生物化学生科院开课省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一章第一章绪论绪论一、生物化学概念一、生物化学概念生物化学就是生命化学，是研究微生物、植物、动物及人生物化学就是生命化学，是研究微生物、植物、动物及人体等化学组成和生命过程化学改变一门科学。体等化学组成和生命过程化学改变一门科学。二、发展概况和近代成就二、发展概况和近代成就1、18世纪下半叶前：世纪下半叶前：“燃素说燃素说”；2、18世纪下半叶：世纪下半叶：（1）拉瓦锡：证实燃烧是氧作用；）拉瓦锡：证实燃烧是氧作用；（2）舍勒：发觉柠檬酸、苹果酸等生物中间代谢产物；）舍勒：发觉柠檬酸、苹果酸等生物中间代谢产物；3、19世纪以后：世纪以后：（1）李李比比希希（18031873，德德国国化化学学家家）：首首创创大大学学化化学学试验教学，首次提出新陈代谢；试验教学，首次提出新陈代谢；（2）霍佩）霍佩-赛勒（赛勒（1825-1895，德国医生）：建成独立生，德国医生）：建成独立生物物化化学学学学科科，并并提提出出“Biochemie”和和“蛋蛋白白质质”一词；一词；（3）寇南（）寇南（1837-1900，德国化学家）：提出胰酶名词，德国化学家）：提出胰酶名词，研究血红蛋白和胰液对蛋白质消化；研究血红蛋白和胰液对蛋白质消化；第1页4、20世纪以后生物化学发展世纪以后生物化学发展（1）19德国艾贝尔首次取得结晶肾上腺素；德国艾贝尔首次取得结晶肾上腺素；（2）19英国哈顿分离出英国哈顿分离出“辅酶辅酶”，还发觉了磷酸基在，还发觉了磷酸基在生化中主要作用；生化中主要作用；（3）190219德国埃德国埃费歇证实蛋白质由氨基酸组成费歇证实蛋白质由氨基酸组成，开始了蛋白质结构研究时代；，开始了蛋白质结构研究时代；（4）19丹麦威约翰逊在精密遗传学原理一书中丹麦威约翰逊在精密遗传学原理一书中首次提出基因是遗传单位概念；首次提出基因是遗传单位概念；（5）19波兰丰克分离出维生素波兰丰克分离出维生素B结晶，首次提出结晶，首次提出维生素概念；维生素概念；（6）1925年年英英国国凯凯林林发发觉觉细细胞胞色色素素，并并指指出出生生物物氧氧化化过过程中电子传递作用；程中电子传递作用；（7）1926年年美美国国萨萨姆姆纳纳首首次次制制成成尿尿素素酶酶，开开辟辟了了酶酶化化学学研究。同年美国摩尔根发表基因论，使基研究。同年美国摩尔根发表基因论，使基因遗传理论系统化；因遗传理论系统化；第2页（8）1929年美籍俄国人勒温发觉核酸中核糖和脱氧核糖，年美籍俄国人勒温发觉核酸中核糖和脱氧核糖，认识到核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸两类；同年认识到核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸两类；同年德国罗曼发觉德国罗曼发觉ATP。（9）1937年美国罗思发觉组成蛋白质氨基酸分为两类，年美国罗思发觉组成蛋白质氨基酸分为两类，其中一类对营养无效，另一类是其中一类对营养无效，另一类是20余种基本氨基酸；余种基本氨基酸；同年英籍德国人克勒勃斯发觉三羧酸循环；同年英籍德国人克勒勃斯发觉三羧酸循环；（10）1941年德国李普曼发觉年德国李普曼发觉ATP高能键在代谢过程中重高能键在代谢过程中重要作用；并在要作用；并在1947-1951年发觉乙酰年发觉乙酰CoA在在TCA循环中循环中主要地位；主要地位；（12）1953年美国华特森和英国克里克依据维尔肯做年美国华特森和英国克里克依据维尔肯做DNAX光衍射资料，提出光衍射资料，提出DNA一级双螺旋分子结构模一级双螺旋分子结构模型；型；第3页（13）1954年年美美籍籍俄俄国国人人伽伽莫莫夫夫首首次次提提出出一一个个核核苷苷酸酸编编成成一一个个遗遗传传密密码码“三三联联密密码码说说”。1961年年克克里里克克加加以以了证实；了证实；（14）19551956年年美美籍籍西西班班牙牙人人奥奥巧巧阿阿和和美美国国孔孔勃勃首首次次用酶促法人工合成核糖核酸用酶促法人工合成核糖核酸RNA和和DNA；（15）1961年法国雅各布和莫诺首次提出年法国雅各布和莫诺首次提出mRNA存在，存在，证实证实mRNA与与DNA碱基互补以及蛋白质合成场碱基互补以及蛋白质合成场所所-核糖体，同时发觉了操纵子基因集团；核糖体，同时发觉了操纵子基因集团；（16）80年代发展了生物工程和生物技术。年代发展了生物工程和生物技术。