1、中职生物化学课件第2-3章第第2章章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能导言导言 蛋白质蛋白质(protein)(protein)普遍存在于自然界各普遍存在于自然界各种生物体内，人体内的蛋白质种类繁多，种生物体内，人体内的蛋白质种类繁多，多达多达1010万余种，约占人体干重的万余种，约占人体干重的45%45%。体内。体内各种蛋白质形态万千，功能各异。这些蛋各种蛋白质形态万千，功能各异。这些蛋白质除承担重要的结构功能外，还参与催白质除承担重要的结构功能外，还参与催化反应、免疫反应、血液凝固、代谢调节化反应、免疫反应、血液凝固、代谢调节、遗传物质传递与调控以及肌肉收缩等几、遗传物质传递与调控以及
2、肌肉收缩等几乎所有的生命活动过程。因此，蛋白质是乎所有的生命活动过程。因此，蛋白质是生命活动的物质基础，没有蛋白质就没有生命活动的物质基础，没有蛋白质就没有生命。生命。分布广含量高种类多代谢调节作用代谢调节作用免疫保护作用免疫保护作用物质的转运和存储物质的转运和存储运动与支持作用运动与支持作用参与细胞间信息传递参与细胞间信息传递蛋白质的生物蛋白质的生物学功能学功能作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）氧化供能氧化供能第第1节节蛋白质的分子组成一、蛋白质的元素组成一、蛋白质的元素组成含氮量比较接近，占含氮量比较接近，占13%13%19%19%，平均约为，平均约为16%16%，100 g样品中蛋
3、白质含量样品中蛋白质含量(g%)=1 g样品含氮量样品含氮量 6.25 100蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点1/16%2008年9月，中国爆发某企业婴幼儿奶粉受三聚氰胺污染事件，食用了受污染奶粉的婴幼儿产生肾结石病症。三聚氰胺化学式：C3H6N6，俗称密胺、蛋白精，是一种化工原料。问题：奶制品生产企业为什么要在奶粉中添加三聚氰胺？案例案例2-12-1奶制品中氮的含量测测定定计计算算奶制品中奶制品中蛋白质的含量蛋白质的含量添加三聚氰胺添加三聚氰胺提高氮含量提高氮含量蛋白质含量蛋白质含量“被提高被提高”奶制品奶制品受污染受污染案例案例2-12-1二、蛋白质的基本组成单位二、蛋白质的基本组
4、成单位氨基酸氨基酸氨基酸的分类氨基酸的分类 (表表2-12-1）非极性疏水性非极性疏水性氨基酸（氨基酸（8种）种）极性中性极性中性氨基酸（氨基酸（7种）种）碱性碱性氨基酸（氨基酸（3种）种）酸性酸性氨基酸（氨基酸（2种）种）第第2节节蛋白质的结构与功能 肽：氨基酸通过肽键连接而成的化合物 有：二肽、三肽、多肽（链）H-H-赖赖1 1-色色2 2-苏苏3 3-丙丙4 4-异亮异亮5 5-谷谷6 6天天1515-赖赖1616-蛋蛋1717-酪酪1818-OH OH 生物活性肽生物活性肽谷胱甘肽谷胱甘肽三肽三肽促甲状腺素释放激素促甲状腺素释放激素三肽三肽脑啡肽脑啡肽五肽五肽催产素催产素九肽九肽人体内
5、某些具有重要生理功能的小分子肽。蛋白质分子中蛋白质分子中氨基酸的排列顺序氨基酸的排列顺序（二）蛋白质的一级结构（基本结构）（二）蛋白质的一级结构（基本结构）一级结构主要化学键是一级结构主要化学键是肽键肽键一级结构一级结构(primary structure)(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)(quaternary structure)高级
