《期末总结》PPT课件.ppt

生 物 化 学 主讲教师：何海伦,本学期讲授内容,第一章：糖类的结构与性质（重点）第二章：脂类的结构与性质第三章：氨基酸（重点）第四章：蛋白质的结构与性质（重点）第五章：酶（重点）第六章：核酸化学（重点）第七章：维生素,第一章：糖类的结构与性质,一、糖类概况 二、糖的旋光性 三、单糖（结构、性质、代表性单糖及衍生物）四、寡糖 五、复合糖（糖胺聚糖、蛋白聚糖、糖蛋白）六、糖链结构分析,基本概念,异构 旋光异构 差向异构 不对称碳原子 对映体 构型 构象 异头物异构：化合物具有相同的分子式，但原子连接次序或原子空间排布不同。构型：具有相同的分子式和结构式，但原子在空间的排布不同，称之构型。旋光异构：由于存在手性碳（不对称碳原子）而具有旋光性差向异构体：仅有一个不对称碳原子的构型不同，两镜象非对应异构物称为差向异构体。不对称碳原子：与四个不同的原子或基团相连并因此失去对称性的四面体碳。用C*表示。,对映体：一个不对称碳原子的取代基在空间里的两种取向是物体与镜像的关系，并且两者不能重叠。这两种旋光异构体称为对映体。两个对映体具有程度相同但方向相反的旋光性（D+与L-;D-与L+）和不同的生物活性，其他物理和化学性质完全相同。含n个C*的化合物，其旋光异构体的数目是2n,组成2n/2对对映体。非对映体：任一旋光化合物都只有一个对映体，它的其他旋光异构体在理、化性质都与之不同，不是对映体的旋光异构体称非对映体。差向异构体：仅一个手性碳构型不同的非对映体称差向异构体（有几种情况）。异头物 单糖由直链结构变成环状结构后，羰基碳成为新的手性碳（异头碳），导致C1差向异构化，产生两个非对映体，称之。、异头物判断：有2种方式。见P9-10。,异构,结构异构（结构式）,立体异构,旋光异构（不对称碳原子）,几何异构（顺反异构，双键或环）,糖的构型的决定,D、L构型（最远手性碳与甘油醛比较）,糖的立体结构表示,Fischer投影式（线形）,Haworth式（环式）,吡喃型,呋喃型,透视式,注意：糖的构型（D、L）与旋光方向（+、-）并无直接联系。,单糖性质,异构化（烯醇式互变）,氧化,还原,成酯、成醚（酰基化、甲基化反应）,形成糖苷,糖苷（键）：环状单糖的半缩醛或半缩酮羟基与另一化 合物发生缩合形成糖苷；糖苷键有O-苷、N-苷、S-苷等；糖苷是缩醛，无醛的性质。,变旋现象(mutarotation):一般醛类在水溶液中 只有一个比旋度，但新配制的葡萄糖水溶液的比旋随时间而变化。=+112 称-D-(+)葡萄糖=+18.7称-D-(+)葡萄糖变旋现象将这两种葡萄糖分别溶于水后,其旋光率都逐渐变为+52.7,这一现象称变旋现象。变旋是由于分子立体结构发生某种变化的结果。,旋光物质使平面偏振光的偏振面发生旋转的能力称旋光性、光学活性或 旋光度。tD100 tD L C-为比旋光度，即单位浓度和单位长度下的旋光度，是特征物理常数。,重要的糖,单糖：甘油醛、D-核糖、葡萄糖、果糖、半乳糖（结构）,寡糖：蔗糖、乳糖、麦芽糖、纤维二糖（键型、还原性、旋光性）,多糖：,同多糖：淀粉、纤维素、糖原、几丁质,糖胺聚糖（透明质酸、硫酸角质素）、蛋白聚糖,杂多糖：,细菌多糖（肽聚糖、脂多糖、磷壁酸）,糖蛋白：糖肽键（N、O型）；糖链（寡糖链，具重要功能）,一、什么是脂质？二、脂肪酸 三、三酰甘油 四、脂质过氧化 五、磷脂 六、糖脂 七、萜和类固醇 八、脂蛋白 九、脂质的提取、分离,第二章：脂类的结构与性质,脂质的分类,化学组成,单纯脂质,复合脂质,衍生脂质,取代烃,固醇类,萜,其它,皂化性质,可皂化脂质,不可皂化脂质,极性,极性脂质,非极性脂质,生物功能,储存脂质,结构脂质,活性脂质,脂质：是一类微溶于水而易溶于非极性溶剂的有机分子，大多数是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。两亲化合物：具有极性头部（亲水）和非极性尾部（亲脂）的分子称之。必需脂肪酸：亚油酸和亚麻酸对人体功能必不可少，但必须由膳食提供，称之。碘值：指100g油脂卤化时所能吸收碘的克数。皂化值：皂化1g油脂所需的KOHmg数；乙酰值：中和1g乙酰化物所释放的乙酸所需要的KOHmg数；酸值：中和1g油脂中的游离脂肪酸所需的KOHmg数,重要概念,脂 肪 酸 概 况,脂肪酸的种类及简写符号：分为饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸；偶数碳与奇数碳脂肪酸（奇数碳脂肪酸含量极少！）