《考研生物化学笔记dzzj.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《考研生物化学笔记dzzj.docx（85页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、生物化学学一、生物物化学的的概念 生物化学学是研究究生命现现象化学学本质的的学科。生生物化学学就是生生命的化化学。 生物化化学是研研究生物物体内的的化学分分子构成成，分子子结构、性性质、功功能及其其在体内内代谢过过程的学学科。代谢谢包括物物质和能能量两方方面。生物化学学是研究究生物的的化学组组成和化化学变化化的，所所以生物物化学也也可以分分作两大大部分内内容： 化学组成成部 分分，也称称为静态态生物化化学，主主要探讨讨构成生生物体的的分子类类型、分分子结构构、化学学性质及及生物功功能； 化学 变化部部分，讨讨论的是是生物体体内的化化学分子子之间如如何进行行转化，即即研究生生物体内内的化学学反应
2、，以以及这些些反 应应发生的的部位和和反应机机理，以以及伴随随这些反反应所产产生的能能量变化化。 简简单讲生物物化学就就研究生生物体的的化学组组成和生生命中的的化学变变化。二、生物物化学的的发展史史 生物化学学的研究究始于118世纪纪下半叶叶，但作作为一门门独立的的学科是是在200世纪初初。 16299年荷兰兰人海尔尔蒙特进进行了柳柳枝试验验，1000磅土土，2磅磅重柳枝枝，只浇浇水，55年后土土和柳枝枝共重1169磅磅，土减减少了二二两，论论文发表表于16648年年（死后后2年）。 17775年拉拉瓦锡进进行定量量试验，证证明呼吸吸过程和和化学氧氧化是相相同的。并并推测呼呼吸形成成的COO2
3、也是是由于吸吸入了 氧气，与与体内的的有机物物结合并并氧化为为CO22，从而而将呼吸吸氧化与与燃烧联联系在一一起。 17883年拉拉瓦锡和和拉普拉拉斯在法法国科学学院院报报发表论论文，提提出动物物热理论论呼呼吸相当当于不发发光的燃燃烧。 并测定定了释放放CO22和释热热的关系系。现在在一般把把这一年年称为生生化开始始年。并并把拉瓦瓦锡称为为生物化化学之父父。 但但在这同同一时期期的开拓拓者还有有普利斯斯特列和和舍勒（SScheeelee），前前者发现现了光合合现象；后者在在17770年发发现 了了洒石酸酸，之后后又从膀膀胱结石石中分离离出尿酸酸，并对对苹果酸酸、柠檬檬酸，甘甘油等进进行了大大量
4、研究究。舍勒勒是瑞 典人，学学徒工出出身，非非常热爱爱化学，最最后成为为化学家家。 进入十十九世纪纪，科学学发展大大大加快快，成就就不断涌涌现，例例如 18228年维维勒（李李比西的的学生）人人工合成成了第一一个有机机物尿素，证证明有机机物可以以人造。 18338年施施来登与与施旺发发表细胞胞学说。（在在18339年）细细胞是有有机体，整整个动物物和植物物乃是细细胞的集集合体。 它们按按照一定定的规律律排列在在动植物物体内。这这一学说说把植物物和动物物统一起起来。 *18442年李李比西（德德国人）在在有机机化学在在生理学学与病理理学上的的应用一一书中首首次提出出新陈代代谢一词词。 *1866
5、0年巴巴斯德又又对洒精精发酵进进行了研研究首次提提出发酵酵是由酵酵母菌或或细菌引引起的，此此研究为为后来的的糖代谢谢和呼吸吸作用研研究奠定定了基础础。 18771年米米切尔（MMiesscheer霍佩佩的学生生-瑞典典人）发发表文章章分离出出核素，即即DNAA。当时时年仅224岁，是是首次从从 脓细细胞中分分离出脱脱氧核糖糖核蛋白白。实际际分离在在18668年完完成，论论文在118711年发表表。 18777年德德国生理理学家医生生霍佩赛勒，首首次提出出生物化化学一词词Bioocheemiee，英文文为Biiochhemiistrry。并并 且首首次提出出蛋白质质一词。 18997年BBuch
