王金福生物化学PPT01

1、 制作制作：王金福王金福 生物化学生物化学(Biochemistry)(Biochemistry)：生命的化学：生命的化学, ,在分子在分子水平探讨生命的本质。水平探讨生命的本质。J研究对象：研究对象：生物。生物化学的主要任务是阐述生物。生物化学的主要任务是阐述活细胞内及细胞间的化学反应及其与生命活动活细胞内及细胞间的化学反应及其与生命活动的关系。的关系。J主要内容主要内容: :1 1、研究生物分子的结构及功能、研究生物分子的结构及功能。 生物大分子是由某些基本单位按一定顺序生物大分子是由某些基本单位按一定顺序和方式连接所形成的多聚体（和方式连接所形成的多聚体（polymerpolymer）。

2、包）。包括蛋白质、核酸、脂类及糖等。括蛋白质、核酸、脂类及糖等。2 2、新陈代谢及其调节、新陈代谢及其调节。3 3、遗传信息的贮存、传递、表达及调控（分子、遗传信息的贮存、传递、表达及调控（分子生物学）。生物学）。绪绪 论论国外生物化学的发展国外生物化学的发展1、18世纪下半叶前：世纪下半叶前：“燃素说燃素说”；2、18世纪下半叶：世纪下半叶： （1）拉瓦锡：证明燃烧是氧的作用；）拉瓦锡：证明燃烧是氧的作用； （2）舍勒：发现柠檬酸、苹果酸等生物中间代谢产物；）舍勒：发现柠檬酸、苹果酸等生物中间代谢产物；3、19世纪以后：世纪以后：v 李比希（李比希（18031873，德国化学家）：首创大学化

3、学，德国化学家）：首创大学化学 实验的教学，首次提出新陈代谢；实验的教学，首次提出新陈代谢；v 霍佩霍佩-赛勒（赛勒（1825-1895，德国医生）：建成独立的生，德国医生）：建成独立的生 物化学学科，并提出物化学学科，并提出“Biochemie”和和“蛋白质蛋白质”一词；一词；v 寇南（寇南（1837-1900，德国化学家）：提出胰酶的名词，德国化学家）：提出胰酶的名词， 研究血红蛋白和胰液对蛋白质的消化；研究血红蛋白和胰液对蛋白质的消化；4、20世纪以后生物化学的发展世纪以后生物化学的发展v 1902年德国艾贝尔首次获得结晶肾上腺素；年德国艾贝尔首次获得结晶肾上腺素；v 1904年英国哈顿

4、分离出年英国哈顿分离出“辅酶辅酶”，还发现了磷酸基在，还发现了磷酸基在 生化中的重要作用；生化中的重要作用；v 19021907年德国埃年德国埃费歇证明蛋白质由氨基酸组成，费歇证明蛋白质由氨基酸组成， 开始了蛋白质结构研究的时代；开始了蛋白质结构研究的时代；v 1909年丹麦威约翰逊在年丹麦威约翰逊在精密遗传学原理精密遗传学原理一书中一书中 首次提出基因是遗传单位的概念；首次提出基因是遗传单位的概念；v 1912年波兰的丰克分离出维生素年波兰的丰克分离出维生素B结晶，首次提出结晶，首次提出 维生素的概念；维生素的概念；v 1925年英国凯林发现细胞色素，并指出生物氧化过年英国凯林发现细胞色素，

5、并指出生物氧化过 程中的电子传递作用；程中的电子传递作用；v 1926年美国萨姆纳首次制成尿素酶，开辟了酶化学年美国萨姆纳首次制成尿素酶，开辟了酶化学 的研究。同年美国的摩尔根发表的研究。同年美国的摩尔根发表基因论基因论，使基，使基 因遗传理论系统化；因遗传理论系统化；v 1929年美籍俄国人勒温发现核酸中的核糖和脱氧核年美籍俄国人勒温发现核酸中的核糖和脱氧核 糖，认识到核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸两类；糖，认识到核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸两类； 同年德国罗曼发现同年德国罗曼发现ATP。v 1937年美国罗思发现组成蛋白质的氨基酸分为两类，年美国罗思发现组成蛋白质的氨基酸分为两类，其其

6、中一类对营养无效，另一类是中一类对营养无效，另一类是20余种基本氨基酸；同余种基本氨基酸；同年英年英 籍德国人克勒勃斯发现三羧酸循环；籍德国人克勒勃斯发现三羧酸循环；v 1941年德国李普曼发现年德国李普曼发现ATP高能键在代谢过程中的重高能键在代谢过程中的重要要 作用；并在作用；并在1947-1951年发现乙酰年发现乙酰CoA在在TCA循环中的循环中的重要重要 地位；地位；v 1953年美国年美国华特森华特森和英国和英国克里克克里克根据维尔肯做根据维尔肯做DNA的的X 光衍射资料，提出光衍射资料，提出DNA一级双螺旋的分子结构模型一级双螺旋的分子结构模型；v 1954年美籍俄国人伽莫夫首次提

7、出一个核苷酸编成一年美籍俄国人伽莫夫首次提出一个核苷酸编成一个个 遗传密码的遗传密码的“三联密码说三联密码说”。1961年克里克加以了证年克里克加以了证实；实；v 19551956年美籍西班牙人奥巧阿和美国孔勃首次用酶年美籍西班牙人奥巧阿和美国孔勃首次用酶 促法人工合成核糖核酸促法人工合成核糖核酸RNA和和DNA；v 1961年法国雅各布和莫诺首次提出年法国雅各布和莫诺首次提出mRNA的存在，证的存在，证实实 mRNA与与DNA的碱基互补以及蛋白质的合成场所的碱基互补以及蛋白质的合成场所-核核糖糖 体，同时发现了操纵子的基因集团；体，同时发现了操纵子的基因集团；v 80年代发展了生物工程和生物

