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PS4的生化羰韭光盘是完整的吗
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你好，这个你放心，ps4上光盘版的生化危机就是完全版的，这个不是单独的章节的，只有数字下载的那种才是一章章下载的。望采纳，谢谢。
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生物化学知识点总结(王镜岩版)
1生物化学讲义（2003）孟祥红 绪论(preface)一、生物化学(biochemistry)的含义： 生物化学可以认为是生命的化学(chemistryoflife)。 生物化学是用化学的理论和方法来研究生命现象。 1、生物体是有哪些物质组成的？它们的结构和性质如何？容易回答。 2、 这些物质在生物体内发生什么变化？是怎样变化的？变化过程中能量是怎样转换的？ （即 这些物质在生物体 内怎样进行物质代谢和能量代谢？）大部分已解决。 3、这些物质结构、代谢和生物功能及复杂的生命现象（如生长、生殖、遗传、运动等）之 间有什么关系？最复 杂。 二、生物化学的分类 根据不同的研究对象：植物生化；动物生化；人体生化；微生物生化 从不同的研究目的上分：临床生物化学；工业生物化学；病理生物化学；农业生物化学；生 物物理化学等。 糖的生物化学、蛋白质化学、核酸化学、酶学、代谢调控等。 三、生物化学的发展史 1、历史背景：从十八世下半叶开始，物理学、化学、生物学取得了一系列的重要的成果 （1）化学方面 法国化学家拉瓦锡推翻“燃素说”并认为动物呼吸是像蜡烛一样的燃烧，只是动物体内燃烧 是缓慢不发光的 燃烧――生物有氧化理论的雏形 瑞典化学家舍勒――发现了柠檬酸、苹果酸是生物氧化的中间代谢产物，为三羧酸循环的发 现提供了线索。 （2）物理学方面：原子论、x-射线的发现。 （3）生物学方面：《物种起源――进化论》发现。 2、生物化学的诞生：在19世纪末20世纪初，生物化学才成为一门独立的科学。 德国化学家李比希： 1842年撰写的《有机化学在生理与病理学上的应用》一书中，首次提出了新陈代谢名词。 另一位是德国医生霍佩赛勒： 1877年他第一次提出Biochemie这个名词英文译名是Biochemistry(orBiologicalchemistry) 汉语翻译成 生物化学。 3、生物化学的建立： 从生物化发展历史来看，20世纪前半叶，在蛋白质、酶、维生素、激素、物质代谢及生物氧 化方面有了长足 进步。成就主要集中于英、美、德等国。 英国，代表人物是霍普金斯――创立了普通生物化学学派。1929年他和荷兰的艾克曼因发现维生素而获得诺贝尔生理和医学奖。 后来又发现了色氨酸和 谷胱甘肽。 德国，在以下几个方面的成就：糖和嘌呤类物质、血红素、叶绿素、糖原――乳酸循环、维 生素D、细胞呼 吸等都荣获了诺贝尔化学和生理学。 美国，这一时期在留德的美国学者的推动下，他们在营养与卫生工作方面的研究较为突出。 4、发展中的生物化学 从上世纪50年代至今，生物化学进入了飞速发展阶段。 A、主要成就有：2（1）酶的结晶：1926年Sumner发表了他第一次成功结晶了脲酶，随后Northrup制得了胃蛋 白酶和胰蛋白酶结 晶，开辟了酶学研究的新领域。 （2）代谢途径的阐明： 30年代阐明了糖酵解途径； 1937年Krebs发现三羧酸循环获1953年诺贝尔生理学或医学奖。 目前，糖、脂肪、蛋白质及氨基酸的代谢途径基本阐明。 当前努力的方向为代谢调控。 （3）生物能研究的发现： 50年代以来阐明了： ATP是能量代谢能的产生和利用的关键化合物。 提出了氧化磷酸化和呼吸链的理论，建立了生物能学。 B、这个时期生物化学发展的几个特征： 首先是物理学家、化学家以及遗传学家参加到生物化学的领域中来； 其次是研究方法有突破性改进； 通讯交流方面：各类科学期刊增多，以及计算机的存储、网络的普遍使用,使信息的传递变 得更为方便快捷。 物理学家、化学家、遗传学家等参加了生物化学的领域中来： 在蛋白质方面： 两位英国物理学家将x-射线应用于蛋白质分子的高级结构研究， 肯德鲁(Kendrew)测定了肌红蛋白的结构， (Perutz)佩鲁茨测定了血红蛋白的结构， 二人于1962年分别分享诺贝尔化学奖。 目前x-射线衍射分析已成为蛋白质与核酸高级结构研究常规方法。 美国化学家鲍林 （Pauling） 确认氢键在蛋白质的结构以及大分子间的相互作用中的重要性； 鲍林认为某些蛋白质具有类似于螺旋的结构。 这就是我们在蛋白质一章中将要学到的α -螺旋结构。 他还研究了镰刀形红细胞贫血病，并提出了分子病的名称，因此荣获诺贝尔化学奖。 SangerDD 生物化学家1955年确定了牛胰岛素的结构，获1958年诺贝尔化学奖。 1980年设计出一种测定DNA内核苷酸排列顺序的方法，获1980年诺贝尔化学奖。 在核酸方面，最著名的莫过于DNA双螺旋结构的发现。这一成果是物理学家、化学家和生物 化学家共同智慧 的结晶。 英国物理学家威尔金斯（Wilkins）1946年完成了DNAx-衍射研究。1953年沃森与克里克在此基础上确定了DNA分子结构。 他们三人于1962年荣获了诺贝尔生理和医学奖。 由此我们可以得到一点启示:学科交叉是推动科学发展的动力之一。 加拿大细菌遗传学家艾弗里Avery与美国生物学家Macleod,Carty1944年在美国纽约洛克菲 勒研究所著名 实验做了著名的转化试验，证明遗传物质是DNA 美国遗传学家麦克林托克以发现了可移动的基因获1958年诺贝尔生理奖。 Ochoa和Korngerg发现RNA和DNA生物合成机制获1959年诺贝尔生理奖。 1916年，Lwoff提出信使RNA的存在。 1960年，Jacob、Monod－－ 阐明了基因控制酶的生物合成，从而调节细胞的方式。3发现操纵子 （Operon） 基因， 能影响mRNA的合成， 从而调节其他基因的功能， 在微生物界Operon 普遍存在。 以上三人共获1965年诺贝尔生理或医学奖。 （2）生物化学研究方法的改进： a.分配色谱方法的建立： 马丁与辛格发明了可用于核苷酸、氨基酸、糖、生物碱等多种混合物分离的色谱方法。 这种方法已在化学、医学和生物学中得到了广泛的应用并取得了重要进展。 b.电泳法：在糖、蛋白质、核酸等物质的分析分离方面取得广泛应用 c.离心法：在蛋白质、核酸的分离、分子量测定中有不可替代作用 d.另外还有荧光分析法，同位素示踪和电镜等。 近年来新兴的生化仪器层出不穷，这里仅列出几例，如基因扩增仪，基因合成仪，基因序列 分析仪、超过 滤系统、高效层析系统、多肽序列分析、生物芯片、生物传感器等。 （3）生物化学在基础理论方面的发展――分子生物学的诞生： 学术界普遍认为1953年DNA双螺旋结构的发现是分子生物学的开端 从此人们开始在分子水平上分析纷繁复杂的生命现象。 分子生物学在近十年的发展非常迅速，只有计算机科学的发展速度能与之相比。 （4）生物化学在应用方面的发展――生物工程（生物技术） 基因工程（遗传工程）；蛋白质工程；酶工程；细胞工程；生化工程 （5）生化研究的新领域： 糖类生物化学；蛋白质化学―；信号传导机制 四、中国对生物化学的贡献： 吴宪：曾与美国哈佛医学院Folin一起首次用比色定量方法测定血糖。 吴宪与刘思职、万昕、陈同度、汪猷、张昌颖、杨恩孚、周启源等完成了蛋白质变性理论， 血液的生物化学 方法检查研究，免疫化学研究，素食营养研究，内分泌研究。 王应睐，邹承鲁，钮经文，邢其毅，曹天钦，王德宝，汪猷 1987年又人工合成了具有生物活性的酵母丙胺酸转移RNA，从而使我国在核酸人工合成方面 处于国际领先地 位 1．今后我们要在基础理论研究方面特别注意: 生物大分子的结构与功能 生物大分子之间相互作用分子遗传和遗传工程 生物膜的结构与功能 激素、活性多肽及其重要的活性小分子的结构与功能 代谢调节与调控方面的研究 另一方面我们应该注意研究工、医、农、国防等各方面急需解决的问题。 2．生物化学的应用 工业领域的应用：食品工业；发酵工业及其抗生素制造业；酶制剂工业；饲料工业；生物制 品工业； 皮革工业等。 在农业领域的应用： 如研究植物的新陈代谢的各种过程，便能够控制植物的发育 明确糖类、 脂类、 蛋白质、 维生素、生物碱、 芳香油以其他的化合物在植物体内的合成规律， 可获得大量优4质的各种作物。 植物新品种的培育，许多作物的遗传性状如：抗寒性、耐水性、抗病性的可以利用生化技术 鉴定。 对合理贮藏食物原料、谷物、果实、蔬菜有很大意义。 提高肉类蛋白质的产量、牛乳分泌量、牛乳脂肪含量等方面有实际意义。 临床生化的诊断今天已经成为一种不可缺少的诊断的方法： 如确定血糖浓度和糖韧量曲线才能确定糖尿病的诊断是否正确； 血清中酸性磷酸酶的活力的测定可以诊断前列腺癌； 碱性磷酸酶的产品可以诊断骨癌； 血清和尿中淀粉酶的活力测定可以诊断急性胰腺炎。 生物化学对一般预防医学也很重要。增进人体的健康是预防疾病的一种积极的因素。 如何给病人以适当营养从而增进人体健康是生化的另一个重要问题。 适当营养不仅可以预防，而且还可以治疗疾病。第一章糖类化学第一节糖类化学概论一、糖类的概念与分类： ㈠曾用的概念――碳水化合物： 通式Cn(H2O)m 误认为是碳与水的化合物，故称碳水化合物(carbohydrate)。 糖类的现代概念： 糖类：鼠李糖(rhamnase)C6H10O5和脱氧核糖(deoxyribose)C5H10O4 非糖的物质：甲醛CH2O、乳酸C3H6O3 有些糖类化合物：除C、H、O外，还有N、S、P， 多羟基的醛或酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。 研究简史： 十八世纪后半叶德国化学家E,Fisher提出投影式 十九世纪二十年代中期C.S.Hudson建立了表示糖的结构、立体构形与光学性质关系的法则 W.N.Hworth提出的糖的环状结构 七十年代以后――糖类化合物研究的新局面：通过糖类的研究发现了许多新的生物合成反应与酶调节机理； 认识许多基本的生命过程：如细胞环境、细胞识别、细胞生长与分化、免疫、先天缺陷遗传 病、药物的作用 等等； 生物信息的携带者糖类化合物（多糖、寡糖）是第三（核酸、蛋白质）大重要的生物高分子 化合物。 ㈡糖类的分类 1、单糖(monosaccharides)是最简单的糖，不能再被水解为最小的单位。 