；简写符号用碳数：双键数双键位号(含顺反式)表示，如18：2 9c,12c。多不饱和脂肪酸家族：分为-3和-6系列（指离羧基最远的双键到甲基末端3个碳和6个碳）。如亚油酸和-亚麻酸为-6系列，而-亚麻酸为-3系列。人体内二者不能互转！且二者对血脂的影响不同。见89页表格。,三酰甘油的化学性质,水解与皂化（皂化值）,氢化和卤化（碘值）,乙酰化（含羟基，乙酰化值）,酸败（酸值）,皂化值：皂化1g油脂所需的KOHmg数；碘值：100g油脂卤化时所吸收的碘的克数；乙酰值：中和1g乙酰化物所释放的乙酸所需要的KOHmg数；酸值：中和1g油脂中的游离脂肪酸所需的KOHmg数,重要的脂质,磷脂,甘油磷脂,鞘磷脂,卵磷脂,脑磷脂,脂肪酸,必需脂肪酸（亚油酸、亚麻酸）,DHA EPA（-3系列）,花生四烯酸（衍生物为类二十碳烷：如前列腺素等）,心磷脂,鞘糖脂,鞘脂类,神经酰胺,鞘胺醇,神经节苷脂,脑苷脂,磷脂酸,饱和脂肪酸：月桂酸、软、硬脂酸、花生四烯酸,两个长长的碳氢链形成一个非极性的尾巴，含磷酸的一端则是极性的头部，各种磷酸甘油酯的差别就在于其极性头的大小，形状和电荷的差异。,萜和类固醇,萜：由两个或多个异戊二烯单位组成；如类胡萝卜素为四萜；单萜、倍半萜等。类固醇：即甾类，环戊烷多氢菲衍生而来；,胆固醇衍生物,激素：5类,胆汁酸,维生素D,脂蛋白：由脂质和蛋白质以非共价键结合而成的复合物，血浆可分为乳糜微粒、VLDL、IDL、LDL、HDL五类；血浆脂蛋白的结构与各自的功能！,其它,氨基酸类别,非蛋白质氨基酸,蛋白质氨基酸（20种）,酸性氨基酸,天冬氨酸,谷氨酸,碱性氨基酸,赖氨酸,组氨酸,精氨酸,中性氨基酸,极性氨基酸,非极性氨基酸,丝氨酸,苏氨酸,半胱氨酸,酪氨酸,天冬酰氨,谷氨酰胺,甘氨酸,丙氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,苯丙氨酸,甲硫氨酸,色氨酸,脯氨酸,颉氨酸,相应的结构和缩写,氨基酸的酸碱性质,根据酸碱质子理论，HA A-H+氨基酸是两性电解质，既是质子供体，又是质子受体。当氨基酸完全质子化时，可看作是多元酸；COOH和NH3+可以发生解离，用Ka表示它们的解离常数；在氨基酸溶液中，pH值计算公式如下：pH=pKalg（质子受体/质子供体）当pH大于等电点时，氨基酸带净负电荷；当pH小于等电点时，氨基酸带净正电荷！在一定的pH范围内，氨基酸溶液的pH离等电点愈远，氨基酸所携带的净电荷愈大。,pKa=1.82.4,pKa=3.94.3,pKa=6.0,pKa=8.3,pKa=10,pKa=8.811,pKa=1012.5,pKa 越小质子越容易放出,氨基酸中有很多可以放出质子或接受质子的基团,氨基酸侧链的离子化与其 pKa,His 是唯一具有近中性 pKa 基团 咪唑基(imidazole)的氨基酸,a 酸基或氨基的 pKa 都比 R 基团上面者要低(较容易解离),在pH2.34和 pH9.60处，Gly具有缓冲能力。,氨基酸的化学反应,-氨基参加的反应,DNFB:2，4-二硝基氟苯,PITC:苯异硫氰酸酯,-羧基参加的反应,成盐成酯,成酰氯（与二氯亚砜等）,脱羧基反应,叠氮反应（氨基酸酯与肼、亚硝酸）,-氨基与-羧基共同参加反应,与茚三酮反应（氨与还原茚三酮发生作用生成紫色物质）,成肽反应,侧链R基参加的反应,酪氨酸酚羟基Pauly 反应,组氨酸咪唑Pauly反应,精氨酸胍基坂口反应,色氨酸吲哚基,半胱氨酸巯基,氨基酸的旋光性与光谱性质,氨基酸的旋光性：氨基酸的构型（指-碳）也以甘油醛为参考物，从蛋白质的酸水解或酶水解液中得到的都是L型，但D型氨基酸在自然界也存在；蛋白质用碱水解或有机合成氨基酸时，得到的都是无旋光性的DL-消旋物Gly一种构型,无旋光性Thr和Ile有四种光学异构体。其余17种氨基酸有两种光学异构体：L型、D型。构成蛋白质的氨基酸均属L-型。氨基酸的光谱性质：参与蛋白质组成的20多种氨基酸在可见光区没有光吸收，在红外区和远紫外区都有光吸收，但在近紫外区只有芳香族氨基酸有光吸收；Tyr,Trp,Phe,氨基酸混合物的分析分离,分离方法,柱层析,纸层析（相对迁移率，非极性性质）,薄层层析,离子交换层析（电荷和非极性）,气相层析,高效液相层析,氨基酸洗脱顺序的判定：氨基酸与树脂的亲合力主要决定于它们之间的静电吸引，其次是氨基酸侧链与树脂聚苯乙烯之间的疏水相互作用；亲和力愈大愈难洗脱！,第四章：蛋白质（重点）,蛋白质概况；蛋白质的共价结构；蛋白质的三维结构；蛋白质的结构与功能的关系；蛋白质的分离、纯化与鉴定；,相关概念总结,构象：指具有相同结构式和相同构型的分子在空间里可能的多种形态；构象形态间的改变不涉及共价键的破裂！