生物化學54537

1、生物化學 序言（1學時）主要內容：了解生物化學這門課的特點，生物化學的研究對象，發(fā)展狀況及發(fā)展方向，認識生物化學在現代生物學中的重要作用。1.生物化學的特點<1>.內容分布：生物化學這門課，從教材上看，通常都分為上下兩集，我們所用的這本教材是生物化學簡明教程，不分上下集，但從內容上看上部分主要談的是生物分子的結構、性質、功能，很少涉及它們的變化，這些生物分子包括蛋白質、核酸、糖、脂、酶、維生素和輔酶等，叫做靜態(tài)生化，以DNA結構為例。而從第七章開始則講的是這些生物分子的來龍去脈，即合成與分解，叫動態(tài)生化，以DNA的復制為例。<2>.特點：概念性描述性的內容居多，很少有推

2、導性或計算性的內容，因此，它不同于理科而更近似于文科，記憶的東西多，巧妙記憶成為學好生化的一個重要方法。<3> 生物化學是一門發(fā)展的學科，并且發(fā)展速度越來越快。二.生化課的重要性1.國際形勢<1>.美國的著名大學（哈佛、麻省、斯坦佛、普林斯頓等）文理皆必修生化。<2>.人體基因工程計劃：上個世紀的三個計劃：曼哈頓、阿波羅、人體基因工程：人類23對染色體（23對DNA分子）測序，幾十萬個基因，大腸桿菌8000個基因，基因改造（治?。?，WATSON和CRICK開玩笑，女兒賽過愛因斯坦和瑪麗蓮夢露，兒子聰明高飛低潛力大無窮的超人。<3>.諾貝爾獎金（9

3、0多萬美元，最高榮譽）的分布：化學，醫(yī)學生理學領域不說獨占鰲頭也是多搶多占，如蛋白質的螺旋和折迭（化學）、G蛋白、第二信使學說的三代科學家三次獲獎，光合作用機制，更不要說核酸領域了（復制、轉錄、逆轉錄、RNA復制等中心法則中的內容）2.國內形勢有悲有喜，悲者，生物學越來越不受中學重視（高考的變遷30-50-70-0），在1994年廣州中山大學召開的生物科學前沿研討會上，北大教授、中科院院士瞿中和（電鏡DNA照片）說得非常尖銳：取消生物考試，瞧不起人類本身，搞不好農業(yè)、計劃生育、環(huán)保，是將我國教育事業(yè)引向歧途。在我國，生物化學還是一門非常專業(yè)的學科未能得到普及，雖然，生化專業(yè)一直都是個重點大學的

4、熱門，但那是為了好出國（我的同學），另外，我國的生化工業(yè)遠遠落后于日本和歐美列強，給畢業(yè)生就業(yè)帶來了困難。喜者是許多有識之士已經看到了生化的光輝前景，紛紛搶灘這塊寶地，生化工業(yè)也在艱難的條件下起步并有蓬勃發(fā)展之勢，以我們身邊的人物為例，歐陽老師和我們的專業(yè)發(fā)展。三.生物化學的任務及其發(fā)展1.生物化學的定義和歷史生物化學是利用化學的理論和方法研究生物的一門科學。它不僅研究生物的物質組成、結構、性質、作用和變化（物質代謝），還要研究能量的變化（能量代謝），乃至信息變化。2.生物化學的任務：生物化學是研究生命的化學問題，研究組成生物體物質的結構及其功能、生命物質的合成與分解代謝及其中的能量代謝、信號

5、物質的信號傳導、生命遺傳物質的遺傳及變異和表達調控、以及疾病發(fā)生和治療相關的生物化學問題等。學科研究領域廣泛，研究的最大特點是學科的前沿性及極強的交叉性，并能為相關學科的研究提供必需的生物化學技術，是現代醫(yī)藥生物技術及農業(yè)生物技術等不可或缺的支撐學科?？偨Y7條<1>.生物大分子及其復合物的結構與功能<2>蛋白質是怎樣工作的<3>.遺傳信息是怎樣表達和傳遞的<4>.生物大分子如何被合成<5>.細胞內成千上萬個生化反應如何協調<6>.細胞生長與分化的機制<7>.生命的起源3.生物化學的現狀及其發(fā)展<1>

6、.現狀<2>.發(fā)展方向四.參考書1.生物化學沈同，全面，繁多，不易懂，有錯處。4.生物化學系列叢書上海生化所，專題，擴展知識面。5.Nature英國，月刊，國際最高學術刊物，每期都有生化內容。6.Science美國，月刊，國際最高學術刊物，每期都有生化內容。7.Cell美國，月刊，國際著名學術刊物，每期都有生化內容。8.Biochemistry美國，月刊，國際著名學術刊物. 蛋白質的化學（8學時）第一章：蛋白質化學（8學時）了解蛋白質和氨基酸的分類，掌握蛋白質和氨基酸的結構、主要理化性質，掌握蛋白質和氨基酸的組成成分。重點：（1）蛋白質和氨基酸的結構、主要理化性質。（2）蛋白質和氨

7、基酸的組成成分和分類。難點：（1）蛋白質的一級、二級、三級、四級結構利用模型和掛圖進行講授。（2）蛋白質結構與功能的關系講課內容一.蛋白質是生命的表征，哪里有生命活動哪里就有蛋白質 1.酶：作為酶的化學本質，溫和、快速、專一，任何生命活動之必須，酶的另一化學本質是RNA，不過它比蛋白質差遠了，種類、速度、數量。 2.免疫系統：防御系統，抗原（進入“體內”的生物大分子和有機體），發(fā)炎。 細胞免疫：T細胞本身，分化，膿細胞。 體液免疫：B細胞，釋放抗體，導彈，免疫球蛋白（Ig）。 3.肌肉：肌肉的伸張和收縮靠的是肌動蛋白和肌球蛋白互動的結果，體育生化。 4.運輸和儲存氧氣：Hb和Mb。 5.激素：

