《生物化学》课件-项目2 生物大分子：蛋白质与核酸

蛋白质的分子组成空壳奶粉EVENT事件SHIJIAN蛋白质是由许多氨基酸通过肽键相连形成的有特定空间结构和生物学活性的高分子含氮化合物蛋白质的概念一、蛋白质的元素组成及特点1组成蛋白质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰，个别蛋白质还含有碘一、蛋白质的元素组成及特点2蛋白质元素组成的特点——含N元素各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％体内的含氮物质以蛋白质为主测定生物样品中的含氮量推算出蛋白质的大致含量100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数×6.25×100116%二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸1氨基酸的结构特点存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的编码氨基酸仅有20种共同部分侧链CHH2NCOOHR二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸1氨基酸的结构特点COOHCRH2NHL-氨基酸COOHCRNH2HD-氨基酸构成人体蛋白质的氨基酸有20种，除甘氨酸外（甘氨酸的R为H原子）均为L-α-氨基酸2氨基酸的分类R－CH－COOH－NH2非极性侧链氨基酸(8种)水溶性小其侧链为非极性疏水基团极性中性侧链氨基酸(7种)易溶于水其侧链具有亲水性酸性氨基酸(2种)侧链上有羧基，在水溶液中能释放出H+而带负电荷碱性氨基酸（3种）侧链上有氨基、胍基、咪唑基等，在水溶液中能接受H+

而带正电荷二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸非极性侧链氨基酸(8种)CH3CHCOOHNH2中文名称丙氨酸英文名称alanine缩写符号AlaA结构式等电点6.00缬氨酸valineValV5.96CH3-CHCH3CHCOOHNH2亮氨酸leucineLeuL5.98异亮氨酸isoleucineIleI6.02苯丙氨酸phenylalaninePheF5.48脯氨酸prolineProP6.30蛋氨酸methionineMetM5.74CH3-CH-CH2CH3CHCOOHNH2CH3-CH2-CHCH3CHCOOHNH2-CH2CHCOOHNH2

CH2CHCOOHNHCH2CH2CH3SCH2CH2CHCOOHNH2甘氨酸glycineGlyG5.97CHCOOHNH2H二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸极性中性侧链氨基酸(7种)中文名称丝氨酸英文名称serine缩写符号SerS结构式等电点5.68苏氨酸threonineThrT5.60酪氨酸tyrosineTryY5.66半胱氨酸cysteineCysC5.07天冬酰胺asparagineAsnN5.41谷氨酰胺glutamineGlnQ5.65HO-CH2CHCOOHNH2CHCOOHNH2HO-CHCH3-CH2CHCOOHNH2HO-HS-CH2CHCOOHNH2H2N-C-CH2CHCOOHNH2OCHCOOHNH2H2N-C-CH2-CH2O色氨酸tryptophanTryW5.89CHCOOHNH2-CH2NH

二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸酸性氨基酸(2种)中文名称天冬氨酸英文名称asparticacid缩写符号AspD结构式等电点2.97谷氨酸glutamicacidGluE3.22

HOOC-CH2CHCOOHNH2CHCOOHNH2

HOOC-CH2-CH2碱性氨基酸(3种)中文名称赖氨酸英文名称lysine缩写符号LysK结构式等电点9.74精氨酸arginineArgR10.76组氨酸histidineHisH7.59NH2CH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2CHCOOHNH2NH2-CNHCH2CH2CH2NHCHCOOHNH2HCCH2NHCNCH二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸3氨基酸的连接方式肽键甘氨酸+HNH2CHCOOHHNHCHCOOHH甘氨酸-HOH甘氨酰甘氨酸HNH2CHCOHNHCHCOOH肽键(peptidebond)是由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合而形成的酰胺键（-CO-NH-）二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸3氨基酸的连接方式二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸三、临床应用氨基酸是合成人体蛋白质和其它组织的氮源,是维持生命的基本物质复方氨基酸注射液在临床上应用于蛋白质摄入不足、氨基酸吸收障碍等患者，亦用于改善手术后病人的营养状况小结组成蛋白质的元素蛋白质的元素组成特点

