臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)JXN生化第01,2章緒論蛋白質(zhì)yong課件

1、第一章 緒論Introduction一、生物化學(xué)的的概念 生物化學(xué)（biochemistry）即生命的化學(xué)。主要利用化學(xué)的原理與方法去探討生命的一門科學(xué)，在分子水平上研究生物體的組成，探索生命活動(dòng)中化學(xué)變化規(guī)律和生命的本質(zhì)。二、生物化學(xué)的發(fā)展 1.敘述（靜態(tài)）生物化學(xué)階段（18世紀(jì)-19世紀(jì)末） 2.動(dòng)態(tài)生物化學(xué)階段（20世紀(jì)初-20世紀(jì)中） 3.機(jī)能生物學(xué)階段 (20世紀(jì)中期 ) 4.分子生物學(xué)階段三、生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容1.生物體的物質(zhì)組成及生物分子的結(jié)構(gòu)與功能 2.物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié) 3.基因表達(dá)及其調(diào)控 四、生物化學(xué)與醫(yī)藥學(xué)關(guān)系 五、生物化學(xué)特點(diǎn) 抽象、微觀、概括。六、學(xué)習(xí)方法 弄懂概

2、念、清楚反應(yīng)部位和途徑、前后聯(lián)系、正反思考。 VitD缺乏：佝僂病白化病PKU患者糖尿病壞疽黃疸的眼部表現(xiàn)新生兒黃疸血紅蛋白-亞基一個(gè)氨基酸殘基變化鐮刀型紅細(xì)胞性貧血蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第 二 章Structure and Function of Protein蛋 白 質(zhì) 的 分 子 組 成The Molecular Component of Protein第 一 節(jié) 組成蛋白質(zhì)的元素主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘 。 各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16。 由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就

3、可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量 ( g % )= 每克樣品含氮克數(shù) 6.251001/16% 蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)一、氨基酸 組成蛋白質(zhì)的基本單位存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬 L-氨基酸（甘氨酸除外）。H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸（一）氨基酸的分類* 20種氨基酸的英文名稱、縮寫符號(hào)及分類如下:甘氨酸 glycine Gly G 5.97丙氨酸 alanine Ala A 6.00纈氨酸 valine Val V 5.96亮氨酸 leucine Le

4、u L 5.98 異亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02 苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48脯氨酸 proline Pro P 6.30非極性疏水性氨基酸目 錄色氨酸 tryptophan Try W 5.89絲氨酸 serine Ser S 5.68酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66 半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 蛋氨酸 methionine Met M 5.74天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 蘇氨酸 threonine Thr T 5.602. 極

5、性中性氨基酸目 錄天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22賴氨酸 lysine Lys K 9.74精氨酸 arginine Arg R 10.76組氨酸 histidine His H 7.593. 酸性氨基酸4. 堿性氨基酸目 錄幾種特殊氨基酸 脯氨酸（亞氨基酸） 半胱氨酸 +胱氨酸二硫鍵-HH（二）氨基酸的理化性質(zhì)1. 兩性解離及等電點(diǎn)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。等電點(diǎn)(isoelectric point, pI) 在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離

6、子，呈電中性。此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離子 陽離子陰離子2. 紫外吸收 色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在 280 nm 附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收3. 茚三酮反應(yīng) 氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵4.成肽反應(yīng)* 肽鍵(peptide bond)是由一個(gè)氨基酸的-羧基與另一

7、個(gè)氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。肽(peptide)和肽鍵(peptide bond)肽單元(肽鍵平面)參與肽鍵的6個(gè)原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，此同一平面上的6個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽單元 (peptide unit) 。* 肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。* 兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽* 肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。* 由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。N 末端：多肽鏈中有自由氨基的一端C 末端：

