生物化學,緒論,什么是生物化學？,就是研究生命化學的科學，它運用化學原理和方法從分子水平探討生命現象的本質,研究方法：,主要采用化學的原理和方法，同時也與生理學、細胞學、遺傳學相聯系和交叉,研究內容,一、生物分子的結構與功能：探討生物體的物質組成以及分子結構、性質和功能二、物質代謝及其調節：物質代謝的規律、能量轉化及其調節控制屬靜態生化三、基因信息傳遞規律及其調控：DNA復制、RNA轉錄、蛋白質翻譯、基因表達調控等通常將生物大分子結構、功能及其代謝調控的研究稱為分子生物學（生物大分子的來龍去脈）屬動態生化,第一節蛋白質的化學組成,第二節蛋白質分子結構,第三節蛋白質結構與功能的關系,第四節蛋白質的理化性質,第一章蛋白質結構與功能,碳(C)50%-55%,氫(H)6%-8%,氧(O)19%-24%,氮(N)13%-19%,16%；N(g)6.25=樣品Pro含量,硫(S)0%-4%,少量的P、Fe、Cu、Zn、I,第一節蛋白質的化學組成,元素組成,一、氨基酸(aminoacid)蛋白質的構件分子（buildingblocks）,Aminogroup,Carboxylicgroup,氨基酸結構通式,Rgroup,氨基酸的種類,1809年發現Asp，1938年發Thr，目前已發現180（生物化學第三版王鏡巖）/300多種構成蛋白質的20種氨基酸的結構特點：1.均為L-氨基酸，各種aa的R側鏈各不相同2.-碳原子上均連有一個氨基(脯氨酸除外)3.-碳原子為手性碳原子(甘氨酸除外）近年來發現，谷胱甘肽過氧化物酶中存在由終止密碼UGA編碼的硒代半胱氨酸，可能是第21種蛋白質氨基酸；目前，第22種氨基酸吡咯賴氨酸,（一）氨基酸的分類,根據氨基酸側鏈基團的結構和理化性質，分為4類：,1.非極性疏水性氨基酸,2.極性中性氨基酸,3.酸性氨基酸,4.堿性氨基酸,1.7個非極性疏水性氨基酸,甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、纈氨酸（Val）、亮氨酸（Leu）、異亮氨酸（Ile）、苯丙氨酸（Phe）、脯氨酸（Pro）,2.8個極性中性氨基酸,R-基含有極性基團；,酪氨酸(Tyr),生理pH條件下不解離,色氨酸(Trp),絲氨酸(Ser),半胱氨酸(Cys),蛋氨酸(Met),天冬酰胺(Asn),谷氨酰胺(Gln),蘇氨酸(Thr),3.2個酸性氨基酸,R-基有COOH/COO-,帶負電荷,4.3個堿性氨基酸,R-基有NH2/NH3+,賴氨酸(Lys)、精氨酸(Arg)、組氨酸(His),帶正電荷,1.兩性解離及等電點,（二）氨基酸的理化性質,pHpI,pH=pI,等電點(pI),氨基酸酸性解離和堿性解離的程度相等，分子所帶的凈電荷為零，此時溶液的pH值就稱為該氨基酸的等電點,除堿性氨基酸外，其余氨基酸等電點均小于7,pI=1/2（pK1+pK2）,若一個aa有3個解離基因，則其pI為兼性離子兩邊pK的平均值,2.紫外吸收性質,色氨酸和酪氨酸在280nm波長附近對紫外光有最大吸收峰,據此可以通過測定蛋白質溶液280nm的吸光值快速測定其蛋白質含量,3.茚三酮反應,aa與水合茚三酮一起加熱，生成藍紫色的化合物，在570nm處有最大吸收。據此亦可用作aa含量分析,（一）肽與肽鍵,二、肽,一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫去一分子水縮合形成的鍵稱肽鍵(peptidebond),+,丙氨酸,苯丙氨酸,肽鍵,二肽,苯丙氨酰丙氨酸,肽peptide,氨基酸借肽鍵相連而形成的化合物,寡肽(oligopeptide):10個以內氨基酸連成,多肽(polypeptide)：多個氨基酸連成的肽，其形狀為一條沒有分支的長鏈，又稱多肽鏈或肽鏈,氨基端(端),羧基端(C端),氨基酸在形成肽鏈時失去了一分子水，肽鏈中的氨基酸分子不再完整，稱為氨基酸殘基(aminoacidresidue),氨基酸殘基,蛋白質與多肽的區別：,Protein,空間構象相對穩定,氨基酸殘基數較多,Peptide,空間構象不穩定,氨基酸殘基數較少,（二）生物活性肽,1.