生物分子结构和功能

第一篇 生物分子结构和功能
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细胞的结构
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生物大分子（Macromolecules）
由一定的基本结构单位，按一定的排列顺序和连接方式而形 成的多聚体，参与机体构成并发挥重要身体功能。
蛋白质
核酸
聚糖
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细胞的分子组成
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生物分子的功能
核酸：遗传信息的储存和传递 蛋白质：生命活动的载体，功能执行者，参与 几乎所有的生理活动 酶：生物体内催化剂 聚糖：参与生命活动 维生素：维系人体正常生命活动所必需的小分 子化合物，参与代谢途径
芳香族氨基酸
酸性氨基酸
碱性氨基酸
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(一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族 氨基酸
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(二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性 中性氨基酸
甲硫氨酸
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(三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸
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(四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸
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(五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性 氨基酸
代谢调节作用
免疫保护作用 物质的转运和存储 运动与支持作用 参与细胞间信息传递
3. 氧化供能
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组成蛋白质的元素 主要有C、H、O、N和 S。 有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、 铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘 。
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蛋白质元素组成的特点 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。 由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，
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体内也存在若干不参与蛋白质合成但具有
重要生理作用的L-α-氨基酸，如参与合成尿素的
鸟氨酸（ornithine）、瓜氨酸（citrulline）和精氨
酸代琥珀酸（argininosuccinate）。
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二、氨基酸可根据侧链结构和理化 性质进行分类

非极性脂肪族氨基酸 极性中性氨基酸


2、半必需氨基酸和条件必需氨基酸：

精氨酸：精氨酸与脱氧胆酸制成的复合制剂（明诺芬）是主治梅毒、病毒性黄疸等 病的有效药物。 组氨酸：可作为生化试剂和药剂，还可用于治疗心脏病，贫血，风湿性关节炎等的 药物。
3、非必需氨基酸（nonessentialamino acid）：指人（或其它脊椎动物 ）自己能由简单的前体合成，不需要从食物中获得的氨基酸。例如甘氨酸 、丙氨酸等氨基酸。
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COO
-
H CH 3 R
H
C
+
NH3
甘氨酸 丙氨酸 L-氨基酸的通式
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除了20种基本的氨基酸外，近年发现硒代半胱
氨酸在某些情况下也可用于合成蛋白质。硒代 半胱氨酸从结构上来看，硒原子替代了半胱氨 酸分子中的硫原子。硒代半胱氨酸存在于少数 天然蛋白质中，包括过氧化物酶和电子传递链 中的还原酶等。硒代半胱氨酸参与蛋白质合成 时，并不是由目前已知的密码子编码，具体机 制尚不完全清楚。
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1. 必需氨基酸（essential amino acid）： 指人体（或其它脊椎动物）不 能合成或合成速度远不适应机体的需要，必需由食物蛋白供给，这些氨基 酸称为必需氨基酸。成人必需氨基酸的需要量约为蛋白质需要量的20%～ 37%。共有8种其作用分别是：

赖氨酸：促进大脑发育，是肝及胆的组成成分，能促进脂肪代谢，调节松果腺、乳 腺、黄体及卵巢，防止细胞退化； 色氨酸：促进胃液及胰液的产生； 苯丙氨酸：参与消除肾及膀胱功能的损耗； 蛋氨酸（甲硫氨酸）：参与组成血红蛋白、组织与血清，有促进脾脏、胰脏及淋巴 的功能； 苏氨酸：有转变某些氨基酸达到平衡的功能； 异亮氨酸：参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及代谢；脑下腺、甲状腺、性腺； 亮氨酸：作用平衡异亮氨酸； 缬氨酸：作用于黄体、乳腺及卵巢。
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蛋白质的生物学重要性 1. 蛋白质是生物体重要组成成分 分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细 胞的各个部分都含有蛋白质。 含量高：蛋白质是生物体中含量最丰富的生
物大分子，约占人体固体成分的 45% ，而在
细胞中可达细胞干重的70%以上。
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2. 蛋白质具有重要的生物学功能
作为生物催化剂（酶）
1864年，Hoppe-Seyler从血液分离出血红蛋白，并将
其制成结晶。
19世纪末，Fischer证明蛋白质是由氨基酸组成的，
并将氨基酸合成了多种短肽 。
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1951年, Pauling采用X（射）线晶体衍射发现了蛋白
质的二级结构——α-螺旋(α-helix)。
1953年，Frederick Sanger完成胰岛素一级序列测定。
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第一章
蛋白质的结构与功能
Structure and Function of Protein
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什么是蛋白质?
蛋 白 质 (protein) 是 由 许 多 氨 基 酸 (amino acids)通过肽键(peptide bond)相连 形成的高分子含氮化合物。
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蛋白质研究的历史
1833年，Payen和Persoz分离出淀粉酶。 1838年，荷兰科学家 G. J. Mulder引入“protein” （源自希腊字proteios，意为primary）一词
1962年，John Kendrew和Max Perutz确定了血红蛋白
的四级结构。
20世纪90年代以后，随着人类基因组计划实施，功
能基因组与蛋白质组计划的展开 ，使蛋白
质结构与功能的研究达到新的高峰 。
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第一节
蛋白质的分子组成
The Molecular Component of Protein
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几种特殊氨基酸
CH2 CH2 CHCOO NH2+
• 脯氨酸
（亚氨基酸）
CH2
OH
CH 羟脯氨酸
CH2 CH2
CHCOO NH2+
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半胱氨酸
-OOC-CH-CH
+NH 3
SH HS CH CH COO + 2 2
-HH
+NH
3
-OOC -CH-CH
+NH 3
S S CH CH COO 2 2
+NH
二硫键
3
•胱氨酸
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在蛋白质翻译后的修饰过程中，脯氨酸和赖氨酸
只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以 下公式推算出蛋白质的大致含量： 100克样品中蛋白质的含量 (g %) = 每克样品含氮克数× 6.25×1的20种L--氨基酸
存在自然界中的氨基酸有 300 余种，但 组成人体蛋白质的氨基酸仅有 20 种，且均 属 L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。