8、含氮類激素，固醇類激素。 6.基因表達調節(jié)：操縱子學說，阻遏蛋白。 7.生長因子：EGF（表皮生長因子），NGF（神經生長因子），促使細胞分裂。 8.信息接收：激素的受體，糖蛋白，G蛋白。 9.結構成分：膠原蛋白（肌腱、筋），角蛋白（頭發(fā)、指甲），膜蛋白等。生物體就是蛋白質堆積而成，人的長相也是由蛋白質決定的。 10.精神、意識方面：記憶、痛苦、感情靠的是蛋白質的構象變化，蛋白質的構象分類是目前熱門課題。 11.蛋白質是遺傳物質？只有不確切的少量證據。如庫魯病毒，怕蛋白酶而不怕核酸酶。 二.構成蛋白質的元素 1.     共有的元素有C、H、O、N， 其

9、次S、稀有P等 2.     其中N元素的含量很穩(wěn)定，16，因此，測N量就能算出蛋白質的量(克氏定氮法)。 三.結構層次 1.     一級結構：AA順序 2.     二級結構：主干的空間走向 3.     三級結構：肽鏈在空間的折疊和卷曲形成的形狀，所有原子在空間的排布。 4.     四級結構：多條肽鏈之間的作用。   §1.氨基酸 蛋白質的結構單位、水解產物 一.氨基酸

10、的結構通式： -碳原子，-羧基，-氨基氨基酸的構型：自然選擇L型， D型氨基酸沒有營養(yǎng)價值，僅存在于纈氨霉素、短桿菌肽等極少數寡肽之中，沒有在蛋白質中發(fā)現。二.氨基酸的表示法生物體中有20種基本氨基酸（合成蛋白質的原料），還有其它非基本氨基酸，20種基本氨基酸的表示方法有下列幾種：1.       中文名：X（X）氨酸，如甘氨酸、半胱氨酸。20種要會背。2.       英文名：3字名，如Gly、Cys等，20種要會背。3.    &#

11、160;  按順序演示，記憶技巧。AlaArgAspAsnCysGluGlnGlyHisIle丙精天天冬酰氨半谷谷氨酰氨甘組異亮LeuLysMetPheProSerThrTrpTyrVal亮賴甲硫苯丙脯絲蘇色酪纈  三.氨基酸的具體結構：20種全部記住，僅注意R。講解順序：甘Gly（最特殊，唯一無旋光性）、丙Ala（顧名思義）、苯丙Phe（顧名思義）。酪Tyr（有-苯酚基）、半胱Cys（-巰基）、絲Ser（-羥基）、蘇Thr（-羥基）、天冬Asp（酸性氨基酸，-羧基）、天冬酰氨Asn（-酰氨）、色Trp（-吲哚基）、組His（-咪唑基）。谷Glu（酸性氨基酸，-羧基）、谷氨

12、酰氨Gln（-酰氨）、甲硫Met（-甲硫基）。金Arg（-胍基）。賴Lys（堿性氨基酸，-氨基）。纈Val、亮Leu、異亮Ile：都是烷烴鏈。脯Pro（亞氨基）。  四.氨基酸的分類1.結構上<1>脂肪族氨基酸：酸性氨基酸（2羧基1氨基：Glu、Asp），堿性氨基酸（2氨基1羧基：Arg、Lys），中性氨基酸（氨基羧基各一：很多）<2>芳香族氨基酸：含苯環(huán)：Phe、Tyr<3>雜環(huán)氨基酸： His（也是堿性氨基酸）、Pro、Trp2.R基的極性<1>極性氨基酸：親水氨基酸：溶解性較好，酸性氨基酸、堿性氨基酸、含巰基、羥基、酰胺基的氨基酸

13、，Glu、Asp、Arg、Lys、His、Cys、Ser、Thr、Tyr、Gln、Asn<2>非極性氨基酸：疏水氨基酸：溶解性較差，具有烷烴鏈、甲硫基、吲哚基等的氨基酸，Gly、Ala、Leu、Ile、Val、Pro、Met、Trp六.氨基酸的性質 1.     物理性質 <1>紫外吸收：有共軛雙鍵的物質都具有紫外吸收，在20種基本aa中，有4種是具有共軛雙鍵的，Trp、Tyr、Phe、His，其中His只有2個雙鍵共軛，紫外吸收比較弱，Trp、Tyr、Phe均有3個雙鍵共軛，紫外吸收較強，其中Trp的紫外吸收最厲害，是蛋白質紫外

14、吸收特性的最大貢獻者，此3種氨基酸的紫外吸收特點如下： Aa（氨基酸） m（最大吸收波長：nM） E（消光系數：A/Mol/L） Phe 257 2*102 Tyr 275 1.4*103 Trp 280 5.6*103 <2>旋光性：僅Gly不具旋光性，其它19種都有，且自然選擇為L-型。 <3>溶解性：溶解于水，特別是稀酸稀堿溶液，不溶于乙醚、氯仿等有機溶劑。 <4>熔點：均大于200，也就是說氨基酸都是固態(tài)，而同等分子量的其它有機物則是液態(tài)，這說明了氨基酸與氨基酸之間的結合力很強，是離子鍵，即氨基酸是以離子狀態(tài)存在的，而不是以中性分子存在的。 

15、0; 2.化學性質 <1>解離和等電點： 氨基酸是個兩性電解質，既可進行酸解離也可進行堿解離，這樣，氨基酸在水溶液中就可能帶電，+或-，以及呈電中性，到底是什么情況，完全由溶液的PH值來決定。等電點：如果調節(jié)溶液的PH值使得其中的氨基酸呈電中性，我們把這個PH值稱為氨基酸的等電點：PI。PI是氨基酸的重要常數之一，它的意義在于，物質在PI處的溶解度最小，是分離純化物質的重要手段。思考題：當溶液的PH值>PI時，aa帶電為+/-？當溶液的PH值<PI時，aa帶電為+/-？aa溶于蒸餾水中后，溶液的PH值變?yōu)?，此aa的PI>=<6?aa溶于蒸餾水中后，溶液的P

