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第 1 页 药圈 药学人员的圈子 httP 药圈会员整理西药职称生物化学生物化学打印版 生物化学生物化学 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 一 蛋白质的分子组成一 蛋白质的分子组成 一 蛋白质元素组成的特点 各种蛋白质的含氮量很接近 平均为 16 由于体内的含氮物质以蛋白质为主 因此 只要测定生物样品中的含氮量 可根 据下列公式推算出蛋白质的大致含量 1 克样品中蛋白质的含量 每克样品含氮克数 6 25 1 16 二 氨基酸的结构特点 组成人体蛋白质的氨基酸都是 L 氨基酸 甘氨酸 脯氨酸除外 三 氨基酸的分类 四 氨基酸的理化性质 1 氨基酸分子中含碱性的氨基 NH2 和酸性的羧基 COOH 是两性电解质 2 紫外吸收 Trp 色氨酸 Tyr 酪氨酸 和 Phe 苯丙氨酸 含有共轭双键 在 280nm 紫外波长处有特征性吸收峰 应用 对蛋白质溶液进行定量 五 肽与肽键 在蛋白质分子中 氨基酸通过肽键连接形成肽 1 肽键 CO NH 酰胺键 一分子氨基酸的 COOH 与另一分子氨基酸的 NH2脱水缩合生成二肽 氨基酰 氨基酸 CO NH 称为肽键 是多肽及蛋白质分子的主要化学键 肽键连接氨基酸形成的长链骨架 多肽主链 连接于 C 上的各氨基酸残基的 R 基团 多肽侧链 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽 由十个以上的氨基酸相连形成的肽 称多肽 肽链都有 游离 NH2端 N 末 端 游离 COOH 端 C 末 端 编号 命名 书写 N C 如 甘 丙 谷 组 蛋 二 蛋白质的分子结构二 蛋白质的分子结构 一 蛋白质的一级结构 概念 蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序 基本化学键 肽键 二 蛋白质的二级结构 概念 蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构 即该段肽链主链骨架原子的相 对空间位置 并不涉及氨基酸残基侧链的构象 局部主链 主要的化学键 氢键 基本结构形式 螺旋 折叠 转角 无规卷曲 三 蛋白质的三级结构 概念 一条多肽链内所有原子的空间排布 包括主链 侧链构象内容 一条所有 化学键 疏水作用力 离子键 氢键和范德华力 肌红蛋白三级结构 四 蛋白质的四级结构 亚基 有些蛋白质由两条或两条以上具有独立三级结构的多肽链组成 其中每条 多肽链称为一个亚基 亚基单独存在没有生物学功能 由亚基构成的蛋白质称为 寡聚蛋白 蛋白质四级结构 蛋白质分子中各亚基之间的空间排布及相互接触关系 亚基之间的结合力主要是疏水作用 其次是氢键和离子键 五 蛋白质的空间构象 1 分子伴侣 定义 是一类帮助新生多肽链正确折叠的蛋白质 作用 可逆地与未折叠肽段结合防止错误的聚集发生 使肽链正确折叠 与错误聚集的肽段结合 使之解聚后 再诱导其正确折叠 对蛋白质分子中二硫键的正确形成起到重要作用 伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用 2 肽单元 参与肽键的 6 个原子 C 1 C O N H C 2位于同一平面 C 1和 C 2在平面上所 处的位置为反式构型 此同一平面上的 6 个原子构成肽单元 3 模体 二个或三个具有二级结构的肽段 在空间上相互接近 形成一个特殊的空间构象 称为模体 第 2 