1、什么是生物化学？什么是生物化学？ 生物化学是研究生物化学是研究生命化学生命化学的科学，它在的科学，它在分子水平探讨生命的本质，即研究分子水平探讨生命的本质，即研究生物体的生物体的分子结构与功能、物质代谢与调节、及其在分子结构与功能、物质代谢与调节、及其在生命活动中的作用。生命活动中的作用。 绪绪 论论学习内容学习内容 生物大分子的结构与功能：生物大分子的结构与功能： 蛋白质化学、核酸化学、酶蛋白质化学、核酸化学、酶 物质代谢及其调节物质代谢及其调节 糖、脂、氨基酸、核苷酸代谢，糖、脂、氨基酸、核苷酸代谢， 生物氧化、代谢联系与调节生物氧化、代谢联系与调节 遗传信息的传递遗传信息的传递 DNAD
2、NA复制、复制、RNARNA转录、蛋白质生物合成、转录、蛋白质生物合成、 基因表达调控、基因重组与基因工程基因表达调控、基因重组与基因工程 专题篇专题篇 细胞信息传递、癌基因、抑癌基因与生长因子、细胞信息传递、癌基因、抑癌基因与生长因子、血液生化、肝胆生化血液生化、肝胆生化学习生化基本方法与要求学习生化基本方法与要求 基本概念要清楚基本概念要清楚 重点内容要掌握重点内容要掌握 章节之间会联系章节之间会联系 课后复习很重要课后复习很重要核蛋白是最简单的生命形式核蛋白是最简单的生命形式 烟草花叶病毒烟草花叶病毒阮病毒阮病毒分布广：分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；所有器官、组织都含有蛋白质；细胞
3、的各个部分都含有蛋白质。细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：含量高：蛋白质是细胞内蛋白质是细胞内最丰富最丰富的有机分的有机分子，占人体干重的子，占人体干重的45，某些组织含量更高，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达例如脾、肺及横纹肌等高达80。1 1）生物催化剂：酶）生物催化剂：酶2 2）代谢调节作用：激素）代谢调节作用：激素 ，受体，受体，G G蛋白，等蛋白，等3 3）防御作用：免疫球蛋白）防御作用：免疫球蛋白 ，等，等4 4）物质转运：血红蛋白）物质转运：血红蛋白 ，等，等5 5）运动与支持：肌动蛋白，等）运动与支持：肌动蛋白，等6 6）营养和存储：酪蛋白，卵清蛋白，等）营养和存储
4、：酪蛋白，卵清蛋白，等7 7）结构蛋白）结构蛋白 ：胶原蛋白，弹性蛋白，角蛋白：胶原蛋白，弹性蛋白，角蛋白 ，等，等8 8）其他：毒蛋白，甜味剂，等）其他：毒蛋白，甜味剂，等碳碳 50-5550-55氢氢 6-86-8氧氧 20-2320-23氮氮 15-1715-17硫硫 0-30-3其他其他 微微 量量1、主要元素：、主要元素：碳、氢、氧、氮和硫，有些蛋白碳、氢、氧、氮和硫，有些蛋白质还含有少量磷和金属元素。质还含有少量磷和金属元素。2、特点：、特点：各种蛋白质的含氮量很接近，平均含各种蛋白质的含氮量很接近，平均含氮量为氮量为16%。3、定氮法测定蛋白质含量：、定氮法测定蛋白质含量： 蛋白
5、质含量蛋白质含量6.25样品含氮量样品含氮量 1/16%小结二、结构单位二、结构单位氨基酸氨基酸（amino acid）（一）氨基酸的一般结构式（一）氨基酸的一般结构式存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300多种，但组成人多种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有体蛋白质的氨基酸仅有20余种，余种，绝大多数蛋白质绝大多数蛋白质只由只由20种种氨基酸组成，氨基酸组成，且属且属 L-氨基酸氨基酸（甘氨酸，（甘氨酸，脯氨酸除外）。脯氨酸除外）。水解水解水解水解酸酸/碱碱/酶酶H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H 脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）
6、CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2 按其侧链按其侧链的结构和理化性质分类的结构和理化性质分类非极性、疏水氨基酸非极性、疏水氨基酸(非极性非极性R基氨基酸基氨基酸)： Val, Leu, Ile（支链）；（支链）；Met（含硫）；（含硫）；Phe , Trp （芳香族）；（芳香族）；Pro（亚氨基）；（亚氨基）；Ala（脂肪烃（脂肪烃 ）极性、中性氨基酸极性、中性氨基酸(不带电荷的极性不带电荷的极性R基氨基酸基氨基酸) ： Ser, Thr（含羟基）；（含羟基）；Tyr（芳香族）；（芳香族）；Cys（含（含硫）；硫）；Gln, Asn（含酰氨）（含酰氨）