16、H值變?yōu)?，此aa的PI>=<8?<2>等電點的計算：對于所有的R基團不解離的氨基酸而言（即解離只發(fā)生在-羧基和-氨基上），計算起來非常簡單：PI（PK1+PK2）/2若是碰到R基團也解離的，氨基酸就有了多級解離，這個公式就不好用了，比如Lys、Glu、Cys等。AaCysAspGluLysHisArgPK-羧基1.712.692.192.181.822.19PK-氨基8.339.829.678.959.179.04PK-R-基團10.78（-SH）3.86（-COOH）4.25（- COOH）10.53（-NH2）6（咪唑基）12.48（胍基）  在這種情況

17、下可以按下面的步驟來計算：<1>由PK值判斷解離順序，總是PK1< PK2< PK3< ，即誰的PK值小，誰就先解離。 <2>按照解離順序正確寫出解離方程式：簡式，注意解離基團的正確寫法。<3>找出呈電中性的物質，其左右PK值的平均值就是氨基酸的等電點：PI（PK左+PK右）/2以Lys為例：在黑板上用簡式演示<3>等電點的測定：等電聚焦法：這是一種特殊的電泳，其載體上鋪有連續(xù)的PH梯度的緩沖液，然后將氨基酸點樣，只要該處的PH與氨基酸的PI不同，則氨基酸就會帶電，PH值>PI時，aa帶-電；PH值<PI時，aa帶+

18、電。通電后，氨基酸就會移動，直到某處的PHPI，氨基酸才呈電中性，不再移動，因此，可以測出PI。<4>氨基酸的重要化學反應反應基團試劑主要產物應用P-NH2茚三酮藍紫色化合物對氨基酸顯色63NH2茚三酮黃色物Pro的鑒定  -NH2DNFB二硝基氟苯Sanger試劑DNP-aa二硝基苯黃色物蛋白質N端測定一級結構分析標準圖譜6181-NH2PITC苯異硫氰酸酯Edman試劑PTC-aa在無水的酸中環(huán)化成PTH-aa蛋白質N端測定一級結構分析aa順序自動分析儀標準圖譜82-NH2甲醛羥甲基-aa和二羥甲基-aa甲醛滴定aa含量（封閉氨基）60  §2.肽

19、 一.肽與肽鍵 氨基酸的羧基與另一氨基酸氨基脫水縮合形成的化合物就是肽，其實就是一種酰胺化合物，其酰胺鍵就是肽鍵，它的特點是剛性平面、反式構型。見補頁。肽中的氨基酸叫氨基酸殘基，幾個氨基酸殘基就叫幾肽。二.肽的種類寡肽：2-10，無構象，谷胱甘肽是3肽多肽：10-50，介于之間，胰高血糖素是29肽蛋白質：50以上，有特定的構象，胰島素是51肽三.肽的表示法1.       N端、C端的概念：肽鏈的兩個端點，N端的氨基酸殘基的-氨基未參與肽鍵的形成，C端的氨基酸殘基的-羧基未參與肽鍵的形成。2.   

20、60;   寫法和讀法：規(guī)定書寫方法為N端C端，例如：Ala-Gly-Phe，讀作：丙氨酰甘氨酰苯丙氨酸。注意有時會看到一些奇怪的寫法，比如：NH2-Ala-Gly-Phe-COOH，或H-Ala-Gly-Phe-OH，均屬于畫蛇添足，但Ala-Gly-Phe- NH2則表示C端被酰胺化了。若有必要從C端N端寫，則必須標明，如（C）Phe- Gly Ala（N）四肽的實例1.谷胱甘肽：注意Glu與Cys的連接（-，而不是正常的-），還原型GSH和氧化型GSSG，多種酶的激活劑，參與體內多項代謝，主要作用是還原劑，消除體內的自由基（過氧化物，抽煙，黑坳）。2.催產素和加壓素：

21、9肽或環(huán)8肽，都是腦垂體后葉激素,都有升血壓、抗利尿、刺激子宮收縮、排乳的作用，催產素促進遺忘，加壓素增強記憶。3.短桿菌肽和纈氨霉素4.促甲狀腺素釋放因子：TRF，是個三肽，TRF促甲狀腺素甲狀腺素 5.胰高血糖素：29肽，存在，升高血糖，作用同腎上腺素。  §3.蛋白質 一.種類和性質 1.種類<1>組成上分：簡單蛋白：僅由aa構成結合蛋白：簡單蛋白與其它生物分子的結合物，糖蛋白（共價）、脂蛋白（非共價）<2>形態(tài)上分：球蛋白：長/寬34，血紅蛋白纖維蛋白：長/寬>10，血纖蛋白、絲蛋白<3>功能上分：酶、抗體、運輸蛋白、激素等

22、<4>理化性質上分：HDL、VHDL、LDL、VLDL<5>構象上分：國際上有蛋白質構象庫。2.性質<1>紫外吸收：280nm，貢獻者是Trp、Tyr、Phe，最主要的是Trp，核酸的紫外吸收峰在260nm。<2>兩性解離：有PI，不能計算，只能測定（等電聚焦）。等電點沉淀法：PI處蛋白質的溶解度最低。<3>膠體性質：大分子，多于51個aa殘基，最小平均分子量為5000D；在水中能兩性解離故而帶電，又親水，所以是膠體，分散好。有電泳、布朗運動、丁達爾現象、不能通過半透膜等等典型的膠體性質。<4>沉淀反應：凡是能破壞水化膜以

23、及能中和電荷的物質均可使蛋白質沉淀等電點沉淀：PH值，中和電荷鹽析：高濃度的鹽溶液使蛋白質沉淀，離子中和電荷，如(NH4)2SO4鹽溶：低濃度的鹽溶液使蛋白質溶解，蛋清的溶解。有機溶劑沉淀：降低溶液的介電常數。<5>蛋白質變性：蛋白質在某些外界因素的影響下，理化性質改變、生物活性喪失的現象。這些因素包括熱、酸、堿、有機劑等。蛋白質變性理論：吳憲，1931年提出。蛋白質的功能直接由蛋白質的構象來決定，某些外界因素改變了蛋白質的獨特構象，因而使生物活性喪失。但不改變蛋白質的一級結構（即共價結構）。蛋白質的變性與水解是不同的。當環(huán)境條件恢復時，蛋白質的生物活性有可能也恢復，這就是蛋白質的