蛋白质的元素组成及特点蛋白质的基本组成单位-氨基酸氨基酸的结构特点氨基酸的分类氨基酸的连接方式如何测定生物制品中蛋白质的含量？思考题蛋白质的分子结构弗雷德里克·桑格1953年英国生物化学家弗雷德里克·桑格完成了牛胰岛素一级结构的测定，这是世界上第一个被确定一级结构的蛋白质（1918年8月13日－2013年11月19日）一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)蛋白质的基本结构蛋白质的空间结构一、蛋白质的一级结构定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键一级结构是蛋白质空间结构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一、蛋白质的一级结构肽键的键长为0.132nm，短于单键的0.149nm，长于双键的0.127nm，故具有部分双键的特性，不能旋转C－N0.147nmC＝N0.123nm肽键0.132nm一、蛋白质的一级结构参与肽键的6个原子C

1、C、ON、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(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元(peptideunit)肽单元(肽键平面)二、蛋白质的空间结构1二级结构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肽链主链骨架原子:N（氨基氮）Cα（α-碳原子）和Co（羰基碳）3个原子依次重复排列二、蛋白质的空间结构1二级结构

-螺旋(

-helix)

-折叠(

-pleatedsheet)

-转角(

-turn)

无规卷曲(randomcoil)

二级结构主要形式二级结构主要化学键：氢键二、蛋白质的空间结构2三级结构只有具有三级结构的多肽链才能称为蛋白质整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，即肽链中所有原子在三维空间的排布位置三级结构的稳定因素（副键）疏水作用、氢键、范德华力和盐键等非共价键及少量的二硫键二、蛋白质的空间结构2三级结构C端N端肌红蛋白(Mb)二、蛋白质的空间结构3四级结构亚基之间的结合力主要靠非共价键：疏水作用、氢键、盐键蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用亚基(subunit)有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链每一条多肽链都有完整的三级结构三、临床应用

蛋白质结构对揭示某些疾病的发病机制指导疾病治疗有重要意义。如镰刀型红细胞贫血、老年痴呆症、疯牛病等都是由于蛋白质结构改变引起的小结级别概念形式化学键一级结构氨基酸的排列顺序链式基本结构肽键二级结构局部主链原子的空间排列α-螺旋、β折叠等氢键三级结构所有原子的空间排列二级结构的基础上进一步盘曲疏水作用、盐键、氢键和范德华力四级结构各亚基间的空间排列亚基聚合非共价键蛋白质各级结构的比较它们的最高级结构是几级结构？思考题蛋白质结构与功能的关系思考镰刀型细胞贫血症发病原因是什么？正常人红细胞镰刀型细胞贫血症患者红细胞思考蛋白质结构与功能有什么关系呢？一、蛋白质一级结构与功能的关系一级结构不同一级结构相似蛋白质的一级结构是空间结构的基础构象和功能自然不同构象及其功能也可能会相似一、蛋白质一级结构与功能的关系核糖核酸酶一级结构与功能的关系二硫键破坏后，生物学活性丧失加入尿素、β-巯基乙醇去除尿素、β-巯基乙醇HSSHSHHSHSSHHSHS2611095847265584026110958472584065天然状态有催化活性非折叠状态无活性一、蛋白质一级结构与功能的关系胰岛素一级结构与功能的关系将A链N端的第1个氨基酸残基切去，其活性只剩2％～10％，再将第2～4位氨基酸残基切去，其活性完全丧失将A、B两链间的二硫键还原，A、B两链即分离，胰岛素的功能完全消失将B链第28～30位氨基酸残基切去，其活性仍能维持100%二、蛋白质空间结构与功能的关系血红蛋白空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系朊病毒蛋白空间结构与功能的关系蛋白质构象疾病若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。如人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等二、蛋白质空间结构与功能的关系朊病毒蛋白空间结构与功能的关系疯牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一组人和动物神经的退行性病变正常PrP富含α-螺旋，称为PrPc。在某种未知蛋白质作用下转变成为β-折叠的PrPsc，从而致病PrPcα-螺旋PrPscβ-折叠正常疯牛病三、临床应用疯牛病目前暂无特效疗法，因疯牛病病情会随时间逐渐加重，一定程度上清除朊病毒可对病情起到缓解和控制的作用。