页 药圈 药学人员的圈子 httP 药圈会员整理西药职称生物化学生物化学打印版 钙结合蛋白中结合钙 锌指结构 离子的模体 4 结构域 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 具有独立的生物学功能 称为结构域 如纤连蛋白含有 6 个结构域 三 蛋白质的结构与功能的关系三 蛋白质的结构与功能的关系 一 蛋白质一级结构与功能的关系 1 一级结构是空间构象的基础 2 蛋白质一级结构的改变与分子病 镰刀形红细胞贫血 HbA 肽 链 N val his leu thr pro glu glu C 146 HbS 肽 链 N val his leu thr pro val glu C 146 六月 携镰刀割谷子 二 蛋白质空间结构与功能的关系 1 血红蛋白 Hb 的构象 2 Hb 有 2 种天然构象 1 紧密型 tense state T 型 未结合 O2时 紧凑 与 O2亲和力小 2 松弛型 relaxed state R 型 结合 O2时 松弛 与 O2亲和力大 3 Hb 的运 O2功能通过构象的互变实现 肺毛细血管 O2分压 O2 作为变构剂使 T R 利于结合 O2 组织毛细血管 O2分压 CO2和 H 作为变构剂使 R T 利于释放 O2 4 别构效应 变构效应 一个蛋白质与它的配体 或其他蛋白质 结合后 蛋白质的构象发生变化 使它 更适于功能需要 这一类变化称为别构效应 例如 Hb 是别构蛋白 小分子 O2是 Hb 的别构剂或称为效应剂 5 协同效应 一个寡聚体亚基与其配体结合后 能影响此寡聚体中另一亚基与配体的结合能力 如果是促进作用 则称为正协同效应 反之则为负协同效应 以血红蛋白为例 当 Hb 的第一个亚基与 O2结合以后 促进了第二及第三个亚基 与 O2结合后 又大大促进了第四个亚基与 O2结合 这种效应为正协同效应 四 蛋白质的理化性质四 蛋白质的理化性质 一 蛋白质的两性解离 当蛋白质溶液处于某一 pH 时 蛋白质解离成正 负离子的趋势相等 即成为兼性 离子 净电荷为零 此时溶液的 pH 称为蛋白质的等电点 二 蛋白质的胶体性质 分子量 1 万 100 万 达到胶体颗粒范围 1 100nm 不能透过半透膜 扩散速度慢 粘度大 透析法纯化蛋白质的原理 1 水化膜和表面电荷是蛋白质维持亲水胶体的稳定因素 1 水化膜 亲水的极性基团位于表面 可发生水合作用 形成水化膜 将蛋白质颗粒相互隔 开 防止聚沉 2 表面电荷 亲水基团大都能解离 使蛋白质表面带相同电荷而相斥 防止蛋白质颗粒聚沉 三 蛋白质的变性 定义 在某些物理和化学因素 如加热 强酸 强碱 有机溶剂 重金属离子及 生物碱等 作用下 其特定的空间构象被破坏 从而导致其理化性质的改变和生 物活性的丧失 称为蛋白质的变性 变性的实质 空间结构的破坏 不涉及一级结构的改变 四 蛋白质的紫外吸收 由于蛋白质分子中含有色氨酸和络氨酸 因此在 280nm 波长处有特征性吸收峰 可作蛋白质定量测定 核酸的结构与功能核酸的结构与功能 一 核酸的化学成分及一级结构一 核酸的化学成分及一级结构 1 定义 核酸是以核苷酸作为基本组成单位的生物大分子 携带和传递遗传信息 2 分类 1 脱氧核糖核酸 DNA 2 核糖核酸 RNA 3 核苷酸 1 碱基 嘧啶 嘌呤 DNA 胞嘧啶 C 胸腺嘧啶 T 腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G RNA 胞嘧啶 C 尿嘧啶 U 腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 