医学生物化学 傅海燕 基础部生物化学与分子生物学教研室

绪 论 何谓生物化学? 生物化学学习什么内容？ 为什么学习生物化学？ 如何学好这门课？

何谓生物化学? 是研究生物体内化学分子与化学反应的科学,它在分子水平探讨生命现象的本质。 医学生物化学主要研究人体的生化，是重要的医学基础课程。

生物化学学习什么内容？ 生物大分子的结构与功能 物质代谢及其调节 基因的信息传递及其调控 器官组织生化----肝脏、血液、 糖蛋白与细胞外基质 维生素与微量元素

为什么学习生物化学？ 生物化学与其他基础医学研究的关系 方法 技术 药理 (抗生素) 病理(糖尿病) 生物化学与临床医学的关系 方法 技术 药理 (抗生素) 病理(糖尿病) 生物化学与临床医学的关系 疾病诊断 肝炎(肝功) 血友病 (因子Ⅷ ) 强制性脊柱炎 (B27) 疾病治疗 肿瘤的基因治疗 痛风 (别嘌呤醇) 疾病预防 乙肝疫苗 卡介苗等 发病机制研究 肿瘤 心血管 免疫性疾病

如何学好这门课？ 生物化学的特点 <1>内容分布 静态生化:生物分子的结构、性质、功能，很少涉及它们的变化，这些生物分子包括糖、脂、蛋白质、核酸、酶、激素、维生素等. 动态生化:讲的是这些生物分子的来龙去脉，即合成与分解. <2>特点 概念性描述性的内容居多，很少有推导性或计算性的内容. “死记” “巧记”

第一部分 生物分子的结构和功能 什么是生物分子？ 蛋白质是生命的基础。 核酸是遗传的基础。 第一部分 生物分子的结构和功能 什么是生物分子？ 分子较大，结构复杂，包括蛋白质、核酸、脂类、糖类等。 蛋白质是生命的基础。 核酸是遗传的基础。

第一部分 生物分子的结构和功能 主要内容 蛋白质的结构与功能 核酸化学 酶

Structure and Function 蛋白质的 结构与功能 Structure and Function of Protein

？什么是蛋白质 蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物

？蛋白质的生物学重要性 蛋白质是生物体重要组成成分 蛋白质具有重要的生物学功能 无处不在— 分布广：所有的组织细胞 含量多：细胞干重 50%± 分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。 含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。 1）作为生物催化剂（酶） 2）代谢调节作用 (激素） 3）免疫保护作用 （免疫球蛋白） 4）物质的转运和存储 （血红蛋白） 5）运动与支持作用 （胶原蛋白） 6）参与细胞间信息传递 （G蛋白） 无所不能— 生命活动中所有细胞功能 都离不开蛋白质

主要内容 蛋白质的分子组成 氨基酸和蛋白质的理化性质 蛋白质的分子结构 蛋白质分子结构与功能的关系

组成蛋白质的元素 主要有C、H、O、N和S 有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘

组成蛋白质的元素 2. 体内含N物主要是pr, 但也有非蛋白氮 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％ 凯氏定氮(N) ：30年代 精确 ：30年代 精确 1. pr中含N量平均16% 100克样品中蛋白质的含量 ( g % ) = 每克样品含氮克数× 6.25×100 由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量： 2. 体内含N物主要是pr, 但也有非蛋白氮 （尿酸，尿素，氨，a.a 等）

蛋白质的基本单位－氨基酸

蛋白质的基本单位－氨基酸 R H 甘氨酸 HOOC-CH2-CH2- 谷氨酸

人体蛋白质中的aa都为L型（L-α-aa） L型与D型, 甲醛分子为标准 存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。 人体蛋白质中的aa都为L型（L-α-aa）

构成人体蛋白质的20种aa 在DNA上有遗传密码 ？除构成蛋白质的20种aa 体内还有其他aa吗 COOˉ ︱ H3N+－C －H R — DNA编码的氨基酸 ？除构成蛋白质的20种aa 体内还有其他aa吗 — DNA不编码的aa?