每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构或三维结构，称之为蛋白质的构象；一个给定的蛋白质可以有多种构象，但只有一种或少数几种在能量上是有利的。,氨基酸残基：肽链中的氨基酸由于参加肽键的形成因而 不在是原来完整的分子，称为氨基酸残基；两个氨基酸形成一个肽键时失去一分子水，因此失去的水分子数比氨基酸残基数少一个。每个氨基酸残基的平均分子量为110。氨基酸的平均分子量为128。肽：由两个或多个氨基酸残基通过肽键相连而形成的化合物；肽有寡肽和多肽之分。一条肽链通常在一端含有一个游离的末端氨基，称为N-末端，而另一端含有一个游离的末端羧基称为C-末端；Edman化学降解法：用Edman试剂PITC与游离氨基作用生成PTH-氨基酸，并可用各种层析技术分离；用此法降解，一次可连续测出60-70个氨基酸残基的序列,同源蛋白质：在不同生物体中行使相同或相似功能的蛋白质 称同源蛋白质。同源蛋白质具有共同的进化起源。同源蛋白质具有明显的氨基酸序列相似性，称之为序列同源。根据同源蛋白质的氨基酸序列资料可建立系统树（进化树）。两个物种的同源蛋白质，其序列中氨基酸的差异数目与这些物种间的进化发生差异是成比例的。蛋白质激活：在生物体内有些蛋白质是以前体形式合成，不具有活性，只有按一定方式裂解除去部分肽链后才具有生物活性，称之为蛋白质激活。如酶原激活。固相肽合成：是控制合成技术的巨大进步，利用固相肽合成仪已成功合成多种肽和蛋白质。其实质是肽的羧基端第一个氨基酸共价挂接在树脂上，然后加入氨基受保护的第二个氨基酸并发生缩合反应，形成肽键，依次类推。最后是肽与树脂断裂并去掉氨基端的保护基团。,超二级结构：由若干相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相互作用，形成种类不多，有规则的 二级结构串，并在多种蛋白质中充当三级结构的构件，称为超二级结构。已知有3种基本形式：、。结构域：在多肽链上由二级结构元件或超二级结构形成的相对独立的 紧密球状实体，是三级结构的局部折叠区。较小的球状蛋白质或亚基是单结构域，而较大的球状蛋白质或亚基是多结构域。结构域可分4类：全结构、，结构、全结构和富含金属或二硫键结构域。蛋白质变性：天然蛋白质分子在受到理化因素的作用时导致溶解度降低、不对称性增高、生物活性丧失及理化特性改变，此过程称之为蛋白质变性。蛋白质变性的实质是分子中次级键被破坏，引起天然构象解体。变性不涉及共价键破坏，即蛋白质一级结构仍保持完好。当变性因素除去后，变性蛋白质又可重新回复到天然构象，此为蛋白质的复性。是否蛋白质变性与复性可逆，仍有疑问。,蛋白质折叠：蛋白质折叠不是随机的而是通过累积选择找到自由能最低的构象；折叠需要折叠酶和分子伴侣参加。分子伴侣：是一类与蛋白质折叠有关的蛋白质家族（来源相同、结构相似、功能相关），它们通过抑制新生肽链不正常的聚集并排除与其他蛋白质不合理的结合而协助多肽链的正确折叠。血红蛋白分子病：导致一个蛋白质中氨基酸改变的基因突变能产生分子病，这是一种遗传病。了解最清楚的分子病是镰刀状细胞贫血病，该病人的不正常的血红蛋白称HbS，它只是在两条链的N端第6位上Glu被Val置换。这一改变使血红蛋白表面产生一个疏水小区，导致血红蛋白聚集成不溶性的纤维束，并引起红细胞镰刀状化和输氧能力降低。地中海贫血是由于缺失一个或多个编码血红蛋白链的基因造成的。,别构效应：别构部位与配体的结合可能影响其他亚基，使这些亚基构象改变，增强或减弱对底物的结合。协同效应 正协同效应：引起与配体结合能力的增强（激活）负协同效应：引起与配体结合能力的减弱（抑制）正效应物：促进活性部位与配基结合的别构效应物。负效应物：抑制活性部位与配基结合的别构效应物。别构蛋白：除了有活性部位（结合底物）外，还有别构部位（结合调节物）。有时活性部位和别构部位分属不同的亚基（活性亚基和调节亚基），活性部位之间以及活性部位和调节部位之间通过蛋白质构象的变化而相互作用。,等电聚焦：也称电聚焦，是一种高分辨率的蛋白质分离技术，也可用于蛋白质等电点的测定。在外加电场时，蛋白质混合物在具有pH梯度的介质中移向并聚焦（停留）在等于其等电点的pH处，形成区带。密度梯度离心：蛋白质颗粒在具有密度梯度的介质中离心时，质量和密度大的颗粒比质量和密度小的颗粒沉降得快，且每种蛋白质颗粒沉降到与其自身密度相等的介质密度梯度时，即停止不前，最后各种蛋白质在离心管中被分离成不同的区带。