生物化学教案

一般有机胺C－N 单键 键长 0.149 nm
异氰根C = N 双键 键长 0.127 nm
肽键C－N 键长 0.132 nm
肽键键长位于单键和双键之间，因此具有一定程度的双键性质（近似以π键），不能自由旋转。参与肽键的6个原子被约束于同一个平面上，Cα1和Cα2是在平面的两个对角，为反式构型，这就是肽单元。Cα与N和羰基碳原子相连的键都是典型的单键，可以自由旋转，旋转角度决定两个相邻肽单元平面的相对空间位置。
氨基酸的pI是由α-羧基和α-氨基的解离常数的负对数pK1和pK2决定的。pI =1/2（pK1＋pK2） （Glu：3.22； Lys：9.74）
2.紫外吸收性质
参与蛋白质组成的20种氨基酸，在可见光区域都没有光吸收，但在远紫外区（<220nm）均有光吸收。在近紫外光区域（220－300nm）只有酪氨酸（Tyr）、苯丙氨酸（Phe）和色氨酸（Trp）有吸收光的能力。因为它们的R基含有苯环共轭双键系统。
这样可以把多肽链的主链看成是由被Cα隔开的许多肽单元所组成。而肽单元可以看做蛋白质构象的基本单元。肽单元围绕α－碳原子旋转，使多肽链形成各种形式的主链构象和侧链构象。但实际上侧链间、主链间相互吸引或排斥，相互影响或制约，使整个蛋白质分子形成一个最稳定的特定构象。一种天然的蛋白质的多肽链，在一定条件下，往往只有一种或很少几种构象。
2.多肽类激素及神经肽
许多激素属于寡肽或多肽。
在神经传导过程中起信号传导作用的肽类称为神经肽。
三、蛋白质的分类
（一） 根据蛋白质的组成成分
1． 单纯蛋白质 只含氨基酸。
2．结合蛋白质 还含非蛋白部分（辅基），以共价键与蛋白质结合。如色素、寡糖、脂类、磷酸、金属离子、核酸。
第一章 蛋白质的结构与功能
蛋白质是生物体的基本组成成分之一，也是含量最丰富、功能最多的高分子物质，约占人体固体成分的45％。
蛋白质是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。蛋白质在生命活动中执行着多种功能，如催化功能（酶）；调节功能（部分激素是蛋白质、非蛋白激素的合成离不开酶的催化、激素受体是蛋白质、基因的调控也离不开蛋白质）；运输功能（血红蛋白、载体、转运蛋白等）；运动功能（肌肉收缩是实现躯体运动、血液循环、呼吸、胃肠蠕动的基础，都依赖有收缩功能的蛋白）；防御功能（抗体和补体）；应激功能（神经的传导和大脑的思维离不开蛋白质）；机械支持功能（皮肤、结缔组织、骨骼的胶原蛋白）；物质代谢；细胞信息传递；个体生长发育；组织修复等。
（二）肽单元：参予肽键的Cα1、C、O、N，H、Cα26个原子处于同一平面构成。
O Cα
C---------N
Cα H
根据X衍射技术测定（根据键长和键角，推断肽的空间结构）
（三）主要形式 肽链局部主链原子空间构象的分子模型
1. α-螺旋
（1）多肽链的主链围绕中心轴呈有规律地螺旋式上升，为右手螺旋。
（2）螺旋每上升一圈（旋转360o为一个螺旋周期）含3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm。
（3）每个肽键的N－H和第四个肽键的羰基氧C＝O形成氢键，氢键的方向与螺旋轴基本平行。稳定α-螺旋结构。
蛋白质功能上的多样性是由其结构的千差万别所决定的。只有在深入了解蛋白质结构的基础上才能更透彻了解蛋白质的功能。
150万种生物中，有1010～1012种蛋白质及1010种核酸、人体蛋白质有106种。
第一节 蛋白质的分子组成
蛋白质（Protein）的元素组成及其特点。
│
H2N ─ C ─ H
│
R
连在羧基上的C称为α－碳原子，为不对称碳原子（甘氨酸除外），不同的氨基酸其侧链（R）各异。
2H2O GSSG NADPH+H＋
GSH的功能：① 还原剂 保护含SH的蛋白质和酶免遭氧化，维持其生物活性。在谷胱甘肽过氧化物酶催化下，GSH可还原细胞内产生的H2O2，使其变成H2O，同时GSH成为氧化型即GSSG，后者又在谷胱甘肽还原酶催化下，再生成GSH。还可消除脂过氧化物，使高铁血红蛋白还原恢复血红蛋白的运氧功能。② 解毒剂 GAH的巯基有嗜核特性，能与外源的嗜电子毒物如致癌剂和药物等结合，从而阻断这些毒物与DNA、RNA及蛋白质结合，维护它们的正常功能。
│ │ │ │
R1 R2 R1 R2
2.肽 是由许多氨基酸残基通过肽键连接形成的链状结构。又称肽链。
（4）相邻肽链走向相反者为反平行式，结构较稳定，间距0.7nm。相邻肽链走向相同为平行式，间距0.65nm。完全伸展的肽链间距为0.72nm。
3. β-转角 常发生于肽链进行180度回折时的转角上，第一个氨基酸残基的CO和第四个氨基酸残基的NH形成氢键，以保持结构的稳定。又称为发夹结构或U形转折。
二、肽
（一）肽（peptide）
1.肽键 由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水形成的共价键，又称为酰胺键，是蛋白质的主键。
－H2O
H2N－CH－COOH＋H2N－CH－COOH →→→ H2N－CH－CO－NH－CH－COOH
（二）氨基酸的理化性质
1．两性解离及等电点
