生物化學(xué)生物課件生物化學(xué)3

生物化學(xué),緒論,什么是生物化學(xué)？,就是研究生命化學(xué)的科學(xué)，它運(yùn)用化學(xué)原理和方法從分子水平探討生命現(xiàn)象的本質(zhì),研究方法：,主要采用化學(xué)的原理和方法，同時(shí)也與生理學(xué)、細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué)相聯(lián)系和交叉,研究?jī)?nèi)容,一、生物分子的結(jié)構(gòu)與功能：探討生物體的物質(zhì)組成以及分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能二、物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)：物質(zhì)代謝的規(guī)律、能量轉(zhuǎn)化及其調(diào)節(jié)控制屬靜態(tài)生化三、基因信息傳遞規(guī)律及其調(diào)控：DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯、基因表達(dá)調(diào)控等通常將生物大分子結(jié)構(gòu)、功能及其代謝調(diào)控的研究稱(chēng)為分子生物學(xué)（生物大分子的來(lái)龍去脈）屬動(dòng)態(tài)生化,第一節(jié)蛋白質(zhì)的化學(xué)組成,第二節(jié)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu),第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì),第一章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)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(jié)蛋白質(zhì)的化學(xué)組成,元素組成,一、氨基酸(aminoacid)蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子（buildingblocks）,Aminogroup,Carboxylicgroup,氨基酸結(jié)構(gòu)通式,Rgroup,氨基酸的種類(lèi),1809年發(fā)現(xiàn)Asp，1938年發(fā)Thr，目前已發(fā)現(xiàn)180（生物化學(xué)第三版王鏡巖）/300多種構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.均為L(zhǎng)-氨基酸，各種aa的R側(cè)鏈各不相同2.-碳原子上均連有一個(gè)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(lái)發(fā)現(xiàn)，谷胱甘肽過(guò)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(zhì)氨基酸；目前，第22種氨基酸吡咯賴(lài)氨酸,（一）氨基酸的分類(lèi),根據(jù)氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，分為4類(lèi)：,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(gè)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(gè)極性中性氨基酸,R-基含有極性基團(tuán)；,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(gè)酸性氨基酸,R-基有COOH/COO-,帶負(fù)電荷,4.3個(gè)堿性氨基酸,R-基有NH2/NH3+,賴(lài)氨酸(Lys)、精氨酸(Arg)、組氨酸(His),帶正電荷,1.兩性解離及等電點(diǎn),（二）氨基酸的理化性質(zhì),pHpI,pH=pI,等電點(diǎn)(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(shí)溶液的pH值就稱(chēng)為該氨基酸的等電點(diǎn),除堿性氨基酸外，其余氨基酸等電點(diǎn)均小于7,pI=1/2（pK1+pK2）,若一個(gè)aa有3個(gè)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(zhì),色氨酸和酪氨酸在280nm波長(zhǎng)附近對(duì)紫外光有最大吸收峰,據(jù)此可以通過(guò)測(cè)定蛋白質(zhì)溶液280nm的吸光值快速測(cè)定其蛋白質(zhì)含量,3.茚三酮反應(yīng),aa與水合茚三酮一起加熱，生成藍(lán)紫色的化合物，在570nm處有最大吸收。據(jù)此亦可用作aa含量分析,（一）肽與肽鍵,二、肽,一個(gè)氨基酸的-羧基與另一個(gè)氨基酸的-氨基脫去一分子水縮合形成的鍵稱(chēng)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(gè)以?xún)?nèi)氨基酸連成,多肽(polypeptide)：多個(gè)氨基酸連成的肽，其形狀為一條沒(méi)有分支的長(zhǎng)鏈，又稱(chēng)多肽鏈或肽鏈,氨基端(端),羧基端(C端),氨基酸在形成肽鏈時(shí)失去了一分子水，肽鏈中的氨基酸分子不再完整，稱(chēng)為氨基酸殘基(aminoacidresidue),氨基酸殘基,蛋白質(zhì)與多肽的區(qū)別：,Protein,空間構(gòu)象相對(duì)穩(wěn)定,氨基酸殘基數(shù)較多,Peptide,空間構(gòu)象不穩(wěn)定,氨基酸殘基數(shù)較少,（二）生物活性肽,1.谷胱甘肽(glutathione，GSH),構(gòu)成第一個(gè)肽鍵的羧基是谷氨酸的r羧基GSH是體內(nèi)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(jìn)腺垂體釋放促甲狀腺素(調(diào)節(jié)糖代謝),2.促甲狀腺素釋放激素,(1)組成,(2)功能,三、蛋白質(zhì)的分類(lèi),1.