24、復性。這一理論在實踐中有很重要的指導意義，能夠解釋酶為什么有最適的PH和最適的溫度。<6>蛋白質的顏色反應：可以用來定量定性測定蛋白質雙縮脲反應：紅色，m540nm黃色反應：與HNO3的反應，生成硝基苯，呈黃色。皮膚遇到HNO3的情況，白黃橙黃。米倫氏反應：與HgNO3 或HgNO2的反應，呈黃色，原理同上。與乙醛酸的反應：紅色，Trp的吲哚基的特定反應。坂口反應：紅色，Arg的胍基的反應。福林反應：藍色，是Tyr的酚基與磷鉬酸和磷鎢酸的反應。印三酮反應：紫紅色Pauly反應：櫻紅色，His的咪唑基。二.蛋白質的一級結構及其測定1.蛋白質的結構層次：1、2、超2、結構域、3、42.

25、一級結構：即蛋白質的共價結構或平面結構，核心內容就是aa的排列順序，它的改變涉及到蛋白質共價鍵的破壞和重建。一級結構的全部內容包括：肽鏈的個數、aa的順序、二硫鍵的位置、非aa成分。3.蛋白質一級結構的測定間接法：通過測定蛋白質之基因的核苷酸順序，用遺傳密碼來推斷aa的順序。這是因為核苷酸的測序比蛋白質的測序工作要更方便、更準確。直接法：用酶和特異性試劑直接作用于蛋白質而測定出aa順序。<1>第一步：前期準備分離純化蛋白質：純度要達到97以上才能分析準確。蛋白質分子量的測定：滲透壓法、凝膠電泳法（聚丙烯酰胺、SDS）、凝膠過濾法、超離心法等aa組成的測定：氨基酸自動分析儀肽鏈拆分：

26、非共價鍵的如氫鍵、離子鍵、疏水鍵、范德華力4種，可用尿素或鹽酸胍等有機溶液來拆分。共價鍵的僅二硫鍵1種，可用巰基乙醇、碘代乙酸、過甲酸來拆分。<2>第二步：肽鏈的端點測定N端測定：Sanger法，DNFBDNP-肽水解乙醚萃取層析鑒定 Edman法，PITCPTC-肽PTH-aa層析鑒定 C端測定：肼解法，P83，唯有C端aa與眾不同，酰肼化合物與游離aa，再通過Sanger法來鑒定。Asn、Gln、Cys、Arg將被肼破壞，不能分析。 羧肽酶法：配合動力學控制。羧肽酶A：Arg、Lys、Pro除外的氨基酸殘基羧肽酶B：僅Arg、Lys羧肽酶C：所有的氨基酸殘基<3>每

27、條肽鏈aa順序的測定：aa順序自動分析儀只能準確測定50aa以下的肽鏈，而一般的蛋白質都含有100以上的aa殘基，所以，事先要將蛋白質打斷成多肽甚至寡肽，再上機分析，而且要2套以上，便于以后拼接。常用的工具酶和特異性試劑有：胰蛋白酶：僅作用于Arg、Lys的羧基與別的氨基酸的氨基之間形成的肽鍵。糜蛋白酶：僅作用于含苯環(huán)的氨基酸的羧基與別的氨基酸的氨基之間形成的肽鍵。 Trp、Tyr、PheCNBr：僅作用于Met的羧基與別的氨基酸的氨基之間形成的肽鍵。拼接：將2套多肽的aa順序對照拼接，舉例：15698735125698452315 698735 125 69845 23 1569 87351

28、2569 84523<4>第四步：二硫鍵位置的確定：包括鏈內和鏈間二硫鍵的位置，用對角線電泳來測。在肽鏈未拆分的情況下用胃蛋白酶水解之，可以得到被二硫鍵連著的多肽產物。先進行第一向電泳，將產物分開。再用過甲酸、碘代乙酸、巰基乙醇處理，將二硫鍵打斷。最后進行第二向電泳，條件與第一向電泳完全相同。選取偏離對角線的樣品（多肽或寡肽），它們就是含二硫鍵的片段，上機測aa順序，根據已測出的蛋白質的aa順序，把這些片段進行定位，就能找到二硫鍵的位置。如下圖：4.蛋白質一級結構測定的意義<1>分子進化：將不同生物的同源蛋白質的一級結構進行比較，以人的為最高級，從而確定其它物種的進化程

29、度，也可以制成進化樹，由于這是由數據決定的，因此比形態(tài)上確定的進化更加科學和精確。<2>證明了一個理論，即蛋白質的一級結構決定高級結構，最終決定蛋白質的功能。<3>疾病的分子生物學：鐮刀型貧血癥的內因是血紅蛋白的6Val，正常的血紅蛋白的6Glu 三.蛋白質的二級結構 1.二級結構概論 <1>二級結構的定義：肽鏈主干在空間的走向。主干指的是肽平面與-C構成的鏈子。<2>二級結構的內容：空間走向以及維持這種走向的力量：氫鍵和R基團的影響（離子鍵、疏水鍵、空間障礙等）<3>二級結構的數學描述：角：肽平面繞N-C單鍵旋轉的角度 角：肽平面繞

30、C-C羧基單鍵旋轉的角度。至于+-方向的規(guī)定，0度角的規(guī)定太復雜，不作要求。這樣，一個肽平面的空間位置可以被2個二面角來確定，如果每個肽鏈的兩個二面角（,）都相同，則構成了規(guī)則的空間走向，所以可以用（,）來描述肽鏈的二級結構。2.二級結構的常見類型Pauling的貢獻，X光衍射法是研究蛋白質構象的最好技術，羊毛蛋白和蠶絲蛋白，單調一致，諾貝爾化學獎。<1>-右手螺旋 -螺旋即像彈簧一樣的螺旋，有右手與左手之分，自然選擇蛋白質的-螺旋為右手螺旋。示范。 -右手螺旋的數據：每一圈含有3.6個aa殘基（或肽平面），見P96的b，每一圈高5.4Å，即每一個aa殘基上升1.5

