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第二章蛋白质的结构和功能

第一节蛋白质分子组成

一、组成元素：

N为特征性元素，蛋白质的含氮量平均为16%.-----测生物样品蛋白质含量：样品含氮量×6.25

二、氨基酸

1.是蛋白质的基本组成单位，除脯氨酸外属L-α-氨基酸，除了甘氨酸其他氨基酸的α-碳原子都是手性碳原子。

2.分类：（1）非极性疏水性氨基酸：甘、丙、缬、亮、异亮、苯、脯，甲硫。（2）极性中性氨基酸：色、丝、酪、半胱、苏、天冬酰胺、谷氨酰胺。（3）酸性氨基酸：天冬氨酸Asp、谷氨酸Glu。（4）（重）碱性氨基酸：赖氨酸Lys、精氨酸Arg、组氨酸His。

三、理化性质

1.两性解离：两性电解质，兼性离子静电荷+1 0 -1

PH〈PI PH=PI PH〉PI

阳离子兼性离子阴离子等电点：PI=1/2（pK1+pK2）

2.紫外吸收性质：多数蛋白质含色氨酸、酪氨酸（芳香族），最大吸收峰都在280nm。

3.茚三酮反应：茚三酮水合物与氨基酸发生氧化缩合反应，成紫蓝色的化合物，此化合物最大吸收峰为570nm波长。此反应可作为氨基酸定量分析方法。

四、蛋白质分类：单纯蛋白、缀合蛋白（脂、糖、核、金属pr）

五、蛋白质分子结构

1.肽：氨基酸通过肽键连接构成的分子肽肽键：两个氨基酸α氨基羧基之间缩合的化学键（—CO—NH—）

2.二肽：两分子氨基酸借一分子的氨基与另一分子的羧基脱去一分子的水缩合成

3.残基：肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而残缺，故被称为氨基酸残基。

4.天然存在的活性肽：

（1）谷胱甘肽GSH：谷，半胱，甘氨酸组成的三肽

①具有还原性，保护机体内蛋白质或酶分子免遭氧化，使蛋白质或酶处于活性状态。②在谷胱甘肽过氧化物酶催化下，GSH可还原细胞内产生的过氧化氢成为水，同时，GSH被氧化成氧化性GSSG，在谷胱甘肽还原酶作用下，被还原为GSH③GSH的硫基具有噬核特性，能与外源性的噬电子毒物（如致癌物，药物等）结合，从而阻断，这些化合物与DNA,RNA或蛋白质结合，以保护机体（解毒）