8、技术。年代发展了生物工程和生物技术。v 人类基因组计划（人类基因组计划（human genome project）：）：美国美国Renato Dulbecco在在1985年提出年提出,美国政府美国政府1990年年10 月月正式启动正式启动,耗资耗资30 亿美元，旨在画出一张人体地图亿美元，旨在画出一张人体地图,找找到到46 条染色体上条染色体上30 亿个碱基对约亿个碱基对约10 万个基因的准确万个基因的准确位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面认识自己。是生命科学领域有史以来最宠水平上全面认识自己。是生命科学领域有史以来最宠大的全

9、球性研究计划，大的全球性研究计划， “生命登月计划生命登月计划”。v 2000年年6 月月26日日,克林顿亲自在白宫发表了人类基因密克林顿亲自在白宫发表了人类基因密码组合草图。码组合草图。v 后基因组计划将进一步深入研究各种基因的功能与调后基因组计划将进一步深入研究各种基因的功能与调节。节。v 拿着基因组图谱去看病；拿着基因组图谱去看病；10年内基因检测会成为例行年内基因检测会成为例行手段；基因疗法会成为常规疗法。手段；基因疗法会成为常规疗法。 中国近代生物化学的发展中国近代生物化学的发展 吴宪与汪猷、张昌颍等人一起完成了蛋吴宪与汪猷、张昌颍等人一起完成了蛋白质变性理论、血液生化检测和免疫化白

10、质变性理论、血液生化检测和免疫化学等一系列有重大影响的研究，成为我学等一系列有重大影响的研究，成为我国生物化学界的先驱。国生物化学界的先驱。 1965年，我国首次人工合成了结晶牛胰年，我国首次人工合成了结晶牛胰岛素。岛素。 1981年又成功合成了酵母丙氨酰年又成功合成了酵母丙氨酰tRNA。 本世纪末我国参与了人类基因组计划。本世纪末我国参与了人类基因组计划。 生物化学与临床医学生物化学与临床医学1 、All disease has a biochemical basis.2 、Biochemical studies contribute to diagnosis,prognosis and t

11、reatment.3、 Many biochemistry studies illuminate disease mechanisms and disease inspire research in specific area of biochemistry。 总目录第一篇 生物大分子的结构与功能生物大分子的结构与功能第二篇 物质代谢及其调节物质代谢及其调节第三篇 基因信息的传递基因信息的传递第四篇 专题篇专题篇第一编第一编 生物大分子结构与功能生物大分子结构与功能第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第二章第二章 酶酶第三章第三章 维生素与辅酶维生素与辅酶第四章第四章 核酸的结构

12、与功能核酸的结构与功能第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能J第一节第一节 氨基酸与多肽氨基酸与多肽J第二节第二节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构J第三节第三节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系J第四节第四节 蛋白质的理化性质及分离纯蛋白质的理化性质及分离纯化化 蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成碳、氢、氧，还有氮和少量硫等碳、氢、氧，还有氮和少量硫等C 5055% H 67%O 1924%N 1319%S 04%v有些蛋白质还含有有些蛋白质还含有P、Fe、Cu、Mn、Zn、Se等。等。v各种蛋白质含氮量接近，平均为各种蛋白质含氮量接近，平均为16%。v 1克氮相当于克

13、氮相当于6.25克蛋白质为测定样品中蛋白质含量的克蛋白质为测定样品中蛋白质含量的依据。依据。 凯氏定氮法测定蛋白质含量：凯氏定氮法测定蛋白质含量： 蛋白质含量蛋白质含量=蛋白氮蛋白氮6.25v蛋白质是由蛋白质是由20种种L-型型氨基酸氨基酸组成的长链分子，包括：组成的长链分子，包括： 1、简单（单纯）蛋白质：完全由氨基酸构成；、简单（单纯）蛋白质：完全由氨基酸构成； 2、结合（缀合）蛋白质：还有非蛋白质成份的辅基或配基。、结合（缀合）蛋白质：还有非蛋白质成份的辅基或配基。v蛋白质构象：蛋白质构象： 每一种天然的蛋白质都有自己特有的空间结构，这称为蛋每一种天然的蛋白质都有自己特有的空间结构，这称

14、为蛋白质构象。白质构象。v蛋白质结构的不同组织层次：蛋白质结构的不同组织层次：1、一级结构：多肽链共价主链的氨基酸顺序；、一级结构：多肽链共价主链的氨基酸顺序；2、二级结构：多肽链以、二级结构：多肽链以氢键氢键排列成沿一维方向的周期性结构排列成沿一维方向的周期性结构 的构象，如纤维状蛋白质中的的构象，如纤维状蛋白质中的-螺旋和螺旋和-折叠片；折叠片；3、三级结构：多肽链以各、三级结构：多肽链以各次级键次级键（非共价键）盘绕成具有特（非共价键）盘绕成具有特 定走向的紧密球状构象；定走向的紧密球状构象；4、四级结构：寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互结合、四级结构：寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上

15、的相互结合 方式。方式。 第一节第一节 氨基酸与多肽氨基酸与多肽一、氨基酸及其分类一、氨基酸及其分类组成蛋白质的组成蛋白质的20种氨基酸均为种氨基酸均为L-氨基酸氨基酸D-丙氨酸H+N H3CO O-CH3D-甘油醛HO HCHOCH2O HL-丙氨酸L-甘油醛H3N+HCO O-CH3CHOCH2O HHHOHCOO-RH3N+L-氨基酸通式氨基酸通式 与羧基相邻的与羧基相邻的-碳（碳（C）上都有一个氨基，因此称为）上都有一个氨基，因此称为-氨基酸。氨基酸。-碳上还连着一个碳上还连着一个H和一个可变的侧链和一个可变的侧链R基，各种氨基，各种氨基酸的区别在于基酸的区别在于R基的不同。基的不同。

16、 1、非极性疏水性氨基酸、非极性疏水性氨基酸H2NCH CHOHO甘氨酸GlyH2NCHCCH3OHO丙氨酸AlaHNCOHO脯氨酸Pro20种氨基酸按侧链种氨基酸按侧链R的理化性质分为的理化性质分为4类类：H2NCHCCH2OHOCH2SCH3甲 硫 氨 酸 M e tH2N CHCCHOHOCH3CH3H2N CHCCH2OHO缬氨酸Val苯丙氨酸PheH2NCH CCH2OHOCH CH3CH3H2NCH CCHOHOCH3CH2CH3亮 氨 酸 Leu异 亮 氨 酸 IleH2N CHCCH2OHON色氨酸Trp2、极性中性氨基酸、极性中性氨基酸H2N CHCCH2OHOOH丝氨酸Se