6、hnerr用酵母母无细胞胞提取液液发酵成成功，证证明酶的的存在。许许多人开开始提取取酶，但但都未成成功。 二十世世纪初，在在维生素素、激素素、酶的的研究方方面发展展较快。 19002年艾艾贝尔（AAbell美国人人）在德德国学习习七年，119033年制成成肾上腺腺素晶体体；后来来又在119266年制成成胰岛素素 晶体体。 19005年KKnooop提出出了脂肪肪酸的bb-氧化化作用。同同年Sttarllingg提出激激素（HHormmeree）一词词。 19077年霍克克（池延延登的学学生，美美国人）发发表实实验生理理化学一一书，实实际上就就是生物物化学的的前身。这这就 标标志着生生物化学学已
7、经形形成，已已经从生生理学中中独立出出来。 19111年波波兰科学学家Fuunk结结晶出抗抗神经炎炎维生素素，并命命名为VVitaaminne，意意为生命命的胺，实实际是复复合维生生素B。 19113年米米利切斯斯和曼顿顿研究了了酶的动动力学提提出了米米曼方程程。同年年Willstaatteer和SStolll分离离出了叶叶绿素。 19330年NNortthroop分离离出胃蛋蛋白酶，并并证明是是蛋白质质。 119333年Krrebss和Heenseelenn发现尿尿素循环环；同年年Embbdemm和Meeyerrhoff初步完完成了糖糖酵解途途径的中中间产物物研究。 提出了了糖酵解解途径。
8、19337年KKrebbs提出出了三羧羧酸循环环的假说说；同年年Lohhmannn和SSeliitseer证明明硫胺素素是丙酮酮酸羧化化酶辅基基的组成成 成分分；在此此期间KKalcckerr及Beelittserr各自对对氧化磷磷酸化作作用进行行了定量量研究。 19444年AAverry，MMaelleodd和MccCarrty完完成了肺肺炎球菌菌转化试试验，证证明DNNA是遗遗传物质质。 19488年Caalviin和BBesssen发发现磷酸酸甘油酸酸是光合合作用中中CO22固定的的最初产产物，并并用了十十年时间间完成了了卡尔文文 循环环的整个个代谢途途径研究究。同年年Lelloirr等
9、人发发现了尿尿苷酸在在碳水化化合物代代谢中的的作用。 19553年WWatsson和和Criiek利利用X射线衍衍射分析析了DNNA结构构，提出出了DNNA结构构的双螺螺旋结构构模型。这这一发现现为 生生物的遗遗传研究究奠定了了分子基基础。通通常把这这一年确确定为分分子生物物学的诞诞生年。同同年（119533年），SSangger 和Trrhommpsoon完成成了胰岛岛素A链链及B链链的氨基基酸序列列测定，二二年后报报道了胰胰岛素中中二硫键键位置。 19556年AA.Koornbbergg发现了了DNAA聚合酶酶。与此此同年UUbarrgerr发现了了从苏氨氨酸合成成异亮氨氨酸时终终产物异异
10、亮氨酸酸 能抑抑制合成成链中的的第一个个酶，即即发现了了生物合合成过程程 的反反馈作用用。 19588年S.B.WWeisss和HHurwwitzz等人发发现了DDNA指指导的RRNA聚聚合酶；同在此此年Crrik提提出分子子遗传的的中心法法则； Messelsson和和Staahl用用同位素素标记方方法证明明了DNNA的半半保留复复制假说说。 19661年JJacoob和MMonood提出出了操纵纵子学说说，并指指出了mmRNAA的功能能；同年年Weiiss和和Hurrwittz从大大肠杆菌菌中发现现 了DDNA指指导的RRNA聚聚合酶；同年MM.Niirennberrg和HH.Maatth