当前科学条件有可将突变型蛋白质从血液中滤除的手段，通过其治疗便可减少病毒的总量。小结

蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质空间结构与功能的关系举例说明蛋白质结构与功能的关系思考题蛋白质的理化性质血析HEMODIALYSIS液透一、两性解离和等电点蛋白质是两性化合物，具有两性解离的特性等电点：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、胶体性质蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之巨，其分子的直径可达1～100nm，为胶粒范围之内胶体性质二、胶体性质不能透过半透膜蛋白质是生物大分子临床应用血液透析、实验室透析技术二、胶体性质具有亲水胶体性质蛋白质溶液是稳定的高分子溶液水化膜带同种电荷维持蛋白质胶体稳定性的条件三、蛋白质变性变性在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失

破坏非共价键和二硫键（空间结构），不改变蛋白质肽链的一级结构变性的本质高温、高压、强酸、强碱有机溶剂、重金属离子、生物碱试剂、辐射等变性的因素变性DENATURATION四、临床应用临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌防止蛋白质变性是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件变性应用小结

蛋白质的等电点

胶体性质（维持蛋白质稳定性的因素)蛋白质的变性（定义、本质、因素、应用）加热会使蛋白质变性在变性过程中肽键是否因此而断裂呢?思考题核酸的分子组成案例导入核酸的定义脱氧核糖核酸(DNA)核糖核酸(RNA)核酸是由核苷酸聚合而成的一类生物大分子，携带和传递遗传信息。核酸的元素组成C、H、O、N、P（9%~10%）P核酸的基本组成单位—核苷酸核酸(DNA和RNA)核苷酸核苷和脱氧核苷磷酸戊糖碱基嘌呤嘧啶核糖脱氧核糖核苷酸的基本组成成分仅存在于DNA中仅存在于RNA中碱基嘌呤嘧啶腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)尿嘧啶(U)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)存在于DNA和RNA中碱基核苷酸的基本组成成分戊糖（构成RNA）1´2´3´4´5´D-核糖(ribose)（构成DNA）D-2′-脱氧核糖(deoxyribose)核苷酸的基本组成成分核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷键嘌呤N-9与核糖C-1

通过β-N-糖苷键相连形成核苷(ribonucleoside)核苷酸的构成NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷键磷酸酯键核苷酸：AMP，GMP，

CMP，UMP脱氧核苷酸：dAMP，dGMP，

dCMP，dTMP

重要的核苷酸及其衍生物1.多磷酸核苷酸

NOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHATP（腺苷三磷酸）重要的核苷酸及其衍生物2.环核苷酸cAMPcAMP，cGMP在细胞信号转导过程中发挥重要作用。小结核酸的分类：根据所含戊糖的不同，分为DNA和RNA两类核酸的元素组成：由C、H、O、N和P五种元素构成，其中P含量约占9-10%核酸的基本组成单位：核苷酸核苷酸的基本组成成分是哪三种？思考题DNA的结构与功能案例导入人类基因组计划（HGP）核酸的结构5´端3´端CGADNA的结构A

GP5

PT

PGPCPTPOH3

5

A

G

T

G

C

T

3

DNA的一级结构DNA分子中从5’-端到3’-端脱氧核苷酸的排列顺序称为DNA的一级结构。DNA的结构DNA的二级结构反向平行的右手双螺旋结构。DNA的结构DNA双螺旋结构模型要点反向平行的“右手”双螺旋结构脱氧核糖与磷酸位于外侧双螺旋间的碱基配对

[A]=

[T][G]

[C]

A-T

G-C维持双螺旋结构稳定的作用力是氢键和碱基堆积力DNA的功能DNA分子中特定的核苷酸序列编码生物体的遗传信息通过复制将遗传信息传递给子代通过转录和翻译确保各种蛋白质的有序合成小结

DNA的一级结构是从5＇-末端到3＇-末端脱氧核苷酸的排列顺序SummaryDNA的二级结构是反向平行的“右手”双螺旋结构维持DNA双螺旋结构稳定的主要因素是什么？思考题RNA的结构与功能案例导入新冠肺炎与新型冠状病毒RNA的结构与功能RNA通常以单链的形式存在，但也可自身回折形成局部的双链结构。RNA比DNA小的多，但种类和功能比DNA多样。可以分为信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）和核糖体RNA（rRNA）mRNA的结构与功能信使RNA(mRNA)从DNA转录遗传信息，是细胞内合成蛋白质的