第4页第一章第一章蛋白质蛋白质第一节第一节蛋白质通论蛋白质通论一、蛋白质化学组成一、蛋白质化学组成碳、氢、氧，还有氮和少许硫等，其中含碳、氢、氧，还有氮和少许硫等，其中含C量约为量约为50%，含，含N量为量为16%凯氏定氮法测定蛋白质含量：凯氏定氮法测定蛋白质含量：蛋白质含量蛋白质含量=蛋白氮蛋白氮6.25蛋白质是由蛋白质是由20种种L-型型氨基酸组成长链分子，氨基酸组成长链分子，包含：包含：1、简单（单纯）蛋白质：完全由氨基酸组成；、简单（单纯）蛋白质：完全由氨基酸组成；2、结合（缀合）蛋白质：还有非蛋白质成份辅基或配、结合（缀合）蛋白质：还有非蛋白质成份辅基或配基。基。第5页二、蛋白质构象二、蛋白质构象每一个天然蛋白质都有自己特有空间结构，这称为蛋白质构象。每一个天然蛋白质都有自己特有空间结构，这称为蛋白质构象。蛋白质结构不一样组织层次：蛋白质结构不一样组织层次：1、一级结构：多肽链共价主链氨基酸次序；、一级结构：多肽链共价主链氨基酸次序；2、二级结构：多肽链以氢键排列成沿一维方向周期性结构构、二级结构：多肽链以氢键排列成沿一维方向周期性结构构象，如纤维状蛋白质中象，如纤维状蛋白质中-螺旋和螺旋和-折叠片；折叠片；3、三级结构：多肽链以各次级键（非共价键）盘绕成含有特定走、三级结构：多肽链以各次级键（非共价键）盘绕成含有特定走向紧密球状构象；向紧密球状构象；4、四级结构：寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上相互结合方、四级结构：寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上相互结合方式。式。第6页第二节第二节氨基酸氨基酸一、氨基酸通式结构：一、氨基酸通式结构：常见有常见有20种氨基酸参加蛋白质组成。它们结构模式是：种氨基酸参加蛋白质组成。它们结构模式是：与羧基相邻与羧基相邻-碳（碳（C）上都有一个氨基，所以称为）上都有一个氨基，所以称为-氨基酸。氨基酸。-碳上还碳上还连着一个连着一个H和一个可变侧链和一个可变侧链R基，各种氨基酸区分在于基，各种氨基酸区分在于R基不一样。基不一样。必需氨基酸：必需氨基酸：MetTrpLysValIleLeuPheThr“假设来借一两本书”第7页二、氨基酸分类二、氨基酸分类（一）按（一）按R基化学结构分：基化学结构分：1、脂肪族氨基酸、脂肪族氨基酸1）含一氨基一羧基中性氨基酸：）含一氨基一羧基中性氨基酸：（1）甘氨酸（氨基乙酸）：）甘氨酸（氨基乙酸）：Gly（唯一含对称（唯一含对称C原子氨基酸，不具旋光性）原子氨基酸，不具旋光性）（2）丙氨酸（）丙氨酸（-氨基丙酸）：氨基丙酸）：Ala（3）缬氨酸（）缬氨酸（-氨基异戊酸）：氨基异戊酸）：Val（4）亮氨酸（）亮氨酸（-氨基异己酸）：氨基异己酸）：Leu（5）异亮氨酸（）异亮氨酸（-氨基氨基-甲基戊酸）：甲基戊酸）：Ile2）含羟基氨基酸：）含羟基氨基酸：（6）丝氨酸（）丝氨酸（-氨基氨基-羟基丙酸）：羟基丙酸）：Ser（7）苏氨酸（）苏氨酸（-氨基氨基-羟基丁酸）：羟基丁酸）：ThrGlyAlaValLeuIleSerThr第8页3）含硫氨基酸：）含硫氨基酸：（8）半胱氨酸（）半胱氨酸（-氨基氨基-巯基丙酸）：巯基丙酸）：Cys常见胱氨酸型式常见胱氨酸型式（9）甲硫氨酸（）甲硫氨酸（-氨基氨基-甲硫基丁酸）：甲硫基丁酸）：Met4）含酰氨基氨基酸：）含酰氨基氨基酸：（10）天冬酰氨：）天冬酰氨：Asn（11）谷氨酰氨：）谷氨酰氨：Gln5）含一氨基二羧基酸性氨基酸：）含一氨基二羧基酸性氨基酸：（12）天冬氨酸（）天冬氨酸（-氨基丁二酸）：氨基丁二酸）：Asp（13）谷氨酸（）谷氨酸（-氨基戊二酸）：氨基戊二酸）：Glu6）含二氨基一羧基碱性氨基酸：）含二氨基一羧基碱性氨基酸：（14）赖氨酸（）赖氨酸（、-二氨基己酸）：二氨基己酸）：Lys（15）精氨酸（）精氨酸（-氨基氨基-胍基戊酸）：胍基戊酸）：ArgCysMetAsnGlnAspGluLysArg第9页2、芳香族氨基酸：、芳香族氨基酸：（16）苯丙氨酸（）苯丙氨酸（-氨基氨基-苯基丙酸）：苯基丙酸）：Phe（17）酪氨酸（）酪氨酸（-氨基氨基-对羟基苯基丙酸）：对羟基苯基丙酸）：Tyr3、杂环族氨基酸：、杂环族氨基酸：（18）色氨酸（）色氨酸（-氨基氨基-吲哚丙酸）：吲哚丙酸）：Trp（19）组氨酸（）组氨酸（-氨基氨基-咪唑基丙酸）：咪唑基丙酸）：His（20）脯氨酸（）脯氨酸（-吡咯烷基吡咯烷基-羧酸）：羧酸）：Pro无自由无自由-氨基，只有氨基，只有-亚氨。