生物化学精讲.doc

第一章第一章 绪论绪论 一 一 生物化学的概念 研究对象及内容生物化学的概念 研究对象及内容 1 概念 生物化学 概念 生物化学 BiochemistryBiochemistry 是研究生物的组成和生命过程中化学变化 即研究生命现象化学本质的科学 地球 是研究生物的组成和生命过程中化学变化 即研究生命现象化学本质的科学 地球 上的生物种类繁多 但构成生物的基本化学元素都是由上的生物种类繁多 但构成生物的基本化学元素都是由 C C H H O O N N P P S S 以及微量元素组成 像所有物质一样 生命体也是 以及微量元素组成 像所有物质一样 生命体也是 由基本元素组成分子 进一步形成基本化学物质 组成生命体 所以我们可以按照化学的原理 利用化学的研究方法探索生命由基本元素组成分子 进一步形成基本化学物质 组成生命体 所以我们可以按照化学的原理 利用化学的研究方法探索生命 的本质 的本质 2 生物化学的研究对象 根据研究对象不同 生物化学可分为植物生物化学 动物生物化学 微生物生物化学和病毒生物化学的研究对象 根据研究对象不同 生物化学可分为植物生物化学 动物生物化学 微生物生物化学和病毒 生物化学 根据研究的目的不一样 生化又可分为农业生物化学工业生物化学 医用生物化学和药物生物化学 生物化学 根据研究的目的不一样 生化又可分为农业生物化学工业生物化学 医用生物化学和药物生物化学 3 3 生物化学的内容 研究生命化学本质的一个基本任务是了解有机体的化学组成 地球上种类繁多的生命体具有相似的 生物化学的内容 研究生命化学本质的一个基本任务是了解有机体的化学组成 地球上种类繁多的生命体具有相似的 基本化学组成 都是碳 氢 氧 氮 硫 磷 和少数其它元素组成 这些元素组合成各种各样的含碳有机化合物 其中最主基本化学组成 都是碳 氢 氧 氮 硫 磷 和少数其它元素组成 这些元素组合成各种各样的含碳有机化合物 其中最主 要的是蛋白质 核酸 脂类和多糖 由于这些化合物分子量很大 所以称为生物大分子 除此之外 生物体内还含有许多其它要的是蛋白质 核酸 脂类和多糖 由于这些化合物分子量很大 所以称为生物大分子 除此之外 生物体内还含有许多其它 的有机物 即一些基本生物分子和生物小分子 主要任务就是研究这些生物大分子 基本生物分子和生物小分子的结构 性质的有机物 即一些基本生物分子和生物小分子 主要任务就是研究这些生物大分子 基本生物分子和生物小分子的结构 性质 和生理功能 这就是静态生物化学 和生理功能 这就是静态生物化学 生物与非生物的区别在于它们经常进行自我更新 生物体存在的基本条件是与外界不断地进行物质交换 因此 生物化学的生物与非生物的区别在于它们经常进行自我更新 生物体存在的基本条件是与外界不断地进行物质交换 因此 生物化学的 另一方面就是研究糖 脂类 蛋白质 核酸等大分子在生物体内的分解 合成 相互转化以及转化过程中的能量转换问题 这另一方面就是研究糖 脂类 蛋白质 核酸等大分子在生物体内的分解 合成 相互转化以及转化过程中的能量转换问题 这 些内容称为动态生物化学 些内容称为动态生物化学 二 生物化学发展史二 生物化学发展史 大约在大约在 1919 世纪末 德国化学家李比希 世纪末 德国化学家李比希 J LiebigJ Liebig 初创了生理化学 在他的著作中首次提出了 初创了生理化学 在他的著作中首次提出了 新陈代谢新陈代谢 这个词 以这个词 以 后德国的霍佩赛勒 后德国的霍佩赛勒 E F Hoppe seylerE F Hoppe seyler 将生理化学建成一门独立的学科 并于 将生理化学建成一门独立的学科 并于 18771877 年提出年提出 Biochemie Biochemie 一词 译成英语为一词 译成英语为 Biochemistry Biochemistry 即生物化学 生物化学的发展大体可分为三个阶段 即生物化学 生物化学的发展大体可分为三个阶段 一 一 静态生物化学阶段 大约静态生物化学阶段 大约从从 19 世纪末到世纪末到 20 世纪世纪 30 年代 主要是静态的描述性阶段 年代 主要是静态的描述性阶段 发现了生物体主要由糖 脂 发现了生物体主要由糖 脂 蛋白质和核酸四大类有机物质组成蛋白质和核酸四大类有机物质组成 并并对生物体各种组成成分进行分离 纯化 结构测定 合成及理化性质的研究 对生物体各种组成成分进行分离 纯化 结构测定 合成及理化性质的研究 二 动态生物化学阶段 二 动态生物化学阶段 第二阶段约在第二阶段约在 2020 世纪世纪 3030 5050 年代 主要特点是研究生物体内物质的变化 即代谢途径 所以称年代 主要特点是研究生物体内物质的变化 即代谢途径 所以称 动态生化阶段 在这一阶段 确定了糖酵解 三羧酸循环以及脂肪分解等重要的分解代谢途径 对呼吸 光合作用以及腺苷三动态生化阶段 在这一阶段 确定了糖酵解 三羧酸循环以及脂肪分解等重要的分解代谢途径 对呼吸 光合作用以及腺苷三 磷酸磷酸 ATP ATP 在能量转换中的关键位置有了较深入的认识 在能量转换中的关键位置有了较深入的认识 三 现代生物化学阶段 该三 现代生物化学阶段 该阶段是从阶段是从 2020 世纪世纪 5050 年代开始 年代开始 以提出以提出 DNADNA 的双螺旋结构模型为标志 主要研究工作就是探讨的双螺旋结构模型为标志 