根据其所含碳原子（C）数目：丙糖、丁糖、戊糖(pentose)和已糖(hexose)等 根据其羟基（-OH）又可以分为醛糖和酮糖 2、寡糖(oligosaccharides)是有两到十分子的单糖缩合而成的，水解后产生单糖。 3、多糖(polysaccharides)是由多个单糖分子缩和而成的 如按其组成： 同多糖：相同的单糖组成；5杂多糖：不同的单糖基组成 如按其分子有无支链：支链、直链多糖； 如按其功能的不同：结构多糖、储存多糖、抗原多糖等； 如按其分布：胞外多糖、胞内多糖、胞壁多糖之分。 4、结合糖：如果糖类化合物尚有非糖物质部分，则称为糖缀物和复合糖例如，糖肽、糖脂、 糖蛋白等。 二、糖类分布及重要性： （一）分布： 所有生物细胞质和细胞核内，含有戊糖 植物界最多：约占干重的80%， 动物：血液中含有葡萄糖、肝脏和肌肉中含有糖原、乳汁中含有乳糖 微生物中：糖约占菌体干重的10-13%。 （二）重要性 （1）水+CO2 碳水化合物 （2）动物直接或间接从植物获取能量 （3）糖类是人类最主要的能量来源 （4）糖类也是结构成分 （5）纤维素是植物的结构糖第二节单糖(monosaccharides)单糖的种类很多，单糖在结构上、性质上差异不少，但也有许多共同之处。 从数量上讲以葡萄糖(glucose)最多，分布也最广，其中葡萄糖结构具有代表性。 一、单糖的分子结构 （一）链状结构 1、葡萄糖链状结构的确定： 元素组成：经验式为CH2O 测定分子量：180 1）葡萄糖能被纳汞齐作用还原成山梨醇，而山梨醇是右边结构从而证明了六个碳原子连成 了一条直链。 2）葡萄糖能和福林试剂（醛试剂）反应：证明其分子式中含有醛基。（-COH）3）葡萄糖和乙酸酐反应产生五个和乙酰基之的衍生物，证明糖分子中有五个羟基。（-OH） 2、葡萄糖的构型(configuration) 1）不对称碳原子的概念： 一个碳原子和四个不同的原子或基团相连时， 并因而失去对称性的四面体碳， 也称手性碳原 子、不对称中心 或手性中心，常用C*表示。 2）构型 不对称碳原子的四个取代基在空间的相对取向。 这种取向形成两种而且只有两种可能的四面体形式，即两种构型 如甘油醛把羟基在左边规定为L-型，羟基在边右规定为D型。 甘油醛从糖的定义上判断是最简单的单糖 凡在理论上由D-甘油醛衍生出的单糖为D-系单糖，由L-甘油醛衍生出的糖为L-系单糖。 天然的单糖大多只存在一种构型，例如葡萄糖、果糖(fructose)、核糖(ribose)都是D-系单 糖。 3、与链式结构相关的概念：6镜象对映体(antipode)： 两类物质彼此类似但不同它们互为镜像但不能重叠这两类结构相化 合物称为一对对 映体。 2）差向异构体(epimers)：仅一个对称碳原子构型不同，二镜向非对映体的异构物称为差向 异构体。 3）旋光异构现象和旋光度：当光波通过尼克梭镜时，由于尼克梭镜(nicolprism)的结构, 通过的只是某一平面 振动的光波，光波其他方向的都被遮断这种称为平面偏振光。 当它通过具有旋光性质某异构物溶液时，则偏振面会向左旋转或者向右偏转。 旋光度是作是旋光物质的一种物理性质，它在一定的条件下是一个常数。（条件、温度、浓 度、而波长、旋 光管的长度加以固定） 旋光度常用旋光率(specificrotation)表示。 4）手性与旋光性 旋光性与分子内部的结构有关 分子内若存在对称元素如，对称面、对称中心或四重交替之一的，都可以和它的镜像重合， 没有旋光性 分子内若不存在对称元素，不能和它的镜像重合，都有旋光性。这种分子称手性分子。 手性与旋光性是一对孪生子。 5）构型与旋光方向的区别: 虽然使平面偏振光右旋（+）和左旋（-）的甘油醛分别规定为D-型、L-型。在投影式中左边 为L-型、右边 为D-型。 但针对单糖结构而言，D与+、L与-并无必然联系。 例如，D-葡萄糖和D果糖的旋光方向分别为+和-，而L-葡萄糖和L-果糖的旋光方向均为-。构 型与旋光方向 是两个概念 （二）环状结构1、环状结构的提出：链式结构无法解释以下现象 1）缺少希夫反应，不能被漂白了的品红出现红色。 2）醛类能和亚硫酸钠加成反应而葡萄糖不能。 3）不能与两分子醇反应，形分子与一分子醇反应形成半缩醛。 4）存在变旋现象。 鉴于此，1893E.Fischer提出了葡萄糖的分子环状结构学说： 即C5-OH与C1CHO形成1 5氧桥 1926W.H.Hawworth修正后提出用透视式表达糖的结构。 2、单糖的α -型和β -型 环状结构中由于链内的缩醛反应第一碳原子是不对称状态， 与其相连的氢亲和羟基的位置有 两种可能的排列 方式，因而有两种构型。 半缩醛羟基在平面以下为α -型，在平面以上为β -型。二者互为异头体(anomer)。 3、环状结构与链状结构的关系： 二者是同分异构体，而环状结构更为重要。 在晶体状态和水溶液中绝大部分是环状结构，在水溶液中而是可以互变 （三）葡萄糖的构象(conformation)： 指一个分子中，不改变共价键的结构，仅单键周围的原子旋转所产生的原子间的空间排布。 一种构象的改变为另一种构象时不要求共价键的断裂和重新形成。 葡萄糖的环状结构中各原子不同在一个平面上而折成船式和椅式两种无张力的环。7其中以椅式主要，而船式极少。 随着温度的升高船式比例相应增加，建立两种构象间的平衡 二、单糖的性质 （一）物理性质： 1、旋光性：一切糖内都有不对称碳原子，都具有旋光性。旋光性是鉴定糖的一个重要指标。 2、甜度：各种糖的甜度不一，常以蔗糖的甜度为标准进行比较 3、溶解度：单糖分子有多个羟基，增加了他的水溶性，尤其在热水中的溶解度极大。但不 溶于乙醚、丙酮等有 机溶剂。 （二）单糖的化学性质： 单糖是多羟基的醛或者酮，以上三种基团均能参加反应。 1、醛基或酮基参加的反应： 1）单糖氧化： 碱性溶液中，醛基或者酮基变成非常活泼的烯二醇，具有还原性，能还原金属离子如Cu2+等 离子。 同时糖本身得以氧化成糖酸及其他产物。 例如血糖的定量测定计根据此原理。 血液中的还原糖与解已经硫酸铜共热， 产生氧化亚铜糖酸于酸性的钼酸盐反应产生蓝色化合 物。 蓝色的深浅同糖含量成正比 2）单糖还原：醛基和酮基被还原成醇，如：在纳汞齐的作用下生成山梨醇 3）成脎作用：醛基和酮基与苯肼、HCN、羟胺等起加合作用。 4）异构化作用：葡萄糖、果糖和甘露糖山者通过烯醇式可以互相转化。2、由羟基产生的性质：单糖有半缩醛羟基和醇性醛基两类可以发生以下几类反应。 1）酯化反应： 生物化学上重要的糖脂是磷酸酯、是糖代谢的中间产物―活性形式 2）成苷作用： 单糖半缩醛羟基很容易与醇或酚的羟基反应失水而形成缩醛式衍生物，通称糖苷。 由于单糖有两种形式α 型、β 型，故有两种糖苷α 和β 3）脱水作用：单糖与盐酸作用即产生脱水作用糖醛能与酚类化合物产生结构尚不明了的各 种有色物质。 4）氨基化作用：单糖分之中的羟基被氨基取代称为糖胺。 自然界存在的自然界的氨基糖多以以乙酰氨基糖的形式存在如 5)脱氧作用：单糖羟基之一失去氧即成脱氧核糖如使藻类糖蛋白的成分。第三节寡糖(oligosaccharides)寡糖是由2-20个分子的单糖缩合而成的糖。 一、二糖： 与日常生活密切相关的二糖有蔗糖、麦芽糖和乳糖。 1、麦芽糖(maltose)： 淀粉的水解产物。谷类的种子发芽时及在消化道中被淀粉酶水解即产生麦芽糖。 民间常用大麦芽其中含有淀粉酶使淀粉水解变成麦芽糖。 二分子的葡萄糖α -D-G和α -D-G缩水按α （1-4）形成糖苷键 2、蔗糖(sucrose)：日常食用的糖主要是蔗糖。甘蔗、甜菜、胡萝卜和有甜味的果实（香蕉、 菠萝等）都含有蔗 糖81）化学性质：无游离醛基、不具还原性。 2）物理性质：溶于水、甜度高。 3、乳糖(lactose)：由乳腺产生存在于人和动物的乳汁内。牛乳含有10%；人乳含有5-7% 乳糖是由α -D-G和β -D-L各一分子按β （1-4）糖苷键缩合失水形成的。 4、纤维二糖(cellobiose)：是纤维素的基本结构单位。迅两分子的葡萄糖按β （1-4）键型 相连而成。 二、三糖： 棉籽糖(raffinose)，见于多种植物，尤其是棉籽甜菜中。于酸性共热时，棉子糖即水解生 成葡萄糖和果糖 各一分子。 棉籽糖蔗糖酶果糖+蜜二糖 棉籽糖半乳糖苷酶半乳糖+蔗糖第四节多糖(polysaccharides)一、概述： 多糖是多个的单糖分子缩合失水而成的，分子量很大 在水中不能形成真溶液只能形成胶体 有些不溶于水，如纤维素无甜味也无还原性，有旋光，无变旋现象。 按功能分 作为动物植物骨架的原料，如食物的纤维素(cellulose)和动物的几丁质(chitin)； 作为贮藏多糖，如淀粉和糖元。在需要时可以通过生物体的酶系统的作用，分解放出多糖； 具有复杂的生理功能:如粘多糖(mucopolysaccharides)、血型物质等。按照组分的繁简： 同多糖(homopolysaccharide)：某一种单一的多糖缩合而成，如淀粉、糖原、纤维素； 杂多糖(heteropolysaccharide)。由不同类型的单体组成如结缔组织中的透明质酸等。 二、同多糖：水解产生一种单糖或单糖衍生物 1、淀粉(starch)：存在于所有绿色植物得到多数组织， 在显微镜下我们观察植物种子（如麦、玉米、大米、）、块茎及干果（栗子、白果等），会 看到大小不等的淀 粉颗粒。 1）结构：有直链淀和支链淀粉之分。 直链淀粉(amylose)： 有葡萄糖单位组成，连接方式和麦芽糖分子中的葡萄糖单位间的相同，α （1-4）糖苷键 一般链长250-300个葡萄糖单位。 支链淀粉(amylopectin)： 有多个较短的α -1、4糖苷键直链组成。 每两个糖的直链之间的连接为α -1、6糖苷键，较短的直链链端 葡萄糖分子的第1个碳原子上羟基与邻近的另一个链中的葡萄糖分子中的第6个碳原子上的 羟基结合。 一般淀粉都含有直链淀粉和支链淀粉，玉米和马铃薯．分别含有27%和20%的直链淀粉，其余 部分为支链 糯米，全部为支链淀粉 豆类全部是直链淀粉。 2）性质：直链淀粉冷水中不溶解，略溶于热水，但支链淀粉吸收水分吸收水份后成糊状。 淀粉在酸和淀粉酶解作用下可被降解，最终产物是葡萄糖，这种降解产物是逐步进行的。 淀粉红色糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖。92、糖原(glycogen)： 动物淀粉是动物和细菌细胞内能源的储存形式。结构与淀粉相似性质。 遇碘成棕红色。 3、纤维素(cellulose)：地球表面天然起源的最丰富的有机化合物。 来源主要是：棉花、麻、树木、野生植物的； 另外还有一大部分来源于作物的茎杆如麦杆、稻草、高粱秆、甘蔗渣等。 