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Welcome to Biochemistry 张英 Tel:
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绪 论 Biochemistry: Neuberg ,1903 Chemistry of life
绪 论 Biochemistry: Neuberg ,1903 Chemistry of life 运用化学和物理学及生物学原理和技术，主要是化学原理来研究生命现象的学科。 生物化学研究的最终目的是在分子水平揭示生命活动的本质，以及致病机制和治疗原理。
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一 、生物化学的内容 1.叙述生化： 组成与结构 2.动态生化： 代谢与调控 3.功能生化： 结构与功能
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1. 叙述生化：组成与结构 水 蛋白质 脂类 无机盐 糖类 核酸 生物体组成分（%） ：
水 蛋白质 脂类 无机盐 糖类 核酸 微量 三大营养素： 蛋白质 脂类 糖类
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2. 动态生化： 代谢与调控 代谢：生物体与环境的物质交换 体现生命 维持生命 调控：为适应环境的变化而改变代谢的机制
糖，蛋白质，脂肪：氧化产生ATP 核酸，胆固醇，磷脂，维生素：参与机体结构和功能
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3. 功能生化： 结构与功能 细胞水平和分子水平 各异的生命决定于各异的结构 不同的功能具有不同的结构 蛋白质的结构与功能 核酸的结构与功能
分子生物学 蛋白质的结构与功能 核酸的结构与功能
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二、 生物化学的重要性 重要性在于生物化学的应用性 三多: 每年发表论文 诺贝尔奖获得者 生化科学家 生物学的普通语言──世界语言
三多: 每年发表论文 诺贝尔奖获得者 生化科学家 生物学的普通语言──世界语言 基础医学的关键学科
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三、 生物化学的学习方法 三难： 体内参与反应的物质多，记忆难 代谢反应途径多，功能各异，入门难 大分子的结构与功能之间的关系复杂，理解难
1.代谢通路与酶相联系 2.前后内容对照学 3.整体内容贯穿起来再复习
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课程学习安排 本学期：生物化学（一） 内容：大分子结构与功能 三大代谢 肝胆生化 下学年第一学期：生物化学（二）
内容：遗传信息的流动、生物信息的传导 双语教学* 课程进度表 网址：
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参考书 Harper’s Biochemistry 26th ed. Murray et al,2003
Lehninger Principles of Biochemistry,4th ed.Dalid et al,2005 Biochemistry，3rd ed.Donald Voet et al, 2003 王镜岩主编：《生物化学》3版，2002，高等教育出版社
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Amino Acids，Peptides and Proteins
第四章 氨基酸、多肽与蛋白质 Amino Acids，Peptides and Proteins
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1833年，Payen和Persoz分离出淀粉酶。
1864年，Hoppe-Seyler从血液分离出血红蛋白，并将其制成结晶。 19世纪末，Fischer证明蛋白质是由氨基酸组成的，并用氨基酸合成了多种短肽 。 1938年，德国化学家Gerardus J. Mulder引用“Protein” 一词来描述蛋白质。
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1951年, Pauling采用X（射）线晶体衍射发现了蛋白质的二级结构——α-螺旋(α-helix)。
1953年，Frederick Sanger完成胰岛素一级序列测定。 1962年，John Kendrew和Max Perutz确定了血红蛋白的四级结构。 20世纪90年代以后，后基因组计划。
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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） 相连形成的大分子含氮化合物。
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蛋白质的生物学重要性 1. 蛋白质是生物 体重要组成成分 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％。
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2. 蛋白质具有重要的生物学功能 3. 氧化供能 1）作为生物催化剂（酶） 2）代谢调节作用 3）免疫保护作用 4）物质的转运和存储
5）运动与支持作用 6）参与细胞间信息传递 3. 氧化供能
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第一节 氨基酸 Amino Acids
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一、组成人体的20种氨基酸均属于L-α-氨基酸
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C + N H 3 O - L--氨基酸的通式 （R为侧链） R H
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氨基酸分类 疏水性氨基酸 极性氨基酸 脂肪族氨基酸 芳香族氨基酸 中性氨基酸 酸性氨基酸 碱性氨基酸
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二、20种氨基酸的侧链结构及极性迥然不同 (一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸
此类氨基酸有丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸。 此类氨基酸在水溶液中溶解度小。
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氨基酸分类（一）
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中性氨基酸有甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。
氨基酸分类（二） Gly
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(三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸
此类氨基酸有苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸，其侧链分别有苯基、酚基和吲哚基。 氨基酸分类（三）
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(四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸
此类氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸，其侧链都含有羧基，均可解离而带负电荷。 氨基酸分类（四）
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(五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸
此类氨基酸有赖氨酸、精氨酸和组氨酸，其侧链分别含有氨基、胍基和咪唑基，均可发生质子化，使之带正电荷。 氨基酸分类（五）
