蛋白質(zhì)、酶、核酸復(fù)習(xí)

Chapter2蛋白質(zhì)（protein）

教師：郭華本章要點蛋白質(zhì)的生物功能、化學(xué)組成及其分類氨基酸aminoacids肽蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)的分離、純化Part1蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)；分布廣：是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)；含量高：蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)含量最豐富的物質(zhì)，占人體干重的45%，某些組織含量更高，例如：脾、肺、橫紋肌等部位含量高達(dá)80%。Section1蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能組成成分催化酶，催化的反應(yīng)速率為非催化速率的1016倍運輸儲藏運動免疫保護（防御和進攻）調(diào)節(jié)接收和傳遞信息：信號受體異常功能、支架作用Section2蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)是由20種左右的a-氨基酸(aminoacids)通過肽鍵(peptidebond)相互連接而成的一類具有特定的空間構(gòu)象和生物活性的高分子有機化合物。組成：C,H,O,N和S，有的可能有P和金屬元素。特點：各種蛋白質(zhì)的含氮量比較恒定，平均為16%。（凱氏定氮法）蛋白質(zhì)含量（g）＝6.25×樣品含氮量Section3蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)是構(gòu)成生物體最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)和功能物質(zhì)；含量高達(dá)45%；1.蛋白質(zhì)形狀球狀蛋白纖維狀蛋白纖維狀蛋白是動物體的基本支架和外保護成分，多數(shù)不溶于水球狀蛋白分子對稱，多數(shù)溶于水或中性鹽溶液按分子組成分類：2.分子組成簡單蛋白僅由氨基酸組成，不含其它成分（按溶解度）結(jié)合蛋白（按輔基）清蛋白球蛋白谷蛋白谷醇溶蛋白精蛋白組蛋白硬蛋白核蛋白糖蛋白脂蛋白金屬蛋白血紅素蛋白磷蛋白黃素蛋白簡單蛋白又稱為單純蛋白質(zhì)(simpleprotein)；這類蛋白質(zhì)只含由

-氨基酸組成的肽鏈，不含其它成分。1、清蛋白和球蛋白：albuminandglobulin廣泛存在于動物組織中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。2、谷蛋白(glutelin)和醇溶谷蛋白(prolamin)：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀堿中，后者可溶于70－80％乙醇中。3、精蛋白和組蛋白：堿性蛋白質(zhì)，存在與細(xì)胞核中。4、硬蛋白：存在于各種軟骨、腱、毛、發(fā)、絲等組織中，分為角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白和絲蛋白。結(jié)合蛋白(conjugatedprotein)由簡單蛋白與其它非蛋白成分結(jié)合而成，色蛋白：由簡單蛋白與色素物質(zhì)結(jié)合而成。如血紅蛋白、葉綠蛋白和細(xì)胞色素等。糖蛋白：由簡單蛋白與糖類物質(zhì)組成。如細(xì)胞膜中的糖蛋白等。脂蛋白：由簡單蛋白與脂類結(jié)合而成。如血清

-，

-脂蛋白等。核蛋白：由簡單蛋白與核酸結(jié)合而成。如細(xì)胞核中的核糖核蛋白等。Part2

結(jié)構(gòu)單位——氨基酸（aminoacid）除脯氨酸外，這些天然氨基酸在結(jié)構(gòu)上有其共同特點：每個氨基酸分子中與羧基相鄰的α-碳原子（Cα）上都結(jié)合有一個氨基，故稱為α-氨基酸。此外與α-碳原子相連的還有一個氫原子和一個各不相同的側(cè)鏈稱為R基；除了甘氨酸外，α-氨基酸的α-C都是一個手性碳原子。具有酸性的-COOH和堿性-NH2，為兩性物質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)和分類脯氨酸不帶電形式

H2N—Cα—HCOOHR不變部分2.2氨基酸的分類基本氨基酸(編碼的蛋白質(zhì)氨基酸):組成蛋白質(zhì)，20種，稀有氨基酸：是多肽合成后由基本aa經(jīng)酶促修飾而來。非蛋白質(zhì)氨基酸：存在于生物體內(nèi)但不組成蛋白質(zhì)(約150種)。1、按R基團的化學(xué)結(jié)構(gòu)，分成3類：①