2 戊糖 DNA D 2 脱氧核糖 RNA D 核糖 3 核苷 戊糖的 C1与嘌呤的 N9或嘧啶的 N1以糖苷键相连形成核苷 第 3 页 药圈 药学人员的圈子 httP 药圈会员整理西药职称生物化学生物化学打印版 4 核苷酸 核苷的戊糖羟基与磷酸结合形成 4 核酸的一级结构 1 定义 核苷酸链中 核苷酸的排列顺序 也就是碱基排列顺序 2 3 5 磷酸二酯键是核酸的基本结构键 二 二 DNADNA 的空间结构与功能的空间结构与功能 一 DNA 的二级结构 双螺旋结构模型 整体 右手双螺旋 两条链走向相反 长度相等 局部特 点 磷酸和脱氧核糖相连而成的亲水骨架位于外侧 疏水碱基位于内 侧 结构参 数 直径 2nm 每旋转一周包括 10 个脱氧核苷酸残基 螺距为 3 4nm 稳定因 素 纵向 碱基堆积力 疏水力 横向 氢键 A T 两个氢键 G C 三个氢键 二 DNA 的超螺旋结构 是指 DNA 在双螺旋结构的基础上 进一步旋转折叠 在蛋白质的参与下组装成的 空间构象 1 原核生物 DNA 形成超螺旋 原核生物 DNA 大多是闭合的环状双链 DNA 分子 在形成双螺旋结构后 进一步螺 旋化形成超螺旋结构 2 真核生物核内 DNA 常为线状 在形成双螺旋结构后 与多种组蛋白构成核小体 最终组装成染色体 三 DNA 的功能 作为生物遗传信息复制的模板和基因转录的模板 它是生命遗传繁殖的物质基础 也是个体生命活动的基础 三 三 RNARNA 的空间结构与功能的空间结构与功能 一 概述 1 主要有三种 RNA mRNA 携带遗传信息 蛋白质合成模板 tRNA 转运氨基酸 rRNA 和蛋白质一起构成核糖体 2 单链 链的局部可形成双链结构 二 信使 RNA 真核细胞 mRNA 一级结构特点 三 转运 RNA 一级结构特点 分子量最小 四 核蛋白体 RNA rRNA 在细胞内含量最多 约占 RNA 总量的 80 以上 rRNA 的功能是与核蛋白体蛋白组成核蛋白体 在细胞质作为蛋白质的合成场所 rRNA 二级结构的特点是含有大量茎环结构 可作为核蛋白体蛋白的结合和组装的 结构基础 五 DNA 与 RNA 在化学组成 结构与生物学功能方面的异同 比较 项目 DNA RNA 相 同 点 分子 组成 含碱基 A G C 磷酸和戊糖 分子 结构 基本单位为单核苷酸 由 3 5 磷酸二酯键连接 第 4 页 药圈 药学人员的圈子 httP 药圈会员整理西药职称生物化学生物化学打印版 不 同 点 分子 组成 含脱氧核糖 含 T 含核糖 含 U 分子 结构 一级结构是指脱氧核糖核苷 酸的数量和排列顺序 二级结构为双螺旋结构 三级结构为超螺旋结构 真 核细胞中为核小体结构 一级结构是指核糖核苷酸的数量 和排列顺序 二级结构是发夹型的单链结构 tRNA 的二级结构为三叶草型 tRNA 的三级结构为倒 L 字母型 功能 是遗传物质的储存和携带 者 参与蛋白质的合成 四 核酸的理化性质四 核酸的理化性质 一 变性 1 概念 在某些理化因素作用下 DNA 双链解开成两条单链的过程 2 本质 DNA 变性的是双链间氢键的断裂 3 现象 粘度降低 由于变性时双螺旋松解 碱基暴露 对 260nm 紫外吸收将增加 OD260 值增高称 之为增色效应 二 DNA 解链曲线 通常将 DNA 分子达 50 解链时的温度称为熔点或解链温度 Tm 三 探针 一小段已知序列的单链核苷酸用放射性核素 如 32P 35S 或生物素标记其末端或 全链 可依碱基配对规律与具有互补序列的待测核酸进行杂交 以探测它们的同 源程度 这段核苷酸链称为探针 酶酶 一 酶的分子结构与功能一 