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1、普通生物化学,复习用,第一篇蛋白质 核酸 和遗传的分子机理（21时）Part I Nucleic Acids and The Genetic Molecular Mechanism(1-7Chapter),普通生物化学-2,Ch1 蛋白质 Proteins 1.1蛋白质的化学组成 2 蛋白质的分子结构 1.3 蛋白质结构与功能的关系 4 蛋白质的理化性质 及其分离纯化,碳(C)50%55%,氢(H)6%8%,氧(O)19%24%,氮(N)13%19%,16%；N(g)6.25=样品Pr含量,硫(S)0%4%,少量的 磷(P)铁(Fe)铜(Cu)锌(Zn)和碘(I)等,1.1 蛋白质(prote
2、in)的化学组成元素组成,元素组成,或,1.1.2 基本组成单位-氨基酸amino acids,氨基酸结构通式,氨基酸的立体异构Amino Acid Stereoisomers,构成蛋白质的20种氨基酸(aa)的结构特点:均为L氨基酸，各种aa的R侧链各不相同 碳原子上均连有一个氨基(脯氨酸除外)-碳原子为不对称(手性)碳原子(甘氨酸除外）,#1 非极性疏水性氨基酸,#2 极性中性氨基酸,#3 酸性氨基酸,#4 碱性氨基酸,氨基酸的种类 Amino Acid Classes 从蛋白质水解物中分离出来的氨基酸有二十种根据氨基酸侧链基团()的结构和理化性质，将其分为4类：,#1.非极性疏水性氨基酸
3、 Modified Amino Acids,包括7个：甘氨酸（G ly-G）丙氨酸（Ala-A）缬氨酸（Val-V）亮氨酸（Leu-L）异亮氨酸（I le-I）苯丙氨酸（Phe-F）脯氨酸（Pro-P）,Figure 3.9.Cyclic Structure of Proline.The side chain is joined to both the-carbon and the amino group.Pro(proline)晡 differ from others in that its side chain is bonded to both the nitrogen and the-
4、carbon atom其侧链(除同-碳原子外)还同(氨基)氮原子成键(形成吡咯环),因此,它只是-亚AA(而不是真正意义上的-AA),#2.极性中性氨基酸,R-基含有极性基团；,酪氨酸(Tyr-Y),生理pH条件下不解离。,色氨酸(Trp-W)、,丝氨酸(Ser-S)、,半胱氨酸(Cys-C)、,蛋氨酸(Met-M)、,天冬酰胺(Asn-N)、,谷氨酰胺(Gln-Q)、,苏氨酸(Thr-T)、,包括8个：,Figure 3.10.Amino Acids with Aromatic Side Chains.具有芳香族侧链的氨基酸 Three AA with aromatic si e:Phe(p
5、henylalanine)苯丙,Tyr(tyrosine),酪 with a reactive hydroxyl group,Trp(tryptophan)色具吲哚环.Phe and Trp are highly hydrophobic,#3.酸性氨基酸,R-基有COOH(COO-),带负电荷,谷氨酸 Glu-G,天冬氨酸 Asp-D,#4.碱性氨基酸,R-基有-NH2(NH3+),赖氨酸Lys-k 精氨酸 Arg-R 组氨酸 His-H,带正电荷,构成蛋白质的20种氨基酸结构式：,人体所需的八种必需氨基酸 赖氨酸(Lys)缬氨酸(Val)蛋氨酸(Met)色氨酸(Try)亮氨酸(Leu)异亮氨