6、高级结构结构二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构基本结构基本结构二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构多肽链主链通过折叠、盘曲所形成的空间结构多肽链主链通过折叠、盘曲所形成的空间结构主要的稳定键：主要的稳定键：氢键氢键 (一一)蛋白质分子的二级结构蛋白质分子的二级结构主要构象：主要构象：-螺旋螺旋 、-折叠折叠 、-转角转角 、无规卷曲无规卷曲 蛋白质的二级结构：蛋白质的二级结构：-螺旋结构示意图螺旋结构示意图蛋白质的二级结构：蛋白质的二级结构：-折叠结构示意图折叠结构示意图 蛋白质的二级结构：蛋白质的二级结构：-转角结构示意图转角结构示意图肽链出现肽链出现180180回折的部分形成回折
7、的部分形成-转角转角 （二）蛋白质分子的三级结构（二）蛋白质分子的三级结构疏水键疏水键、离子键、氢键和、离子键、氢键和 范德华力等范德华力等 主要的稳定键：主要的稳定键：定义：整条多肽链上所有原子的空间排列定义：整条多肽链上所有原子的空间排列位置位置主要构象：主要构象：球形、椭圆形等球形、椭圆形等 蛋白质分子三级结构的维持键蛋白质分子三级结构的维持键肌红蛋白三级结构示意图肌红蛋白三级结构示意图N 端端 C端端仅由一条多肽仅由一条多肽链构成的蛋白链构成的蛋白质需具有质需具有三级三级结构才具有生结构才具有生物学物学活性活性主要稳定键主要稳定键 ：离子键离子键、疏水键、氢键、疏水键、氢键、（三）蛋白
8、质分子的四级结构（三）蛋白质分子的四级结构由两条或两条以上具有由两条或两条以上具有三级结构三级结构的多肽的多肽链通过非共价键结合而成的复杂空间结构。链通过非共价键结合而成的复杂空间结构。亚基：在蛋白质分子四级结构中每条具亚基：在蛋白质分子四级结构中每条具有完整三级结构的多肽链（可以相同也可以有完整三级结构的多肽链（可以相同也可以不同）不同）主要构象主要构象 ：复杂：复杂 血红蛋白血红蛋白是由含有血是由含有血红素的红素的2 2个个亚基和亚基和2 2个个亚基组亚基组成的四聚体。成的四聚体。血红蛋白的四级结构示意图血红蛋白的四级结构示意图一级结构是空间构象的基础一级结构是空间构象的基础 三、蛋白质结
9、构与功能的关系三、蛋白质结构与功能的关系（一）蛋白质一级结构与功能的关系（一）蛋白质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，无活性三、蛋白质结构与功能的关系三、蛋白质结构与功能的关系1一级结构相似表现出相似的功能3一级结构与分子病2一级结构不同表现出不同的功能（一）蛋白质一级结构与功能的关系（一）蛋白质一级结构与功能的关系 比较上述脊椎动物的胰岛素一级结构与人的胰比较上述脊椎动物的胰岛素一级结构与人的胰岛素一级结构差异最小的是哪种动物？岛素一级结构差异最小的是哪种动物？催
10、产素对子宫平滑肌和乳腺导管的收缩作用催产素对子宫平滑肌和乳腺导管的收缩作用远较抗利尿激素强，但催产素对血管平滑肌的收远较抗利尿激素强，但催产素对血管平滑肌的收缩作用和利尿作用仅为抗利尿激素的缩作用和利尿作用仅为抗利尿激素的1%1%三、蛋白质结构与功能的关系三、蛋白质结构与功能的关系1空间结构改变，功能改变3空间结构与构象病2空间结构破坏，功能丧失（二）蛋白质空间结构与功能的关系（二）蛋白质空间结构与功能的关系案例案例2-22-2 19961996年春天年春天“疯牛病疯牛病”席卷了整个英国，它不仅席卷了整个英国，它不仅引起英国一场空前的经济和政治动荡，而且也波及引起英国一场空前的经济和政治动荡，
11、而且也波及了整个欧洲。疯牛病又称了整个欧洲。疯牛病又称“牛海绵状脑病牛海绵状脑病”，是由，是由朊病毒蛋白引起的神经疾病，其病理学的特点是淀朊病毒蛋白引起的神经疾病，其病理学的特点是淀粉样斑沉积，表现为大脑皮层的神经元细胞退化、粉样斑沉积，表现为大脑皮层的神经元细胞退化、丢失，空泡变性、死亡、消失，因而造成海绵状态丢失，空泡变性、死亡、消失，因而造成海绵状态即海绵脑病。朊病毒原无致病性，在某种未知蛋白即海绵脑病。朊病毒原无致病性，在某种未知蛋白质的作用下转变成致病分子。质的作用下转变成致病分子。问题问题1 1：朊病毒本质是什么？：朊病毒本质是什么？问题问题2 2：朊病毒到底发生了什么变化以至产生