酶的分子结构与功能 一 酶的分子组成 单纯酶 仅含氨基酸 多为水解酶 辅助因子可分为 辅酶 以非共价键与酶蛋白疏松结合 透析方法可分 辅基 与酶蛋白结合紧密 不易分开 二 酶的活性中心 1 必需基团 与酶活性发挥有关的化学基团 2 活性中心 这些必需基团在一级结构上可能相距很远 但在空间结构上彼此靠 近 组成特定空间结构的区域 能与底物结合 并将其转变为产物 该区域称酶 的活性中心 二 酶促反应的特点二 酶促反应的特点 1 有极高的效率 2 高度的特异性 绝对专一性 相对专一性 立体异构专一性 3 活性可调节性 三 酶促反应动力学三 酶促反应动力学 1 影响酶促反应速度的因素 酶浓度 底物浓度 温度 pH 值 激活剂 抑制剂 底物浓度 Km 值 酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度 Vm 是酶完全被底物饱和时的反应速度 与酶浓度成正比 温度 酶的最适温度 酶催化活性最大时的环境温度 pH 值 酶的最适 pH 酶催化活性最大时的环境 PH 值 竞争性抑 制 抑制剂与底物结构相似 可竞争非共价结合酶的活性中心 阻 碍酶与底物结合 例如 磺胺类药物竞争性抑制二氢叶酸合成酶活性 与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶 细菌不能利用环境中的叶酸 要靠自己合成 二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸 谷氨酸 四 酶的调节四 酶的调节 一 酶原与酶原的激活 1 酶原 有些酶在细胞内合成或初分泌时 没有催化活性 这种无活性的酶的前 体称为酶原 2 酶原的激活 酶原在特定条件下转变为有催化活性的酶的过程 3 酶原激活的实质 酶的活性中心形成或暴露的过程 不可逆 二 变构酶 1 酶活性的调节方式 2 变构调节 1 定义 体内一些代谢物与某些酶活性中心外的调节部位非共价可逆地结合 使酶发生构象改变 引起催化活性改变 这一调节酶活性的方式称为变构调节 这类受变构调节的酶称为变构酶 引起变构效应的代谢物称变构效应剂 第 5 页 药圈 药学人员的圈子 httP 药圈会员整理西药职称生物化学生物化学打印版 变构调节 三 同工酶 定义 催化相同的化学反应 但酶蛋白的分子结构 理化性质和免疫学性质有所 不同的一组酶 糖代谢糖代谢 一 糖的无氧氧化一 糖的无氧氧化 1 定义 葡萄糖在无氧或缺氧条件下分解形成乳酸的过程称无氧氧化 也被称为 糖酵解 2 主要过程 第一阶段 1 分子 G 2 分子磷酸丙糖 第二阶段 磷酸丙糖 丙酮酸 氧供应不足时 糖酵解途径生成的丙酮酸在乳酸脱氢酶催化下 由 NADH H 提供 氢 还原成乳酸 二 糖酵解小结 1 反应部位 胞浆 2 反应条件 不需氧 3 三个关键酶 己糖激酶 磷酸果糖激酶 1 丙酮酸激酶 三 关键酶及其调节 激活剂 抑制剂 己糖激酶 胰岛素诱导其基因表达 合成增 加 6 磷酸葡萄 糖 6 磷酸果糖激酶 1 别构 酶 AMP ADP 1 6 二磷酸果糖 2 6 二磷酸果糖 ATP 柠檬酸 丙酮酸激酶 1 6 二磷酸果糖 ATP 四 生理意义 1 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式 1mol 葡萄糖经糖酵解途径氧化成 2mol 乳酸 净生成 2molATP 2 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径 无线粒体的细胞 如 红细胞 代谢活跃的细胞 如 白细胞 骨髓细胞 