17、rH2N CHCCHOHOOHCH3苏氨酸ThrH2NCH CCH2OHOOH酪 氨 酸 T yrH2N CHCCH2OHOSH半胱氨酸CysH2N CHCCH2OHOCNH2OH2N CHCCH2OHOCH2CNH2O天冬酰胺Asn谷氨酰胺Gln3、酸性氨基酸、酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCOHOH2NCH CCH2OHOCH2COHO天 冬 氨 酸 A sp谷 氨 酸 G lu4、碱性氨基酸、碱性氨基酸H2N CHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NHH2N CHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2H2N CHCCH2OHONNH精氨酸Arg赖氨酸Lys组氨酸His 人体必需

18、氨基酸有八种：人体必需氨基酸有八种： Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假假 设设 来来 借借 一一 两两 本本 书书” 脯氨酸为亚氨基酸。脯氨酸为亚氨基酸。 2H-OOCCHCH2SH+NH3HSCH2CH-OOC+NH3-OOCCHCH2SSCH2CH-OOC+NH3+NH3二硫键胱氨酸胱氨酸 半胱氨酸（半胱氨酸（Cys）常以胱氨酸的形式存在）常以胱氨酸的形式存在二、氨基酸的理化性质二、氨基酸的理化性质一、氨基酸的旋光性一、氨基酸的旋光性 除甘氨酸外，其余的除甘氨酸外，其余的-碳原子为不对称碳原子，其结合的四碳原子为不对称碳原子，其结合的四个不同的取代基在空

19、间的排列可有两种形式：个不同的取代基在空间的排列可有两种形式：L型和型和D型。型。 L型：氨基在左边型：氨基在左边 D型：氨基在右边型：氨基在右边 D- -氨基酸氨基酸 L- -氨基酸氨基酸 它们互为光学异构体。它们互为光学异构体。此外，苏氨酸、异亮氨酸、羟脯氨酸和羟赖氨酸等还有一个不对此外，苏氨酸、异亮氨酸、羟脯氨酸和羟赖氨酸等还有一个不对称碳原子，所以可存在称碳原子，所以可存在4种光学异构体（种光学异构体（p.143，图，图3-15）。）。 HCNH2COOHRCHCOOHRNH2二、氨基酸的酸碱性质二、氨基酸的酸碱性质（一）氨基酸的兼性离子形式：（一）氨基酸的兼性离子形式：v氨基酸能使水

20、的介电常数增高，这是因为氨基酸在晶体和氨基酸能使水的介电常数增高，这是因为氨基酸在晶体和水中主要以兼性离子（偶极离子）的形式存在：水中主要以兼性离子（偶极离子）的形式存在： v偶极离子形式的氨基酸是强极性分子，这就增加了水的介偶极离子形式的氨基酸是强极性分子，这就增加了水的介电常数。电常数。 RCHCOOHNH2RCHCOONH3 (二）氨基酸的两性解离：二）氨基酸的两性解离：v 酸与碱的关系：酸与碱的关系：HA（酸）（酸）A-（碱）（碱）+H+（质子）（质子）v 酸是质子（酸是质子（H+）的供体，碱是质子的受体。）的供体，碱是质子的受体。v 氨基酸在水中的偶极离子既起酸（质子供体）的作用，氨

21、基酸在水中的偶极离子既起酸（质子供体）的作用， 也起碱（质子受体）的作用：也起碱（质子受体）的作用： 因此是一类两性电解质。因此是一类两性电解质。思考思考:为什么定量为什么定量测定氨基酸的常测定氨基酸的常用方法是甲醛滴用方法是甲醛滴定定? （三）氨基酸的等电点：（三）氨基酸的等电点： 氨基酸的带电状况与溶液的氨基酸的带电状况与溶液的pH有关，改变有关，改变pH可使氨基酸可使氨基酸带上正电荷或负电荷，也可使其处于正负电荷数相等，即净电带上正电荷或负电荷，也可使其处于正负电荷数相等，即净电荷为零的兼性离子状态。这时的溶液荷为零的兼性离子状态。这时的溶液pH值即为该氨基酸的等值即为该氨基酸的等电点（

22、电点（pI）（见）（见p.131，图，图3-9）。）。 在等电点以上的任一在等电点以上的任一pH，氨基酸带净负电荷，并因此在，氨基酸带净负电荷，并因此在电场中将向正极移动；在低于等电点的任一电场中将向正极移动；在低于等电点的任一pH，氨基酸带正，氨基酸带正电荷，在电场中将向负极移动。电荷，在电场中将向负极移动。R CH COOHNH3R CH COONH3R CH COONH2R CH COOHNH2OHHOHH三、氨基酸的化学反应三、氨基酸的化学反应（一）（一）-氨基参加的反应氨基参加的反应1、与亚硝酸反应：生成氮气、与亚硝酸反应：生成氮气 可根据氮气体积，进行氨基酸定量和蛋白质水解程度的测

23、定可根据氮气体积，进行氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定 （生成的氮气只有一半来自氨基酸）（生成的氮气只有一半来自氨基酸） 2、与酰化试剂反应：氨基被酰基化、与酰化试剂反应：氨基被酰基化 酰化试剂可被用作氨基的保护剂酰化试剂可被用作氨基的保护剂 CHRCOOH+ HNO2CHRCOOHNH2OHN2H2O+R COClNH2CHRCOOHR C NHOCHRCOOH+ HCl3、烃基化反应：氨基中的、烃基化反应：氨基中的H原子被烃基取代原子被烃基取代 可用来鉴定可用来鉴定N-末端氨基酸末端氨基酸4、形成西佛碱反应：氨基与醛类反应形成弱碱、形成西佛碱反应：氨基与醛类反应形成弱碱 是某些酶促反应的中