8、多肽鏈中有自由羧基的一端多肽鏈有兩端* 多肽鏈(polypeptide chain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。N末端C末端牛核糖核酸酶舉例-生物活性肽 谷胱甘肽(glutathione, GSH)蛋 白 質(zhì) 的 分 子 結(jié) 構(gòu)The Molecular Structure of Protein 第 二 節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括 一級結(jié)構(gòu)(primary structure)二級結(jié)構(gòu)(secondary structure)三級結(jié)構(gòu)(tertiary structure)四級結(jié)構(gòu)(quaternary structure)高級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分類 * 根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分 單純蛋白質(zhì)結(jié)

9、合蛋白質(zhì) = 蛋白質(zhì)部分 + 非蛋白質(zhì)部分* 根據(jù)蛋白質(zhì)形狀 纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)* 根據(jù)蛋白質(zhì)性質(zhì) 活性蛋白非活性蛋白（一）定義蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（二）主要的化學(xué)鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。 一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。目 錄二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象 。(一)定義 (二)主要的化學(xué)鍵(維系力)： 氫鍵 (三)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式 -螺旋 ( -helix ) -折疊 ( -pleated sheet ) -轉(zhuǎn)角 ( -

10、turn ) 無規(guī)卷曲 ( random coil ) 1、 -螺旋目 錄 -螺旋 ( -helix ) 以肽鍵平面為單位，以-碳原子為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，形成右手螺旋結(jié)構(gòu)。 每螺旋圈包含3.6個(gè)氨基酸，螺距為0.54nm. H鍵維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。 R基團(tuán)伸向螺旋的外側(cè)。 2、-折疊 -折疊 ( -pleated sheet ) 肽鍵平面呈鋸齒狀伸展，平面間的夾角為110。 兩股以上-折疊 呈平行狀排列，維持力為氫鍵。 有順向平行和反向平行兩種。3、-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。 三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和 Van der Waals力等。 （二）主

11、要的化學(xué)鍵整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。（一） 定義 目 錄 肌紅蛋白 (Mb) N 端 C端亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次是氫鍵和離子鍵。四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基 (subunit)。血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu) 一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ) （一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)二硫鍵五、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 天然狀態(tài)，有催化活性 尿素、 -巰基乙醇 去除尿素、-巰基乙醇

12、非折疊狀態(tài)，無活性一級結(jié)構(gòu)相似其功能相似 例如 不同來源的胰島素一級結(jié)構(gòu)改變其功能改變 例如 鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽鏈HbA 肽 鏈N-val his leu thr pro val glu C(146) 這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病 蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯(cuò)誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生。（二）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理：有些蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉

13、樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。這類疾病包括：老年癡呆癥、瘋牛病等。瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為-折疊的PrPsc，從而致病。PrPc-螺旋PrPsc-折疊正常瘋牛病第三節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)The Physical and Chemical Characters（一）蛋白質(zhì)的兩性電離 一、理化性質(zhì) 蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液pH條件下都可解離成

14、帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。 * 蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)( isoelectric point, pI) 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時(shí)，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時(shí)溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。*應(yīng)用：電泳（二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì) 蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達(dá)1100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。具有膠體的性質(zhì)：布朗運(yùn)動(dòng)、不能通過半透膜、具有一定的沉降系數(shù)等。 * 蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷水化膜*透析分離蛋白質(zhì)+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿

15、脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉（三）蛋白質(zhì)的變性、復(fù)性、沉淀和凝固 * 蛋白質(zhì)的變性(denaturation)在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。 造成變性的因素如加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子及生物堿試劑等 。 變性的本質(zhì) 破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。 應(yīng)用舉例臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。此外, 防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。 若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為復(fù)性(renaturation) 。

16、 天然狀態(tài)，有催化活性 尿素、 -巰基乙醇 去除尿素、-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性* 蛋白質(zhì)沉淀在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈會(huì)相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時(shí)蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。沉淀蛋白質(zhì)的方法: 鹽析、有機(jī)溶劑、生物堿試劑、 重金屬鹽等。 * 蛋白質(zhì)的凝固作用(protein coagulation) 蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅(jiān)固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中。 （四）蛋白質(zhì)的紫外吸收由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。（五）蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)茚三酮反應(yīng)(ninhydrin reactio