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1、生物化学,第一章复习小结,周珏宇,南方医科大学 基因工程研究所生物化学与分子生物学教研室,2,【掌握】元素组成特点；氨基酸的结构通式；氨基酸的分类；三字母英文缩写符号及pI的定义和计算；一级结构的概念及其主要的化学键；蛋白质的二级结构的概念、主要化学键和形式（-螺旋，-折叠，-转角与无规卷曲）；-螺旋、-折叠的结构特点；三级结构概念和维持其稳定的化学键；四级结构的概念和维持稳定的化学键；结构与功能的关系：一级结构决定空间结构、空间结构决定生物学功能、肌红蛋白和血红蛋白分子结构、别构效应；蛋白质的理化性质：两性电离、胶体性质、蛋白质变性的概念和意义、紫外吸收和呈色反应。【熟悉】肽、肽键与肽链的概
2、念、多肽链的写法、生物活性肽的概念；肽单元概念、模序（motif）、锌指结构、分子伴侣的概念；结构域(domain)的特点；蛋白质的分类；蛋白质的沉淀、等电点、凝胶过滤、超速离心；蛋白质分离和纯化技术：盐析、电泳和分子筛的原理。,教学要求,3,蛋白质的分子组成,4,蛋白质的含氮量,蛋白质含量=每克样品中含氮的克数6.25,蛋白质的含氮量平均为16。,通过样品含氮量计算蛋白质含量的公式：,蛋白质元素组成的特点,5,蛋白质的基本组成单位,氨基酸（amino acid）,地球上天然形成的AA300种以上。构成蛋白质的AA只有20余种，且都是-L-氨基酸（甘氨酸除外）。,6,L-氨基酸的结构通式,7,
3、非极性疏水性氨基酸,氨基酸的分类,8,2.极性中性氨基酸,9,3.酸性氨基酸,4.碱性氨基酸,10,习惯分类方法芳香族氨基酸：Trp、Tyr、Phe含羟基氨基酸：Ser、Thr、Tyr含硫氨基酸：Cys、Met杂环族氨基酸：His杂环族亚氨基酸：Pro支链氨基酸：Val、Leu、Ile,11,pH=pI,pHpI,pHpI,氨基酸的兼性离子,阳离子,阴离子,氨基酸的理化性质,1.两性解离,12,2.等电点（pI）,当溶液为某一pH值时，AA主要以兼性离子的形式存在，分子中所含的正负电荷数目相等，净电荷为0。这一pH值即为AA的等电点（pI）。,13,氨基酸等电点的计算公式：pH=(pKn+pK
4、n+1)/2 n：氨基酸（或多肽）完全质子化时带正电荷基团数pK：解离基团的解离常数等电点的计算步骤 先将氨基酸/多肽可解离基团的pK值自小到大按顺序排列 判断n值 判断氨基酸的分类 酸性氨基酸和中性氨基酸的完全质子化数 n=1 碱性氨基酸的完全质子化数 n=2,14,组成天然蛋白质分子的20种氨基酸中，只有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸对紫外光有光吸收。其吸收峰在280nm左右，以色氨酸吸收最强。可利用此性质采用紫外分分光度法测定蛋白质的含量。,3.紫外吸收性质,15,4.茚三酮反应（-氨基的反应）,氨基酸可与茚三酮缩合产生蓝紫色化合物，其最大吸收峰在 570nm。利用此性质测定氨基酸的含量。,1
5、6,*肽键（peptide bond）：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（peptide）,17,多肽链,多肽链中AA残基按一定顺序排列：氨基酸顺序 含游离-氨基的一端：氨基端或N-端 含游离-羧基的一端：羧基端或C-端 AA顺序是从N-端开始以C-端氨基酸残基为终点,18,蛋白质的分子结构包括：一级结构(primary structure)二级结构(secondary structure)三级结构(tertiary structure)四级结构(quaternary structure),19,蛋白质的一级结构,是指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序及二硫
6、键的连接方式，即多肽链的线状结构。维系蛋白质一级结构的主要化学键为肽键，还有二硫键的位置。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。,20,蛋白质的二级结构,是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。主要有-螺旋、-折叠、-转角、无规卷曲等多种形式。蛋白质二级结构的基础是肽键平面。,21,1.-螺旋,结构要点:多肽链主链围绕中心轴形成右手螺旋，侧链伸向螺旋外侧。每圈螺旋含3.6个氨基酸，螺距为0.54nm。每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形成的氢键保持螺旋稳定。氢键与螺旋长轴基本平行。,22,23,1）极大的侧链基团（
7、存在空间位阻）；2）连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸残基（同种电荷的互斥效应）；3）有Pro等亚氨基酸存在（不能形成氢键）；4）Gly:由于自由度过大而不稳定。,链中氨基酸侧链R，分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷影响螺旋的形成,影响-螺旋形成的因素,24,2.-折叠,多肽链充分伸展，相邻肽单元之间折叠成锯齿状结构，侧链位于锯齿结构的上下方。两段以上的-折叠结构平行排列，两链间的肽键之间形成氢键，以稳固-折叠结构。氢键与螺旋长轴垂直。,-折叠形成条件：要求氨基酸侧链较小,25,3.-转角,肽链内形成180回折。含4个氨基酸残基，第一个氨基酸残基与 第四个形成氢键。第二个氨基酸残基常为Pro。
