1、生物化学部分知识结构生物化学部分知识结构 化学成分：化学成分：水、无机盐、糖类、脂类、水、无机盐、糖类、脂类、蛋白质、核酸、蛋白质、核酸、酶酶、维生素和辅酶、维生素和辅酶 细胞的代谢细胞的代谢 异化作用：异化作用：糖的异化糖的异化、脂肪的异化、蛋白质的、脂肪的异化、蛋白质的 异化异化、核酸的异化、核酸的异化 同化作用：同化作用：光合作用光合作用、多糖合成、脂类的合成等、多糖合成、脂类的合成等 分子生物学：复制、转录、分子生物学：复制、转录、翻译翻译、调控、调控 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 第第 一一 章章 一、什么是蛋白质一、什么是蛋白质?蛋白质蛋白质(protein)是由许多是由许
2、多氨基酸氨基酸(amino acids)通通过肽键过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物相连形成的高分子含氮化合物。组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素 主要有主要有C、H、O、N和和S。有些蛋白质含有少量有些蛋白质含有少量磷磷或金属元素或金属元素铁、铜、锌、铁、铜、锌、锰、钴、钼锰、钴、钼，个别蛋白质还含有，个别蛋白质还含有碘碘。1 1、蛋白质的元素组成：蛋白质的元素组成：氮的含量在多种的蛋白质比较接近氮的含量在多种的蛋白质比较接近，平均为平均为1616%，因此用因此用凯氏凯氏（kjelahlkjelahl）法定法定N N，受检物质中含蛋白质量为受检物质中含蛋白质量为N N
3、含量的含量的6 6.2525倍倍 。蛋白质含量的测定：蛋白质含量的测定：凯氏定氮法凯氏定氮法(测定氮的经典方法测定氮的经典方法)优点：对原料无选择性，仪器简单，方法也简单；优点：对原料无选择性，仪器简单，方法也简单；缺点：易将无机氮缺点：易将无机氮,都归入蛋白质中都归入蛋白质中,不精确。不精确。样品含氮量平均在样品含氮量平均在16%，取其倒数，取其倒数100/16=6.25，即，即为蛋白质换算系数，其含义是样品中每存在为蛋白质换算系数，其含义是样品中每存在1g元素氮，就说元素氮，就说明含有明含有6.25g 蛋白质）；故：蛋白质）；故：蛋白质含量蛋白质含量=氮的量氮的量100/16 一、氨基酸一
4、、氨基酸 组成蛋白质的基本单位组成蛋白质的基本单位 存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余种余种，但组成但组成人体蛋白质的氨基酸仅有人体蛋白质的氨基酸仅有20种种.必需氨基酸和非必需氨基酸必需氨基酸和非必需氨基酸：必需氨基酸必需氨基酸包括亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、包括亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、色氨酸、赖氨苏氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、色氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸等酸、苯丙氨酸等8种。精氨酸和组氨酸为半必需种。精氨酸和组氨酸为半必需氨基酸。氨基酸。2 2、蛋白质的氨基酸组成蛋白质的氨基酸组成 （1 1）氨基酸的结构天然蛋白质中存在的氨基酸都是氨基酸的结构天然蛋
5、白质中存在的氨基酸都是L L-a a-氨基酸氨基酸 COOH|NH2 C H|R L-a-氨基酸 一种为脯氨酸脯氨酸，它也有类似结构，但侧链与氮原子相接形成亚氨基酸。除甘氨酸甘氨酸外，蛋白质中的氨基酸都具有不对称碳原子，都有L型与D一型之分，为区别两种构型构型，通过与甘油醛的构型相比较，人为地规定一种为L型，另种为D一型。当书写时NH2写在左边为L型，NH2在右为D一型。已知天然蛋白质中的氨基酸都属L型。1.非极性疏水性氨基酸（非极性疏水性氨基酸（7）甘丙缬亮异苯脯）甘丙缬亮异苯脯 2.极性中性氨基酸（极性中性氨基酸（8）色丝酪半蛋天谷苏）色丝酪半蛋天谷苏 3.酸性氨基酸（酸性氨基酸（2）天谷
6、）天谷 4.碱性氨基酸（碱性氨基酸（3）赖精组）赖精组（一）氨基酸的分类（一）氨基酸的分类（二）氨基酸的理化性质（二）氨基酸的理化性质 1.两性解离及等电点两性解离及等电点 氨基酸是两性电解质，其解离程度取决氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。于所处溶液的酸碱度。等电点等电点(isoelectric point,pI)在某一在某一pH的溶液中的溶液中，氨基酸解离成氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为成为兼性离子兼性离子，呈电中性呈电中性。此时溶液的此时溶液的pH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。pH=pI+OH-pHpI+
