王镜岩生物化学笔记整理版gqlf.docx

王镜岩生生物化学学笔记整理理版第一章 蛋白白质化学学教学目标标：1.掌握握蛋白质质的概念念、重要要性和分分子组成成。2.掌握握-氨氨基酸的的结构通通式和220种氨氨基酸的的名称、符符号、结结构、分分类；掌掌握氨基基酸的重重要性质质；熟悉悉肽和活活性肽的的概念。3.掌握握蛋白质质的一、二二、三、四四级结构构的特点点及其重重要化学学键。4.了解解蛋白质质结构与与功能间间的关系系。5.熟悉悉蛋白质质的重要要性质和和分类导入：1100年年前，恩恩格斯指指出“蛋蛋白体是是生命的的存在形形式”；今天人人们如何何认识蛋蛋白质的的概念和和重要性性？ 18399年荷兰兰化学家家马尔德德（G.J.MMuldder）研研究了乳乳和蛋中中的清蛋蛋白,并并按瑞典典化学家家Berrzelliuss的提议议把提取取的物质质命名为为蛋白质质（Prroteein，源源自希腊腊语，意意指 “第第一重要要的” ）。德德国化学学家费希希尔(EE.Fiischher)研究了了蛋白质质的组成成和结构构，在119077年奠立立蛋白质质化学。英英国的鲍鲍林(LL.Paauliing)在19951年年推引出出蛋白质质的螺旋旋；桑格格(F.Sanngerr)在119533年测出出胰岛素素的一级级结构。佩佩鲁茨(M.FF.Peeruttz)和和肯德鲁鲁(J.C.kkenddreww) 在在19660年测测定血红红蛋白和和肌红蛋蛋白的晶晶体结构构。19965年年，我国国生化学学者首先先合成了了具有生生物活性性的蛋白白质胰岛素素（innsullin）。 蛋白质是是由L-氨氨基酸通通过肽键键缩合而而成的，具具有较稳稳定的构构象和一一定生物物功能的的生物大大分子（bbiommacrromoolecculee）。蛋蛋白质是是生命活活动所依依赖的物物质基础础，是生生物体中中含量最最丰富的的大分子子。单细胞的的大肠杆杆菌含有有30000多种种蛋白质质，而人人体有110万种种以上结结构和功功能各异异的蛋白白质，人人体干重重的455%是蛋蛋白质。生生命是物物质运动动的高级级形式，是是通过蛋蛋白质的的多种功功能来实实现的。新新陈代谢谢的所有有的化学学反应几几乎都是是在酶的的催化下下进行的的，已发发现的酶酶绝大多多数是蛋蛋白质。生生命活动动所需要要的许多多小分子子物质和和离子，它它们的运运输由蛋蛋白质来来完成。生生物的运运动、生生物体的的防御体体系离不不开蛋白白质。蛋蛋白质在在遗传信信息的控控制、细细胞膜的的通透性性，以及及高等动动物的记记忆、识识别机构构等方面面都起着着重要的的作用。随随着蛋白白质工程程和蛋白白质组学学的兴起起和发展展，人们们对蛋白白质的结结构与功功能的认认识越来来越深刻刻。第一节 蛋蛋白质的的分子组组成一、蛋白白质的元元素组成成经元素分分析，主主要有 C（550%55%）、HH（6%7%）、OO（199%224%）、NN（133%119%）、SS（0%4%）。有有些蛋白白质还含含微量的的P、FFe、CCu、ZZn、MMn、CCo、MMo、II等。各种蛋白白质的含含氮量很很接近，平平均为116%。因因此，可可以用定定氮法来来推算样样品中蛋蛋白质的的大致含含量。 每克样样品含氮氮克数××6.225×1100=1000g样品品中蛋白白质含量量（g%）二、蛋白白质的基基本组成成单位氨基基酸蛋白质在在酸、碱碱或蛋白白酶的作作用下，最最终水解解为游离离氨基酸酸（amminoo accid），即即蛋白质质组成单单体或构构件分子子。存在在于自然然界中的的氨基酸酸有3000余种种，但合合成蛋白白质的氨氨基酸仅仅20种种（称编编码氨基基酸），最最先发现现的是天天门冬氨氨酸（118066年），最最后鉴定定的是苏苏氨酸（119388年）。（一）氨氨基酸的的结构通通式组成蛋白白质的220种氨氨基酸有有共同的的结构特特点：1氨基基连接在在- C上，属属于-氨基酸酸（脯氨氨酸为-亚氨氨基酸）。2R是是側链，除除甘氨酸酸外都含含手性CC，有DD-型和和L-型型两种立立体异构构体。天天然蛋白白质中的的氨基酸酸都是LL-型。 注意：构型是是指分子子中各原原子的特特定空间间排布，其其变化要要求共价价键的断断裂和重重新形成成。