31、97;，旋轉了100度，2個二面角（,）（-570，-480）。 維持-右手螺旋的力量是鏈內氫鍵，它產生于一個肽平面的C=O與相鄰一圈的在空間上鄰近的另一個肽平面的N-H之間，見P96b，它的方向平行于螺旋軸，因此，-右手螺旋的外觀是個筒狀的簾子，見P96c。每個氫鍵串起的長度為3.6個肽平面或3.6個aa殘基，被氫鍵串起來的這個環(huán)上含有13個原子，故-右手螺旋也被稱為3.613螺旋。 R基團對-右手螺旋的影響：破壞者Pro，該處折斷，因為亞氨基不能形成氫鍵；不穩(wěn)定者酸性、堿性、太大、太?。篏lu、Asp、Arg、Lys、Gly、Ile。其它都是起穩(wěn)定作用的。 分布：毛發(fā)中的-角蛋白，例如頭發(fā)

32、中的-角蛋白。見沈同P155。<2>-折疊：肽鏈在空間的走向為鋸齒折疊狀，見P97。跟纖維素的相似。二面角（,）（-119，+113）。 維持-折疊的力量：鏈間的氫鍵，它產生于一個肽平面的C=O與相鄰肽鏈的在空間上鄰近的另一個肽平面的N-H之間，兩條肽鏈上的肽平面互相平行，形成片層結構。 -折疊有平行式和反平行式兩種.平行式：兩條鏈的走向相同，N-C N-C反平行式：兩條鏈的走向相反，N-C C-N反平行式的-折疊比平行式的更穩(wěn)定一條肽鏈回折后就可形成兩條走向相反肽段，就可以形成反平行式的-折疊，-折疊不限于兩條肽鏈之間，多條肽鏈可以形成很寬的-折疊片層，片層與片層之間以范德華力相

33、互作用，形成厚厚的墊子。-右手螺旋與-折疊相比更具彈性，不易拉斷，-折疊易拉斷，-右手螺旋經加熱后可變成-折疊，長度增加，毛衣越洗越長也是這種變化。<3>左手螺旋：存在于膠原蛋白中，aa殘基組成為（-Gly-Pro-Y-），Y為 HyPro或HyLys靠鏈間氫鍵和范德華力來維持。<4>U型回折：也叫-轉角，肽鏈在某處回折1800所形成的結構。這個結構包括的長度為4個aa殘基，其中的第三個為Gly，穩(wěn)定該結構的力量是第一和第四個aa殘基之間形成的氫鍵。在黑板上演示。<5>310螺旋：是-右手螺旋的過渡形式，又廋又長，每個氫鍵串起的長度為3個肽平面或3.6個aa

34、殘基，被氫鍵串起來的這個環(huán)上含有10原子。 <6>無規(guī)卷曲：無固定的走向，但也不是任意變動的，它的2個二面角（,）有個變化范圍。從結構的穩(wěn)定性上看-右手螺旋>-折疊> U型回折>無規(guī)卷曲，而從功能上看正好相反，酶與蛋白質的活性中心通常由無規(guī)卷曲充當，-右手螺旋和-折疊一般只起支持作用。3.超二級結構：空間相鄰的幾個2級結構形成的更復雜的結構，其類型有<1>左手超螺旋：3根-右手螺旋擰到一起形成一個左手超螺旋，如頭發(fā)中的角蛋白。 <2>右手超螺旋：3根左手螺旋擰到一起形成一個右手超螺旋，如膠原蛋白。<3>：相鄰的2根-右手螺旋擰到

35、一起形成一個左手超螺旋。 <4>×：一個連接鏈連著2個折疊，平行式，這個連接鏈可以很長。 <5>：3段折疊和2段螺旋相間形成。 <6>：以2段U-型回折連接著的3段折疊，反平行式。 4.結構域：長肽鏈（多于150個aa），在二級結構的基礎上通過多次折疊，在空間上形成一些半獨立的球狀結構，叫結構域，它是三級結構的一部分，結構域之間靠無規(guī)卷曲連接。也就是說將三級結構拆開后首先看到的結構。草圖顯示。四.蛋白質的三級結構和四級結構1.三級結構：即蛋白質的三維結構、構象，指其中所有原子的空間排布，是結構域再經過卷曲和折疊后形成的。如果蛋白質是單條肽鏈，則三級

36、結構就是它的最高級結構，三級結構由二硫鍵和次級鍵（氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力）維持。2.四級結構：多條肽鏈通過非共價鍵（氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力）形成的聚合體的結構就是四級結構，注意，由二硫鍵連接的幾條肽鏈不具有四級結構。每條肽鏈都有自己的三級結構，稱為亞基或亞單位，一般情況下，具有四級結構的蛋白質含有的肽鏈不會太多，故稱這類蛋白質為寡聚蛋白，如寡聚酶等。五.蛋白質的結構與功能1.蛋白質的結構與功能的關系<1>每一種蛋白質都具有特定的結構，也具有特定的功能。<2>蛋白質的結構決定了蛋白質的功能。<3>蛋白質的功能直接由其高級結構（構象）決定。例子，

37、蛋白質的變性現象。<4>蛋白質的一級結構決定高級結構（構象），因此，最終決定了蛋白質的功能。例子，人工合成胰島素，A、B鏈分別合成，等比例混合后就有活性。而生物合成胰島素則是先合成一條長肽鏈，形成正確的二硫鍵，而后再剪去中間的C肽才形成胰島素的。2.蛋白質結構與功能實例<1>免疫球蛋白G：即抗體G，IgG（Immuno globe），由免疫細胞B分泌出的蛋白質，可以特異的結合抗原并消滅之，這就是免疫反應。IgG的一級結構：四條肽鏈，2重2輕（L2H2），對稱排列，LHHL，有12條鏈內二硫鍵，4條鏈間二硫鍵，見草圖。對其aa的分析發(fā)現，IgG分為V區(qū)（可變區(qū)）和C區(qū)（恒