氨基酸的分类 非极性疏水性氨基酸 (在水中的溶解度较小） 2. 极性中性氨基酸（比较溶于水） 甘氨酸；丙氨酸 ；缬氨酸 ；亮氨酸 ；异亮氨酸 ；苯丙氨酸 ；脯氨酸 2. 极性中性氨基酸（比较溶于水） 色氨酸;丝氨酸;酪氨酸;半胱氨酸 ;蛋氨酸 ;天冬酰胺 ;谷氨酰胺 ;苏氨酸 3.酸性氨基酸(R基团都有羧基，生理条件下带负电荷） 天冬氨酸；谷氨酸 4.碱性氨基酸(生理条件下带正电荷） 赖氨酸；精氨酸 ；组氨酸

非极性疏水性氨基酸 甘氨酸 glycine Gly G 5.97 丙氨酸 alanine Ala A 6.00 缬氨酸 valine Val V 5.96 亮氨酸 leucine Leu L 5.98 异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02 苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48 脯氨酸 proline Pro P 6.30

3. 酸性氨基酸 天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97 谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22 4. 碱性氨基酸 赖氨酸 lysine Lys K 9.74 精氨酸 arginine Arg R 10.76 组氨酸 histidine His H 7.59

特殊氨基酸 半胱氨酸 + -HH 二硫键 胱氨酸

芳香族AA：苯丙氨酸Phe、酪氨酸Tyr 和色氨酸Trp 蛋白质分子中Phe, Tyr和Trp残基的存在使得蛋白质在近紫外区(220-300nm)有特征性吸收 ＊ 苯丙氨酸的max＝257nm 酪氨酸的max＝275nm 色氨酸的max＝280nm

肽键与肽 肽键(peptide bond) 是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。

肽键与肽 -HOH 甘氨酰甘氨酸 肽键 +

肽键与肽 肽键的特点 肽键中，与Ｃ-Ｎ相连的O和H呈反式构型 C N O H C N O H （顺式） （反式）

肽键与肽 C N O H C-N单键为0.149nm C=N双键为0.127nm 肽键中Ｃ－Ｎ键长为0.132nm 具有部分双键性质 肽键的特点 C N O H C-N单键为0.149nm C=N双键为0.127nm 肽键中Ｃ－Ｎ键长为0.132nm 具有部分双键性质 不能自由旋转

肽单元 参与肽键组成的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，此同一平面上的6个原子构成了肽单元（酰胺平面）

多肽链的主链由许多酰胺平面组成，平面之间以碳原子相隔

肽键与肽 * 肽 由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物

* 寡肽(oligopeptide)、多肽(polypeptide) 肽键与肽 * 二肽、三肽…… * 寡肽(oligopeptide)、多肽(polypeptide) 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽…… 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。 多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。 * 氨基酸残基(residue) *多肽链(polypeptide chain) 、 主链、侧链

肽键与肽 N 末端：自由氨基的一端（氨基端） C 末端：自由羧基的一端（羧基端） N末端 C末端 牛核糖核酸酶

要 求 一、蛋白质的分子组成 （一）了解蛋白质的元素组成 掌握蛋白质元素组成特点及其在蛋白质含量计算中的运用。 （二）掌握蛋白质的基本结构单位—20种氨基酸 的结构通式、中文名称及其分类 掌握氨基酸、肽键、肽、主链、侧链、 多肽链N-端、C-端的概念。

主要内容 蛋白质的分子组成 氨基酸和蛋白质的理化性质 蛋白质的分子结构 蛋白质分子结构与功能的关系

氨基酸的理化性质 1. 两性电离的性质 R 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

氨基酸的理化性质 1. 两性电离的性质 pH<pI 阳离子 pH=pI 氨基酸的兼性离子 pH>pI 阴离子 +OH- +H+

氨基酸的理化性质 1. 两性电离的性质 等电点(isoelectric point, pI) 在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。