旋光光性是异异构体的的光学活活性，是是使偏振振光平面面向左或或向右旋旋转的性性质，（-）表示示左旋，（+）表示示右旋。构构型与旋旋光性没没有直接接对应关关系。（二）氨氨基酸的的分类1按RR基的化化学结构构分为脂脂肪族、芳芳香族、杂杂环、杂杂环亚氨氨基酸四四类。2按RR基的极极性和在在中性溶溶液的解解离状态态分为非非极性氨氨基酸、极极性不带带电荷、极极性带负负电荷或或带正电电荷的四四类。 带有非非极性RR（烃基基、甲硫硫基、吲吲哚环等等，共99种）：甘（GGly）、丙丙（Alla）、缬（Val）、亮（Leu）、异亮（Ile）、苯丙（Phe）、甲硫（Met）、脯（Pro）、色（Trp） 带有不不可解离离的极性性R（羟羟基、巯巯基、酰酰胺基等等，共66种）：丝（SSer）、苏苏（Thhr）、天天胺（AAsn）、谷谷胺（GGln）、酪酪（Tyyr）、半半（Cyys）带有可解解离的极极性R基基（共55种）：天（AAsp）、谷谷（Gllu）、赖赖（Lyys）、精精（Arrg）、组组（Hiis），前前两个为为酸性氨氨基酸，后后三个是是碱性氨氨基酸。蛋白质分分子中的的胱氨酸酸是两个个半胱氨氨酸脱氢氢后以二二硫键结结合而成成，胶原原蛋白中中的羟脯脯氨酸、羟羟赖氨酸酸，凝血血酶原中中的羧基基谷氨酸酸是蛋白白质加工工修饰而而成。（三）氨氨基酸的的重要理理化性质质 1一一般物理理性质-氨基基酸为无无色晶体体，熔点点一般在在2000 oCC以上。各各种氨基基酸在水水中的溶溶解度差差别很大大（酪氨氨酸不溶溶于水）。一一般溶解解于稀酸酸或稀碱碱，但不不能溶解解于有机机溶剂，通通常酒精精能把氨氨基酸从从其溶液液中沉淀淀析出。芳香族氨氨基酸（TTyr、TTrp、PPhe）有有共轭双双键，在在近紫外外区有光光吸收能能力，TTyr、TTrp的的吸收峰峰在2880nmm，Phhe在2265 nm。由由于大多多数蛋白白质含TTyr、TTrp残残基，所所以测定定蛋白质质溶液2280nnm的光光吸收值值，是分分析溶液液中蛋白白质含量量的快速速简便的的方法。2两性性解离和和等电点点（issoellecttricc poointt, ppI） 氨基酸酸在水溶溶液或晶晶体状态态时以两两性离子子的形式式存在，既既可作为为酸（质质子供体体），又又可作为为碱（质质子受体体）起作作用，是是两性电电解质，其其解离度度与溶液液的pHH有关。 在某一ppH的溶溶液中，氨氨基酸解解离成阳阳离子和和阴离子子的趋势势和程度度相等，成成为兼性性离子，呈呈电中性性，此时时溶液的的pH称称为该氨氨基酸的的等电点点。氨基基酸的ppI是由由-羧羧基和-氨基基的解离离常数的的负对数数pK11和pKK2决定定的。计计算公式式为：ppI=11/2(pK11+ ppK2)。若1个氨氨基酸有有3个可可解离基基团，写写出它们们电离式式后取兼兼性离子子两边的的pK值值的平均均值，即即为此氨氨基酸的的等电点点（酸性性氨基酸酸的等电电点取两两羧基的的pK值值的平均均值，碱碱性氨基基酸的等等电点取取两氨基基的pKK值的平平均值）。3氨基基酸的化化学反应应 氨基基酸的化化学反应应是其基基团的特特征性反反应。重重要的有有：（1）茚茚三酮反反应 所有具具有自由由-氨氨基的氨氨基酸与与过量茚茚三酮共热热形成蓝蓝紫色化化合物（脯脯氨酸和和羟脯氨氨酸与茚茚三酮反应应产生黄黄色物质质）。用用分光光光度法可可定量测测定微量量的氨基基酸。蓝蓝紫色化化合物的的最大吸吸收峰在在5700nm波波长处，黄黄色在4440nnm波长长下测定定。吸收收峰值的的大小与与氨基酸酸释放的的氨量成成正比。 （22）与22，4-二硝基基氟苯（DDNFBB）的反反应 在弱碱碱性溶液液中，氨氨基酸的的-氨氨基很容容易与DDNFBB作用生生成稳定定的黄色色2，44-二硝硝基苯氨氨基酸（DDNP-氨基酸酸），这这一反应应在蛋白白质化学学的研究究史上起起过重要要作用，SSangger等等人应用用它测定定胰岛素素一级结结构。多肽顺序序自动分分析仪是是根据相相类似的的原理设设计的，即即利用多多肽链NN端氨基基酸的-氨基基与异硫硫氰酸苯苯酯PIITC反反应（EEdmaan降解解法）。三、肽（ppepttidee）1肽键键与肽链链一个氨基基酸的-羧基基和另一一个氨基基酸的-氨基基脱水形形成的酰酰胺键称称为肽键键。