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生化重点第1页共30页第二章蛋白质的结构和功能第一节蛋白质分子组成一、组成元素：N为特征性元素，蛋白质的含氮量平均为16%.-----测生物样品蛋白质含量：样品含氮量×6.25二、氨基酸1.是蛋白质的基本组成单位，除脯氨酸外属L-α-氨基酸，除了甘氨酸其他氨基酸的α-碳原子都是手性碳原子。2.分类：（1）非极性疏水性氨基酸：甘、丙、缬、亮、异亮、苯、脯，甲硫。（2）极性中性氨基酸：色、丝、酪、半胱、苏、天冬酰胺、谷氨酰胺。（3）酸性氨基酸：天冬氨酸Asp、谷氨酸Glu。（4）（重）碱性氨基酸：赖氨酸Lys、精氨酸Arg、组氨酸His。三、理化性质1.两性解离：两性电解质，兼性离子静电荷+10-1PH〈PIPH=PIPH〉PI阳离子兼性离子阴离子等电点：PI=1/2（pK1+pK2）2.紫外吸收性质：多数蛋白质含色氨酸、酪氨酸（芳香族），最大吸收峰都在280nm。3.茚三酮反应：茚三酮水合物与氨基酸发生氧化缩合反应，成紫蓝色的化合物，此化合物最大吸收峰为570nm波长。此反应可作为氨基酸定量分析方法。四、蛋白质分类：单纯蛋白、缀合蛋白（脂、糖、核、金属pr）五、蛋白质分子结构1.肽：氨基酸通过肽键连接构成的分子肽肽键：两个氨基酸α氨基羧基之间缩合的化学键（—CO—NH—）2.二肽：两分子氨基酸借一分子的氨基与另一分子的羧基脱去一分子的水缩合成3.残基：肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而残缺，故被称为氨基酸残基。4.天然存在的活性肽：（1）谷胱甘肽GSH：谷，半胱，甘氨酸组成的三肽①具有还原性，保护机体内蛋白质或酶分子免遭氧化，使蛋白质或酶处于活性状态。②在谷胱甘肽过氧化物酶催化下，GSH可还原细胞内产生的过氧化氢成为水，同时，GSH被氧化成氧化性GSSG，在谷胱甘肽还原酶作用下，被还原为GSH③GSH的硫基具有噬核特性，能与外源性的噬电子毒物（如致癌物，药物等）结合，从而阻断，这些化合物与DNA,RNA或蛋白质结合，以保护机体（解毒）（2）多肽类激素及神经肽①促甲状腺激素释放激素TRH②神经肽：P物质（10肽）脑啡肽（5肽）强啡肽（17肽）第二节蛋白质的分子结构一级二级三级四级定义蛋白质中氨基酸的数目及排列顺序蛋白质分子中多肽链骨架中原子的局部空间排列，不涉及侧链空间排布二级结构进一步盘曲折叠成具有一定规律的三维空间结构亚基与亚基间呈特定的三维空间排布，并以非共价键相连接形式a-螺旋（上升一圈3.6个,螺距0.54nm，直径0.5nm）β-折叠（正向0.6，反,0.7）β-转角，无规卷曲，超二级卷曲结构域：蛋白质构象中特定的区域。是由多肽链上相邻的超二级结构的紧密相联）。形成的结构区域）亚基（完整的三级结构）键肽键（主）二硫键（次）氢键疏水作用，离子氢键，范德华力疏水作用，盐键和氢键意义是蛋白质空间构象和特异性生物活性的基础，但不是决定空间构象的唯由一级结构决定，发挥特殊生理功能相对分子质量大的蛋白质常分为多个结构域执行不同功能生化重点第2页共30页一因素短距离效应长距离效应超二级结构：即模体（motif），指在多肽链内顺序上相互临近的二级结构常常在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成规则的二级结构聚合体。蛋白质的分类：1.根据组分：（1）单纯蛋白质（2）缀合蛋白：脂、糖、核、金属pr（非蛋白部分为结合蛋白的辅基）2.形状和空间构象：（1）纤维状：长轴和短轴之比大于10，不溶于水，韧性——支架和外保护（2）球状：水溶性较好，结构更复杂——酶和调控蛋白第三节蛋白质结构与功能的关系一、一级结构是空间构象的基础1.空间构象遭破坏的核糖核酸酶只要一级结构未被破坏，就可能恢复到原来的三级结构，功能依然存在。2.一级结构是功能的基础。不同种属来源pr相似的一级结构（序列同源现象）具有相似的功能→同源蛋白质。3.一级结构改变与分子病分子病：蛋白质分子发生变异所导致的疾病，为基因突变导致。镰刀形贫血：谷氨酸→缬氨酸二、蛋白质空间结构与功能的关系1.蛋白质的功能依赖于特定的空间结构2.蛋白质在不改变一级结构的前提下，通过变构（配体物质与蛋白质非共价键结合改变构象）可以改变活性三、蛋白质空间的结构改变与疾病1.