谷胱甘肽(glutathione，GSH),構成第一個肽鍵的羧基是谷氨酸的r羧基GSH是體內重要的還原劑,半胱氨酸(Cys),甘氨酸(Gly),谷氨酸(Glu),由下丘腦分泌，其功能是促進腺垂體釋放促甲狀腺素(調節糖代謝),2.促甲狀腺素釋放激素,(1)組成,(2)功能,三、蛋白質的分類,1.根據組成成分分為：,單純蛋白質全部由aa組成,結合蛋白質除蛋白部分外，還含非蛋白部分,結合蛋白質中的非蛋白部分稱為輔基，常以共價鍵與蛋白部分相連,輔基：包括色素、寡糖、脂類、磷酸、金屬離子乃至核酸等,2.根據其形狀分為：,纖維蛋白質分子狀如纖維，其長軸比縱軸大于10：1,球狀蛋白質分子狀如球形或橢圓形,難溶于水，常作為細胞支架和細胞連接，如大量存在于結締組織中,可溶于水，如:酶、轉運蛋白、免疫球蛋白等,第二節蛋白質的分子結構,一、蛋白質的一級結構,二、蛋白質的二級結構,三、蛋白質的三級結構,四、蛋白質的四級結構,高級結構或空間結構,一、蛋白質的一級結構,蛋白質一級結構的概念：蛋白質分子中所有氨基酸的排列順序，主要化學鍵：肽健，二硫鍵氨基酸序列書寫：以氨基端開始,羧基末端結束依次編1、2、3,蛋白質多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序稱為蛋白質的一級結構,胰島素的一級結構,蛋白質的根本差異在于一級結構的不同,二、蛋白質二級結構,概念：是指蛋白質分子中一段多肽鏈的局部空間結構，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及到aa側鏈R基團的構象,肽鍵中，與-相連的O和H呈反式構型,（反式）,（順式）,肽鍵的特點：,肽鍵的特點,C-N單鍵為0.149nm,C=N雙鍵為0.127nm,具有部分雙鍵性質,不能自由旋轉,肽鍵中鍵長為0.132nm,肽鍵中的和-均不能自由旋轉和肽鍵(-CONH-)中的個原子個碳原子(C)被約束在一個剛性平面（即肽鍵平面）上，構成一個肽單元(peptideunit),蛋白質的二級結構類型,螺旋結構,折疊結構,-轉角,無規卷曲,（一）螺旋(helix),由肽鍵平面盤旋形成的螺旋狀構象,2.螺旋的結構特征,以肽鍵平面為單位,以碳原子為轉折盤旋形成右手螺旋,(2)每3.6個氨基酸殘基繞成一個螺圈(3600),螺距為0.54nm,每個氨基酸上升0.15nm,肽鍵平面與中心軸平行,(3)主鏈原子構成螺旋的主體,側鏈在其外部,(4)肽鍵的CO和NH都形成氫鍵,是穩定螺旋的主要作用力,氫鍵的方向與中心軸大致平行,（二）折疊(pleatedsheet),肽鍵平面呈伸展的鋸齒狀排列,形成的結構稱折疊。常為兩條或兩條以上伸展的多肽鏈側向聚集在一起形成扇面狀，故又稱折疊片或片層,1.概念,2.折疊結構特點,相鄰肽鍵平面的夾角為1100，呈鋸齒狀排列;側鏈基團交錯地分布在片層平面的兩側,()由氫鍵維持穩定。其方向與折疊的長軸接近垂直,()條肽段平行排列構成，肽段之間可順向平行(均從N-C)，也可反向平行,（三）轉角(turn),肽鏈出現1800回折的轉角處結構稱為轉角,1.概念,2.結構特征,*第一個殘基的C=O與第四個殘基的N-H形成氫鍵,*常見于球狀蛋白質分子表面,（四）無規卷曲(randomcoil),1.概念,沒有確定規律性的肽鍵構象,常見于球狀蛋白質分子中，在其它類型二級結構肽段之間起活節作用，有利于整條肽鏈盤曲折疊,三蛋白質的三級結構,1.概念,一條多肽鏈中所有原子在三維空間的整體排布包含了主鏈構象和側鏈構象的內容稱為蛋白質的三級結構(trertiarystructure),蛋白質三級結構的意義：,蛋白質的三級結構決定了蛋白質的生物學功能,側鏈基團之間形的氫鍵、離子鍵、疏水作用、分子引力、二硫鍵,維持三級結構穩定的鍵,維系蛋白質結構的作用力,1.肽鍵,共價鍵,2.二硫鍵,共價鍵,3.次級