由氨氨基酸通通过肽键键相连而而成的化化合物称称为肽。肽肽键及其其两端的的-碳碳原子相相连所形形成的长长链骨架架，即CCNNCCNCCCCNC称为多多肽主链链，CCCNN是重重复单位位。肽键键是蛋白白质分子子中的主主要共价价键。多多肽链的的方向性性是从NN末端指指向C末末端。肽分子中中不完整整的氨基基酸称为为氨基酸酸残基。肽按其序列从N端到C端命名。一般10肽以下属寡肽，10肽以上为多肽。2生物物活性肽肽（1）谷谷胱甘肽肽（gllutaathiionee，GSSH）是由Gllu、CCys、GGly组组成的一一种三肽肽，又叫叫-谷谷氨酰半半胱氨酰甘甘氨酸（含含-肽肽键）。CCys的的-SHH是主要要功能基基团，GGSH是是一种抗抗氧化剂剂，是某某些酶的的辅酶，可可保护蛋蛋白质分分子中的的-SHH免遭氧氧化，保保护巯基基蛋白和和酶的活活性。在在GSHH过氧化化物酶的的作用下下，GSSH还原原细胞内内产生的的H2OO2，生生成H22O，22分子GGSH被被氧化成成GSSSG，后后者在GGSH还还原酶催催化下，又又生成GGSH。 （22）多肽肽类激素素和神经经肽人体内有有许多激激素属寡寡肽或多多肽，如如下丘脑脑垂体体分泌的的催产素素（9肽肽）、加加压素（99肽）、促促肾上腺腺皮质激激素（AACTHH，399肽）等等。催产产素和加加压素结结构仅第第3、第第8位两两个氨基基酸残基基不同，前前者使平平滑肌收收缩，有有催产和和使乳腺腺泌乳的作作用；后后者能使使小动脉脉收缩，增增高血压压，也有有减少排排尿的作作用。神经肽是是在神经经传导过过程中起起信号转转导作用用的肽类类。如脑脑啡肽（55肽）、-内啡啡肽（331肽）、强强啡肽（117肽）等等。随着着脑科学学的发展展，会发发现更多多的生物物活性肽肽。第二节 蛋白质质的分子子结构蛋白质是是生物大大分子，结结构比较较复杂，人人们用44个层次次来描述述，包括括蛋白质质的一级级、二级级、三级级和四级级结构。一一级结构构描述的的是蛋白白质的线线性（或或一维）结结构，即即共价连连接的氨氨基酸残残基的序序列，又又称初级级或化学学结构。二二级以上上的结构构称高级级结构或或构象（cconfformmatiion）。一、蛋白白质的一一级结构构（prrimaary strructturee）19533年，英英国科学学家F. Saangeer首先先测定了了胰岛素素（innsullin）的的一级结结构，有有51个个氨基酸酸残基，由由一条AA链和一一条B链链组成，分分子中共共有3个个二硫键键，其中中两个在在A、BB链之间间，另一一个在AA链内。蛋白质的的一级结结构测定定或称序序列分析析常用的的方法是是Edmman降降解和重重组DNNA法。EEdmaan降解解是经典典的化学学方法，比比较复杂杂。首先先要纯化化一定量量的待测测蛋白质质，分别别作分子子量测定定、氨基基酸组成成分析、NN-末端端分析、CC-末端端分析；要应用用不同的的化学试试剂或特特异的蛋蛋白内切切酶水解解将蛋白白质裂解解成大小小不同的的肽段，测测出它们们的序列列，对照照不同水水解制成成的两套套肽段，找找出重叠叠片段，最最后推断断蛋白质质的完整整序列。重重组DNNA法是是基于分分子克隆隆的分子子生物学学方法，比比较简单单而高效效，不必必先纯化化该种蛋蛋白质，而而是先要要得到编编码该种种蛋白质质的基因因（DNNA片段段），测测定DNNA中核核苷酸的的序列，再再按三个个核苷酸酸编码一一个氨基基酸的原原则推测测蛋白质质的完整整序列。这这两种方方法可以以相互印印证和补补充。目前，国国际互联联网蛋白白质数据据库已有有3千多多种一级级结构清清楚。蛋蛋白质一一级结构构是空间间结构和和特异生生物学功功能的基基础。二、蛋白白质的二二级结构构（seeconndarry sstruuctuure）蛋白质的的二级结结构是指指其分子子中主链链原子的的局部空空间排列列，是主主链构象象（不包包括侧链链R基团团）。构象是分分子中原原子的空空间排列列，但这这些原子子的排列列取决于于它们绕绕键的旋旋转，构构象不同同于构型型，一个个蛋白质质的构象象在不破破坏共价价键情况况下是可可以改变变的。