第一章 蛋白质的结构与功能 第一节 蛋白质的分子组成
一、蛋白质的主要组成元素：C、H、O、N、S 特征元素：N（16%） 特异元素：S 凯氏定氮法：每克样品含氮克数××100＝100g样品中蛋白质含氮量（g%） 组成蛋白质的20种氨基酸
（名解）不对称碳原子或手性碳原子：与四个不同的原子或原子基团共价连接并因而失去对称性的四面体碳
为L-α-氨基酸，其中脯氨酸（Pro）属于L-α-亚氨基酸 不同L-α-氨基酸，其R基侧链不同
除甘氨酸（Gly）外，都为L-α-氨基酸，有立体异构体 组成蛋白质的20种氨基酸分类 非极性氨基酸：甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、缬氨酸（Val）、 亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、脯氨酸（Pro） 极性中性氨基酸：丝氨酸（Ser）、半胱氨酸（Cys）、蛋氨酸（Met） 天冬酰胺（Asn）、谷氨酰胺（Gln）、苏氨酸（Thr） 芳香族氨基酸：苯丙氨酸（Phe）、色氨酸（Trp）、酪氨酸（Tyr） 酸性氨基酸：天冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Glu） 碱性氨基酸：赖氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）、组氨酸（His） 其中：含硫氨基酸包括：半胱氨酸、蛋氨酸 四、氨基酸的理化性质 1、两性解离及等电点
① 氨基酸分子中有游离的氨基和游离的羧基，能与酸或碱类物质结合成盐，故它是一种两性电解质。
② 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。 ③（名解）等电点（pI点）：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称为该氨基酸的等电点。
pH pH>pI 阴离子 氨基酸带净正电荷，在电场中将向负极移动 ④ 在一定pH范围内，氨基酸溶液的pH离等电点越远，氨基酸所携带的净电荷越大 2、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 280 nm 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 3、氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物 在pH5~7，80~100℃条件下，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。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 五、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链 （一）氨基酸通过肽键连接而形成肽 1、（名解）肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合而形成的化学键 2、肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物 3、10个以内氨基酸连接而成多肽称为寡肽；由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽 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 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 多肽链有两端：N末端：多肽链中有游离α-氨基的一端 C末端：多肽链中有游离α-羧基的一端 6、AA顺序从氨基端（N-端）开始以羧基端（C-端）氨基酸残基为终点 7、人体内存在多种重要的生物活性的肽： 谷胱甘肽（GSH）：是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽。 半胱氨酸的巯基是该化合物的主要功能基团。 GSH的巯基具有还原性，可作为体内重要的还原剂保护体内蛋白质或酶分子中巯基免被氧化，使蛋白质或酶处于活性状态。 第二节 蛋白质的分子结构 一、蛋白质的分子结构 一级结构 二级结构 ↘ 三级结构 → 高级结构（空间构象） 四级结构 ↗ （一）、蛋白质的一级结构：蛋白质的一级结构指在蛋白质分子中，从N-端至C-端的氨基酸排列顺序，即蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。 1、主要化学键：肽键，有些蛋白质还包含二硫键。 2、一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础 （二）、蛋白质的二级结构：指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是该段肽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。 1、主要化学键：氢键 2、（名解）肽键平面／肽单元：参与肽键的6个原子C 、C、O、N、H、C 位于同一平面，又叫酰胺平面或肽键平面，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 3、二级结构以一级结构为基础，多为短距离效应。可分为： α-螺旋：多肽链主链围绕中心轴呈有规律地螺旋式上升，顺时钟走向，即右手螺旋，每隔个氨基酸残基上升一圈，螺距为。α-螺旋的每个肽键的Ｎ-Ｈ和第四个肽键的羧基氧形成氢键，氢键的方向与螺旋长轴基本平形。 影响α-螺旋形成因素：R基较大，空间位阻大。 带相同电荷的R基集中，电荷相互排斥。 多肽链中若有脯氨酸不能形成-螺旋。 β-折叠：多肽链充分伸展，各肽键平面折叠成锯齿状结构，侧链Ｒ基团交错位于锯齿状结构上下方；它们之间靠链间肽键羧基上的氧和亚氨基上的氢形成氢键维系构象稳定． β-转角：常发生于肽链进行180度回折时的转角上，含4个氨基酸残基，第二个残基常为脯氨酸。 无规卷曲：无确定规律性的那段肽链。 主要化学键：氢键。 