（2）多肽类激素及神经肽

①促甲状腺激素释放激素TRH②神经肽：P物质（10肽）脑啡肽（5肽）强啡肽（17肽）

级结构聚合体。

蛋白质的分类：1.根据组分：（1）单纯蛋白质 （2）缀合蛋白：脂、糖、核、金属pr （非蛋白部分为结合蛋白的辅基） 2.形状和空间构象：

（1）纤维状：长轴和短轴之比大于10，不溶于水，韧性——支架和外保护 （2）球状：水溶性较好，结构更复杂——酶和调控蛋白

第三节 蛋白质结构与功能的关系

一、一级结构是空间构象的基础

1.空间构象遭破坏的核糖核酸酶只要一级结构未被破坏，就可能恢复到原来的三级结构，功能依然存在。

2.一级结构是功能的基础。不同种属来源pr 相似的一级结构（序列同源现象）具有相似的功能→同源蛋白质。

3.一级结构改变与分子病

分子病：蛋白质分子发生变异所导致的疾病，为基因突变导致。镰刀形贫血：谷氨酸 → 缬氨酸 二、蛋白质空间结构与功能的关系 1.蛋白质的功能依赖于特定的空间结构

2.蛋白质在不改变一级结构的前提下，通过变构（配体物质与蛋白质非共价键结合改变构象）可以改变活性 三、蛋白质空间的结构改变与疾病

1.因蛋白质折叠错误或折叠不能导致构象变化引起的疾病，成为蛋白质构象病

2.朊病毒：查不到任何核酸，对各种理化作用有很强抵抗力，传染性极强的蛋白质颗粒。 （1）细胞型（正常型）：表达于脊椎动物细胞表面，存在于a-螺旋。

（2）瘙痒性（致病型）：是PrP c 异构体，可胁迫PrPc 转化为PrP Sc ，实现自我复制，并产生病理效应。

1.提取：破碎组织和细胞，将蛋白质溶解于溶液中的过程称为蛋白质的提取。

2.纯化：将溶液中的蛋白质相互分离而取得单一蛋白质组分的过程。

3.改变蛋白质溶解度使其沉淀的方法：

（1）盐析：用高浓度的中性盐将蛋白质从溶液中析出。Eg ：硫酸铵 硫酸钠 氯化钠。原理：夺取蛋白质周围的水化膜，破坏其稳定性。（2）加入有机溶剂 Eg ：丙酮 正丁醇 乙醇 甲醇。原理：降低溶液的介电常数，使蛋白质相互吸引。

四 补充

一、氨基酸分类

1.带脂肪烃侧链的氨基酸：丙，缬，亮，异亮

2.含芳香环：苯丙芳香族：酪，色

3.含硫：甲硫氨酸 ④含疏基：半胱氨酸

嘌呤 腺嘌呤（A ）

鸟嘌呤（G ）

嘧啶

尿嘧啶（U ） 胸腺嘧啶（T ） 胞嘧啶（C ）

4.亚氨基酸：脯氨酸 ⑥含羟基：丝 苏

5.含酰胺基：谷氨酰胺，天冬酰胺 ⑧含羧基（酸性带负电）：天冬氨酸，谷氨酸 二、肽

1.多肽链两端：自由氨基（氨基末端，N 端），羧基（羧基末端，C 端）。

2.多肽命名：N 端→C 端

3.多肽中肽链4个原子（C,O,N,H ）和相邻两个a 碳原子等6个原子位于同一酰胺平面，构成肽单元（Peptide Unit ）。

4.抗生素肽：抑制，杀死细菌的多肽

第三章 核酸的结构和功能

核酸是一类含磷的生物大分子化合物，携带和传递遗传信息，为生命的最基本物质之一。根据组成不同，可分为核糖核酸（RNA ）和脱氧核糖核酸（DNA ）。

第一节 核酸的化学组成及一级结构

核酸分子的元素组成为C ，H ，O ，N 和P ，基本单位为核苷酸。（也称单核苷酸） 一、核苷酸

核苷酸完全水解可释放出等摩尔量的含氮碱基，戊糖（脱氧戊糖）和磷酸。 1.碱基

（1）存在于DNA 分子中：A ，T ，C ，G ；存在于RNA 中：A ，U ，C ，G 。 （2）此外，核酸还含有一些含量很少的碱基，种类很多，大多数为甲基化碱基。

2.戊糖（1）核糖构成RNA ，脱氧核糖构成DNA ；（2）RNA 分子较DNA 分子更易发生水解，因此不如DNA 稳定。

3.核苷（1）碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接成核苷（脱氧核苷）。（2）核 苷：AR ，GR ，UR ，CR （3）脱氧核苷：Dar ，dGR, dTR, dCR.

4.单核苷酸

（1）核苷（脱氧核苷）和磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）

①核苷酸：AMP ，GMP ，UMP ，CMP ②脱氧核苷酸。dAMP ,dGMP ,dTMP ,dCMP .。③重要的核苷酸衍生物

④多磷酸核苷酸：NTP （三核酸核苷），NDPC （二磷酸核苷⑤环化核苷酸：cAMP （3’,5’-环腺甘酸）cGMP （3’,5’-环鸟苷酸）

单核苷

磷酸

戊糖（脱氧戊

碱基（嘌呤碱，嘧啶碱）

核酸

核酸

DN

RN

mRNA

tRNA rRNA

核心颗粒

连接区

DNA （约146bp ） 组蛋白八聚休

连接区DNA （约60bp ）

H 1

核小体

二、核酸的一级结构

1.定义：核酸中核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基的不同，所以也称为碱基序列。

2.核苷酸之间以3′，5′磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，且多核苷酸链是有方向性的。 书写方法：左端标出5’末端，右侧为3’末端例如：5’ACTGCT3’ 第二节 DNA 的空间结构和功能