11、hei发发现了遗遗传密码码（苯丙丙氨酸的的）。为为三连体体核苷酸酸。19965中中国首次次人工全全合成了了牛胰岛岛素。 从七十十年代后后，生物物化学的的发展主主要集中中在分子子生物学学方面。关关于中国国的生物物化学发发展，也也做一简简略回 顾。第一章 蛋白白质化学（一）.掌握蛋蛋白质的的概念与与生物学学意义蛋白质是是由L-氨基基酸通过过肽键缩缩合而成成的，具具有较稳稳定的构构象和一一定生物物功能的的生物大大分子（bbiommacrromoolecculee）。蛋蛋白质是是生命活活动所依依赖的物物质基础础，是生生物体中中含量最最丰富的的大分子子。生物学意意义单细胞的的大肠杆杆菌含有有30000多
12、种种蛋白质质，而人人体有110万种种以上结结构和功功能各异异的蛋白白质，人人体干重重的455%是蛋蛋白质。生生命是物物质运动动的高级级形式，是是通过蛋蛋白质的的多种功功能来实实现的。新新陈代谢谢的所有有的化学学反应几几乎都是是在酶的的催化下下进行的的，已发发现的酶酶绝大多多数是蛋蛋白质。生生命活动动所需要要的许多多小分子子物质和和离子，它它们的运运输由蛋蛋白质来来完成。生生物的运运动、生生物体的的防御体体系离不不开蛋白白质。蛋蛋白质在在遗传信信息的控控制、细细胞膜的的通透性性，以及及高等动动物的记记忆、识识别机构构等方面面都起着着重要的的作用。随随着蛋白白质工程程和蛋白白质组学学的兴起起和发展
13、展，人们们对蛋白白质的结结构与功功能的认认识越来来越深刻刻。（二）氨氨基酸基本结构构与性质质各种蛋白白质的含含氮量很很接近，平平均为116%。因因此，可可以用定定氮法来来推算样样品中蛋蛋白质的的大致含含量。 每克样样品含氮氮克数6.2251000=1000g样样品中蛋蛋白质含含量（gg%）组成蛋白白质的220种氨氨基酸有有共同的的结构特特点：1氨基基连接在在- CC上，属属于-氨基基酸（脯脯氨酸为为-亚氨氨基酸）。2R是是側链，除除甘氨酸酸外都含含手性CC，有DD-型和和L-型型两种立立体异构构体。天天然蛋白白质中的的氨基酸酸都是LL-型。 注意：构构型是指指分子中中各原子子的特定定空间排排布
14、，其其变化要要求共价价键的断断裂和重重新形成成。旋光光性是异异构体的的光学活活性，是是使偏振振光平面面向左或或向右旋旋转的性性质，（-）表示示左旋，（+）表示示右旋。构构型与旋旋光性没没有直接接对应关关系。1一般般物理性性质-氨基基酸为无无色晶体体，熔点点一般在在2000 oCC以上。各各种氨基基酸在水水中的溶溶解度差差别很大大（酪氨氨酸不溶溶于水）。一一般溶解解于稀酸酸或稀碱碱，但不不能溶解解于有机机溶剂，通通常酒精精能把氨氨基酸从从其溶液液中沉淀淀析出。芳香族氨氨基酸（TTyr、TTrp、PPhe）有有共轭双双键，在在近紫外外区有光光吸收能能力，TTyr、TTrp的的吸收峰峰在2880nm
15、m，Phhe在2265 nm。由由于大多多数蛋白白质含TTyr、TTrp残残基，所所以测定定蛋白质质溶液2280nnm的光光吸收值值，是分分析溶液液中蛋白白质含量量的快速速简便的的方法。2两性性解离和和等电点点（issoellecttricc poointt, ppI） 氨基酸酸在水溶溶液或晶晶体状态态时以两两性离子子的形式式存在，既既可作为为酸（质质子供体体），又又可作为为碱（质质子受体体）起作作用，是是两性电电解质，其其解离度度与溶液液的pHH有关。 在某一ppH的溶溶液中，氨氨基酸解解离成阳阳离子和和阴离子子的趋势势和程度度相等，成成为兼性性离子，呈呈电中性性，此时时溶液的的pH称称为该
16、氨氨基酸的的等电点点。氨基基酸的ppI是由由-羧基基和-氨基基的解离离常数的的负对数数pK11和pKK2决定定的。计计算公式式为：ppI=11/2(pK11+ ppK2)。若1个氨氨基酸有有3个可可解离基基团，写写出它们们电离式式后取兼兼性离子子两边的的pK值值的平均均值，即即为此氨氨基酸的的等电点点（酸性性氨基酸酸的等电电点取两两羧基的的pK值值的平均均值，碱碱性氨基基酸的等等电点取取两氨基基的pKK值的平平均值）。3氨基基酸的化化学反应应 氨基基酸的化化学反应应是其基基团的特特征性反反应。重重要的有有：（1）茚茚三酮反反应 所有具具有自由由-氨基基的氨基基酸与过过量茚三三酮共热热形成蓝蓝紫