但但是蛋白白质中任任一氨基酸酸残基的的实际构构象自由由度是非非常有限限的，在在生理条条件下，每每种蛋白白质似乎乎是呈现现出称为为天然构构象的单单一稳定定形状。20世纪纪30年年代末，LL.Paanliing 和R.B.CCoreey应用用X射线线衍射分分析测定定了一些些氨基酸酸和寡肽肽的晶体体结构，获获得了一一组标准准键长和和键角，提提出了肽肽单元（ppepttidee unnit）的的概念, 还提提出了两两种主链链原子的的局部空空间排列列的分子子模型（-螺旋旋）和（-折叠叠）。1肽单单位 肽键及及其两端端的-C共66个原子子处于同同一平面面上，组组成了肽肽单位（所所在的平平面称肽肽键平面面）。肽键CN键长长为0.1322nm，比比相邻的的单键（00.1447nmm）短，而而较C=N双键键（0.1288nm）长长，有部部分双键键的性质质，不能能自由旋旋转。肽肽键平面面上各原原子呈顺顺反异构构关系，肽肽键平面面上的OO、H以以及2个个-碳碳原子为为反式构构型（ttranns cconffiguurattionn）。主链中的的CC和CCNN单键可可以旋转转，其旋旋转角、决决定了两两个相邻邻的肽键键平面相相对关系系。由于于肽键平平面的相相对旋转转，使主主链可以以以非常常多的构构象出现现。事实实上，肽肽链在构构象上受受到很大大限制，因因为主链链上有11/3不不能自由由旋转的的肽键，另另外主链链上有很很多侧链链R的影影响。蛋蛋白质的的主链骨骨架由许许多肽键键平面连连接而成成。2.-螺旋(-hheliix) -螺旋旋是肽键键平面通通过-碳原子子的相对对旋转形形成的一一种紧密密螺旋盘盘绕，是是有周期期的一种种主链构构象。其其特点是是： 螺旋旋每转一一圈上升升3.66个氨基基酸残基基，螺距距约0.54nnm（每每个残基基上升00.155nm，旋旋转1000O）。 相邻邻的螺圈圈之间形形成链内内氢键，氢氢键的取取向几乎乎与中心心轴平行行。典型型-螺螺旋一对对氢键OO与N之之间共有有13个个原子（33.6113），前前后间隔隔3个残残基。螺旋的的走向绝绝大部分分是右手手螺旋，残残基侧链链伸向外外侧。RR基团的的大小、荷荷电状态态及形状状均对-螺旋旋的形成成及稳定定有影响响。3.-折叠(-ppleaatedd shheett) -折叠叠是一种种肽链相相当伸展展的周期期性结构构。 相邻邻肽键平平面间折折叠成1110OO角，呈呈锯齿状状。 两个个以上具具-折折叠的肽肽链或同同一肽链链内不同同肽段相相互平行行排列，形形成-折叠片片层，其其稳定因因素是肽肽链间的的氢键。 逆向向平行的的片层结结构比顺顺向平行行的稳定定。-螺旋旋和-折叠是是蛋白质质二级结结构的主主要形式式。毛发发中的-角蛋蛋白和蚕蚕丝中的的丝心蛋蛋白是其其典型，在在许多球球蛋白中中也存在在，但所所占比例例不一样样。胶原蛋白白中存在在的螺旋旋结构不不同于一一般的-螺旋旋，是由由3条具具有左手手螺旋的的链相互互缠绕形形成右手手超螺旋旋分子。链链间氢键键以及螺螺旋和超超螺旋的的反向盘盘绕维持持其稳定定性。4-转角（-tuurn）为了紧紧紧折叠成成球蛋白白的紧密密形状，多多肽链1180OO回折成成发夹或或-转转角。其其处由44个连续续的氨基基酸残基基构成，常常有Glly和PPro存存在，稳稳定-转角的的作用力力是第一一个氨基基酸残基基羰基氧氧（O）与与第四个个氨基酸酸残基的的氨基氢氢（H）之之间形成成的氢键键。-转角常常见于连连接反平平行-折叠片片的端头头。5无规规卷曲（rranddom coiil）多肽链的的主链呈呈现无确确定规律律的卷曲曲。典型型球蛋白白大约一一半多肽肽链是这这样的构构象。6超二二级结构构和结构构域超二级结结构和结结构域是是蛋白质质二级至至三级结结构层次次的一种种过渡态态构象。超二级结结构指蛋蛋白质中中两个或或三个具具有二级级结构的的肽段在在空间上上相互接接近，形形成一特殊的的组合体体，又称称为模体体（mootiff）。通通常有，等等，例如如钙结合合蛋白质质中的螺螺旋-环环-螺旋旋模序及及锌指结结构。结构域是是球状蛋蛋白质的的折叠单单位，是是在超二二级结构构基础上上进一步步绕曲折折叠有独独特构象象和部分分生物学学功能的的结构。