1、生物化学简明教程生物化学简明教程BiochemistryBiochemistry课程介绍课程介绍 课程性质：生物专业基础课课程性质：生物专业基础课 总学时总学时:72:72 周学时：周学时：4 4 考核方式考核方式:平时成绩平时成绩 30%30%（作业（作业+出勤）出勤）+期期中成绩中成绩20%+20%+期末成绩期末成绩 5050%教材：张丽萍等主编，高等教育出版社生物化学简明教程 参考书：沈同、王镜岩主编生物化学上下册；赵文恩等编著生物化学化学工业出版社；刘志国主编新编生物化学中国轻国业出版社；郭勇编著现代生化技术科学出版社；王镜岩等编译生物化学科学出版社。生物化学的概念生物化学的概念 生物
2、化学是研究生物体分子组成及其变化生物化学是研究生物体分子组成及其变化规律的基础学科，是对生命现象最为基础，规律的基础学科，是对生命现象最为基础，最为深入的分子水平的机制探讨。有最为深入的分子水平的机制探讨。有”生命生命的化学的化学”之称。之称。生物化学的研究内容生物化学的研究内容1.1.生物体物质的化学组成、结构、性质生物体物质的化学组成、结构、性质和功能和功能2 2.生物分子的分解与合成，反应过程中的生物分子的分解与合成，反应过程中的能量变化及新陈代谢的调节与控制能量变化及新陈代谢的调节与控制 3.3.生物体遗传信息的储存、传递和表达生物体遗传信息的储存、传递和表达生物化学的产生与发展生物化
3、学的产生与发展 十九世纪末至十九世纪末至2020世纪初，生物化学世纪初，生物化学成为一门独立的学科。成为一门独立的学科。19031903年德国人年德国人NeubergNeuberg（纽伯格）提（纽伯格）提出了出了“Biochemistry”Biochemistry”。生物化学发展史上的重大事件生物化学发展史上的重大事件1828维勒从氰酸铵中合成出尿素维勒从氰酸铵中合成出尿素1897Buchner 演示细胞提取物的发酵，活体外试验开始1926Sumner Sumner 分离出第一个酶的晶体脲酶分离出第一个酶的晶体脲酶.1944Avery,MacLeod,and McCarty 认为DNA是遗传物
4、质.1953Watson and Crick Watson and Crick 提出提出DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型1959 Perutz 确定了血红蛋白的空间结构确定了血红蛋白的空间结构.1966遗传密码被破译遗传密码被破译.1937Krebs 提出三羧酸循环.1868Miescher 从脓细胞中分离出核素1925阐明了糖的酵解途径国内生物化学的发展国内生物化学的发展 生物化学家和营养学家吴宪：国际著名生物化学家、生物化学家和营养学家吴宪：国际著名生物化学家、中国近代生物化学事业的开拓者和奠基人。他一生共发中国近代生物化学事业的开拓者和奠基人。他一生共发表表163163篇研究论文
5、，篇研究论文，3 3部专著，在该学科的临床化学、气部专著，在该学科的临床化学、气体与电解质的平衡、蛋白质化学、免疫化学、营养学以体与电解质的平衡、蛋白质化学、免疫化学、营养学以及氨基酸代谢等及氨基酸代谢等6 6个领域的研究居当时国际前沿地位。个领域的研究居当时国际前沿地位。2020世纪世纪2020年代后期建立了制备血滤液的方法以及测定血年代后期建立了制备血滤液的方法以及测定血糖的方法（糖的方法（FolinFolin-Wu-Wu法）；法）；2020世纪世纪3030年代，年代，19311931年蛋白年蛋白质变性理论质变性理论2 2项突出成果项突出成果 ：19651965年合成了具有生物活性的年合成
6、了具有生物活性的牛胰岛素牛胰岛素 19811981年合成了具有生物活性的年合成了具有生物活性的酵母丙氨酸酵母丙氨酸tRNAtRNA最近二、三十年生物工程最近二、三十年生物工程 目前已能用基因工程的方法生产许多产品如乙目前已能用基因工程的方法生产许多产品如乙型肝炎疫苗、型肝炎疫苗、SODSOD（超氧化物歧化酶）、人生（超氧化物歧化酶）、人生长激素、各种干扰素、各种白细胞介素等等。长激素、各种干扰素、各种白细胞介素等等。我国于我国于19931993年启动人类基因组计划（年启动人类基因组计划（HGP,1%HGP,1%）第二章第二章 蛋白质化学蛋白质化学什么是蛋白质（什么是蛋白质（ProteinPro