亚氨。（二）按（二）按R基极性分：基极性分：（1）非极性）非极性R基（脂肪烃侧链）氨基酸：在水中溶解度较小，如基（脂肪烃侧链）氨基酸：在水中溶解度较小，如（2）不带电荷极性）不带电荷极性R基（羟基、酰胺基、巯基）氨基酸：侧链含有不解基（羟基、酰胺基、巯基）氨基酸：侧链含有不解离极性基，能与水形成氢键，如离极性基，能与水形成氢键，如（3）带正电荷）带正电荷R基（基（-氨基、胍基、咪唑基）氨基酸：碱性氨基酸，氨基、胍基、咪唑基）氨基酸：碱性氨基酸，如如（4）带负电荷）带负电荷R基（羧基）氨基酸：酸性氨基酸，如基（羧基）氨基酸：酸性氨基酸，如ProHisTrpTyrPhe第10页二、氨基酸旋光性二、氨基酸旋光性除除甘甘氨氨酸酸外外，其其余余-碳碳原原子子为为不不对对称称碳碳原原子子，其其结结合合四四个个不不一一样样取代基在空间排列可有两种形式：取代基在空间排列可有两种形式：L型和型和D型。型。L型：氨基在左边型：氨基在左边D型：氨基在右边型：氨基在右边D-氨基酸氨基酸L-氨基酸氨基酸它们互为光学异构体（它们互为光学异构体（p.143，图，图3-14）。）。另外，苏氨酸、异亮氨酸、羟脯氨酸和羟赖氨酸等还有一个不对另外，苏氨酸、异亮氨酸、羟脯氨酸和羟赖氨酸等还有一个不对称碳原子，所以可存在称碳原子，所以可存在4种光学异构体（种光学异构体（p.143，图，图3-15）。）。第11页三、氨基酸酸碱性质三、氨基酸酸碱性质（一）氨基酸兼性离子形式：（一）氨基酸兼性离子形式：氨氨基基酸酸能能使使水水介介电电常常数数增增高高，这这是是因因为为氨氨基基酸酸在在晶晶体体和和水水中中主主要要以以兼性离子（偶极离子）形式存在：兼性离子（偶极离子）形式存在：偶极离子形式氨基酸是强极性分子，这就增加了水介电常数。偶极离子形式氨基酸是强极性分子，这就增加了水介电常数。第12页(二）氨基酸两性解离：二）氨基酸两性解离：酸与碱关系：酸与碱关系：HA（酸）（酸）A-（碱）（碱）+H+（质子）（质子）酸是质子（酸是质子（H+）供体，碱是质子受体。）供体，碱是质子受体。氨基酸在水中偶极离子既起酸（质子供体）作用，也起碱（质子氨基酸在水中偶极离子既起酸（质子供体）作用，也起碱（质子受体）作用：受体）作用：所以是一类两性电解质。所以是一类两性电解质。（三）氨基酸等电点：（三）氨基酸等电点：氨基酸带电情况与溶液氨基酸带电情况与溶液pH相关，改变相关，改变pH可使氨基酸带上正电荷或负电可使氨基酸带上正电荷或负电荷，也可使其处于正负电荷数相等，即净电荷为零兼性离子状态。这时溶荷，也可使其处于正负电荷数相等，即净电荷为零兼性离子状态。这时溶液液pH值即为该氨基酸等电点（值即为该氨基酸等电点（pI）（见）（见p.131，图，图3-9）。）。第13页四、氨基酸化学反应四、氨基酸化学反应（一）（一）-氨基参加反应氨基参加反应1、与亚硝酸反应：生成氮气、与亚硝酸反应：生成氮气可依据氮气体积，进行氨基酸定量和蛋白质水解程度测定可依据氮气体积，进行氨基酸定量和蛋白质水解程度测定（生成氮气只有二分之一来自氨基酸）（生成氮气只有二分之一来自氨基酸）2、与酰化试剂反应：氨基被酰基化、与酰化试剂反应：氨基被酰基化酰化试剂可被用作氨基保护剂酰化试剂可被用作氨基保护剂第14页3、烃基化反应：氨基中、烃基化反应：氨基中H原子被烃基取代原子被烃基取代可用来判定可用来判定N-末端氨基酸末端氨基酸4、形成西佛碱反应：氨基与醛类反应形成弱碱、形成西佛碱反应：氨基与醛类反应形成弱碱是一些酶促反应中间产物（如转是一些酶促反应中间产物（如转NH2反应）反应）第15页（二）（二）-羧基参加反应羧基参加反应1、成盐和成酯反应：与碱作用生成盐；与醇反应生成酯、成盐和成酯反应：与碱作用生成盐；与醇反应生成酯2、成酰氯反应：在氨基被保护下，羧基与五氯化磷等作用生、成酰氯反应：在氨基被保护下，羧基与五氯化磷等作用生成酰氯成酰氯可使羧基活化，易与另一氨基酸氨基结合，在人工多肽合成中使用。可使羧基活化，易与另一氨基酸氨基结合，在人工多肽合成中使用。第16页3、脱羧反应：在氨基酸脱羧酶作用下，放出、脱羧反应：在氨基酸脱羧酶作用下，放出CO2而生成对应一级胺而生成对应一级胺第17页（三）（三）-氨基和氨基和-羧基共同参加反应羧基共同参加反应1、与茚三酮反应：在弱酸中与茚三酮共热，引发脱氧、脱、与茚三酮反应：在弱酸中与茚三酮共热，引发脱氧、脱羧反应，最终茚三酮再与产生羧反应，最终茚三酮再与产生NH3和还原茚三酮作用和还原茚三酮作用生成紫色物质生成紫色物质可定性或定量测定各种氨基酸。