对对于较小小的蛋白白质分子子或亚基基，结构构域和三三级结构构是一个个意思，即即这些蛋蛋白质是是单结构构域的；对于较较大的蛋蛋白质分分子或亚亚基，多多肽链往往往由两两个或两两个以上上的相对对独立的的结构域域缔合成成三级结结构。三、蛋白白质的三三级结构构（teertiiaryy sttruccturre）指一条多多肽链中中所有原原子的整整体排布布，包括括主链和和侧链。维维系三级级结构的的作用力力主要是是次级键键（疏水水相互作作用、静静电力、氢氢键等）。在在序列中中相隔较较远的氨氨基酸疏疏水侧链链相互靠靠近，形形成“洞洞穴”或或“口袋袋”状结结构，结结合蛋白白质的辅辅基往往往镶嵌其其内，形形成功能能活性部部位，而而亲水基基团则在在外，这这也是球球状蛋白白质易溶溶于水的的原因。119633年Keendrrew等等从鲸肌肌红蛋白白的X射射线衍射射图谱测测定它的的三级结结构（1153个个氨基酸酸残基和和一个血血红素辅辅基，相相对分子子质量为为178800）。由由AHH 8段段-螺螺旋盘绕绕折叠成成球状，氨氨基酸残残基上的的疏水侧侧链大都都在分子子内部形形成一个个袋形空空穴，血血红素居居于其中中，富有有极性及及电荷的的则在分分子表面面形成亲亲水的球球状蛋白白。四、蛋白白质的四四级结构构 (qquatternnaryy sttruccturre)有些蛋白白质的分分子量很很大，由由2条或或2条以以上具有有独立三三级结构构的多肽肽链通过过非共价价键相互互结合而而成，称称为蛋白白质的四四级结构构。构成成四级结结构的每每条多肽肽链称为为亚基 (suubunnit)，亚基基单独存存在时一一般没有有生物学学功能，构构成四级级结构的的几个亚亚基可以以相同或或不同。如如血红蛋蛋白(hhemoogloobinn,Hbb) 是是由两个个-亚亚基和两两个-亚基形形成的四四聚体（222）。五、蛋白白质分子子中的化化学键蛋白质的的一级结结构是由由共价键键形成的的，如肽肽键和二二硫键。而而维持空空间构象象稳定的的是非共共价的次次级键。如如氢键、盐盐键、疏疏水键、范范德华引引力等。第三节 蛋白质质结构与与功能的的关系一、蛋白白质一级级结构与与功能的的关系（一）一一级结构构是空间间构象的的基础 20世纪纪60年年代初，美美国科学学家C.Anffinssen进进行牛胰胰核糖核核酸酶的的变性和和复性实实验，提提出了蛋蛋白质一一级结构构决定空空间结构构的命题题。核糖核酸酸酶由1124个个氨基酸酸残基组组成，有有4对二二硫键。用用尿素和和-巯巯基乙醇醇处理该该酶溶液液，分别别破坏次次级键和和二硫键键，肽链链完全伸伸展，变变性的酶酶失去催催化活性性；当用用透析方方法去除除变性剂剂后，酶酶活性几几乎完全全恢复，理理化性质质也与天天然的酶酶一样。概率计算算表明，88个半胱胱氨酸残残基结合合成4对对二硫键键，可随随机组合合成1005种配配对方式式，而事事实上只只形成了了天然酶酶的构象象，这说说明一级级结构未未破坏，保保持了氨氨基酸的的排列顺顺序就可可能回复复到原来来的三级级结构，功功能依然然存在。（二）种种属差异异 大量实实验结果果证明，一一级结构构相似的的多肽或或蛋白质质，其空空间结构构和功能能也相似似，不同同种属的的同源蛋蛋白质有有同源序序列，反反映其共共同进化化起源，通通过比较较可以揭揭示进化化关系。 例如哺哺乳动物物的胰岛岛素，其其一级结结构仅个个别氨基基酸差异异（A链链5、66、100位，BB链300位），它它们对生生物活性性调节糖糖代谢的的生理功功能不起起决定作作用。从各种生生物的细细胞色素素C(ccytoochrromee c ) 的的一级结结构分析析，可以以了解物物种进化化间的关关系。进进化中越越接近的的生物，它它们的细细胞色素素c的一一级结构构越近似似。（三）分分子病分子病是是指机体体DNAA分子上上基因缺缺陷引起起mRNNA分子子异常和和蛋白质质生物合合成的异异常，进进而导致致机体某某些功能能和结构构随之变变异的遗遗传病。在在19004年，发发现镰刀刀状红细细胞贫血血病。大大约化费费了400多年才才清楚患患病原因因，患者者的血红红蛋白（HHbS）与与正常人人的（HHbA）相相比，仅仅-链链的第66位上，VVal取取代了正正常的GGlu。