氨基酸的理化性质 1. 两性电离的性质 pH<pI 阳离子 pH=pI 氨基酸的兼性离子 pH>pI 阴离子 +OH- +H+

氨基酸的理化性质 2. 紫外吸收 色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在 280 nm 附近。 芳香族氨基酸的紫外吸收

氨基酸的理化性质 3. 茚三酮反应 氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。

氨基酸的理化性质 1. 两性电离的性质 2. 紫外吸收 色氨酸、酪氨酸 280 nm 定量 R 1. 两性电离的性质 等电点(isoelectric point, pI) 在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点 2. 紫外吸收 色氨酸、酪氨酸 280 nm 定量 3. 茚三酮反应 氨基酸与茚三酮水合物 570 nm 定量

蛋白质的理化性质 （一）蛋白质的两性电离 蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。

蛋白质的等电点( isoelectric point, pI) 　　当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。 生理条件下pH7.4蛋白质所带电荷？ 电泳技术 相同条件下不同蛋白质的分子量、电荷不同，同一电场中移动速度不同

（二）蛋白质的紫外吸收 由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定

（三）蛋白质的呈色反应 ⒈茚三酮反应(ninhydrin reaction) ⒉双缩脲反应(biuret reaction) 蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双缩脲反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。

（四）蛋白质的高分子性质与胶体性质 蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之巨，其分子的直径可达1～100nm，为胶粒范围之内。 超速离心：大小、形状不同---沉降速度 透析：孔径不同的透析袋 * 蛋白质胶体稳定的因素 颗粒表面电荷 水化膜

不沉淀 沉淀 不沉淀 水化膜 － + + － 带正电荷的蛋白质 在等电点的蛋白质 带负电荷的蛋白质 酸 碱 酸 碱 脱水作用 不稳定的蛋白质颗粒 酸 碱 不沉淀 沉淀 不沉淀

（五）蛋白质的变性、沉淀和凝固 维持蛋白质分子在水溶液中稳定、不易发生凝聚的因素 分散在溶液中的蛋白质分子发生凝聚，并从溶液中 水化膜：蛋白质分子表面亲水基团的存在 电荷： 正电荷或负电荷 分散在溶液中的蛋白质分子发生凝聚，并从溶液中 沉淀、析出的现象，称为蛋白质的沉淀。

常用的蛋白质沉淀法 盐析法 由于加入大量中性盐而破坏蛋白质的水化膜，中和所带的电荷，从而引起蛋白质的凝聚沉淀。 中性盐：硫酸铵、硫酸钠、亚硫酸钠和氯化钠 应用：分离蛋白质 不同蛋白质盐析时需要的盐浓度不同 血清球蛋白：半饱和硫酸铵溶液 清蛋白： 饱和硫酸铵

常用的蛋白质沉淀法 有机溶剂沉淀 有机溶剂如乙醇、甲醇、丙酮是脱水剂，能破坏蛋白质的水化膜而使蛋白质沉淀。 某些酸类沉淀 某些酸可与蛋白质的正离子结合成不溶性的盐沉淀，但沉淀的条件是PH<PI P NH3+ X- COOH P NH3+ COO- P NH3+ COOH H+ X-

常用的蛋白质沉淀法 重金属盐沉淀 重金属离子如铅、汞、银、铜等可与蛋白质的负离子结合，形成不溶性沉淀，但沉淀的条件是PH>PI。 P NH3 COO- P NH3 COOM P NH3+ COO- M+ OH- 加热凝固 加热使蛋白质变性，疏水基团暴露。

要 求 二、蛋白质的理化性质 （一）掌握蛋白质两性解离、等电点的概念及与其结构的 关系。 （二）掌握维持蛋白质亲水胶体稳定的两个因素。 掌握蛋白质沉淀的概念并熟悉沉淀的常用方法。 （三）了解蛋白质的颜色反应及吸收光谱特点。