一、DNA 的二级结构——双螺旋结构模型

DNA 双螺旋结构的特点1.DNA 分子由两条反向平行但走向相反的脱氧多核苷酸链组成，两链以一脱氧核苷酸-磷酸，为骨架，以右手螺旋方式绕同一公共轴盘螺旋，直径为2nm ，形成大沟和小沟相间，碱基垂直螺旋轴居双螺旋内侧，与对侧碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T ，C=G ），相邻碱基平面距离0.34nm ，螺旋一圈螺距3.4nm ，一圈10对碱基。2.DNA 双螺旋结构的稳定主要由互补碱基对之间的氢键和碱基堆积力来维持。氢键主持双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性。3.DNA 双螺旋结构的多样性DNA 双螺旋结构是DNA 分子在水性环境和生理环境下最稳定的结构，但当改变溶液的离子浓度或相对温度时，DNA 结构会发生改变。

二、DNA 的超螺旋结构及其在染色质中的组装

1.DNA 超双螺旋结构（1）超螺旋结构：DNA 双螺旋链再盘绕成超螺旋结构；（2）正超螺旋：盘绕方向与DNA 双螺旋方向相同（2）负超螺旋：盘绕方向与DNA 双螺旋方向相反

2.原核生物DNA 是环状超螺旋结构

3.真核生物DNA 在核内的组装 真核生物染色体由DNA 和蛋白质构成，其基本单位是核小体，

（1）核心颗粒：由长146bp 的双螺旋DNA 以超螺旋方式缠绕组蛋白八聚休1.8圈组成。（2）连接区：由连接区DNA 和组蛋白H 1组成。（3）连接区DNA ：连接相邻两个核心颗粒。（4）组蛋白①组蛋白种类：H1，H 2A ，H 2B ，H 3，H 4②组蛋白八聚体（核心组蛋白）由各2分子H 2A ，H 2B ，H 3，H 4组成八聚体（5）真核生物染色体DNA 组装不同层次的结。（6）染色体是由DNA 和蛋白质构成的不同层次缠绕线和螺线管结构 三、DNA 的功能

1.DNA 的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活的信息基础。

2.基因就是指在染色体上占有一定位置的遗传的基本单位或单元。

3.基因组是指来自一个遗传体系的一整套遗传信息。

4.此外，真核细胞还有线粒体和叶绿体，分别含有线粒体DNA 和叶绿体DNA ，属于核外遗传物质。 第三节 RNA 的功能和结构 RNA

一、信使RNA 的结构与功能

mRNA 的结构特点

1.大多数真核mRNA 的5’末端均在转录后加上一个甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C 2’也是甲基化，形成帽子结构。

2.大多数真核mRNA 的3’末端有一个多聚腺苷酸（polyA ）结构，称为多聚A 尾

5’m 7Gppp ———AUG ————————UAG ——————AAUAAA ———poly(A)3’