主要研究工作就是探讨 各种生物大分子的结构与其功能之间的关系 各种生物大分子的结构与其功能之间的关系 生物化学在这一阶段的发展 生物化学在这一阶段的发展 以及物理学 微生物学 遗传学 细胞学等其他学以及物理学 微生物学 遗传学 细胞学等其他学 科的渗透 产生了分子生物学 并成为生物化学的主体 科的渗透 产生了分子生物学 并成为生物化学的主体 三 生物化学与其它学科的关系三 生物化学与其它学科的关系 生物化学是介于生物学与化学的一门边缘学科 与生物学的许多分枝学科有密切的关系 研究植物生命活动原理的植物生生物化学是介于生物学与化学的一门边缘学科 与生物学的许多分枝学科有密切的关系 研究植物生命活动原理的植物生 理学 必然要涉及到植物体内的机物代谢这一生命活动的重要内容 而的机物代谢的途径和机理也正是生物化学的核心内容之理学 必然要涉及到植物体内的机物代谢这一生命活动的重要内容 而的机物代谢的途径和机理也正是生物化学的核心内容之 一 遗传学研空生命过程中遗传信息的传递与变异 核酸是一切生物遗传信息的表达是通过核酸所携带的遗传信息翻译为蛋白一 遗传学研空生命过程中遗传信息的传递与变异 核酸是一切生物遗传信息的表达是通过核酸所携带的遗传信息翻译为蛋白 质来实现的 细胞生物学 研究生物细胞的形态 成分 结构与功能 研究过程必然探索组成细胞的各种化学物质的性质及其质来实现的 细胞生物学 研究生物细胞的形态 成分 结构与功能 研究过程必然探索组成细胞的各种化学物质的性质及其 变化 所以细胞生物学也与化学有着十分密切的联系 变化 所以细胞生物学也与化学有着十分密切的联系 生物化学是一门非常重要的专业基础课 以后我们将要学到的遗传学 微生物学 栽培学等课程都要生物化学的知识作基生物化学是一门非常重要的专业基础课 以后我们将要学到的遗传学 微生物学 栽培学等课程都要生物化学的知识作基 础 从医学方面来讲 疾病的诊断愈来愈多地依赖于生化指标 如肝功能正常不正常 只要检查血液中转氨酶的高低 血液中础 从医学方面来讲 疾病的诊断愈来愈多地依赖于生化指标 如肝功能正常不正常 只要检查血液中转氨酶的高低 血液中 脂类物质的增高是心血管疾病的特征之一 不仅如此生化也用在工业 农业 医学以及科学技术的许多方面 例如 制药中的脂类物质的增高是心血管疾病的特征之一 不仅如此生化也用在工业 农业 医学以及科学技术的许多方面 例如 制药中的 提取 浓缩 过滤等程序都是生化方面的技术 制酱油 酿酒主要是发酵 糖酵解产生酒精 米酒是怎样产生酒味 泡菜为什提取 浓缩 过滤等程序都是生化方面的技术 制酱油 酿酒主要是发酵 糖酵解产生酒精 米酒是怎样产生酒味 泡菜为什 么是酸的 学完生化以后就清楚了 又如纺织工业上淀粉酶除浆的方法就是用到酶的作用 农业上 优良品种的培育水稻 小么是酸的 学完生化以后就清楚了 又如纺织工业上淀粉酶除浆的方法就是用到酶的作用 农业上 优良品种的培育水稻 小 麦光合效能的提高 果树 蔬菜的病虫害的防治等等都需要生化提供解决的途径 麦光合效能的提高 果树 蔬菜的病虫害的防治等等都需要生化提供解决的途径 四 四 生物化学在工农业方面的应用生物化学在工农业方面的应用 生物化学理论可以运用到农业 医学和工业生产等重要经济领域 在农业生产方面 运用生化的知识 可以阐明各种作物生物化学理论可以运用到农业 医学和工业生产等重要经济领域 在农业生产方面 运用生化的知识 可以阐明各种作物 在不同栽培条件下的新陈代谢变化 了解产物的积累途径和控制方法 以达到优质 高产 低消耗的目的 在不同栽培条件下的新陈代谢变化 了解产物的积累途径和控制方法 以达到优质 高产 低消耗的目的 生物化学理论可以指导人们更深入地了解作物的品种特性 有目的地控制的有利性状的传递 一些生化性状可以作为确定生物化学理论可以指导人们更深入地了解作物的品种特性 有目的地控制的有利性状的传递 一些生化性状可以作为确定 品种亲缘关系和品种选育的指标 如优质的生产 培育 面粉提高蛋白质含量等 品种亲缘关系和品种选育的指标 如优质的生产 培育 面粉提高蛋白质含量等 生物化学在工业方面的应用 如去污水 加酶洗涤剂 淀粉酶除浆等 生物化学在工业方面的应用 如去污水 加酶洗涤剂 淀粉酶除浆等 8080 年代兴起的生物技术 基因工程 细胞工程 年代兴起的生物技术 基因工程 细胞工程 酶工程及发酵工程四大部分 可以改造物种 培育高产 优质 高抗逆性的转基因植物 并生产特殊的化学物质 利用生物技酶工程及发酵工程四大部分 可以改造物种 培育高产 优质 高抗逆性的转基因植物 并生产特殊的化学物质 利用生物技 术还可生产新型的药物 疫苗和诊断盒 生化理论也可用于酿造 皮革 制糖等化学工业中 术还可生产新型的药物 疫苗和诊断盒 生化理论也可用于酿造 皮革 制糖等化学工业中 五 学习生物化学的方法五 学习生物化学的方法 1 1 以教材为主 我们所用的教材是张邦建主编的 以教材为主 我们所用的教材是张邦建主编的 生物化学生物化学 要多看书 吃透教材 除此之外 要看一些参考书 主 要多看书 吃透教材 除此之外 要看一些参考书 主 要的参考书有 为王镜岩等编要的参考书有 为王镜岩等编 生物化学生物化学 上下册 高等教育出版社 上下册 高等教育出版社 20022002 2 2 要认真作笔记 教材的内容较多学时较少 教材上的东西不一定章章讲到 也不一定按顺序讲 