7、tein）？）？是由许多不同的是由许多不同的-氨基酸氨基酸按一定的按一定的序序列列通过通过酰胺键酰胺键缩合而成的，具有较稳缩合而成的，具有较稳定的定的构象构象并具有一定并具有一定生物功能生物功能的生物的生物大分子。大分子。一、蛋白质的元素组成一、蛋白质的元素组成 元素组成：所有蛋白质都含有 C、H、O、N 四种元素，大多数蛋白质还含有少量的 S，有些蛋白质还含有一些其它元素，如 P、Fe、Zn、Cu、Mo、I等。各种蛋白质的含氮量都很接近，都在16%左右。蛋白质含量(总氮含量-无机氮含量)6.25二、蛋白质的分类二、蛋白质的分类按形状分为三种：按形状分为三种：球状蛋白质球状蛋白质 纤维状蛋白质
8、纤维状蛋白质 膜蛋白质膜蛋白质 纤维蛋白：结构有规律，分子极不对称，呈纤维蛋白：结构有规律，分子极不对称，呈纤维状，溶解性能差，主要起纤维状，溶解性能差，主要起保护、支持、保护、支持、结缔的功能结缔的功能。如角蛋白、胶原蛋白、各种纤。如角蛋白、胶原蛋白、各种纤维蛋白等。维蛋白等。球状蛋白：结构复杂，球形或椭圆形，如血球状蛋白：结构复杂，球形或椭圆形，如血红蛋白、肌红蛋白、清蛋白、球蛋白等。红蛋白、肌红蛋白、清蛋白、球蛋白等。膜蛋白：一般折叠成近球状，插入生物膜，膜蛋白：一般折叠成近球状，插入生物膜，或结合在生物膜的或结合在生物膜的 表面表面 纤维状蛋白的构象纤维状蛋白的构象 角蛋白（角蛋白（k
9、eratin）按分子组成：简单蛋白：仅由肽链组成，不包含其他辅助成分的蛋白质 结合蛋白：由简单蛋白和非蛋白组分两部分组成结合蛋白 由简单蛋白和非蛋白组分两部分组成，由简单蛋白和非蛋白组分两部分组成，非蛋白质部分称为辅基。根据辅基的不非蛋白质部分称为辅基。根据辅基的不同，结合蛋白可以分为同，结合蛋白可以分为5 5类：核蛋白、糖类：核蛋白、糖蛋白与蛋白聚糖、脂蛋白、色蛋白、磷蛋白与蛋白聚糖、脂蛋白、色蛋白、磷蛋白。蛋白。1.1.核蛋白（核蛋白（nucleoproteinnucleoprotein）由蛋白质和核酸（由蛋白质和核酸（DNADNA或或RNARNA）组成。存在于）组成。存在于所有细胞里，细
10、胞核里的核蛋白（染色体）所有细胞里，细胞核里的核蛋白（染色体）是由是由DNADNA和组蛋白（和组蛋白（HisHis）结合而成。）结合而成。细胞质中的核糖体（细胞质中的核糖体（ribosomeribosome）是由）是由RNARNA和和蛋白质组成的。蛋白质组成的。病毒（病毒（virusvirus）全部是核蛋白。）全部是核蛋白。2.糖蛋白（糖蛋白（glycoprotein）和聚糖蛋白）和聚糖蛋白 由蛋白质和糖通过由蛋白质和糖通过共价键共价键相连而成。相连而成。连接方式：连接方式：O-O-连接和连接和N-N-连接。连接。功能：催化、运载、免疫、激素、保护、功能：催化、运载、免疫、激素、保护、信号传导
11、。信号传导。生物膜上的糖蛋白生物膜上的糖蛋白3.3.脂蛋白（脂蛋白（lipoproteinlipoprotein）由蛋白质和脂质通过由蛋白质和脂质通过非共价键非共价键相连而成，存相连而成，存在于生物膜和动物血浆中。在于生物膜和动物血浆中。蛋白质部分称为脱辅基蛋白，又称载脂蛋白。蛋白质部分称为脱辅基蛋白，又称载脂蛋白。生物膜中的脂含量差异很大。血浆中的脂蛋生物膜中的脂含量差异很大。血浆中的脂蛋白的主要功能是经过血液循环在各器官间运白的主要功能是经过血液循环在各器官间运输不溶于水的脂类。输不溶于水的脂类。4.4.色蛋白（色蛋白（chromoproteinchromoprotein）由蛋白质和色素组
12、成的色蛋白种类很多，其由蛋白质和色素组成的色蛋白种类很多，其中含卟啉类的色蛋白最为重要。中含卟啉类的色蛋白最为重要。如血红蛋白、细胞色素如血红蛋白、细胞色素c c、过氧化氢酶都是、过氧化氢酶都是由蛋白质和铁卟啉组成的。由蛋白质和铁卟啉组成的。血红素是由一种原卟啉与一个亚铁原子构成血红素是由一种原卟啉与一个亚铁原子构成的化合物。的化合物。原卟啉（Protoporphyrin）血红素（血红素（hemeheme）5.5.磷蛋白（磷蛋白（phosphoproteinphosphoprotein）由蛋白质和磷酸组成，磷酸通常与Ser（丝）或Thr（苏）侧链的-OH结合。如胃蛋白酶，乳中的酪蛋白都含有许多
13、Ser磷酸残基。按功能分类按功能分类 酶：具催化活性的蛋白质；酶：具催化活性的蛋白质；调节蛋白；调节蛋白；贮存蛋白；贮存蛋白；转运蛋白转运蛋白 运动蛋白；运动蛋白；防疫蛋白和毒蛋白；防疫蛋白和毒蛋白；受体蛋白；受体蛋白；支架蛋白；支架蛋白；结构蛋白结构蛋白 异常功能。异常功能。三、蛋白质的氨基酸组成三、蛋白质的氨基酸组成 用酸、碱或酶将蛋白质彻底水解，用酸、碱或酶将蛋白质彻底水解，可以得到许多种氨基酸的混合物，可以得到许多种氨基酸的混合物，说明氨基酸是蛋白质的说明氨基酸是蛋白质的基本结构单基本结构单位位。（一）氨基酸的结构通式（一）氨基酸的结构通式除脯氨酸（除脯氨酸（ProPro）外，其他）外