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几种特殊氨基酸 脯氨酸 （亚氨基酸）
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半胱氨酸 + -HH 二硫键 胱氨酸
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修饰性氨基酸 羟赖氨酸HO-Lys 羟脯氨酸HO-Pro 苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸磷酸化 丝氨酸糖基化 天冬酰胺糖基化
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三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质 （一）氨基酸具有两性解离性质 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。
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+OH- +OH- +H+ +H+ pH>pI pH<pI pH=pI 阳离子 氨基酸的兼性离子 阴离子
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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。
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（二） 氨基酸具有特征性的滴定曲线 甘氨酸滴定曲线
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（三）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质
色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在 280nm 附近。 大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。 芳香族氨基酸的紫外吸收
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（四） α-氨基参与多种化学反应 醛 氨基酸 Schiff碱
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（五）氨基酸的α-氨基与α-羧基共同参与茚三酮反应
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。
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（六）一个氨基酸的羧基可与另一个氨基酸的氨基反应成肽
氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而生成二肽，多个氨基酸缩合生成多肽。
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多肽和蛋白质 Polypeptides and Proteins
第二节 多肽和蛋白质 Polypeptides and Proteins
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一、多肽和蛋白质是氨基酸的多聚体 （一）氨基酸是多肽与蛋白质的基本组成单位
氨基酸通过肽键(peptide bond) 相互连接而形成多肽和蛋白质。 肽键是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。
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+ -HOH 甘氨酰甘氨酸 肽键
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* 肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。
* 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)。
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* 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。
多肽链有方向性： 氨基末端（amino terminal）或 N 末端：多肽链中有自由氨基的一端 羧基末端（carboxyl terminal）或C 末端：多肽链中有自由羧基的一端 多肽链从氨基末端走向羧基末端。
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N末端 C末端 牛核糖核酸酶
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（二）体内存在多种重要的生物活性肽 1.谷胱甘肽是体内重要的还原剂 谷胱甘肽 (glutathione, GSH)
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H2O2 2GSH NADP+ GSH过氧化物酶 GSH还原酶 2H2O GSSG NADPH+H+
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2.体内有许多激素属寡肽或多肽
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3. 神经肽是脑内一类重要的肽 在神经传导过程中起重要作用的肽类称为神经肽(neuropeptide)。
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二、蛋白质的分子组成和结构极其复杂 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 。
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蛋白质元素组成的特点： 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。 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： 100克样品中蛋白质的含量 ( g % ) = 每克样品含氮克数× 6.25×100 1/16%
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(一)蛋白质根据分子组成分为单纯蛋白质和结合蛋白质两类
根据蛋白质组成成分，可分为： 单纯蛋白质（simple protein） 结合蛋白质 = 蛋白质部分 + 非蛋白质部分 （conjugated protein） 辅基 （prosthetic group）
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结合蛋白质及其辅基 分类 辅基 举例 脂蛋白 脂类 血浆脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等） 糖蛋白 糖基或糖链 胶原蛋白、纤连蛋白等
核蛋白 核酸 核糖体 磷蛋白 磷酸基团 酪蛋白（casein） 血红素蛋白 血红素（铁卟啉） 血红蛋白、细胞色素c 黄素蛋白 黄素核苷酸（FAD、FMN） 琥珀酸脱氢酶 金属蛋白 铁 铁蛋白 锌 乙醇脱氢酶 钙 钙调蛋白 锰 丙酮酸羧化酶 铜 细胞色素氧化酶
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根据蛋白质形状，可分为： 纤维状蛋白质 形状决定性质 球状蛋白质 根据蛋白质结构与功能的关系，可分为： 超家族（super family）
亚家族（subfamily） 1，鸡蛋和羊毛水中溶解度比较 2，同源性
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(二)蛋白质分子结构可区分为4个层次 一级结构(primary structure) 二级结构(secondary structure)
三级结构(tertiary structure) 四级结构(quaternary structure) 高级结构 或 空间构象(conformation)
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三、氨基酸残基的排列顺序决定蛋白质的一级结构
