生物化学11临本9.03蔡丽希蛋白质化学Proteins

1、生 物 化 学,Biochemistry,蔡丽希 莆田学院医学院,绪 论,一、概念,生物化学（biochemistry)是研究生物体的化学组成和生命过程中化学变化规律的科学。 分子生物学（ Molecular biology）是从分子水平研究生物大分子的结构、功能、代谢调控从而阐明生命现象本质的科学 。,美国前副总统汉弗莱Humphrey) 在1967年发现膀胱内有一肿物，病理切片未发现癌细胞，为良性“慢性增生性囊肿”，未进行手术治疗。 九年后，他被诊断为患有“膀胱癌”，两年后死于该病。,1994年，研究者用灵敏的PCR技术对上述汉弗莱1967年的病理切片进行了P53抑癌基因检查，发现那时的组织细胞虽然在形态上还没有表现出恶性变化，但其P53基因的第227个密码子已经发生了一个核苷酸的突变。就是这个基因的微小变化，使其抑癌功能受损，导致九年后细胞癌变的发生。这说明，在典型症状出现之前的很长时间，细胞癌变的信息已经在基因上表现出来了,Cloning in mice. The gene for human growth hormone was introduced into the gen

2、ome of the mouse on the right. Expression of the gene resulted in the unusually large size of this mouse.,表达人生长激素的老鼠,Glyphosate-resistant soybean plants. The photographs show two areas of a soybean field in Wisconsin. (a)Without glyphosate treatment, this part of the field is overrun with weeds. (b) Glyphosateresistant soybean plants thrive in the glyphosate-treated section of the field. Glyphosate breaks down rapidly in the environment. Agricultural use of engineered plants such as these procee

3、ds only after considerable deliberation, balancing the extraordinary promise of the technology with the need to select new traits with care. Both science and society as a whole have a stake in ensuring that the use of the resultant plants has no adverse impact on the environment or on human health.,转草甘膦基因大豆,生化与司法鉴定,司法鉴定是健全法制中的一个必需的工作环节，它包含了法律上要鉴定的一切事、屋和人。 受伤与死亡现象中的生化 a. DNA含量随死亡时间而下降 b.心肌丁二酸脱氢酶、细胞色素氧化酶 随死亡时间而上升 c.精子DNA（酸性磷酸酯酶 ）,生化与司法鉴定,刑事侦察中的生化 a.指纹 摄取犯罪嫌疑人的指纹是公安人员常用的刑侦技术 维生素B2、B6 激光 手指排泄物 产生荧光

4、潜在指纹 氨基酸、蛋白质 彩色激光照相 印三酮 彩色拍摄 黑白相纸 b. 血迹-Luminol-发光,司法鉴定1-血样鉴定,杀人嫌疑人3与现场采集血样测试结果吻合,司法鉴定2-亲子鉴定,一起亲子鉴定案的DNA指纹图谱可判定父亲2为孩子生父,二、生物化学的发展史,1903年,Neuberg 首先使用“生物化学”一词 1944年,麦克劳德(Macleod)和麦卡蒂(Mc Carty)(美)证明DNA是遗传物质. 1953年,Watson和Crick 提出DNA双螺旋结构模型 1955年,Sanger (英)确定牛胰岛素的一级结构 1965年,首次人工合成结晶牛胰岛素-中国 1973年,基因重组技术建立.(美) 2000年,人类基因组计划完成,生物化学内容 1.生物分子的结构与功能 人体是由生物分子按照一定的布局和严格的规律组合而成。 生物分子是生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。 生物分子的主要类型包括： 糖、脂、核酸和蛋白质等生物大分子 维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。,物质代谢的基本过程主要包括三大步骤： 消化、吸收 中间代谢 排泄 其中，中间代谢过程

5、是在细胞内进行的，最为复杂的化学变化过程，它包括物质合成代谢、分解代谢，物质互变，代谢调控，能量代谢几方面的内容。,2.物质代谢及调节,3.基因信息传递及调控,遗传信息的传递：DNA/RNA/蛋白质 研究DNA复制、RNA转录、蛋白质生物合成等基因信息传递过程的机制及基因表达时调控的规律。,四、生物化学与医学的关系,生物化学与医学的发展密切相关、相互促进 生物化学与临床医学的关系也密切相关,课程特点及学习与安排,课程特点 内容多 复杂而繁琐 理论性强、概念多且前后交错,学习安排 随时消化温故知新 及时总结归纳比较分类 理解的基础上必要的记忆,第一章 蛋白质的结构与功能,Chapter 1 Structure and Function of Protein,引言：蛋白质概述,蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。 蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。,2. 蛋白质有重要的生物学功能 1）作为生物催化剂（酶）； 2）代谢调节作用； 3）免疫保护作用； 4）物质的转运和储存； 5）运动与支持作用； 6）参与细胞间信息传递。,蛋白质（pr

6、otein）是由氨基酸为单位组成的一类重要的生物大分子，是生命的物质基础。,Whats Protein?,第一章 蛋白质的结构与功能,Section 1 The Molecular Components of Protein,组成蛋白质分子的主要化学元素包括：C、H、O、N、S等。 其中，在不同蛋白质样品中，N元素的含量相对稳定，约为16%，故每克氮相当于6.25（100/16）克蛋白质。 100克样品中蛋白质的含量 ( g% ) = 每克样品含氮克数 6.25100,一、蛋白质的元素组成,二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸,L-氨基酸的结构通式,-氨基酸的立体异构体（一）,-氨基酸的立体异构体（二）,二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸,L-氨基酸的结构通式,不同的 aa 在于 R基团 的不同,氨基酸的结构特点,1.氨基酸是蛋白质分子的基本组成单位。 2.构成天然蛋白质分子的氨基酸约有20种，称为编码氨基酸。 3.除脯氨酸为-亚氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外，其余氨基酸均为L-氨基酸。 4.氨基酸的侧链基团在决定蛋白质结构和功能上有重要作用。,根据R侧链基团解离性质的不同，可将氨基酸分为三