7、 ；Gly（无旋光异构）（无旋光异构）（二）氨基酸的分类（二）氨基酸的分类 酸性氨基酸（含有两个羧基）：酸性氨基酸（含有两个羧基）： Glu（含（含羧基）、羧基）、Asp（含（含羧基）羧基） 碱性氨基酸（含有两个以上氨基）：碱性氨基酸（含有两个以上氨基）： Arg（胍基）、（胍基）、His（咪唑基）、（咪唑基）、Lys（氨基）氨基）含硫氨基酸：含硫氨基酸：Met、Cys芳香族氨基酸：芳香族氨基酸：Phe、Tyr、Trp1. 非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸2. 极性中性氨基酸极性中性氨基酸3. 酸性氨基酸酸性氨基酸4. 碱性氨基酸碱性氨基酸n蛋白质基本结构单位：蛋白质基本结构单位：L 氨基
8、酸氨基酸 氨基酸：脯氨酸（亚氨基酸）除外氨基酸：脯氨酸（亚氨基酸）除外 L氨基酸：甘氨酸（无不对称氨基酸：甘氨酸（无不对称C）除外）除外n 氨基酸结构通式：氨基酸结构通式：RCH(NH2)COOHn 常见氨基酸种类：常见氨基酸种类：20种。种。小结(zwitterion)pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+三、氨基酸的理化性质三、氨基酸的理化性质
9、1、两性解离、两性解离pH pI正电荷正电荷 两性离子两性离子 负电荷负电荷负极移动（电场中）负极移动（电场中） 不移动不移动 正极移动正极移动n等电点（等电点（isoelectric point, pI）：在某一）：在某一pH环境中，环境中，氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等，所带氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等，所带净电荷为零净电荷为零，在电场中不泳动。此时，氨基酸所处环，在电场中不泳动。此时，氨基酸所处环境的境的pH值值称为该氨基酸的等电点。称为该氨基酸的等电点。2、紫外吸收：、紫外吸收：nTrp、Tyr和和Phe在在280nm波波长附近具有最大长附近具有最大吸收峰，其中吸
10、收峰，其中Trp的最大吸收的最大吸收最接近最接近280nm3、显色反应：、显色反应：（1）茚三酮反应）茚三酮反应氨基酸与茚三酮水合物共热，生成氨基酸与茚三酮水合物共热，生成蓝紫色蓝紫色化合物，其最大吸收峰化合物，其最大吸收峰为为570nm，可用于氨基酸定量分析。，可用于氨基酸定量分析。例外：例外：Pro黄色；黄色；Asn棕色棕色n等电点（等电点（isoelectric point, pI）：在某一）：在某一pH环境中，环境中，氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等，所带净电氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等，所带净电荷为零，在电场中不泳动。此时，氨基酸所处环境的荷为零，在电场中不泳动。
11、此时，氨基酸所处环境的pH值称为该种氨基酸的等电点值称为该种氨基酸的等电点(pI)。等电点计算：两性离子两边的等电点计算：两性离子两边的pK值的算术平均值值的算术平均值。带电状态判定：带电状态判定： pI-pH （正数带正电，负数带负电）（正数带正电，负数带负电）n紫外吸收：紫外吸收：Trp、Tyr和和Phe在在280nm波长附近具有最大波长附近具有最大吸收峰，其中吸收峰，其中Trp的最大吸收最接近的最大吸收最接近280nm小结 （一）氨基酸的成肽反应（一）氨基酸的成肽反应 -羧基和羧基和-氨基之间脱去一分子水形成的酰胺氨基之间脱去一分子水形成的酰胺键，是蛋白质中氨基酸间最基本的连接方式。键，
12、是蛋白质中氨基酸间最基本的连接方式。三、肽键和多肽链三、肽键和多肽链 肽分类、命名肽分类、命名* * 肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。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两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨基酸缩合，三分子氨基酸缩合则形成则形成三肽三肽* * 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。* * 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称由更多的氨基酸相连形成的