目目前全世世界已发发现有异异常血红红蛋白4400种种以上。二、蛋白白质空间间结构与与功能的的关系 蛋白质的的空间结结构是其其生物活活性的基基础，空空间结构构变化，其其功能也也随之改改变。肌肌红蛋白白（Mbb）和血血红蛋白白（Hbb）是典典型的例例子。肌红蛋白白（Mbb）和血血红蛋白白（Hbb）都能能与氧进进行可逆逆的结合合，氧结结合在血血红素辅辅基上。然然而Hbb是四聚聚体分子子，可以以转运氧氧；Mbb是单体体，可以以储存氧氧，并且且可以使使氧在肌肌肉内很很容易地地扩散。它它们的氧氧合曲线线不同，MMb为一一条双曲曲线，HHb是一一条 SS型曲线线。在低低p(OO2)下下，肌红红蛋白比比血红蛋蛋白对氧氧亲和性性高很多多，p(O2)为2.8toorr(1toorr1333.3PPa)时时，肌红红蛋白处处于半饱饱和状态态。在高高p(OO2)下下，如在在肺部（大大约1000toorr）时时，两者者几乎都都被饱和和。其差差异形成成一个有有效的将将氧从肺肺转运到到肌肉的的氧转运运系统。Hb未与与氧结合合时，其其亚基处处于一种种空间结结构紧密密的构象象（紧张张态，TT型），与与氧的亲亲和力小小。只要要有一个个亚基与与氧结合合，就能能使4个个亚基间间的盐键键断裂，变变成松弛弛的构象象（松弛弛态，RR型）。TT型和RR型的相相互转换换对调节节Hb运运氧的功功能有重重要作用用。一个个亚基与与其配体体结合后后能促进进另一亚亚基与配配体的结结合是正正协同效效应，其其理论解解释是HHb是别别构蛋白白，有别别构效应应。第四节 蛋白白质的理理化性质质蛋白质的的理化性性质和氨氨基酸相相似，有有两性解解离及等等电点、紫紫外吸收收和呈色色反应。作作为生物物大分子子，还有有胶体性性质、沉沉淀、变变性和凝凝固等特特点。要要了解和和分析蛋蛋白质结结构和功功能的关关系就要要利用其其特殊的的理化性性质，采采取盐析析、透析析、电泳泳、层析析及离心心等不损损伤蛋白白质空间间构象的的物理方方法分离离纯化蛋蛋白质。一、蛋白白质的高高分子性性质蛋白质的的相对分分子质量量在1万万1000万，其其颗粒平平均直径径约为44.3 nm（胶胶粒范围围是11000nm）。准准确可靠靠的测定定方法是是超离心心法，蛋蛋白质的的相对分分子质量量可用沉沉降系数数（S）表表示。在球状蛋蛋白质三三级结构构形成时时，亲水水基团位位于分子子表面，在在水溶液液中与水水起水合合作用，因因此，蛋蛋白质的的水溶液液具有亲亲水胶体体的性质质。颗粒粒表面的的水化膜膜和电荷荷是其稳稳定的因因素，调调节pHH至pII、加入入脱水剂剂等，蛋蛋白质即即可从溶溶液中沉沉淀出来来。透析法是是利用蛋蛋白质不不能透过过半透膜膜的性质质，去掉掉小分子子物质，达达到纯化化的目的的。大小不同同的蛋白白质分子子可以通通过凝胶胶过滤分分开。又又称分子子筛层析析。二、蛋白白质的两两性解离离蛋白质和和氨基酸酸一样是是两性电电解质，在在溶液中中的荷电电状态受受pH值值影响。当当蛋白质质溶液处处于某一一pH时时，蛋白白质解离离成正、负负离子的的趋势相相等，即即成为兼兼性离子子，净电电荷为零零，此时时溶液的的pH称称为该蛋蛋白质的的等电点点。pHHpII时，该该蛋白质质颗粒带带负电荷荷，反之之则带正正电荷。在在人体体体液中多多数蛋白白质的等等电点接接近pHH5，所所以在生生理pHH7.44环境下下，多数数蛋白质质解离成成阴离子子。少量量蛋白质质，如鱼鱼精蛋白白、组蛋蛋白的ppI偏于于碱性，称称碱性蛋蛋白质，而而胃蛋白白酶和丝丝蛋白为为酸性蛋蛋白。三、蛋白白质的变变性、沉沉淀和凝凝固蛋白质在在某些理理化因素素的作用用下，空空间结构构被破坏坏，导致致理化性性质改变变，生物物学活性性丧失，称称为蛋白白质的变变性（ddenaaturratiion）。蛋白质变变性的本本质是多多肽链从从卷曲到到伸展的的过程，不不涉及一一级结构构的改变变（如加加热破坏坏氢键，酸酸碱破坏坏盐键等等）。变变性作用用不过于于剧烈，是是一种可可逆反应应，去除除变性因因素，有有些蛋白白质原有有的构象象和功能能可恢复复或部分分恢复，称称为复性性（deenatturaatioon）。蛋白质变变性的主主要表现现是失去去生物学学活性，如酶失去催化能力、血红蛋白失去运输氧的功能、胰岛素失去调节血糖的生理功能等。