盐溶和盐析：中性盐在低浓度时可增加蛋白质的溶解度，即盐溶。原因是蛋白质分子吸附盐类离子后，带电层使蛋白质分子彼此排斥，而与水分子相互作用加强；当离子强度增大到足够高时，此时与蛋白质疏水基团接触的自由水被移去以溶剂化盐离子，导致蛋白质疏水基团暴露，使蛋白质因疏水作用凝聚沉淀。,亲和层析：是利用蛋白质分子对其配体分子特有的识别能力，也即生物学亲和力，建立起来的一种有效的纯化方法。蛋白质纯化的总目标：是增加制品的纯度，即设法除去变性的和不需要的蛋白质以增加单位蛋白质重量中所需蛋白质的含量或生物活性。分离纯化蛋白质的程序为：前处理（细胞或组织处理）、粗分级分离（除去杂蛋白）和细分级分离。,蛋白质概况,蛋白质的化学组成：碳（50%）、氢（7%）、氧（23%）、氮（16%）、硫（0-3%）、其它元素微量；蛋白质的平均含氮量为16%，此为凯氏定氮法测定蛋白质含量的基础。,蛋白质结构的层次,蛋白质的共价结构（一级结构）,氨基酸残基、肽（键）、蛋白质一级结构的测定、氨基酸序列与生物功能、肽的人工合成,氨基酸残基：肽链中的氨基酸由于参加肽键的形成因而 不在是原来完整的分子，称为氨基酸残基；两个氨基酸形成一个肽键时失去一分子水，因此失去的水分子数比氨基酸残基数少一个。每个氨基酸残基的平均分子量为110。氨基酸的平均分子量为128。肽：由两个或多个氨基酸残基通过肽键相连而形成的化合物；肽有寡肽和多肽之分。一条肽链通常在一端含有一个游离的末端氨基，称为N-末端，而另一端含有一个游离的末端羧基称为C-末端；,肽键,具有部分双键的性质,肽键比一般碳-氮单键短,与肽键相连的氢原子和氧原子呈反式构型,肽键不可自由旋转,肽的理化性质：肽键的酰氨氢不解离，肽的酸碱性质主要决定于肽键中的游离末端-NH2、-COOH及侧链R基上的可解离基团；肽中末端-羧基的pKa值比游离氨基酸的大，末端-氨基的pKa值比游离氨基酸的小；游离的-氨基、-羧基和R基可发生与氨基酸中相应的类似反应，如茚三酮反应等；蛋白质部分水解后所得的肽若不发生消旋，则具有旋光性，短肽的 旋光度约等于组成氨基酸的旋光度之和，较长的肽的旋光度则不是简单加和；,活性肽：具特殊的生物学功能的肽段，如脑啡肽、谷胱甘肽、肌肽等；,肽,蛋白质一级结构的测定,测定多肽链的数目,蛋白质测序的步骤,拆分多肽链,断开多肽链内的二硫键,测定每一肽链的氨基酸组成,鉴定多肽链的N-末端和C-末端,裂解多肽链为较小的肽段,测定各肽段的氨基酸序列,利用重叠肽重建完整多肽链的一级结构,确定二硫键的位置,蛋白质测序的重要方法,N-末端测定,二硝基氟苯（DNFB）法：肽游离末端NH2与DNFB反应生成DNP-肽，最后水解生成黄色DNP-氨基酸,丹磺酰氯（DNS）法：用DNS取代DNFB，生成DNS-氨基酸,苯异硫氰酸（PITC）法：生成PTH-氨基酸，从肽上断裂下来,氨肽酶法：外切酶，但效果不好,C-末端测定,肼解法：测定C-末端的最重要的化学方法，肽与肼反应，除C-末端氨基酸游离外，其他氨基酸转变为氨基酸酰肼化物,还原法：C-末端氨基酸用硼氢化锂还原成相应的-氨基醇,羧肽酶法：最有效、最常用,羧肽酶A,羧肽酶B,羧肽酶C,羧肽酶Y,二硫键的断裂,过甲酸氧化法：将二硫键氧化成磺酸基,巯基化合物还原法：将二硫键还原成巯基，然后用烷基化试剂如碘乙酸保护巯基，防止其重新被氧化,氨基酸组成的测定：,酸水解：是主要方法，多用HCl，同时辅以碱水解；所得氨基酸不消旋，但Trp全部被破坏，Ser，Thr，Tyr部分破坏，Asn和Gln的酰氨基被水解，生成Asp和Glu；,多肽链的裂解,酶裂解：,胰蛋白酶：专一性强，断裂Lys或Arg的羧基参与形成的肽键,糜蛋白酶：断裂Phe，Trp，Tyr，Leu等疏水氨基酸的羧基端肽键,嗜热菌蛋白酶：专一性差，断裂Val，Leu，Phe，Tyr，Trp等氨基参与形成的肽键,胃蛋白酶：在酸性条件稳定，肽键 两侧均为疏水氨基酸。在确定二硫键位置时，常用到此酶。,其它酶：略,化学裂解：,溴化氰（CNBr）：只断裂Met的羧基形成的肽键,羟氨（NH2OH）：在pH9时，专一性断裂Asn-Gly之间的肽键，其它条件下不专一,肽段的氨基酸测序,Edman化学降解法：用Edman试剂PITC与游离氨基作用生成PTH-氨基酸，并可用各种层析技术分离；用此法降解，一次可连续测出60-70个氨基酸残基的序列；工作量大，操作麻烦；现改用蛋白质测序仪。,酶解法：利用氨肽酶和羧肽酶，局限性大，有困难,质谱法：质谱仪,由核苷酸序列推定法：mRNA cDNA，推出 cDNA的核苷酸序列，然后推测出蛋白质的氨基酸序列,肽段在肽链中次序的确定：需借助重叠肽。