13、肽称多肽多肽(polypeptide)。甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO 多肽链多肽链蛋白质的基本结构形式蛋白质的基本结构形式n多肽链多肽链 (NHCHCONHCHCO)n多肽链的方向性：从多肽链的方向性：从N末端指向末端指向C末端。末端。（二）生物活性肽：（二）生物活性肽：n谷胱甘肽谷胱甘肽n神经肽：脑啡肽、内神经肽：脑啡肽、内啡肽、强啡肽、啡肽、强啡肽、P物质、物质、Y肽肽n肽类激素：催产素、肽类激素：催产素、加压素等加压素等n其他：生长因子；短其他：生长因子；短杆菌杆菌S；甜味肽等；甜味肽等 体内许多激素属寡
14、肽或多肽体内许多激素属寡肽或多肽1、连接方式：、连接方式：肽键肽键n肽键肽键(peptide bond)：一个氨基酸的羧基与另一氨基酸：一个氨基酸的羧基与另一氨基酸的氨基缩水而成的酰胺键称为肽键。（的氨基缩水而成的酰胺键称为肽键。（CONH）n肽平面肽平面(peptide unit)：由肽键中的四个原子（：由肽键中的四个原子（-CO-NH-）和与之相邻的两个和与之相邻的两个 碳原子共同构成的刚性平面碳原子共同构成的刚性平面（CCONHC）。）。2、生物活性肽：、生物活性肽：n谷胱甘肽：谷胱甘肽：Glu-Cys-Gly，Glu以以羧基形成肽键羧基形成肽键 3、蛋白质的基本结构形式：多肽链、蛋白质
15、的基本结构形式：多肽链n多肽链多肽链 (NHCHCONHCHCO)n多肽链的方向性：从多肽链的方向性：从N末端指向末端指向C末端。末端。小结四、蛋白质的分类四、蛋白质的分类1、按照组成分类：、按照组成分类：单纯蛋白、结合蛋白单纯蛋白、结合蛋白n单纯蛋白：只有氨基酸组分单纯蛋白：只有氨基酸组分n结合蛋白：氨基酸组分其他组分（辅基）结合蛋白：氨基酸组分其他组分（辅基）2、按照结构分类：、按照结构分类：单体蛋白、寡聚蛋白单体蛋白、寡聚蛋白n单体蛋白：只有一条多肽链单体蛋白：只有一条多肽链n寡聚蛋白：数条多肽链非共价相互作用寡聚蛋白：数条多肽链非共价相互作用n超家族（超家族（super-）、家族（）、
16、家族（family）、亚家族（）、亚家族（sub-） 3、按照生物功能分类：、按照生物功能分类：酶、调节蛋白、转运蛋白、运动酶、调节蛋白、转运蛋白、运动蛋白、防御蛋白、营养蛋白、储存蛋白、结构蛋白、毒蛋白蛋白、防御蛋白、营养蛋白、储存蛋白、结构蛋白、毒蛋白4、根据形状分类：、根据形状分类：纤维蛋白、球状蛋白纤维蛋白、球状蛋白一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)纤维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质一
17、、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构(primary structure) 多肽链中氨基酸的排列顺序。多肽链中氨基酸的排列顺序。-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶二二硫硫键键一级结构是指蛋白质的多肽链中氨基酸的排列顺序一级结构是指蛋白质的多肽链中氨基酸的排
18、列顺序n一级结构体现生物信息：一级结构体现生物信息：20n .多样多样n一级结构是空间结构及生物活性的基础一级结构是空间结构及生物活性的基础.特异特异n一级结构的连接键：肽键（主要）、二硫键一级结构的连接键：肽键（主要）、二硫键小结二、二级结构二、二级结构肽键具部分双键性，不能自由旋转肽键具部分双键性，不能自由旋转肽键中的四个原子（肽键中的四个原子（-CO-NH-）和与之相邻的两个）和与之相邻的两个碳原子碳原子（C 1、 C 2）位于同一刚性平面内位于同一刚性平面内，称为，称为肽单元肽单元 。肽键上肽键上H与与O的方向几乎总是相反，称的方向几乎总是相反，称反式肽单元（反式肽单元（trans-p
19、eptide unit），该构型更稳定），该构型更稳定。CNHHHORRCNHHHORR1.肽单元肽单元2.2. - -螺旋螺旋存在于纤维状蛋白质（存在于纤维状蛋白质（角蛋白：皮肤、毛发、指角蛋白：皮肤、毛发、指甲、和角）和球状蛋白质中。甲、和角）和球状蛋白质中。3.-折叠折叠(-pleated sheet) - -转角转角一般由四个氨基酸组成，一般由四个氨基酸组成，常见氨基酸：常见氨基酸：Pro,Gly以主链间氢键维持稳定。以主链间氢键维持稳定。多肽链中多肽链中180180度回折处度回折处形成的特定构象。形成的特定构象。没有确定规律性的肽链结构，存在于球状蛋没有确定规律性的肽链结构，存在于球