所以复习的时候要按 要认真作笔记 教材的内容较多学时较少 教材上的东西不一定章章讲到 也不一定按顺序讲 所以复习的时候要按 照笔记的顺序复习 教材上有些是植物学的 有些是植物生理和有机化学的内容 我们将一带而过 书上的内容 我们没有讲照笔记的顺序复习 教材上有些是植物学的 有些是植物生理和有机化学的内容 我们将一带而过 书上的内容 我们没有讲 到的 我们在生化的复习考试中不作要求 因此 作好笔记非常重要 到的 我们在生化的复习考试中不作要求 因此 作好笔记非常重要 3 3 记代号 背代谢途径 学习生化这门课 首先要对生化的内容有所了解 要了解代谢的规律 要背代谢途径 因此 记代号 背代谢途径 学习生化这门课 首先要对生化的内容有所了解 要了解代谢的规律 要背代谢途径 因此 生物体的同化和异化作用都包含着一边串的中间代谢反应 生物小分子合成为生物大分子 或者大分子分解成生物小分子都是生物体的同化和异化作用都包含着一边串的中间代谢反应 生物小分子合成为生物大分子 或者大分子分解成生物小分子都是 逐步进行的 是由许多中间代谢反应组成的 我们研究中间代谢 也就是研究中间代谢的反应途径 代谢过程是连锁的反应 逐步进行的 是由许多中间代谢反应组成的 我们研究中间代谢 也就是研究中间代谢的反应途径 代谢过程是连锁的反应 如葡萄糖分解成丙酮酸 再分解成如葡萄糖分解成丙酮酸 再分解成 COCO2 2和和 H H2 2O O 这些连锁的反应叫做代谢途径 代谢途径有直线的代谢途径 有循环的代谢途径 这些连锁的反应叫做代谢途径 代谢途径有直线的代谢途径 有循环的代谢途径 途径与途径之间有交叉 又有联系 在学习过程中 我们要知道中间代谢途径 也要知道代谢产物 知道每一步反应的酶 即途径与途径之间有交叉 又有联系 在学习过程中 我们要知道中间代谢途径 也要知道代谢产物 知道每一步反应的酶 即 酶的名称 酶的作用 以及酶的特异性 酶的名称 酶的作用 以及酶的特异性 第一章第一章 氨基酸和蛋白质氨基酸和蛋白质 第一节第一节 概述概述 一 一 蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能 蛋白质是生物细胞组分中含量最丰富 功能最多的生物大分子 是生物体重要的组成成分 与生命活动有着十分密切的蛋白质是生物细胞组分中含量最丰富 功能最多的生物大分子 是生物体重要的组成成分 与生命活动有着十分密切的 关系 在生物体内的重要作用 关系 在生物体内的重要作用 恩格斯 生命是蛋白质的存在形式 恩格斯 生命是蛋白质的存在形式 核酸是生命的蓝图 蛋白质是生命的表现者 核酸是生命的蓝图 蛋白质是生命的表现者 具体表现在 具体表现在 1 1 催化作用 酶是以蛋白质为主要成分的生物催化剂 代谢反应几乎都是在酶的催化下进行的 催化作用 酶是以蛋白质为主要成分的生物催化剂 代谢反应几乎都是在酶的催化下进行的 2 2 调节作用 某些动物激素是蛋白质 如胰岛素 生长素 促卵泡激素 促甲状腺激素等 在代谢调节起着重要的 调节作用 某些动物激素是蛋白质 如胰岛素 生长素 促卵泡激素 促甲状腺激素等 在代谢调节起着重要的 作用 作用 3 3 运输作用 如血红蛋白 肌红蛋白运输氧 脂蛋白运输脂类 细胞色素和铁氧还蛋白 运输 传递电子 细胞膜 运输作用 如血红蛋白 肌红蛋白运输氧 脂蛋白运输脂类 细胞色素和铁氧还蛋白 运输 传递电子 细胞膜 上的离子通道 离子泵 载体等运输离子和代谢物 上的离子通道 离子泵 载体等运输离子和代谢物 4 4 防御功能 如高等动物的抗体 补体 干扰素等蛋白具有防御作用 识别与排他作用 防御功能 如高等动物的抗体 补体 干扰素等蛋白具有防御作用 识别与排他作用 二 蛋白质的化学组成二 蛋白质的化学组成 一 元素组成 一 元素组成 蛋白质主要含有蛋白质主要含有 C C H H O O N N 有的还含有 有的还含有 S S P P 金属离子 金属离子 FeFe ZnZn CuCu MnMn 等 蛋白质元素组成与糖 脂不同的是含等 蛋白质元素组成与糖 脂不同的是含 有有 N N 而且大多数蛋白质含 而且大多数蛋白质含 N N 量相当接近 约为量相当接近 约为 1515 17 17 平均为 平均为 16 16 所以在任何生物样品中 每克 所以在任何生物样品中 每克 N N 的存在大约表示该样品的存在大约表示该样品 含有含有 100 16 6 25g100 16 6 25g 蛋白质蛋白质 因此因此 只要测定生物样品中的含只要测定生物样品中的含 N N 量量 就能计算出蛋白质的大致含量 例如测定就能计算出蛋白质的大致含量 例如测定 100100 克面粉中含有克面粉中含有 2gN2gN 说明 说明 100100 克面粉里含有克面粉里含有 2 6 25 13 25g2 6 25 13 25g 蛋白质蛋白质 面粉的蛋白质含量面粉的蛋白质含量 13 5 13 5 二 蛋白质的基本组成单位 二 蛋白质的基本组成单位 蛋白质是高分子物质 结构复杂 分子量大 一般都在蛋白质是高分子物质 结构复杂 分子量大 一般都在 1000010000 以上 蛋白质可被酸 碱和蛋白酶催化水解 使蛋白质分子以上 蛋白质可被酸 碱和蛋白酶催化水解 使蛋白质分子 断裂 分子量逐步变小 最后水解成断裂 分子量逐步变小 最后水解成 AAAA 蛋白质蛋白质 蛋白胨蛋白胨 多肽多肽 AAAA 例如 