脯氨酸和羟脯氨酸反应可定性或定量测定各种氨基酸。脯氨酸和羟脯氨酸反应生成黄色物质生成黄色物质2、成肽反应：氨基酸与氨基酸之间氨基与羧基可缩合成、成肽反应：氨基酸与氨基酸之间氨基与羧基可缩合成肽，形成肽键肽，形成肽键第18页第三节第三节蛋白质共价结构蛋白质共价结构一、肽和肽键结构一、肽和肽键结构蛋白质中氨基酸以共价键连接两种方式：蛋白质中氨基酸以共价键连接两种方式：（1）肽键：）肽键：形成蛋白质一级结构形成蛋白质一级结构（2）二硫键：）二硫键：两个半胱氨酸残基侧链之间形成，两个半胱氨酸残基侧链之间形成，分链间二硫键和链内二硫键，形成分链间二硫键和链内二硫键，形成二、三级结构。二、三级结构。2H-OOCCHCH2SH+NH3HSCH2CH-OOC+NH3-OOCCHCH2SSCH2CH-OOC+NH3+NH3二硫键胱氨酸第19页1）肽链结构特点是：）肽链结构特点是：（1）肽链中骨干是）肽链中骨干是单位规则地重复排列，称单位规则地重复排列，称之为共价主链：之为共价主链：（2）每个肽键形成都丢失一个水分子，故肽键中氨基酸称氨基酸）每个肽键形成都丢失一个水分子，故肽键中氨基酸称氨基酸残基。残基。（3）各种肽链主链结构一样，但侧链）各种肽链主链结构一样，但侧链R基即氨基酸残基次序不一样。基即氨基酸残基次序不一样。（4）一条多肽链通常在一端含有一个游离末端氨基，称）一条多肽链通常在一端含有一个游离末端氨基，称N端；另一端端；另一端含一个游离末端羧基，称含一个游离末端羧基，称C端。端。2）肽命名：从）肽命名：从N端氨基酸开始，称某氨基酰某氨基酰端氨基酸开始，称某氨基酰某氨基酰.某氨基酸，如简写：某氨基酸，如简写：Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu。第20页3）肽键平面结构：）肽键平面结构：顺式构型中两个顺式构型中两个C彼此靠近，引发彼此靠近，引发各各R基之间空间位基之间空间位阻，造成结构不稳；阻，造成结构不稳；反式构型中二者相反式构型中二者相距较远，结构比较稳距较远，结构比较稳定。肽链中肽键全定。肽链中肽键全是反式构型。是反式构型。第21页4）肽键共振（）肽键共振（p.164，图，图4-2）：）：肽键是一个酰胺键，通常在羰基碳和酰胺氮之间是单键，这么肽链主链肽键是一个酰胺键，通常在羰基碳和酰胺氮之间是单键，这么肽链主链上上3种键（种键（N-C键，键，C-C键，键，C-N肽键）都是单键，所以标准上多肽主链肽键）都是单键，所以标准上多肽主链上任何共价键都可发生旋转。上任何共价键都可发生旋转。第22页但但在在酰酰胺胺氮氮和和羰羰基基氧氧之之间间会会发发生生共共振振相相互互作作用用，其其结结果果表表现现两两种种极极端端形形式：式：一是一是C和和O之间有一个之间有一个键和一个键和一个键连接，而酰胺键连接，而酰胺N上留有一个孤电子上留有一个孤电子对，这种结构允许对，这种结构允许C-N键自由旋转（键自由旋转（A）；）；二是二是C和和N原子参加原子参加键形成，在羰基键形成，在羰基O上留下一个孤上留下一个孤e-对，带负电荷，对，带负电荷，酰胺酰胺N带正电荷，这么带正电荷，这么C-N键就成为一个双键，阻绕键就成为一个双键，阻绕C-N键自由旋键自由旋转（转（B）。）。肽键共振结果：肽键共振结果：（1）阻绕肽键）阻绕肽键C-N自由旋转，只保留自由旋转，只保留N-C键和键和C-C键键旋转；旋转；（2）组成肽基）组成肽基4个原子和个原子和2个相邻个相邻C原子倾向于共平原子倾向于共平面，形成多肽主链酰胺平面。面，形成多肽主链酰胺平面。第23页二、肽物理和化学性质二、肽物理和化学性质1、物理性质、物理性质在水溶液中以偶极离子存在，这决定与游离末端在水溶液中以偶极离子存在，这决定与游离末端-NH2，-COOH以及酸性和碱性氨基酸侧链以及酸性和碱性氨基酸侧链R基团上可解离功效团。肽键中亚氨基团上可解离功效团。肽键中亚氨基不解离。基不解离。2、化学反应、化学反应（1）游离）游离-NH2和和-COOH及及R基团可发生与氨基酸中对应基团类似基团可发生与氨基酸中对应基团类似反应；反应；（2）N末端氨基酸残基也能与茚三酮发生定量呈色反应；末端氨基酸残基也能与茚三酮发生定量呈色反应；（3）双缩脲反应为肽和蛋白质所特有、而氨基酸所没有一个颜色反应）双缩脲反应为肽和蛋白质所特有、而氨基酸所没有一个颜色反应（紫红色或紫蓝色，与（紫红色或紫蓝色，与CuSO4碱性液反应），借助分光光度计可碱性液反应），借助分光光度计可定定量分析。