二 糖的有氧氧化二 糖的有氧氧化 一 糖有氧氧化的概念 葡萄糖或糖原的葡萄糖单位在有氧情况下 彻底分解为 CO2和 H2O 生成大量 ATP 的过程称为有氧氧化 二 糖的有氧氧化过程 第一阶段 酵解途径 第二阶段 丙酮酸的氧化脱羧 第三阶段 三羧酸循环和氧化 磷酸化 三 糖有氧氧化的关键酶 四 三羧酸循环 细胞定位 线粒体 底物 乙酰 CoA 反应过程 4 个脱氢反应 3 个 NADH 1 个 FADH2 3 个关键酶 柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸脱氢酶系 2 个脱羧反应 生成 2 分子 CO2 能量生成 10 分子 ATP 五 有氧氧化的生理意义 1 葡萄糖的有氧氧化是机体获得能量的主要方式 1mol葡萄糖经有氧氧化全过程 彻底氧化成 CO2和 H2O 总共生成 30mol 或 32molATP 2 TAC 是糖 脂肪 氨基酸三大营养物质彻底氧化分解的共同途径 3 TAC 是三大营养物质代谢联系的枢纽 三 磷酸戊糖途径三 磷酸戊糖途径 磷酸戊糖途径的生理意义 1 提供 5 磷酸核糖 参与核苷酸和核酸合成 2 提供还原型辅酶 NADPH H 是体内许多合成代谢的供氢体 如脂肪酸 胆固醇 非必需氨基酸的合成 四 糖原的合成与分解四 糖原的合成与分解 糖原合成 糖原分解 概念 葡萄糖合成糖原 肝糖原分解葡萄糖 关键酶 糖原合酶 糖原磷酸化酶 反 应 过 程 葡萄糖 6 磷酸葡萄糖 1 磷酸葡萄糖 UTP UDPG 活性葡萄糖 糖原分子上增加一个 G 单位 供能物质 ATP UTP 糖原上的葡萄糖单位 1 磷酸葡萄糖 6 磷酸葡萄糖 葡萄糖 6 磷酸酶 肝 葡萄糖 肌糖原不能补充血糖 二 糖原合成与分解的调节 糖原合成与分解的关键酶分别是糖原合酶和糖原磷酸化酶 糖原磷酸化酶和糖原合酶磷酸化 结果 糖原合酶活性 糖原磷酸化酶活性 第 6 页 药圈 药学人员的圈子 httP 药圈会员整理西药职称生物化学生物化学打印版 五 糖异生五 糖异生 1 定义 由非糖物质转变为葡萄糖或糖原 2 组织定位 肝脏 主要 肾脏 少量 3 原料 乳酸 甘油 氨基酸 三羧酸循环中的各酸等 没有脂肪酸 4 反应特点 不是糖酵解的逆反应 需要突破三个能障 糖异生 糖酵解 葡萄糖 6 磷酸酶 果糖 1 6 二磷酸酶 丙酮酸羧化酶 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 己糖激酶 磷酸果糖激酶 1 丙酮酸激酶 5 生理意义 空腹或饥饿时将非糖物质异生成糖 维持血糖浓度恒定 参与补充或恢复肝脏糖原储备 肾糖异生促进泌氨排酸维持酸碱平衡 6 乳酸循环 六 血糖及其调节六 血糖及其调节 一 血糖概念及正常血糖水平 1 定义 血液中的葡萄糖 是糖在体内的运输形式 为全身各组织提供 G 尤其 脑组织 红细胞等 2 正常人空腹血糖水平 3 89 6 11mmol L 二 调节血糖水平的激素 降血糖激素 升血糖激素 胰岛 素 1 促进葡萄糖进入肌肉 脂 肪等组织细胞 2 加速葡萄糖在肝 肌肉内 合成糖原 3 促进糖的有氧氧化 4 促进糖转变为脂肪 5 抑制糖异生 肾上腺 素 1 促进糖原分解 2 促进肌糖原酵解 3 促进糖异生 胰高血 糖素 1 抑制肝糖原合成 促进肝 糖原分解 2 促进糖异生 糖皮质 激素 1 促进糖异生 2 促进肝外组织蛋白质分解 生成氨基酸 脂类代谢脂类代谢 一 脂类的消化与吸收一 脂类的消化与吸收 一 胆汁酸盐及辅脂酶的作用 二 乳糜微粒的形成 二 甘油三酯代谢二 甘油三酯代谢 一 脂肪动员 1 定义 