在体外加例如 在体外加 5 5 1010 倍倍 20 HCl20 HCl 水解蛋白质水解蛋白质 24hr24hr 即可使蛋白质水解成 即可使蛋白质水解成 AAAA 所以氨基酸是蛋白质最基本的组成单位 所以氨基酸是蛋白质最基本的组成单位 在生物体内 蛋白质主要是在蛋白酶的催化下分解的 在水解过程中由于水解方法和条件不同 可以得到不同程度的降解物 在生物体内 蛋白质主要是在蛋白酶的催化下分解的 在水解过程中由于水解方法和条件不同 可以得到不同程度的降解物 三 蛋白质的分类三 蛋白质的分类 根据蛋白质化学组成的复杂程度和溶解度的不同 蛋白质可分为单纯蛋白质 结合蛋白质两大类 单纯蛋白质水解的最根据蛋白质化学组成的复杂程度和溶解度的不同 蛋白质可分为单纯蛋白质 结合蛋白质两大类 单纯蛋白质水解的最 终产物只有终产物只有 AAAA 结合蛋白质是由单纯蛋白质和非蛋白质两部分结合而成 彻底水解后除产生 结合蛋白质是由单纯蛋白质和非蛋白质两部分结合而成 彻底水解后除产生 AAAA 外 还有其它化合物 如糖 外 还有其它化合物 如糖 脂 核酸 磷酸 色素等 脂 核酸 磷酸 色素等 一 单纯蛋白质 指那些只含有一 单纯蛋白质 指那些只含有 AAAA 成分的蛋白质 属于单纯蛋白质的有如下几种 成分的蛋白质 属于单纯蛋白质的有如下几种 1 1 清蛋白 又叫白蛋白 分子量较小 能溶于水 稀盐 稀酸 稀碱溶液属于清蛋白的有 白蛋白 血清清蛋白 卵清蛋白 清蛋白 又叫白蛋白 分子量较小 能溶于水 稀盐 稀酸 稀碱溶液属于清蛋白的有 白蛋白 血清清蛋白 卵清蛋白 麦清蛋白等 麦清蛋白等 2 2 球蛋白 球蛋白不溶于水 易溶于稀酸 稀碱 稀盐溶液中 属于球蛋白的如大豆球蛋白 肌球蛋白 免疫球蛋白 胰岛 球蛋白 球蛋白不溶于水 易溶于稀酸 稀碱 稀盐溶液中 属于球蛋白的如大豆球蛋白 肌球蛋白 免疫球蛋白 胰岛 素等 素等 3 3 谷蛋白 溶于稀酸稀碱溶液如麦谷蛋白 面筋 这类蛋白含有大量 谷蛋白 溶于稀酸稀碱溶液如麦谷蛋白 面筋 这类蛋白含有大量 GluGlu 4 4 醇溶蛋白 溶于 醇溶蛋白 溶于 70 90 70 90 乙醇中 如小麦胶体蛋白 玉米蛋白 含脯乙醇中 如小麦胶体蛋白 玉米蛋白 含脯 aaaa 和谷胺酰胺较多 和谷胺酰胺较多 5 5 精蛋白和组蛋白 是一类分子量小的碱性蛋白质 含精 精蛋白和组蛋白 是一类分子量小的碱性蛋白质 含精 aaaa 和赖和赖 aaaa 欲分离测定谷物中不同蛋白质组分 只要将谷物待测样欲分离测定谷物中不同蛋白质组分 只要将谷物待测样 品分别用水 稀盐 乙醇和稀碱溶液按顺序提取 即可将它们一一分开 再用简便灵敏的蛋白质含量测定方法将其测定如品分别用水 稀盐 乙醇和稀碱溶液按顺序提取 即可将它们一一分开 再用简便灵敏的蛋白质含量测定方法将其测定如 280nm280nm 紫外吸收法紫外吸收法 FolinFolin 酚试剂法等 酚试剂法等 根据溶解度 蛋白质可分为 根据溶解度 蛋白质可分为 白蛋白 清蛋白 溶于水 白蛋白 清蛋白 溶于水 球蛋白球蛋白 溶于中性盐溶液如溶于中性盐溶液如 NaClNaCl 醇溶蛋白醇溶蛋白 溶于溶于 70 80 70 80 乙醇中乙醇中 谷蛋白谷蛋白 溶于稀酸稀碱溶于稀酸稀碱 二 结合蛋白二 结合蛋白 结合蛋白是由单纯蛋白质的非蛋白质物质组成的 根据非蛋白的成分可分为下列几类 结合蛋白是由单纯蛋白质的非蛋白质物质组成的 根据非蛋白的成分可分为下列几类 1 1 核蛋白 蛋白质与核酸的复合体 细胞中的染色质是 核蛋白 蛋白质与核酸的复合体 细胞中的染色质是 DNADNA 与蛋白质的复合物 组成染色质的蛋白质主要是组蛋白 存在于与蛋白质的复合物 组成染色质的蛋白质主要是组蛋白 存在于 核糖体中的核蛋白中核糖体核糖体中的核蛋白中核糖体 RNARNA rRNArRNA 与蛋白质结合的 与蛋白质结合的 2 2 脂蛋白 蛋白质几乎所有脂蛋白具有运输和载体的功能 脂蛋白将脂质从它们的合成部位运送到其它部位执行它们的功能 脂蛋白 蛋白质几乎所有脂蛋白具有运输和载体的功能 脂蛋白将脂质从它们的合成部位运送到其它部位执行它们的功能 脂蛋白主要存在于生物膜中 如质膜 线粒体膜 叶绿体膜等含有大量脂蛋白 脂蛋白主要存在于生物膜中 如质膜 线粒体膜 叶绿体膜等含有大量脂蛋白 3 3 糖蛋白 蛋白质与碳水化合物称为糖蛋白 组成蛋白质的糖类有 糖蛋白 蛋白质与碳水化合物称为糖蛋白 组成蛋白质的糖类有 N N 乙酰葡萄糖胺 葡萄糖 甘露糖 阿拉伯糖及木糖等 乙酰葡萄糖胺 葡萄糖 甘露糖 阿拉伯糖及木糖等 蛋白质部分有的是多肽 有的是小肽 短肽链 蛋白质和糖以共价键连接而成糖蛋白 糖通过糖基的蛋白质部分有的是多肽 有的是小肽 短肽链 蛋白质和糖以共价键连接而成糖蛋白 糖通过糖基的 C C1 1与肽链中含羟基的与肽链中含羟基的 氨基酸侧链氨基酸侧链 OH OH 基结合 糖蛋白中含量差异很大 占分子量基结合 糖蛋白中含量差异很大 占分子量 1 80 1 80 有的糖基为二糖 有的为多糖 多糖糖基有的是直链 有的糖基为二糖 有的为多糖 多糖糖基有的是直链 有的是支链 有的是同聚糖 有的中杂聚糖 有的是支链 有的是同聚糖 有的中杂聚糖 4 4 磷蛋白 由蛋白质和磷酸组成 磷酸往往与丝 磷蛋白 由蛋白质和磷酸组成 磷酸往往与丝 aaaaaa 或苏或苏 aaaa 侧链的羟基结合 