12、如此严：朊病毒到底发生了什么变化以至产生如此严重的后果呢？重的后果呢？朊病毒蛋白朊病毒蛋白二级结构多为二级结构多为-螺旋结构螺旋结构无致病性无致病性朊病毒蛋白朊病毒蛋白二级结构变为二级结构变为-折叠结构折叠结构有致病性有致病性疯牛病疯牛病蛋白质空间结构与生理功能密切相关蛋白质空间结构与生理功能密切相关 第第3节节蛋白质的理化性质与分类蛋白质的两性电离蛋白质的两性电离:蛋白质分子上同时有酸蛋白质分子上同时有酸碱性基团，可进行酸式电离（释放碱性基团，可进行酸式电离（释放H H+，带负，带负电），也可进行碱式电离（结合电），也可进行碱式电离（结合H H+，带正，带正电）。电）。兼性离子兼性离子：蛋白
13、质在某溶液中解离成正、负：蛋白质在某溶液中解离成正、负离子的趋势相等，蛋白质呈现电中性。离子的趋势相等，蛋白质呈现电中性。等电点等电点 (pI)(pI)：能使某种蛋白质称为兼性离：能使某种蛋白质称为兼性离子的溶液的子的溶液的pHpH值称为该蛋白质的等电点。值称为该蛋白质的等电点。不同的蛋白质各有不同的等电点不同的蛋白质各有不同的等电点不同溶液中蛋白质电离结果不同：不同溶液中蛋白质电离结果不同：pH=pI pH=pI 时，蛋白质为兼性离子时，蛋白质为兼性离子 pHpHpI pI 时，蛋白质为正离子时，蛋白质为正离子 pHpHpI pI 时，蛋白质为负离子时，蛋白质为负离子为什么人体血液中的蛋白质
14、带负电荷？为什么人体血液中的蛋白质带负电荷？正常人血液正常人血液pH=7.35 7.45血液中各种蛋白质的血液中各种蛋白质的pI 基本小于基本小于7.0pHpI所以：血液中的蛋白质带负电荷所以：血液中的蛋白质带负电荷思考：思考：（二）蛋白质的亲水胶体性质（二）蛋白质的亲水胶体性质胶体性质：胶体性质：亲水亲水稳定稳定不能透过半不能透过半透膜透膜胶体胶体蛋白质亲水稳蛋白质亲水稳定的原因：定的原因：水化膜水化膜同种电荷同种电荷蛋白质沉淀蛋白质沉淀蛋白质沉淀蛋白质沉淀有机溶剂有机溶剂沉淀法沉淀法盐析盐析方法方法重金属盐重金属盐沉淀法沉淀法有些酸类有些酸类沉淀法沉淀法沉淀方法沉淀方法（三）蛋白质的变性和
15、凝固（三）蛋白质的变性和凝固 1 1变性的概念变性的概念 在某些物理、化学因素作用在某些物理、化学因素作用下，蛋白质的空间结构被破坏，导致其理化性下，蛋白质的空间结构被破坏，导致其理化性质改变和生物活性丧失，称为蛋白质变性。质改变和生物活性丧失，称为蛋白质变性。2 2变性的实质变性的实质 破坏维持空间结构稳定的破坏维持空间结构稳定的各种次级键，肽键未断裂各种次级键，肽键未断裂物理因素：高温、高压、紫外线、X射线、超声波及强烈震荡等；化学因素：强酸、强碱、重金属盐、有机溶剂等3 3变性的特征变性的特征 溶解度降低而容易沉淀，黏溶解度降低而容易沉淀，黏度增加，易被水解酶水解消化，原有的生度增加，易
16、被水解酶水解消化，原有的生物学活性丧失物学活性丧失4 4变性的应用变性的应用 临床医学上常用的酒精、紫临床医学上常用的酒精、紫外线消毒、高压高热灭菌等；免疫球蛋白外线消毒、高压高热灭菌等；免疫球蛋白或生物制剂低温保存或生物制剂低温保存案例案例2-32-3 我们经常看到，临床上用碘酒、酒精消我们经常看到，临床上用碘酒、酒精消毒病人注射区域的皮肤，用紫外灯进行病毒病人注射区域的皮肤，用紫外灯进行病房消毒，用高温高压对一些医疗器物进行房消毒，用高温高压对一些医疗器物进行灭菌等操作。生活中我们把被褥放到日光灭菌等操作。生活中我们把被褥放到日光下曝晒杀菌，将食物煮熟后食用以便杀菌下曝晒杀菌，将食物煮熟后
