）血红蛋白的结构特点：a.是四个亚基的寡聚蛋白，574个AA残基，分子量65000b.成人的血红蛋白为22（HbA-96%）、22（ HbA2-2%）胎儿的血红蛋白为22（HbF）c.链由141AA残基组成，链由146AA残基组成。 四种肽链的三级结构与肌红蛋白相似，各自内部有一个血红素辅基。（3）氧合引起血红蛋白的构象变化几个概念：a.别构蛋白蛋白质分子中不止有一个配基的结合部位（活性部位），还有别的配基的结合部位（别构部位）。别构蛋白都有别构效应。b.别构效应：蛋白质与配基结合后改变蛋白质的构象，进而改变蛋白质的生物活性的现象。别构蛋白的结构特点:都是寡聚蛋白质，有四级结构.分子中每个亚基上都有活性部位，或者还有别 构部位；某些蛋白质的活性部位和别构部位分属不同的亚基。不同亚基各部位之间存在相互作用，部位之间的影响是通过构象变化传递的.c.同种效应（homotropic effect）:不同亚基之间发生作用的部位是相同的，如都是活性部位，则产生同种效应.氧合引起的血红蛋白的构象变化变构过程（图见课件）：a.血红素中铁原子的变化 高自旋状态 低自旋（非氧合，原子半径较大） （氧合，原子半径较小）b. 亚基三级结构及整个蛋白四级结构的变化 O2T构象 R构象构象紧密 构象松弛 氧亲和力低 氧亲和力高血红蛋白的氧合曲线（见课件）血红蛋白S形氧合曲线的生理意义：S形氧合曲线反应了血红蛋白对于O2的结合与解离，存在协同作用。使血红蛋白更有效地担负输送氧的任务。H+、CO2和DPG 对血红蛋白结合氧的影响氧亲和力：指血红蛋白对于氧的结合牢固程度，表示为PO （P50）。（在一定氧分压下，氧亲和力越高，即氧结合越牢固。相反，氧亲和力越低，组织就能得到更多的氧供应）a.H+、CO2的影响:1914年，C.Bohr发现，高浓度的H+和CO2促使氧合血红蛋白分子释放O2，而高浓度的O2促使脱氧血红蛋白分子释放H+和CO2。血红蛋白对O2、 H+和CO2结合的这种相互关系叫波耳效应。波耳效应的生理意义：H+、CO2对血红蛋白氧合能力影响的解释：b.DPG的影响DPG和O2对血红蛋白的结合是排斥的。DPG降低血红蛋白亲氧能力的重要生理意义： DPG是红细胞中存在的糖代谢中间产物。当血液流经O2分压较低的组织时，红细胞中的DPG可促进氧合血红蛋白释放氧，以满足组织对O2需要。 DPG浓度越大， O2的释放量越多。红细胞中DPG浓度的变化是调节血红蛋白对氧亲和力的重要因素。实例：在高山上；肺气肿病人；储藏血液。胎儿血红蛋白的氧合能力大于HbA胎儿血红蛋白（HbF）为22，而成人血红蛋白（HbA）为22， 与的区别为： 143His （DPG与亚基的结合部位： Val1-a-NH3+ Lys82-e-NH3+ His143-咪唑基） 143Ser，使HbF与DPG的结合能力减弱，因而增加了HbF对氧的亲和力。其意义在于胎儿血液流经胎盘时HbF可以从母体HbA获得O2。第四节：蛋白质分子结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系1.同功蛋白质一级结构的种属差异性 细胞色素C是真核细胞线粒体内膜上一种含Fe的蛋白质，在生物氧化中起传递电子的作用。通过植物、动物和微生物等数百种生物的细胞色素C一级结构的研究表明：（1）亲缘关系越近，AA顺序的同源性越大。 不同生物与人的细胞色素C相比较AA差异数目 黑猩猩 0 鸡、火鸡 13 牛猪羊 10 海龟 15 狗驴 11 小麦 35 粗糙链孢霉43 酵母菌 44（2）尽管不同不同生物间亲缘关系差别很大，但与细胞色素