如胃蛋白酶 牛奶中的酪蛋白即为磷蛋白 含侧链的羟基结合 如胃蛋白酶 牛奶中的酪蛋白即为磷蛋白 含 有许多丝有许多丝 aaaa 磷酸 磷酸 5 5 黄素蛋白 黄素蛋白是蛋白质与黄素核苷酸的结合 生物体的许多氧化还原反应的辅酶如琥珀酸脱氢酶就属于黄素蛋白 黄素蛋白 黄素蛋白是蛋白质与黄素核苷酸的结合 生物体的许多氧化还原反应的辅酶如琥珀酸脱氢酶就属于黄素蛋白 6 6 色素蛋白 如含铁卟啉类的蛋白 血红蛋白 过氧化氢酶 细胞色素 色素蛋白 如含铁卟啉类的蛋白 血红蛋白 过氧化氢酶 细胞色素 C C 等是由蛋白质和铁卟啉组成 等是由蛋白质和铁卟啉组成 第二节第二节 氨基酸化学氨基酸化学 一 氨基酸的结构一 氨基酸的结构 蛋白质的水解产物是蛋白质的水解产物是 2020 种种 AAAA 经结构分析 经结构分析 2020 种种 AAAA 有三种共同的结构特点 有三种共同的结构特点 1 1 都是 都是 AAAA 氨基都是连接在与羧基相连的 氨基都是连接在与羧基相连的 碳原子上 碳原子上 2 2 除甘 除甘 aaaa 外 都有一个不对称碳原子 因此 都具有旋光性外 都有一个不对称碳原子 因此 都具有旋光性 3 3 AAAA 都是都是 L L 型的 生物体内的型的 生物体内的 AAAA 极少数是极少数是 D D 型的 只是有些抗菌素中含有型的 只是有些抗菌素中含有 D D 型型 AAAA D D 型型 AAAA 对人体是有害 对人体是有害 二 氨基酸的分类二 氨基酸的分类 组成蛋白质的组成蛋白质的 2020 种种 AAAA 可按性质进行分类 可按化学结构分类 也可根据生物体内是否能自行合成分为必需可按性质进行分类 可按化学结构分类 也可根据生物体内是否能自行合成分为必需 AAAA 和非必需和非必需 AAAA 一 根据体内能否自行合成分 一 根据体内能否自行合成分 1 1 必需 必需 AAAA 这类 这类 AAAA 在体内不能合成 而必须由食物提供 共在体内不能合成 而必须由食物提供 共 8 8 种 即缬种 即缬 aaaa 异亮 异亮 aaaa 亮 亮 aaaa 苯丙 苯丙 aaaa 蛋 蛋 aaaa 色 色 aaaa 苏苏 aaaa 和赖和赖 aaaa 2 2 非必需 非必需 AAAA 这类 这类 AAAA 在动物体内可以合成 不一定由食物提供 除在动物体内可以合成 不一定由食物提供 除 8 8 种必需种必需 AAAA 的其它的其它 1212 种都是非必需种都是非必需 AAAA 其中精 其中精 aaaa 在体内能合成一部分 但供应不上 一部分必须由食物提供 所以叫做半必需在体内能合成一部分 但供应不上 一部分必须由食物提供 所以叫做半必需 AAAA 二 根据 二 根据 AAAA 侧链侧链 R R 基的极性性质 将基的极性性质 将 2020 种种 AAAA 分为四大类 分为四大类 1 非极性 非极性 R 集团集团 AAAA 这类这类 AAAA 共有共有 8 8 种 包括五种具脂肪烃种 包括五种具脂肪烃 R R 基团的基团的 AAAA 即 丙 即 丙 aaaa 亮 亮 aaaa 异亮 异亮 aaaa 缬 缬 aaaa 甲硫 甲硫 aaaa 和色和色 aaaa 苯丙 苯丙 aaaa 脯 脯 aaaa 其中色 其中色 aaaa 和苯丙和苯丙 aaaa 含有吲哚环和苯基 脯含有吲哚环和苯基 脯 aaaa 是一种亚氨基酸是一种亚氨基酸 2 极性不带电荷 极性不带电荷 AAAA 这一类包括其中七种氨基酸 它们所含的极性这一类包括其中七种氨基酸 它们所含的极性 R R 基团能参与氢键的形成 丝基团能参与氢键的形成 丝 aaaa 苏 苏 aaaa 酪 酪 aaaa 的极性是由羧基提供的 的极性是由羧基提供的 而天冬酰胺和谷酰胺的极性是由酰胺基产生 半胱而天冬酰胺和谷酰胺的极性是由酰胺基产生 半胱 aaaa 的极性由巯基产生 甘的极性由巯基产生 甘 aaaa 虽不带有侧链极性基团 但由于所带的虽不带有侧链极性基团 但由于所带的 氨氨 基和基和 羧基占了整个分子的大部分 具有明显的极性 所以也归纳为极性羧基占了整个分子的大部分 具有明显的极性 所以也归纳为极性 AAAA 一类 要求会写这七种一类 要求会写这七种 AAAA 的结构式 的结构式 3 R R 基团带负电荷的基团带负电荷的 AAAA 这类包括两种氨基酸 即谷这类包括两种氨基酸 即谷 aaaa 和天冬和天冬 aaaa 他们因含有第二个羧基 所以在 他们因含有第二个羧基 所以在 pH7 0pH7 0 时具有净负电荷 时具有净负电荷 4 碱性碱性 AAAA R R 基团带正电荷的基团带正电荷的 AAAA 这类包括三种氨基酸 即赖这类包括三种氨基酸 即赖 aaaa 精 精 aaaa 和组和组 aaaa 这三种 这三种 AAAA 的侧链基团在的侧链基团在 pH7 0pH7 0 时带有正电荷 赖时带有正电荷 赖 aaaa 的的 R R 侧链带有侧链带有 NH NH2 2 基 精基 精 aaaa 带有具正电荷的胍基 组带有具正电荷的胍基 组 aaaa 具有弱碱性的咪唑基 具有弱碱性的咪唑基 三 氨基酸的性质三 氨基酸的性质 一 物理性质 一 物理性质 氨基酸都是白色晶体 熔点通常较高 一般在氨基酸都是白色晶体 熔点通常较高 一般在 200 200 以上 芳香族氨基酸 色氨酸 酪氨酸 有紫外吸收的特征 他们以上 芳香族氨基酸 色氨酸 酪氨酸 有紫外吸收的特征 