20、状蛋白质中。（常常是酶的功能部位）白质中。（常常是酶的功能部位）1、-螺旋螺旋(-helix)n右手螺旋：右手螺旋：3.6个个AA/圈，螺距圈，螺距0.54nm；n氢键维系：链内氢键（氢键维系：链内氢键（AA1AA4），平行长轴；），平行长轴；n侧链伸出螺旋侧链伸出螺旋蛋白质的二级结构是指蛋白质的二级结构是指多肽链骨架多肽链骨架中原子的中原子的局部空局部空间间排列，排列，不涉及侧链不涉及侧链的构象，也就是该肽段主链骨架的构象，也就是该肽段主链骨架原子的相对空间位置，主要有原子的相对空间位置，主要有-螺旋、螺旋、-折叠、折叠、-转转角和无规则卷曲角和无规则卷曲。维持二级结构的力量为。维持二级结构
21、的力量为氢键氢键。小结2、-折叠折叠(-pleated sheet)n多肽链充分伸展，肽平面折叠成锯齿状；多肽链充分伸展，肽平面折叠成锯齿状；n侧链交错位于锯齿状结构的上下方；侧链交错位于锯齿状结构的上下方；n氢键维系：氢键的方向垂直长轴；氢键维系：氢键的方向垂直长轴；n可有顺平行片层和反平行片层结构。可有顺平行片层和反平行片层结构。3、其它、其它（1）肽链主链出现的）肽链主链出现的180回折部分称回折部分称-转角。转角。（2）蛋白质分子中那些没有确定规律性的部分肽）蛋白质分子中那些没有确定规律性的部分肽链构象称为无规卷曲。链构象称为无规卷曲。（三）蛋白质的三级结构（三）蛋白质的三级结构次级键
22、介导蛋白质高级结构形次级键介导蛋白质高级结构形成成1、疏水键、疏水键2、离子键、离子键3、范德华力、范德华力蛋白质的三级结构是指在一条多肽链中所有原子蛋白质的三级结构是指在一条多肽链中所有原子的整体空间排布，包括主链和侧链。三级结构的形的整体空间排布，包括主链和侧链。三级结构的形成使得在序列中相隔较远的氨基酸侧链相互靠近。成使得在序列中相隔较远的氨基酸侧链相互靠近。 n长度缩短：球形、椭球形、杆状，等长度缩短：球形、椭球形、杆状，等n多数同时含有多数同时含有-螺旋和螺旋和-折叠折叠n氨基酸位置由侧链极性决定：非极性（内）、极性（表氨基酸位置由侧链极性决定：非极性（内）、极性（表面，少数内部）、
23、带电（表面）面，少数内部）、带电（表面）n次级键维系：疏水键、盐键、氢键、范德华力、二硫键次级键维系：疏水键、盐键、氢键、范德华力、二硫键n功能区：表面或特定部位功能区：表面或特定部位小结（四）、蛋白质的四级结构（四）、蛋白质的四级结构血红蛋白四聚体血红蛋白四聚体n亚基亚基(subunit)：寡聚蛋白中的单条独立的多肽链，具有：寡聚蛋白中的单条独立的多肽链，具有独立的一、二、三级结构，单独存在时一般无生物学活性。独立的一、二、三级结构，单独存在时一般无生物学活性。亚基之间以非共价键联系，亚基可以相同或不同。亚基之间以非共价键联系，亚基可以相同或不同。n亚基之间以非共价键联系，包括疏水键（主要）
24、、盐键、亚基之间以非共价键联系，包括疏水键（主要）、盐键、氢键、范德华力氢键、范德华力n亚基可以相同或不同亚基可以相同或不同蛋白质一级结构是空间结构和生蛋白质一级结构是空间结构和生物功能的基础，一级结构决定空物功能的基础，一级结构决定空间结构；但一级结构并非决定空间结构；但一级结构并非决定空间结构的唯一因素。空间结构是间结构的唯一因素。空间结构是生物活性的直接体现。生物活性的直接体现。一、一级结构与功能的关系一、一级结构与功能的关系 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性影响多肽链折
25、叠的因素影响多肽链折叠的因素图解：助人为乐的分子伴侣太太很快出现在需要她尽力而为的场所（新生图解：助人为乐的分子伴侣太太很快出现在需要她尽力而为的场所（新生肽链的折叠，越膜，应激反应等情况），她主动去发现她应该帮助的正在肽链的折叠，越膜，应激反应等情况），她主动去发现她应该帮助的正在成长的新生肽姑娘（识别折叠中间物），热情地伸出友谊之手（相互作用成长的新生肽姑娘（识别折叠中间物），热情地伸出友谊之手（相互作用和结合），并发出警戒之言和结合），并发出警戒之言不！不！别往哪儿走！不！不！别往哪儿走！，防止她们误入歧途掉，防止她们误入歧途掉进不可自拔的死亡深渊（防止错误的相互作用导致的无效折叠和不可