38、定區(qū)）。二級結構：幾乎全是折疊，由無規(guī)卷曲連接。 結構域：有12個球體，每個均被二硫鍵鎖住。 三級結構：T型和Y型，屬于球蛋白。 沒有四級結構。 IgG的功能：V區(qū)負責結合抗原，像鉗子一樣夾住抗原，體現了IgG的特異性，2價。C區(qū)負責結合補體（一種酶，可以水解抗原），也是2價，結合部位在寡糖鏈處的鉸鏈區(qū)。IgG的動態(tài)作用過程用人體演示。<2>肌紅蛋白：Mb（Myoglobin），哺乳動物的肌肉中儲存氧氣的蛋白質，水生的哺乳動物體內尤為發(fā)達（如鯨魚），因此，它們可以憋氣很長時間，研究用Mb一般由鯨魚提供。一級結構：單條肽鏈，153個aa，其中的83個aa為保守序列（即同源蛋白質均相同

39、，是決定功能的最重要序列），含有一分子血紅素輔基，見P104，其中保持Fe2+，血紅素通過Fe2+以配位鍵吊在肽鏈的His的咪唑基上，示意。O2將結合在Fe2+上。二級結構：幾乎全是-右手螺旋，中間由無規(guī)卷曲和結來連接。 三級結構：扁平的菱形，屬于球蛋白。 功能：儲存氧氣。其三級結構在分子表面形成一個疏水的空穴，血紅素即藏在其中，該空穴允許O2進入而拒絕水的進入，保證了Fe2+結合O2而避免了Fe2+Fe3+。Mb結合氧氣的特征可以由氧合曲線來描述，為雙曲線形。其中的氧飽和度（飽和百分數）為Mb O2/（Mb O2+ Mb），P O2為氧的分壓。從圖中可以看出，Mb傾向于結合氧氣而不愿意放出氧

40、氣，所以它的功能是儲存氧氣，只有在P O2極低的時候（體內缺氧的時候）它才釋放出氧氣。另外，C O可以與O2競爭性的結合Mb。<3>血紅蛋白：Hb（Hemoglobin），在人體中有三種，HbA，HbA 2，HbF（僅存于胎兒中），三者的結構和功能大同小異，此處以HbA為例。一級結構：4條鏈，22。141，146，每條肽鏈都結合著一分子的血紅素，兩條鏈之間還夾著一分子DPG（二磷酸甘油酸），每條肽鏈都有保守序列。 二級結構：4條鏈均同Mb, 幾乎全是-右手螺旋，中間由無規(guī)卷曲和結來連接。 三級結構：4條鏈均同同Mb, 扁平的菱形，屬于球蛋白。 四級結構：4個亞基占據著4面體的4個角

41、，鏈間以離子鍵結合，一條鏈與一條鏈形成二聚體，Hb可以看成是由2個二聚體組成的（）2，在二聚體內結合緊密，在二聚體之間結合疏松。 功能：運輸氧氣，4價。其三級結構在每個肽鏈的分子表面形成一個疏水的空穴，血紅素即藏在其中，該空穴允許O2進入而拒絕水的進入，保證了Fe2+結合O2而避免了Fe2+Fe3+。其氧合曲線見P104，為S形曲線，只有在PO2很高的情況下（在肺部）Hb才結合氧氣，而PO2一降低（在外周血管中），它就釋放O2，而此時的Mb卻紋絲不動。就結合O2的能力而言，4價的Hb還不如1價的Mb。Hb的氧合曲線形狀與Mb不同是因為它有著Mb所不具有的一些特性，如：協同效應：Hb分子中一條鏈

42、結合O2后，可以導致其構象的變化，使其它幾條鏈結合O2的結合能力突然增強，表現出其氧合曲線為S形曲線。對Hb協同效應的解釋為：在沒有結合氧氣時，Hb的四條鏈之間結合緊密，這種構象稱為T態(tài)，這種緊密是由離子鍵和DPG（位于2條鏈之間）造成的，屏蔽了分子表面疏水的空穴，使Hb分子結合O2的能力降低（游離的鏈和鏈結合氧氣的能力與Mb相同）。當一條鏈結合了氧氣之后，鐵卟啉把His的咪唑基向下一扯，導致該肽鏈的三級結構發(fā)生變化（牽一發(fā)而動全局），肽鏈之間的離子鍵被破壞，Hb的四級結構也隨之改變，2個二聚體（）之間發(fā)生錯位，擠出DPG，四級結構進一步變化，每條鏈表面疏水的空穴暴露在外，這種構象稱為R態(tài)，結

43、合氧氣的能力得以增強。 別構效應：是某些寡聚蛋白質特有的現象。是指蛋白質與效應物結合改變蛋白質的構象，進而改變蛋白質的生物活性。 Hb的活性中心：Hb每個亞基上血紅素存在的那個疏水空穴是結合氧氣的地方，稱之為活性中心，也叫活性部位。 別構中心：在Hb分子的其它地方還有結合效應物的部位，如結合H+、CO2、DPG甚至O2，這些部位結合了效應物之后，可以改變蛋白質的構象，進而影響到活性中心與氧氣的結合，這些部位就叫別構中心?；钚灾行呐c別構中心可以重合也可以不重合，在Hb中是不重合的。因此，別構效應可以說成是別構中心結合了效應物之后影響了活性中心與氧氣的結合。協同效應實際上就是一種別構效應。Mb只有