14、，其他1919种氨基酸均为种氨基酸均为-氨基酸。而脯氨酸为氨基酸。而脯氨酸为-亚氨基酸。亚氨基酸。Pro 构型（构型（configuration）：组成蛋白质的）：组成蛋白质的氨基酸除氨基酸除Gly以外都有手性碳原子，在三以外都有手性碳原子，在三维空间上就有两种不同的排列方式，它维空间上就有两种不同的排列方式，它们互为镜影，这两种不同的构型分别称们互为镜影，这两种不同的构型分别称为为D-型和型和L-型。型。立体异构立体异构（enantiomers or stereoisomers）D,L systemL-(-)甘油醛L-glyceraldehydeD-(+)甘油醛D-glyceraldehyd
15、e参照物 组成蛋白质的氨基酸除组成蛋白质的氨基酸除GlyGly以外，都有手性以外，都有手性碳原子，碳原子，所以都有旋光性，能使偏振光的所以都有旋光性，能使偏振光的偏振面的向左或向右旋转，向左旋转的称偏振面的向左或向右旋转，向左旋转的称左旋，用左旋，用“（-）”号表示，向右旋转的称号表示，向右旋转的称右旋，用右旋，用“（）（）”号表示。号表示。氨基酸的立体异构与旋光异构没有直氨基酸的立体异构与旋光异构没有直接的对应关系。各种接的对应关系。各种-型氨基酸中型氨基酸中有左旋也有右旋的。有左旋也有右旋的。除甘氨酸以外，蛋白质水解的其他除甘氨酸以外，蛋白质水解的其他-氨基酸均为氨基酸均为-型。型。（二）
16、氨基酸的分类（二）氨基酸的分类1.根据侧链的化学结构根据侧链的化学结构脂肪族氨基酸（脂肪族氨基酸（aliphatic Aa，15种）种）甘氨酸（甘氨酸（Gly）、丙氨酸（）、丙氨酸（Ala）、缬氨酸（、缬氨酸（Val）、亮）、亮氨酸（氨酸（Leu）、异亮氨酸（、异亮氨酸（Ile）、甲硫氨酸（、甲硫氨酸（Met）、半胱氨酸（半胱氨酸（Cys）、丝氨酸（、丝氨酸（Ser）、苏氨酸（、苏氨酸（Thr）、谷氨酸（谷氨酸（Glu）、谷氨酰胺（、谷氨酰胺（Gln）、天冬氨酸、天冬氨酸（Asp）、天冬酰氨（、天冬酰氨（Asn）、赖氨酸（、赖氨酸（Lys）、精氨、精氨酸（酸（Arg）。芳香族氨基酸（芳香族氨基
17、酸（aromatic Aaaromatic Aa)苯丙氨酸（苯丙氨酸（PhePhe）、酪氨酸（）、酪氨酸（TyrTyr）杂环氨基酸（杂环氨基酸（heterocyclic Aaheterocyclic Aa）组氨酸（组氨酸（HisHis）、色氨酸（）、色氨酸（TrpTrp）杂环亚氨基酸（杂环亚氨基酸（heterocyclic Aaheterocyclic Aa）脯氨酸（脯氨酸（ProPro）非极性氨基酸非极性氨基酸甘氨酸甘氨酸 丙氨酸丙氨酸 缬氨酸缬氨酸亮氨酸亮氨酸 甲硫氨酸甲硫氨酸 异亮氨酸异亮氨酸非极性氨基酸非极性氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸 脯氨酸脯氨酸 色氨酸色氨酸 具有非极性或疏水性侧链的氨
18、基酸，具有非极性或疏水性侧链的氨基酸，在水中的溶解度较极性氨基酸小，在水中的溶解度较极性氨基酸小，其疏水程度随着脂肪族侧链的长度其疏水程度随着脂肪族侧链的长度增加而增大增加而增大 。甘氨酸的特殊性甘氨酸的特殊性 按理甘氨酸应属于极性氨基酸（侧按理甘氨酸应属于极性氨基酸（侧链为链为H H），介于极性和非极性之间，），介于极性和非极性之间，因此可以列为非极性氨基酸。因此可以列为非极性氨基酸。不带电荷的极性氨基酸不带电荷的极性氨基酸丝氨酸丝氨酸 苏氨酸苏氨酸 半胱氨酸半胱氨酸酪氨酸酪氨酸 天冬酰胺天冬酰胺 谷氨酸谷氨酸极性基团（极性基团（R基）能够与水形成氢键。基）能够与水形成氢键。丝氨酸丝氨酸，苏
19、氨酸苏氨酸和和酪氨酸酪氨酸的极性与它们的极性与它们所含的所含的羟基羟基有关，有关，天冬酰胺天冬酰胺，谷氨酰胺谷氨酰胺的极性同其的极性同其酰胺基酰胺基有关。而有关。而半胱氨酸半胱氨酸则则因含有因含有巯基巯基，所以属于极性氨基酸，所以属于极性氨基酸极性带正电荷的极性带正电荷的R氨基酸氨基酸赖氨酸赖氨酸 精氨酸精氨酸 组氨酸组氨酸带正电荷侧链（在带正电荷侧链（在pHpH接近中性时）的氨基酸包接近中性时）的氨基酸包括赖氨酸，精氨酸和组氨酸，它们分别具有括赖氨酸，精氨酸和组氨酸，它们分别具有-NH-NH2 2，胍基和咪唑基（碱性）。这些基团的，胍基和咪唑基（碱性）。这些基团的存在是使它们带有电荷的原因，