因蛋白质折叠错误或折叠不能导致构象变化引起的疾病，成为蛋白质构象病2.朊病毒：查不到任何核酸，对各种理化作用有很强抵抗力，传染性极强的蛋白质颗粒。（1）细胞型（正常型）：表达于脊椎动物细胞表面，存在于a-螺旋。（2）瘙痒性（致病型）：是PrPc异构体，可胁迫PrPc转化为PrPSc，实现自我复制，并产生病理效应。四、蛋白质的理化性质：两性解离①两端氨基和羧基+侧链某些基因解离②若溶质pHpI蛋白质带正电荷③若溶液pHpI蛋白质带负电荷④若溶液pH=pI，为兼性离子，电荷为0等电点体内蛋白质的各种PI不同，多接近5.0紫外吸收含肽键220nm和芳香族氨基酸280nm处吸光度的测定，常用于蛋白质的定量双缩脲反应呈紫色反应，用于检测蛋白质的水解程度透析蛋白质是生物大分子不易透过半透膜，通过半透膜纯化含小分子杂质的蛋白质变性破坏共价键和二硫键，若一级结构未被破坏，轻微变性后可因去除变性因素而恢复活性（复性）沉淀除去蛋白质的水化膜并中和其电荷，可发生沉淀凝固蛋白质被强酸强碱变性后，仍能溶于强酸或强碱溶液中，若将强酸或强碱溶液的PH值调至等电点，变性蛋白质结成不溶絮状物，称结絮。若再加热紫状物变得更为坚固，不易再溶于强酸强碱中。（凝固）变性变性的蛋白质不一定沉淀，沉淀的蛋白质不一定变性，但变性的蛋白质易沉淀，凝固的蛋白质均已变性，而且不再溶解。五．蛋白质的分离与纯化：1.提取：破碎组织和细胞，将蛋白质溶解于溶液中的过程称为蛋白质的提取。2.纯化：将溶液中的蛋白质相互分离而取得单一蛋白质组分的过程。3.改变蛋白质溶解度使其沉淀的方法：（1）盐析：用高浓度的中性盐将蛋白质从溶液中析出。Eg：硫酸铵硫酸钠氯化钠。原理：夺取蛋白质周围的水化膜，破坏其稳定性。（2）加入有机溶剂Eg：丙酮正丁醇乙醇甲醇。原理：降低溶液的介电常数，使蛋白质相互吸引。四补充一、氨基酸分类1.带脂肪烃侧链的氨基酸：丙，缬，亮，异亮2.含芳香环：苯丙芳香族：酪，色3.含硫：甲硫氨酸④含疏基：半胱氨酸都含有共轭双键→紫外光吸收性质生化重点第3页共30页嘌呤腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）嘧啶尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）4.亚氨基酸：脯氨酸⑥含羟基：丝苏5.含酰胺基：谷氨酰胺，天冬酰胺⑧含羧基（酸性带负电）：天冬氨酸，谷氨酸二、肽1.多肽链两端：自由氨基（氨基末端，N端），羧基（羧基末端，C端）。2.多肽命名：N端→C端3.多肽中肽链4个原子（C,O,N,H）和相邻两个a碳原子等6个原子位于同一酰胺平面，构成肽单元（PeptideUnit）。4.抗生素肽：抑制，杀死细菌的多肽第三章核酸的结构和功能核酸是一类含磷的生物大分子化合物，携带和传递遗传信息，为生命的最基本物质之一。根据组成不同，可分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。第一节核酸的化学组成及一级结构核酸分子的元素组成为C，H，O，N和P，基本单位为核苷酸。（也称单核苷酸）一、核苷酸核苷酸完全水解可释放出等摩尔量的含氮碱基，戊糖（脱氧戊糖）和磷酸。1.碱基（1）存在于DNA分子中：A，T，C，G；存在于RNA中：A，U，C，G。（2）此外，核酸还含有一些含量很少的碱基，种类很多，大多数为甲基化碱基。2.戊糖（1）核糖构成RNA，脱氧核糖构成DNA；（2）RNA分子较DNA分子更易发生水解，因此不如DNA稳定。3.核苷（1）碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接成核苷（脱氧核苷）。（2）核苷：AR，GR，UR，CR（3）脱氧核苷：Dar，dGR,dTR,dCR.4.单核苷酸（1）核苷（脱氧核苷）和磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）①核苷酸：AMP，GMP，UMP，CMP②脱氧核苷酸。dAMP,dGMP,dTMP,dCMP.。③重要的核苷酸衍生物④多磷酸核苷酸：NTP（三核酸核苷），NDPC（二磷酸核苷⑤环化核苷酸：cAMP（3’,5’-环腺甘酸）cGMP（3’,5’-环鸟苷单核苷酸磷酸核苷（脱氧核苷）戊糖（脱氧戊糖）碱基（嘌呤碱，嘧啶碱）核酸核酸DNARNAmRNAtRNArRNA生化重点第4页共30页核心颗粒连接区DNA（约146bp）组蛋白八聚休连接区DNA（约60bp）H1核小体酸）二、核酸的一级结构1.