《生物化学》-绪论和蛋白质.ppt
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1、目目 录录目目 录录本期教学安排w总学时:总学时:100学时学时 学分学分:5.5w理论:理论:76学时学时w实验:实验:24学时学时 理论考试理论考试:75%w分数分数:实验考核实验考核:25%目目 录录绪绪 论论Introduction to biochemistry目目 录录l 什么是生物化学什么是生物化学?化学分子化学分子化学分子化学分子化学反应化学反应化学反应化学反应是从是从是从是从分子水平分子水平分子水平分子水平探讨探讨探讨探讨生物体内生物体内生物体内生物体内的的的的医学生物化学研究的对象为人体医学生物化学研究的对象为人体。l 研究对象研究对象 生物化学发展史生物化学发展史 18世
2、纪中到世纪中到19世纪末世纪末 初期发展阶段初期发展阶段 主要研究生物体的化学组成主要研究生物体的化学组成 20世纪初到中期世纪初到中期 快速发展阶段快速发展阶段 多方面研究都取得重大进展,主要在营养生化、代谢生化、酶多方面研究都取得重大进展,主要在营养生化、代谢生化、酶学、内分泌研究学、内分泌研究 20世纪世纪50年代到现在年代到现在分子生物学时期分子生物学时期 1953年年 Watson 和和Crick 提出提出DNA双螺旋模型双螺旋模型 1973年年 重组重组DNA技术的建立技术的建立(基因工程诞生)(基因工程诞生)2003年年 HGP完成,蛋白组学、代谢组学及它组学研究完成,蛋白组学、
3、代谢组学及它组学研究 于于2003完成的人类基因组计划完成的人类基因组计划(HGP)是由美国科学家于是由美国科学家于1985年年率先提出,于率先提出,于1990年正式由美国年正式由美国能源部和国立卫生研究院启动,能源部和国立卫生研究院启动,随后英、日、法、德、中也先后随后英、日、法、德、中也先后参与进来,共耗时参与进来,共耗时13年、耗资约年、耗资约30亿美元。亿美元。HGP完成了对构成人完成了对构成人类基因组的类基因组的30多亿个多亿个碱基碱基对对进行进行了精确测序。与曼哈顿原子弹计了精确测序。与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学划和阿波罗计划并称为三大科学计划。计划。Human K
4、aryotype中国科学家在生化领域取得的成就中国科学家在生化领域取得的成就中国科学家在生化领域取得的成就中国科学家在生化领域取得的成就中国科学家在生化领域取得的成就中国科学家在生化领域取得的成就 我国生化学界的先驱我国生化学界的先驱吴宪吴宪教授在教授在2020年代初由美回国后,在协年代初由美回国后,在协和医科大学生化系与汪猷、张昌颖等人完成了和医科大学生化系与汪猷、张昌颖等人完成了蛋白质变性理论蛋白质变性理论、血液生化检测和免疫化学血液生化检测和免疫化学等一系列有重大影响的研究。等一系列有重大影响的研究。19651965年我国在世界上年我国在世界上首次人工合成了具有生物活性的结晶牛胰首次人工
5、合成了具有生物活性的结晶牛胰岛素岛素;19831983年又通过大协作完成了年又通过大协作完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工合成工合成。19991999年中国获准加入人类基因组计划年中国获准加入人类基因组计划,承担,承担1 1的测序任务,成的测序任务,成为参与这一计划的唯一发展中国家。此外,我国科学家在酶学研为参与这一计划的唯一发展中国家。此外,我国科学家在酶学研究、蛋白质结构及生物膜结构与功能等方面都有举世瞩目的研究究、蛋白质结构及生物膜结构与功能等方面都有举世瞩目的研究成果。成果。奖奖 励励 等等 级:一等奖级:一等奖主要完成单位:主要完成单位:上海生物化学研究所上
6、海生物化学研究所 北京大学北京大学 上海有机化学研究所上海有机化学研究所主要完成者:主要完成者:钮经义,龚岳亭,邹承鲁,钮经义,龚岳亭,邹承鲁,杜雨苍,季爱雪杜雨苍,季爱雪,邢其毅,汪猷,徐杰诚邢其毅,汪猷,徐杰诚 19811981年年,我国科学家在世界上首次人工合成酵母我国科学家在世界上首次人工合成酵母 Ala-tRNA.王德宝院士王德宝院士,1940年毕业于中央大学。年毕业于中央大学。1951年获美年获美国西部保留地大学博士学位。国西部保留地大学博士学位。19511954年在美国年在美国约翰约翰.霍普金斯大学从事博士后研究。首创了从辅酶霍普金斯大学从事博士后研究。首创了从辅酶I直接合成辅酶
7、直接合成辅酶II的方法,的方法,30年来为世界各大药厂采年来为世界各大药厂采用;在我国最早开展核酸生化研究工作,是我国生用;在我国最早开展核酸生化研究工作,是我国生产核苷酸类助鲜剂的创始人;参加并领导产核苷酸类助鲜剂的创始人;参加并领导世界首次世界首次人工合成了具有生物活性酵母丙氨酸转移核糖核酸人工合成了具有生物活性酵母丙氨酸转移核糖核酸的工作;使我国人工合成生物大分子的水平居于世的工作;使我国人工合成生物大分子的水平居于世界领先地位。界领先地位。杨焕明杨焕明(Huan ming Yang)19991999年年中国获准加入人类基因组计划,承担1的测序任务,成为参与这一计划的唯一发展中国家。生化