他们 在波长在波长 280nm280nm 附近有最大紫外吸收 利用这一点性质可以测定样品中蛋白质的含量 附近有最大紫外吸收 利用这一点性质可以测定样品中蛋白质的含量 二 酸碱性质 二 酸碱性质 AAAA 的同一分子中含有碱性的的同一分子中含有碱性的 NH NH2 2和酸性的羧基和酸性的羧基 COOH COOH COOH COOH 可以解离放出可以解离放出 H H 自身变成 自身变成 COO COO 负离子 负离子 H H 转给转给 NH NH2 2成为氨成为氨 基正离子 成为同一分子上带有正负电荷的两性离子 实验证明 氨基酸在水溶液中或晶体状态都是以两性离子形式存在 基正离子 成为同一分子上带有正负电荷的两性离子 实验证明 氨基酸在水溶液中或晶体状态都是以两性离子形式存在 两性离子的两性离子的 AAAA 其氨基和羧基的解离受 其氨基和羧基的解离受 pHpH 影响 在酸性条件下影响 在酸性条件下 AAAA 两性离子是两性离子是 H H 的受体 起到碱的作用 的受体 起到碱的作用 AAAA 以正离子以正离子 状态存在 状态存在 在碱性条件下 两性离子的在碱性条件下 两性离子的 AAAA 又可以作又可以作 H H 的供体 起到酸的作用 的供体 起到酸的作用 AAAA 以负离子状态存在 以负离子状态存在 因此 氨基酸是两性电解质 现以中性因此 氨基酸是两性电解质 现以中性 AAAA 丙丙 aaaa 为例说明氨基酸的解离情况 为例说明氨基酸的解离情况 物质的解离常数可以用测定滴定曲线的实验方法求得 当物质的解离常数可以用测定滴定曲线的实验方法求得 当 1mol1mol 丙氨酸溶于水时 溶液的丙氨酸溶于水时 溶液的 pHpH 等于等于 6 6 如果用标准 如果用标准 NaOHNaOH 进进 行滴定 以加入的氢氧化钠摩尔数对行滴定 以加入的氢氧化钠摩尔数对 pHpH 作图得到滴定曲线 在作图得到滴定曲线 在 pH9pH9 6969 处有一拐点 即处有一拐点 即 PKPK2 2 如果用 如果用 pHpH 标准盐酸滴定 以加标准盐酸滴定 以加 入的盐酸摩尔数对入的盐酸摩尔数对 pHpH 作图得滴定曲线作图得滴定曲线 A A 在 在 pH2pH2 3434 处有一拐点即处有一拐点即 K K1 1 随着溶液酸性增强 丙氨酸两性离子作为碱 其随着溶液酸性增强 丙氨酸两性离子作为碱 其 COO COO 接受接受 H H 转变为正离子 转变为正离子 AlaAla 在电场中向阴极移动 而随着溶液 在电场中向阴极移动 而随着溶液 碱性增强 碱性增强 AlaAla 用为酸 其用为酸 其 NH NH3 3供出质子而转变为负离子 供出质子而转变为负离子 AlaAla 在电场中向阳极移动 在 在电场中向阳极移动 在 pH6 02pH6 02 时 丙氨酸羧基的负电荷时 丙氨酸羧基的负电荷 和氨基的正电荷数相等 净电荷为零 在电场中将不移动 此时溶液和氨基的正电荷数相等 净电荷为零 在电场中将不移动 此时溶液 pHpH 称为丙氨酸的等电点 称为丙氨酸的等电点 PIPI AlaAla 的等电点的等电点 PKPK1 1 PK PK2 2 2 2 即 即 2 34 9 692 34 9 69 2 6 02 2 6 02 所以所以 等电点等电点 PIPI 值等于该值等于该 AAAA 的两性离子状态两侧的基团的两性离子状态两侧的基团 PKPK 值之和的一半 值之和的一半 三 由氨基和羧基共同参与的反应 三 由氨基和羧基共同参与的反应 1 由氨基参与的反应 由氨基参与的反应 1 1 与亚硝酸的反应 与亚硝酸的反应 2020 种种 AAAA 中除脯中除脯 aaaa 外 外 AAAA 的的 氨基与其它一级胺一样 能与亚硝酸作用生成相应的羟酸和氨基与其它一级胺一样 能与亚硝酸作用生成相应的羟酸和 N N2 2 产生的产生的 N N2 2气一半来自氨基酸的氨基气一半来自氨基酸的氨基 N N 一半来自亚硝酸的 一半来自亚硝酸的 N N 在标准条件下 测定生产氮的体积即计算氨基酸的量 在标准条件下 测定生产氮的体积即计算氨基酸的量 2 2 桑格反应 桑格反应 SangerSanger reactionreaction 即与即与 2 2 4 4 二硝基氟苯的反应 二硝基氟苯的反应 在碱性条件下 氨基酸的在碱性条件下 氨基酸的 氨基与一般氨基化合物一样 遇卤素化合物时 能生成氨基取代化合物 其中重要的是氨基与一般氨基化合物一样 遇卤素化合物时 能生成氨基取代化合物 其中重要的是 2 2 4 4 二硝基氟苯的反应 二硝基氟苯的反应 这反应可用来鉴定多肽或蛋白质这反应可用来鉴定多肽或蛋白质 N N 末端的氨基酸以及测定多肽或蛋白质的氨基酸排列顺序 末端的氨基酸以及测定多肽或蛋白质的氨基酸排列顺序 3 3 艾德曼反应 艾德曼反应 EdmanEdman reactionreaction 氨基与苯异硫氰酸酯在弱碱性条件下形成相应的苯氨基硫甲酰衍生物 这种衍生物在硝基甲烷中与酸作用发生环化生氨基与苯异硫氰酸酯在弱碱性条件下形成相应的苯氨基硫甲酰衍生物 这种衍生物在硝基甲烷中与酸作用发生环化生 成相应的苯乙内酰硫脲衍生物 这种衍生物是无色的 可用层析法鉴定 这个反应首先为成相应的苯乙内酰硫脲衍生物 这种衍生物是无色的 可用层析法鉴定 这个反应首先为 EdmanEdman 用来鉴定多肽或蛋白质用来鉴定多肽或蛋白质 N N 末端末端 氨基酸 