重叠肽：由于不同的断裂方法即断裂的专一性不同，产生的切口彼此错位，使两套肽段正好跨过切口而重叠的肽段；获得重叠肽需要两种或两种以上的不同方法断裂同一多肽样品，得到两套或多套肽段。,二硫键位置的确定：一般采用胃蛋白酶水解原来的含二硫键的蛋白质。一是胃蛋白酶专一低，切点多，得到含有二硫键的肽段较小，易分离鉴定；二是在酸性条件下，有利于防止二硫键发生交换反应。,蛋白质的氨基酸序列与生物功能；肽合成,同源蛋白质：在不同生物体中行使相同或相似功能的蛋白质称同源蛋白质。同源蛋白质具有共同的进化起源。同源蛋白质具有明显的氨基酸序列相似性，称之为序列同源。根据同源蛋白质的氨基酸序列资料可建立系统树（进化树）。两个物种的同源蛋白质，其序列中氨基酸的差异数目与这些物种间的进化发生差异是成比例的。,蛋白质激活：在生物体内有些蛋白质是以前体形式合成，不具有活性，只有按一定方式裂解除去部分肽链后才具有生物活性，称之为蛋白质激活。如酶原激活。,肽的人工合成：,氨基酸共聚合（由一种或两种氨基酸反应）,控制合成（由不同氨基酸按一定顺序）：接肽反应需接肽试剂，为避免接肽试剂与某些活泼基团反应，故在接肽前须首先将这些基团加以封闭或保护，如氨基保护或羧基保护等。在正常条件下，羧基和氨基之间不会自发形成肽键，即氨基或羧基需活化，通常是羧基活化。,固相肽合成：是控制合成技术的巨大进步，利用固相肽合成仪已成功合成多种肽和蛋白质。其实质是肽的羧基端第一个氨基酸共价挂接在树脂上，然后加入氨基受保护的第二个氨基酸并发生缩合反应，形成肽键，依次类推。最后是肽与树脂断裂并去掉氨基端的保护基团。,蛋白质的三维结构,蛋白质的二级结构,无规卷曲,转角,折叠片,螺旋：最常见、最典型、最丰富的二级结构元件,螺旋：是重复性结构，每圈螺旋站3.6个氨基酸残基，沿螺旋轴上升0.54nm，即螺距值；由氢键封闭的环为13元环；一般为右手螺旋；分子内或链内氢键使之稳定，减少R基间的相互作用或-碳原子无分支结构均利于其稳定，而Pro存在可中断之。(影响该结构的因素课件）,非重复性结构,折叠片：为重复性结构；折叠片的肽链处于曲折的伸展状态；借助链间或肽段间的氢键而稳定；分为平行和反平行折叠片，平行的比反平行的更规则。0.7nm,纤维状蛋白质,不溶性（硬蛋白）,可溶性蛋白,角蛋白,胶原蛋白：结缔组织中（骨、皮肤等）大量存在,结构特点重复单元：Gly-X-Pro(Gly-X-HyPro),弹性蛋白：存在于结缔组织,角蛋白：主要存在于毛发中(结构特点）,角蛋白：天然存在于丝中(结构特点（Gly-Ala/Ser-Gly-Ala）,肌球蛋白,血纤蛋白原,其它,说明：角蛋白经充分伸展后可转变成角蛋白，即折叠片结构。,无规卷曲：二级结构的一种结构单元，在这种结构单元的存在下，才使得蛋白质形成球形，这一部分的存在往往与蛋白的活性有关。无规卷曲与其他二级结构一样是明确而稳定的结构。,球状蛋白质：其种类远比纤维状蛋白质多，蛋白质结构的复杂性和功能的多样性主要体现在球状蛋白质；球状蛋白质的整个肽链没有均一的二级结构，但具有多种二级结构元件如螺旋、折叠片、无规卷曲等，由此构建的三级结构结构域，并将球状蛋白质分成4大类；其三维结构具有明显的 折叠层次，且疏水测链球状分子内部，亲水侧链暴露在分子表面；在多数的胞内酶、血浆蛋白及蛋白类激素都属于球状蛋白质。,超二级结构：由若干相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相互作用，形成种类不多，有规则的 二级结构串，并在多种蛋白质中充当三级结构的构件，称为超二级结构。已知有3种基本形式：、。,结构域：在多肽链上由二级结构元件或超二级结构形成的相对独立的 紧密球状实体，是三级结构的局部折叠区。较小的球状蛋白质或亚基是单结构域，而较大的球状蛋白质或亚基是多结构域。结构域可分4类：全结构、，结构、全结构和富含金属或二硫键结构域。,蛋白质变性与蛋白质折叠,蛋白质的结构与功能的关系,肌红蛋白和血红蛋白是两个研究得最透彻的蛋白质，它们是蛋白质结构与功能的范例。肌红蛋白是哺乳动物肌肉中储氧的蛋白质，它和血红蛋白的亚基在氨基酸序列上具有明显的同源性，它们的构象和功能也十分相似。,肌红蛋白,辅基血红素：原卟啉与Fe的络合物称血红素。,卟啉化合物有很强的着色力，使生物组织呈现特定的颜色。卟啉环中心的铁原子有6个配位键，其中4个与四吡咯环的N原子相连，另2个沿垂直于卟啉环面的轴分布在环面的上下。