44、活性中心沒有別構中心，它的氧合曲線就是雙曲線形的。Hb的另一個別構效應是波爾效應：H+和CO2對Hb與氧氣結合的影響。具體的影響見P105的方程式，敘述為H+和CO2促進Hb釋放O2，這也解釋了Hb為什么在肺中吸氧排CO2,而在肌肉中吸CO2排氧。另外，DPG降低Hb與O2的結合能力。關于鐮刀形細胞貧血癥：紅細胞減少，只有正常人的1/2，無力，劇烈運動會導致死亡。Hbs與Hb在結合O2的能力方面并沒有區(qū)別，區(qū)別在于Hbs造成紅細胞溶血，溶血后的Hb不能像紅細胞中的Hb一樣正常運輸O2。Hbs導致溶血的原因在于其6Val，正常的血紅蛋白的6Glu，紅細胞表面的Hbs由于疏水鍵而聚集，使細胞膜破裂

45、。鐮刀形細胞貧血癥在非洲某些地區(qū)居然是自然選擇的結果，是與瘧疾抗爭的產物。Hbs純合子：6Val6ValHbs雜合子：6Glu6Val正常人6Glu6Glu童年死，抗瘧疾死亡分布年齡廣，抗瘧疾長壽，一得瘧疾立即死瘧疾桿菌只能利用正常人的Hb，不能利用Hbs，所以Hbs者是不感染瘧疾的。在該地，Hbs純合子和正常人都經不起自然選擇，只有Hbs雜合子存活了下來。六.多肽的固相合成1.多肽的液相合成：aa1-aa2-aa3-aa4-aa5aa1+aa2aa1-aa2+aa2-aa1+aa1+aa2，得率很低而且分離出2肽aa1-aa2很煩，合成越到后面，分離工作越困難。2.經過保護和活化處理的多肽的

46、液相合成：保護氨基aa1活化羧基+aa2保護羧基 保護氨基aa1 -aa2保護羧基+保護氨基aa1活化羧基+aa2保護羧基分離2肽“保護氨基aa1 -aa2保護羧基”，去掉氨基保護，再與“保護氨基aa3活化羧基”反應。得率提高，分離簡化，但仍然很煩。3.多肽的固相合成：主要就是解決了分離提取方面的難題。整個過程見草圖，其中表示保護，表示活化，合成的方向為CN，與生物合成多肽的方向相反。 多肽的固相合成思路誕生于洛克菲勒大學主教學樓的電梯中，該大學的教授、諾貝爾獎金獲得者與其老板洛克菲勒的一段對話。因此，現在人們還能在電梯的內壁上看到“Solid-phase peptide synthesize

47、 was born here!”     布置本章作業(yè)：1.用下列實驗數據推導某肽鏈的一級結構：<1>完全酸水解后產生的aa組成為：Ala、Arg、2Ser、Lys、Phe、Met、Pro<2>用DNFB處理并水解得到DNP-Ala和-DNP-Lys<3>羧肽酶A和B都對此肽不作用<4>用CNBr處理獲得2個片段，其中一個片段含有Pro、Trp、Ser<5>用糜蛋白酶作用產生3個片段，1個含有Pro、Ser；另1個含有Met、Trp；最后一個含有Phe、Lys、Ser、Ala、Arg<6>用胰蛋白酶處理

48、產生3個片段，1個含有Ala、Arg；另1個含有Lys、Ser；最后一個含有Phe、Trp、Met、Ser、Pro2.根據給出的PK值，計算正常的二肽Glu-Lys以及Lys-Glu的PI值。若有時間就介紹一下參考書。 核酸 前言：核酸是生命最重要的分子，最簡單的生命僅含有核酸（病毒）。150億年宇宙蛋，50億年太陽，46億年地球，無機有機生物大分子細胞。美國的Miller在做其PhD時，模擬40億年前地球的原始大氣條件，產生了AA，有了AA當然就會產生蛋白質。但核苷酸何時產生？據估計也不少于40億年前，誰先誰后？1868年首次在繃帶上的膿細胞核中發(fā)現一種富含磷酸呈酸性又不溶于酸溶液

49、的分子，命名為核素，其實是核蛋白，1898年從小牛的胸腺中提取了一種溶于堿性溶液中的純凈物，這才是真正的核酸，從此，對核酸的研究全面展開，揭開了生物化學領域驚天動地的一頁。 §1.核酸的分子組成 一基本分子組成：對核酸的水解發(fā)現 核酸酶 磷酸單酯酶 核苷酶 （脫氧）核酸-（脫氧）核苷酸- P +（脫氧）核苷-戊糖+堿基 由上面可知，核酸的結構單位是（脫氧）核苷酸，基本組成成分是 P 、戊糖、堿基 核酸共有2類，脫氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA，其特點如下   P 戊糖 基本堿基 DNA 同 脫氧核糖（2位） P129 A（腺嘌呤）、G（鳥嘌呤）、C（胞嘧啶）、T（胸腺嘧啶

50、） RNA 同 核糖P129 A（腺嘌呤）、G（鳥嘌呤）、C（胞嘧啶）、U（尿嘧啶） 二堿基的結構：基本堿基一共只有5種，從分子骨架上分將堿基分為嘌呤堿基和嘧啶堿基。 1.嘌呤堿基：嘌呤（Pu）的結構及編號： A（腺嘌呤）的結構 G（鳥嘌呤）的結構 2.嘧啶（Py）堿基：嘧啶（Py）堿基的結構及編號：新系統 C（胞嘧啶）：氨基態(tài) U（尿嘧啶）：酮式 T（胸腺嘧啶）： 記憶口訣：先將嘌呤和嘧啶的結構式記住，然后再記住下面口訣 胸前一灘尿：U + 一碳基團（甲基） T 尿里兩泡泡：嘧啶中有兩個OU 上面一個是氨氣包：U靠上面的一個O換成-NH2就是C 鳥兒張嘴吸氨氣：張嘴即O，嘌呤有O又有-NH2