结构：葡萄糖借β -（1-4）糖苷键的连接成直链。 直链键彼此平行，链间的葡萄糖羟基间极易形成氢键，再加上半纤维素、果胶、木质素等的 粘结作用，使完 整的纤维素具有高度的不溶于水等特性。 2）性质：在酸的作用下发生解水，经过一系列中间产物，最后形成葡萄糖。 纤维素纤维素糊精纤维二糖葡萄糖 4、几丁质(chitin)：由乙酰糖胺以糖苷键缩合失水而成的均一多糖。结构与纤维素相似。 三、杂多糖：水解产生一种以上的单糖或/和单糖衍生物 有代表性的有以下几种： 1、透明质酸(hyaluronicacid)：分布于结缔组织、眼球的玻璃体、角膜、细胞间质、关节 液、恶性肿瘤组织和 某些一细菌的细胞壁。 是细胞间粘合物质、油润滑作用、对组织起保护作用。结构： 葡萄糖醛酸同乙酰葡萄糖胺以糖苷键连成的二糖单位。 后者糖苷键与另一两个糖单位 相连。 2、硫酸软骨素(chondroitin)：软骨的主要成分， 结缔组织，筋腱山心瓣膜，唾液中也含有。 其重复单位同透明质酸类似，含有硫酸基。 3、肝素(heparin)：肝中的肝素含量丰富。 广泛存在于哺乳动物组织和体液中。 猪胃粘膜中含有十分丰富，肺、脾、肌肉和动脉壁、肥大细胞肝素含量较高第五节结合糖糖与非糖物质如脂类或蛋白质共价结合，分别形成糖脂(glycolipids)、糖蛋白 (glycoproteins)和蛋白聚糖 (proteoglycans)总称为结合糖和复合糖 一、糖蛋白： （一）定义： 糖与蛋白质之间，以蛋白质为主，一定部位以共价键与若干糖分子相连构成的分子； 总体性质更接近蛋白质，其上糖链不呈现双链重复序列。 （二）分布：糖蛋白在动物植物中较为典型，微生物中不具糖蛋白。 这类糖蛋白可被分泌进入体液或作为膜蛋白。 它包括许多酶、大分子蛋白质激素，血浆蛋白、全体抗体、补体因子、血型物质、粘液组份 等。 （三）糖蛋白的作用: 1、由于糖蛋白的高粘度特性，机体用它作为润滑剂 2、防护蛋白水解酶的水解作用 3、防止细菌、病毒侵袭。 4、在组织培养时对细胞粘着和细胞接触抑制作用。 5、对外来组织的细胞识别也有一定作用 6、与肿瘤特异性抗原活性的鉴定有关10二、蛋白聚糖： 是一种长而不分枝的多糖链，既糖胺聚糖，其一定部位上与若干肽链相连，多糖呈双糖的系 列的重复结构， 其总体性质与多糖更相近。 （一）蛋白聚糖的种类与组成 核心蛋白------在蛋白聚糖的分子结构中，蛋白质分子居于中间，构成一条主链。 单体----------糖胺聚糖分子排列在蛋白分子的两侧，这种结构成蛋白聚糖的“单体”。 单体的糖胺聚糖链的分布是不均匀的 （二）蛋白聚糖的功能 ① 构成细胞间基质，分布于任何组织中 ② 蛋白聚糖中糖胺聚糖是多阴离子化合物，结合Na+ 、K+，从而吸收水分，糖的－OH也是亲 水的，所以基质 内的旦白聚糖可以吸引、保留水而成凝胶 ③ 起筛子作用，容许小分子化合物自由扩散，而阻止细菌通过，起保护作用 ④ 蛋白聚糖也有一些特殊的作用： 肝素DD抗凝剂 透明质酸DD吸引大量水分子，使组织“疏松”，细胞易于移动，促进创伤愈合硫酸软骨素DD软骨中丰实、维持软骨的机械性能 细胞膜表面的一些旦白聚糖，与细胞间相互识别、生长有关 蛋白聚糖是生物化学中近二十年来取得突破性进展的领域， 有关其结构和功能的研究吸引了 越来越多的科学 家。第二章脂类化学第一节概论一、脂类的概念及生物学功能： （一）概念： 脂类共同的物理性质，不溶于水，但是能溶于非极性的有机溶剂（氯仿、乙醚、丙酮、苯等） 中。 化学组成和化学结构上有很大的差异 一般是由脂肪酸和醇组成、也有不含脂肪酸的如萜类、固醇类及其衍生物。 （二） 脂类的生物功能也是多种多样，主要有以下几个方面： 1、膜功能：构成生物膜的重要物质。 2、能量来源：燃料的贮存形式和运输形式。 3、对动物来讲，是必需脂肪酸和脂溶性的维生素的溶剂。 4、参与信号的传导和识别 5、另外此类物质有防止机械损伤和热量散发等保护作用 二、脂类的分类： 根据组成脂类的不同组份可以将脂类分为三大类： 1、单纯脂质： 1）甘油三脂是3分子脂肪酸和1分子甘油所组成的酯。 2）蜡由长链脂肪酸和长链醇或固醇组成。 2、复合脂质：除醇类和脂肪酸外尚有其他物质。 1）磷脂如甘油磷酸类含有甘油、脂肪酸、磷酸和其他含氮的碱（胆碱、乙醇胺）；鞘胺醇 磷脂 2）糖脂鞘糖脂和甘油糖脂113）鞘胺醇磷脂和鞘糖脂合称为鞘脂类 3、衍生脂质，上述脂类物质衍生而来，或关系密切。 1）取代烃：脂肪酸及其碱性盐和高级醇 2）固醇类 3）萜 4）其他脂质如维生素A、D、E、K，糖脂和脂蛋白。第二节脂酰甘油类脂酰甘油，即脂肪酸和甘油所形成的脂。脂类中最丰富的一大类是三酯酰甘油，其结构如图 所示。 一、脂肪酸： 在自然界中游离的脂肪酸较为少见，绝大部分脂肪酸是以结合形式存在的。 按照其饱和程度脂肪酸可分成： 饱和脂肪酸 不饱和脂肪酸。1、它们之中大部分是不分枝和无环无羟基单羧酸。 2、自然界中分子中的碳原子数目绝大多数是偶数。 3、饱和脂肪酸中最普遍的软脂酸（16酸）和硬脂酸（18酸）。不饱和脂肪酸中最普遍的是 油酸（18碳1烯酸）。 4、不饱和脂肪酸的熔点比同等链长的饱和脂肪酸低。 5、细菌中所含的脂肪酸比植物动物少得多，绝大多数为饱和脂肪酸。 高等植物和低温生活的动物中不饱和脂肪酸含量高于饱和脂肪酸含量。 6、高等动物的不饱和脂肪酸从结构上讲部分是顺式结构 7、必需脂肪酸：我们把维持哺乳动物正常生长所需要的而体内又不能合成的脂肪酸成为必 需脂肪酸(亚油酸和亚 麻酸)。 哺乳动物中的亚油酸（18碳2烯酸）和亚麻酸（18碳3烯酸）是从植物中获得的。如亚油酸在 红花油、玉 米油、棉籽油、大豆油中含量均在50%以上。 二、甘油 甘油味道甜，比重为1.26。 和水与乙醇可以任何比例互溶，但不溶于乙醚、氯份等。 甘油是许多化合物的良好溶剂，广泛地用于化妆品和医药工业。 甘油能保持水分，可以作为润湿剂。 三、甘油三酯的类型： 甘油三酯有许多不同的类型 简单三脂酰甘油：三个脂肪酸都是相同的。 混合三酯酰甘油：含有两个或两个以上不同的脂肪酸的甘油三酯。 多数天然的油物质都是简单的甘油三酯和混合的甘油三酯的复杂的混合物。 四：甘油三酯的物理与化学性质： 1、溶解度：不容易水，也没有形成高度分散的倾向。 2、熔点：其熔点随着不饱和脂肪酸的数目和链长的增加而升高。 三软酯酰甘油和三硬酯酰甘油在体温以下为固态，三油酰甘油和三亚油酰甘油在体内呈液 态。 猪的脂肪中油酸占50%。猪油的固化点30.5℃，人的脂肪中油酸占70%，人油的固化点15℃。 植物中含有大量的不饱和脂肪酸，因此成液态。123、皂化和皂化值： 将脂酰甘油与酸或碱共煮或经脂酶作用时都可以发生水解 当用碱水解酯酰甘油时，可产生脂肪酸的盐类即肥皂，故称之为皂化反应。 完全皂化一克油或脂所消耗的氢氧化钾的毫克数称为皂化值。 4、酸败和酸值： 油脂是在空气中暴露过久即产生难闻的臭味这种现象称为酸败。 酸败的化学本质： 由于脂水解释放游离的脂肪酸氧化为醛或酮低分子的脂肪酸(如丁酸)的氧 化产 物有臭味。 5、氢化，油脂中的不饱和键可以在金属镍催化下发生氢化反应 6、卤化和碘值： 油物可以与囱素发生加成作用。生成卤代脂肪酸，自一作用称为卤化作用。碘值指一百克油所能吸收的碘的克酸数。 7、乙酰化值： 油脂中含有羟基的脂肪酸可以与乙酸酐和其他酰化试剂作用形成相应的酯。 乙酰化值：指一克乙酰化的油脂分解出的乙酸用氢氧化钾中和时所需要的氢氧化钾的毫克 数。第三节磷脂类磷脂是分子中含有磷酸的复合脂。 甘油磷脂类甘油（丙三醇） 鞘氨醇磷脂鞘氨醇 一、甘油磷脂的结构 二、常见的甘油磷脂 1、磷脂酰胆碱俗称卵磷脂 卵磷脂的结构中极性部分是胆碱。 卵磷脂的功能： 1）是生物膜的主要成分之一； 2）在生物控制有机体代谢中，脂肪的代谢中起重要作用。 3）防止脂肪肝的形成，临床上是一种很好的乳化剂。 2、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）：动物中植物中含量丰富，参与血液的凝固过程 3、磷脂酰丝氨酸：也参与血液凝固过程 4、肌醇磷脂：肌醇替代胆碱主要存在于肝脏和心肌中 5、双磷脂酰甘油（心磷脂）： 含有二个磷脂酸分子，磷酸基团分别与一个甘油分子的碳原子上的羟基以酯键相连。 主要存在于细菌细胞膜、真核细胞线粒体内膜等 三、醚甘油磷脂 1、缩醛磷脂：以一个长碳氢链取代脂肪酸以醚键与甘油羟基相连，存在于细胞膜，特别是 肌肉和神经细胞的膜 中。 2、血小板趋化因子（PAF） 嗜碱性粒细胞释放，能引起血小板凝集和血管扩张 四、鞘磷脂 1、鞘氨醇：13有60多种，动物中常见的是D-鞘氨醇；植物中二氢鞘氨醇和4-羟二氢鞘氨醇 2、神经酰胺 脂肪酸通过酰胺键与鞘氨醇的-NH4相连，形成神经酰胺 鞘磷脂（鞘氨醇磷脂类）：神经酰胺被胆碱或磷酰乙醇氨酯化形成的化合物。鞘氨醇是长们 的不饱和的氨基 醇，其结构式如下： 鞘磷脂极性头部是磷酯酰胆碱或磷酰乙醇氨。鞘磷脂是高等动物组织中含量最丰富的鞘酯 类。 总结：磷脂类从结构上讲其共性是都含有磷酸基团，都含有极性的基团。 其结构骨架是醇， 可分成两类甘油醇与鞘氨醇以其极性头部的种类可将甘油磷酯分成几大类 鞘氨醇亦然。第四节萜类、类固醇类这类物质特点是不含脂肪酸、在组织中含量较少，但是有极其重要的生物学功能 一、萜类：是异戊二烯的衍生物 含有二个异戊二烯单位的萜称单萜，三个称倍半萜，四个称二萜。 植物中如柠檬油中，含有的柠檬苦素、薄荷中含有的薄荷、樟脑油中含有的樟脑 二、类固醇 概述： 类固醇类化合物广泛分布于生物界。 生物功能： 作为激素起某种代谢调节作用； 作为乳化剂有助于脂肪的消化和吸收；有抗炎症的作用。 固醇类可分为固醇和固醇衍生物两大类。 （一）固醇的结构特点 1、甾核上的C3常为羟基或酮基 2、C17上可以是羟基或酮基或其它形式的侧链 3、C4-C5和C5-C6之间常是双键 4、A环在某些化合物上常是苯环，而且无C19-角甲基。 （二）胆固醇和非动物固醇 1、胆固醇 细胞膜的成分之一， 与膜的通透性有关胆固醇是神经髓鞘的绝缘物质； 可以解除某种毒素对 细胞的毒害作用。 2、非动物固醇： 植物细胞的重要组分，不能为动物吸收；主要为豆固醇、麦角固醇、菜油固醇、谷固醇。 麦角固醇经日光或UV照射可以转化为维生素D2 （三）固醇衍生物 1、胆汁酸在肝中合成，可以从胆汁中分离到。胆汁中有三种不同的胆汁酸，胆酸脱氧胆酸 和鹅脱氧胆酸 2、性激素：孕酮、睾丸激素第五节生物膜简介一、细胞中的膜系统： 膜系统=质膜+内膜系统（真核细胞） 细胞核、线粒体、内质网、溶酶体、高尔基体、过氧化物酶体、叶绿体（植物）。 