脂肪族氨基酸：15種

直鏈氨基酸：Gly、Ala

支鏈氨基酸：Val、Leu、Ile

含硫氨基酸：Met、Cys

含羥基氨基酸：Ser、Thr

含酰胺基氨基酸：Asn、Gln

酸性氨基酸：Glu、Asp

堿性氨基酸：Lys、Arg

②

芳香族氨基酸：Phe、Tyr、Trp③

雜環(huán)氨基酸：His、Pro

中性氨基酸3）根據(jù)生物體的需要，可將氨基酸分為必需氨基酸非必需氨基酸必需氨基酸:人和動物自身不能合成，必須由外界食物供給氨基酸.人體必需氨基酸有八種：

Met(甲硫);Lys(賴);Val(纈);Ile(異亮);Phe(苯丙)；Leu(亮);Trp(色);Thr(蘇)半必需氨基酸：人體可合成，但嬰幼兒期合成速度不快，仍需食物供給。包括：His(組);Ary(精);非必需氨基酸:人和動物機體能夠自身合成的氨基酸.甲來借一本亮色書蛋白質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單位：L－

－氨基酸

－氨基酸：脯氨酸（亞氨基酸）除外

L－氨基酸：甘氨酸（無不對稱C）除外氨基酸結(jié)構(gòu)通式：RCH(NH2)COOH

常見氨基酸種類：20種。小結(jié)等電點（isoelectricpoint,pI）：在某一pH環(huán)境中，氨基酸解離成陽性離子及陰性離子的趨勢相等，所帶凈電荷為零，在電場中不泳動。此時，氨基酸所處環(huán)境的pH值稱為該種氨基酸的等電點(pI)。H3N—CH—COOHR+在酸性溶液中的氨基酸（pH＜pI）H3N—CH—COO-R+在晶體狀態(tài)或水溶液中的氨基酸（pH=pI）H2N—CH—COO-R在堿性溶液中的氨基酸（pH＞pI）(zwitterion)

氨基酸的pI值等于該氨基酸的兩性離子狀態(tài)兩側(cè)的基團pK′值之和的二分之一。等電點（pI）pH>pIAA“-”AA向正極移動pH<pIAA“+”AA向負(fù)極移動pH=pIAA“0”AA不移動等電點時：氨基酸溶解度最小易沉淀等電點計算①側(cè)鏈為非極性基團或雖為極性基團但不解離的氨基酸：pI=?(pK1+pK2)②酸性氨基酸(Glu、Asp)及Cys：pI=?(pK1+pKR)③堿性氨基酸(賴、精、組)：pI=?(pK2+pKR)3、紫外吸收：Trp、Tyr和Phe在280nm波長附近具有最大吸收峰，其中Trp的最大吸收最接近280nm4、顯色反應(yīng)：茚三酮反應(yīng)其他反應(yīng)：熒光胺反應(yīng)、側(cè)鏈特異基團反應(yīng)例外：Pro黃色；Asn棕色成肽反應(yīng)：一個氨基酸的氨基與另一個氨基酸的羧基之間失水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化合物稱為肽。由兩個氨基酸組成的肽稱為二肽；小于10個氨基酸的稱為寡肽；由10個以上氨基酸組成的肽則稱為多肽。組成多肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基丟失的水分子數(shù)比氨基酸殘基數(shù)少一個脫去的水分子數(shù)=肽鍵數(shù)=aa數(shù)-肽鏈數(shù)20種aa的平均相對分子量是138，但大多是較小的aa組成蛋白質(zhì)，這些較小的aa平均相對分子量是128，又因為形成肽鍵后失去1分子水，所以，aa殘基平均分子量是110.對于簡單蛋白質(zhì)，用110除它的相對分子量即可估計它的aa數(shù)目在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基酸順序通常在多肽鏈的一端含有一個游離的-氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個游離的-羧基，稱為羧基端或C-端。將含有氨基的aa寫左邊，羧基在右邊；氨基酸的順序是從N-端的氨基酸殘基開始，以C-端氨基酸殘基為終點的排列順序。如下述五肽可表示為：