这个反应在多肽或蛋白质的氨基酸 这个反应在多肽或蛋白质的 AAAA 顺序分析方面占有重要地位 顺序分析方面占有重要地位 现在根据此原理设计出了现在根据此原理设计出了 蛋白质顺序测定仪蛋白质顺序测定仪 可以自动测定蛋白质的 可以自动测定蛋白质的 AAAA 顺序 顺序 2 由羧基参与的反应 由羧基参与的反应 AAAA 的羧基和其它有机化合物一样 在一定条件下可以起成酯 成盐 成酰胺 酰氯 脱羧等反应的羧基和其它有机化合物一样 在一定条件下可以起成酯 成盐 成酰胺 酰氯 脱羧等反应 1 1 成酯反应 成酯反应 2 2 成盐反应 成盐反应 3 3 成酰胺反应 氨基酸酯与氨作用即可形成氨基酸酰胺 为生物体储 成酰胺反应 氨基酸酯与氨作用即可形成氨基酸酰胺 为生物体储 NHNH3 3主要反应 动 植物体内存在的天冬酰胺和谷主要反应 动 植物体内存在的天冬酰胺和谷 酰胺也可能以这种反应形成的酰胺也可能以这种反应形成的 4 4 脱羧反应 生物体内的 脱羧反应 生物体内的 AAAA 经脱羧酶作用放出经脱羧酶作用放出 COCO2 2并生成相应的胺 并生成相应的胺 第三节第三节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构 蛋白质是由许多氨基酸通过肽键连接形成的生物大分子 蛋白质是由许多氨基酸通过肽键连接形成的生物大分子 2020 种种 AAAA 以不同的数目 比例和排列顺序构成了成千上万种不以不同的数目 比例和排列顺序构成了成千上万种不 同的蛋白质 其分子量在同的蛋白质 其分子量在 1000010000 以上 结构极其复杂 下面对蛋白质结构的不同层次进行讨论 以上 结构极其复杂 下面对蛋白质结构的不同层次进行讨论 一 蛋白质的一级结构一 蛋白质的一级结构 蛋白质的一级结构是指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序和连接方式 蛋白质的一级结构也叫化学结构 蛋白质的一级结构是指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序和连接方式 蛋白质的一级结构也叫化学结构 氨基酸的连接方式 一个氨基酸的连接方式 一个 AAAA 的的 氨基与另一氨基与另一 AAAA 的的 羧基经脱水成肽键连接的 羧基经脱水成肽键连接的 1 肽键的双键性质 肽键的双键性质 PaulingPauling 利用利用 射线技术研究蛋白质肽键结构时 发现肽键是一个平面结构 测得肽键的射线技术研究蛋白质肽键结构时 发现肽键是一个平面结构 测得肽键的 C NC N 键长键长 为为 1 321 32 0 132nm0 132nm 介于 介于 C NC N 双键双键 1 271 27 和和 C NC N 单键单键 1 461 46 之间之间 具有部分双键性质具有部分双键性质 不能自由旋转不能自由旋转 形成刚性的酰胺平面结形成刚性的酰胺平面结 构构 2 酰胺平面 酰胺平面 肽键的肽键的 C C O O N N H H 四个原子和相邻的四个原子和相邻的 C C2 2原子分布在一个平面上 原子分布在一个平面上 H H 和和 O O 交替地分布在链的两侧 两个相邻的交替地分布在链的两侧 两个相邻的 碳原子之碳原子之 间的距离为间的距离为 3 63 6 因为肽键具有部分双键性质因为肽键具有部分双键性质 即即 C NC N 键不能自由旋转 是一个固定的平面键不能自由旋转 是一个固定的平面 即酰胺平面即酰胺平面 但平面两侧的但平面两侧的 C CC C 键和键和 N CN C 键可以自由旋转键可以自由旋转 这个这个 N CN C 键的长度是键的长度是 0 146nm 0 146nm 是一个单键是一个单键 可以转动可以转动 由于由于 C CC C 键和键和 N CN C 键能自由转动键能自由转动 所以所以 多肽链可以多肽链可以 形成特定的构象形成特定的构象 如如 C CC C 键和键和 N CN C 键旋转不同的角度就构成不同的构象键旋转不同的角度就构成不同的构象 3 小分子活性肽 小分子活性肽 最简单的肽由最简单的肽由 2 个氨基酸通过一个肽键连接而成 成为二肽 三肽是一个二肽的羧基与另一个氨基酸通过一个肽键连接而成 成为二肽 三肽是一个二肽的羧基与另一 AAAA 的的 NH NH2 2脱水成肽键 所以脱水成肽键 所以 一个肽就有一个肽就有 8 8 个个 AAAA 残基 八个氨基酸残基的八肽由七个肽键连接 十个以下的肽叫寡肽 超过残基 八个氨基酸残基的八肽由七个肽键连接 十个以下的肽叫寡肽 超过 10AA10AA 残基的肽叫多肽 因为多残基的肽叫多肽 因为多 个个 AAAA 以肽键连接的是一条链 所以也叫多肽链 蛋白质里的肽链由以肽键连接的是一条链 所以也叫多肽链 蛋白质里的肽链由 100 300100 300 个个 AAAA 残基组成 但也有例外 如铁氧还蛋白只有残基组成 但也有例外 如铁氧还蛋白只有 60006000 道尔顿 大约只有道尔顿 大约只有 6060 个个 AAAA 残基组成 残基组成 组成蛋白质一级结构的是组成蛋白质一级结构的是 氨基 氨基 羧基 而有些羧基 而有些 AAAA 还含有非还含有非 氨基 非氨基 非 羧基 如赖羧基 如赖 aaaa 的的 NH NH2 2 精 精 aaaa 的胍的胍 基 基 HisHis 的咪唑基 