铁原子可以是亚铁（Fe2+）或高铁(Fe3+)，相应的血红素称为亚铁血红素和高铁血红素，相应的肌红蛋白称为亚铁肌红蛋白和高铁肌红蛋白。其中只有亚铁态的蛋白质才能结合O2。在肌红蛋白分子中，血红素共价地结合于肌红蛋白分子的疏水空穴中。其中血红素铁在第5配位键与珠蛋白第93位His残基的咪唑N配位结合；第6配位键是O2的结合部位。血红素的铁原子如果处在水环境则容易被氧 化成Fe3+，失去氧合能力，此时H2O分子代替O2成为Fe3+的第6个配体。CO能与O2竞争第6配位键，且结合能力远大于O2。,血红蛋白（Hb）的主要功能是在血液中结合并转运氧气，它存在于红细胞中。Hb的结构：脊椎动物的Hb由4个多肽链亚基组成，如成人的血红蛋白主要是HbA，亚基组成为22，次要组分是HbA2，亚基组成为22；每个血红蛋白分子都有4个血红素，每个血红素分别位于每个多肽链中的裂隙处，并暴露在分子的表面。氧合过程中的构象变化：氧合作用显著改变Hb的四级结构，且氧合血红蛋白和去氧血红蛋白具有不同的构象。氧合曲线和别构效应：氧合曲线呈S形曲线（氧饱和度与氧分压之间），即血红蛋白的氧合具有正协同性同促效应，一个O2的结合增加同一Hb分子中其余空的氧合部位对O2的亲合力；Hb对O2亲和力的影响因素：H+、CO2促进O2从血红蛋白中释放，O2也促进H+、CO2 在肺泡毛细血管中释放；BPG（2，3-二磷酸甘油酸）降低Hb对O2的亲和力，其只与去氧血红蛋白结合。镰刀状细胞贫血病：是一种血红蛋白分子病，该病人的不正常的血红蛋白称HbS，它只是在两条链的N端第6位上Glu被Val置换。这一改变使血红蛋白表面产生一个疏水小区，导致血红蛋白聚集成不溶性的纤维束，并引起红细胞镰刀状化和输氧能力降低。,蛋白质的分离纯化,蛋白质的分离和纯化:主要是利用蛋白质之间各种特性的差异，包括蛋白质分子的酸碱性质、分子的大小和形状、溶解度、吸附性质和对配体分子的特异亲合力。蛋白质的酸碱性质：蛋白质是两性电解质。在蛋白质分子中，可解离基团主要来自侧链上的功能团，此外还有少数的末端-羧基和-氨基。小肽的带电性判断 可以把蛋白质分子看作是一个多价离子，所带电荷的性质和数量是由蛋白质分子中的可解离基团的种类和数目以及溶液的pH所决定的。对某一种蛋白质来说，在某一pH时，它所带的 正电荷与负电荷恰好相等，即净电荷为零，这一pH称蛋白质的等电点。蛋白质的等电点在中性盐存在下可发生明显的变化，这是由于蛋白质分子中的可解离基团可与中性盐中的阳离子或阴离子相结合。在没有其他盐类干扰时，蛋白质的 质子供体基团解离出来的质子数与质子受体基团结合的质子数相等时的pH称为蛋白质的等离子点。蛋白质分子的形状：测定蛋白质分子的形状或构象，最精确的方法是 X射线晶体结构分析，但这种方法只能测定晶体状态的蛋白质空间结构。对于溶液中的蛋白质分子的形状，只能借助间接的方法来描述蛋白质分子构象的轮廓。,测定蛋白质分子相对质量的方法,蛋白质沉淀法,蛋白质的分离纯化方法,蛋白质分离纯化方法,电荷,电泳（净电荷、分子大小、形状）,区带电泳,聚丙烯酰氨凝胶电泳（PAGE）,毛细管电泳,离子交换层析：相应的离子交换胶，CM阳离子，DEAE阴离子,等电聚焦：外加电场时，蛋白质混合物在具有pH梯度的介质中移向并聚焦（停留）在等于其等电点的pH处，形成区带。,层析聚焦：层析柱中建立连续的pH梯度，蛋白质样品由柱上端随缓冲液的展开而聚焦在各自的等电点pH处，形成区段。,吸附：吸附层析，吸附剂（硅石、氧化铝、活性碳）和疏水吸附剂，与待分离分子和杂质分子的吸附与解吸能力不同。,特异亲和力：亲和层析,其它：如高效液相层析（HPLC）,快速蛋白液相层析（FPLC）,蛋白质纯度的鉴定方法：采用物理化学方法如电泳、离心沉降、HPLC和溶解度分析等。纯的蛋白质电泳时，其电泳图谱只呈现一个条带或峰，离心时以单一的沉降速度移动；纯的蛋白质在一定的溶剂系统中具有恒定的溶解度，即溶解度曲线只有一个折点，在折点以前直线斜率为1，在折点以后斜率为零；此外，N-末端分析也用于纯度鉴定（单体蛋白质而言）。必须指出，采用任何单独的一种方法鉴定纯度只能作为蛋白质均一性的必要条件而非充分条件，即蛋白质往往在一种鉴定中表现为均一性，而在另一种鉴定中又表现为不均一性。,蛋白质含量测定与纯度鉴定：测定蛋白质含量的常用方法有：凯氏定氮法、双缩脲法、Folin-酚试剂法（Lowry法，标准测定方法）、紫外吸收法、染料（考马斯亮蓝）结合法、胶体金法（带负电的疏水胶体，洋红色，遇蛋白质变蓝色，灵敏度最高）,第五章：酶（重点）,酶概论；酶促反应动力学；酶的作用机制和酶的调节；,基本概念,酶具有生物催化功能的蛋白质或核酸。