8、研究内容生化研究内容 生物大分子的结构与功能生物大分子的结构与功能蛋白质、核酸、糖类、脂类的结构组成与功能蛋白质、核酸、糖类、脂类的结构组成与功能 物质代谢和调节物质代谢和调节生物大分子(糖、脂、蛋白质)的代谢及其调控过程生物大分子(糖、脂、蛋白质)的代谢及其调控过程DNA是遗传物质,基因作为是遗传物质,基因作为DNA的功能片段是如何将其所携的功能片段是如何将其所携带的遗传信息准确无误地传递给后代?是如何指导蛋白质合带的遗传信息准确无误地传递给后代?是如何指导蛋白质合成的?这些过程又是如何进行精确调控?以及由此衍生出的成的?这些过程又是如何进行精确调控?以及由此衍生出的现代分子生物学技术。现代
9、分子生物学技术。遗传信息的传递及调控遗传信息的传递及调控病因与机制病因与机制病因与机制病因与机制诊断与检测诊断与检测诊断与检测诊断与检测治治治治 疗疗疗疗疾病疾病医学医学医学医学 生化与医学之间的关系生化与医学之间的关系生生化化与与分分子子生生物物学学目目 录录掌握掌握熟悉熟悉了解了解怎样学习生物化学怎样学习生物化学目目 录录一些建议一些建议认真阅读教科书,不懂即问不要犹豫。认真阅读教科书,不懂即问不要犹豫。不要单纯地死记硬背,要在理解的基础上不要单纯地死记硬背,要在理解的基础上 加深记忆。加深记忆。作好准备学习新词汇。作好准备学习新词汇。横向、纵向综合所学知识。横向、纵向综合所学知识。通过练
10、习,运用所学知识来解决相关问题。通过练习,运用所学知识来解决相关问题。通过实验,加深理解所学知识。通过实验,加深理解所学知识。目目 录录第一章第一章蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能Structure and function of protein目目 录录1.蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成2.蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构3.蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系4.蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质5.蛋白质的分离、纯化与结构分析蛋白质的分离、纯化与结构分析本本 章章 内内 容容目目 录录蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein第第 一
11、一 节节目目 录录 什么是蛋白质什么是蛋白质?蛋蛋白白质质(protein)是是由由许许多多氨氨基基酸酸(amino acids)通通过过肽肽键键(peptide bond)相相连连形形成成的的高高分分子含氮化合物。子含氮化合物。蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物体重要组成成分蛋白质是生物体重要组成成分分分布布广广:所所有有器器官官、组组织织和和细细胞胞中中都都含含有有蛋蛋白质。白质。含含量量高高:蛋蛋白白质质是是细细胞胞内内最最丰丰富富的的有有机机分分子子,占占人人体体干干重重的的45,某某些些组组织织含含量量更更高高,例例如如脾脾、肺及横纹肌等高达肺及横纹肌等高达80
12、。目目 录录1 1)作为生物催化剂(酶)作为生物催化剂(酶)2 2)代谢调节作用)代谢调节作用3 3)免疫保护作用)免疫保护作用4 4)物质的转运和存储)物质的转运和存储5 5)运动与支持作用)运动与支持作用6 6)参与细胞间信息传递)参与细胞间信息传递2.蛋白质具有重要的蛋白质具有重要的生物学功能生物学功能3.氧化供能氧化供能 各种蛋白质的含氮量很接近,平均为各种蛋白质的含氮量很接近,平均为16。由于食物由于食物中含氮物质以蛋白质为主,因此,只要测定生物样品中的中含氮物质以蛋白质为主,因此,只要测定生物样品中的含氮量,就可以推算出蛋白质的大致含量:含氮量,就可以推算出蛋白质的大致含量:100
13、克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量=每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16%主要有主要有C、H、O、N和和S。有些蛋白质含有少量。有些蛋白质含有少量磷磷或金属元或金属元素素铁、铜、锌、锰、钴铁、铜、锌、锰、钴、钼钼,个别蛋白质还含有,个别蛋白质还含有碘碘。组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点 婴儿因长期服食含三聚氰胺的婴儿因长期服食含三聚氰胺的“三鹿三鹿”婴幼儿配方奶粉,患有婴幼儿配方奶粉,患有“双肾多发性结石双肾多发性结石”和和“输尿管结石输尿管结石”症。三聚氰胺的致病机理是症。三聚氰胺的致病机理是在尿路结晶形成结石阻塞泌尿系,导致