26、逆聚进不可自拔的死亡深渊（防止错误的相互作用导致的无效折叠和不可逆聚集），从而帮助她们沿着朝向正确目标的光明大道前进（有利于有效折叠集），从而帮助她们沿着朝向正确目标的光明大道前进（有利于有效折叠成功能蛋白的正确折叠途径）。新生肽姑娘健康地成长（正确折叠）。折成功能蛋白的正确折叠途径）。新生肽姑娘健康地成长（正确折叠）。折叠好的蛋白质小姐愉快地，昂首阔步地准备去做自己的贡献（折叠成特定叠好的蛋白质小姐愉快地，昂首阔步地准备去做自己的贡献（折叠成特定的空间构并获得生物活性的功能蛋白的空间构并获得生物活性的功能蛋白 )分子伴侣帮分子伴侣帮助新生肽链助新生肽链正确折叠正确折叠黑猩猩黑猩猩 0 恒河猴
27、恒河猴 1猪、牛、羊猪、牛、羊 10 马马 12鸡鸡 13 海龟海龟 15金枪鱼金枪鱼 21 小蝇小蝇 25小麦小麦 35 酵母酵母 44不同生物和人的细胞色素不同生物和人的细胞色素c 中氨基酸组成的差异中氨基酸组成的差异N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbSHbAN-val his leu thr pro val glu C(146) 分子病（分子病（molecular disease） ：镰刀形红细胞贫血病镰刀形红细胞贫血病正常红细胞正常红细胞镰形红细胞镰形红细胞1、一级结构中的保守序列决定空间结构、一级结构中的保守序列决定空间结构（1）不同蛋白质
28、之间的比较：相似结构相似功能、不同结）不同蛋白质之间的比较：相似结构相似功能、不同结构不同功能构不同功能（2）同一蛋白质不同状态的比较：一级结构决定空间结构）同一蛋白质不同状态的比较：一级结构决定空间结构【经典举例经典举例】蛋白变性与复性蛋白变性与复性（3）保守序列、保守氨基酸改变，功能改变；保守氨基酸）保守序列、保守氨基酸改变，功能改变；保守氨基酸不变，功能不变不变，功能不变【经典举例经典举例】分子病分子病小结2、一级结构并非影响空间结构的唯一因素、一级结构并非影响空间结构的唯一因素n分子伴娘分子伴娘(molecular chaperons，分子伴侣，分子伴侣)：在蛋白：在蛋白质加工、折叠形
29、成特定空间构象及穿膜进入细胞器的转质加工、折叠形成特定空间构象及穿膜进入细胞器的转位过程中起关键作用的一类蛋白质。位过程中起关键作用的一类蛋白质。与未折叠的肽段（疏水部分）进行可逆的结合，辅助二与未折叠的肽段（疏水部分）进行可逆的结合，辅助二硫键的正确形成；硫键的正确形成；引导肽链的正确折叠并集合多条肽链成为较大的结构；引导肽链的正确折叠并集合多条肽链成为较大的结构；可以解聚错误聚合的肽段，防止错误发生。可以解聚错误聚合的肽段，防止错误发生。肌红蛋白与血红蛋白的结构肌红蛋白与血红蛋白的结构 二、空间结构与功能的关系二、空间结构与功能的关系肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的氧
30、解离曲线的氧解离曲线Hb与与Mb一样能可逆地与一样能可逆地与O2结合，结合， Hb与与O2结合后称为结合后称为氧合氧合Hb。氧合。氧合Hb占总占总Hb的百分数的百分数（称（称百分饱和度百分饱和度）随）随O2浓度变化浓度变化而改变。而改变。一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为为协同效应协同效应(cooperativity) 。 正协同效应正协同效应(positive cooperativity)：促进作用促进作用负协同效应负协同效应(negativ
31、e cooperativity)：抑制作用抑制作用别构效应（变位效应，别构效应（变位效应，allosteric effect）：蛋白质）：蛋白质分子的特定部位与小分子化合物结合后，引起空间构分子的特定部位与小分子化合物结合后，引起空间构象改变，从而促使生物学活性变化的现象。象改变，从而促使生物学活性变化的现象。疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可
32、转变成全在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为为-折叠的折叠的PrPsc，从而致病。，从而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病朊病毒致病过程中的构象变化示意图朊病毒致病过程中的构象变化示意图1、空间结构体现生物特异性、空间结构体现生物特异性2、空间结构体现生物活性、空间结构体现生物活性3、空间结构的灵活性，体现了生物活性的可调节特性、空间结构的灵活性，体现了生物活性的可调节特性空间结构中的特定区域体现生物活性空间结构中的特定区域体现生物活性小结n别构效应（别位效应、变位效应，别构效应（别位效应、变位效应，allosteric effect）：蛋白）：蛋白质分子的特定部