电子显微镜下表现出大体相同的厚度与结构通称为生物膜的衍生物。 二、膜的化学组成：14生物膜都是由脂和蛋白质两大类物质组成的。此外糖+金属离子+水分，占12.5% 1、膜脂， 磷脂：磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇氨、磷脂酰 丝氨酸、磷脂酰肌醇、神经鞘磷脂、 心磷脂（细菌和线粒体）。 固醇： 胆固醇（动物细胞） 豆固醇（植物）。 2、膜蛋白： 外周蛋白： 分布于膜的外表， 通过静电作用及时离子键作用等较弱非共价键与膜外表面结合。 内嵌蛋白： 分布在磷脂双分子层中； 有时还横跨全膜或者以多酶复合体形式由内嵌和外周蛋白结合；以疏水 和亲水 二部分分别与磷脂的疏水和亲水的两部分结合。 膜蛋白对物质代谢、物质传递、细胞运动、信息的接受与传递、支持与保护均有重要意义。 3、膜糖类： 主要以糖蛋白和糖脂的形式存在。 在细胞质膜的表面分布较多，糖蛋白主要为中性氨基糖和唾液酸。糖酯主要为神经糖脂。 与细胞的抗原结构、受体、细胞免疫反应、细胞识别、血型及细胞癌变等均有密切关系 三、生物膜的流动性 主要特征 （一）膜脂的流动性 磷脂液晶态→→→类似晶态的凝胶状态→→→→液晶态（生理条件）& 1、相变温度以上膜脂运动的几种方式 （1）磷脂烃链围绕C-C键旋转而导致异构化运动 （2）磷脂分子围绕与膜平面相垂直的轴左右摆动： “梯度现象”――极性部分快；甘油骨架慢；脂肪酸烃链较快 （3）磷脂分子围绕与膜平面相垂直的轴作旋转运动 （4）磷脂分子在膜内作侧向扩散或侧向移动 （5）磷脂分子在脂双层中作翻转（flip-flop）运动 2、膜脂的分相 混合磷脂相变温度不同。温度下降至某一值事，处于凝胶态液晶态磷脂分子各自汇集。 （二）膜蛋白： 可以作横向移动，外周蛋白飘浮在双分子层的表面，而内在蛋白完全系于烃基核心。 四、生物膜的分子结构 （一）生物膜分子间作用力的类型 1、静电引力：存在于一切极性和带电荷基团之间吸引or排斥 2、疏水作用力：维持膜结构的主要作用力 3、范德华引力：使膜中分子尽可能彼此靠近与疏水力相互补充 （二）生物膜的结构：（Danielli与Davson三夹板模型） 1、膜结构的连续主体是极性的脂质双分子层；两层磷脂分子的脂肪酸烃链伸向膜中心。极 性端则面向膜两侧水 相。152、在脂双层的基础上，进一步解释蛋白质定位的问题，即蛋白质分子以单层覆盖两侧，形 成蛋白质--脂质--蛋 白质的“三明治”or“三夹板” （1）膜的内嵌蛋白溶解于双分子的中心疏水部分； （2）外周蛋白与带电荷的脂质双分子层的极性头部连接； （3）双分子层中的脂质分子之间或者蛋白质分子与脂质分子之间无共价的结合； 五、膜功能： 1、代谢调控： 代谢途径的分隔； 进行氧化磷酸化（线粒体内膜）和光合磷酸化（叶绿体类囊体膜）的场所。 2、物质运输：不带电荷的脂溶性的物质较容易通过； 亲水性物质、离子大多数具有专一性的传送载体酶系和通道。 膜的传送作用能调节物质进出细胞的流量从而保证细胞内环境的稳定状态。 3、神经传导： 细胞膜还含有电荷的表面物质构成跨膜电位差。 细胞膜还具有自我封闭的特点，细胞若被刺伤可以迅速的自动再封闭。 4、具有识别某些分子信号的功能。 一些细菌―趋化作用：膜能够感受出营养物质的微小差别，刺激细胞泳向营养源。 促进同种细胞有规则的缔合：动物细胞膜的外表面含有识别同种细胞受体。 细胞表面还具有受体部位能特异地结合激素分子。 如肝脏及肌肉细胞的表面含有识别并结合胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素的特异受体。 这些受体部位与激素结合，就可以将信号从膜传向细胞内的酶，调节它们的活力第三章氨基酸(aminoacid)一、氨基酸――蛋白质的构件分子 ㈠蛋白质的水解 1、酸水解：6M,HCI 或4M,H2SO4 回流煮沸20h 优点：不起消旋作用 缺点：色氨酸被破坏，羟基氨基酸部分分解，酰氨基水解。 2、碱水解：5M NaOH 共煮10-20h 缺点：多数氨基酸遭到不同程度的破坏，产生消旋现象，得D，L 混合物，精氨酸脱氨 优点：色氨酸稳定 3、酶水解： 缺点：持续时间较长，部份水解 优点：不产生消旋，也不破坏氨基酸 工业上开发大量复合酶，用于蛋白质加工 ㈡蛋白质的一般结构 氨基酸的结构：含氨基和羧基，氨基可位于α 、β 、γ 等位置 α -氨基酸（除脯氨酸）可用下式表示 熔点高、绝大多数具旋光性（除甘氨酸），除胱氨酸和酪氨酸外，一般能溶于水，脯氨酸和 羟脯氨酸溶于乙醇 和乙醚。16二、氨基酸的分类 生物体发现氨基酸180 多种，常见蛋白质氨基酸；不常见蛋白质氨基酸；非蛋白质氨基酸 参与蛋白质组成的常见氨基酸或基本氨基酸20 种，均为L 型氨基酸 ㈠常见蛋白质氨基酸 根据R 基的结构特性分为：脂肪族；芳香族和杂环 1、脂肪族： ⑴ 中性氨基酸，包括：甘氨酸（不含手性碳原子，无旋光性）、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、 异亮氨酸和甲硫 氨酸； ⑵ 极性氨基酸：① 含羟基的氨基酸；丝氨酸（丝蛋白中得到，酪蛋白、卵黄磷脂蛋白以磷 酯酸形式存在，酶催化和调节作用中发挥作用）、苏氨酸（发现最晚的一种氨基酸）；② 含巯基氨基酸（半 胱氨酸首先在 膀胱积石中发现，1899 年在蛋白质中发现，多以胱氨酸形式存在，可形成分子内或分子间 二硫键，维持 蛋白质高级结构的作用力， 对蛋白质高级结构形成具重要作用， 同时是某些酶的活性基团） ； ③ 含酰氨 基氨基酸：天冬酰氨，谷氨酰氨，参与氨代谢，植物体内重要的氨的转运者； ⑶ 酸性氨基酸：天冬氨酸和谷氨酸，参与氨代谢，谷氨酸为某些酶活性中心的催化基团 ⑷ 碱性氨基酸：赖氨酸、精氨酸存在于活性部位，参与酶催化，精氨酸是蛋白质代谢中尿 素形成的中间产 物 2、芳香族氨基酸：酪氨酸、苯丙氨酸，苯丙氨酸浓度测定被用于苯丙酮尿症的诊断，酪氨 酸在奶酪中含量丰 富。 3、杂环氨基酸：色氨酸，在植物和某些动物体转化成泛酸，有时归入芳香族 组氨酸，碱性氨基酸，大量存在于珠蛋白，某些酶活性部位的催化基团 脯氨酸，无自由α -氨基，在肽链转角处丰富。 根据R 极性分为：非极性氨基酸、不带电荷的极性氨基酸、带正电荷的氨基酸和带负电荷的 氨基酸。 ㈡不常见的蛋白质氨基酸 ㈢非蛋白质氨基酸 三、氨基酸的酸碱化学 ㈠氨基酸的兼性离子形式 ⒈ 有关氨基酸的兼性离子形式推测的基础 有机物分子：如以中性分子形式存在，熔点较低，如二苯氨是53℃，原因：晶体分子间维系 力是靠范德华力 作用，作用较弱；如以离子状态存在熔点较高，如氯化钠是200℃，原因：分子间靠离子键 来维持，作用较 强。 在溶液中非极性分子使溶液介电常数降低， 而极性分子使溶液介电常数升高， 而离子态是强 的极性分子。 氨基酸分析结果发现：其晶体熔点高200℃以上，其溶液介电常数升高，说明氨基酸是以离 子状态存在，氨 基酸是两性电解质，氨基酸完全质子化时是多元酸，侧链不解离的中性氨基酸是二元酸、酸 性和碱性氨基酸 可视为三元酸。既可以被酸滴定又可以被碱滴定， ㈡氨基酸的解离 ㈢氨基酸的等电点：曲线可知氨基酸可以带上正电或者负电荷，也可以带电荷为零。静电荷 为0 时的PH 称为 氨基酸的等电点（PI），对于不解离的中性氨基酸来说其等当点等于pK1，pK2 算术平均值； 对侧链基团解离 的氨基酸，等电点为其两侧pK 的算术平均值；等电点与离子浓度无关，只决定于兼性离子 两侧pK 值。当 pH＞pI，带负电；当pH＝pI，不带电；当pH＜pI，带正点㈣氨基酸的甲醛滴定17氨基酸既是酸又是碱，但却不能为酸或碱直接滴定；等当离子点时pH 过高或过低，滴定终 点过高和过低， 无适当的指示剂。加入甲醛后，甲醛与氨基反应，通过这个反应降低了氨基的碱性，相对的 增加了氨基的酸 性解离，滴定终点移动到pH9 附近，此时用酚酞作指示剂用标准的氢氧化钠加以滴定。 四、氨基酸的化学性质 ㈠α-氨基参加的反应 ⒈ 与亚硝酸的反应： 标准状态下测定氮气体积计算出氨基酸的含量α -氨基反应快， 赖氨酸 ε -氨基可发生此反 应，速度慢 2、与酰化试剂的反应：氨基酸氨基上氢可以被酰基取代，取代后对氨基有保护作用 3、烃基化反应： ⑴ 2、 4-二__________硝基氟苯 DNFB） （ 可生成黄色二硝基苯基氨基酸， 曾被英国的Sanger 用来鉴定多肽和蛋白质的氨 基末端 ⑵ 苯异硫氰酸酯（PITC）：氨基酸与PITC 生成PTH-AA 是EDMAN 降解法的原理，在多肽蛋 白质氨末端测定 和氨基酸顺序分析中占有重要地位 4. 西佛碱反应：具氨基基团和羰基基团物质反应过程的中间物 5、脱氨基反应：氨基酸在体内经氧化酶脱去氨基变成酮酸 ㈡α-羧基参加的反应 1、成盐和成酯反应： 氨基酸在盐酸气体的条件下与无水乙醇作用即产生氨基酸的乙酯， 羧基在变成甲酯、 乙酯或 成盐后羧基的化 学反应即能被掩盖（羧基保护） 2、成酰氯反应 氨基酸的氨基加保护基以后， 其羧基可以与二氯亚砜或五氯化磷反应生成酰氯， 这个反应使 羧基活化，使它 容易与另一氨基酸的氨基结合是人工合成多肽种常用的反应。 3、叠氮反应 氨基酸的氨基通过酰化加以保护； 羧基经酯化变成甲酯， 然后与肼和亚硝酸反应变成叠氮化 合物（羧基活化 反应） 4、脱羧基作用 氨基酸经脱羧酶作用后可以放出二氧化碳生成相应的一级胺 ㈢α-氨基和α-羧基共同参加的反应 ⒈ 与茚三酮反应：氨基酸分析化学中最常用反应之一，在弱酸环境中，加热氨基酸脱羧脱 氨以后与茚三酮、还 原茚三酮和氨反应后生成紫色化合物，纸层析、柱层析常用的定量测定方法。 羟脯氨酸和脯氨酸不释放氨气生成黄色化合物 成肽反应：一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基缩合失水形成肽键。 ㈣侧链基团参加的反应侧链基团参加的反应苯环――色氨酸、苯丙氨酸；羟基――丝氨酸、苏氨酸；巯基――半胱氨 酸；吲哚基― ―色氨酸； 胍基――精氨酸； 咪唑基――组氨酸； 非α -氨基――赖氨酸； 非α -羧基――谷氨酸、 天冬氨酸 侧链基团可与特异试剂发生特定反应，用于氨基酸的鉴定，氨基酸的修饰。 蛋白质化学修饰：在较温和的条件下，以可控制的方式使蛋白质某些试剂起特异反应，以引 起蛋白质中个别 氨基酸侧链或功能基团发生共价化学改变。 1、酪氨酸（酚基）：与重氮化合物（重氮苯磺酸）反应生成桔黄色化合物，Pauly 反应， 用于酪氨酸检测。 