Ser-Val-Tyr-Asp命名：某氨酰某氨酰某氨基酸有時兩端會連接成環(huán)狀態(tài)一級結(jié)構(gòu)：決定空間結(jié)構(gòu)肽平面或酰胺平面：組成肽單位的4個原子和2個相鄰的α碳原子都處于同一個平面內(nèi)，此剛性結(jié)構(gòu)的平面稱為肽平面或酰胺平面。肽單位：實際就是一個肽平面二.肽單位

肽鍵的四個原子和與之相連的兩個α-碳原子所組成的基團。肽鍵平面——由于肽鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，使參與肽鍵構(gòu)成的六個原子被束縛在同一平面上，這一平面稱為肽鍵平面或肽單元。蛋白質(zhì)構(gòu)象的基本單位。肽鍵特點：肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。肽平面或酰胺平面。肽主鏈中N-Cα和Cα-C是單鍵，可自由旋轉(zhuǎn)，夾角稱為二面角。在大多數(shù)情況下，以反式結(jié)構(gòu)存在，而Pro的肽鍵可能出現(xiàn)順、反兩種構(gòu)型。

-CO-NH-

二面角

兩相鄰酰胺平面之間，能以共同的Cα為定點而旋轉(zhuǎn)，繞Cα-N鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱φ角，繞C-Cα鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱ψ角。φ和ψ稱作二面角，亦稱構(gòu)象角酰胺平面與α-碳原子之間形成的二面角（φ和ψ

）3、

肽的重要性質(zhì)

1、

旋光性

一般短肽的旋光度等于其各個氨基酸的旋光度的總和。

2、肽的性質(zhì)

酸堿性質(zhì)

肽的酸堿性質(zhì)主要取決于Ｎ端α－ＮＨ２和Ｃ端α－COOH以及側(cè)鏈Ｒ上可解離的基團。在長肽或蛋白質(zhì)中，可解離的基團主要是側(cè)鏈基團等電點（pI）

α－COOH的pK值比游離態(tài)aa的大，Ｎ端α－ＮＨ２的pK值比游離態(tài)aa的小一些。茚三酮反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)是多肽和蛋白質(zhì)的特有反應(yīng)。（CuSO4）作用顯紫紅色；

三肽以上的多肽測定多肽鏈的數(shù)目拆分多肽鏈斷開多肽鏈內(nèi)的二硫鍵測定每一肽鏈的氨基酸組成鑒定多肽鏈的N-末端和C-末端裂解多肽鏈為較小的肽段測定各肽段的氨基酸序列利用重疊肽重建完整多肽鏈的一級結(jié)構(gòu)確定二硫鍵的位置（一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定策略N末端和C末端殘基鑒定N末端：1、DNFB（Sanger）法2、丹磺酰氯（DNS）法3、PITC（Edman）法4、酶法C末端：1、肼解法2、酶降解法

末端測序法（1）蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次

一級結(jié)構(gòu)：

氨基酸序列

二級結(jié)構(gòu)：α螺旋，β折疊等

超二級結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)域（domain）

三級結(jié)構(gòu)：所有原子空間位置

四級結(jié)構(gòu)：多亞基蛋白蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次（一）超二級結(jié)構(gòu)

由若干相鄰二級結(jié)構(gòu)元件組合在一起，彼此相互作用，形成的有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)組合。

1、αα:由兩股平行或反平行的右手螺旋段相互纏繞而成的左手卷曲螺旋或稱超螺旋。

2、βαβ：由兩段平行-折疊股和一段作為連接的螺旋組成。

3、ββ：由若干反平行折疊片組合而成。六、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域：指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成三級結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)，它是相對獨立的球狀實體，稱為結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域有時也指功能域。一般說，功能域是蛋白質(zhì)分子中能獨立存在的功能單位。功能域可以是一個結(jié)構(gòu)域，也可以是兩個或兩個以上的結(jié)構(gòu)域。（二）結(jié)構(gòu)域三、蛋白質(zhì)變性與沉淀1、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，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。2、蛋白質(zhì)沉淀（1）鹽析：加入中性鹽，破壞蛋白水化層引起沉淀（2）有機溶劑沉淀：加入極性有機溶劑，脫水化層，破壞雙電層（3）重金屬鹽沉淀：結(jié)合成不溶性鹽（4）加熱變性（5）等電點沉淀法（6）生物堿試劑和酸類沉淀四、蛋白質(zhì)分離純化的基本原則1、選擇好的材料2、前處理：勻漿或搗碎等3、粗分離：鹽析，有機溶劑沉等4、細(xì)分離：凝膠過濾，離子交換等蛋白質(zhì)分離純化的幾個基本原則第三章酶通論Enzyme