33、位（调节部位）与小分子化合物（效应物）结质分子的特定部位（调节部位）与小分子化合物（效应物）结合后，引起空间构象发生改变，从而促使生物学活性变化的现合后，引起空间构象发生改变，从而促使生物学活性变化的现象称为变构效应。包括正协同、负协同效应象称为变构效应。包括正协同、负协同效应【经典举例经典举例】血红蛋白（血红蛋白（Hb）：由）：由22四聚体组成，每个亚基四聚体组成，每个亚基含有含有1个血红素辅基；个血红素辅基；Hb的氧解离曲线呈的氧解离曲线呈“S”型。型。n多种空间构象，多种活性状态多种空间构象，多种活性状态4、空间构象并非生物活性的唯一影响因素、空间构象并非生物活性的唯一影响因素【举例举例
34、】低温下酶活性低，但并不影响构象；盐析时沉低温下酶活性低，但并不影响构象；盐析时沉淀的酶无活性，但构象不变。淀的酶无活性，但构象不变。 5、蛋白构象疾病：、蛋白构象疾病：错误构象相互聚集，形成抗蛋白水错误构象相互聚集，形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病。解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病。n老年痴呆老年痴呆n疯牛病疯牛病n亨汀顿舞蹈病亨汀顿舞蹈病1 1、蛋白质的两性电离、蛋白质的两性电离 一、理化性质一、理化性质 蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pHpH条条件
35、下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。 * 蛋白质的等电点蛋白质的等电点( isoelectric point, pI) 当蛋白质溶液处于某一当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成时，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，此时溶液的荷为零，此时溶液的pH称为称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。2 2、蛋白质的紫外吸收、蛋白质的紫外吸收由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收波长处有特征性吸收峰。蛋白质
36、的峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。此可作蛋白质定量测定。3 3、蛋白质的胶体性质、蛋白质的胶体性质 蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至万至100万之巨，其分子的直径可达万之巨，其分子的直径可达1100nm，为胶粒范围之内。，为胶粒范围之内。 * * 蛋白质胶体稳定的因素蛋白质胶体稳定的因素颗粒表面电荷颗粒表面电荷水化膜水化膜+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜水化膜酸酸碱碱酸酸碱碱溶液中的蛋白质溶液中的蛋白质+带正电荷的蛋白质带
37、正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒不稳定的蛋白质颗粒酸酸碱碱脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚沉溶液中蛋白质的聚沉+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜水化膜酸酸碱碱酸酸碱碱4、蛋白质的沉淀（、蛋白质的沉淀（Precipitation）5、变性（、变性（Denaturation）、结絮和凝固）、结絮和凝固 概念：概念：在某些理化因素作用下，蛋白质的空间构象在某些理化因素作用下，蛋白质的空间构象破坏，导致若干理化性质和生物学性质的改变。破坏，导致若干理化性质和生物学性质的
38、改变。 变性因素：变性因素：1）物理因素：高温、高压、射线等）物理因素：高温、高压、射线等2）化学因素：强酸、强碱、重金属盐等）化学因素：强酸、强碱、重金属盐等 变性后的表现：变性后的表现：1）生物学活性消失）生物学活性消失2）理化性质改变）理化性质改变 变性的意义：高温、高压、紫外线杀菌；防止酶制变性的意义：高温、高压、紫外线杀菌；防止酶制剂失活，等剂失活，等5 5、蛋白质的呈色反应、蛋白质的呈色反应（1）茚三酮反应）茚三酮反应(ninhydrin reaction) 蛋白质水解后产生的氨基酸可发生茚三酮反应。蛋白质水解后产生的氨基酸可发生茚三酮反应。（2）双缩脲反应）双缩脲反应(biure