7、H+OH-+H+pHpI 氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子移阳离子移向阴极向阴极 阴离子移向阴离子移向阳极阳极 CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+2.紫外吸收紫外吸收 色氨酸（色氨酸（Trp W）、）、酪氨酸（酪氨酸（Try Y）的的最大吸收峰在最大吸收峰在 280 nm 附近。附近。大多数蛋白质含有大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基这两种氨基酸残基，所所以 测 定 蛋 白 质 溶 液以 测 定 蛋 白 质 溶 液280nm的光吸收值是分的光吸收
8、值是分析溶液中蛋白质含量的析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收 3.茚三酮反应茚三酮反应 氨基酸与茚三酮水合物共热氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成可生成蓝紫色蓝紫色化合物化合物，其最大吸收峰在其最大吸收峰在570nm处处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系关系，因此可作为氨基酸定量分析方法因此可作为氨基酸定量分析方法。氨基酸氨基酸 代谢库代谢库 食物蛋白质食物蛋白质 组织组织 蛋白质蛋白质 分解分解 体内合成氨基酸体内合成氨基酸 (非必需氨基酸非必需氨基酸)-酮酸酮酸 酮 体 氧化供能 糖 胺胺
9、 类类 氨 尿素 代谢转变代谢转变 其它含氮化合物其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等嘌呤、嘧啶等)合成合成 氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况 一、氨基酸的脱氨基作用一、氨基酸的脱氨基作用 脱氨基方式：脱氨基方式：氧化脱氨基氧化脱氨基 转氨基作用转氨基作用 联合脱氨基联合脱氨基 非氧化脱氨基非氧化脱氨基 转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和氧化脱氨基偶联 转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联 （一）、氧化脱氨基作用（一）、氧化脱氨基作用 L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶+H2O+NH3 NAD(P)+NAD(P)H+H+COOH CH2 CH2 C=O COOH COOH CH2 CH2 CH N
10、H2 COOH*L-谷氨酸脱氢酶：谷氨酸脱氢酶：活性强，分布于肝、肾及脑组织活性强，分布于肝、肾及脑组织 辅酶为辅酶为NADNAD+或或NADPNADP+专一性强，只作用于谷氨酸专一性强，只作用于谷氨酸 （二）、转氨基作用（二）、转氨基作用(transamination)(transamination)特点：特点：*没有游离的氨产生，但改变了氨基酸代谢库中各种氨基没有游离的氨产生，但改变了氨基酸代谢库中各种氨基酸的比例。酸的比例。*大多数氨基酸可参与转氨基作用，但大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸羟脯氨酸除外。除外。谷丙转氨酶谷丙转氨酶（GPTGPT）谷草
11、转氨酶谷草转氨酶(GOT)(GOT)谷丙转氨酶（谷丙转氨酶（GPTGPT）和谷草转氨酶（）和谷草转氨酶（GOTGOT）氨基酸氨基酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 H2O+NAD+转氨酶转氨酶 NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 *此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸非必需氨基酸的主要方式。的主要方式。*主要在肝、肾组织进行。主要在肝、肾组织进行。1 1、转氨基偶联氧化脱氨基作用转氨基偶联氧化脱氨基作用 苹果酸苹果酸 腺苷酸腺苷酸 代琥珀酸代琥珀酸 次黄嘌呤次黄嘌呤 核苷酸核苷酸 (IMP)(