3.帽子结构和多聚A 尾的功能

（1）mRNA 核内向胞质的移位（2）mRNA 的稳定性维系（3）翻译超始的调控

4.mRNA 的功能：转录核内DNA 遗传信息的碱基排列顺序，并携带至细胞质，指导蛋白质合成的氨基酸排列顺序 二、转运RNA 的结构和功能

1.tRNA 分子中含有较多的稀有碱基，含10-20%稀有碱基，如DHU ，3’末端为-CCA-OH ，5’末端大多数为G

2.tRNA 二级结构——三叶草氨基酸臂，DHU 环，反密码环，额外环，T ψC 环

3.tRNA 的三级结构——倒L 形

4.tRNA 的功能：搬运氨基酸到核糖体和识别密码子，参与蛋白质的翻译 三、核蛋白休RNA 的结构和功能

1.rRNA 与核糖体蛋白共同构成核蛋白体或称为核糖体，核糖体均由易于解聚的大小两个亚基组成。

2.rRNA 的功能：参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。

3.rRNA 的种类：（根据沉降系数） 真核生物 原核生物 5srRNA

5srRNA 28srRNA 23srRNA 5.8srRNA

16srRNA

一、核酸的一般理化性质

1.核酸分子中有末端磷酸和许多连接核苷的磷酸残基，为多元酸，具有较强的酸性。

2.核酸分子中还有含氮碱基上的碱性基团，故为两性电解质，各种核酸分子大小及所带电荷不同，电泳和离子法来分离不同的核酸。

二、DNA 的变性

1.定义：在某些理化因素作用下，DNA 双链解开成两条单链的过程。变性并不涉及核苷酸共键（磷酸二脂键）的断裂。

2.方法：过量酸、碱、加热、变性试剂如尿素、酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。

3.变性后其它理化性质变化： DNA 变性的本质是双链间氢键的断裂。变性引起紫外吸收值的改变

4.增色效应：DNA 变性时其溶液A 260增高的现象

5.Tm ：变性是在一个相当窄的温度范围内完成，在这一范围内，紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度温度称为DNA 的解链温度，又称熔解温度，或熔点。

6.Tm 值与下列因素有关：

（1）DNA 的均一性：DNA 的均一性较高，那么DNA 链各部分的氢键断裂所需的能值较接近，Tm 值范围较窄，所之亦然，由

于可见Tm 值可作为衡量DNA 样品均一性的指标。

（2）C-G 碱基对含量：G-C 碱基对为3对氢键，而A-T 碱基对只有2对氢键，所以破坏G-C 间氢键较A-T 间氢键需要更多的

能量。因此Tm 值大小与G+C 含量成正比，也可通过Tm 值推算出DNA 碱基的百分组成。

X%（G+C ）=（Tm-69.3）*2.44

5’非翻译区 编码区

3’非翻译区

（3）介质中离子强度：离子强度低，DNA的Tm值较低。

三、DNA的复性与分子杂交

1.DNA复性定义：在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性。（1、足够的盐浓度——消除磷酸基的静电斥力，2、足够高的温度——破坏无规则的链内氢键）

2.热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火。

3.减色效应：DNA复性时，其溶液A260降低。

4.核酸分子杂交：在DNA变性后的复性过程中，如果将不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以在不同的分子间形成杂化双链。

5.这种杂化双链可以在不同的DNA与DNA之间形成，也可以在DNA 和RNA分子间或者RNA与RNA分子间形成，这种现象称为核酸分子杂交。

6.核酸分子杂交的应用

第四章酶

一、酶的概念：酶是指由活细胞产生的具有催化作用的蛋白质。

1、命名：①习惯命名：分解脂肪的酶→脂肪酶→据其催化的底物催化脱氢反应酶→脱氢酶→据其催化的反应类型命名

②系统命名

2、分类：①氧化还原酶类②转移酶类③水解酶类④裂解酶类⑤异构酶类⑥合成酶类（或连接酶类）

3、化学本质：据化学本质将酶分两类，即：①蛋白脂类的酶②核酸类的酶

二、酶的分子结构与功能

1、分子组成：单纯酶和结合酶。酶蛋白：结合酶中的蛋白质部分。辅助因子：结合酶中的非蛋白质部分。

金属酶：金属离子如果与酶结合紧密，在提取的过程中不会丢失，这类酶称为金属酶。如：羧肽酶（含Zn2+）黄嘌呤氧化酶（含Mo2+）金属离子作用：①维持酶分子的构象；②传递电子；③在酶与底物间起桥梁作用；④中和阴离子降低反应的静电斥力。

根据辅助因子与酶蛋白结合的牢固程度不同将其分为辅基或辅酶。

注：①辅基大多为金属离子②一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合，但是一种辅助因子可与不同酶蛋白结合。

分类

结合酶：蛋白质+非蛋白质部分（即辅酶分子）（即酶蛋白）

酶蛋白——决定反应的特异性

小分子有机化学物结合成复合物全酶（只有全美才具有催化作用）

辅酶因子——

金属离子

在酶促反应中

1、维持酶分子的构象

2、传递电子

3、在酶与底物间起桥梁作用

4、中和阴离子，降低反应的静斥力

辅酶：与蛋白质结合疏松

辅酶因子

辅基：与酶蛋白结合牢固

酶活性中心（active center）：指酶分子中能与底物结合并催化底物转变为产物的特定的空间结构区域。

酶活性中心内结合集团：结合底物和辅酶，使之成为复合物的必需基团

催化基团：影响底物中某些化学键的稳定性，催化底物转变成为产物

2、酶的活性中心

①概念：酶分子中与酶活性密切相关的化学基因称为必需基因，这些必需基因在一级结构上可能相距很远，必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物，这区域称为酶的活性中心或活性部位。