17、色化化合物（脯脯氨酸和和羟脯氨氨酸与茚茚三酮反反应产生生黄色物物质）。用用分光光光度法可可定量测测定微量量的氨基基酸。蓝蓝紫色化化合物的的最大吸吸收峰在在5700nm波波长处，黄黄色在4440nnm波长长下测定定。吸收收峰值的的大小与与氨基酸酸释放的的氨量成成正比。 （22）与22，4-二硝基基氟苯（DDNFBB）的反反应（ssangger 反应） 在弱碱碱性溶液液中，氨氨基酸的的-氨基基很容易易与DNNFB作作用生成成稳定的的黄色22，4-二硝基基苯氨基基酸（DDNP-氨基酸酸），这这一反应应在蛋白白质化学学的研究究史上起起过重要要作用，SSangger等等人应用用它测定定胰岛素素一级结结构
18、。（3）EEdmaan反应应多肽顺序序自动分分析仪是是根据相相类似的的原理设设计的，即即利用多多肽链NN端氨基基酸的-氨基基与异硫硫氰酸苯苯酯PIITC反反应（EEdmaan降解解法）。氨基酸的的分类）根据R基团对20种蛋白质氨基酸的分类及其三字符的缩写1按RR基的化化学结构构分为脂脂肪族、芳芳香族、杂杂环、杂杂环亚氨氨基酸四四类。2按RR基的极极性和在在中性溶溶液的解解离状态态分为非非极性氨氨基酸、极极性不带带电荷、极极性带负负电荷或或带正电电荷的四四类。 带有非非极性RR（烃基基、甲硫硫基、吲吲哚环等等，共99种）：甘（GGly）、丙丙（Alla）、缬缬（Vaal）、亮亮（Leeu）、异异
19、亮（IIle）、苯苯丙（PPhe）、甲甲硫（MMet）、脯脯（Prro）、色色（Trrp） 带有不不可解离离的极性性R（羟羟基、巯巯基、酰酰胺基等等，共66种）：丝（SSer）、苏苏（Thhr）、天天胺（AAsn）、谷谷胺（GGln）、酪酪（Tyyr）、半半（Cyys）带有可解解离的极极性R基基（共55种）：天（AAsp）、谷谷（Gllu）、赖赖（Lyys）、精精（Arrg）、组组（Hiis），前前两个为为酸性氨氨基酸，后后三个是是碱性氨氨基酸。蛋白质分分子中的的胱氨酸酸是两个个半胱氨氨酸脱氢氢后以二二硫键结结合而成成，胶原原蛋白中中的羟脯脯氨酸、羟羟赖氨酸酸，凝血血酶原中中的羧基基谷氨酸酸是
20、蛋白白质加工工修饰而而成。（三）蛋蛋白质的的结构与与功能1.肽（ppepttidee）概念：由由氨基酸酸通过肽肽键相连连而成的的化合物物称为肽肽。2.肽的的理化性性质（与与氨基酸酸相似）蛋白质的的分子结结构一、 蛋白质的的一级结结构（pprimmaryy sttruccturre）（蛋蛋白质的的共价结结构有时时也称蛋蛋白质的的一级结结构或称称化学结结构） 蛋白白质的一一级结构构只指肽肽链中的的氨基酸酸序列。蛋白质的的一级结结构是由由共价键键形成的的，如肽肽键和二二硫键。而而维持空空间构象象稳定的的是非共共价的次次级键。如如氢键、盐盐键、疏疏水键、范范德华引引力等。19533年，英英国科学学家F
21、. Saangeer首先先测定了了胰岛素素（innsullin）的的一级结结构，有有51个个氨基酸酸残基，由由一条AA链和一一条B链链组成，分分子中共共有3个个二硫键键，其中中两个在在A、BB链之间间，另一一个在AA链内。蛋白质的的一级结结构测定定或称序序列分析析常用的的方法是是Edmman降降解和重重组DNNA法。EEdmaan降解解是经典典的化学学方法，比比较复杂杂。首先先要纯化化一定量量的待测测蛋白质质，分别别作分子子量测定定、氨基基酸组成成分析、NN-末端端分析、CC-末端端分析；要应用用不同的的化学试试剂或特特异的蛋蛋白内切切酶水解解将蛋白白质裂解解成大小小不同的的肽段，测测出它们们