脂肪组织中储存的 TG 被脂肪酶逐步水解为游离脂肪酸及甘油 并释放入 血供全身各组织氧化利用的过程 2 限速酶 甘油三酯脂肪酶 3 脂解激素 能促进脂肪动员的激素 如肾上腺素 胰高血糖素等 4 抗脂解激素 抑制脂肪动员的激素 如胰岛素 二 甘油代谢 三 脂肪酸分解代谢 1 脂肪酸 的活化 生成脂酰 CoA 2 脂酰基 由胞液进 入线粒体 载体 肉碱 限速酶 肉碱脂酰转移酶 3 脂肪酸 的 氧化 定义 脂酸的氧化分解从羧基端 碳原子开始 每次断裂两 个碳原子 过程 脱氢 水化 再脱氢 硫解 每轮循环生成 1 分子乙酰 CoA 及比原来少两个碳原子的脂酰 CoA 最终全部产生乙酰 CoA 乙酰 CoA 可通过三羧酸循环彻底 氧化 产生能量 或在肝脏缩合成酮体而被肝外组织氧化利用 四 酮体的代谢 1 概念 乙酰乙酸 羟丁酸 丙酮的统称 2 代谢特点 肝内合成 肝外分解 3 酮体代谢的意义 酮体是脂肪酸在肝内正常的中间代谢产物 是肝输出能源的一种形式 第 7 页 药圈 药学人员的圈子 httP 药圈会员整理西药职称生物化学生物化学打印版 五 脂肪酸的合成 1 原料及来源 ATP 提供能量 乙酰 CoA 经乙酰辅酶 A 羧化酶催化生成其活性形式 丙二酰辅酶 A NADPH H 提供氢 2 关键酶 乙酰 CoA 羧化酶 三 磷脂的代谢三 磷脂的代谢 一 磷脂分类 磷脂是一类含磷酸的类脂 二 甘油磷脂的代谢 1 甘油磷脂的合成代谢 1 合成部位 全身各组织细胞内质网 肝 肠 肾最活跃 2 合成原料 脂酸 甘油由葡萄糖提供 C2多不饱和脂酸从植物油摄取 胆碱 乙醇胺 丝氨酸 肌醇 磷脂盐 ATP CTP 等 2 甘油磷脂的分解代谢磷脂酶 四 胆固醇代谢四 胆固醇代谢 一 胆固醇的合成 1 组织定位 除成年动物脑组织及成熟红细胞外的全身各组织 肝脏合成能力最 强 小肠也比较旺盛 2 细胞定位 内质网 3 原料 乙酰辅酶 A NADPH H ATP 等 4 限速酶 HMG CoA 还原酶 二 胆固醇的转化与排泄 1 转化为胆汁酸 主要转化方式 2 转化为类固醇激素 3 转化为 VD3 4 在肠道 转变为粪固醇而排出体外 五 血浆脂蛋白代谢五 血浆脂蛋白代谢 一 血浆脂蛋白的组成 二 载脂蛋白 1 定义 脂蛋白中与脂类结合的蛋白质称载脂蛋白 主要有 ApoA ApoB ApoC ApoD ApoE 等 2 生理功能 1 参与脂类物质的转运及稳定脂蛋白的结构 2 调节脂蛋白代谢的关键酶活性 3 识别脂蛋白受体 4 参与脂蛋白间脂质交换 二 血浆脂蛋白的分类及功能 电泳法 分类 CM 前 脂蛋白 脂蛋白 脂蛋白 密度法 分类 CM VLDL LDL HDL 合成部 位 小肠黏膜细 胞 肝细胞 血液中由 VLDL 转变而来 肝细胞 主要功 能 转运外源性 甘油三酯 转运内源性甘 油三酯 转运胆固醇到肝 外组织 转运胆固醇由肝外 组织回肝脏 氨基酸代谢氨基酸代谢 一 蛋白质的营养作用一 蛋白质的营养作用 一 氮平衡 1 概念 食物中的含氮物质绝大多数是蛋白质 体内蛋白质代谢的概况可根据氮 平衡实验来确定 即测定尿与粪中的含氮量 排出氮 及摄入食物的含氮量 摄 入氮 2 人体氮平衡有 3 种情况 1 氮总平衡 摄入氮 排出氮 正常人群 2 氮正平衡 摄入氮 排出氮 孕妇 乳母 康复期患者 3 氮负平衡 摄入氮 排出氮 饥饿 营养不良 衰老 消耗性疾病 二 必需氨基酸 1 定义 体内需要但自身不能合成 必须由食物供应的氨基酸 2 8 种必需氨基酸 缬异亮亮苯蛋色苏赖 借一两本淡色书来 二 氨的代谢二 氨的代谢 一 氨的来源 去路和转运形式 二 尿素循环 1 组织定位 肝