这些都没有形成肽键 它们以游离状态存在 的咪唑基 这些都没有形成肽键 它们以游离状态存在 非非 羧基 如谷羧基 如谷 aaaa 天门冬 天门冬 aaaa 的非的非 羧基既可与其它羧基既可与其它 NHNH2 2形成肽键 也可形成盐 形成肽键 也可形成盐 谷胱甘肽是一些酶的辅酶 这个谷胱甘肽是一些酶的辅酶 这个 GluGlu 就是由就是由 羧基形成的肽键 在谷胱甘肽中的羧基形成的肽键 在谷胱甘肽中的 SHSH 是暴露在外面的 是一个比较活跃的是暴露在外面的 是一个比较活跃的 基团 这个基团 这个 SHSH 基又可与另一个谷胱甘肽结合起来成为氧化型的谷胱甘肽 基又可与另一个谷胱甘肽结合起来成为氧化型的谷胱甘肽 现在蛋白质一级结构弄得较清楚的是胰岛素和核糖核酸酶 如胰岛素由现在蛋白质一级结构弄得较清楚的是胰岛素和核糖核酸酶 如胰岛素由 5151 个个 AAAA 残基组成 由残基组成 由 A A B B 两条肽链组成 两条肽链组成 A A 链是链是 由由 2121 个个 AAAA 残基组成的残基组成的 2121 肽链 肽链 B B 链是由链是由 3030 个个 AAAA 残基组成的残基组成的 3030 肽 肽 A A B B 链之间由两个二硫键连接起来 一个二硫键是链之间由两个二硫键连接起来 一个二硫键是 A A 的的 第七位第七位 cyscys 和和 B B 链的第七位链的第七位 cyscys 另一个是 另一个是 A19 B20A19 B20 两个两个 cyscys 的的 SHSH 基形成的 除此之外 基形成的 除此之外 2121 肽的肽的 A A 链内的第链内的第 6 6 个与第个与第 1111 位的位的 cyscys 又形成一个链内二硫键 所以 胰岛素分子的一级结构有二个链间二又形成一个链内二硫键 所以 胰岛素分子的一级结构有二个链间二 S S 键和一个链内二硫键 共有三个二硫键 键和一个链内二硫键 共有三个二硫键 蛋白质的一级结构是最基本的结构 蛋白质的高级结构主要是由一级结构决定的 蛋白质的一级结构是最基本的结构 蛋白质的高级结构主要是由一级结构决定的 二 蛋白质的二级结构二 蛋白质的二级结构 蛋白质二级结构是指多肽链的彼此靠近的氨基酸残基之间由于氢键的相互作用而形成的空间关系 即蛋白质多肽链本身通蛋白质二级结构是指多肽链的彼此靠近的氨基酸残基之间由于氢键的相互作用而形成的空间关系 即蛋白质多肽链本身通 过氢键盘绕 折叠而形成的构象 天然蛋白质一般都含有过氢键盘绕 折叠而形成的构象 天然蛋白质一般都含有 螺旋 螺旋 折叠 折叠 转角和自由卷曲等二级结构 其中最重要是转角和自由卷曲等二级结构 其中最重要是 螺旋和螺旋和 折叠 折叠 1 1 螺旋结构螺旋结构 一个天然蛋白质多肽在一定条件下只有一种或很少几种构象一个天然蛋白质多肽在一定条件下只有一种或很少几种构象 而且相当稳定而且相当稳定 这是因为链上有三分之一是具部分双键性质的这是因为链上有三分之一是具部分双键性质的 C NC N 键键 不能旋转不能旋转 此外此外 主链上有很多主链上有很多 R R 侧链侧链 其大小及带电情况不同其大小及带电情况不同 它们在单链旋转时产生空间位阻和静电效应它们在单链旋转时产生空间位阻和静电效应 制约着大量制约着大量 的构象形成 的构象形成 螺旋结构特点螺旋结构特点 肽链中的酰胺平面绕肽链中的酰胺平面绕 C C 相继旋转一定角度形成 相继旋转一定角度形成 螺旋 并盘旋前进 每隔螺旋 并盘旋前进 每隔 3 63 6 个个 AAAA 残基 螺旋上升一圈 每隔间距残基 螺旋上升一圈 每隔间距 0 56nm 0 56nm 即每个 即每个 AAAA 残基沿螺旋中心轴上升残基沿螺旋中心轴上升 1 5nm 1 5nm 螺旋上升时 每个螺旋上升时 每个 AAAA 残基沿轴旋转残基沿轴旋转 1001000 0 螺旋体中所有螺旋体中所有 AAAA 残基侧链都伸向外侧 链中的全部残基侧链都伸向外侧 链中的全部 C 0 C 0 N H N H 几乎都平行螺旋轴 每个几乎都平行螺旋轴 每个 AAAA 残基的残基的 N HN H 与前面第四个与前面第四个 AAAA 残基的残基的 C 0 C 0 形成形成 H H 键 肽链上所有肽键的键 肽链上所有肽键的 H H O O 都参与都参与 H H 键的形成 因此 键的形成 因此 螺旋相当稳定 螺旋相当稳定 所有天然蛋白质大多数为右手所有天然蛋白质大多数为右手 螺旋 若遇到脯螺旋 若遇到脯 aa aa 螺旋就中断 因为螺旋就中断 因为 propro 是是 亚氨基酸 其残基没有多余的氢原亚氨基酸 其残基没有多余的氢原 子形成氢键 子形成氢键 2 2 蛋白质的 蛋白质的 折叠结构折叠结构 折叠结构与折叠结构与 螺旋结构相比有如下特点 螺旋结构相比有如下特点 1 1 螺旋结构的肽链是卷曲的棒状结构 而螺旋结构的肽链是卷曲的棒状结构 而 折叠结构的肽链几乎是完全伸展的整个肽链成一种折叠的形式 折叠结构的肽链几乎是完全伸展的整个肽链成一种折叠的形式 2 2 折叠结构是肽链与肽链之间形成氢键 折叠结构是肽链与肽链之间形成氢键 螺旋是链内形成氢键螺旋是链内形成氢键 3 3 折叠有两种类型 一为平行式 即肽链的所有折叠有两种类型 一为平行式 即肽链的所有 N N 端都端都 在同一端 另一类为反平行式 即相邻两条肽链的方向相反 在同一端 另一类为反平行式 即相邻两条肽链的方向相反 一条为一条为