6、酸(Ile)酪氨酸(Thr)苯丙氨酸(Phe)婴儿时期所需:精氨酸(Arg)、组氨酸(His)早产儿所需：色氨酸(Try)、半胱氨酸(Cys),几种重要的不常见氨基酸在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为不常见蛋白质氨基酸。这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。其中重要的有4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、N-甲基赖氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构如下,#1两性解离及等电点,1.1.2.3 氨基酸的理化性质 Amino Acid Reactions,pHpI,pHpI,pH=pI,等电点(pI)：,氨基酸酸性解离和碱性解离的程度相等，,分子所带的净电荷为
7、零，此时溶液的pH值就称为该氨基酸的等电点。,除碱性氨基酸外，其余氨基酸的等电点均小于pH7,pI=1/2（pK1+pK2）,若一个aa有3个解离基因，则其pI为兼性离子两边pK的平均值,#2紫外吸收性质,芳香族氨基酸色氨酸和酪氨酸在280nm波苯丙氨酸长附近对紫外光有最大吸收峰。,蛋白质均含上述氨基酸，故也具紫外吸收性。据此可以通过测定蛋白质溶液280nm的吸光值快速测定其蛋白质含量。,#3 茚三酮反应aa与水合茚三酮一起加热，生成蓝紫色的化合物，在570nm处有最大吸收。据此亦可用作aa含量分析。,1.2.1肽键,脱去一分子水缩合形成的键,1.2肽 Peptides,一个氨基酸的-羧基与,
8、另一个氨基酸的-氨基,肽键的概念：,称肽键,peptide bond,+,丙氨酸,苯丙氨酸,肽键,二肽,丙苯氨丙氨酸,1.2.2 肽 Peptides,氨基酸借肽键相连而形成的化合物称肽(peptide),寡肽(oligopeptide),由10个以内氨基酸连成的小肽,多肽(polypeptide),由许多氨基酸连成的肽,又称多肽链或肽链,其形状为一条没有分支的长链，,氨基末端(端),羧基末端(C 端),氨基酸在形成肽链时丢失了一分子水，肽链中的氨基酸分子已不完整，称为氨基酸残基(aminoacidresidue)。,氨基酸残基:,蛋白质与多肽的区别：,Protein,空间构象相对稳定,氨基酸
9、残基数较多,Peptide,空间构象不稳定,氨基酸残基数较少,生物活性肽,1.2.4.1 谷胱甘肽(glutathione，GSH),构成第一个肽键的羧基是谷氨酸的r羧基,由谷氨酸(Glu)、半胱氨酸(Cys)和甘氨酸(Gly)组成的三肽,#1组成,#2功能,GSH是体内重要的还原剂,由下丘脑分泌，其功能是促进腺垂体释放促甲状腺素(调节糖代谢)。,促甲状腺素释放激素,#1组成,#2功能,1.4蛋白质的分类,根据组成成分分为：,单纯蛋白质全部由aa组成；,结合蛋白质除蛋白部分外，还含非蛋白部分。,结合蛋白质中的非蛋白部分称为辅基，常以共价键与蛋白部分相连。,辅基：包括色素、寡糖、脂类、磷酸、金属
10、 离子乃至核酸等,第四节 蛋白质的理化性质 及其分离纯化,一、蛋白质的理化性质,（一）两性解离和等电点,蛋白质是两性电解质。在溶液中的带电状况主要取决于溶液的pH值。,+OH-,+H+,+OH-,+H+,pH=pI,pHpI,pHpI,此时溶液的pH值称为蛋白质的等电点(pI)。,等电点（pI）：在某一pH值溶液中，,蛋白质酸性基团和碱性基团的解离程度相当,蛋白质分子所带正负电荷相等，净电荷为零,蛋白质分子颗粒大小1100nm之间,属胶体颗粒范围，,蛋白质的胶体原因：,表面形成水化层,表面同种电荷的斥力,（二）蛋白质的胶体性质,在溶液中能形成稳定的胶体,常见的变性因素：,强酸、,强碱、,有机溶