量分析。第24页一、蛋白质一级结构与功效一、蛋白质一级结构与功效一级结构局部断裂与蛋白质激活一级结构局部断裂与蛋白质激活有些蛋白质分子部分肽链按特定方式断裂后才能呈有些蛋白质分子部分肽链按特定方式断裂后才能呈现生物活性。现生物活性。1、血液凝固机理、血液凝固机理：凝血酶致活物凝血酶致活物交联纤维蛋白（血凝块）交联纤维蛋白（血凝块）纤维蛋白溶解致活物纤维蛋白溶解致活物凝血酶原凝血酶原不溶性纤维蛋白不溶性纤维蛋白纤维蛋白溶酶原纤维蛋白溶酶原凝血酶（活性）凝血酶（活性）纤维蛋白原纤维蛋白原纤维蛋白溶酶（活性）纤维蛋白溶酶（活性）纤维蛋白溶解纤维蛋白溶解致活因子作用凝血酶原，使其分子中二肽键断裂。释放出一个致活因子作用凝血酶原，使其分子中二肽键断裂。释放出一个N端片段后成端片段后成为有活性凝血酶（为有活性凝血酶（p.187，图，图4-21）；纤维蛋白原由）；纤维蛋白原由2条链、条链、2条链和条链和2条链组成，条链组成，在凝血酶作用下，从在凝血酶作用下，从2条条链和链和2条链条链N端各断裂一个端各断裂一个-Arg-Gly-键，释放出键，释放出2个纤个纤维肽维肽A和和2个纤维肽个纤维肽B，而剩下纤维蛋白分子成为形成网状结构不溶性纤维蛋白，而剩下纤维蛋白分子成为形成网状结构不溶性纤维蛋白（p.188，图，图4-22，23）。）。第25页2、胰岛素原激活：、胰岛素原激活：胰岛素原可分三部分：中间连接肽（胰岛素原可分三部分：中间连接肽（C肽），两侧肽），两侧A链和链和B链。链。C肽肽一一端端经经过过两两个个碱碱性性氨氨基基酸酸残残基基（62、63位位）与与A链链N末末端端相相连连，另另一一端经过另两个碱性氨基酸残基（端经过另两个碱性氨基酸残基（31、32位）与位）与B链链C末端相连：末端相连：B链链-C肽肽-A链链在在高高尔尔基基体体内内，特特异异肽肽酶酶断断裂裂二二个个特特定定肽肽键键，释释放放包包含含C肽肽一一段段中中间间肽肽链链后成为有活性胰岛素（后成为有活性胰岛素（A链和链和B链以二个二硫键相连着）。链以二个二硫键相连着）。第26页第四节第四节蛋白质二级结构蛋白质二级结构一、构型与构象一、构型与构象构型：立体异构体中取代原子或基团在空间取向构型：立体异构体中取代原子或基团在空间取向构象：取代基团当单键旋转时可能形成不一样立体结构构象：取代基团当单键旋转时可能形成不一样立体结构一个碳原子和四个不一样基团相连时，只可能有两种不一样空间排列，即一个碳原子和四个不一样基团相连时，只可能有两种不一样空间排列，即构型，两种构型互变需要共价键断裂；而构象改变不包括共价键断裂，构象构型，两种构型互变需要共价键断裂；而构象改变不包括共价键断裂，构象能够是无数种，其中交叉型构象最稳定，重合型最不稳定。能够是无数种，其中交叉型构象最稳定，重合型最不稳定。第27页二、二级结构基本类型二、二级结构基本类型主主链链肽肽基基为为酰酰胺胺平平面面，C-N键键不不旋旋转转，平平面面内内C=O与与N-H呈呈反反式式排排列列，而而C-N和和C-C键键能能自自由由旋旋转转。所所以以C成成为为两两个个相相邻邻酰酰胺胺平平面面连连接接点点，两两个个平面之间位置能够任意取向（平面之间位置能够任意取向（p.164，图，图4-2）。）。蛋白质二级结构实际上就是肽键一级结构基础上，因为主链上蛋白质二级结构实际上就是肽键一级结构基础上，因为主链上C-N和和C-C键一定程度旋转而使得肽键上羰基（键一定程度旋转而使得肽键上羰基（C=O）和酰氨基（）和酰氨基（-NH）规则）规则排列，由此在链内或链间形成周期性氢键产生一系列折叠。排列，由此在链内或链间形成周期性氢键产生一系列折叠。第28页（一）（一）-螺旋（螺旋（p.208，图，图5-14）：）：多多肽肽主主链链按按右右手手或或左左手手方方向向盘盘绕绕成成右右手手或或左左手手螺螺旋旋。每每个个螺螺圈圈占占3.6个个氨氨基基酸酸残残基基，螺螺距距0.45nm，每每个个残残基基绕绕轴轴旋旋转转100o，沿沿轴轴上上升升0.15nm。-螺旋中氨基酸残基侧链外伸。相邻螺圈之间形成氢键，并与中心轴平行。螺旋中氨基酸残基侧链外伸。相邻螺圈之间形成氢键，并与中心轴平行。氢键由肽键上氢键由肽键上N-H氢和它后面（氢和它后面（N-端）第四个残基上端）第四个残基上C=O氧之间形成：氧之间形成：蛋白质中蛋白质中-螺旋几乎都是右手螺旋（稳定），原因见螺旋几乎都是右手螺旋（稳定），原因见p.207-208。