蛋白质一级结构(primary structure)是指蛋白质分子中，从N端到C端的氨基酸排列顺序。 形成一级结构的化学键： 肽键（主要化学键） 二硫键
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一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。
胰岛素空间结构 目 录
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四、多肽链中的局部特殊构象是蛋白质的二级结构
蛋白质二级结构(secondary structure)是指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。
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蛋白质二级结构的主要形式： -螺旋 ( -helix ) -折叠 ( -pleated sheet ) -转角 ( -turn ) 无规卷曲 ( random coil ) 维系二级结构的主要化学键： 氢键
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（一）肽键是一个刚性的平面 参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 (peptide unit) 。
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（二）-螺旋是常见的蛋白质二级结构
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α-螺旋 连续排列的酰胺平面旋转形成面螺旋 右手螺旋 酰胺平面与螺旋的长轴平行 一个AA0.15nm,每3.6个为一圈(0.54nm)
螺旋借助相邻两圈之-NH---CO-稳定 AA的侧链伸向螺旋外侧 AA的大小和电荷可以影响螺旋的形成
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（三）-折叠使多肽链形成片层结构
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β-折叠 较为伸展,酰胺平面以锯齿状排列 两个片段可以是平行或反平行 AA间距 平行 0.65nm 反平行 0.67nm
只有片段间氢键,无片段内氢键 AA的侧链伸向锯齿状结构的外侧 小侧链的AA有利于β-折叠的生成 羊毛和真丝弹性比较
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（四）-转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在
无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。
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（五）模体是蛋白质的超二级结构 超二级结构：2个或2个以上二级结构组合， αα，βαβ，ββ 在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，并发挥专一的功能 ，被称为模体(motif)。
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模体(motif)： 数个至数十个AA组成的具有自身相对独立构象和功能的小区域，模体可构成结构域，也可独立存在。
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钙结合蛋白中结合钙离子的模体 锌指结构(zinc finger)
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各种蛋白激酶：以ATP为底物，其ATP结合模体相同。 氨基酰~tRNA合成酶也以ATP为底物，其ATP结合模体与上大不相同。
1？
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几种蛋白激酶C的模体 PS CRR1 CRR2 CaBS ABS DFG PBS 21 22 207 23 305
H2N-RKGALR--CX2CX13CX2CX2VX41CX2CX13CX2CX2N ■ COOH /3 I/Ⅱ H2N-RKGALR--CX2CX13CX2CX2VX41CX2CX13CX2CX2N ■ COOH H2N-RKGALR--CX2CX13CX2CX2VX41CX2CX13CX2CX2N ■ COOH H2N------RRGAIK--CX2CX13CX2CX2AX48CX2CX13CX2CX2N-----■ COOH H2N RQGAVR--CX2CX14CX2CX2VX48CX2CX13CX2CX2N ■ COOH H2N-RRGARR--CX2CX13CX2CX2L-----■ COOH
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几种蛋白激酶C的模体 PS：假底物模体 RKGALR ，用于阻断酶活性中心与底物的结合。 真底物 RXXSXR
CRR1、CRR2：富含Cys，与激活剂结合，如：DG、PMA等。 CaBS：钙结合位点，受钙离子调节 ABS：ATP结合模体 DFG： Asp-Phe-Gly催化位点 PBS：蛋白质结合模体
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唾液酸转移酶：50AA唾液酰模体，与底物CMP-SA结合。
半乳糖转移酶：CX5-6K(R)DKKND(G)，底物UDP-Gal 结合模体。 弗林蛋白酶：定位于TGN，或细胞膜及胞外基质，通过胞饮回TGN，有二个模体。 四肽模体：与胞饮有关，YKGL,不同生物完全保守，普遍存在于通过胞饮作用循环于胞膜及高尔基体的膜蛋白上。 酸性膜体：膜上定位，CPSDSEEDEG,也存在于某些膜蛋白中。可能与在膜上的定位有关。
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模体与功能 相同的模体表现出相同的功能，因此，不同蛋白质只要有部分相似功能就可能具有相似的膜体。
具有不同功能的蛋白质其模体不同，即使是同一类蛋白质也表现出不同的性质。
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（六）氨基酸残基的侧链可影响二级结构的形成
蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋或β-折叠，它就会出现相应的二级结构。 这是氨基酸残基的侧链的相互作用可稳定或去稳定相应的二级结构的原因。
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天冬酰胺、亮氨酸的侧链很大，也会影响α-螺旋形成。
一段肽链有多个酸性氨基酸残基相邻，则在pH7.0时这些残基的游离羧基都带负电荷，彼此相斥，妨碍α-螺旋的形成。同样，多个碱性氨基酸残基在一肽段内，由于正电荷相斥，也妨碍α-螺旋的形成。 天冬酰胺、亮氨酸的侧链很大，也会影响α-螺旋形成。 脯氨酸的结构不利于形成α-螺旋。 ？？？ 形成β-折叠的肽段要求氨基酸残基的侧链较小，才能容许两条肽段彼此靠近。
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五、多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成蛋白质三级结构
（一）三级结构是指整条多肽链的空间分布 蛋白质的三级结构(tertiary structure)是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。
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肌红蛋白 (Mb) 的三级结构 N 端 C端 153 AA 1 Heme A~H八段α-螺旋 无-S-S-键 功能：储存O2
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(二) 维持三级结构稳定主要依靠非共价键 蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠弱的相互作用力或称非共价键、次级键，主要有氢键、 Van der Waals力、疏水作用、和离子键等。