24、间产物（如转是某些酶促反应的中间产物（如转NH2反应）反应） NH2CHRCOOHNHCHRCOOH+NO2NO2FNO2NO2（二）（二）-羧基参加的反应羧基参加的反应1、成盐和成酯反应：与碱作用生成盐；与醇反应生成酯、成盐和成酯反应：与碱作用生成盐；与醇反应生成酯 2、成酰氯反应：在氨基被保护下，羧基与五氯化磷等作用生、成酰氯反应：在氨基被保护下，羧基与五氯化磷等作用生 成酰氯成酰氯 可使羧基活化，易与另一氨基酸的氨基结合，在人工多肽可使羧基活化，易与另一氨基酸的氨基结合，在人工多肽合成中使用。合成中使用。 3、脱羧反应：在氨基酸脱羧酶作用下，放出、脱羧反应：在氨基酸脱羧酶作用下，放出CO

25、2而生成相应而生成相应的一级胺的一级胺（三）（三）-氨基和氨基和-羧基共同参加的反应羧基共同参加的反应 1、与茚三酮反应：在弱酸中与茚三酮共热，引起、与茚三酮反应：在弱酸中与茚三酮共热，引起脱氧、脱羧反应，最后茚三酮再与产生的脱氧、脱羧反应，最后茚三酮再与产生的NH3和还原和还原茚三酮作用生成紫色物质茚三酮作用生成紫色物质 可定性或定量（分光光度法和测压法）测定各种可定性或定量（分光光度法和测压法）测定各种氨基酸。脯氨酸和羟脯氨酸反应生成黄色物质氨基酸。脯氨酸和羟脯氨酸反应生成黄色物质CCCOOOCCCOOOHOHH2O茚三酮水合茚三酮CCCOOOHOHRCHCOOHNH2CCCOOCCCON

26、HO+RCHOCOH2O32、成肽反应：、成肽反应： 氨基酸与氨基酸之间的氨基与羧基可缩合成氨基酸与氨基酸之间的氨基与羧基可缩合成肽，形成肽键肽，形成肽键H2NCHCOOHR1+H2NCHCOOHR2H2NCHCONHCHR1R2COOH肽键 H2二肽 O三、氨基酸混合物的分析分离三、氨基酸混合物的分析分离一、分配层析一、分配层析层析系统：固定相（静相）层析系统：固定相（静相） ，流动相（动相），流动相（动相） 。 动相可以充满静相的空隙中，并能流过静相。动相可以充满静相的空隙中，并能流过静相。 物质可以在动相和静相之间发生分配。物质可以在动相和静相之间发生分配。氨基酸混合物中各种氨基酸成分在

27、一定的动相和静相之间的分配系数有氨基酸混合物中各种氨基酸成分在一定的动相和静相之间的分配系数有差异，当动相流经静相时，不同分配系数的氨基酸就会随着动相流经静差异，当动相流经静相时，不同分配系数的氨基酸就会随着动相流经静相时在两相之间发生不同的连续分配，从而将不同的氨基酸分离开。相时在两相之间发生不同的连续分配，从而将不同的氨基酸分离开。二、分配层析种类二、分配层析种类1、分配柱层析、分配柱层析 5、气液相层析、气液相层析2、纸层析、纸层析 6、高效液相层析、高效液相层析3、薄层层析、薄层层析4、离子交换层析：氨基酸分析仪、离子交换层析：氨基酸分析仪1 1、分配柱层析、分配柱层析固定相固定相：层

28、析柱中的填充物结合一层：层析柱中的填充物结合一层不会流动的结合水不会流动的结合水流动相流动相：沿固定相流过的溶剂：沿固定相流过的溶剂 填充料似无数的微观填充料似无数的微观“分溶管分溶管”，当流动相移动时，加在柱上端的氨，当流动相移动时，加在柱上端的氨基酸混合物样品在两相之间发生连续基酸混合物样品在两相之间发生连续分配，这样不同分配系数的各种成分分配，这样不同分配系数的各种成分沿柱以不同速度向下移动。沿柱以不同速度向下移动。2 2、纸层析、纸层析固定相：滤纸纤维素上吸附的水固定相：滤纸纤维素上吸附的水流动相：展层用的溶剂流动相：展层用的溶剂 将氨基酸混合物点在滤纸的将氨基酸混合物点在滤纸的一个角

29、上（原点）一个角上（原点） ，然后在密，然后在密闭的容器中用溶剂沿滤纸的一个闭的容器中用溶剂沿滤纸的一个方向展层。然后旋转方向展层。然后旋转90o，再用，再用另一溶剂进行第二向展层。另一溶剂进行第二向展层。 由于各种氨基酸在两个溶剂由于各种氨基酸在两个溶剂系统中具有不同的分配系数，由系统中具有不同的分配系数，由此彼此分开。此彼此分开。3 3、离子交换层析、离子交换层析固定相：阳离子交换树脂或阴离子交换树脂固定相：阳离子交换树脂或阴离子交换树脂流动相：洗脱液流动相：洗脱液 阳离子交换树脂含有酸性基团，可解离阳离子交换树脂含有酸性基团，可解离H+离子而使树脂带负电荷。在酸性环境中，离子而使树脂带负

30、电荷。在酸性环境中，氨基酸阳离子可与氨基酸阳离子可与H+发生交换而发生交换而“结合结合”在在树脂上；树脂上； 阴离子交换树脂含有碱性基团，可解离阴离子交换树脂含有碱性基团，可解离出出OH-离子而使树脂带正电荷。在碱性环境离子而使树脂带正电荷。在碱性环境中，氨基酸阴离子可和中，氨基酸阴离子可和OH-发生交换而发生交换而“结结合合”在树脂上。在树脂上。 逐步改变洗脱液的逐步改变洗脱液的pH和盐浓度（离子强和盐浓度（离子强度）度） ，可将各种氨基酸以不同速度洗脱下来，可将各种氨基酸以不同速度洗脱下来.四、多肽四、多肽（一）肽键与肽链（一）肽键与肽链H2NCHCOOHR1+H2NCHCOOHR2H2N