酶是一類由活細(xì)胞產(chǎn)生的，對其特異底物具有高效催化作用的生物分子。所以又稱為生物催化劑Biocatalysts。

一酶

（一）酶的概念酶催化的生物化學(xué)反應(yīng)，稱為酶促反應(yīng)Enzymaticreaction。在酶的催化下發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)，稱為底物substrate（二）酶作為生物催化劑的特點1、酶易失活、條件溫和使蛋白質(zhì)等生物大分子變性因素可引起酶的失活2、酶具有高催化效率（以消化食物為例）酶的轉(zhuǎn)換數(shù)（kcat)：表示酶的催化效率，指一定條件下每秒每個酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)，或每秒每微摩爾酶分子轉(zhuǎn)換底物的微摩爾數(shù)。（大多數(shù)：1—104）3、酶催化反應(yīng)具有高度專一性4、酶的活性易受調(diào)節(jié)和控制二、酶的化學(xué)本質(zhì)及組成（二）酶的化學(xué)組成（僅就蛋白酶）（1）單純蛋白（2）結(jié)合蛋白（綴合蛋白）：全酶=脫輔酶（酶蛋白）+輔因子

（一）酶的化學(xué)本質(zhì)除具有催化活性的RNA酶，其它都是蛋白質(zhì)；近來有報道有DNA亦具有催化作用。酶的化學(xué)本質(zhì)及組成輔基，prostheticgroup輔酶，co-enzyme共價結(jié)合非共價結(jié)合Cofactor輔因子酶蛋白與底物結(jié)合，決定酶催化的專一性輔酶在酶催化中起傳遞電子、原子和某些化學(xué)基團作用區(qū)別：牢固程度（三）單體酶、寡聚酶、多酶復(fù)合體根據(jù)肽鏈或亞基構(gòu)成：1、單體酶(monomericenzyme)：僅由單一肽鏈組成的具有完全催化活性的酶2、寡聚酶(oligomericenzyme)：由多個相同或不同亞基以非共價鍵連接組成的酶。3、多酶復(fù)合體(multifunctionalenzyme)：幾種酶靠非共價鍵彼此嵌合形成所有相關(guān)反應(yīng)依次連接，有得于一系列反應(yīng)的連續(xù)進行酶的分類：1、根據(jù)酶蛋白分子結(jié)構(gòu)特點，分成3類

同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1

(H4)LDH2(H3M)

LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5

(M4)乳酸脫氫酶的同工酶（四）六大酶的特征和舉例氧化-還原酶催化氧化-還原反應(yīng)。主要包括（1）脫氫酶類（2）氧化酶類（加氧反應(yīng)）如：乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。(1)氧化還原酶Oxidoreductase酶的分類：2、根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型，分成6類轉(zhuǎn)移酶催化基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個底物分子的基團或原子轉(zhuǎn)移到另一個底物的分子上。

例如，谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。(2)轉(zhuǎn)移酶Transferase水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反應(yīng)：(3)水解酶hydrolase裂合酶催化從底物分子中移去一個基團或原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。(4)裂合酶Lyase異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即底物分子內(nèi)基團或原子的重排過程。

例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。(5)異構(gòu)酶Isomerase連接酶，又稱為合成酶，能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S鍵的形成反應(yīng)。這類反應(yīng)必須與ATP分解反應(yīng)相互偶聯(lián)。A+B+ATP+H-O-H===A