8、,26,4.无规卷曲,无规卷曲：没有确定规律性的肽链结构。,27,5.模体（motif）,蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个具有特殊功能的空间构象，被称为模体。,螺旋环螺旋,锌指,28,蛋白质的三级结构,是指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。维系三级结构的化学键主要是非共价键（次级键），如疏水键、盐键、氢键、van der Waals力等。,29,结构域（domain）,大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行其功能，称为结构域。,分子伴侣（chaperon）,通过提供一个
9、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的一类蛋白质。,30,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。,每条具有完整三级结构的多肽链，称为亚基（subunit）。,蛋白质的四级结构,31,维系蛋白质四级结构的是疏水键、van der Waals力、氢键、盐键等非共价键。亚基之间的结合力主要是氢键和离子键。在一定的条件下，四级结构的蛋白质可分离为其组成的亚基，亚基本身构象仍可不变，但并不具有生物活性。,32,一级结构决定空间结构（1）一级结构决定空间结构：同一蛋白质不同状态的比较。【范例】蛋白变性与复性（2）保守序列、保守氨基酸改变，功能改变；
10、保守氨基酸不变，功能不变。【范例】分子病（3）不同蛋白质之间的比较：结构相似功能相似（氨基酸序列提供重要的生物进化信息）、不同结构不同功能,一级结构与功能的关系,33,天然状态，有催化活性,尿素、-巯基乙醇,去除尿素、-巯基乙醇,非折叠状态，无活性,牛核糖核酸酶,34,这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。,N-Val His Leu Thr Pro Glu Glu C(146),HbS 肽链,HbA 肽 链,N-Val His Leu Thr Pro Val Glu C(146),例：镰刀形红细胞贫血,35,空间结构是蛋白质生物活性的基础【范例】酶蛋白变性与复性,空间结构与功
11、能的关系,酶蛋白变性与失活的区别：变性是酶二级结构被破坏，但一级结构未变化；失活是酶的二级结构改变，而非破坏，但由于酶蛋白的空间结构改变，使其生物活性丧失。【范例】酶的变构调节、酶的化学修饰,36,空间结构（特定区域）体现生物活性；空间结构的灵活性，体现了生物活性的可调节特性。【举例】别构效应空间构象并非生物活性的唯一影响因素【举例】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。,37,3.蛋白构象疾病：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。【举例】老年痴呆 亨汀顿舞蹈病 疯牛病,38,两性电离（pI）,胶体性质（水化膜、表面电荷）,变性与复性
12、,紫外吸收,呈色反应,蛋白质的理化性质,39,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1万至100万之巨，其分子的直径可达1100nm，为胶粒范围之内。,*蛋白质胶体稳定的因素颗粒表面电荷水化膜,40,蛋白质的变性、沉淀和凝固,*蛋白质的变性：在某些物理和化学因素作用下，蛋白质分子的特定空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。,*造成变性的因素：如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等。,*变性的本质：破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。,41,应用举例临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如
13、疫苗等）的必要条件。,蛋白质变性后的性质改变：溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、生物活性丧失及易受蛋白酶水解。,42,*蛋白质沉淀在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融汇相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。,*蛋白质的凝固作用(protein coagulation)蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。是变性后进一步发展的不可逆的结果。,43,变性蛋白质不一定沉淀沉淀蛋白质不一定变性沉淀蛋白质也不一定凝固但凝固的蛋白质一定已变性，且为不可逆变性,接近等电点时加热使蛋白质变性可使蛋白质凝固。而远离
14、等电点时不会凝固或沉淀。,44,若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性。,复性（renaturation）,45,蛋白质的分离纯化,1.透析、超滤 根据性质：分子大小2.盐析 根据性质：蛋白质的沉淀 作用机理：中性盐中和表面电荷，破坏水化层 影响因素：表面电荷、水化层、溶剂性质,46,3.电泳 根据性质：蛋白质的两性解离 作用机理：异性电荷互相吸引 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pH等,4.层析 离子交换层析：电荷、分子量、分子形状 凝胶过滤层析（分子筛）：分子大小及形状 大分子先洗脱下来,5.超速离心：分子大小及形状、溶液特性,
