海南大学生物化学复习资料

蛋白质的高级结构即蛋白质的构象问题。（构型的改变伴随着共价键的短裂和重新形成，构象的改变不需要共价键的短裂和重新形成。）

肽键C-N键介于单键和双键之间，具有部分双键性质，不能自由旋转，其中绝大多数都形成刚性的酰胺平面（由肽键周围的6个原子组成的刚性平面）结构。虽是单键却有双键性质，周边六个原子在同一平面上，前后两个a-carbon在对角(trans)

α-螺旋结构的主要特点（P53）：

1）肽链中的酰胺平面绕Cα相继旋转一定角度形成α-螺旋，并盘绕前进。每隔3.6个氨基酸残基，螺旋上升一圈；每圈间距0.54nm，即每个氨基酸残基沿螺旋中心轴上升0.15nm，旋转100°。

2）螺旋体中所有氨基酸残基侧链都伸向外侧；肽链上所有的肽键都参与氢键的形成，链中的全部C=O和N-H几乎都平行于螺旋轴,氢键几乎平行于中心轴;

3）绝大多数天然蛋白质都是右手螺旋。每个氨基酸残基的N-H都与前面第四个残基C=O形成氢键。

侧链在a-螺旋结构中的作用：

4）* α-螺旋遇到Pro就会被中断而拐弯，因为脯氨酸是亚氨基酸。

* R为Gly时，由于Ca上有2个氢，使Ca-C、Ca-N的转动的自由度很大，即刚性很小，所以使螺旋的稳定性大大降低。

* 带相同电荷的氨基酸残基连续出现在肽链上时，螺旋的稳定性降低。

β-折叠是由两条或多条伸展的多肽链靠氢键联结而成的锯齿状片状结构。侧链基团与Cα间的键几乎垂直于折叠平面，R基团交替地分布于片层平面两侧。

①β-折叠分平行式（N端在同一端。氨基酸之间沿轴相距0.325nm）和反平行式（N端不在同一端。氨基酸之间沿轴相距0.35nm），后者更为稳定。

②维持β-折叠结构稳定性的力——氢键由一条链上的羰基和另一条链上的氨基之间形成，即氢键是在链与链之间形成的。

β-转角存在于球状蛋白中，β-转角都在蛋白质分子的表面。其特点是肽链回折180°，使得氨基酸残基的C=O和与第四个残基的N-H形成氢键。

无规则卷曲是指没有一定规律的松散肽链结构。酶的功能部位常常处于这种构象区域。无规卷曲常出现在α-螺旋与α-螺旋、α-螺旋与β-折叠、β-折叠与β-折叠之间。它是形成蛋白质三级结构所必需的。

⑶超二级结构指蛋白质中相邻的二级结构单位(即单个α-螺旋或β-转角、β折叠)组合在一起，形成有规则的在空间上能辩认的二级结构组合体。基本组合形式为αα，βαβ，βββ

结构域指多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，它是相对独立的紧密球状实体，称为结构域（domain）或功能域。结构域之间有一段肽链相连——铰链区；各个结构域可以相似或不相同；结构域一般为酶活性中心

⑷三级结构指的是多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的基础上，主链构象和侧链构象相互作用，进一步盘曲折叠形成球状分子结构。球状蛋白的三级的结构特怔：蛋白质的三级结构具有明显的折叠层次；大多数非极性侧链埋在分子部，形成疏水核；而极性侧链在分子表面，形成亲水面；分子表面往往有一个陷的空隙，它常常是蛋白质的活性中心。

维持三级结构的作用力：二硫键——共价键；（疏水作用，氢键，离子键，德华力）——非共价键（次级键）

肌红蛋白由—条多肽链和一个血红素（heme）辅基构成，分子量为16700，含153个氨基酸残基。血红素能与O2,CO,NO,H2S结合

⑸四级结构由两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成、有特定三维结构的蛋白质构象。每条多肽链又称为亚基。

血红蛋白由四条多肽链形成，是一种寡聚蛋白质。这四条链主要通过非共价键相互作用缔合在一起。血红蛋白分子上有四个氧的结合部位，因为每条链上含有一个血红素辅基。

维持四级结构的作用力：疏水作用，氢键，离子键，德华力

9、蛋白质结构与功能关系

1）一级结构与功能的关系

①一级结构与细胞进化以细胞色素C为例：细胞色素C广泛存在于真核生物细胞的线粒体中，是一种含有血红素辅基的单链蛋白质。在生物氧化时，细胞色素C在呼吸链的电子传递系统中起传递电子的作用，使血红素上铁原子的价数发生变化。在分子进化过程中，细胞色素C分子中保持氨基酸残基不变的区域称为保守部位。保守部位的氨基酸都是细胞色素C完成其生物学功能所必需的。

②一级结构变异与分子病所谓分子病是指由于遗传基因突变导致蛋白分子中某些氨基酸残基被更换所造成的一种遗传病。镰刀状细胞贫血病是因病人的红细胞在氧气不足的情况下变形而呈镰刀状。Glu 和Val 分子的侧链在性质上有很大的不同。Glu 侧链带负电荷，而Val侧链是一个非极性基团，所以使得HbS分子表面的负电荷减少，这种变化使患者的血红蛋白容易发生聚集并形成杆状多聚体，这就是导致红细胞变形的原因。

③蛋白质的局部断裂与蛋白质的激活在体许多具有一定功能的蛋白质如酶蛋白、激素类蛋白等常以无活性的前体形式产生和贮存。在一定情况下，这些前体经特定蛋白酶水解，切除部分肽段后，才转变成有活性的蛋白质。这一过程叫做蛋白质前体的激活