31、CHCONHCHR1R2COOH肽键 H2O二肽 寡肽寡肽(oligo peptide) 多肽多肽(poly peptide) 氨基酸残基氨基酸残基(reside):主链、侧链主链、侧链 氨基末端氨基末端(amino terminal)或或N末端末端 羧基末端（羧基末端（carboxyl terminal）或）或C末端末端H2N CH CO NH CHR1R2CO NH CHR3CO NH CHR4COOH主链侧 链N末端C末端（二）重要的多肽（二）重要的多肽 1、谷胱甘肽（、谷胱甘肽（Glutathione，-GSH） 谷氨酰半胱氨酰甘氨酸谷氨酰半胱氨酰甘氨酸 H2NCH CH2CH2CO

32、NH CH CO NH CH2COOHCOOHCH2SHGSHGSHGSH具有重要的功能：具有重要的功能：1 ） 解毒功能：与重金属离子、环氧化物（致癌解毒功能：与重金属离子、环氧化物（致癌物）结合排出体外。物）结合排出体外。2 ） 维持红细胞膜的完整性。维持红细胞膜的完整性。3 ） 参与高铁血红蛋白的还原作用。参与高铁血红蛋白的还原作用。4 ） 促进铁的吸收。促进铁的吸收。2H2OH2O22GSHGSSGNADP+NADPH+H+GSH过氧化物酶GSH还原酶 2、多肽类激素：促甲状腺素释放激素。、多肽类激素：促甲状腺素释放激素。 3、多肽类抗生素：短杆菌肽、多肽类抗生素：短杆菌肽 4、酪蛋白

33、磷肽（促进钙吸收剂、酪蛋白磷肽（促进钙吸收剂 CPP）CPP分子中具有丝氨酸磷酸化结构，肠分子中具有丝氨酸磷酸化结构，肠道内有钙能与道内有钙能与CPP上的磷结合使之成为上的磷结合使之成为可溶性钙，利于小肠对其吸收。可溶性钙，利于小肠对其吸收。一、蛋白质的分类一、蛋白质的分类按组成分类按组成分类:v单纯蛋白质：如血清清蛋白单纯蛋白质：如血清清蛋白v结合蛋白质：核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、金结合蛋白质：核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、金属蛋白、色蛋白。属蛋白、色蛋白。按溶解度分类：按溶解度分类： 清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、硬蛋白、组清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、硬蛋白、组蛋白、

34、精蛋白。蛋白、精蛋白。按分子形状分类按分子形状分类：v纤维状蛋白质：分子构象呈纤维形，长纤维状蛋白质：分子构象呈纤维形，长/短轴之比大于短轴之比大于10，多为结构蛋白，难溶于水。，多为结构蛋白，难溶于水。v球状蛋白质：近似球形或椭圆形，多数可溶于水或盐球状蛋白质：近似球形或椭圆形，多数可溶于水或盐溶液。溶液。第二节第二节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构二、蛋白质的一级结构（二、蛋白质的一级结构（Primary StructurePrimary Structure）蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。 1954年英国生化学家年英国生化学家Sa

35、nger报道了胰岛素的一报道了胰岛素的一级结构，是世界上第一例确定一级结构的蛋白级结构，是世界上第一例确定一级结构的蛋白质。质。Sanger由此由此1958年获年获Nobel 化学奖。化学奖。 1965年我国科学家完成了结晶牛胰岛素的合成，年我国科学家完成了结晶牛胰岛素的合成，是世界上第一例人工合成蛋白质。是世界上第一例人工合成蛋白质。 蛋白质的一级结构由遗传信息决定，其一级结蛋白质的一级结构由遗传信息决定，其一级结构决定高级结构，一级结构是基本结构构决定高级结构，一级结构是基本结构。但一。但一级结构并不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。级结构并不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。蛋白质一级结构测

36、定的意义蛋白质一级结构测定的意义许多先天性疾病是由于某一重要的蛋白许多先天性疾病是由于某一重要的蛋白质的一级结构发生了差错引起的。如血质的一级结构发生了差错引起的。如血红蛋白红蛋白亚基亚基6 位位Glu被被Val代替（基因突代替（基因突变），即表现为镰刀状贫血，为世上最变），即表现为镰刀状贫血，为世上最常见的血红蛋白病。若常见的血红蛋白病。若亚基亚基6位位Glu被被Lys取代引起另一类贫血：血红蛋白取代引起另一类贫血：血红蛋白C病。病。比较不同生物细胞色素比较不同生物细胞色素C的一级结构可以的一级结构可以帮助了解物种间的进化关系，物种间越帮助了解物种间的进化关系，物种间越接近，则细胞色素接近，

37、则细胞色素C的一级结构越相似。的一级结构越相似。（一）肽和肽键结构（一）肽和肽键结构1、肽链的结构特点是：、肽链的结构特点是：（1）肽链中的骨干是）肽链中的骨干是 单位规则地重复排列，称单位规则地重复排列，称 之为共价主之为共价主链：链： （2）每个肽键的形成都丢失一个水分子，故肽键中的氨基酸称氨基酸残）每个肽键的形成都丢失一个水分子，故肽键中的氨基酸称氨基酸残基。基。（3）各种肽链的主链结构一样，但侧链）各种肽链的主链结构一样，但侧链R基即氨基酸残基的顺序不同。基即氨基酸残基的顺序不同。（4）一条多肽链通常在一端含有一个游离的末端氨基，称）一条多肽链通常在一端含有一个游离的末端氨基，称N端；

38、另一端含端；另一端含一个游离的末端羧基，称一个游离的末端羧基，称C端。端。2、肽的命名：从、肽的命名：从N端氨基酸开始，称某氨基酰某氨基酰端氨基酸开始，称某氨基酰某氨基酰某氨基酸，某氨基酸， 如简写：如简写：Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu。 NH2CHRCOOHNH2CHRCOOH+- H2ONH2CHRCONHCHRCOOH肽键NH2CHRCONHCHRCONHCHRCOOHnCN端端3、肽键的平面结构：、肽键的平面结构： 顺式构型顺式构型中的两个中的两个C彼此接近，引起彼此接近，引起各各R基之间的空间位基之间的空间位阻，造成结构不稳；阻，造成结构不稳；反在式构型反在式构型中两者相中

