人体机能学

第一章

蛋白质protein Pro, Pr, P

复习提纲：

➢掌握蛋白质的元素组成、基本组成单位，氨基酸在肽链中的连接方式；

熟悉氨基酸的通式；氨基酸三字母英文缩写。必需氨基酸。

➢GSH由哪三个氨基酸残基组成？有何生理功能？

➢蛋白质一、二、三、四级结构的定义及维系这些结构稳定的作用键？蛋白质二级结构的基本形式？α-螺旋的结构特点。

➢举例说明蛋白质一级结构与功能的关系。

➢蛋白质的变性

酶（Enzyme）

➢掌握酶的活性中心、必需基团的概念。

➢掌握单纯酶、结合酶的概念。➢掌握酶原、酶原激活机理、生理意义。同工酶的概念。

➢酶作用的特点。

➢竞争性抑制的概念。

氨基酸代谢

➢一碳单位的定义

➢氨基酸脱氨基的四种方式（重点：转氨基作用和联合脱氨基、两种转氨酶及辅酶）

➢氨的来源和去路，氨在体内的两种转运方式。

➢尿素的合成部位.尿素分子中两个氮原子的来源，尿素合成的生理意义➢氨基酸脱羧基生成的生物活性胺

➢苯丙氨酸羟化酶、酪氨酸酶的缺陷会导致临床何种疾病的产生？

第一节蛋白质的分子组成与结构

一、蛋白质的化学组成

元素组成:碳氢氧氮硫（C、H、O、N、S ）以及磷铁铜锌碘硒

*蛋白质平均含氮量（N %）:16% 蛋白质含量=含氮克数×6.25（凯氏定氮法）

二、基本组成单位——氨基酸（amino acid）

1．结构通式：(见右图)

2．种类：20种编码氨基酸

◆与羧基相邻的α-碳原子上有一个氨基，称为α-氨基酸（除脯氨酸外）。◆除甘氨酸外，其它氨基酸α-碳原子是不对称碳原子。◆蛋白质由近20种L-α-氨基酸组成

3．分类：按侧链的结构和理化性质可分为四类

➢非极性疏水性氨基酸

甘氨酸(glycine, Gly, pI=5.97) 丙氨酸(alanine, Ala, pI=6.00) 缬氨酸(valine, Val, pI=5.96)

亮氨酸(leucine, Leu, pI=5.98) 异亮氨酸(isoleucine, Ile, pI=6.02) 苯丙氨酸(phenylalanine, Phe, pI=5.48) 脯氨酸(praline, Pro, pI=6.30)(亚氨基酸)

➢极性、中性氨基酸

色氨酸(trtptophan, Trp, pI=5.98) 丝氨酸(serine, Ser, pI=5.68) 酪氨酸(tyrosine, Tyr, pI=5.66)

半胱氨酸(cysteine, Cys, pI=5.07) 蛋氨酸(methionine, Met, pI=5.74) 天冬酰氨(asparagines, Asn, pI=5.41)

谷氨酰氨(glutamine, Gln, pI=5.65) 苏氨酸(threonine, Thr, pI=5.60)

➢酸性氨基酸

天冬氨酸(aspartic acid, Asp, pI=2.97) 谷氨酸(glutamic acid, Glu, pI=3.22)

➢碱性氨基酸

赖氨酸(lysine, Lys, pI=9.74) 精氨酸(arginine, Arg, pI=10.76) 组氨酸(histidine, His, pI=7.59)

4．*营养必需氨基酸：体内需要但不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸。

包括8种：甲硫氨酸色氨酸赖氨酸缬氨酸异亮氨酸亮氨酸苯丙氨酸苏氨酸(假设来写一两本书)