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（三）三级结构可含有功能各异的结构域 大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为结构域(domain) 。 纤连蛋白分子的结构域
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3-磷酸甘油醛脱氢酶
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(四) 根据结构域可对蛋白质进行分类 根据结构域可将球状蛋白质分为4类： 反平行α螺旋结构域（全α-结构）
平行或混合型β折叠片结构域（α，β-结构） 反平行β折叠片结构域(全β-结构) 富含金属或二硫键结构域（不规则小蛋白质结构）
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A. 全α-结构域 B. 平行或混合型β折叠片结构域
C. 全β-结构域 D. 富含二硫键结构域
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结构域与功能 催化结构域：功能相近者相似 调节结构域：调节因子不同，故相似者甚少。 结构域的存在可很好解释多功能酶的作用机制。
不同酶分子上存在着不同的结构域，故功能不同。 相同的结构域存在于不同酶分子上，可推测其具有部分相同功能。
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蛋白激酶 PKA PKG PKC EGFR 肌球蛋白 同源性 催化亚基 C侧催化域 N侧催化域 + 调节亚基 N侧调节域 C侧调节域
轻链激酶 催化亚基 C侧催化域 N侧催化域 调节亚基 N侧调节域 C侧调节域 ATP结合区段，Asp-Phe-Gly催化位点，蛋白质底物结合位点
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脂肪酸合成酶 乙酰CoA羧化酶 乙酰转移酶 转酰基酶 酮脂酰合成酶 酮脂酰还原酶 生物素羧基结合蛋白 生物素羧化酶
羟脂酰脱水酶 , 烯脂酰还原酶 硫脂酶 7个结构域构成24万大分子，以二分子聚合才能催化反应 生物素羧基结合蛋白 生物素羧化酶 羧基转移酶 别构调节中心
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结构域与功能 功能相近者具有相似的结构域 不同结构域具有不同功能 多功能要求多结构域
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（五）分子伴侣参与蛋白质的折叠 分子伴侣(chaperone)通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。
* 分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。 * 分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。 * 分子伴侣对于蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。
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详见下学期蛋白质生物合成 伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用
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六、某些蛋白质具有四级结构形式 有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基 (subunit)。
蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。 亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。
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（二）亚基通过亚基间的相互作用联系在一起
血红蛋白的四级结构 由2个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分子结构相同，称之为同二聚体(homodimer)，若亚基分子结构不同，则称之为异二聚体(heterodimer)。
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（三）生物体内有很多由多亚基组成的蛋白质
生物体内许多蛋白质往往由多个亚基组成，亚基之间凭借次级键形成蛋白质四级结构。 胰岛素受体：由4个亚基组成(α2β2) ，α亚基与β亚基形成单体(monomer)，2个单体形成二聚体(dimer)。
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血红蛋白的一、二、三、四级结构
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蛋白质结构与功能的关系Structure and Function of Proteins
第三节 蛋白质结构与功能的关系Structure and Function of Proteins
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一、一级结构是高级结构与功能的基础 （一）一级结构是空间构象的基础 牛核糖核酸酶的一级结构 二硫键
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天然状态，有催化活性 去除尿素、 β-巯基乙醇 尿素、 β-巯基乙醇 非折叠状态，无活性
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（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能
一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能也相似。
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氨基酸残基序号 胰岛素 ─────────────── A A A B30 人 Thr Ser Ile Thr 猪 Thr Ser Ile Ala 狗 Thr Ser Ile Ala 兔 Thr Gly Ile Ser 牛 Ala Gly Val Ala 羊 Ala Ser Val Ala 马 Thr Ser Ile Ala
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促肾上腺皮质激素(ACTH)和促黑激素(α-MSH, β-MSH)共有一段相同的氨基酸序列，因此，ACTH也可促进皮下黑色素生成但作用较弱。
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(三)氨基酸序列提供重要的生物化学信息 一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素c(cytochrome c)，比较它们的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。
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从细胞色素c的一级结构看生物进化 物种进化过程中越接近的生物，细胞色素的一级结构越相似
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（四）重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病
例：镰刀形红细胞贫血 N-val · his · leu · thr · pro · glu · glu · · · · ·C(146) HbS β 肽链 HbA β 肽 链 N-val · his · leu · thr · pro · val · glu · · · · ·C(146) 这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。
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二、蛋白质空间结构表现功能 (一)血红蛋白构象改变引起功能变化 1. 肌红蛋白/血红蛋白含有血红素辅基 血红素结构
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肌红蛋白(myoglobin，Mb) 肌红蛋白是一个只有三级结构的单链蛋白质，有8段α-螺旋结构。