20、组氨酸的咪唑存在是使它们带有电荷的原因，组氨酸的咪唑基在基在pH7pH7时，有时，有10%10%被质子化，而被质子化，而 pH6pH6时时50%50%质质子化。子化。极性带负电荷的极性带负电荷的R氨基酸氨基酸天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酸谷氨酸带有负电荷侧链的氨基酸（带有负电荷侧链的氨基酸（pHpH接近中接近中性时）包括天冬氨酸和谷氨酸。由于性时）包括天冬氨酸和谷氨酸。由于侧链为羧基（酸性），在中性侧链为羧基（酸性），在中性pHpH条件条件下带一个净负电荷。下带一个净负电荷。（三）氨基酸的重要理化性质（三）氨基酸的重要理化性质1.1.一般物理性质一般物理性质-氨基酸为晶体，熔点一般在氨基酸为晶体，熔
21、点一般在200200以上。以上。不同氨基酸的味道有所不同。不同氨基酸的味道有所不同。溶解度差别很大，溶于稀酸、碱，不溶于溶解度差别很大，溶于稀酸、碱，不溶于有机溶剂（可以用酒精沉淀分离）。有机溶剂（可以用酒精沉淀分离）。2.2.两性解离和等电点两性解离和等电点氨基酸是两性离子（氨基酸是两性离子（ZwitterionZwitterion），存在能），存在能够释放质子的够释放质子的-NH-NH3 3+和接受质子的和接受质子的-COO-COO-。不同不同pHpH时氨基酸以不同的离子化形式存在：时氨基酸以不同的离子化形式存在：H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+H+OH-+H+OH-H2NCHC
22、OOR-正离子正离子两性离子两性离子负离子负离子 氨基酸所带静电荷为氨基酸所带静电荷为0 0时，溶液的时，溶液的pHpH值称为该氨值称为该氨基酸的等电点（基酸的等电点（isoelectricisoelectric point point），以），以pIpI表示。表示。此时，溶解度最小，容易沉淀（等电点沉淀）。此时，溶解度最小，容易沉淀（等电点沉淀）。当溶液的当溶液的pH=pIpH=pI时，氨基酸主要从两性离时，氨基酸主要从两性离子形式存在。子形式存在。pHpIpHpIpHpI时，氨基酸主要以负离子形式存在。时，氨基酸主要以负离子形式存在。等电点的计算等电点的计算 中性氨基酸：以中性氨基酸：以G
23、lyGly为例为例 H3NCH2COOHH3NCH2COO-+H2NCH2COO-Gly+Gly+-Gly-H+K1H+K2pI=2pK1 +pK2酸性氨基酸，以酸性氨基酸，以AspAsp为例：为例：碱性氨基酸，以碱性氨基酸，以LysLys为例：为例：氨基酸的氨基酸的pIpI值等于该氨基酸的两性离子状态两侧的值等于该氨基酸的两性离子状态两侧的基团基团pKpK值之和的二分之一。值之和的二分之一。pI=2pK1+pK2中性氨基酸中性氨基酸的等电的等电点计算：点计算：pI=2pK2+pK3碱性氨基酸碱性氨基酸的等电的等电点计算：点计算：pI=2pK1+pK2酸性氨基酸酸性氨基酸的等电的等电点计算：点
24、计算：羧基的解离度大于氨基（羧基的解离度大于氨基（-羧基最羧基最大），所以中性氨基酸的大），所以中性氨基酸的pIpI在在pH6.0pH6.0左左右，碱性氨基酸右，碱性氨基酸pIpI较大，酸性氨基酸较较大，酸性氨基酸较小。小。PI(PI(碱性碱性 中性中性 酸性）酸性）3.3.氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质氨基酸的氨基酸的-氨基、氨基、-羧基以及侧链均羧基以及侧链均可参加反应。可参加反应。RCHCOOHNH2RCHCOONH3-+（1 1）与水合茚三酮的反应）与水合茚三酮的反应除除ProPro以外，其他氨基酸与茚三酮反应均生成以外，其他氨基酸与茚三酮反应均生成蓝紫色蓝紫色产物（产物（570nm
25、570nm），），ProPro生成的产物为生成的产物为黄色黄色（440nm440nm）。茚三酮反应非常灵敏，可以用于。茚三酮反应非常灵敏，可以用于氨基酸的氨基酸的定性和定量定性和定量测定。测定。多肽和蛋白质也可反应，但灵敏度差。多肽和蛋白质也可反应，但灵敏度差。此反应是此反应是-氨基和氨基和-羧基共同参与的反应。羧基共同参与的反应。（2 2）与甲醛的反应（）与甲醛的反应（-氨基）氨基）羟甲基氨基酸羟甲基氨基酸二羟甲基氨基酸二羟甲基氨基酸氨基酸的甲醛滴定氨基酸的甲醛滴定 酚酞作指示剂，酚酞作指示剂，NaOHNaOH滴定，终点为滴定，终点为紫色。紫色。可以测定蛋白质的水解或合成进度。可以测定蛋白质