2、组氨酸：咪唑基与重氮化合物生成棕红色化合物。183、色氨酸：吲哚基被溴代琥珀酰亚胺氧化，分光光度法测定蛋白质中色氨酸含量。 4、半胱氨酸：巯基间形成二硫键，巯基同酰化试剂如：苯甲酰氯、苄氧酰氯、碘乙酸结合 是保护巯基的反应， 应用于人工合成肽； 氧化剂过甲酸或还原剂巯基化合物均可打开二硫键生成物质， 对蛋白质 结构测定和性质 鉴定广泛应用 5、精氨酸：胍基与萘酚在碱性次氯酸钠中反应产生红色物质。 6、苯核：浓硝酸反应黄色。 五、氨基酸的光学活性和光谱性质 ㈠旋光性 1、构型：除甘氨酸以外，?-碳原子是一个不对称的碳原子。 D 型和L 型，取决于?-碳原子上的氨基的位置,不对称碳原子经过对称状态的中间阶段，可 以发生消旋作用， 即D、L 互变（外消旋），Thr 和Ser 有两个不对称中心存在四种光学异构体；胱氨酸是一 种特殊情况；两个 相同的不对称中心，相同时产生D 型或L 型两个异构体；不同时产生内消旋胱氨酸。 旋光与旋光度：多数氨基酸具有旋光性，能使偏振光面向左或向右旋转，用-或+表示；氨基 酸具有的这种性 质称为旋光性也称为分子手性，比旋光度是?-氨基酸特征物理常数 ㈡光谱性质 可见光全无吸收，远紫外光全有吸收，紫外光区酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有光吸收 蛋白质中由于含有这些氨基酸、 280nm 有最大的光吸收。 利用分光光度计可以很方便地测定 分光光度法的原理：Lambert-Beer 定律：液体吸收光的量同浓度成正比关系 六、氨基酸混合物的分析分离 可利用混合物中各组份的物理、 化学性质的差别， 使各组分以不同程度分布在不相溶的两相 中；其中一个相 为固定的称为固定相，另一相流动的称为流动相；使各组份以不同的速度移动，从而达到分 离；可以分离氨 基酸、核苷酸、糖、蛋白质 ㈠分配层析的一般原理 1、分配定律 层析系统已有两相组成：固定相、流动相。分配定律：当一种溶质在两个互不相溶的溶剂中分配时，在一定的温度下达到平衡后，溶质 在二相的浓度比 值为一常数即为分配系数。 混合物在层析系统中的分离决定于该混合物组份在两相中的分配情况， 可用分配系数来描述 分配系数差异越大越容易分离。 2、逆流分配的原理 取一系列试管，向1 号管加入互不相容的两种溶剂A 和B，体积相等；加入物质的混合物， 二物质按自身分 配系数在上下两相中进行分配； 达到平衡后上相转移到2 号管中， 其中含相同体积的新的下 相；从1 号管转 移来的样品将在第2 号管的上下再分配；同时，向第1 号管加入新上相，样品再分配。这样 即完成了第一次 转移。同样可以做N 次转移 通过数学归纳法我们知道，转移后物质在一个管中的分布分数含量是展开式的相应含量。 分配系数大的物质沿一系列分溶管的移动度比分配系数小的物质快。 一定量的某一物质在一定量的溶剂系统中分配， 转移次数越多其分配分溶曲线越集中， 峰形 窄而高，有利于 混合物中各物质的分离。 （二）分配柱层析 在层析柱中加上亲水性不溶物质叫支持物如纤维素、淀粉、硅胶等。19固体支持物有亲水性的特点， 吸附上一层不流动的结合水作为固定相， 沿固定相流动的与之 不相容的溶剂（苯 酚、正丁醇等）是流动相。混合物经层析柱分离后，收集的组份用茚三酮显色定量，用氨基 酸的量对洗脱体 积作图，得洗脱曲线，曲线中的每一个峰相当于一个氨基酸 ㈢纸层析 纤维素吸附的水是固定相， 展层用的有机溶剂是流动相， 层析时混合氨基酸在这两相中不断 分配，使他们分 布在滤纸的不同位置上。此项技术可用于氨基酸成分的定量定性测定。 操作：点样→展层→显色用茚三酮显色时，得到一个滤纸层析谱。 定义：原点到氨基酸停留点的距离与原点至溶剂前沿之比称为Rf 值。 只要把溶剂系统、温度、滤纸型号等条件确定，则每一种氨基酸的Rf 值是一个确定值。 ㈣离子交换层析：以柱层析为例 用离子交换树脂作为支持剂的层析法， 其支持物是聚苯乙烯―苯二乙烯， 性能好的高分子化 合物。一般呈球 型颗粒的树脂上通过化学反应引入酸性或碱性基团， 阳离子交换树脂含有酸性基团， 如强酸 性，弱酸性基团 可以解离出氢离子，当溶液中含有其它阳离子时如Na+，可以和氢离子发生交换结合在树脂 上，成Na 型， 如酸性环境中氨基酸均为阳性离子可以被结合到树脂上， 在树脂上与钠离子发生交换， 而被 挂着树脂上。 阴离子交换树脂含有碱性基团，强碱型，弱碱型，可以解离出氢氧根离子和溶液中的阴离子 发生交换，碱性环境下氨基酸阴离子可被结合到树脂上。 分离氨基酸常用阳离子交换树脂，树脂被处理成钠型，将混合氨基酸上柱，氨基酸主要以阳 离子形式存在， 在树脂上与钠离子发生交换，而被挂着树脂上，不同氨基酸与树脂间结合力不同，当用一定 离子强度或pH 强度的缓冲液洗脱时，氨基酸被分别洗脱下来，采用部分收集并进行测定，获得不同氨基酸 组分。 过程： 平衡→上样和冲洗→梯度洗脱→洗涤→再生， 清楚每一过程的目的及层析柱内发生的 反应。What happens in ion exchange? 氨基酸在树脂上结合的牢固程度取决于氨基酸与树脂之间的亲和力， 决定亲合力的因素主要 有两个：1、主要 是静电吸引力；2、氨基酸侧链同树脂之间的疏水作用。氨基酸与阳离子交换树脂间的静电 引力大小次序依次 是碱性氨基酸R2+&中性氨基R+&酸性氨基酸R0， 为使氨基酸从树脂上洗脱下来采用逐步提高pH 和盐浓度的 方法来洗脱，因此洗脱顺序应该是R0、R+、R2+ ㈤薄层层析 根据支持物不同分成几种类型，分配、离子交换、凝胶过滤等等 ㈥气相色谱 层析系统流动相为气体，固定相为涂在固体表面的液体时称此技术为气液色谱简称气相色 谱。 主要是利用样品组份在流动的气相和固定的颗粒表面的液相的分配系数不同而达到分离组 份的目的。涂有薄 层液体的颗粒装在不锈钢和玻璃柱中，称色谱柱。 待测样品进入样室后被气化导入气相， 流经固定相， 气化的样品在流动相和固定相之间分配， 把组份分开， 被分开的组份和载气直接进入检测仪器， 组份的量变成电位信号被记录下来得到气相色谱洗 脱曲线。气相色 谱快速而且需样量少，但一些难气化样品不能测定，一些极性氨基酸较难气化，可以通过化 学反应转化成易 气化物质，如氨基酸和异硫氰酸酯反应生成氨基酸，后经三甲基硅烷基化，可以得到很好的 气化氨基酸衍生 物。 ㈦高效液相色谱 快速、灵敏、高效，分离的范围很广，其原理与普通柱层析一致，层析柱填料细、强度高， 总面积大，理论 塔板数非常高，利用高压泵增加相应流速，达到快速、高效分离。第四章蛋白质的共价结构20第一节蛋白质(protein)通论一、蛋白质的化学组成与分类：1、组成: 碳50-55%,氢6-8%,氧19-24%,氮13-19%,硫0-4% 各种蛋白质含氮量很接近，蛋白质中的氮含量一般为15～17.6%，平均为16% 克氏定氮法的基础：100 克有机物中蛋白质大体含量=一克样品中含氮的克数×6.25×100 乳制品为6.38，面粉为5.70，玉米、高粱为6.24，花生为5.46，米为5.95，大豆及其制品为 5.71，肉与肉 制品为6.25，大麦、小米、燕麦、裸麦为5.83，芝麻、向日葵为5.30 根据组成可分为单纯蛋白质（simple protein)和缀合蛋白质(conjugated protein) 根据分子的形状：球状(globular protein)、纤维状(fibrous protein) 根据功能：酶、调节蛋白、转运蛋白、营养和储存蛋白、收缩蛋白、结构蛋白和防御蛋白等 ⑴ 单纯蛋白质 清蛋白(albumin)：溶于水、稀酸、稀碱、稀盐，为半饱和硫酸铵沉淀,血清清蛋白、乳清蛋 白 球蛋白(globulin)：溶于水和不容易水两类，为半饱和硫酸氨所沉淀，血清球蛋白、肌球蛋 白、植物种子球 蛋白 谷蛋白(glutelin)：不溶于水、醇及中性盐，但易溶于稀酸和稀碱，米谷蛋白、麦谷蛋白 谷醇溶蛋白（prolamine):不溶于水和无水乙醇，溶于70%-80%乙醇,脯氨酸和酰氨较多，非 极性侧链远多于 极性侧链，玉米醇溶蛋白、麦醇溶蛋白 组蛋白(histone)： 溶于水及稀酸， 可被氨水沉淀,分子中组氨酸、 赖氨酸较多， 分子呈碱性， 小牛胸腺组蛋 白 鱼精蛋白(protamine)：溶于水和稀酸，不溶于氨水,碱性氨基酸较多，分子呈碱性，鲑精蛋 白 硬蛋白(scleroprotein)：不溶于水，稀酸和稀碱，作为结绨及保护功能的蛋白质，角蛋白、 胶原、弹性蛋白 ⑵ 缀合蛋白质 糖蛋白(glucoprotein)和粘蛋白(mucprotein)：辅基成分为半乳糖、甘露糖、已糖胺 脂蛋白(lipoprotein)：与脂结合的蛋白质 核蛋白(nucleoprotein)：辅基是核酸如脱氧核蛋白质、核糖体 磷蛋白(phosphoprotein)：磷酸基通过酯键与蛋白质中的丝氨酸或苏氨酸残基连相连 色蛋白： 血红素蛋白(hemoprotein)：辅基为血红素，它是卟啉化合物，卟啉环中心含有金属 黄素蛋白(flavprotein)：辅基为黄素嘌呤二核苷酸 金属蛋白(metalloprotein)：与金属之间结合的蛋白质醇脱氢酶含锌、铁蛋白含有铁 二、蛋白质分子的大小和分子量 蛋白质分子量变化范围很大（），某些蛋白质是两个或更多的蛋白质亚基通过 非共价的结合而 形成的，这样的蛋白质称寡聚蛋白。其分子量可以达上千万（如病毒外壳蛋白）。 蛋白质中较小的氨基酸占优势， 平均分子量接近128。 由于每形成一个肽键除去一分子的水， 所以氨基酸 的平均分子量约为110。因此，对于不含辅基的简单蛋白质，用110 除它的分子量即可粗略 地估计氨基酸 残基的数目。三、蛋白质构象和蛋白质结构的组织层次 1、蛋白质分子构象的概念 每种蛋白质都有自己特有的空间结构或称三维结构， 这种三维结构通常被称为蛋白质的构象 2、蛋白质分子结构的四个层次21四、蛋白质功能的多样性 1、酶―某些蛋白质是酶，催化生物界体内的代谢反应 2、调节蛋白，某些蛋白是激素，具有一定的调节功能如调节蛋白，糖代谢的胰岛素，能降 低血液中葡萄糖的 含量；钙调素参与调节多种蛋白激酶的活性 3、转运蛋白 某些蛋白质具有运输功能，他们携带小分子从一处到另一处，通过细胞膜，在血液循环中不 同的组织间运 载代谢物。 4、营养和存储蛋白 卵清蛋白和牛奶中的酪蛋白是提供氨基酸储存的蛋白。 在某些植物、细菌及动物组织中发现的铁蛋白可以贮存铁。 5、收缩和运动蛋白：某些蛋白质赋予细胞和器官收缩能力可使其改变形状和运动，肌肉， 鞭毛、微管、微丝 等。 