4、模体(motif)是具有特殊功能的超二级结构，是由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 （三）、蛋白质的三级结构：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。 1、主要化学键（非共价键）：疏水键（最主要）、盐键（离子键）、氢键、范德华力、二硫键 2、（名解）结构域：分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密的区域，并各行其功能，称为结构域 （四）、蛋白质的四级结构：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。由一条肽链形成的蛋白质没有四级结构。 1、（名解）亚基：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，亚基之间的结合力主要是氢键和离子键 2、主要化学键：疏水键、氢键、离子键 二、蛋白质的分类 根据组成成分：单纯蛋白质 结合蛋白质 = 蛋白质部分 + 非蛋白质部分（辅基） 根据形状：纤维状蛋白质 球状蛋白质 第三节 蛋白质结构与功能关系 一、 蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础 1、蛋白质一级结构是空间构象和特定生物学功能的基础。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。 尿素或盐酸胍可破坏次级键 β-巯基乙醇可破坏二硫键 2、由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”，如：镰刀形红细胞贫血症 二、蛋白质空间结构是蛋白质特有性质和功能的结构基础。 肌红蛋白：只有三级结构的单链蛋白质，易与氧气结合，氧解离曲线呈直角双曲线。 血红蛋白：具有４个亚基组成的四级结构，可结合４分子氧。成人由两条α-肽链（141个氨基酸残基）和两条β-肽链（146个氨基酸残基）组成。在氧分压较低时，与氧气结合较难，氧解离曲线呈Ｓ状曲线。因为：第一个亚基与氧气结合以后，促进第二及第三个亚基与氧气的结合，当前三个亚基与氧气结合后，又大大促进第四个亚基与氧气结合，称正协同效应。结合氧后由紧张态变为松弛态。 三、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，称为蛋白质构象疾病，如：人纹状体脊髓变性病(CJD)、老年痴呆症、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。 第四节 蛋白质的理化性质 1、蛋白质的两性电离：蛋白质两端的氨基和羧基及侧链中的某些基团，在一定的溶液pH条件下可解离成带负电荷或正电荷的基团。 2、蛋白质的沉淀：在适当条件下，蛋白质从溶液中析出的现象。包括： a.丙酮沉淀，破坏水化层。也可用乙醇。 b.盐析，将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，破坏在水溶液中的稳定因素电荷而沉淀。 变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性 3、蛋白质变性：在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失。主要为二硫键和非共价键的破坏，不涉及一级结构的改变。变性后，其溶解度降低，粘度增加，结晶能力消失，生物活性丧失，易被蛋白酶水解。常见的导致变性的因素有：加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂、超声波、紫外线、震荡等。 4、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处有特征性吸收峰，可用蛋白质定量测定。 5、蛋白质的呈色反应 a.茚三酮反应：经水解后产生的氨基酸可发生反应，蛋白质分子中游离-氨基能与茚三酮反应生成蓝紫色化合物 b.双缩脲反应：蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸酮共热，呈现紫色或红色。氨基酸不 出现此反应。蛋白质水解加强，氨基酸浓度升高，双缩脲呈色深度下降，可检测蛋白质水解程度。 第五节、蛋白质的分离和纯化 1、沉淀， 2、电泳：蛋白质在高于或低于其等电点的溶液中是带电的，在电场中能向电场的正极或负极移动。根据支撑物不同，有薄膜电泳、凝胶电泳等。 3、透析：利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。 4、层析： a.离子交换层析，利用蛋白质的两性游离性质，在某一特定ＰＨ时，各蛋白质的电荷量及性质不同，故可以通过离子交换层析得以分离。如阴离子交换层析，含负电量小的蛋白质首先被洗脱下来。 b.分子筛，又称凝胶过滤。小分子蛋白质进入孔内，滞留时间长，大分子蛋白质不能时入孔内而径直流出。 5、超速离心：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。不同蛋白质其密度与形态各不相同而分开。 第二章 核酸的结构与功能 核酸：是以核苷酸为基本组成单位的生物信息大分子，携带和传递遗传信息 核算的分类及分布： 脱氧核糖核酸（DNA）：存在与细胞核、线粒体 携带遗传信息，通过复制传递给下一代 基本组成单位是脱氧核苷酸 核糖核苷酸（RNA）：存在于细胞核、细胞质、线粒体 DNA转录的产物，参与遗传信息的复制表达 也可作为遗传物质 基本组成单位是核糖核苷酸 第一节 核酸的化学组成及一级结构 核酸的元素组成：C、H、O、N、P 标记元素P：用于测量生物样品中核酸的含量 核酸的分子组成： 核酸（DNA和RNA） ↓ 3',5'-磷酸二酯键 核苷酸 ↙ ↘ 磷脂键 磷酸 核苷和脱氧核苷 ↙ ↘ 糖苷键 戊糖 碱基 ↙ ↘ ↙ ↘ 核糖 脱氧核糖 嘌呤 嘧啶 核苷酸是构成核酸的基本组成单位 碱基 DNA：A、G、C、T RNA：U、G、C、T 戊糖（主要区别） DNA：脱氧核糖 RNA：核糖 核苷/脱氧核苷：由碱基和核糖或脱氧核糖生成