第29页（二）（二）-折叠（折叠（p.210，图，图5-17,18）：）：两两条条或或多多条条几几乎乎完完全全伸伸展展多多肽肽链链侧侧向向聚聚集集在在一一起起，相相邻邻肽肽键键主主链链上上-NH和和C=O之之间间形形成成有有规规则则氢氢键键，这这么么多多肽肽构构象象就就是是-折折叠叠片片。在在此此构构象象中中，全部肽键都参加链间氢键交联，氢键与肽键长轴靠近垂直。全部肽键都参加链间氢键交联，氢键与肽键长轴靠近垂直。两种类型：（两种类型：（1）平行式：肽链排列极性（）平行式：肽链排列极性（N-C）是一顺）是一顺，即，即N末端都朝同一方向；末端都朝同一方向；（2）反平行式：肽链极性一顺一倒，）反平行式：肽链极性一顺一倒，N末端末端间隔同向。间隔同向。纤维状蛋白质中纤维状蛋白质中-折叠主要是反平行式，且氢键主要是链间形成；球折叠主要是反平行式，且氢键主要是链间形成；球状蛋白质中两种形式都有，且氢键能够是链间和链内形成，甚至能够是不状蛋白质中两种形式都有，且氢键能够是链间和链内形成，甚至能够是不一样分子间形成一样分子间形成。第30页（三）（三）-转角（回折、转角（回折、-弯曲或发夹结构）（弯曲或发夹结构）（p.211，图，图5-19）：）：在球状蛋白质中发觉，有三种类型，每种类型都有在球状蛋白质中发觉，有三种类型，每种类型都有4个氨基酸残基。个氨基酸残基。在在-转转角角中中，弯弯曲曲处处第第一一个个残残基基C=O和和第第四四个个残残基基NH之之间间形形成成41氢键，产生一个不很稳定结构。氢键，产生一个不很稳定结构。脯氨酸和甘氨酸常在这种结构中存在。脯氨酸含有环状结构和固定脯氨酸和甘氨酸常在这种结构中存在。脯氨酸含有环状结构和固定角，能迫使角，能迫使转角形成；甘氨酸缺乏侧链，在转角形成；甘氨酸缺乏侧链，在转角中能很好地调整其它残转角中能很好地调整其它残基空间妨碍。基空间妨碍。第31页三、超二级结构三、超二级结构若若干干相相邻邻二二级级结结构构单单元元组组合合在在一一起起，彼彼此此相相互互作作用用，形形成成有有规规则则、在在空空间上能识别二级结构组合体，充当三级结构组体，这称为超二级结构。间上能识别二级结构组合体，充当三级结构组体，这称为超二级结构。有三种基本组合方式：有三种基本组合方式：（1）：有有两两股股或或三三股股右右手手-螺螺旋旋彼彼此此缠缠绕绕而而成成左左手手超超螺螺旋旋，重重复复距距离离约约140。螺螺旋旋链链之之间间是是由由向向着着超超螺螺旋旋内内部部非非极极性性侧侧链链相相互互作作用用，而而极极性性侧侧链链处处于于蛋蛋白白质质分分子子表表面面，与与水水接接触触。超超螺螺旋旋稳稳定定性性主主要要是是非非极极性性侧侧链链间间范范德华相互作用结果（德华相互作用结果（p.221，图，图5-29A）。）。（2）：最简单：最简单组合是由二段平行式组合是由二段平行式-链和一段连接链组成。连链和一段连接链组成。连接链是接链是-螺旋或无规则卷曲，大致上反平行于螺旋或无规则卷曲，大致上反平行于-链。最常见链。最常见组合是由组合是由三段平行式三段平行式-链和二段链和二段-螺旋链组成。连接链都是以右手交叉连接方式处螺旋链组成。连接链都是以右手交叉连接方式处于于-折叠片一侧（折叠片一侧（p.221，图，图5-29B,C）。）。第32页（3）：有：有-波折和回形拓扑结构二种组合形式。波折和回形拓扑结构二种组合形式。-波波折折是是由由一一级级结结构构上上连连续续、在在-折折叠叠中中相相邻邻三三条条反反平平行行式式-链链经经过过紧凑紧凑-转角连接而成（转角连接而成（p.221，图，图5-29D,E）。）。回形拓扑结构也是反平行式回形拓扑结构也是反平行式-折叠片经过紧凑折叠片经过紧凑-转角连接形成，但组转角连接形成，但组成是回形结构（成是回形结构（p.221，图，图29F）。）。第33页第五节第五节蛋白质三级结构蛋白质三级结构蛋白质三级结构决定于氨基酸次序。蛋白质三级结构决定于氨基酸次序。一、维持蛋白质三级结构作用力一、维持蛋白质三级结构作用力主要是弱相互作用（非共价键或次级键）。主要是弱相互作用（非共价键或次级键）。1、氢键：、氢键：多多肽肽主主链链上上羰羰基基氧氧和和酰酰氨氨氢氢之之间间形形成成氢氢键键是是维维持持蛋蛋白白质质二二级级结结构构主主要要作作用用力力。另另外外，在在侧侧链链与与侧侧链链、侧侧链链与与介介质质水水、主主链链肽肽基基与与侧侧链链或或主主链链肽肽基与水之间形成氢键。基与水之间形成氢键。