14、肾衰。在尿路结晶形成结石阻塞泌尿系,导致肾衰。三聚氰胺其分子中含有大量氮元素三聚氰胺其分子中含有大量氮元素。用普通的全氮测定法测饲。用普通的全氮测定法测饲料和食品中的蛋白质数值时,根本不会区分这种伪蛋白氮。添加在料和食品中的蛋白质数值时,根本不会区分这种伪蛋白氮。添加在食品中,可以提高检测时食品中蛋白质检测数值。食品中,可以提高检测时食品中蛋白质检测数值。目目 录录一、氨基酸一、氨基酸 组成蛋白质的基本单位组成蛋白质的基本单位存存在在自自然然界界中中的的氨氨基基酸酸有有300余余种种,但但组组成成人人体体蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸仅仅有有20种种(编编码码氨氨基基酸酸),且且均均属属 L-氨
15、基酸氨基酸(甘氨酸除外)。(甘氨酸除外)。自自然然界界中中的的D-氨氨基基酸酸不不参参与与蛋蛋白白质质的的构构成成,主主要要分布于较低等的生物中(抗生素、生物碱、细胞壁)。分布于较低等的生物中(抗生素、生物碱、细胞壁)。目目 录录氨基酸的一般结构通式氨基酸的一般结构通式-羧基羧基-氨基氨基-碳原子碳原子侧链或侧链或 R基团基团目目 录录 COO lH3N C H l CH3 CHO l HOC H l CH2OH L-丙氨酸丙氨酸L-甘油醛甘油醛_+H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式R1.非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸2.极性中性氨基酸极性中性氨基酸3.芳香
16、族氨基酸芳香族氨基酸4.酸性氨基酸酸性氨基酸5.碱性氨基酸碱性氨基酸二、氨基酸的分类二、氨基酸的分类*2020种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:1.非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸甘氨酸甘氨酸(Gly,G)丙氨酸丙氨酸(Ala,A)缬氨酸缬氨酸(Val,V)脯氨酸脯氨酸(Pro,P)亮氨酸亮氨酸(Leu,L)异亮氨酸异亮氨酸(Ile,I)2.极性中性氨基酸极性中性氨基酸半胱氨酸半胱氨酸(Cys,C)甲硫氨酸甲硫氨酸(Met,M)丝氨酸丝氨酸(Ser,S)苏氨酸苏氨酸(Thr,T)天冬酰胺天冬酰胺(Asn,N)谷氨酰胺谷氨酰胺(Gln,Q)目目 录
17、录苯丙氨酸苯丙氨酸(Phe,F)酪氨酸酪氨酸(Tyr,Y)色氨酸色氨酸(Trp,W)3.芳香族氨基酸芳香族氨基酸吲哚吲哚4.酸性氨基酸酸性氨基酸天冬氨酸天冬氨酸(Asp,D)谷氨酸谷氨酸(Glu,E)5.碱性氨基酸碱性氨基酸赖氨酸赖氨酸(Lys,K)精氨酸精氨酸(Arg,R)组氨酸组氨酸(His,H)胍基胍基胍基胍基咪唑咪唑 脯氨酸脯氨酸(亚氨基酸)(亚氨基酸)几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸:半胱氨酸半胱氨酸 二硫键二硫键胱氨酸胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸 在生理在生理pH条件下,组氨酸的条件下,组氨酸的咪唑环咪唑环既可作为质子受体也可作既可作为质子受体也可作为质子供体。因此,组氨酸经常会存在酶的活性
18、中心部位。为质子供体。因此,组氨酸经常会存在酶的活性中心部位。组氨酸,组氨酸,Histidine+组氨酸组氨酸三、氨基酸的理化性质三、氨基酸的理化性质1.两性解离及等电点两性解离及等电点氨基酸是两性电解质,其解离程度取决氨基酸是两性电解质,其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。于所处溶液的酸碱度。R CH COOH COO-+H+l NH2+H+NH3+氨基酸即可作酸也可作碱氨基酸即可作酸也可作碱非离子状态非离子状态非离子状态非离子状态两性离子状态两性离子状态两性离子状态两性离子状态目目 录录等电点等电点(isoelectric point,pI)在在某某一一pH的的溶溶液液中中,氨氨基基酸酸解解
19、离离成成阳阳离离子子和和阴阴离离子子的的趋趋势势及及程程度度相相等等,成成为为兼兼性性离离子子,呈呈电电中中性性。此此时时溶溶液液的的pH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子氨基酸的滴定曲线氨基酸的滴定曲线1.-COOH 首先被解离,随后首先被解离,随后-NH3 被解离,解离常数分别为被解离,解离常数分别为pK1和和pK2。2.等电点等电点(pI)3.pI1/2*(pK1 pK2)4.3.pH低于低于pI 氨基酸带正电荷氨基酸带正电荷5.4.pH高于高于 pI 氨基酸带负电氨