39、两者相距较远，结构比较稳距较远，结构比较稳定。定。肽链中的肽键全肽链中的肽键全是反式构型是反式构型。 4、肽键共振（、肽键共振（p.164，图，图4-2）：）： 肽键是一种酰胺键，通常在羰基碳和酰胺氮之间是单键，这肽键是一种酰胺键，通常在羰基碳和酰胺氮之间是单键，这样肽链主链上的样肽链主链上的3种键（种键（ C-C键，键， C-N肽键，肽键，N-C键）都是键）都是单键，所以原则上多肽主链上的任何共价键都可发生旋转单键，所以原则上多肽主链上的任何共价键都可发生旋转。 但在酰胺氮和羰基氧之间会发生共振相互作用，其结果表现但在酰胺氮和羰基氧之间会发生共振相互作用，其结果表现两种极端形式：两种极端形式

40、： C和和O之间有一个之间有一个键和一个键和一个键连接，而酰胺键连接，而酰胺N上留有一个上留有一个孤电子对，这种结构允许孤电子对，这种结构允许C-N键自由旋转（键自由旋转（A）；）； C和和N原子参与原子参与键的形成，在羰基键的形成，在羰基O上留下一个孤上留下一个孤e-对，带对，带负电荷，酰胺负电荷，酰胺N带正电荷，这样带正电荷，这样C-N键就成为一个双键，阻键就成为一个双键，阻绕绕C-N键的自由旋转（键的自由旋转（B）。）。 肽键共振的结果：肽键共振的结果：（1）阻绕肽键）阻绕肽键C-N的自由旋转，只保留的自由旋转，只保留N-C键和键和C-C键的键的 旋转；旋转；（2）组成肽基的）组成肽基的

41、4个原子和个原子和2个相邻的个相邻的C原子倾向于共平原子倾向于共平 面，形成多肽主链的酰胺平面。面，形成多肽主链的酰胺平面。（二）肽的物理和化学性质（二）肽的物理和化学性质1、物理性质、物理性质在水溶液中以偶极离子存在，这决定于游离末端在水溶液中以偶极离子存在，这决定于游离末端-NH2 ，-COOH以及酸性和碱性氨基酸侧链以及酸性和碱性氨基酸侧链R基团上可解离的功能团。基团上可解离的功能团。肽键中的亚氨基不解离。肽键中的亚氨基不解离。2、化学反应、化学反应（1）游离的）游离的-NH2和和-COOH及及R基团可发生与氨基酸中相应的基团可发生与氨基酸中相应的基团类似的反应；基团类似的反应；（2）N

42、末端的氨基酸残基也能与茚三酮发生定量呈色反应；末端的氨基酸残基也能与茚三酮发生定量呈色反应；（3）双缩脲反应双缩脲反应为肽和蛋白质所特有、而氨基酸所没有的一为肽和蛋白质所特有、而氨基酸所没有的一种颜色反应（紫红色或紫蓝色，与种颜色反应（紫红色或紫蓝色，与CuSO4碱性液碱性液反应），借助反应），借助分光光度计可定量分析。分光光度计可定量分析。 PCOONH2HOHPCOONH3PCOOHNH3HOHP = ProtinpH pHpIpHpI蛋白质（三）蛋白质的一级结构与功能（三）蛋白质的一级结构与功能 一级结构的局部断裂与蛋白质激活一级结构的局部断裂与蛋白质激活 有些蛋白质分子的部分肽链按特定

43、方式断裂后才能呈现生物活性。有些蛋白质分子的部分肽链按特定方式断裂后才能呈现生物活性。1、血液凝固的机理：、血液凝固的机理：凝血酶致活物凝血酶致活物 交联的纤维蛋白（血凝块）交联的纤维蛋白（血凝块） 纤维蛋白溶解致活物纤维蛋白溶解致活物 凝血酶原凝血酶原 不溶性纤维蛋白不溶性纤维蛋白 纤维蛋白溶酶原纤维蛋白溶酶原 凝血酶（活性）凝血酶（活性） 纤维蛋白原纤维蛋白原 纤维蛋白溶酶（活性）纤维蛋白溶酶（活性） 纤维蛋白溶解纤维蛋白溶解 凝血酶致活物作用凝血酶原，使其分子中的二个肽键断裂。释放出一个凝血酶致活物作用凝血酶原，使其分子中的二个肽键断裂。释放出一个N端片段后成为有活性的凝血酶（端片段后成

44、为有活性的凝血酶（p.187，图，图4-21）；纤维蛋白原由）；纤维蛋白原由2条链、条链、2条链和条链和2条链组成，在凝血酶作用下，从条链组成，在凝血酶作用下，从2条条链和链和2条链的条链的N端各断裂端各断裂一个一个-Arg-Gly-键，释放出键，释放出2个纤维肽个纤维肽A和和2个纤维肽个纤维肽B，而剩下的纤维蛋白分，而剩下的纤维蛋白分子成为形成网状结构的不溶性纤维蛋白（子成为形成网状结构的不溶性纤维蛋白（p.188，图，图4-22，23）。）。 凝血酶致活物作用凝血酶原，使其分子中的二个肽键断裂。释放出一个凝血酶致活物作用凝血酶原，使其分子中的二个肽键断裂。释放出一个N端片段后成为有活性的凝

45、血酶；纤维蛋白原由端片段后成为有活性的凝血酶；纤维蛋白原由2条链、条链、2条链和条链和2条条链组成，在凝血酶作用下，从链组成，在凝血酶作用下，从2条条链和链和2条链的条链的N端各断裂一个端各断裂一个-Arg-Gly-键，释放出键，释放出2个纤维肽个纤维肽A和和2个纤维肽个纤维肽B，而剩下的纤维蛋白分子成，而剩下的纤维蛋白分子成为形成网状结构的不溶性纤维蛋白。为形成网状结构的不溶性纤维蛋白。 纤维蛋白原纤维蛋白原纤维蛋白单体纤维蛋白单体纤维蛋白纤维蛋白的生成及的生成及聚合聚合暴露了粘暴露了粘合位点合位点2、胰岛素原的激活：、胰岛素原的激活： 胰岛素原可分三部分：中间的连接肽（胰岛素原可分三部分：