（1）两性解离 氨基酸含有碱性的α-氨基和酸性的α-羧基，在酸性溶液中与质子结合成带正电荷的阳离子，在碱性溶液中与OH－结合，失去质子成为带负电荷的阴离子。氨基酸是两性电解质，具有两性解离特性。
（2）pI 氨基酸解离方式取决于所溶液的pH，解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等成为兼性离子，呈电中性时的溶液pH称为该氨基酸的等电点。
4.无规卷曲 没有确定规律性的部分肽链结构。
（四）维持键：氢键维持二级结构稳定。
蛋白质中，存在二个或三个具有二级结构的肽段所形成的特殊空间构象，称为模序，发挥着特殊的生物学功能。
色、丝、酪、半胱、蛋、苏、天冬酰胺、谷氨酰胺。（8种）
3．酸性氨基酸 侧链上有羧基，在中性水溶液中电离出H＋而带负电荷。
天冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Glu）
4．碱性氨基酸 侧链氨基、胍基和咪唑基可接受H＋而带正电荷。
赖氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）、组氨酸（His）
测定蛋白质溶液在280nm波长处光吸收值，可快速、简便分析溶液中蛋白质含量。
3．茚三酮反应
在氨基酸的分析化学中，具有特殊意义的是氨基酸与茚三酮的反应。茚三酮在弱酸性溶液中与α-氨基酸共热，引起氨基酸氧化脱氨、脱羧反应，最后茚三酮与反应物——氨和还原茚三酮发生作用，生成蓝紫色化合物，最大吸收峰在570nm波长处。茚三酮显色可用于氨基酸的定性或定量测定。
（二）根据蛋白质的形状
1．纤维状蛋白质：分子长轴的长度比短轴长10倍以上。纤维状的结构蛋白质，难溶于水。
2．球状蛋白质：球形或椭圆形的功能蛋白质，可溶于水。
第二节 蛋白质的分子结构
蛋白质分子是由许多氨基酸通过肽键相连形成的生物大分子。氨基酸排列顺序及肽链的空间排布等构成蛋白质分子结构。
3.寡肽、多肽 10个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽，更多的氨基酸相连而成的肽称为多肽。
4.氨基酸残基 肽链中的氨基酸由于脱水而结构不完整，称为氨基酸残基。
5.N－端、C－端 多肽链有两端，自由氨基端称为氨基末端（N端），写在左侧，自由羧基端称为羧基末端（C端）写在右侧。
主要C、H、O、N、S。其他P、Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo、I。
蛋白质含氮量平均为16％，而且大部分氮元素存在在蛋白质中
测定生物样品含氮量，可推算出蛋白质大致含量。
每克样品含氮克数×6.23×100＝100克样品中蛋白质含量（g％）
一、氨基酸（amino acid；aa，AA）
2．主键：肽键。有些蛋白质还含二硫键。
3．意义：是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，不是决定空间构象的唯一因素。空间构象的形成需蛋白质“分子伴侣”的参予。
二、蛋白质的二级结构
（一）定义：蛋白质分子中某一段肽链主链骨架原子的相对空间位置，不涉及氨基酸残基侧链的构象。是蛋白质主链局部的空间构象。
（二）生物活性肽
1. 谷胱甘肽GSH 由谷、半胱和甘氨酸组成的三肽。
第一个肽键是由谷氨酸的γ－羧基与半胱氨酸的氨基组成，故GSH的化学名称为γ－谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。GSH的SH代表半胱氨酸残基的巯基，是GSH的主要功能基团。
H2O2 2GSH NADP＋
（4）侧链基团位于α-螺旋的外侧，不参与α-螺旋的维系，但对α-螺旋的形成和稳定有重要影响。
2.β-折叠
（1）几条多肽链或一条多肽链反折形成的若干肽段互相靠拢，平行排列。
（2）所有肽键的C = O和N － H形成链间氢键，氢键与主链互相垂直。
（3）侧链基团交替地伸向片层的上方和下方。由于侧链基团的存在，而主链又必须互相靠拢，所以主链不能完全伸展，而呈锯齿状折叠的片层结构。
蛋白质的基本组成单位是氨基酸。
存在于自然界中的氨基酸有300余种，组成蛋白质的氨基酸只有20种，均属L－α－氨基酸（甘氨酸除外）。但由于氨基酸的种类、数量、排列顺序及组合方式的不同，20种氨基酸可构成种类繁多、功能各异的蛋白质。
氨基酸的通式（脯氨酸除外）：
COOH
分为：基本结构（一级）和高级结构或空间构象（二级、三级、四级结构）。
构象：是化学键的旋转形成的立体结构，改变构象不涉及共价键的破坏。
构型：是指各原子或基团在不对称碳原子上的排列形成的空间结构，改变构型必须将共价键断裂后重新连结。
一、蛋白质的一级结构
1．定义：蛋白质分子中氨基酸由N端至C端的排列顺序。即氨基酸序列。
脯氨酸与半胱氨酸较为特殊。脯氨酸属亚氨基酸，亚氨基能与另一羧基形成肽键；N在环中，移动的自由度受到限制，处于多肽链中时，往往使肽链走向形成折角。两个半胱氨酸脱氢以二硫键相连形成胱氨酸。在蛋白质分子中二硫键（共价键）是连接肽链内或肽链间的主要桥键，造成肽链分支或成为环状。