20、基酸带负电荷荷2.紫外吸收紫外吸收 色氨酸、酪氨酸的最色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在大吸收峰在 280 nm 附近附近。大多数蛋白质含有这大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基,所以测定两种氨基酸残基,所以测定蛋白质溶液蛋白质溶液280nm的光吸收的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收3.茚三酮反应茚三酮反应 氨氨基基酸酸与与茚茚三三酮酮水水合合物物共共热热,可可生生成成蓝蓝紫紫色色化化合合物物,其其最最大大吸吸收收峰峰在在570nm处处。由由于于此此吸吸收收峰峰值值与与氨氨基基酸酸的的含含量量存存在在正
21、正比比关关系系,因因此此可可作作为为氨基酸定量分析方法。氨基酸定量分析方法。脯氨酸与茚三酮反应后生成脯氨酸与茚三酮反应后生成黄色黄色化合物。化合物。四、肽(四、肽(peptide)与多肽()与多肽(polypeptide)*肽肽键键是是由由一一个个氨氨基基酸酸的的-羧羧基基与与另另一一个个氨氨基基酸酸的的-氨氨基基脱脱水水缩缩合合而而形形成成的的化化学学键键,具具有有部部分分双双键键性性能能,不不能自由旋转。能自由旋转。(一)肽键(一)肽键(peptide bond)目目 录录肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。两分子氨基是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。两分子氨基酸缩合形成酸缩合形
22、成二肽二肽,三分子氨基酸缩合则形成,三分子氨基酸缩合则形成三肽三肽几个概念:几个概念:由十个以内氨基酸相连而成的肽称为由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽寡肽(oligopeptide),由,由10个以上但不足个以上但不足50个氨基酸相连形成的肽称个氨基酸相连形成的肽称多肽多肽(polypeptide),50个以上氨基酸构成的肽称为个以上氨基酸构成的肽称为蛋白质蛋白质。肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全,被称为肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全,被称为氨氨基酸残基基酸残基(residue)。多肽链多肽链,N端端,C端端,多肽链书写及命名;多肽链书写及命名;主链主链及及侧链侧链的概念的概
23、念N 末端:多肽链中有末端:多肽链中有自由氨基自由氨基的一端的一端C 末端:多肽链中有末端:多肽链中有自由羧基自由羧基的一端的一端肽链有两端:肽链有两端:R1NH3CCOOHR2NH3CCOOHH2OH2OR1NH3CCOHR2NHCCOHR3NHCCOHPeptide bondPeptide bondN 末端末端C末端末端(二)(二)几种生物活性肽几种生物活性肽 1.谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)GSHGSH具有还原性,可作为还原剂保护重要蛋白质或具有还原性,可作为还原剂保护重要蛋白质或酶分子中的酶分子中的-SH-SH免受氧化,还可保护机体免遭毒物损害。免受氧化,还可保护
24、机体免遭毒物损害。还原型还原型GSHGSH可被氧化成氧化型可被氧化成氧化型GSSGGSSG,GSSGGSSG也可在还原酶也可在还原酶的催化下重新生成的催化下重新生成GSHGSH。GSHGSH缺少会怎样?缺少会怎样?GSH还原酶还原酶GSH过氧化物酶过氧化物酶体内许多激素属寡肽或多肽体内许多激素属寡肽或多肽 神经肽神经肽(neuropeptide)-神经细胞之间传递信息的肽类。神经细胞之间传递信息的肽类。2.多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽Thyrotropin-releasing hormone Tropic hormones 目目 录录蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构The Molecu
25、lar Structure of Protein 第第 二二 节节目目 录录一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)高级结构高级结构或空间构象或空间构象蛋白质的分子结构包括两个层次:蛋白质的分子结构包括两个层次:目目 录录定义定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。顺序。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构主要的化学键主要的化学键肽键肽键,也包括,也包括二硫键
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- 生物化学 绪论 蛋白质
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