46、中间的连接肽（C肽），两侧的肽），两侧的A链和链和B链。链。 C肽的一端通过两个碱性氨基酸残基（肽的一端通过两个碱性氨基酸残基（31、32位）与位）与A链链的的C末端相连，另一端通过另两个碱性氨基酸残基（末端相连，另一端通过另两个碱性氨基酸残基（62、63位）位）与与B链的链的N末端相连：末端相连： A 链链-3132 -C肽肽-6263 - B链链 S S S S 在高尔基体内，特异的肽酶断裂二个特定的肽键，释放在高尔基体内，特异的肽酶断裂二个特定的肽键，释放包括包括C肽的一段中间肽链后成为有活性的胰岛素（肽的一段中间肽链后成为有活性的胰岛素（A链和链和B链链以二个二硫键相连着）。以二个二硫

47、键相连着）。 三、蛋白质的二级结构（三、蛋白质的二级结构（secondary structuresecondary structure）二级结构二级结构：多肽链中各原子在局部空间或一段肽链的氨基酸残基的：多肽链中各原子在局部空间或一段肽链的氨基酸残基的空间排布方式。为主链构象，不涉及侧链构象。空间排布方式。为主链构象，不涉及侧链构象。（一）构型与构象（一）构型与构象构型：立体异构体中取代原子或基团在空间的取向构型：立体异构体中取代原子或基团在空间的取向 构象：取代基团在单键旋转时可能形成的不同的立体结构构象：取代基团在单键旋转时可能形成的不同的立体结构 一个碳原子和四个不同的基团相连时，只可能

48、有两种不同的空间排列，即构一个碳原子和四个不同的基团相连时，只可能有两种不同的空间排列，即构型，两种构型的互变需要共价键的断裂；而构象的改变不涉及共价键的断裂型，两种构型的互变需要共价键的断裂；而构象的改变不涉及共价键的断裂，构象可以是无数种，其中，构象可以是无数种，其中交叉型的构象最稳定交叉型的构象最稳定，重叠型的最不稳定重叠型的最不稳定。 （二）肽单元（二）肽单元（peptide unit）或肽键平面：）或肽键平面： 1925年年L.Pauling和和R.B.Corey等用等用X线衍射分析肽键的线衍射分析肽键的CN键长时发现其键长为键长时发现其键长为0.132nm，不同于，不同于CN单键键

49、长单键键长0.149nm，也不同于也不同于C=N双键键长双键键长0.127nm，介于二者之间，故其有一定程，介于二者之间，故其有一定程度的双键性能，度的双键性能，C与与N不能以不能以CN为轴心自由旋转。参与肽键的为轴心自由旋转。参与肽键的6 个原子个原子C1、C、O、N、H、 C2 被约束于一个平面上，称为肽被约束于一个平面上，称为肽键平面，为形成二级结构的基础。键平面，为形成二级结构的基础。CCONHC12-N+HC21CCO（三）二级结构类型（三）二级结构类型1 1、蛋白质、蛋白质螺旋结构螺旋结构(-helix)(-helix) Pauling and Corey提出。提出。 右手螺旋右手

50、螺旋(顺时针顺时针)。 肽链的主链形成紧密的螺旋，肽链的主链形成紧密的螺旋，侧链伸向外侧，每一圈包含侧链伸向外侧，每一圈包含3.6个氨基酸残基，每个残基个氨基酸残基，每个残基跨距为跨距为0.15nm，螺旋上升一圈，螺旋上升一圈的距离的距离(螺距螺距)为为3.60.15 =0.54nm。 螺旋通过氢键维持稳定。螺旋通过氢键维持稳定。第一第一个肽键的个肽键的NH和第四个肽键的和第四个肽键的CO形成氢键，第形成氢键，第n个肽键的个肽键的NH和第和第n+3个肽键的个肽键的CO形成形成氢键。氢键。 蛋白质中的蛋白质中的-螺旋几乎都是右螺旋几乎都是右手螺旋（稳定），原因见手螺旋（稳定），原因见p.207-

51、208。螺旋结构形成的限制因素螺旋结构形成的限制因素: : 凡是有凡是有Pro存在的地方存在的地方,不能形成。因不能形成。因Pro形成的形成的肽键肽键N原子上没有原子上没有H，不可能形成氢键。，不可能形成氢键。 静电斥力。若一段肽链有多个静电斥力。若一段肽链有多个Glu或或Asp相邻，相邻，则因则因pH=7.0时都带负电荷，防碍时都带负电荷，防碍螺旋的形成；螺旋的形成；同样多个碱性氨基酸残基在一段肽段内，正电荷同样多个碱性氨基酸残基在一段肽段内，正电荷相斥，也防碍相斥，也防碍螺旋的形成。螺旋的形成。 位阻。如位阻。如Asn、Leu侧链很大，防碍侧链很大，防碍螺旋的形成。螺旋的形成。2 2、折叠

52、（折叠（-pleated sheet-pleated sheet） 两条或多条几乎完全伸展的多肽链侧向聚集在一起，相两条或多条几乎完全伸展的多肽链侧向聚集在一起，相邻的肽键主链上的邻的肽键主链上的-NH和和C=O之间形成有规则的氢键，这样之间形成有规则的氢键，这样的多肽构象就是的多肽构象就是-折叠片。在此构象中，所有的肽键都参与折叠片。在此构象中，所有的肽键都参与链间氢键的交联，氢键与肽键的长轴接近垂直。链间氢键的交联，氢键与肽键的长轴接近垂直。N端 反平行式反平行式HHHOOOHOCNCNCNCNOOONCNCNCNHHHCHOC端N端折叠靠折叠靠不同肽键之间的肽键上不同肽键之间的肽键上CO