12、IMP)腺苷酸代琥 珀酸合成酶 -酮戊酮戊 二酸二酸 氨氨基基酸酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸 转氨酶 1 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸 转氨酶 2 腺苷酸 脱氢酶 H2O NH3 延胡索酸延胡索酸 腺嘌呤腺嘌呤 核苷酸核苷酸 (AMP)(AMP)2 2、转氨基偶联嘌呤核苷酸循环、转氨基偶联嘌呤核苷酸循环 （二）、血氨的去路（二）、血氨的去路 在肝内合成尿素在肝内合成尿素 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物合成非必需氨基酸及其它含氮化合物 合成谷氨酰胺合成谷氨酰胺 肾小管泌氨：肾小管泌氨：分泌的分泌的NHNH3 3酸性条件下生成酸性条件下生成NHNH4 4+，随尿排出。，随尿排出。谷氨酸谷氨
13、酸 +NH3 谷氨酰胺谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶 ATP ADP+Pi 尿素的生成尿素的生成 1 1、生成部位：、生成部位：主要在肝细胞的主要在肝细胞的线粒体线粒体及及胞液胞液中。中。2 2、生成过程、生成过程 尿素的生成过程由尿素的生成过程由Hans Krebs Hans Krebs 和和Kurt Henseleit Kurt Henseleit 提出，称为提出，称为鸟氨酸循环鸟氨酸循环(orinithine cycle)(orinithine cycle)，又称，又称尿素尿素 循环循环(urea cycle)(urea cycle)或或KrebsKrebs-HenseleitH
14、enseleit循环循环。鸟氨酸循环鸟氨酸循环 2ADP+Pi CO2+NH3+H2O 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 2ATP N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸 Pi 鸟氨酸鸟氨酸 瓜氨酸瓜氨酸 精氨酸精氨酸 延胡索酸延胡索酸 氨基酸氨基酸 草酰乙酸草酰乙酸 苹果酸苹果酸-酮戊酮戊 二酸二酸 谷氨酸谷氨酸-酮酸酮酸 精氨酸代精氨酸代 琥珀酸琥珀酸 瓜氨酸瓜氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 ATP AMP+PPiAMP+PPi 鸟氨酸鸟氨酸 尿素尿素 线粒体 胞 液*原料：原料：2 2 分子氨，一个分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自于游离氨，另一个来自来自AspAsp（天冬氨酸天冬氨酸）；）；*过程：先在线粒体中进
15、过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行；行，再在胞液中进行；*耗能：耗能：3 3 个个ATPATP，4 4 个高个高能磷酸键。能磷酸键。蛋白质的结构蛋白质的结构 一级结构一级结构 (1)组成蛋白质的多肽链数目组成蛋白质的多肽链数目.(2)多肽链的氨基酸顺序，多肽链的氨基酸顺序，(3)多肽链内或链间二硫键的数目和位置。多肽链内或链间二硫键的数目和位置。其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能的基础。是蛋白质生物功能的基础。蛋白质的结构蛋白质的结构 二级结构二级结构-螺旋：多肽链中氨基酸残基以螺旋：多肽链中氨基酸残基以1000的角度围绕螺旋轴心盘的角
16、度围绕螺旋轴心盘旋上升旋上升，每每3.6个残基就旋转一圈个残基就旋转一圈，螺距为螺距为0.54nm；右手旋；右手旋转；多肽链内的氢键由肽链中一个肽键的转；多肽链内的氢键由肽链中一个肽键的-CO的氧原子与第的氧原子与第四个肽键的四个肽键的-NH的氢原子组成的氢原子组成，每个氢键所形成的环内共有每个氢键所形成的环内共有13个原子个原子，这种螺旋称为这种螺旋称为3.613-折叠：平行式折叠：平行式、反平行式反平行式。邻近两链以相反或相同方向平邻近两链以相反或相同方向平行排列成片层状行排列成片层状。两个氨基酸残基之间的轴心距离为两个氨基酸残基之间的轴心距离为0.35nm，-折叠结构的氢键是由两条肽链中的一条的折叠结构的氢键是由两条肽链中的一条的-CO基基与另一条与另一条-NH基之间所形成基之间所形成。二级结构还有二级结构还有-转角转角、自由回转自由回转（无规卷曲无规卷曲）蛋白质的结构蛋白质的结构 三级结构：三级结构：是指多肽链在二级结构、超二级结构、结构域是指多肽链在二级结构、超二级结构、结构域的基础上，进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象的基础上，进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象