17、食用以便杀菌和容易消化吸收。和容易消化吸收。问题：以上做法是利用了蛋白质的什么问题：以上做法是利用了蛋白质的什么性质特点？性质特点？（四）蛋白质的紫外吸收性质（四）蛋白质的紫外吸收性质 蛋白质分子中含有的蛋白质分子中含有的色氨酸、酪氨酸残基，色氨酸、酪氨酸残基，含有共轭双键，在含有共轭双键，在 280 nm280 nm 波长处出现特波长处出现特征吸收峰。征吸收峰。（五）蛋白质的呈色反应（五）蛋白质的呈色反应2 2、茚三酮反应茚三酮反应蛋白质分子蛋白质分子+茚三酮茚三酮 化合物化合物1 1、双缩脲反应双缩脲反应蛋白质分子蛋白质分子+碱性铜碱性铜 共热共热 紫红色紫红色化合物化合物3 3、Foli
18、n-Folin-酚试剂反应酚试剂反应蛋白质分子中酪氨酸残基蛋白质分子中酪氨酸残基+酚试剂反应酚试剂反应蓝色蓝色化合物。化合物。二、蛋白质的分类二、蛋白质的分类 （二）按组成特点分类（二）按组成特点分类 1.1.单纯蛋白质单纯蛋白质2.2.结合蛋白质结合蛋白质 =蛋白部分蛋白部分 +非蛋白部分非蛋白部分（一）按分子形状分类（一）按分子形状分类 2.2.纤维状蛋白质纤维状蛋白质1.1.球状蛋白质球状蛋白质小小 结结v蛋白质具有两性电离、亲水胶体、变性、蛋白质具有两性电离、亲水胶体、变性、紫外吸收、呈色反应等理化性质。紫外吸收、呈色反应等理化性质。v许多理化因素能够破坏蛋白质的空间结构许多理化因素能
19、够破坏蛋白质的空间结构，从而使蛋白质失去原有的理化性质与生，从而使蛋白质失去原有的理化性质与生物学活性，使蛋白质变性，蛋白质变性在物学活性，使蛋白质变性，蛋白质变性在医学上、生活中都具有重要意义。医学上、生活中都具有重要意义。生物化学生物化学中等职业教育“十二五”国家级规划教材第3章 核酸的结构 与功能导言导言 1868年瑞士青年科学家米歇尔（Friedrich Miescher）在外科绷带上脓细胞的核中发现了“核素”,1889年生物化学家奥尔特曼因其为酸性物质，首先以“核酸”命名核素。核酸存在所有生物体内，它是生物体遗传的物质基础，在生物体的生命活动中具有重要的生物学意义。是现代生物学和生命
20、科学的一个重要标志，是从本质解读人类生命的一把钥匙。本章主要介绍核酸的分子组成及分子结构。第第1节节核酸的分子组成核酸的分子组成案例案例3 3-1-1患者，女，患者，女，17岁，因寒颤、发热、肌肉痛、头岁，因寒颤、发热、肌肉痛、头痛、疲劳、喉咙痛、痛苦干咳而就诊，医生诊痛、疲劳、喉咙痛、痛苦干咳而就诊，医生诊断为流行性感冒。断为流行性感冒。1、你知道引起这种疾病的病原微生物是什么、你知道引起这种疾病的病原微生物是什么吗？吗？2、这种微生物的遗传物质是什么吗？、这种微生物的遗传物质是什么吗？一、核酸的元素组成二、核酸的基本组成单位核苷酸核酸的水解过程及产物磷酸、戊糖磷酸、戊糖、碱基、碱基磷酸、磷
21、酸、核苷核苷核苷酸核苷酸核酸核酸二、核酸的基本组成单位核苷酸（一）磷酸在DNA和RNA分子中都含有磷酸。（二）戊糖（三）、含氮碱基 嘧啶嘧啶 胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）嘌呤嘌呤 腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）(四)核苷酸嘌呤杂环的N9 戊糖C1 嘧啶杂环的N1 戊糖C1核苷和脱氧核苷的化学结构式核苷和脱氧核苷的化学结构式组成组成DNADNARNARNA磷酸磷酸无差别无差别戊糖戊糖脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖碱基碱基A A、G G、C C、T TA A、G G、C C、U U核苷酸核苷酸脱氧腺苷一磷酸（脱氧腺苷一磷酸（dAMPdAMP）脱氧鸟苷一磷酸（
22、脱氧鸟苷一磷酸（dGMPdGMP）脱氧胞苷一磷酸（脱氧胞苷一磷酸（dCMPdCMP）脱氧胸苷一磷酸（脱氧胸苷一磷酸（dTMPdTMP）腺苷一磷酸（腺苷一磷酸（AMPAMP）鸟苷一磷酸（鸟苷一磷酸（GMPGMP）胞苷一磷酸（胞苷一磷酸（CMPCMP）胸苷一磷酸（胸苷一磷酸（UMPUMP）DNA和和RNA分子组成的区别、核苷酸的命名及缩写分子组成的区别、核苷酸的命名及缩写临床对接 流感病毒侵入人体后吸附于宿主细胞表面，通过吞饮进入细胞内，释放RNA，以宿主细胞组分为原料，不断增殖子代。流感病毒感染将导致宿主细胞变性、坏死乃至脱落，造成粘膜充血、水肿和分泌物增加，从而产生鼻塞、流涕、咽喉疼痛、干咳以