6、结构蛋白：许多蛋白质起支持细丝、薄片或者缆绳的作用，给生物结构以强度和保护, 丝蛋白、角蛋白肌腱 和软骨的主要成分是胶原蛋白，它具有很高的抗张强度，韧带在含有弹性蛋白，形成了蛋白 质的缆绳，具 有双向的抗拉强度。 ７、 防御蛋白： 高等动物的免疫反应是有机体的一种防御机能免疫反应主要是通过蛋白质来 实现的 ８、受体蛋白：动物、植物、微生物对外界刺激的反应均涉及受体蛋白。如视质红质，味觉 蛋白第二节肽一、肽和肽键的结构 含有两个氨基酸的称二肽，三个氨基酸的称三肽以此类推。 参加多肽形成的已不是完整的氨基酸分子称氨基酸残基。 肽的命名是根据参与氨基酸残基来 确定的 从N 端开始称某氨酰某氨酰氨基酸 二、肽键的特点 肽键具有部分双键的性质。 结构a 处于同一平面锥形结构而且单键可以自由转动； 结构b 双 键不能转动处 于同一平面；结构c 键长介于以上二结构之间 肽键具有双键的性质决定了六个原子位于同一平面即肽平面， 肽平面内， 两个碳原子一般处 于反式结构， 脯氨酸特殊可以是顺式或者反式这种肽键存在，比较灵活这一点在三维构象中有独特的作 用。三、肽的物理和化学性质 ⒈ 物理性质 短肽是离子晶格，水中是偶极离子存在有一定的旋光性，短肽是各氨基酸的总和。 ⒉ 酸碱性 决定于游离末端氨基、羧基及侧链可解离的基团,长肽或蛋白质中，可解离的基团主要是侧 链。 ⒊ 化学性质 特征反应是双缩脲反应， 氨基酸没有此反应： 含有两个或两个以上肽键的化合物加上硫酸铜 的碱性溶液形成 紫色复合物， 复合物的浓度与蛋白质浓度成正比， 借助分光光度计可以进行蛋白质定量测定。 四、天然存在的活性肽 短链且具有生物功能的多肽不算蛋白质，通常称为活性肽！ 1、激素类：催产素、加压素、舒缓激肽、干扰素、胸腺肽、脑啡肽、睡眠肽等。 2、抗生素：短杆菌肽、粘菌素、放线菌素 3、剧毒物质鹅膏蕈碱、蝎毒素224、谷胱甘肽：谷氨酰半胱酰甘氨酰，红细胞中作为巯基缓冲剂维持血红蛋白和其他红细胞 蛋白质的半胱氨酸残 基处于还原态第三节蛋白质一级结构测定一、测定蛋白质的一级结构的要求 1 样品必需纯（&97%以上）； 2 知道蛋白质的分子量； 3 知道蛋白质由几个亚基组成； 4 测定蛋白质的氨基酸组成；并根据分子量计算每种氨基酸的个数。 5 测定水解液中的氨量，计算酰胺的含量。 二、蛋白质测序策略 测定蛋白质分子中多肽链的数目 断裂二硫键 拆分蛋白质分子得多肽链，并分离纯化每一条多肽链 测定每一肽链的氨基酸组成：完全水解，计算出氨基酸成分比 分析多肽链的N-末端和C-末端 裂解多肽链成较小的片段：用两种或几种不同的断裂方式断裂成几套肽段，并分离、纯化肽 段 测定各肽段的氨基酸顺序 片段重叠法确定各肽段的顺序 二硫键位置的确定 三、测定步骤 1、多肽链的拆分 由多条多肽链组成的蛋白质分子，必须先进行拆分，非共价相互作用、二硫桥交联 几条多肽链借助非共价键连接在一起，称为寡聚蛋白质，如，血红蛋白为四聚体，烯醇化酶 为二聚体；可用 8mol/L 尿素或6mol/L 盐酸胍处理， 即可分开多肽链(亚基)； 几条多肽链通过二硫键交联在一起。可在8 mol/L 尿素或6mol/L 盐酸胍存在下，应用过甲酸氧化法或巯基还原法拆分多肽链间的二硫键，然 后用烷基化试剂 保护生成的巯基，以防止它重新被氧化 巯基（-SH）的保护 2、测定蛋白质分子中多肽链的数目 通过测定末端氨基酸残基的摩尔数与蛋白质分子量之间的关系，即可确定多肽链的数目 3、测定每条多肽链的氨基酸组成，并计算出氨基酸成分的分子比 4、分析多肽链的N-末端和C-末端 多肽链端基氨基酸分为两类： N-端氨基酸(amino-terminal)和C-端氨基酸， 在肽链氨基酸顺 序分析中，最重 要的是N-端氨基酸分析法。 ① Sanger 法2,4-二硝基氟苯在碱性条件下， 与肽链N-端的游离氨基作用， 生成二硝基苯衍 生物（DNP） 在酸性条件下水解，得到黄色DNP-氨基酸。该产物能够用乙醚抽提分离。不同的DNP-氨基酸 可以用色谱 法进行鉴定。 ② 在碱性条件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以与N-端氨基酸的游离氨基作用，得 到丹磺酰-氨基酸 此法的优点是丹磺酰-氨基酸有很强的荧光性质，检测灵敏度可以达到1?10-9mol ③ Edman 氨基酸顺序分析法实际上也是一种N-端分析法。 此法的特点是能够不断重复循环， 将肽链N-端氨基 酸残基逐一进行标记和解离。23④ 氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的N-端逐个的向里水解。根基不同的反应时间 测出酶水解所释放 出的氨基酸种类和数量， 按反应时间和氨基酸残基释放量作动力学曲线， 从而知道蛋白质的 N-末端残基顺 序。最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸残基为N-末端的肽键速度最大。 ⑤ 羧肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的C-端逐个的水解。根基不同的反应时间测出 酶水解所释放出的 氨基酸种类和数量，从而知道蛋白质的C-末端残基顺序。 目前常用的羧肽酶有四种：A、B、C 和Y；A 和B 来自胰脏；C 来自柑桔叶；Y 来自面包酵 母。羧肽酶A 能水解除Pro、Arg 和Lys 以外的所有C-末端氨基酸残基；B 只能水解Arg 和Lys 为C-末端 残基的肽键。 ⑥ 多肽与肼反应生成氨基酸酰肼；C-端氨基酸不参加反应，氨基酸酰肼与苯甲醛作用生成 二苯基衍生物沉淀； 上清液C-端游离的氨基酸借助FDNB 或DNS 及层析鉴定，肼解过程中谷氨酰氨、天冬氨酸、 半胱氨酸被破 坏 ⑦ C-末端氨基酸硼氢化锂还原成相应的氨基醇，完全水解后肽段C-端氨基醇用层析法鉴定 5、多肽链断裂成多个肽段，可采用两种或多种不同的断裂方法将多肽样品断裂成两套或多 套肽段或肽碎片，并将其分离开来。 ① 酶解法: 胰蛋白酶：常用的蛋白质水解酶，专一性强，R1 赖氨酸或精氨酸 糜蛋白酶或胰凝乳蛋白酶： R1=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸T 亮氨酸Leu， 蛋氨酸Met 和组氨酸His 水解稍慢 胃蛋白酶： 和R2： R1 苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸T 亮氨酸Leu 以及其它疏水性氨基 酸水解速度较 快 嗜热菌蛋白酶： R2=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸T 亮氨酸Leu， 异亮氨酸Ileu,蛋氨酸 Met 以及其它疏 水性强的氨基酸水解速度较快。 羧肽酶和氨肽酶：分别从肽链羧基端和氨基端水解 木瓜蛋白酶：专一性差，R1 为赖氨酸、精氨酸 葡萄球菌蛋白酶(Glu 酶）和梭菌蛋白酶（Arg 酶）：专一性强，Glu 酶水解Glu，Asp 羧 端参加的肽键，改变 pH 只水解Glu 羧端参加的肽键，Arg 酶水解Arg 羧基端参加的肽键。 ② 化学法：(Cyanogen bromide) 溴化氰水解法：它能选择性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽键。 羟胺：专一断裂-Asn-Gly-，部分断裂-Asn-Leu，Asn-Ala 6、测定每个肽段的氨基酸顺序 ① Edman 化学降解法：Edman （苯异硫氰酸酯法）氨基酸顺序分析法实际上也是一种N-端 分析法。此法的特 点是能够不断重复循环，将肽链N-端氨基酸残基逐一进行标记和解离 ② 酶降解法：氨肽酶法或羧肽酶法，理论上从N 或C-端逐个切下氨基酸，被释放的氨基酸 的数目的种类随反 应时间而变化，根据释放的氨基酸的量与反应时间的关系，可知道氨基酸序列，实际应用很 难判断氨基酸释 放的先后， 如遇上N-端是环化可需将环化端裂解后在测序， 如焦谷氨酸可由焦谷氨酸氨肽酶 裂解。 ③ 质谱法原理：试样（蒸汽或气体分子）在真空中被电子轰击产生断裂或电离，形成带正 电的分子离子，在几 千伏电压下被加速，进入磁分析器，在2 万高斯磁场中运动，其曲率半径决定于质荷比，可 用照片记录质谱 图，不同化合物的质谱图有一定规律，可推断出原来的分子结构。优点是测定速度快，适于 小肽的序列测定， 特别是能测定混合肽的序列 局限是样品必须气化，质谱图的解析需要相当的技巧和经验。 双聚高分辨仪和高能PC 可自动解释质谱图24质谱-气相色谱联用仪 质谱-液相色谱联用仪 ④ 根据核苷酸序列推定法 根据蛋白质的氨基酸是次序是由核酸的序列来决定的原理设计， 已发展成熟， 对含量低的蛋白质极为有效。 仅靠cDNA 序列无法搞清起点和终点 ORF 必须直接由氨基酸序列分析来控制 内含子需由氨基酸序列分析来控制 新生肽常发生翻译后修饰作用 因此， 把核苷酸序列分析法和蛋白质序列测定技术有机地结合起来， 是蛋白质一级结构研究 的最佳途径 7、确定肽段在多肽链中的次序 利用两套或多套肽段的氨基酸顺序彼此间的交错重叠，拼凑出整条多肽链的氨基酸顺序。 8、确定原多肽链中二硫键的位置 一般采用胃蛋白酶处理没有断开二硫键的多肽链， 利用双向电泳技术分离出各个肽段，用过甲酸处理后，将每个肽段进行组成及顺序分析， 然后同其它方法分析的肽段进行比较，确定二硫键的位置。 四、蛋白质测序举例 胰岛素 Sanger 1953 年完成了牛胰岛素的全部化学结构测定。二链通过链接二硫键连接，链上含有 链内二硫键 核糖核酸酶， 用５年的时间完成了牛胰核糖核酸酶的全顺序分析。 是第一个酶分子有120 个 氨基酸残基是个 链内的二硫键 五、蛋白质序列数据库 (一）简介： 已建立了一些大型专门化的数据库，可通过网络向数据库查找和索取有关信息。 1、蛋白质结构信息的检索 2、蛋白质序列检索 3、生物进化研究 4、蛋白质折叠研究。 （二）典型数据库 1、PIR 美国国家医学基金会主持 2、GenBank 美国政府支持 3、EMBL 欧洲分子生物学实验室数据库第四节蛋白质的氨基酸序列与生物功能一、同源蛋白质的物种差异与生物进化 1、同源蛋白质：不同有机体实现同一功能的蛋白质，或具有明显序列同源的蛋白质，如血 红蛋白； 不变残基：同源蛋白质中氨基酸顺序种有许多位置的氨基酸对所所有种属来说都是相同的 可变残基：其他位置对于不同的种属有相当大的变化 同源蛋白质氨基酸顺序的得相似性反映了种属的亲缘关系 2、细胞色素C 含血红素的电子转运蛋白，是氧化传递链的一个组份 细胞色素C 的分子量为1 多个氨基酸残基25通过比较亲源关系不同的生物肽链氨基酸序列发现，一级结构中有28 个位置的氨基酸残基是相对不变的 不变氨基酸残基对蛋白质生物学功能非常重要， 可变残基是一些填充区域。 