26、的水解或合成进度。（3 3）与）与2,4-2,4-二硝基氟苯的反应二硝基氟苯的反应FO2NNO2242,4-二硝基氟苯二硝基氟苯H2NHCCOOHR+FO2NNO2在弱碱中HNHCCOOHR+F-O2NNO2DNP-DNP-氨基酸（氨基酸（黄色黄色）多肽或蛋白质多肽或蛋白质N N端氨基酸的端氨基酸的-氨基也能与氨基也能与DNFBDNFB反应，生成反应，生成DNP-DNP-多肽和多肽和DNP-DNP-蛋白质。蛋白质。DNP-DNP-氨基酸与其他氨基酸的溶解度不同，可氨基酸与其他氨基酸的溶解度不同，可以用以用乙醚乙醚将将DNP-DNP-氨基酸抽提（氨基酸抽提（extractextract，萃取），
27、萃取）出来。出来。上述方法曾用于胰岛素一级结构的测定（上述方法曾用于胰岛素一级结构的测定（F.F.SangerSanger）与与5-5-二甲氨基萘磺酰氯二甲氨基萘磺酰氯（dansyl chloride,DNS-Cldansyl chloride,DNS-Cl）的反应）的反应 H2NHCCOOHRNH3CCH3SOOCl+NH3CCH3SOOHNHCCOOHR+HClDNS-ClDNS-氨基酸荧光光度计测定荧光光度计测定N-N-端氨基酸端氨基酸（4 4）与异硫氰酸苯酯的反应）与异硫氰酸苯酯的反应 反应条件：弱碱性。反应条件：弱碱性。此反应也可以用以测定多肽或蛋白质此反应也可以用以测定多肽或蛋白质
28、序列（序列（EdmanEdman反应）。反应）。测定条件：酸水解，乙酸乙酯抽提。测定条件：酸水解，乙酸乙酯抽提。H2NCCOOHR+在弱碱中NCSHNCSPTCPTC-氨基酸氨基酸PTH-氨基酸氨基酸NCNCCHHOOHRHSH+NCNCCOHRHS（5 5）与荧光胺反应）与荧光胺反应 反应非常灵敏，产物有荧光。反应非常灵敏，产物有荧光。可用荧光分光光度法测定氨基酸含量。可用荧光分光光度法测定氨基酸含量。荧光胺荧光胺FluorescamFluorescamineine（6 6）与）与5,5-5,5-双硫基双硫基-双双-2-2-硝基苯甲硝基苯甲酸反应酸反应 半胱氨酸的半胱氨酸的-SH-SH参与的
29、反应。参与的反应。产物在产物在412nm412nm有一个最大吸收峰，可测有一个最大吸收峰，可测定半胱氨酸的含量。定半胱氨酸的含量。NO2HOOCSSNO2COOHH2NCHCOOHCH2SHNO2COOHSSCH2CHCOOHNH2+PH8.0PH8.0+NO2HOOCSH四、肽（四、肽（peptidepeptide）氨基酸的氨基酸的-氨基和氨基和-羧基缩水而羧基缩水而成的化合物称为肽。形成的键称为成的化合物称为肽。形成的键称为肽键，或酰胺键。肽键，或酰胺键。肽和肽键的形成肽和肽键的形成HCNH2COOHH3CHNCH2COOHHH2O_+HCNH2H3CCONHCH2COOH肽键肽键丙氨酸丙
30、氨酸甘氨酸甘氨酸丙氨酰甘氨酸丙氨酰甘氨酸二肽二肽二肽二肽 三肽三肽 四肽四肽 多肽（多肽（Polypeptide）肽的命名命名：根据氨基酸组成，由命名：根据氨基酸组成，由N N端端CC端命名端命名 丙氨酰甘氨酰亮氨酸 AlaGlyLeu)CHCOHNCH2COHNCHCOOHH3CNH2CH2CH3CCH3H氨基酸之间通过肽键连接形成的链称肽链 H2NCHCR1OHNCHCR2OHNCHCR3OHNCHCOHRnON端氨基酸残基氨基酸残基氨基酸残基C端肽链书写方式：肽链书写方式：N N端端CC端端 肽链有链状、环状和分支状。肽链有链状、环状和分支状。天然的生物活性肽天然的生物活性肽（一）谷胱甘
31、肽（一）谷胱甘肽（glutathioneglutathione，GSHGSH）存在于动植物、微生物细胞中的重要三肽，存在于动植物、微生物细胞中的重要三肽，由由GluGlu、CysCys和和GlyGly组成。组成。GSHGSH的特殊性：具有一个的特殊性：具有一个-肽键，由谷氨肽键，由谷氨酸的酸的-羧基和半胱氨酸的羧基和半胱氨酸的-氨基缩合氨基缩合而成。而成。GSHGSH含有一个活泼的含有一个活泼的-SH-SH，很容易被氧化，两分子，很容易被氧化，两分子GSHGSH脱脱H H以二硫键相连形成氧化型的。以二硫键相连形成氧化型的。GSHGSH的巯基具有嗜核特性，能与嗜电子物质结合，的巯基具有嗜核特性，
32、能与嗜电子物质结合，阻断这些化合物与阻断这些化合物与DNADNA、人、人、RNARNA结合，保护机体免结合，保护机体免受损害受损害（二）催产素和升压素（二）催产素和升压素 属于激素类（属于激素类（HormoneHormone）。）。均由下丘脑神经细胞合成，最终释均由下丘脑神经细胞合成，最终释放到血液。放到血液。都是都是9 9肽，分子中有环状结构。肽，分子中有环状结构。功功 能能 催产素：使子宫和乳腺平滑肌收缩，催产素：使子宫和乳腺平滑肌收缩，具有催产及使乳腺排乳的作用。具有催产及使乳腺排乳的作用。加压素：促进血管平滑肌收缩，使血加压素：促进血管平滑肌收缩，使血压升高，并具有减少排尿的功能。压升