B+ADP+Pi

例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)。丙酮酸+CO2

草酰乙酸(6)連接酶LigaseorSynthetase（三）酶的結(jié)構(gòu)及催化作用機制酶的活性中心(activecenter)或稱活性部位(activesite)，指必需基團在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。必需基團(essentialgroup)酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈的化學(xué)基團中，一些與酶活性密切相關(guān)的基團。酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位稱為催化部位。通常將酶的結(jié)合部位和催化部位總稱為酶的活性部位或活性中心。結(jié)合部位決定酶的專一性，催化部位決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。催化部位catalyticsite酶分子中存在著一些可以與其他分子發(fā)生某種程度的結(jié)合的部位，從而引起酶分子空間構(gòu)象的變化，對酶起激活或抑制作用。調(diào)控部位Regulatorysite2、酶與底物的結(jié)合方式1、活化能降低任何反應(yīng)物分子都含有能量,但能量大小不同,只有那些含能量較高、達(dá)到或超過一定水平的分子才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即反應(yīng)物分子必須達(dá)到或超過一定的能閾，才能成為活化狀態(tài)，這種分子稱為活化分子。反應(yīng)物分子由一般狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)需要的能量稱為活化能。2、中間產(chǎn)物學(xué)說在酶催化的反應(yīng)中，第一步是酶與底物形成酶－底物中間復(fù)合物。當(dāng)?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟掳l(fā)生化學(xué)變化后，中間復(fù)合物再分解成產(chǎn)物和酶。

E+S====E-S====P+E形成E-S反應(yīng)中間物，其結(jié)果使底物的價鍵狀態(tài)發(fā)生形變或極化，起到激活底物分子和降低過渡態(tài)活化能作用3、鎖鑰學(xué)說：認(rèn)為整個酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對一把鎖一樣4、誘導(dǎo)契合學(xué)說該學(xué)說認(rèn)為酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補形狀.第九章酶促反應(yīng)動力學(xué)1、概念：酶促反應(yīng)動力學(xué)是研究酶促反應(yīng)的速率及影響此速率的各因素的科學(xué)。2、影響因素：（1）底物濃度（2）抑制劑：構(gòu)成對酶的抑制作用（3）溫度（4）pH值（5）激活劑米氏方程曲線米氏方程Km即為米氏常數(shù)，Vmax為最大反應(yīng)速度當(dāng)反應(yīng)速度等于最大速度一半時,即V=1/2Vmax,Km=[S]米氏常數(shù)物理意義：反應(yīng)速度為最大值的一半時的底物濃度。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L。2、動力學(xué)參數(shù)的意義（1）米氏常數(shù)的意義A、Km是酶的一個重要的特征物理常數(shù)：Km大小只與酶性質(zhì)有關(guān)，與酶濃度無關(guān)。Km隨測定底物、反應(yīng)溫度、pH及離子強度而變化。B、

Km可判斷酶的專一性和天然底物1/Km值近似表示酶與底物之間的親和程度：1/Km值大表示親和程度大;1/Km值小表示親和程度低。（條件：k3<<k2）（2）Vmax和k3(kcat)的意義一定酶濃度下，酶對特定底物的Vmax是一個常數(shù)，不同底物及其它條件也影響其數(shù)值。K3表示當(dāng)酶被底物飽和時每秒每個酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)，又稱轉(zhuǎn)換數(shù)，通常稱催化常數(shù)（kcat),其值越大，表明催化效率越高。Kcat/Km值：可以比較不同酶或同一種酶催化不同底物的催化效率。Lineweaver-Burkplot(雙倒數(shù)作圖)

1/v

=Km/Vmax×1/[S]+1/Vmax

3、利用作圖法測定Km和Vmax二、酶的抑制作用幾個概念：1、失活作用；酶已變性2、抑制作用：酶未變性3、抑制劑4、變性劑（一）抑制程度表示方法：P368（二）抑制作用的類型1、不可逆抑制抑制劑與酶反應(yīng)中心的活性基團以共價形式結(jié)合，引起酶的永久性失活。如有機磷毒劑二異丙基氟磷酸酯。不能通過透析、超濾等物理方法去除抑制劑而恢復(fù)酶的活性。

2、可逆抑制抑制劑與酶蛋白以非共價方式結(jié)合，引起酶活性暫時