53、与与NH形成氢键形成氢键而得以稳定。反平行式比平行式稳定。而得以稳定。反平行式比平行式稳定。 平行式平行式HHNCNCNCNCOHOOOHHHHOOOHOCNCNCNCNN端3、转角（转角（ -turn）：）： 折叠反平行式的转折处。第一个残基的折叠反平行式的转折处。第一个残基的C=O与第四个与第四个残基的残基的NH形成氢键。形成氢键。 脯氨酸和甘氨酸常在这种结构中存在。脯氨酸具有环状结脯氨酸和甘氨酸常在这种结构中存在。脯氨酸具有环状结构和固定的构和固定的角，能迫使角，能迫使转角的形成；甘氨酸缺少侧链，在转角的形成；甘氨酸缺少侧链，在转角中能很好地调整其他残基的空间阻碍。转角中能很好地调整其他

54、残基的空间阻碍。4、无规卷曲（、无规卷曲（random coil ）：没有确定的规律性。：没有确定的规律性。超二级结构超二级结构 若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形成有规则、在空间上能辨认的二级结构组合体，充当三级形成有规则、在空间上能辨认的二级结构组合体，充当三级结构的组体，这称为超二级结构。结构的组体，这称为超二级结构。 有三种基本组合方式：有三种基本组合方式：（1）：有两股或三股右手：有两股或三股右手-螺旋彼此缠绕而成的左手超螺螺旋彼此缠绕而成的左手超螺旋，重复距离约旋，重复距离约140。螺旋链之间是由向着超螺旋内部的非。螺

55、旋链之间是由向着超螺旋内部的非极性侧链相互作用，而极性侧链处于蛋白质分子表面，与水极性侧链相互作用，而极性侧链处于蛋白质分子表面，与水接触。超螺旋的稳定性主要是非极性侧链间的范德华相互作接触。超螺旋的稳定性主要是非极性侧链间的范德华相互作用的结果。用的结果。（2）：最简单的：最简单的组合是由二段平行式的组合是由二段平行式的-链和一段连链和一段连接链组成。连接链是接链组成。连接链是-螺旋或无规则卷曲，大体上反平行于螺旋或无规则卷曲，大体上反平行于-链。最常见的链。最常见的组合是由三段平行式的组合是由三段平行式的-链和二段链和二段-螺旋链螺旋链构成。连接链都是以右手交叉连接方式处于构成。连接链都是

56、以右手交叉连接方式处于-折叠片的一侧折叠片的一侧。 （3）：有：有-曲折和回形拓扑结构二种组合形式。曲折和回形拓扑结构二种组合形式。 -曲折是由一级结构上连续、在曲折是由一级结构上连续、在-折叠中相邻的三条反折叠中相邻的三条反平行式平行式-链通过紧凑的链通过紧凑的-转角连接而成。转角连接而成。 回形拓扑结构也是反平行式回形拓扑结构也是反平行式-折叠片通过紧凑的折叠片通过紧凑的-转角转角连接形成，但构成的是回形结构。连接形成，但构成的是回形结构。 模序（模序（motif）：）：蛋白质分子中，二个或三个具蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成有二级结构的肽段，在空间上相

57、互接近，形成 一个有一个有特殊功能的空间结构。如钙结合蛋白中的结合钙离子特殊功能的空间结构。如钙结合蛋白中的结合钙离子的模序。的模序。螺旋螺旋NCCa2+钙结合蛋白中的结合钙离子的模序 蛋白质空间构象的正确形成除一级结构蛋白质空间构象的正确形成除一级结构为决定因素外，还需要一类称为为决定因素外，还需要一类称为分子伴分子伴侣（侣（chaperon）的蛋白质参加的蛋白质参加。 分子伴侣可防止错误的聚集发生，使肽分子伴侣可防止错误的聚集发生，使肽链正确的折叠；也可与错误聚集的肽段链正确的折叠；也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。 分子伴侣对二硫

58、键的形成起重要作用。分子伴侣对二硫键的形成起重要作用。四、蛋白质的三级结构（四、蛋白质的三级结构（teritary stuctureteritary stucture） 三级结构三级结构:整条肽链中全部氨基酸残基的整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，即整条肽链的三维构象。相对空间位置，即整条肽链的三维构象。 结构域结构域:在蛋白质结构中形成一紧密的结在蛋白质结构中形成一紧密的结构，具有特殊的功能，多为蛋白质的活性构，具有特殊的功能，多为蛋白质的活性部位。有的蛋白质分子有一个结构域，有部位。有的蛋白质分子有一个结构域，有的有多个，如纤连蛋白含有的有多个，如纤连蛋白含有6 个结构域。个结构域。

59、 维持蛋白质三级结构的主要作用力为侧链维持蛋白质三级结构的主要作用力为侧链间的相互作用间的相互作用:氢键、离子键、疏水键及氢键、离子键、疏水键及二硫键。二硫键。1、氢键、氢键 如水分子如水分子 多肽主链上的羰基氧和酰氨氢之间形成的氢键是维多肽主链上的羰基氧和酰氨氢之间形成的氢键是维持蛋白质二级结构的主要作用力。持蛋白质二级结构的主要作用力。 侧链与侧链侧链与侧链、侧链与介质水侧链与介质水、主链肽基与侧链主链肽基与侧链或或主主链肽基与水链肽基与水之间形成的氢键，参与三级结构。之间形成的氢键，参与三级结构。 电负性原子（电负性原子（N、O、S）与氢形成的基团（）与氢形成的基团（N-H、O-H）具有

60、很大的偶极距，成键电子云分布偏向负电性）具有很大的偶极距，成键电子云分布偏向负电性大的重原子核，而氢原子核周围的电子分布就少，正电大的重原子核，而氢原子核周围的电子分布就少，正电荷的氢核就在外侧裸露，所以遇到另一个电负性强的原荷的氢核就在外侧裸露，所以遇到另一个电负性强的原子时，就产生静电吸引，即所谓氢键：子时，就产生静电吸引，即所谓氢键： XH-Y X、Y是负电性强的原子，是负电性强的原子，XH是共价键，是共价键，H-Y是是氢键，氢键，X是氢（质子）供体，是氢（质子）供体，Y是氢（质子）受体。是氢（质子）受体。HOHHOHHOHHOHHOHHOH水分子中的氢键2、疏水键、疏水键 水介质中球状