酶作为生物催化剂具有高效性、高度专一性、活性调控和易失活等特点。通过降低反应的活化能，加速化学反应的进行。多酶复合体由几种酶靠非共价键彼此嵌合而成，也称酶系。酶的分类国际酶学委员会根据催化反应类型，将酶分为6大类，即氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类和连接酶类。酶活力即酶活性，指酶催化某一化学反应的能力，酶活力的大小可以用在一定条件下所催化的某一化学反应的反应速率来表示，二者呈线性相关。所以测定酶活力就是测定酶促反应速率，酶促反应速率可用单位时间内底物的减少量或产物的增加量来表示。酶单位（U）在一定条件下，一定时间 内将一定量的底物转化为产物所需的酶量。酶的含量用每克酶制剂或酶毫升酶制剂含有多少酶单位表示（U/g或U/ml）。,酶的比活力每mg蛋白质所含的酶的活力单位数表示，其代表酶的纯度，也可用来比较每单位质量蛋白质的催化能力。转化数在一定条件下每秒钟每个酶分子转换底物的分子数，或每秒钟每微摩尔酶分子转化底物的微摩尔数。核酶（ribozyme）某些具有催化功能的RNA，即为核酶。核酶的发现，开辟了生物化学研究的新领域，提出了生命起源的新概念：即RNA可能早于蛋白质和DNA，是生命起源中首先出现的生物大分子。酶的专一性即酶对底物的高度选择性，酶一般只能催化一种或一类反应，作用于一种或一类底物。酶的专一性可分为结构专一性和立体异构专一性，用“诱导契合说”解释酶的专一性已被广泛认同。酶的分离纯化是酶学研究的基础，大多数酶的本质是蛋白质，故可用分离纯化蛋白质的方法纯化酶。但要选择合适的材料，操作条件要温和，且在制备过程中，每一步都要测定酶的总活力和比活力，以了解酶的回收率和提纯倍数。酶工程是将酶学原理与化学工程技术及基因重组技术有机结合而形成的新型应用技术，是生物工程的重要组成部分，并必将成为一个很大的生物技术产业。,酶促反应动力学：底物浓度与酶促反应速率的关系呈双曲线，即当底物浓度较低时，反应速率与底物浓度呈正比关系，表现为一级反应；当底物浓度逐渐增加时，反应速率不再按正比关系升高，反应表现为混合级反应；当底物浓度达到 足够高时，反应速率与底物浓度几乎无关，反应达到最大反应速率，表现为零级 反应。米氏方程1913年Michaelis和Menten在前人工作基础上，根据酶反应的中间复合物学说，即：E S ES E P假定 E S ES 迅速建立平衡，底物浓度远大于酶浓度下，ES分解成产物的逆反应忽略不计，推导出一个数学方程式来表示底物与酶反应速率之间的定量关系，称为米氏方程，表达式如下：Vmax S/(Km S)式中Km为米氏常数，其物理意义是当酶反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度，单位是mol/L，与底物浓度的单位一样。,米氏常数Km的意义如下：Km是酶的一个特征常数，其大小只与酶的性质有关，而与酶的浓度无关；Km值随测定的底物、反应温度、pH及离子强度而改变，即Km作为常数只是针对一定的底物、温度、pH和离子强度而言；Km值可以判断酶的专一性和天然底物：有的酶可作用于几种底物，因此就有几个Km值，其中Km值最小的底物称为该酶的最适底物或天然底物。Km值随不同底物而异的现象可以帮助判断酶的专一性；若已知某个酶的Km值，可以计算出在某一底物浓度时的反应速率相当Vmax的比例；Km值可以帮助推断某一代谢反应的方向和途径：同一种底物往往可以被几种酶作用，催化不同的反应走不同的途径，究竟走哪一条途径决定于Km值最小的酶，只有Km值小的酶反应比较占优势。利用作图法测定Km和Vmax值：Km值可用公式计算求得，Km（k2 k3）/k1；当k3远小于k2 时，Km k2/k1 Ks，在此时，Km相当于ES复合物的解离常数Ks！，,Vmax=k3 Et(Et 为总酶浓度)；Km和Vmax可根据实验数据通过作图法直接求得：即将米氏方程进行变换，使其成为直线方程，然后用图解法求出Km与Vmax值。例如，Lineweaver-Burk双倒数作图法：1/Km/Vmax 1/S1/Vmax，横轴截距为-1/Km，纵轴截距为1/Vmax；酶的抑制：酶主要是蛋白质，使酶蛋白变性而导致酶活力丧失的作用称为失活作用；若由于酶的必需基团化学性质的改变，但酶并未变性，而引起酶活力的降低或丧失称为抑制作用。引起抑制作用的物质称为抑制剂。抑制类型如下：,抑制类型,不可逆抑制：抑制剂与酶的必需基团以共价键结合，不能用物理方法除去抑制剂。