②分类：①酶活性中心内的必需基团：结合基因和催化基因②酶活性中心外的必需基团：组氨酸的咪唑基，丝氨酸的羟基等。

三、酶促反应的特点与机制

1、酶与催化剂相比较：

①共同点：A催化作用；B反应前后酶质与量不变；C不改变反应平衡常数

②不同点：A极高的催化效率B高度的特异性：1、绝对特异性2、相对特异性3、立体异构特异性C可调节性

2、酶促反应的机制

①诱导契合假说酶：与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物结合的诱导契合假说。②邻近效应与定向排列：提高反应速率③多元催化：同一种酶常兼有酸、碱双重催化作用。④表面效应：

四、酶促反应动力学

影响酶促反应因素:酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。

1、底物浓度对反应速度的影响

①在酶量恒定的情况下，酶促反应的速度主要取决于底物的浓度

②在底物浓度较低时，反应速度随底物浓度的增加而上升，加大底物浓度，反应速度趋缓，底物浓度进一步增高，反应速度不再随底物浓度的增加而加快，达最大反应速度，此时酶的活性中心被底物饱和。

☆2、米-曼氏方程式

②间产物学说：酶（E）与底物（S）形成酶—底物复合物（中间产物ES）,此复合物再分解为产物(P)和游离的酶。

②米氏方程式：V= Vmax[S]。A米氏方程式Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。B、Km值↓酶对底物的亲和力↑。C、Km是酶的特征性常数之一，只与酶的结构，酶所催化的底物和反应环境如温度、PH、离子强度有关，与酶的浓度无关（同一底物，不同的酶有不同的Km值）。D、Vmax是酶完全被底物所饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。

③km值和Vmax值的测定：

双倒数作图法

第一步：V=Vmax*[S]/(Km+[S])

两边同取倒数得

1/V=Km/（Vmax*[S]）+1/Vmax

以1/V对1/[S]作图，纵轴截距=1/Vmax, 横轴截距=-1/km

Hanes作图法: [S]/V=Km/Vmax + [S]/Vmax

以[S]/V对[S]作图，纵轴截距=-km, 直线k=1/Vmax

3、酶浓度对反应速度的影响

（当[S]＞＞km，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。当[S]＞＞E时，km忽略不计）

4、温度对反应速度的影响①温度升高，酶促反应速度升高②温度升高，可引起酶的变性失活。

最适温度：酶促反应速度最快时的环境温度称为酶促反应的最适温度。（酶的最适温度不是酶的特征性常数，与反应时间有关）注：临床应用：低温麻醉、低温保存菌种。

5、pH对反应速度的影响

①酶活性受其反应环境的PH影响，且不同的酶对不同的PH有不同要求。②最适pH ：酶催化活性最大时的环境pH

③胃蛋白酶最适PH值是1.8；肝精氨酸酶是9.8；多数酶是中性（最适pH不是酶的特征性常数，受底物浓度，缓冲液种类与浓度，以及酶的纯度等因素影响）

6、抑制剂对酶促反应速度的影响

①抑制剂：凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂。

②抑制剂多与酶的活性中心内、外必需基因相结合，从而抑制酶的催化活性。

分类：

①不可逆性抑制剂：以共价键与酶活性中心上的必需基因相结合，使酶失活，此种抑制剂不可用透析、超滤等方法去除。

②可逆性抑制剂：抑制剂与酶以非共价键方式结合，使酶活性降低或消失，可采用透析、超滤的方法解除，是一种可逆性结合。A．竞争性抑制作用：与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶与底物结合成中间复合物。（可逆的）比如：丙二酸与琥珀酸争琥珀酸脱氢酶，磺胺药物与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶）

B．Vmax不变，Km值↑

C．非竞争性抑制作用：与酶活性中心外的必需基因结合，底物与抑制剂之间无竞争关系。

Vmax↓，Km值不变C.反竞争性抑制作用：抑制剂不与酶结合，反与酶和底物形成的中间产物（ES）结合，使中间产物ES的量