变性蛋白溶解度降低，易形成沉淀析出；易被蛋白水解酶消化。蛋白质变性具有重要的实际意义。蛋白质自自溶液中中析出的的现象，称称为蛋白白质的沉沉淀。盐盐析、有有机溶剂剂、重金金属盐、生生物碱试试剂都可可沉淀蛋蛋白质。盐盐析沉淀淀蛋白质质不变性性，是分分离制备备蛋白质质的常用用方法。如如血浆中中的清蛋蛋白在饱饱和的硫硫酸铵溶溶液中可可沉淀，而而球蛋白白则在半半饱和硫硫酸铵溶溶液中发发生沉淀淀。乙醇醇、丙酮酮均为脱脱水剂，可可破坏水水化膜，降降低水的的介电常常数，使使蛋白质质的解离离程度降降低，表表面电荷荷减少，从从而使蛋蛋白质沉沉淀析出出。低温温时，用用丙酮沉沉淀蛋白白质，可可保留原原有的生生物学活活性。但但用乙醇醇，时间间较长则则会导致致变性。重重金属盐盐（Hgg2+、CCu2+、Agg+），生生物碱（如如三彔乙乙酸、苦苦味酸、鞣鞣酸）与与蛋白质质结合成成盐而沉沉淀，是是不可逆逆的。蛋白质变变性不一一定沉淀淀（如强强酸、强强碱作用用变性后后仍然能能溶解于于强酸、强强碱溶液液中，将将pH调调至等电电点，出出现絮状状物，仍仍可溶解解于强酸酸、强碱碱溶液，加加热则变变成凝块块，不再再溶解）。凝凝固是蛋蛋白质变变性发展展的不可可逆的结结果。沉沉淀的蛋蛋白质不不一定变变性（如如盐析）。四、蛋白白质的紫紫外吸收收和呈色色反应蛋白质含含芳香族族氨基酸酸，在2280nnm波长长处有特特征性吸吸收峰，用用于定量量测定。蛋白质分分子中的的多种化化学基团团具有特特定的化化学性能能，与某某些试剂剂产生颜颜色反应应，可用用于定性性、定量量分析。如如蛋白质质分子中中含有许许多和双双缩脲结构相相似的肽肽键，在在碱性溶溶液与硫硫酸铜反反应产生生红紫色色络合物物（双缩缩脲反应应）。酪酪氨酸含含酚基，与与米伦试试剂生成成白色沉沉淀，加加热后变变红色。FFoliin-酚酚试剂与与酪氨酸酸反应生生成蓝色色。色氨氨酸与乙乙醛酸反反应，慢慢慢注入入浓硫酸酸，出现现紫色环环。第五节 蛋白白质的分分类自然界蛋蛋白质分分布广泛泛，种类类繁多，有有10112110133种。目目前仍无无法按蛋蛋白质的的化学结结构进行行精确的的分类，一一般按蛋蛋白质的的分子形形状、分分子组成成、生物物功能进进行分类类。1按分分子形状状分为球球状蛋白白质和纤纤维状蛋蛋白质。2按分分子组成成分为简简单蛋白白质和结结合蛋白白质。简单蛋白白质完全全水解的的产物仅仅为-氨基酸酸。这类类蛋白质质按其溶溶解度等等理化性性质分为为7类。包包括清蛋蛋白、球球蛋白、醇醇溶蛋白白、谷蛋蛋白、精精蛋白、组组蛋白和和硬蛋白白。结合蛋白白质由简简单蛋白白质和非非蛋白质质（辅基基）组成成。根据据辅基的的不同，这这类蛋白白质可分分为5类类。如核核蛋白、糖糖蛋白、脂脂蛋白、色色蛋白和和磷蛋白白。细胞核中中的核蛋蛋白是DDNA与与组蛋白白结合而而成，细细胞质中中的核糖糖体是RRNA与与蛋白质质组成的的，已知知的病毒毒也是核核蛋白。免免疫球蛋蛋白是一一类糖蛋蛋白，由由蛋白质质与糖以以共价键键相连而而成；脂脂蛋白由由蛋白质质与脂类类通过非非共价键键相连，存存在生物物膜和动动物血浆浆中。3按蛋蛋白质功功能分为为活性蛋蛋白质和和非活性性蛋白质质。活性蛋白白质包括括有催化化功能的的酶、有有调节功功能的激激素、有有运动、防防御、接接受和传传递信息息的蛋白白质以及及毒蛋白白、膜蛋蛋白等。胶胶原、角角蛋白、弹弹性蛋白白、丝心心蛋白等等是非活活性蛋白白质。第二章 核酸的的化学教学目标标：1.掌握握DNAA和RNNA在化化学组分分、分子子结构和和生物功功能上的的特点。2.掌握握DNAA双螺旋旋结构模模型和tt-RNNA二级级结构的的要点，了了解核酸酸的三级级结构。3.熟悉悉核酸的的性质（一一般性质质、DNNA热变变性、复复性与分分子杂交交）。4.掌握握基因组组的概念念，原核核生物和和真核生生物基因因组的特特点。了了解DNNA测序序的原理理。导入：核核酸是生生物遗传传的物质质基础。它它的发现现和研究究进展如如何？18688年瑞士士青年医医生Miiesccherr从脓细细胞核中中分离出出一种含含磷量很很高的酸酸性化合合物，称称为核素素。