51、 A 線兒將鳥嘴來系，注意換氣：系嘴即去掉O，G去掉O再把-NH2換個位置A 三.核苷：由戊糖和堿基形成的糖苷，見P132上，反式更穩(wěn)定，順式更好認。仍用單字母表示，跟堿基的表示法相同，只是在脫氧時加d，如dA。 糖苷鍵的鍵型均為-N型，不是- N型。解釋之。各種核苷的結構均見。 注意核苷中的戊糖的編號要加“ ”號，如2位。堿基中的編號不加“”號。 有一種特殊的核苷叫假尿苷，糖苷鍵的鍵型均為-C型，。 四.核苷酸：核苷與磷酸形成的酯。磷酸出羧基，戊糖出羥基。 1.戊糖有2、3、5位自由-OH，因此可以形成2、3、5-核苷酸，其中5-核苷酸為默認的核苷酸。 2.磷酸的個數可以有1、2、3，這是指

52、TP、DP、MP與核苷形成的酯，見P133下。表示為NMP、NDP、NTP，脫氧時加“d”，如ATP、dATP。 3.可以形成環(huán)狀的核苷酸：一個磷酸以二個羧基與戊糖上的兩個-OH形成酯，見P134，稱為磷酸二酯鍵，這種鍵可以處在3、5之間（默認的環(huán)核苷酸），也可以處在2、3之間，沒有處在2、5之間的。表示為c，如cAMP環(huán)腺苷酸，dcAMP。 所以遇到核苷酸時要注意是否脫氧，有幾個磷酸，是否成環(huán)。 核苷酸的性質：是兩性電解質，有PI；紫外吸收峰為260nm，是堿基造成的。蛋白質為280nm。   §2.核酸的一級結構 一核酸就是多聚核苷酸： 是磷酸通過3、5磷酸二酯鍵將核苷

53、連接起來的長鏈。 其一端點的核苷酸的5-OH沒有參與3、5磷酸二酯鍵的形成，也就是說有游離的5-OH，這一端點叫5端，反之另一端就是3端。 這樣核酸的寫法就具有方向，5 3或 3 5，規(guī)定標準的書寫方法是5 3，如確有必要寫成3 5則需專門注明。 如果核酸的兩端也被磷酸二酯鍵連起來了，則無端點，但仍有方向。 二核酸的一級結構表示法 1.     書寫的方向5 3 2.     完整結構表示法： 3.     線條式縮寫法：堿基、磷酸、戊糖以及酯鍵的位置都很清楚。 4.

54、0;    字母式縮寫法：堿基、磷酸位置清楚，戊糖以及酯鍵的位置略掉。 三.一級結構測定涉及到的工具酶：水解3、5磷酸二酯鍵 酶 類別 底物 特異性 產物 牛脾磷酸二酯酶SPDase 外切酶 DNA、RNA 從5端作用（要求5端有游離的5-OH）,切點見P141 HO-Np 3-NMP 蛇毒磷酸二酯酶VPDase 外切酶 DNA、RNA 從3端作用（要求3端有游離的3-OH）, 切點見P141 pN-OH 5-NMP 磷酸單酯酶Pmase 外切酶 DNA、RNA 去掉端點核苷酸的游離磷酸根，見P141 pNNp 端點有游離的-OH 牛胰核糖核酸酶Rnase 內切酶

55、 RNA 左邊為Py，切點見P140 -PypN- 3端Py核苷酸具有游離的3- P 核糖核酸酶T1 Rnase T1 內切酶 RNA 左邊為G，切點見P140 -GpN- 3端G核苷酸具有游離的3- P 核糖核酸酶U2 Rnase U2 內切酶 RNA 左邊為Pu，切點見P140 -PupN- 3端Pu核苷酸具有游離的3- P DNA限制性內切酶 內切酶 DNA雙鏈 高度專一性：迴文對稱結構 AGCT TCGA   AGCT TCGA   粘性末端： AGCT TCGA   平末端 AGCT TCGA * DNA限制性酶是在細菌中發(fā)現的專一性很高的DNA內切酶，

56、是基因工程最重要的工具酶，目前已經發(fā)現數百種，在特定的DNA上標出各種DNA限制性酶的作用點就是DNA限制性酶圖譜。   §3.核酸的二級結構和三級結構 一.  DNA的二級結構：DNA分子骨架在空間的走向 1.     二級結構的依據 <1>對DNA分子結晶的X衍射數據：由Franklin和Wilkins提供，來源不同的DNA的二級結構非常相似。前者早逝，后者與Watson、Creck分享了諾貝爾獎。 <2>Chargaff規(guī)則：A與T、G與C在任何DNA分子中的摩爾數都相等。 <3>D

57、NA是遺傳物質，能夠自我復制。 <4>大量的電位滴定（探測H鍵的方法）和其它物化數據 2.     Watson-Creck的DNA二級結構模型（B-DNA，線狀DNA，自然選擇）: 美國Watson 、英國Creck在1953/5的Nature上合作了一篇文章，第一次科學的提出了DNA二級結構模型，現總結如下： <1>DNA分子是由2條互相纏繞的多聚脫氧核苷酸鏈組成（簡稱2條DNA單鏈），反向平行（一條鏈為5 3，另一條鏈為 3 5），空間走向為右手螺旋，有一個假想的螺旋軸（見自制模型，手指）。 <2>2條鏈靠鏈間的

58、H鍵結合，H鍵的產生符合堿基配對原則：AT，GC，由電鏡照片為證。右手螺旋的維持力主要是堿基堆積力（范德華力？疏水力？），其次是氫鍵。 <3>DNA的骨架為磷酸和脫氧核糖，在分子外面（相當于梯子的扶手，見自制模型），戊糖平面螺旋軸，DNA的側鏈基團是堿基，在分子內部（相當于梯子的橫檔，見自制模型），堿基平面螺旋軸。螺距34Å，直徑20Å，10bp/圈。分子背部有一條寬溝稱為大溝，分子腹部有一條窄溝叫小溝，復制和轉錄的有關酶就是付在大溝之處的。 <4>遺傳信息儲存在DNA分子的bp序中。 <5>意義：能夠解釋DNA的一切物理化學性質；實現了DNA的結構與生物功能之間的統一：精確的自我復制。 3.     其它的DNA二級結構模型 <1>A-DNA：B-DNA脫去部分結晶水而形成的，屬粗短型DNA，仍為右手雙股螺旋，螺距25