定义：核酸中核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基的不同，所以也称为碱基序列。2.核苷酸之间以3´，5´磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，且多核苷酸链是有方向性的。书写方法：左端标出5’末端，右侧为3’末端例如：5’ACTGCT3’第二节DNA的空间结构和功能一、DNA的二级结构——双螺旋结构模型DNA双螺旋结构的特点1.DNA分子由两条反向平行但走向相反的脱氧多核苷酸链组成，两链以一脱氧核苷酸-磷酸，为骨架，以右手螺旋方式绕同一公共轴盘螺旋，直径为2nm，形成大沟和小沟相间，碱基垂直螺旋轴居双螺旋内侧，与对侧碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T，C=G），相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10对碱基。2.DNA双螺旋结构的稳定主要由互补碱基对之间的氢键和碱基堆积力来维持。氢键主持双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性。3.DNA双螺旋结构的多样性DNA双螺旋结构是DNA分子在水性环境和生理环境下最稳定的结构，但当改变溶液的离子浓度或相对温度时，DNA结构会发生改变。二、DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装1.DNA超双螺旋结构（1）超螺旋结构：DNA双螺旋链再盘绕成超螺旋结构；（2）正超螺旋：盘绕方向与DNA双螺旋方向相同（2）负超螺旋：盘绕方向与DNA双螺旋方向相反2.原核生物DNA是环状超螺旋结构3.真核生物DNA在核内的组装真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位是核小体，（1）核心颗粒：由长146bp的双螺旋DNA以超螺旋方式缠绕组蛋白八聚休1.8圈组成。（2）连接区：由连接区DNA和组蛋白H1组成。（3）连接区DNA：连接相邻两个核心颗粒。（4）组蛋白①组蛋白种类：H1，H2A，H2B，H3，H4②组蛋白八聚体（核心组蛋白）由各2分子H2A，H2B，H3，H4组成八聚体（5）真核生物染色体DNA组装不同层次的结。（6）染色体是由DNA和蛋白质构成的不同层次缠绕线和螺线管结构三、DNA的功能1.DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活的信息基础。2.基因就是指在染色体上占有一定位置的遗传的基本单位或单元。3.基因组是指来自一个遗传体系的一整套遗传信息。4.此外，真核细胞还有线粒体和叶绿体，分别含有线粒体DNA和叶绿体DNA，属于核外遗传物质。第三节RNA的功能和结构RNA的种类、分布和功能细胞核和胞液线粒体功能核蛋白体RNArRNAmtrRNA核蛋白体组分信使RNAmRNAmtrRNA蛋白质合成模板核内不均一RNAHnRNA成熟mRNA的前体核内小RNASnRNA参与HnRNA的剪接、转运核仁小RNASnoRNArRNA的加工、修饰胞浆小RNAScRNA/TSL-RNA蛋白质肉质网定位合成的信号识别体组分转运RNAtRNAmttRNA转运氨基酸一、信使RNA的结构与功能mRNA的结构特点1.大多数真核mRNA的5’末端均在转录后加上一个甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C2’也是甲基化，形成帽子结构。生化重点第5页共30页2.大多数真核mRNA的3’末端有一个多聚腺苷酸（polyA）结构，称为多聚A尾5’m7Gppp———AUG————————UAG——————AAUAAA———poly(A)3’3.帽子结构和多聚A尾的功能（1）mRNA核内向胞质的移位（2）mRNA的稳定性维系（3）翻译超始的调控4.mRNA的功能：转录核内DNA遗传信息的碱基排列顺序，并携带至细胞质，指导蛋白质合成的氨基酸排列顺序二、转运RNA的结构和功能1.tRNA分子中含有较多的稀有碱基，含10-20%稀有碱基，如D