根據(jù)組成成分分為：,單純蛋白質(zhì)全部由aa組成,結(jié)合蛋白質(zhì)除蛋白部分外，還含非蛋白部分,結(jié)合蛋白質(zhì)中的非蛋白部分稱(chēng)為輔基，常以共價(jià)鍵與蛋白部分相連,輔基：包括色素、寡糖、脂類(lèi)、磷酸、金屬離子乃至核酸等,2.根據(jù)其形狀分為：,纖維蛋白質(zhì)分子狀如纖維，其長(zhǎng)軸比縱軸大于10：1,球狀蛋白質(zhì)分子狀如球形或橢圓形,難溶于水，常作為細(xì)胞支架和細(xì)胞連接，如大量存在于結(jié)締組織中,可溶于水，如:酶、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、免疫球蛋白等,第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu),一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu),二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu),三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu),四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu),高級(jí)結(jié)構(gòu)或空間結(jié)構(gòu),一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的概念：蛋白質(zhì)分子中所有氨基酸的排列順序，主要化學(xué)鍵：肽健，二硫鍵氨基酸序列書(shū)寫(xiě)：以氨基端開(kāi)始,羧基末端結(jié)束依次編1、2、3,蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序稱(chēng)為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu),胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的根本差異在于一級(jí)結(jié)構(gòu)的不同,二、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu),概念：是指蛋白質(zhì)分子中一段多肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對(duì)空間位置，并不涉及到aa側(cè)鏈R基團(tuán)的構(gòu)象,肽鍵中，與-相連的O和H呈反式構(gòu)型,（反式）,（順式）,肽鍵的特點(diǎn)：,肽鍵的特點(diǎn),C-N單鍵為0.149nm,C=N雙鍵為0.127nm,具有部分雙鍵性質(zhì),不能自由旋轉(zhuǎn),肽鍵中鍵長(zhǎng)為0.132nm,肽鍵中的和-均不能自由旋轉(zhuǎn)和肽鍵(-CONH-)中的個(gè)原子個(gè)碳原子(C)被約束在一個(gè)剛性平面（即肽鍵平面）上，構(gòu)成一個(gè)肽單元(peptideunit),蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)類(lèi)型,螺旋結(jié)構(gòu),折疊結(jié)構(gòu),-轉(zhuǎn)角,無(wú)規(guī)卷曲,（一）螺旋(helix),由肽鍵平面盤(pán)旋形成的螺旋狀構(gòu)象,2.螺旋的結(jié)構(gòu)特征,以肽鍵平面為單位,以碳原子為轉(zhuǎn)折盤(pán)旋形成右手螺旋,(2)每3.6個(gè)氨基酸殘基繞成一個(gè)螺圈(3600),螺距為0.54nm,每個(gè)氨基酸上升0.15nm,肽鍵平面與中心軸平行,(3)主鏈原子構(gòu)成螺旋的主體,側(cè)鏈在其外部,(4)肽鍵的CO和NH都形成氫鍵,是穩(wěn)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(jié)構(gòu)稱(chēng)折疊。常為兩條或兩條以上伸展的多肽鏈側(cè)向聚集在一起形成扇面狀，故又稱(chēng)折疊片或片層,1.概念,2.折疊結(jié)構(gòu)特點(diǎn),相鄰肽鍵平面的夾角為1100，呈鋸齒狀排列;側(cè)鏈基團(tuán)交錯(cuò)地分布在片層平面的兩側(cè),()由氫鍵維持穩(wěn)定。其方向與折疊的長(zhǎng)軸接近垂直,()條肽段平行排列構(gòu)成，肽段之間可順向平行(均從N-C)，也可反向平行,（三）轉(zhuǎn)角(turn),肽鏈出現(xiàn)1800回折的轉(zhuǎn)角處結(jié)構(gòu)稱(chēng)為轉(zhuǎn)角,1.概念,2.結(jié)構(gòu)特征,*第一個(gè)殘基的C=O與第四個(gè)殘基的N-H形成氫鍵,*常見(jiàn)于球狀蛋白質(zhì)分子表面,（四）無(wú)規(guī)卷曲(randomcoil),1.概念,沒(méi)有確定規(guī)律性的肽鍵構(gòu)象,常見(jiàn)于球狀蛋白質(zhì)分子中，在其它類(lèi)型二級(jí)結(jié)構(gòu)肽段之間起活節(jié)作用，有利于整條肽鏈盤(pán)曲折疊,三蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu),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(gòu)象和側(cè)鏈構(gòu)象的內(nèi)容稱(chēng)為蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)(trertiarystructure),蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的意義：,蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能,側(cè)鏈基團(tuán)之間形的氫鍵、離子鍵、疏水作用、分子引力、二硫鍵,維持三級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的鍵,維系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用力,1.肽鍵,共價(jià)鍵,2.二硫鍵,共價(jià)鍵,3.次級(jí)