33、高，并具有减少排尿的功能。两者均与记忆有关，功能相反。两者均与记忆有关，功能相反。（三）促肾上腺皮质激素（三）促肾上腺皮质激素（ACTHACTH）由腺垂体分泌的一种由由腺垂体分泌的一种由3939个个AaAa组成的多肽。组成的多肽。活性部位为第活性部位为第4-104-10的的7 7肽：肽：Met-Glu-His-Phe-Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-GlyArg-Trp-Gly。功能：促进肾上腺皮质的生长和肾上腺皮质功能：促进肾上腺皮质的生长和肾上腺皮质激素的合成和分泌。激素的合成和分泌。其他部位如大脑和下丘脑也可以分泌其他部位如大脑和下丘脑也可以分泌ACTHACTH。（四）脑
34、肽（四）脑肽 种类很多，脑啡肽（种类很多，脑啡肽（enkephalinenkephalin）是）是在高等动物大脑中发现的，具有镇痛在高等动物大脑中发现的，具有镇痛功能，比吗啡的功能更强。功能，比吗啡的功能更强。19751975年脑啡肽的结构被阐明，并分离年脑啡肽的结构被阐明，并分离出两种脑啡肽。出两种脑啡肽。19821982年我国人工合成了年我国人工合成了LeuLeu-脑啡肽。脑啡肽。甲硫氨酸脑啡肽甲硫氨酸脑啡肽TyrGlyGlyPheTyrGlyGlyPhe-MetMet 亮氨酸脑啡肽亮氨酸脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu（五）胆囊收缩素（五）胆囊收缩素 消化管分泌与消化机能相
35、适应的活性肽。消化管分泌与消化机能相适应的活性肽。小肠：胃泌素，促进胃酸分泌。小肠：胃泌素，促进胃酸分泌。十二指肠、空肠：肠促胰泌素，可刺激胰十二指肠、空肠：肠促胰泌素，可刺激胰脏分泌脏分泌HCOHCO3 3-，增强十二指肠对胆囊收缩素，增强十二指肠对胆囊收缩素（3333个个AaAa）的分泌。）的分泌。（六）胰高血糖素（六）胰高血糖素 胰脏胰脏-细胞可分泌胰高血糖素，为细胞可分泌胰高血糖素，为2929肽。肽。可调节控制肝糖原降解产生葡萄糖，以可调节控制肝糖原降解产生葡萄糖，以维持血糖水平，还能够引起血管舒张，维持血糖水平，还能够引起血管舒张，抑制肠的蠕动及分泌。抑制肠的蠕动及分泌。五、蛋白质结
36、构五、蛋白质结构 蛋白质是由各种氨基酸通过肽键连接而成的蛋白质是由各种氨基酸通过肽键连接而成的多肽链，再由一条或多条以上的多肽链按各多肽链，再由一条或多条以上的多肽链按各自特殊方式组合成具有完整生物活性的分子。自特殊方式组合成具有完整生物活性的分子。蛋白质与多肽的主要区别：蛋白质与多肽的主要区别：分子量分子量和和空间结空间结构构。蛋白质的结构层次蛋白质的结构层次 一级结构（一级结构（primary structureprimary structure）；）；二级结构（二级结构（secondary structuresecondary structure）；）；超二级结构（超二级结构（super
37、 secondary super secondary structurestructure）；）；结构域（结构域（domaindomain）；）；三级结构（三级结构（tertiary structuretertiary structure）；）；四级结构（四级结构（quaternary structurequaternary structure）。）。（一）蛋白质的一级结构（一）蛋白质的一级结构 蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序（序列）蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序（序列）就是蛋白质的一级结构。就是蛋白质的一级结构。氨基酸残基：氨基酸的氨基酸残基：氨基酸的-氨基和氨基和-羧基缩羧基缩水合形成
38、的基团。水合形成的基团。多肽或蛋白质的书写方式：氨基末端或多肽或蛋白质的书写方式：氨基末端或N N末末端写在左边（端写在左边（H H），羧基末端或），羧基末端或C C末端写在右末端写在右边（边（OHOH）。）。二硫键二硫键 蛋白质分子的结构有链状、环状、分枝状等蛋白质分子的结构有链状、环状、分枝状等多种形式。多种形式。二硫键是由两个二硫键是由两个CysCys残基连接而成，是连接残基连接而成，是连接肽链内或肽链间的主要桥键。肽链内或肽链间的主要桥键。二硫键起着稳定肽链空间结构的作用，并与二硫键起着稳定肽链空间结构的作用，并与生物活性有关。生物活性有关。胰岛素（胰岛素（insulininsulin