其继继任者AAltmman发发展了从从酵母和和动物组组织中制制备不含含蛋白质质的核酸酸的方法法，于118899年提出出核酸（nnuclleicc accid）这这一名称称。早期期核酸研研究因“四四核苷酸酸假说”的的错误进进展缓慢慢。19433年Chharggafff等揭示示了DNNA的碱碱基配对对规律，119444年美国国Aveery利利用致病病肺炎球球菌中提提取的DDNA使使另一种种非致病病性的肺肺炎球菌菌的遗传传性状发发生改变变而成为为致病菌菌，发现现正是DDNA携携带遗传传信息。AAstbburyy、Frrankklinn和Wiilkiins用用X射线线衍射法法研究DDNA分分子结构构，得到到清晰衍衍射图。WWatsson 和Crrickk在此基基础上于于19553年提提出了DDNA双双螺旋结结构模型型，说明明了基因因结构、信信息和功功能三者者之间的的关系，奠奠定了分分子生物物学基础础。19958年年Criick提提出“中中心法则则”；660年代代破译遗遗传密码码，阐明明3类RRNA参参与蛋白白质生物物合成的的过程；70年年代诞生生了基因因重组和和DNAA测序生生物技术术，900年代提提出人类类基因组组计划，221世纪纪进入后后基因组组时代。核核酸的研研究成了了生命科科学中最最活跃的的领域之之一。第一节 核核酸的化化学组成成天然存在在的核酸酸有两类类，即脱脱氧核糖糖核酸（ddeoxxyriibonnuclleicc accid，DDNA）和和核糖核核酸（rriboonuccleiic aacidd，RNNA）。DDNA分分子是生生物体的的遗传信信息库，分分布在原原核细胞胞的核区区，真核核细胞的的核和细细胞器以以及病毒毒中；RRNA分分子参与与遗传信信息表达达的一些些过程，主主要存在在于细胞胞质。一、核酸酸的基本本组成单单位核酸是一一种多聚聚核苷酸酸，用不不同的降降解法得得到其组组成单位位核核苷酸。而而核苷酸酸又由碱碱基、戊戊糖和磷磷酸组成成。（一） 戊糖 DNA含含-DD-2-脱氧核核糖，RRNA含含-DD-核糖糖。这是是核酸分分类的依依据。核核糖中的的C记为为15。（二）碱碱基（bbasee） 核酸中的的碱基有有两类：嘌呤碱碱和嘧啶啶碱。有有5种基基本的碱碱基外，还还有一些些含量甚甚少的稀稀有碱基基。DNNA和RRNA中中常见的的两种嘌嘌呤碱是是腺嘌呤呤（addeniine，AA）、鸟鸟嘌呤（gguanninee，G）。而而嘧啶碱碱有所不不同：RRNA主主要含胞胞嘧啶（ccytoosinne，CC）、尿尿嘧啶（uuraccil，UU），DDNA主主要含胞胞嘧啶、胸胸腺嘧啶啶（thhymiine，TT）。tRNAA中含有有较多的的稀有碱碱基（修修饰碱基基），多多为甲基基化的。（三）核核苷是碱基和和戊糖生生成的糖糖苷。通通过C11- N99或C11- N1糖糖苷键连连接，用用单字符符表示，脱脱氧核苷苷则在单单字符前前加d。常常见的修修饰核苷苷有：次次黄苷或或肌苷为为I、黄黄嘌呤核核苷X、二二氢尿嘧嘧啶核苷苷D、假假尿苷等。注注意符号号的意义义，如mm5dCC。（四）核核苷酸是核苷的的磷酸酯酯。生物物体内游游离存在在的多是是5- 核核苷酸（如如pA、ppdG等等）。常常见的核核苷酸为为AMPP、GMMA、CCMP、UUMP。常常见的脱脱氧核苷苷酸有ddAMPP、dGGMA、ddCMPP、dTTMP。AAMP是是一些重重要辅酶酶的结构构成分（如如NADD+、NNADPP+、FFAD等等）；环环化核苷苷酸（ccAMPP/cGGMP）是是细胞功功能的调调节分子子和信号号分子。AATP在在能量代代谢中起起重要作作用。核苷酸是是两性电电解质，有有等电点点。核苷苷酸有互互变异构构和紫外外吸收。（含含氧的碱碱基有酮酮式和烯烯醇式两两种互变变异构体体，在生生理pHH条件下下主要以以酮式存存在）二、核苷苷酸的连连接方式式RNA和和DNAA链都有有方向性性，从55 3。前一一位核苷苷酸的33- OH与与下一位位核苷酸酸的5位磷酸酸基之间间形成33，55-磷磷酸二酯酯键，从从而形成成一个没没有分支支的线性性大分子子，两个个末端分分别称为为5末末端和33末端端。大分分子的主主链由相相间排列列的戊糖糖和磷酸酸构成，而而碱基可可看作主主链上的的侧链基基团，主主链上的的磷酸基基是酸