39、t reaction)蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为共热，呈现紫色或红色，此反应称为双缩脲反应双缩脲反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。1、两性解离与等电点：同、两性解离与等电点：同“氨基酸两性解离氨基酸两性解离”2、紫外吸收：最大吸收波长、紫外吸收：最大吸收波长280nm 3、胶体性质：不能透过半透膜、胶体性质：不能透过半透膜4、沉淀、凝固、沉淀、凝固蛋白质在溶液中维持稳定的因素：蛋白质在溶液中维持稳定的因素： 表面电荷、水化层（溶剂化层）表面电荷、水化层（溶剂化层
40、）变性蛋白不一定沉淀，沉淀蛋白也不一定变性变性蛋白不一定沉淀，沉淀蛋白也不一定变性（1）沉淀：）沉淀：不稳定蛋白质从溶液中析出不稳定蛋白质从溶液中析出（2）结絮：）结絮：变性蛋白质的絮状沉淀，沉淀可溶于强酸、强碱变性蛋白质的絮状沉淀，沉淀可溶于强酸、强碱（3）凝固：）凝固：沉淀结块，凝块不溶于强酸、强碱沉淀结块，凝块不溶于强酸、强碱小结沉淀沉淀/变性变性沉淀沉淀变性变性（1）变性：）变性：在某些理化因素作用下，蛋白质的空间结构被破坏，在某些理化因素作用下，蛋白质的空间结构被破坏，从而导致其理化性质改变、生物活性丧失的现象称为变性。变从而导致其理化性质改变、生物活性丧失的现象称为变性。变性不涉及
41、一级结构的变化。性不涉及一级结构的变化。n理化性质的变化：紫外吸收、化学活性及粘度上升，易被蛋理化性质的变化：紫外吸收、化学活性及粘度上升，易被蛋白酶水解；溶解度下降、结晶能力丧失。白酶水解；溶解度下降、结晶能力丧失。5、变性、变性(denaturation)、复性、复性(renaturation)（2）复性）复性（3）应用）应用利用变性：酒精消毒，高压灭菌利用变性：酒精消毒，高压灭菌防止变性：低温保存生物制品防止变性：低温保存生物制品取代变性：乳品解毒取代变性：乳品解毒(用于急救重金属中毒用于急救重金属中毒)6、呈色反应：双缩脲反应，等、呈色反应：双缩脲反应，等双缩脲反应可检测蛋白质的水解程
42、度双缩脲反应可检测蛋白质的水解程度二、蛋白质的分离纯化二、蛋白质的分离纯化1 1、透析及超滤法、透析及超滤法* 透析透析(dialysis)利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。开的方法。* * 超滤法超滤法 应用正压或离心力使蛋白质溶液透过应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜，达到浓有一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的。缩蛋白质溶液的目的。2 2、盐析、有机溶剂沉淀及免疫沉淀、盐析、有机溶剂沉淀及免疫沉淀 *丙酮、乙醇等有机溶剂，丙酮、乙醇等有机溶剂，可破坏蛋白质的水化层，在可破坏蛋白质的水化层，在04低温
43、下，使蛋白质沉淀。环境温度高等不良因低温下，使蛋白质沉淀。环境温度高等不良因素影响下，有机溶剂可促使蛋白质变性。素影响下，有机溶剂可促使蛋白质变性。*盐析盐析(salt precipitation)是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。 * * 免疫沉淀法：免疫沉淀法：利用特异抗体识别相应的抗原蛋白，并利用特异抗体识别相应的抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质，可从蛋白质混合溶液中形成抗原抗体复合物的性质，可从蛋白质混合溶液中分离获得
44、抗原蛋白。分离获得抗原蛋白。 3 3、电泳、电泳蛋白质在高于或低于其蛋白质在高于或低于其pIpI的溶液中为带电的颗粒，的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术, , 称为称为电泳电泳(elctrophoresis) 。根据支撑物不根据支撑物不同，分为薄膜电同，分为薄膜电泳、凝胶电泳等泳、凝胶电泳等几种重要的蛋白质电泳几种重要的蛋白质电泳*SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳，常用于蛋白质分子量，常用于蛋白质分子量的测定。的测定。*等电聚焦电泳等电