7、大类： 1. 中性氨基酸 侧链基团在中性溶液中不发生解离，因而不带电荷的氨基酸。可分为：,三、氨基酸的分类第一种,三、氨基酸的分类第一种,a) 非极性氨基酸：甘氨酸，丙氨酸，缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，脯氨酸，苯丙氨酸， 蛋氨酸。 b) 极性氨基酸：半胱氨酸， 酪氨酸，丝氨酸，苏氨酸，天冬酰胺，谷氨酰胺,色氨酸。,三、氨基酸的分类第一种,2. 酸性氨基酸谷氨酸，天冬氨酸；侧链基团在中性溶液中解离后带负电荷的氨基酸。 3. 碱性氨基酸组氨酸，精氨酸，赖氨酸；侧链基团在中性溶液中解离后带正电荷的氨基酸。,三、氨基酸的分类第二种,芳香族氨基酸：酪氨酸，苯丙氨酸，色氨酸 含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸 酸性氨基酸： 天冬氨酸、谷氨酸 碱性氨基酸： 赖氨酸、精氨酸、组氨酸 含硫的氨基酸： 半胱氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）,四、氨基酸的理化性质：,1两性解离及等电点： 氨基酸分子是一种两性电解质。 氨基酸分子中同时带有可解离的弱碱性基团（-NH2 - NH3+）和弱酸性基团（-COOH - COO - ）。,溶液两性解离及等电点,在一定的pH值溶液中，氨基酸解离成阳离子与阴离子的程度及趋势相等，其分子带

8、有相等正、负电荷，净电荷为零，此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（isoelectric point, pI）。,What s isoelectric point of amino acid?,天然蛋白质分子的20种氨基酸，色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸对紫外光有较强的光吸收。其吸收峰在280nm左右，以色氨酸吸收最强。 可利用此性质采用紫外分光光度法测定蛋白质的含量。,2紫外吸收性质：,3茚三酮反应： 在酸性条件下，氨基酸与茚三酮共热生成紫色化合物,其最大吸收峰在570nm。可利用此性质测定氨基酸的含量。,Pro的茚三酮反应呈黄色,（一）肽键,肽键,五、氨基酸的连接方式,5、氨基酸的连接方式,（一）肽键与肽链： 一个氨基酸分子的-羧基与另一个氨基酸分子的-氨基在适当的条件下经脱水缩合所生成的键称为肽键。 蛋白质是由若干氨基酸的氨基与羧基经脱水缩合而连接起来形成的长链化合物。,多肽链的形成及其方向性,蛋白质与多肽的区别：,（二）生物活性肽：,生物体内具有一定生物学活性的肽类物质称生物活性肽。 重要的生物活性肽有谷胱甘肽、神经肽、肽类激素等。,1. 谷胱甘肽（glutathione, GSH

9、）： 谷胱甘肽是一种称为-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸的三肽化合物。,解毒作用：与毒物或药物结合，消除其毒性作用； 参与氧化还原反应：作为重要的还原剂，参与体内多种氧化还原反应； 保护巯基酶的活性：使巯基酶的活性基团-SH维持还原状态； 维持红细胞膜结构的稳定：消除氧化剂对红细胞膜结构的破坏作用。,谷胱甘肽的生理功用：,种类较多，生理功能各异。 多肽类激素主要见于下丘脑及垂体分泌的激素，如催产素（9肽）、加压素（9肽）、促肾上腺皮质激素（39肽）、促甲状腺素释放激素（3肽）。 神经肽主要与神经信号转导作用相关，包括脑啡肽（5肽）、-内啡肽（31肽）、强啡肽（17肽）等。,2. 多肽类激素及神经肽：,第二节 蛋白质的分子结构,Section 2 Molecular Structure of Protein,蛋白质是由许多氨基酸单位通过肽键连接起来的，具有特定分子结构的高分子化合物。 由于蛋白质的分子结构非常复杂，为了便于研究、描述和理解，故根据丹麦科学家Linderstrom-Lang的建议，人为将蛋白质的分子结构划分为一、二、三、四级结构四个结构层次。,一、蛋白质的一级结构,蛋白质的一级结构（primary structure）是指蛋白质多肽链中通过肽键连接起来的氨基酸的排列顺序，即多肽链的线状结构。 维系蛋白质一级结构的主要化学键为肽键(peptide bond)。,Whats primary structure of protein?,二硫键,二硫键起着稳定肽键空间结构的作用，往往与生物 活力有关。二硫键数目愈多，蛋白质结构的稳定性 愈强,胱氨酸,牛胰岛素的一级结构,除一级结构外，蛋白质的二、三、四级结构都属于空间结构，即构象（conformation）。 构象是指由于单键的旋转，使分子中原子或基团在空间产生的不同的排列。 蛋白质的构象通常由非共价键（次级键）来维系。,二、蛋白质的空间结构,(一）蛋白质的二级结构,蛋白质的二级结构(secondary structure)是指蛋白质多肽链主链原子局部的空间结构，但不包括与其他肽段的相互关系及侧链构象的内容。 维系蛋白质二级结构的主要

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