生物化学讲义归纳doc.docx

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生物化学讲义归纳doc

第一篇生物大分子的结构与功能

生物大分子（biopolymer、biomacromolecule）是指生物体内由分子量较低的基本结构单位按一定顺序和方式连接而成的多聚化合物。

包括核酸、蛋白质、多糖、蛋白聚糖和复合脂类等。

自然界典型的生物大分子的分子量在104Ｄ以上

第一章蛋白质的结构与功能

一、蛋白质的生物学重要性

1.蛋白质是生物体重要组成成分

分布广：

蛋白质普遍存在于生物界；所有器官、组织都含有蛋白质；

细胞的各个部分都含有蛋白质。

2.蛋白质具有重要的生物学功能

1）作为生物催化剂（酶）

2）调节蛋白（激素、酶）

3）防御蛋白（免疫球蛋白）

4）转运蛋白（载体）

5）收缩或运动（肌动蛋白）

6）营养和储存蛋白（外源蛋白）

7）结构蛋白（胶原、弹性蛋白）

8）其他：

信息传递、受体识别等

3.氧化供能

二、蛋白质定义

蛋白质（protein）是由许多氨基酸（aminoacids）通过肽键（peptidebond）相连形成的高分子含氮化合物。

protein一词就是来自1938年JonsJBerzelius创造的希腊单词protios，意为第一或最重要的意思，是生命的物质基础

蛋白质的分子组成

TheMolecularComponentofProtein

一、蛋白质的元素

组成主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘

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，就可以根据以下公式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×6.25×100

二、氨基酸（aminoacid，aa\AA）

组成蛋白质的基本结构单位

存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属L--氨基酸（甘氨酸除外）

（一）氨基酸的一般结构式

除脯氨酸和羟脯氨酸外，这些天然氨基酸在结构上的共同特点为：

（1）.分子中同时含有羧基和氨基，且与羧基相邻的α-碳原子上都有一个氨基，因而称为α-氨基酸。

（2）.除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的α-碳原子都为不对称碳原子

A.都具有旋光性；B.都具有D-型和L-型两种立体异构体。

组成人体蛋白质的氨基酸都为L-型。

（二）氨基酸的分类

根据侧链极性进行分类

非极性R基氨基酸：

水中溶解度小于极性R基氨基酸

不带电荷的极性R基氨基酸：

水中溶解度大于非极性R基氨基酸

带正电荷的R基氨基酸：

生理条件下带正电荷

带负电荷的R基氨基酸：

生理条件下带负电荷

（三）氨基酸的理化性质

1.两性解离及等电点

氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。

等电点（isoelectricpoint,pI）

在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。

此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。

2.紫外吸收色氨酸、酪氨酸的苯丙氨酸等芳香族氨基酸最大吸收峰在280nm附近。

大多数蛋白质含有色氨酸、酪氨酸，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。

3.茚三酮反应

氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。

由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。

三、肽键和多肽链

（一）肽键和肽（peptide）

肽键（peptidebond）是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。

肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。

两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽……

由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽（oligopeptide），由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽（polypeptide）。

肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基（residue）。

多肽链（polypeptidechain）是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。

多肽链有两端

N末端：

多肽链中有自由氨基的一端

C末端：

多肽链中有自由羧基的一端

（二）生物活性肽

1.谷胱甘肽（glutathione,GSH）

2.多肽类激素及神经肽

多肽和蛋白质的区别：

（参照）

氨基酸残基数量<50>100分子量：

<10KD>10KD

有无严密且相对稳定的空间结构：

四、蛋白质的分类

（一）、依据蛋白质的分子形状和空间构型

1.球状蛋白质：

外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶大多数蛋白质属于这一类。

2.纤维状蛋白质：

分子类似纤维或细棒分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质

（二）、依据蛋白质的组成分为简单蛋白和结合蛋白

1.简单蛋白：

又称为单纯蛋白质

（1）清蛋白和球蛋白：

广泛存在于动物组织中，易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。

（2）谷蛋白和醇溶蛋白：

植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者可溶于70－80％乙醇中。

（3）精蛋白和组蛋白：

碱性蛋白质，存在与细胞核中。

（4）硬蛋白：

存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。

2.结合蛋白：

由单纯蛋白与其它非蛋白成分结合而成

（1）色蛋白：

由简单蛋白与色素物质结合而成。

如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。

（2）糖蛋白：

由简单蛋白与糖类物质组成。

如细胞膜中的糖蛋白等。

（3）脂蛋白：

由简单蛋白与脂类结合而成。

如血清-、-脂蛋白等。

（4）核蛋白：

由简单蛋白与核酸结合而成。

如细胞核中的核糖核蛋白等。

（5）磷蛋白：

由简单蛋白质和磷酸组成。

如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白等。

（三）、按功能分为活性蛋白和非活性蛋白

（四）、家族分类法

蛋白质的分子结构

TheMolecularStructureofProtein

蛋白质的分子结构包括:

一级结构（primarystructure）二级结构（secondarystructure）

三级结构（tertiarystructure）四级结构（quaternarystructure）

一、蛋白质的一级结构（primarystructure）

定义

蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。

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构象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。

二、蛋白质的二级结构（secondarystructure）

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。

主要的化学键：

氢键

氢键:

当氢原子与氧、氮、氟等负电性很大的原子成键时，由于电子云向负电性大的原子作很大偏移，使氢原子核暴露，于是氢核的正电荷与第二个分子中的负电性强的氟、氧或氮原子产生静电引力，此引力即为氢键。

它是一种特殊的偶极与偶极间的作用力，其数值约为21KJ/mol，较一般分子间力10KJ/mol大，但只及一般共价键的1/10~1/20。

特点：

有方向性和饱和性，可存在于分子间或分子内。

（一）肽单元

参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所处的位置为反式（trans）构型，N—H上的H和C═O上的O方向总是相反,此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元（peptideunit）。

蛋白质二级结构的主要形式

-螺旋（-helix）-折叠（-pleatedsheet）-转角（-turn）卷曲（coil）

（二）-螺旋

1）.组成人体蛋白质右手螺旋：

是从N端到C端为顺时针方向的右手螺旋结构，肽链骨架由肽键上的C、N原子与氨基酸残基中的α碳原子组成（N-C-Cα），交替形成了肽链主链，螺旋每圈由3.6个氨基酸残基组成，每圈上下螺距为0.54nm，每个残基向上移动0.15nm

2）.稳定力量：

氢键，每个肽键平面的C═O和第4个肽键上的N—H形成氢键，且氢键方向与α－螺旋长轴基本平行

3）.侧链：

氨基酸残基侧链R在螺旋外侧

（三）-折叠（又称-片层）

-折叠特点：

1）肽键平面充分伸展，呈锯齿状

2）每个肽单元以α碳原子为旋转点，依次折叠。

氨基酸残基的侧链交替位于锯齿状结构的上下方。

3）稳定力量：

氢键，方向与-折叠的长轴垂直

4）锯齿状结构一般比较短，只含5-8个氨基酸残基

（四）非重复二级结构——-转角和卷曲

Super-secondarystructure（超二级结构）

Betweensecondaryandtertiarystructure

超二级结构在许多蛋白质分子中，可发现二个或二个以上具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，相互作用，形成一个有规则的二级结构聚集体，被称为超二级结构。

模体（motif）二个或二个以上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，其具有特征性的氨基酸排列顺序，并且同特定的功能相联系.

即具有特殊功能的超二级结构称为基序或模体

模体常见的形式α-螺旋-β转角（或环）-α-螺旋模体

链-β转角-链模体

链-β转角-α-螺旋-β转角-链模体

J结构域：

大分子蛋白质由于相邻的超二级结构紧密联系，形成两个或多个在空间上具有明显区别的局部区域，这种局部区域各有独特的空间构象，并承担不同的生物学功能叫做结构域

三、蛋白质的三级结构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。

主要的化学键

疏水键、离子键、二硫键、氢键和VanderWaals力等。

四、蛋白质的四级结构

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，称为蛋白质的亚基（subunit）。

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，称为蛋白质的四级结构。

亚基之间的结合力主要是氢键和离子键等非共价键。

蛋白质四级结构内涵：

亚基的数目、种类、空间排列方式

自然界蛋白质的亚基数目多为偶数，可有相同或不同的亚基组成。

若亚基相同，称为纯聚体；亚基不同，称为杂聚体，不同亚基一般用a、、r等来命名。

并不是所有的蛋白质都具有四级结构

判断的依据：

*两条以上多肽链组成，每一条多肽链都有完整的三级结构

*亚基间的连接键都是非共价键

亚基单独存在时一般不具备此蛋白的生物活性，只有按特定方式组装成具有四级结构时，蛋白质才具有生物活性

分子伴侣

分子伴侣（chaperon）是细胞一类保守蛋白质，通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。

1.热休克蛋白（heatshockprotein,HSP）

HSP70、HSP40和GreE族

2.伴侣素（chaperonins）

GroEL和GroES家族

伴侣素的主要作用——

为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。

（二）蛋白质一级结构的种属差异

一、蛋白质一级结构与功能的关系

1．一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能

2．氨基酸序列提供重要的生物进化信息

（二）一级结构与分子病由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。

（涉及蛋白质分子结构异常或氨基酸的缺失、替换等）

1、蛋白质分子中关键活性部位氨基酸残基的改变，会影响其生理功能这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病