而不同来源的细 胞色素C 可变 氨基酸残基的数目与这些生物在系统发育上的位置有密切的关系， 进化位置愈远氨基酸顺序 之间的差距愈 大。 3、系统树 系统树是用计算机分析细胞色素C 序列建立起来的，与经典的分类学建立的系统树非常一 致。 二同源蛋白质具有共同的进化起源 1、氧合血红素蛋白 人肌红蛋白与人α -珠蛋白有38 个氨基酸残基相同；α -珠蛋白与β -珠蛋白有64 个氨基酸 残基相同。 反映三者的进化顺序。 2、丝氨酸蛋白酶类 胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶，活性中心丝氨酸起关键作用。凝血酶和纤溶酶亦属 于此类。 结论：可能是祖先丝氨酸蛋白酶基因复制而来。 3、一些功能差异很大的蛋白质 功能差异较大，但三级结构十分相似，如溶菌酶和α -乳清蛋白，可能有共同的起源。 三、一级结构的局部断裂与蛋白质激活 动物体内的某些蛋白质分子必须先按特定的方式断裂， 然后才呈现生物活性。 如血液凝固时 需纤维蛋白原和 凝血酶原的复杂变化；消化液中蛋白水解酶的激活；多肽和蛋白质激素的前体激活等等。 胰岛素原的激活：前胰岛素原（核糖体上），切去前顺序胰岛素（高尔基器中）肽。第五章蛋白质的三维结构一、研究蛋白质构象的方法 ㈠X-衍射法：推算出分子的形状，原理，步骤 ㈡研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法 1、紫外差光谱：推断蛋白质分子的大体构象 2、荧光和荧光偏振：测定疏水区形成的微区 3、圆二色性:测定?-螺旋,?-折叠片含量 4、核磁共振:蛋白质分子的三维构象 5、拉曼光谱:测定主链构象。 二、稳定蛋白质三维结构的作用力 键能 肽键 二硫键两者共90kcal/mol 离子键3kcal/mol 氢键1kcal/mol 疏水键1kcal/mol 范德华力0.1kcal/mol 这四种键能远小于共价键，称次级键提问：次级键微弱但却是维持蛋白质三级结构中主要的作用力,原因何在?，数量巨大 ㈠氢键：多肽主链上的羰基氧和酰胺氢形成氢键，维系蛋白质二级结构的主要作用力；侧链 间、侧链与水介质、 主链肽基与侧链、主链肽基与水之间均可形成氢键26形成：成键电子云偏向负电性大的原子的原子核，氢原子核外电子云分布较少，质子裸露， 如遇负电性强的 原子就形成氢键 大多数蛋白质折叠策略：主链肽键之间形成最大数目的分子间氢键，而侧链与水相作用 ㈡范德华力：分子间相互作用力,包含三种效应 1、定向效应：极性分之间的相互作用。 2、诱导效应：极性分子与非极性分分子间，永久性偶极和它诱导出来的诱导偶极间的相互 作用。 3、分散效应：非极性分子和基团间的相互作用，非极性基团和分子的主要作用力，当电子 云运动不对称时即可 能产生瞬时偶极，诱导偶极产生了相互作用力。 ㈢疏水作用：水介质中球形蛋白质的折叠倾向于把疏水残基埋藏在分子内部 维持三维构像的主要作用力 形成： 当疏水化合物和基团浸入水中时其分子周围形成笼形有序结构， 这种结构在能量是不 利能势，与此相 反的过程即疏水作用，经过变化，两非极性基团相互靠近，有序分子被排入水中，有序分子 被带入水中熵增， 因此疏水作用是一个自发的过程 ㈣离子键：由带相反电荷的两个基团的静电吸引形成。在生理值下，酸性氨酸带负电，碱性 氨基酸相反，即可 形成盐键，金属离子与氨基酸残基间 ㈤二硫键：不指导多肽折叠，对三级结构的构象起稳定作用，有链内二硫键和链间二硫键， 绝大多数情况下二 硫键在多肽β -转角处形成。 三、多肽主链折叠的空间限制 ㈠酰胺平面与α -碳原子的二面角（ψ 和Φ ） 肽键具有双键的性质不能自由转动结果肽键上的四个碳原子和与之相连的两个碳原子共处 于一个平面称肽 平面，绕Cα -N键轴的二面角（C-N-Cα -C）称为Φ ，绕Cα -C键轴的二面角（N-Cα -C-N）称 为ψ 。 ㈡可允许的ψ 和Φ 值：拉氏构象图 1、二面角的变动受下列因素的限制 ⑴ 侧链基团的影响： α -碳原子侧链基团有大有小或互相排斥或相互吸引，其影响度取决 于R侧链的性质 ⑵ 在相邻的二个肽平面上，二个羰基氧之间，或者二个亚氨基氢原子之间，羰基氧与亚氨 基氢原子之间发生空 间障碍 2、拉氏构象图 用Φ 作横坐标， 做纵坐标， Ψ 作出Φ Ψ 图此构象图通常称为Ramachandran图 （简称拉氏图） ，根据此图确 定哪些成对二面角（ Φ Ψ ）所决定的相邻二肽单位的构象是允许的，那些是不允许的。 四、二级结构：多肽链折叠的规则方式 有四种基本类型 ㈠?螺旋 1、?螺旋的结构 每隔3.6个氨基酸残基，螺旋上升一圈，螺旋沿螺旋体的中心轴每上升一圈相当于向上移动 0.54nm,即每一个 氨基酸残基沿轴上升0.15nm， 螺旋上升时每个残基沿轴旋转； 螺旋体中氨基酸残基侧链伸向 外侧，相邻的螺 圈之间形成链内氢键， 氢键的取向几乎和中心轴平行； 氢键是由每个氨基酸残基及其前面第 三个氨基酸残基 形成的，即二者间间隔3个氨基酸残基。 偶极矩和帽化 2、α 螺旋的手性 ⑴ 旋转方向：天然蛋白质的螺旋绝大多数是右手的螺旋，右手比左手稳定，从端作起点， 围绕螺旋中心轴向右27盘旋，近来也现少数的左手螺旋的结构。 ⑵ α 螺旋旋光性：碳原子的不对称因素和构象本身不对称因素的总反映即构成螺旋的旋光 性，天然螺旋引起平 面偏振光向右偏，利用这一点可以用来研究蛋白质的二级结构。 ⑶ 协同性 指一旦形成了一圈α 螺旋， 随后逐个残基加入就会变得更加容易而迅速， 这是因为第一圈螺 旋成为安装其系 残基的模板。 3、影响螺旋形成的因素 ⑴ 侧链基团的电荷性质： 例如： 多聚丙氨酸侧链基团pH7不带电荷可在水中自发卷曲成螺旋； 多聚赖氨酸则 不然，此时赖氨酸带正电荷，斥力使之不能卷曲。在pH12时自发聚集成螺旋 ⑵ 侧链基团的大小：多聚异亮氨酸有大的侧链基团，造成空间位阻，不能形成螺旋；多聚 脯氨酸具亚氨基不 能形成氢键，脯氨酸存在即在多肽链形成一个结节。 ㈡?折叠片 一种相当伸展的结构 ⑴ 定义：两条或多条几乎完全伸展的多肽链侧向聚集在一起，相邻主链上氨基和羰基间形 成氢键，这样的多肽 构型就是?-折叠 ⑵ 结构特点：所有肽键都参与链间氢键的形成，氢键与肽链的长轴接近垂直，有重复单位 ⑶ 平行β 折叠片和反平行β 折叠片 ㈢?转角和?凸起 ?-转角 1、一种非重复性结构 2、4个连续的氨基酸残基组成3、主链骨架以180返回折叠 4、C1羰基氧与C4亚氨基氢形成氢键；C1与C4之间距离小于0.7nm ?凸起 一种小片段的非重复性结构；大多数经常作为反平行?折叠中的一种不规则情况；额外的氨 基酸残基被规则 的氢键网所容纳。 ㈣无规则卷曲 没有明显规律的多肽主链骨架的构象；在螺旋构象、?-转角、?-折叠以及三股螺旋中，所有 残基的成对二 面角都存在于拉氏构象图的固定点上； 无规卷曲许多残基的成对二面角存在于拉氏构象图允 许区的不同点 上；无规卷曲与生物活性有关，对外界理化性质敏感 五、纤维状蛋白质（Fibrousprotein) ㈠角蛋白：来源于外胚层，毛发、鳞片、羽毛、蹄、角、甲、啄、爪等；分为α -角蛋白和 β -角蛋白；α 角蛋白根据含硫量的多少将其分为：软蛋白、硬蛋白 1、毛发的结构：外呈鳞状细胞，中层皮层细胞，大纤维沿轴排列；三股螺旋向左缠绕形成 超二级结构称原纤 维，原纤维埋在含硫很多的基质中组成微纤维；每四个螺旋有一个二硫键交联，其结构的稳 定性主要由二 硫键维持。 2、烫发原理：毛发湿热时伸展转变为?-折叠，冷却恢复原状:① ?-角蛋白侧链基团比较大 不适合处在?-折叠； ② 由于二硫键的存在，使外界力解除后恢复原状；首先头发卷成一定的形状＋还原剂（巯 基化合物）打开 二硫键， 加热时螺旋伸展＋氧化剂在已改变位置的半胱氨酸残基外建立新的二硫键。 冷却时 ?-螺旋恢复， 新生成的二硫键使头发纤维双螺旋发生曲折28㈡丝心蛋白：蚕丝、蜘蛛丝的丝心蛋白为例。 抗张程度高、质地柔软，但不能拉伸。 丝心蛋白的这一特点同其结构密切相关。 一级结构发现主要是丙氨酸、 甘氨酸和丝氨酸构成。 反平行的折叠片以平行的方式堆积成多层结构。每一片层结构中链间以范德华力结合； 若干片层按甘氨酸对甘氨酸，丙氨酸对丙氨酸的方式彼此连锁起来 ㈢胶原蛋白 1、胶原蛋白的组织分布与类型 胶原蛋白是生物体内含量最丰富的蛋白质分子，占有机体蛋白质总量的1/3，是皮肤、肌腱、 韧带、软骨、 巩膜、角膜中的主要成分。 胶原蛋白有多种类型如Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ型等，不同类型的胶原由于氨基酸组成和含糖量不同物理 性能不同。 2、胶原蛋白的氨基酸组成：含有很高量的Gly（30%）和Pro（13%），并含有3个不常见的氨 基酸；胶原蛋白 是糖蛋白，糖是在肽链合成以后，折叠前发生的。六、超二级结构和结构域 ㈠超二级结构 定义：若干相邻的二级结构单元（螺旋、折叠、转角）组合在一起，彼此相互作用，形成有 规则在空间上能辨 认的二级结构组合体、充当三级结构的构件，称为超二级结构 类型： ??、???、??-曲折 1、????：由两股平行或反平行的右手?螺旋彼此缠绕形成的左手卷曲螺旋或称超螺旋，也有 三股螺旋和四股螺 旋，肌球蛋白、角蛋白和纤维蛋白原的主要结构元件。 2、???：二段平行的?折叠股和一段?链连接组成，最常的是3段平行?股和二段?螺旋构成 3、????-曲折：??-曲折：折叠中相邻的两条反平行?链通过?转角连接而成，希腊钥匙拓扑异 构 ㈡结构域 1、结构域的概念 多肽链首先形成二级结构， 相邻的二级结构片段组装在一起形成超二级结构， 进而多肽链折 成近乎球形的结 构；对于较大蛋白质分子和亚基，多肽链往往有两个以上相对独立的三维，这种相对独立的 三维实体就是结 构域，蛋白质三维折叠的一个层次；结构域进一步缔合就形成三级结构 2、多肽链的手性效应：多肽链折叠形成的螺旋结构大多数是右手；折叠股亦具有轻度右手 扭曲成β 的倾向；一 种效应是β 折叠股间的右手交叉连接；一种效应是β 折叠片也以右手方式扭曲 3、结构域的类型：四种类型：全α -结构，α /β -结构，全β -结构，金属或二硫键 七、球状蛋白质与三级结构 ㈠球状蛋白质的分类 1、全α -结构（反平行α 螺旋）蛋白质 主要由α -螺旋组成，这些α -螺旋由结构域表面的环区域相连接。 