5．氨基酸理化性质

1、两性解离及等电点

*氨基酸的等电点(isoelectric point, pI)：在某一pH溶

液中，氨基酸带正负电荷相等，成为兼性离子，此溶

液的pH值称为该氨基酸的等电点。

2、紫外吸收：280nm，芳香族氨基酸，共轭双键

3、茚三酮反应：蓝紫色化合物, 570nm,氨基酸的定量分析

三、蛋白质的分子结构

㈠*肽键与肽

氨基酸通过肽键相连形成肽。肽键是由1个氨基酸的α-羧基与其相邻的另1个氨基酸的α-氨基脱去1分子水所形成的化学键，又称酰氨键。肽键是蛋白质分子中的主要共价键。

寡肽(10个aa以下)、多肽、蛋白质、氨基酸残基

*谷胱甘肽（glutathione, GSH）

组成：谷氨酸Glu +半胱氨酸Cys + 甘氨酸Gly

生理功能：结构中含有游离的SH基，具有强抗氧化性。

根据多肽链中氨基酸排列顺序以及多肽链在空间排布不同，可将蛋白质的分子结构分为一级、二级、三级、四级四个结构层次，后三者统称为蛋白质的空间结构（或高级结构）。

㈡*蛋白质的一级结构(primary structure)

◆蛋白质分子中，从N-端至C-端的氨基酸残基的排列顺序。

◆一级结构中的主要化学键是肽键，有的包含二硫键。

◆是蛋白质最基本的结构。

㈢蛋白质的二级结构(secondary structure)

*蛋白质的二级结构是指多肽链中主链骨架原子的局部空间排布，不涉及氨基酸侧链的构象。

稳定因素：*氢键

二级结构的主要结构单位——*肽单元

参与肽键的6个原子—— Cα1、C、H、O、N、Cα2处于同一平面，称为肽单元

二级结构的*几种形式：*α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规卷曲。

α-螺旋结构特点：◆以α-碳原子为转折点，以肽键平面为单位，盘曲成右手螺旋状的结构。◆螺旋上升一圈含 3.6个氨基酸残基，螺距0.54nm◆氨基酸的侧链伸向螺旋的外侧。◆螺旋的稳定是靠氢键。氢键方向与长轴平行。

㈣蛋白质的三级结构(tertiary structure)

*蛋白质的三级结构是指在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折迭。也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。*蛋白质三级结构的稳定主要靠次级键，包括氢键、盐键、疏水键以及范德华力(Van der Wasls力)等。

㈤蛋白质的四级结构

二条或二条以上具有独立三级结构的多肽链组成的蛋白质。其中，每条具有独立三级结构的多肽链称为亚基(subunit)。*蛋白质的四级结构(quarternary structure):蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用。

*主要稳定因素：氢键、离子键

四、蛋白质结构与功能的关系

蛋白质一级结构是空间结构的基础，蛋白质的一级结构决定其空间结构，空间结构决定其功能。例如牛胰核糖核酸酶是由124氨基酸残基组成，共有4个二硫键。当用尿素和β-巯基乙醇破坏二硫键时，其空间构象遭到破坏，酶活性也丧失，如用透析方法去除尿素和β-巯基乙醇，其二硫键可恢复，但4个二硫键只有恢复到原有天然的配对状态，其活性才能恢复到原有水平。说明一级结构不被破坏，只要去除破坏空间结构的因素，其空间构象和活性即可恢复。

蛋白质分子中关键氨基酸的缺失或被替代，则影响其功能。*分子病（Pauling）：蛋白质分子发生变异所导致的疾病。

镰刀状红细胞性贫血:β亚基N端的第6号氨基酸残基发生了变异，Glu→Val,这种变异来源于基因上遗传信息的突变。

第二节蛋白质重要的理化性质

蛋白质是由氨基酸组成的大分子化合物，其理化性质一部分与氨基酸相似，如两性电离、等电点、呈色反应等，也有一部分又不同于氨基酸，如高分子量、胶体性质、变性等。

一、两性电离及等电点

*蛋白质的等电点（pI）：当蛋白质处于某一pH溶液时，可离解为正、负电荷相等的状态，此溶液的pH值称为该蛋白质的等电点。

蛋白质的电泳

原理：分子量大小及所带电荷多少

二、蛋白质的高分子性质

蛋白质分子量大，已达到胶粒1～100nm范围。因此蛋白质溶液具有胶体溶液的性质。

蛋白质溶液在一定条件下相当稳定，稳定该亲水胶体的因素是：水化膜、电荷。

三、蛋白质变性、沉淀与凝固