23、及其它上呼吸道感染症状，当病毒蔓延至下呼吸道，则可能引起毛细支气管炎和间质性肺炎。病毒感染还会诱导干扰素的表达和细胞免疫调理，造成一些自身免疫反应，包括高热、头痛、腓肠肌及全身肌肉疼痛等。三、体内重要的游离核苷酸及其衍生物（一）多磷酸核苷酸（一）多磷酸核苷酸 体内最重要的多磷酸核苷酸是二磷酸腺苷（ADP）和三磷酸腺苷（ATP）临床对接临床对接 能量合剂能量合剂 能量合剂是一种能量补充剂，为粉针剂，每支内含辅酶A50u、三磷酸腺苷(ATP)20mg及胰岛素4u。所含这三种成分都能提供能量，促进糖代谢，有助于病变器官功能的改善。能量合剂临床上用于肾炎、肝炎、肝硬化及心衰等。用法和用量：用2ml生理
24、盐水溶解后肌注，一次一支，一日12次。或一次12支溶于5葡萄糖液500ml中缓慢静滴。静滴时注意不宜过快，过快易引起心悸、出汗等不良反应，本品因含有胰岛素，所以不宜空腹使用。体内重要的环化核苷酸有3，5环腺苷酸（cAMP）和3，5环鸟苷酸（cGMP）（二）环化核苷酸（二）环化核苷酸环腺苷酸（cAMP）环鸟苷酸（cGMP）第第2节节DNA的分子结构的分子结构螺距：3.4nm两链：相互平行方向相反形成右手螺旋维系力：碱基堆积力、氢键碱基位于内侧互补配对：AT、GC外侧：脱氧核糖、磷酸:1是由两条平是由两条平行且方向相行且方向相反的多脱氧反的多脱氧核苷酸链围核苷酸链围绕同一中心绕同一中心轴向右盘旋轴
25、向右盘旋而成的右手而成的右手双螺旋结构双螺旋结构。3两条链上的碱两条链上的碱基通过氢键连基通过氢键连接成碱基对：接成碱基对：A与与T配对，配对，C与与 G配对，这配对，这种配对关系称种配对关系称为碱基互补配为碱基互补配对规律。对规律。2DNA分子中分子中的脱氧核糖的脱氧核糖和磷酸交替和磷酸交替连接构成基连接构成基本骨架，排本骨架，排列在外侧，列在外侧，碱基排列在碱基排列在内侧。内侧。3每每10个碱基对个碱基对螺旋一周，螺螺旋一周，螺距为距为 3.4nm。碱基对之间。碱基对之间的氢键和碱基的氢键和碱基平面之间的堆平面之间的堆积力是维持双积力是维持双螺旋结构稳定螺旋结构稳定的主要作用力的主要作用力
26、。四、四、DNA的功能的功能储存遗传信息储存遗传信息复制遗传信息复制遗传信息转录遗传信息转录遗传信息DNA的功能的功能第第3节节 第第4节节核酸的理化性质核酸的理化性质嘌呤碱和嘧啶碱中都嘌呤碱和嘧啶碱中都含有共轭双键含有共轭双键260nm可用于核酸的定性和可用于核酸的定性和定量分析定量分析 原理原理应用应用最大吸最大吸收峰收峰小结小结v 核酸主要由C、H、O、N、P元素组成，其基本单位是核苷酸，由磷酸、戊糖和碱基组成。核酸分为DNA和RNA两类，DNA由磷酸、脱氧核糖和碱基（AGCT）组成，RNA由磷酸、核糖和碱基（AGCU）组成。组成DNA的脱氧核苷酸是dAMP、dGMP、dCMP、dTMP；组成RNA的核苷酸是AMP、GMP、CMP、UMP。体内重要的游离核苷酸有ADP、ATP、cAMP、cGMP等。v核糖与碱基以糖苷键连接形成核苷，核苷与磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸，核苷酸与核苷酸通过3，5-磷酸二酯键连接形成多核苷酸链。DNA的一级结构是双链，RNA的一级结构是单链，DNA二级结构为双螺旋结构，其中tRNA二级结构为三叶草形。DNA具有储存、复制和转录遗传信息的功能。v核酸是两性电解质;核酸具有紫外吸收特性，其最大吸收峰在260nm处，这一性质可对核酸进行定性和定量测定；DNA具有变性和复性的性质。