11、剂、,尿素、,胍、,重金属,生物碱、,化学因素,物理因素,剧烈振荡,热、,紫外线、,超声波、,变性蛋白质的主要特征:,一级结构不变。,（2）生物活性丧失。,粘度增加而扩散系数减小。,（4）变性蛋白质容易消化。,（1）蛋白质分子中的次级键断裂，,（3）变性蛋白质的溶解度常降低、,构象破坏，但不涉及共价键的破坏，,除去变性因素后，有的变性蛋白质又可恢复其天然构象和生物活性，这一现象称为蛋白质的复性,蛋白质的复性(renaturation),当破坏了维持蛋白质胶体稳定的因素甚至蛋白质的构象时，蛋白质就会从溶液中析出，这种现象称为蛋白质的沉淀。,2.蛋白质的沉淀(pre-cipitation),概念:
12、,应用:,(1)蛋白质分离纯化,(2)解毒,(3)临床检验,(2)有机溶剂沉淀法,使蛋白质脱去水化层,又能降低溶液的介电常数使蛋白质表面电荷减少，导致蛋白质分子聚集而沉淀。,必须在低温下操作,注意事项:,尽量缩短处理的时间,及时将蛋白质中残存的有机溶剂除去,甲醇、乙醇、丙酮,缺点：,原理:,常用有机溶剂:,常会使蛋白质变性,重金属离子如Cu2+、Hg2+、Ag2+、Pb2+等带有正电荷，能与蛋白质分子中带负电的基团结合，生成不溶性的重金属蛋白盐而沉淀。,(3)重金属盐沉淀法,此法常使蛋白质变性失活。,若溶液pH大于蛋白质的pI，沉淀更易发生,缺点：,原理:,生物碱试剂(如鞣酸、苦味酸、钨酸等)
13、，某些酸类(主要是指三氯醋酸、磺酰水杨酸和硝酸等)，与带正电的蛋白质 结合生成不溶性的盐而沉淀。,(4)生物碱试剂和某些酸类沉淀法,反应溶液的pHpI，确保蛋白质以阳离子形式存在,缺点：,原理:,常引起蛋白质变性,注意事项:,3.蛋白质的凝固作用,蛋白质的凝固作用实际上是蛋白质变性后进一步发展的不可逆结果。,如加热可使蛋白质变为不容再溶解的凝块。,多肽链中氨基酸的顺序分析,第一步：分离提纯蛋白质，测定NH2末端的数目，确定蛋白质分子是 由几条肽链构成的，并分离出 每条肽链。测定肽链的分子量,计算组成该肽链的氨基酸残基数。及每种aa的百分组成。,一般过程：,肽链分子中氨基酸残基数=肽链的分子量1
14、20（各种的氨基酸残基的平均分子量为120）,再将肽链彻底水解，用离子交换层析法将各种的氨基酸分离。,a.丹磺酰氯法 丹磺酰氯是一种强荧光剂，它能专一地与链N-端-氨基反应生成丹磺酰-肽，后者水解生成的丹磺酰-氨基酸具有很强的荧光，可直接用电泳法或层析法鉴定出N-端是何种氨基酸。,第二步 测定肽链的氨基末端和羧基末端,1.N末端的测定,b.二硝基苯氟法：过时，不用,2.C末端的测定,常用羧基肽酶法,羧基肽酶专一地将肽链水解成片断，分别进行顺序分析。,第一篇 遗传的物质基础-核酸,遗传的分子基础基因与基因组学分子杂交与PCR技术,第三步 肽链的局部水解,胰蛋白酶的作用原理,1.酶解法,1.1 遗
15、传的分子基础,DNA(Deoxyribonucleic Acid)-主要的遗传物质 RNA(Ribonucleic Acid)-某些原核生物的遗传物质 DNA RNA 蛋白质(Protein)-基因的原初表达,CNBr与Met反应测定Pr的一级结构,2.化学法,Edman降解法的示意图,一般常用多种方法使肽链断裂，并分析出各肽段中的氨基酸顺序。由于在不同部位断链，只要找出多套肽段的重叠部位，然后组合排列对比，即可推断肽段的排列顺序，从而得出完整肽链中氨基酸的顺序。,第五步 肽链一级结构的确定,则其氨基酸排列顺序为：Thr-Asn-Val-Lys-Ala-Trp-Gly-lys,如测一个九肽,测得N端氨基酸残基为Thr,又分别测得片断:Ala-Ala-Trp-Gly-Lys Val-Lys-Ala-Ala-Trp Thr-Asn-Val-Lys,另外，亦可以通过基因中核苷酸顺序推测蛋白质的氨基酸顺序,1.1.1 DNA的化学与生物学,组成 一级结构 二级结构 超螺旋结构,DNA分子的组成 基本组成单位：核苷酸,N-糖苷键,磷酸酯键,N-糖苷键,磷酸酯键,磷酸酯键,德国科学家A.Kossel用核酸水解实验证明了核酸的组成成分,为此获得了1910年诺贝尔生理及医学奖。,