电电负负性性原原子子（N、O、S）与与氢氢形形成成基基团团（N-H、O-H）含含有有很很大大偶偶极极距距，成成键键电电子子云云分分布布偏偏向向负负电电性性大大重重原原子子核核，而而氢氢原原子子核核周周围围电电子子分分布布就就少少，正正电电荷荷氢氢核核就就在在外外侧侧裸裸露露，所所以以碰碰到到另另一一个个电电负负性性强强原原子子时时，就就产产生生静电吸引，即所谓氢键：静电吸引，即所谓氢键：XH-YX、Y是是负负电电性性强强原原子子，XH是是共共价价键键，H-Y是是氢氢键键，X是是氢氢（质质子）供体，子）供体，Y是氢（质子）受体。是氢（质子）受体。第34页2、范德华力：、范德华力：包含三种较弱作用力：包含三种较弱作用力：（1）定向效应：发生在极性分子或基团之间，是永久偶极间）定向效应：发生在极性分子或基团之间，是永久偶极间静电相互作用，氢键属于这种范德华力。静电相互作用，氢键属于这种范德华力。(-OH-HO-)（2）诱导效应：发生在极性物质与非极性物质之间，是永久偶）诱导效应：发生在极性物质与非极性物质之间，是永久偶极与由它诱导而来诱导偶极之间相互作用。极与由它诱导而来诱导偶极之间相互作用。(-OH-CH3-)（3）分散效应：为主要范德华力，是非极性分子或基团间）分散效应：为主要范德华力，是非极性分子或基团间相互作用。这是瞬时偶极，即偶极方向瞬时改变，是由其相互作用。这是瞬时偶极，即偶极方向瞬时改变，是由其所在分子或基团中电子电荷密度波动所造成。所在分子或基团中电子电荷密度波动所造成。(-CH3-CH3-)范德华力包含吸引力和斥力两种相互作用。所以，范德华力（吸引力）只范德华力包含吸引力和斥力两种相互作用。所以，范德华力（吸引力）只有当两个非键原子处于一定距离时才到达最大，这称范德华距离（有当两个非键原子处于一定距离时才到达最大，这称范德华距离（=两个原子两个原子范德华半径之和）。范德华半径之和）。第35页3、疏水相互作用：、疏水相互作用：水介质中球状蛋白质总是倾向把疏水残基埋藏在分子水介质中球状蛋白质总是倾向把疏水残基埋藏在分子内部，这称疏水相互作用（疏水效应）。内部，这称疏水相互作用（疏水效应）。疏水相互作用是疏水基团或疏水侧链出自避开水需要疏水相互作用是疏水基团或疏水侧链出自避开水需要而被迫靠近。而被迫靠近。4、盐键（离子键）：、盐键（离子键）：是正电荷与负电荷之间一个静电相互作用。是正电荷与负电荷之间一个静电相互作用。在生理在生理pH下，酸性氨基酸（下，酸性氨基酸（Asp、Glu）侧链可解离成负离子，碱性）侧链可解离成负离子，碱性氨基酸（氨基酸（Lys、Arg、His）侧链可解离成正离子。大多数情况下，这些基）侧链可解离成正离子。大多数情况下，这些基团分布在球状蛋白分子表面，与介质水分子发生电荷团分布在球状蛋白分子表面，与介质水分子发生电荷-偶极之间相互作用形偶极之间相互作用形成排列有序水化层，对稳定蛋白质构象有一定作用。成排列有序水化层，对稳定蛋白质构象有一定作用。(负电荷负电荷-H+-OH，正电荷，正电荷-HO-H+)第36页5、二硫键：、二硫键：是肽链内部或肽链间半胱氨酸巯基之间形成共价是肽链内部或肽链间半胱氨酸巯基之间形成共价键，它对稳定构象起作用。键，它对稳定构象起作用。大多数二硫键在大多数二硫键在-转角附近形成。转角附近形成。第37页二、蛋白质三级结构和结构域二、蛋白质三级结构和结构域多肽链在超二级结构基础上深入折叠成近乎球状结多肽链在超二级结构基础上深入折叠成近乎球状结构，就是三级结构。构，就是三级结构。结构域：对于较小蛋白质分子或亚基结构域：对于较小蛋白质分子或亚基-其三级结构其三级结构=结构域；结构域；对于由两个或两个以上相对独立三维实体缔合对于由两个或两个以上相对独立三维实体缔合而成三级结构而成三级结构-三维实体三维实体=结构域。结构域。所以，结构域是球状蛋白质折叠单位。所以，结构域是球状蛋白质折叠单位。结构域意义：结构域意义：（1）从从结结构构形形成成来来看看，一一条条长长多多肽肽链链先先分分别别折折叠叠成成几几个个相相对对独独立立区区域域，再再缔合成三级结构要比直接折叠成三级结构在动力学上更为合理；缔合成三级结构要比直接折叠成三级结构在动力学上更为合理；（2）从功效来看，多结构域蛋白质活性中心往往位于结构域之间，这么轻）从功效来看，多结构域蛋白质活性中心往往位于结构域之间，这么轻易构建含有特定三维排布活性中心。结构域之间常有一段肽链相连，形成易构建含有特定三维排布活性中心。结构域之间常有一段肽链相连，形成“铰链区铰链区”使结构域轻易发生相对运动，有利于别构中心结合调整物和发生别使结构域轻易发生相对运动，有利于别构中心结合调整物和发生别构效应。