39、）是由动物胰脏中胰岛是由动物胰脏中胰岛细胞分泌的一种分细胞分泌的一种分子量较小的蛋白质激素，可降低血糖含量。子量较小的蛋白质激素，可降低血糖含量。是第一个被阐明一级结构的蛋白质，由是第一个被阐明一级结构的蛋白质，由A A（2121）、）、B B（3030）两条链组成，有）两条链组成，有3 3个二硫键，个二硫键，二硫键被破坏将影响胰岛素的活性。二硫键被破坏将影响胰岛素的活性。胰岛素的一级结构（胰岛素的一级结构（1953）不同结构层次间的关系不同结构层次间的关系 一级结构是最基本的，它包含着决定一级结构是最基本的，它包含着决定蛋白质高级结构的因素。蛋白质高级结构的因素。（二）蛋白质的空间结构（二）
40、蛋白质的空间结构 蛋白质分子的多肽链并不是线形伸展，蛋白质分子的多肽链并不是线形伸展，而是按一定方式折叠盘绕成特有的空而是按一定方式折叠盘绕成特有的空间结构。间结构。蛋白质的空间结构通常称为蛋白质的空间结构通常称为蛋白质的构象（又称高级结构），是蛋白质的构象（又称高级结构），是指蛋白质分子中所有原子在三维空间指蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向。的排列分布和肽链的走向。（二）稳定蛋白质空间结构的作用力（二）稳定蛋白质空间结构的作用力 次级键次级键（高级结构）：氢键、盐键、疏（高级结构）：氢键、盐键、疏水键、范德华力、配位键。水键、范德华力、配位键。H H键，由键，由H H同电
41、负性大的原子形成的吸引同电负性大的原子形成的吸引作用力，键能较小。作用力，键能较小。疏水键是多肽链上疏水性较强的疏水键是多肽链上疏水性较强的AaAa的非极性的非极性侧链避开水相自相粘附聚集在一起形成的，侧链避开水相自相粘附聚集在一起形成的，对维持蛋白质的三级结构有重要作用。对维持蛋白质的三级结构有重要作用。盐键是通过盐键是通过PrPr中带正、负电荷的侧链基团互中带正、负电荷的侧链基团互相接近，通过静电吸引而形成的。相接近，通过静电吸引而形成的。范德华力，实质是静电力，分为定向力、诱范德华力，实质是静电力，分为定向力、诱导力和分散力。导力和分散力。a 离子键离子键 b 氢键氢键 c c 疏水键疏
42、水键 d d 范德华引力范德华引力蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 主要是指蛋白质多肽链本身的折叠主要是指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式。和盘绕方式。天然蛋白质一般均含有天然蛋白质一般均含有-螺旋、螺旋、-折叠和折叠和-转角的结构。转角的结构。（1 1）-螺旋（螺旋（-helix-helix）19511951年美国年美国PaulingPauling和和CoreyCorey等人在等人在研究纤维状蛋白质时，提出了研究纤维状蛋白质时，提出了-螺螺旋，后来发现在球状蛋白质分子中旋，后来发现在球状蛋白质分子中也存在也存在-螺旋。螺旋。-螺旋结构要点螺旋结构要点（1 1）每隔）每隔3.63.6个残基（个
43、残基（residueresidue），螺旋上升一圈，），螺旋上升一圈，螺旋体的中心轴每上升一圈相当于向上平移螺旋体的中心轴每上升一圈相当于向上平移0.54nm0.54nm，每个残基上升每个残基上升0.15nm0.15nm，每一圈每个残基旋转，每一圈每个残基旋转100100（2 2）在同一肽链内相邻的螺圈之间形成在同一肽链内相邻的螺圈之间形成氢链氢链。（3 3）-螺旋有右手螺旋和左手螺旋之分，天然蛋螺旋有右手螺旋和左手螺旋之分，天然蛋白质绝大部分是右手螺旋，到目前为止仅在嗜热菌白质绝大部分是右手螺旋，到目前为止仅在嗜热菌蛋白酶中发现了一段左手螺旋。蛋白酶中发现了一段左手螺旋。(4)-(4)-螺旋
44、的稳定性主要靠氢键来维持。螺旋的稳定性主要靠氢键来维持。氢键（氢键（H-bond H-bond）的结构）的结构 除了上面这种典型的除了上面这种典型的-螺旋外，还有螺旋外，还有一些不典型的一些不典型的-螺旋，所以规定了有关螺旋，所以规定了有关螺旋的写法，用螺旋的写法，用“n ns s”来表示，来表示，n n为螺旋为螺旋上升一圈氨基酸的残基数。上升一圈氨基酸的残基数。s s为氢键封闭为氢键封闭环内的原子数环内的原子数，典型的典型的-螺旋用螺旋用3.63.61313表表示示，非典型的，非典型的-螺旋有螺旋有3.03.01010，4.44.41616（螺旋）等。螺旋）等。-螺旋的稳定性螺旋的稳定性在多