在已知的蛋白质结构中，有两种最常见的螺旋排列方式。 其一是四螺旋束,如细胞色素b562，非血卟啉含氧转移蛋白。 其二是球状折叠,如肌红蛋白和血红蛋白。 2、α /β 结构(平行或混合型β 折叠片)蛋白质 含有一个由α -螺旋包围着的平行或混合β -回折的核。 所有的糖酵解酶都是α /β 型结构，许多其他的酶以及结合运输蛋白也是这种结构。 在α /β 型结构中，由环区域形成结合裂缝，这些区域虽对结构的稳定无作用，但通常参与 结合和催化活性。29分为单绕平行桶或称平行β 桶和双绕平行β 片和称马鞍型扭曲片。 3、β 型结构域结构 结构域的内核由四到十几个β -链所构成， 这些β -链主要以反平行的方式排列， 并形成两个 交联在一起并互 相堆积的β -回折。 常见的有三种类型：上下β -回折型、希腊图案型和果冻卷饼桶型 4、富含金属或二硫键（小的不规则）蛋白质 小于100个残基的蛋白质或结构域只有很少的二级结构但富含金属或二硫键；金属或二硫键对蛋白质的构象 起稳定作用 ㈡球状白分子三维结构的特征 1、球状蛋白分子含有多种二级结构元件。 2、球状蛋白质三维结构具有明显的折叠层次 3、球状蛋白分子是紧密的球形或椭球状实体。如酶、抗体、蛋白激素等。 4、球状蛋白质疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面 5、球蛋白分子或亚基表面上，通常有一个疏水裂隙。裂隙周围分布许多疏水侧链，常是结 合底物、效应物等配 体并行使生物功能的活性部位。 八、膜蛋白的结构 ㈠膜内在蛋白 有两种类型：通过一小段疏水肽链锚定于膜，蛋白的大部分位于膜的一侧或两侧水环境；大 部分蛋白埋于膜 中，只有很小部分暴露于水环境中。 1、具有单个跨膜肽段的膜蛋白，属第一类型，跨膜的疏水肽段经常是一个α 螺旋棒，亲水 序列伸向细胞质或（和） 胞外液，如血型糖蛋白。 2、具有7个跨膜肽段的膜蛋白，属第二类型，一条多肽链来回跨膜折叠，形成一个由7个α 螺旋段反平行装配 的球状膜蛋白，如视紫红质 3、β 桶型膜蛋白―膜孔蛋白，属第二类型，以大β 折叠片的形式横跨膜；β 折叠片缔合成 β 折叠桶，亲水侧链 面向空腔，疏水侧链分布在桶外侧。 ㈡脂锚定蛋白 膜蛋白与脂质共价连接，再通过脂质同膜作用，脂质与膜的作用有以下三个性质： 1、有效的把被连接的蛋白质锚定在膜上。 2、通过与膜的连接调节蛋白质的活性 3、连接的瞬时性。它可逆地与蛋白质连接和脱离。 已发现4种类型的锚定结构： 酰胺-连接豆蔻酰锚钩 硫酯-连接脂肪酰锚钩 硫醚-连接异戊二烯基锚钩 酰胺-连接糖基磷脂酰锚钩 九、蛋白质折叠和结构预测 ㈠蛋白质的变性 1、概念：天然蛋白质分子受到某些物理因素（热、紫外线、高压、表面张力）和化学目素 （有机溶剂、尿素、 胍、酸、碱等）影响时，生物活性丧失、溶解度降低、不对称性增高，以及其它物理化学常 数发生变化这种 过程成为变性作用30变性是次级键和部分链间二硫键的破坏，一级结构保存完好，理化因素、活性、溶解度和对 称性常数受到影响。2、变性现象 ⑴ 生物活性丧失；⑵ 一些侧链基团的暴露；⑶ 一些物理化学性质的改变；⑷ 生物化学性 质的改变 3、变性剂 ⑴ 尿素和盐酸胍：破坏氢键，增加非极性侧链溶解度 ⑵ 去污剂（SDS）：破坏疏水作用 4、变性理论：天然蛋白质为多肽链组成，分子规则性的紧密结构是分子次级键维持的，所 以很容易被物理和化 学的力量所破坏， 蛋白质的变性实际上就是蛋白质分子中肽键高度规则的紧密排列方式， 因 氢键和其他次级 键的破坏而变为不规则松散的排列方式。 5、变性可逆性 少数蛋白质的变性不超过一定的限制， 当变性因素去除后， 变性蛋白质又可恢复到天然构象， 这一现象称为 蛋白质的复性；例如血红蛋白酸变性，加碱后可恢复原有性质的2/3，但对大多数蛋白质来 讲是不能复性。 如卵蛋白酸变性加碱中和已不能复性。 ㈡氨基酸序列规定蛋白质的三维结构 氨基酸顺序决定多肽链的二级结构， 即只有相邻氨基酸残基具有适当的侧链基团时， 才能自 发形成螺旋和折 叠，并处于稳定状态；球状蛋白质三级结构也决定于氨基酸顺序； 氨基酸短顺序决定二级结构 氨基酸长顺序决定三级结构 氨基酸的精确位置决定多肽的转弯、方向和角度。 1、核糖核酸酶与复性实验 1960年牛胰核糖核酸酶可逆变性实验： 核糖核酸酶在尿素和巯基乙醇处理下成无规卷曲， 活 性丧失；透析去 除尿素或巯基乙醇后核糖核酸酶活力恢复，８个巯基氧化重新形成4个二硫键准确无误； 2、二硫桥在稳定蛋白质构象中的作用 如果随机组合的话105个可能性； 但当还原后的RNA酶在8M尿素重新氧化时， 只恢复原来活性 的1%左右； 这说明RNA酶一维信息控制肽链自身折叠成特定天然构象， 并决定4个二硫键准确位置； 二硫 键对肽链正确 折叠不必要，但可以提高蛋白质构象的稳定性。 ㈢蛋白质折叠的热力学 蛋白质折叠遵守热力学定律， ?G=GF-GU=?H-T?S=(HF-HU)-T(SF-SU)， ?G总=?H链+?H溶 剂-T?S链-T?S溶 剂 三维结构是多肽链上的各个单键旋转自由度受到限制的总结果。这些限制因素有： 1肽平面的性质； 2键的旋转的许可的角度 3肽链中疏水基和亲水基的数目和位置 4带正负电荷基团的数目和位置及溶剂和其他溶质等 这些限制因素通过侧链的基团彼此相互作用， 以及侧链基团与溶剂和溶质的相互作用， 最后达到平衡。 形成了热力学上最稳定的空间结构，实现了复杂生物大分子的自我装配原则。 ㈣蛋白质折叠动力学 1、蛋白质折叠不是通过随机搜索找到自由能最低的构象 LevinthalC1968年 氨基酸数目10031每个残基可采取3个不同位置 构象总数：47 每搜索一种构象时间：10-13秒 总搜索时间：5××1027年 Levinthal疑难 累积选择（cumulativeselection）：每次搜索时把正确折叠的那部分结构保留下来。蛋白 质折叠实质就是保 留局部正确折叠的中间体。 累积中间体的研究困难：折叠态和伸展态之间自由能差值小（40kj左右）；研究工具和研究 方法相对滞后。主 要有：停流法、温度跃迁法、脉冲标记核磁共振法、专一诱变和蛋白质工程等 2、蛋白质折叠经过熔球的中间体阶段 蛋白质折叠过程中存在熔球态M（moltenglobule)，它含有二级结构，无完整三级结构，实 际上熔球态M是 蛋白质中伸展态和天然态之间常见中间体的总称。 形成熔球的驱动力是侧链间的疏水相互作 用。 牛胰核糖核酸酶： U1 U2 N α -乳清蛋白U M N 球蛋白折叠步骤（五步）：成核，初始结构域，熔球态，结构域调整，完整三级结构形成 3、体内蛋白质折叠有异构酶和伴侣蛋白质参加 伴侣蛋白： 两种模式： Hsp70Hsp40 Hsp60 蛋白质二硫键异构酶（proteindisulfideisomerse)PDI 肽基脯氨酸异构酶(peptidylprolylisomerase) ㈤蛋白质结构的预测 1、二级结构的预测 氨基酸残基在二级结构元件中出现频率具有相对规律性， 二级结构元件的形成与局部氨基酸 残基种类有关。 Glu、Met、Ala和Leu在α 螺旋中出现频率高，Gly、Pro在β 转角出现频率高，Val、Ile和芳 香族氨基酸在 β 折叠片中出现频率高。 1974年ChouP.FasmanG.提出预测算法， 基于单残基统计的经验预测方法。 通过统计获得单残 基构象倾向 性因子P 根据对29种已知蛋白质共4741个残基所作分析，把20种残基分成6个组：H、h、I、i、b和B 经验规则： A、α 螺旋预测：相邻的6个残基中若有至少4个残基倾向于形成螺旋，则被认为是螺旋核。螺旋核向两端延伸 直至4个残基的α 螺旋倾向性因子的平均值＜1.0为止，且无Pro出现。如果延伸的片段≥ 1.03，Pα ＞Pβ 则被预测为α 螺旋 B、折叠片预测：相邻的5个残基中若有3个残基倾向于形成折叠片，则被认为是折叠核，向 两端延伸直至4个 残基的Pβ ＜1.0，如果延伸后的片段Pβ ＜1.05，则被预测为β 折叠片。 C、β 转角：Pt＞1.0且＞Pα ，Pβ ，被预测为β 转角。 2、三级结构的预测―折叠的计算机模拟：三级结构预测相对复杂，结构预测准确性低；同 源蛋白质一级结构相 似，三级结构具有相似性，据此可以进行结构预测；目前利用专业程序LINUS，能进行小蛋 白结构预测 十、亚基缔合和四级结构 ㈠有关四级结构的一些概念 1、蛋白质的四级结构(QuaternaryStructure)是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链 通过非共价键连接32起来的结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。 2、亚基（单体）：这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基或亚单位Subunit，它一般 由一条肽链构成， 无生理活性；维持亚基之间的化学键主要是疏水力 3、单体蛋白质：仅由一个亚基组成并因此无四级结构的蛋白质。 4、寡聚蛋白质：由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白；根据亚基组成种类分为： 同多聚蛋白质；杂 多聚蛋白质 5、原聚体：对称的寡聚蛋白质分子可视为由两个或多个不对称的相同结构成分组成，这种 相同的结构成分组成 为原聚体。 同多聚蛋白质原聚体为亚基， 杂多聚蛋白质原聚体为两种或多种亚基组成的单位。 ㈡四级缔合的驱动力 范德华力，氢键，离子键，疏水作用和二硫键；其中主要为疏水作用；氢键，离子键提供专 一性作用 ㈢亚基相互作用的方式 相同亚基间的缔合 同种缔合如前清蛋白， 异种缔合如病毒外壳蛋白 有些形成环状封闭结构如ATC酶 ㈣四级结构的对称性 大多数寡聚蛋白质分子其亚基排列是对称的 ㈤四级缔合在结构和功能上的优越性 1、增强结构的稳定性：通过降低表面积与体积之比使蛋白质在能量趋于稳定。 2、提高遗传经济性和效率：编码一个单体蛋白的DNA比编码相同分子量的蛋白要多。 3、使催化基团汇集在一起：不同单体的催化基团汇集成完整的催化部位；不同的亚基有不 同的催化功能 4、具有协同性和别构效应：多亚基蛋白质具有多个结合部位，结合在特定部位上的配体对该分子的其它部位产 生影响称为别构效应第六章蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能关系概述 蛋白质一级结构决定蛋白质的高级结构， 蛋白质序列