血红素分子中的两个丙酸侧链以离子键形式与肽链中的两个碱性氨基酸侧链上的正电荷相连，加之肽链中的F8组氨酸残基还与Fe2+形成配位结合，所以血红素辅基与蛋白质部分稳定结合。
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血红蛋白(hemoglobin，Hb) 血红蛋白具有4个亚基组成的四级结构。
Hb各亚基的三级结构与Mb极为相似。Hb亚基之间通过8对盐键，使4个亚基紧密结合而形成亲水的球状蛋白。
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2. 血红蛋白的构象变化影响结合氧的能力 Hb与Mb一样能可逆地与O2结合， Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度, pO2 ）随O2浓度变化而改变。
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肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线
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Hb与Mb的氧饱和曲线 氧合Hb (Mb)与pO2的关系 Hb ：S状曲线 Mb ：直角双曲线 S状曲线提供了一个灵敏可调的范围(低pO2)和一个平坦不可调的范围(高pO2)。
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意义： 肺部pO2较高，在一定范围内变化时，不至于太大地影响氧饱和度。(80-100) 组织 pO2 较低，略有变 化，即可获得饱和度的变化，充分地获氧。(20-40mmHg)
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结构与功能的关系 一级结构决定构象 空间构象决定功能： , 亚基与Mb的三级结构相似，结合O2。 不同来源的Hb其三,四级结构相似,运输O2 Hb：四亚基，运输O2 Mb：单亚基，储存O2
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别位效应(allosteric effect)
X射线衍射图： Hb与HbO2构象不同 定义：某些因素作用于蛋白质时，可结合至蛋白质的某一部位，而使此蛋白质构象发生改变，从而调节该蛋白质的活性。 Hb：别位蛋白 O2：别位效应剂 别位效应具有普遍性
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协同效应(cooperativity) 一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。 如果是促进作用则称为正协同效应 (positive cooperativity) 如果是抑制作用则称为负协同效应 (negative cooperativity)
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血红素与氧结合后，铁原子半径变小，就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链位置的变动。
O2
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（二）蛋白质构象改变可导致构象病 蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。
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蛋白质构象改变导致疾病的机制：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。
这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨丁顿舞蹈病、疯牛病等。
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疯牛病 疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。 正常的PrP富含α-螺旋，称为PrPc。 PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β-折叠的PrPsc，从而致病。 PrPc α-螺旋 PrPsc β-折叠 正常 疯牛病
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Chemical and Physical Properties of Proteins
第四节 蛋白质的理化性质 Chemical and Physical Properties of Proteins
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一、蛋白质具有两性电离性质 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。
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二、蛋白质具有胶体性质 蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之间，其分子的直径可达1～100nm，为胶粒范围之内。
蛋白质胶体稳定的因素： 颗粒表面电荷 水化膜
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溶液中蛋白质的聚沉 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 带正电荷的蛋白质
不稳定的蛋白质颗粒 酸 碱 溶液中蛋白质的聚沉
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三、很多因素可引起蛋白质变性 蛋白质的变性(denaturation)
在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。
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变性的本质 —— 破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。 造成变性的因素 如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等 。
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应用举例 临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。 此外, 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。
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蛋白质的复性(renaturation)
若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性 。
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天然状态，有催化活性 去除尿素、 β-巯基乙醇 尿素、 β-巯基乙醇 非折叠状态，无活性
125
蛋白质沉淀 在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。 变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。 蛋白质的凝固作用(protein coagulation) 蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。
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四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰 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。
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五、蛋白质呈色反应可用于溶液蛋白质测定 （一）蛋白质经水解后产生茚三酮反应
蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应(ninhydrin reaction) 。
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（二）肽链中的肽键可与双缩脲试剂反应 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(biuret reaction) 。 双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。
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Isolation, Purification and Sequencing of Proteins
第五节 蛋白质的分离、纯化与 序列分析 Isolation, Purification and Sequencing of Proteins
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一、透析及超滤法可清除蛋白质溶液中的小分子化合物
透析(dialysis) 利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。 超滤法 应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的。
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二、丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀是常用的蛋白质沉淀方法
使用丙酮沉淀时，必须在0～4℃低温下进行，丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积。蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。 盐析(salt precipitation)是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。
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免疫沉淀法（immunoprecipitation）
将某一纯化蛋白质免疫动物可获得抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗体识别相应的抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质，可从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白。
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三、利用电荷性质可将蛋白质采用电泳法进行分离
蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术, 称为电泳(elctrophoresis) 。 根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝胶电泳等。
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几种重要的蛋白质电泳： SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，常用于蛋白质分子量的测定。 等电聚焦电泳，通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白质的电泳方法。 双向凝胶电泳，蛋白质组学研究的重要技术。
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四、应用相分配或亲和原理可将蛋白质进行层析分离
层析(chromatography) 待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使待分离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的 。
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蛋白质分离常用的层析方法 离子交换层析：利用各蛋白质的电荷量及性质不同进行分离。 凝胶过滤(gel filtration)又称分子筛层析，利用各蛋白质分子大小不同分离。
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五、利用蛋白质颗粒沉降行为不同可进行超速离心分离
超速离心法(ultracentrifugation)既可以用来分离纯化蛋白质也可以用作测定蛋白质的分子量。 蛋白质在离心场中的行为用沉降系数(sedimentation coefficient, S)表示,沉降系数与蛋白质的密度和形状相关 。
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因为沉降系数S大体上和分子量成正比关系，故可应用超速离心法测定蛋白质分子量，但对分子形状的高度不对称的大多数纤维状蛋白质不适用。
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分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成（离子交换层析）
六、用化学或反向遗传学方法可分析或演绎多肽链的氨基酸序列 分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成（离子交换层析） 测定多肽链的氨基末端与羧基末端为何种氨基酸残基 把肽链水解成片段，分别进行分析 测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用Edman降解法 一般需用数种水解法，并分析出各肽段中的氨基酸顺序，然后经过组合排列对比，最终得出完整肽链中氨基酸顺序的结果。
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氨基酸和肽的末端测定法 二硝基氟苯法（DNP法） 肼解法 化学法 二甲基氨基萘磺酰氯法（Dansyl-氯法）还原成氨基醇法 羧肽酶A法
酶解法 二硝基氟苯法（DNP法） 肼解法 二甲基氨基萘磺酰氯法（Dansyl-氯法）还原成氨基醇法 亮氨酸氨肽酶法 细胞外氨肽酶法 羧肽酶A法 羧肽酶B法 羧肽酶C法
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通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列： 分离编码蛋白质的基因 测定DNA序列 排列出mRNA序列 按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列
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七、应用物理学、生物信息学原理可进行蛋白质空间结构测定或预测
二级结构测定 通常采用圆二色光谱(circular dichroism，CD)测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量。 -螺旋的CD峰有222nm处的负峰、208nm处的负峰和198nm处的正峰三个成分；而-折叠的CD谱不很固定。
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三维空间结构测定 X射线衍射法(X-ray diffraction)和核磁共振技术(nuclear magnetic resonance, NMR)是研究蛋白质三维空间结构最准确的方法。
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根据蛋白质的氨基酸序列预测其三维空间结构：
* 用分子力学、分子动力学的方法，根据物理化学的基本原理，从理论上计算蛋白质分子的空间结构。 * 通过对已知空间结构的蛋白质进行分析，找出一级结构与空间结构的关系，总结出规律，用于新的蛋白质空间结构的预测。
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要点 氨基酸 L-- 三字符号 分类 等电点 测定基础 蛋白质 肽键、寡肽、多肽 四层次结构 模体、结构域 结构与功能的关系 等电点
分离纯化
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