2）空间结构与功能的关系——空间结构（三维结构）决定其功能。核糖核酸酶的变性和复性；血红蛋白的别构效应，肌红蛋白与血红蛋白：两者三级结构相似别构效应；蛋白质构象病由于组织中特定蛋白质承受空间结构或构象变化而引起的疾病。

9、蛋白质的理化性质

1）胶体性质：蛋白质的水溶液是一种比较稳定的亲水胶体，这是因为在蛋白质颗粒表面带有很多极性基团，如-NH3、-COO-、-OH-、-SH、-CONH2等和水有高度亲和性，当蛋白质与水相遇时，就很容易在蛋白质颗粒外面形成—层水膜；蛋白质在非等电状态时带有相同电荷，使蛋白质颗粒之间相互排斥，保持一定的距离，不易相互凝聚而沉淀。所以蛋白质具有胶体性质，如布朗运动、光散射、电泳、不能透过半透膜及具有吸附能力等。利用蛋白质不能透过半透膜的性质，可用羊皮纸、火棉胶、玻璃纸等来分离纯化蛋白质，这个方法称透析（dialysis）。

2）两性解离及等电点蛋白质同氨基酸一样也是两性电解质，即能和酸作用，也能和碱作用。蛋白质的等电点（pI）：当某蛋白质在一定的pH的溶液中，所带的正负电荷相等，它在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值叫做该蛋白质的等电点。

蛋白质的带电性质与溶液的pH有关。利用蛋白质的两性解离可以通过电泳分离纯化蛋白质。

3）蛋白质的变性蛋白质受到某些理化因素的影响，其空间结构发生改变，蛋白质的理化性质和生物学功能随之改变或丧失，但未导致蛋白质一级结构的改变，这种现象叫变性作用。

物理因素：加热、紫外线、超声波、高压等；化学因素：强酸、强碱、脲、盐酸胍、去垢剂、重金属盐等。

变性后的表现：生物活性丧失（酶）；溶解度降低，粘度增大，扩散系数变小（蛋清）；基团位置改变；对蛋白酶敏感性增大蛋白质变性的实质：维系其高级结构的次级键遭到破坏，生物学活性丧失，而一级结构不变。

4）蛋白质的沉淀：1. 高浓度中性盐——（NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl（中和蛋白质的电荷）这种加入盐使蛋白质沉淀析出的现象称为盐析，用于蛋白质分离制备。2. 有机溶剂——丙酮、乙醇(破坏蛋白质水膜) 3.重金属盐——Hg2+、Ag+、Pb+（与蛋白质中带负电基团形成不易溶解的盐,或改变蛋白质的空间结构）4.生物碱试剂——苦味酸、目酸、钨酸等（与蛋白质中带正电荷的基团生成不溶性盐）

5）蛋白质的颜色反应：1. 双缩脲反应2. 酚试剂反应（还原成蓝色化合物，常用来定量测定蛋白质含量）3. 茚三酮反应

10、蛋白质的的分离、纯化与鉴定

1.蛋白质分离、纯化的过程和一般原则：前处理，粗分级，细分级，结晶

2.蛋白质分离纯化的一般方法：（1）根据蛋白质分子大小不同的分离方法：透析，超滤透析，超滤，密度梯度（区带）离心，凝胶过滤

（2）根据蛋白质溶解度的差异进行分离的方法：等电点沉淀，蛋白质的盐溶和盐析，有机溶剂分级分离

（3）根据蛋白质电荷不同的分离方法：电泳（影响迁移率的因素：电位梯度，电流密度，导电性，环境pH （分子电荷），离子强度，分子的大小、形状）；离子交换层析；亲和层析法

第五章核酸

1、核酸的种类、分布与功能

DNA：原核生物分布在核质区；真核生物分布在95%在细胞核、5%在线粒体和叶绿体，是遗传信息的载体。

RNA（tRNA携带、转移aa，mRNA肽链合成的模板，rRNA核糖体主要成分）：原核生物分布在细胞质；真核生物分布在75%在细胞质，15%在线粒体和叶绿体，10%在细胞核

核酸是由许多核苷酸组成的长链，核酸由碱基(嘌呤碱（腺嘌呤、鸟嘌呤）或嘧啶碱（胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶）)、戊糖（核糖或脱氧核糖）和磷酸组成。

2、DNA的一级结构

DNA分子中各种脱氧核苷酸之间的连接方式和排列顺序。

四种脱氧核苷酸通过3’, 5’-磷酸二酯键连接起来的多核苷酸链的排列顺序

多聚脱氧核苷酸链的结构特点：无分枝的长链；具有方向性，两个末端分别为5'端和3'端；由糖-磷酸相互间隔连接，构成主链；碱基连接在主链的核糖上，形成侧链。

3、DNA的二级结构(分别出现在DNA复制，转录，重组等阶段)

①DNA的二级结构是指DNA的双螺旋结构。双螺旋结构是DNA的两条链围着同一中心轴旋绕而成的一种空间结构。

②双螺旋结构模型的基本特征：(1) 反向平行的双链沿中心轴盘绕成右手螺旋。

（2）双螺旋表面形成两种凹槽：较浅的叫小沟，另一条叫大沟。

(3) 由糖-磷酸相互间隔连接构成的主链处于螺旋外侧；碱基则伸向螺旋部，与中轴垂直。