45、肽链中连续的出现带同种电荷的极性氨基酸，在多肽链中连续的出现带同种电荷的极性氨基酸，-螺旋就不稳定。螺旋就不稳定。在多肽链中只要出现在多肽链中只要出现ProPro，-螺旋就被中断，产螺旋就被中断，产生一个弯曲（生一个弯曲（bendbend）或结节（）或结节（kinkkink）。）。GlyGly的的R R基太小，难以形成基太小，难以形成-螺旋所需的两面角，螺旋所需的两面角，所以和所以和ProPro一样也是螺旋的最大破坏者。一样也是螺旋的最大破坏者。肽链中连续出现带庞大侧链的氨基酸如肽链中连续出现带庞大侧链的氨基酸如IleIle，由于，由于空间位阻，也难以形成空间位阻，也难以形成-螺旋。螺旋。（2
46、 2）-折叠折叠 也是也是PaulingPauling等人提出来的，它是与等人提出来的，它是与-螺旋完全不同的一种结构。螺旋完全不同的一种结构。-折叠主链骨架以一定的折叠形式形成折叠主链骨架以一定的折叠形式形成一个折叠的片层。一个折叠的片层。在两条相邻的肽链之间形成在两条相邻的肽链之间形成氢键氢键。-折叠有平行和反平行的两种形式折叠有平行和反平行的两种形式:平行（平行（parallelparallel）反平行（反平行（antiparallelantiparallel）平行和反平行平行和反平行平行：所有肽链的平行：所有肽链的N N端处于同一端，为同方端处于同一端，为同方向，如向，如-角蛋白。角蛋
47、白。反平行：肽链的反平行：肽链的N N端一顺一倒的排列，如丝端一顺一倒的排列，如丝心蛋白。心蛋白。反平行更稳定。反平行更稳定。每一个氨基酸在主轴上所占的距离，平行的每一个氨基酸在主轴上所占的距离，平行的是是0.325nm0.325nm，反平行的是，反平行的是0.347nm0.347nm。反平行的反平行的链间氢键与肽链走向平行。链间氢键与肽链走向平行。（3 3）-转角转角-转角是指蛋白质的分子的多肽链经常出现转角是指蛋白质的分子的多肽链经常出现180180的回折，在回折角上的结构就称的回折，在回折角上的结构就称-转角，转角，也称发夹结构，或称也称发夹结构，或称U U形转折。由第一个氨基形转折。由
48、第一个氨基酸残基的酸残基的C=OC=O与第四个氨基酸残基的与第四个氨基酸残基的N-HN-H之间之间形成氢键。形成氢键。GlyGly的侧链为的侧链为H H，适合于充当多肽链，适合于充当多肽链大幅度转向的成员。大幅度转向的成员。ProPro残基的环残基的环状侧链的固定取向有利于多肽链状侧链的固定取向有利于多肽链-转角的形成，它往往出现在转转角的形成，它往往出现在转角部位。角部位。（4 4）自由回转）自由回转 又称无规卷曲、自由绕曲。又称无规卷曲、自由绕曲。无规卷曲是指没有规律性的肽链结构，无规卷曲是指没有规律性的肽链结构，但许多蛋白质（如酶）的功能部位常常但许多蛋白质（如酶）的功能部位常常埋伏在这
49、里。埋伏在这里。2.2.超二级结构和结构域超二级结构和结构域 超二级结构是超二级结构是19731973年年RossmannRossmann提出的，提出的，它是指由若干相邻的二级结构中的构象它是指由若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作用，形成有规则的，在单元彼此相互作用，形成有规则的，在空间上能辨认的二级结构组合体。主要空间上能辨认的二级结构组合体。主要有有，等等。结构域结构域 超二级结构在层次上高于二级结构，但没有超二级结构在层次上高于二级结构，但没有聚集成具有功能的结构域。聚集成具有功能的结构域。结构域是球状蛋白的折叠单位和基本功能单结构域是球状蛋白的折叠单位和基本功能单位，多肽链在超二
50、级结构的基础上进一步绕位，多肽链在超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球状的结构。在空间上曲折叠成紧密的近似球状的结构。在空间上彼此分隔，各自具有部分彼此分隔，各自具有部分生物功能生物功能的结构。的结构。对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链通常由两个或两个以上相对独立的链通常由两个或两个以上相对独立的结构域缔合成三级结构；对于较小的结构域缔合成三级结构；对于较小的蛋白质或亚基，结构域和三级结构是蛋白质或亚基，结构域和三级结构是等同的，即这些蛋白质是单结构域的。等同的，即这些蛋白质是单结构域的。肌红蛋白和血红蛋白蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构 三级结构是指