构效应。第38页第六节第六节蛋白质四级结构蛋白质四级结构一、四级结构概念一、四级结构概念三三级级结结构构球球状状蛋蛋白白之之间间经经过过非非共共价价键键彼彼此此缔缔合合在在一一起起，形形成成聚聚集集体体，这这种聚集体称为蛋白质四级结构。种聚集体称为蛋白质四级结构。亚基（亚单位、单体）：亚基（亚单位、单体）：即每个三级结构球状蛋白质。普通只是一条多肽即每个三级结构球状蛋白质。普通只是一条多肽链，但有由二条或多条多肽链组成，多肽链间以二硫键链，但有由二条或多条多肽链组成，多肽链间以二硫键相连。相连。单体蛋白质：单体蛋白质：无四级结构蛋白质；无四级结构蛋白质；多体蛋白质（寡聚蛋白质）：多体蛋白质（寡聚蛋白质）：由二个多个亚基组成蛋白质（如二体蛋白质由二个多个亚基组成蛋白质（如二体蛋白质、四体蛋白质）。、四体蛋白质）。对称寡聚蛋白质：对称寡聚蛋白质：由二个或多个不对称等同结构（原体）组成。由二个或多个不对称等同结构（原体）组成。原体普通是一个亚基，也能够是二个或多个原体聚集原体普通是一个亚基，也能够是二个或多个原体聚集体（体（p.244，图，图5-53）。）。如：血红蛋白分子由二个原体对称组成，每个原体由一如：血红蛋白分子由二个原体对称组成，每个原体由一个个亚基和一个亚基和一个亚基组成（亚基组成（）。这里，假如把原）。这里，假如把原体看作单体，则是二体；假如把亚基看作单体，则是四体看作单体，则是二体；假如把亚基看作单体，则是四体。体。四级结构包含：亚基种类和数目，亚基或原体在整个分子中空间四级结构包含：亚基种类和数目，亚基或原体在整个分子中空间排列（亚基间接触点和相互作用）。排列（亚基间接触点和相互作用）。第39页二、寡聚蛋白质与别构效应二、寡聚蛋白质与别构效应1、别构蛋白结构和效应：、别构蛋白结构和效应：别别构构蛋蛋白白质质就就是是调调整整蛋蛋白白质质，含含有有别别构构效效应应，即即蛋蛋白白质质与与配配基基结结合合可改变蛋白质构象，进而改变其生物活性。可改变蛋白质构象，进而改变其生物活性。别别构构蛋蛋白白质质都都是是寡寡聚聚蛋蛋白白质质。分分子子中中每每个个亚亚基基都都有有活活性性部部位位或或者者还还有有别别构构部部位位（调调整整部部位位）。这这么么别别构构蛋蛋白白质质分分子子中中最最少少含含有有二二个个活活性性部部位位或或者者还还有有别别构构部部位位，各各部部位位之之间间可可经经过过构构象象改改变变传传递递发发生生过过程程，构构象象改变能够从一个原体传递给另一个原体，引发协同相互作用。改变能够从一个原体传递给另一个原体，引发协同相互作用。同同位位效效应应：相相互互作作用用都都是是活活性性部部位位，即即一一个个亚亚基基与与配配基基结结合合会会影影响响另另一一个个亚亚基基与与配配基基结结合合。假假如如这这种种影影响响是是促促进进作作用用，则则是是正正协协同同效效应应；假如这种影响是降低作用，则是负协同效应。假如这种影响是降低作用，则是负协同效应。异位效应：异位效应：别构部位与活性部位之间相互影响。别构部位与活性部位之间相互影响。第40页2、血红蛋白结构和功效：、血红蛋白结构和功效：血血红红蛋蛋白白由由4个个亚亚基基组组成成（22），每每个个亚亚基基都都有有一一个个血血红红素素基基和和一一个个氧结合部位（氧结合部位（p.260，图，图6-10）。）。O2在在这这里里是是正正协协同同效效应应物物，血血红红蛋蛋白白氧氧合合含含有有正正协协同同效效应应：一一个个O2结结合会增加同一血红蛋白分子中其余氧结合部位对合会增加同一血红蛋白分子中其余氧结合部位对O2亲和力。亲和力。（详细参阅（详细参阅p.261-263）。）。第41页第七节第七节蛋白质理化性质蛋白质理化性质一、胶体性质一、胶体性质因因为为蛋蛋白白质质分分子子量量大大，分分散散在在溶溶液液中中所所形形成成颗颗粒粒直直径径约约为为1100nm，在水中形成胶体溶液。，在水中形成胶体溶液。蛋蛋白白质质颗颗粒粒大大，在在溶溶液液中中含含有有大大表表面面，且且表表面面分分布布着着各各种种极极性性和和非非极极性性基基团团，所所以以对对许许多多物物质质都都有有吸吸附附能能力力，普普通通极极性性基基团团易易与与水水溶溶性性物物质结合，非极性基团易与脂溶性物质结合。质结合，非极性基团易与脂溶性物质结合。第42页蛋白质水溶液是一个比较稳定亲水胶体，这是因为：蛋白质水溶液是一个比较稳定亲水胶体，这是因为：（1）蛋蛋白白质质颗颗粒粒表表面面带带有有很很多多极