45、聚焦电泳，通过蛋白质等电点的差异而分离，通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白质的电泳方法。蛋白质的电泳方法。*双向凝胶电泳双向凝胶电泳是蛋白质组学研究的重要技术。是蛋白质组学研究的重要技术。4、层析、层析(chromatography)或色谱法或色谱法待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固态物质待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固态物质（固定相）时，根据待分离蛋白质的颗粒大小、电荷（固定相）时，根据待分离蛋白质的颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使蛋白质组分在两相中反复分配，多少及亲和力等，使蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同速度流经固定相而分离蛋白质。并以不同速度流经固定相而分离蛋白质。凝胶过滤（分
46、子筛，凝胶过滤（分子筛，gel filtration；排阻色谱）：排阻色谱）：利用各蛋白质分子大小不同分离。利用各蛋白质分子大小不同分离。离子交换：离子交换：蛋白质的电荷量及性质不同。蛋白质的电荷量及性质不同。阳离子交换剂：阳离子交换剂：CM-纤维素纤维素阴离子交换剂：阴离子交换剂：DEAE-纤维素纤维素亲和层析：抗原亲和层析：抗原-抗体，配体抗体，配体-受体，金属离子，生物受体，金属离子，生物素等素等高效液相（高效液相（HPLC）：反相）：反相HPLC，离子，离子HPLC，凝胶，凝胶过滤过滤HPLC5、超速离心、超速离心* * 超速离心法超速离心法(ultracentrifugation)：
47、根据：根据蛋白质的分子蛋白质的分子量与形状分离。量与形状分离。*蛋白质在离心场中的行为用蛋白质在离心场中的行为用沉降系数沉降系数(sedimentation coefficient, S)表示表示,沉降系数与蛋白质的密度和形状沉降系数与蛋白质的密度和形状相关相关 。因为沉降系数因为沉降系数S大体上和分子量成正比关系，故大体上和分子量成正比关系，故可应用超速离心法测定蛋白质分子量，但对分子形状可应用超速离心法测定蛋白质分子量，但对分子形状的高度不对称的大多数纤维状蛋白质不适用。的高度不对称的大多数纤维状蛋白质不适用。1、透析、超滤、透析、超滤n根据性质：分子大小根据性质：分子大小2、盐析（、盐析
48、（salting out）n根据性质：蛋白质的沉淀根据性质：蛋白质的沉淀n作用机理：中性盐中和表面电荷，破坏水化层作用机理：中性盐中和表面电荷，破坏水化层n影响因素：表面电荷、水化层、溶剂性质影响因素：表面电荷、水化层、溶剂性质小结3、电泳：、电泳：n根据性质：蛋白质的两性解离根据性质：蛋白质的两性解离n作用机理：异性电荷互相吸引作用机理：异性电荷互相吸引n影响因素：电荷种类及数量、分子大小及形状、溶液离子强影响因素：电荷种类及数量、分子大小及形状、溶液离子强度及度及pH等等4、层析、层析（1）离子交换层析：电荷、分子量、分子形状）离子交换层析：电荷、分子量、分子形状（2）亲和层析：生物特性）
49、亲和层析：生物特性（3）吸附层析：吸附特性）吸附层析：吸附特性（4）分子筛（凝胶过滤层析）：分子大小及形状）分子筛（凝胶过滤层析）：分子大小及形状n大分子先洗脱下来大分子先洗脱下来5、超速离心：分子大小及形状、溶液特性、超速离心：分子大小及形状、溶液特性重要内容：重要内容：1、重要名词：、重要名词：等电点；亚基；别构效应等电点；亚基；别构效应; 蛋白质变性与复性蛋白质变性与复性; 分子病分子病2、结构层次、结构层次n元素组成：元素组成：C、H、O、N（16%）、）、Sn结构单位：结构单位：20种种L-氨基酸（芳香族、含硫、酸性、碱性氨基酸等）氨基酸（芳香族、含硫、酸性、碱性氨基酸等） n一级结构一级结构：肽键；多肽链；肽键；多肽链；N端端C端端n二级结构：稳定力（氢键）；类型（二级结构：稳定力（氢键）；类型（ 螺旋，螺旋， 折叠，折叠， 转角，无规卷曲）转角，无规卷曲）n三级结构特点三级结构特点n四级结构特点四级结构特点3、重要性质：、重要性质：两性解离及带电状态判定；紫外吸收；沉淀；变性两性解离及带电状态判定；紫外吸收；沉淀；变性4、分离纯化：、分离纯化：超滤；盐析；电泳；亲和层析；离子交换层析；分子筛超滤；盐析；电泳；亲和层析；离子交换层析；分子筛5、结构与功能关系（举例）、结构与功能关系（举例）