,可逆抑制：以非共价键结合,竞争性抑制：竞争酶的结合部位,非竞争性抑制：同时和酶的不同部位结合,反竞争性抑制：酶与底物结合后，才可与抑制剂结合,竞争性抑制，Vmax不变，Km增加；可逆抑制动力学 非竞争性抑制，Vmax减小，Km不变；反竞争性抑制，Vmax减小，Km减小；,Vmax,Km,Km,S,mM,vo,I,I,Vmax unchangedKm increased,Vmax decreasedKm unchanged,Both Vmax&Km decreased,I,=Km,重要的抑制剂,不可逆抑制剂,非专一性：,有机磷化合物：与酶活性部位Ser-OH共价结合，强烈抑制胆碱酯酶活性；敌敌畏、敌百虫,有机汞、有机砷化合物：与酶分子中Cys-SH作用，抑制含巯基的酶,重金属：使酶蛋白变性失活，用螯合剂可解除,氰化物、硫化物、CO：与酶分子中金属离子形成络合物,烷化剂：与酶的巯基、氨基、羧基、咪唑基等结合,专一性：作用某一种酶,Ks型：具底物类似结构，可与相应酶结合，并带有一个活泼的化学基团，可对酶分子的必需基团进行修饰，从而抑制酶的活性。亦称亲和标记试剂。,Kcat型：具有底物类似结构，本身也是酶的底物，且存在潜伏的反应基团：当发生催化反应时，潜伏基团暴露或活化，作用酶活性部位的必需基团或辅基，使酶不可逆失活。亦称自杀性底物。,可逆抑制剂：最重要和最常见的是竞争性抑制剂。这类抑制剂与天然代谢物在结构上十分相似，能选择性抑制病菌或癌细胞在代谢过程中的某些酶，故称之为抗代谢物。如磺胺药，对氨基苯磺酰胺，它是对氨基苯甲酸的结构类似物，而对氨基苯甲酸是叶酸结构的一部分，细菌不能直接利用外源的叶酸，只能在二氢叶酸合成酶的作用下，利用对氨基苯甲酸为原料合成二氢叶酸，继而合成四氢叶酸嘌呤核苷酸合成中重要的辅酶！因此，可利用竞争性抑制的原理设计药物。此外，过渡态底物类似物也可作为竞争性抑制剂：所谓过渡态底物是指底物和酶结合而形成的中间复合物被活化后的过渡形式。过渡态底物对酶的亲和力远大于底物，因此可将抑制剂的化学结构设计成类似于过渡态底物，从而一起酶的强烈抑制。目前报道的过渡态底物类似物都是竞争性抑制剂，其抑制效率比基态底物类似物高的多。温度、pH、激活剂对酶活性的影响：存在酶反应的最适温度、最适pH；凡能提高酶活性的物质都称为激活剂，它对酶的作用具有一定的选择性，即一种激活剂对某种酶起激活作用，而对另一种酶可能起抑制作用。,酶的作用机制和酶的调节,酶活性部位酶的催化能力只局限在酶分子的一定区域，只有少数特异的氨基酸残基参与了底物结合与催化作用，这些特异的氨基酸残基比较集中的区域，即与酶活性直接相关的区域称为酶的活性部位或活性中心。,活性部位包括,结合部位决定酶的专一性；,催化部位决定酶的催化能力,酶活性部位的共同特点：酶活性部位在酶分子的总体积中只占相当小的部分，通常只占整个酶分子体积的1%2%；酶的活性部位是一个三维实体（空间概念）：不是点、线、面的概念；酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补，而是在结合过程中二者发生一定的构象变化后才互补的：此动态的辨认过程称为诱导契合；酶的活性部位是位于酶分子表面的一个裂缝内，底物分子或底物分子的一部分结合到裂缝内并发生催化作用；底物通过次级键结合到酶上：酶与底物形成ES复合物主要靠氢键、盐键、范德华力和疏水相互作用；酶活性部位具有柔性或可运动性：活性部位更易被破坏；,补充：酶的催化作用是由氨基酸侧链上功能基团和辅因子为媒介的，主要的有His、Ser、Cys、Lys、Glu、Asp的侧链常直接参加催化过程；辅因子对于酶的催化具有协同作用；对于多底物的酶促催化反应，存在着1个以上的底物结合部位，在活性部位存在1个以上的催化基团，能进行协同催化；与底物相比较，酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些，故活性部位通常包围着底物。,1.丝氨酸蛋白酶的结构特点 丝氨酸蛋白酶类包括胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶(胰肽酶E)、枯草杆菌蛋白酶(subtilisin)和其他相关酶。之所以称为丝氨酸蛋白酶，是因为它们有共同的、涉及特有的反应丝氨酸残基的作用机制；二异苯氟磷酸(DIPF)是丝氨酸蛋白酶的不可逆抑制剂，它只能与活性部位的Ser残基结合，从而导致酶的失活，这就证明了这个丝氨酸残基是酶活性所必需的。（虽然乙酰胆碱酯酶本身不是一种蛋白酶，但该酶是