22、的序列列，对照照不同水水解制成成的两套套肽段，找找出重叠叠片段，最最后推断断蛋白质质的完整整序列。重重组DNNA法是是基于分分子克隆隆的分子子生物学学方法，比比较简单单而高效效，不必必先纯化化该种蛋蛋白质，而而是先要要得到编编码该种种蛋白质质的基因因（DNNA片段段），测测定DNNA中核核苷酸的的序列，再再按三个个核苷酸酸编码一一个氨基基酸的原原则推测测蛋白质质的完整整序列。这这两种方方法可以以相互印印证和补补充。目前，国国际互联联网蛋白白质数据据库已有有3千多多种一级级结构清清楚。蛋蛋白质一一级结构构是空间间结构和和特异生生物学功功能的基基础。二、蛋白白质的二二级结构构（seeconndar
23、ry sstruuctuure）蛋白质的的二级结结构是指指其分子子中主链链原子的的局部空空间排列列，是主主链构象象（不包包括侧链链R基团团）。构象是分分子中原原子的空空间排列列，但这这些原子子的排列列取决于于它们绕绕键的旋旋转，构构象不同同于构型型，一个个蛋白质质的构象象在不破破坏共价价键情况况下是可可以改变变的。但但是蛋白白质中任任一氨基基酸残基基的实际际构象自自由度是是非常有有限的，在在生理条条件下，每每种蛋白白质似乎乎是呈现现出称为为天然构构象的单单一稳定定形状。20世纪纪30年年代末，LL.Paanliing 和R.B.CCoreey应用用X射线线衍射分分析测定定了一些些氨基酸酸和寡肽
24、肽的晶体体结构，获获得了一一组标准准键长和和键角，提提出了肽肽单元（ppepttidee unnit）的的概念, 还提提出了两两种主链链原子的的局部空空间排列列的分子子模型（-螺旋）和（-折叠）。1肽单单位 肽键及及其两端端的-C共共6个原原子处于于同一平平面上，组组成了肽肽单位（所所在的平平面称肽肽键平面面）。肽键CN键长长为0.1322nm，比比相邻的的单键（00.1447nmm）短，而而较C=N双键键（0.1288nm）长长，有部部分双键键的性质质，不能能自由旋旋转。肽肽键平面面上各原原子呈顺顺反异构构关系，肽肽键平面面上的OO、H以以及2个个-碳原原子为反反式构型型（trranss c
25、oonfiigurratiion）。主链中的的CC和CCN单单键可以以旋转，其其旋转角角、决定了了两个相相邻的肽肽键平面面相对关关系。由由于肽键键平面的的相对旋旋转，使使主链可可以以非非常多的的构象出出现。事事实上，肽肽链在构构象上受受到很大大限制，因因为主链链上有11/3不不能自由由旋转的的肽键，另另外主链链上有很很多侧链链R的影影响。蛋蛋白质的的主链骨骨架由许许多肽键键平面连连接而成成。2.-螺旋(-heelixx) -螺旋旋是肽键键平面通通过-碳原原子的相相对旋转转形成的的一种紧紧密螺旋旋盘绕，是是有周期期的一种种主链构构象。其其特点是是： 螺旋旋每转一一圈上升升3.66个氨基基酸残基基
26、，螺距距约0.54nnm（每每个残基基上升00.155nm，旋旋转1000O）。 相邻邻的螺圈圈之间形形成链内内氢键，氢氢键的取取向几乎乎与中心心轴平行行。典型型-螺旋旋一对氢氢键O与与N之间间共有113个原原子（33.6113），前前后间隔隔3个残残基。螺旋的的走向绝绝大部分分是右手手螺旋，残残基侧链链伸向外外侧。RR基团的的大小、荷荷电状态态及形状状均对-螺旋旋的形成成及稳定定有影响响。3.-折叠(-plleatted sheeet) -折叠叠是一种种肽链相相当伸展展的周期期性结构构。 相邻邻肽键平平面间折折叠成1110OO角，呈呈锯齿状状。 两个个以上具具-折叠叠的肽链链或同一一肽链内内
27、不同肽肽段相互互平行排排列，形形成-折叠叠片层，其其稳定因因素是肽肽链间的的氢键。 逆向向平行的的片层结结构比顺顺向平行行的稳定定。-螺旋旋和-折叠叠是蛋白白质二级级结构的的主要形形式。毛毛发中的的-角蛋蛋白和蚕蚕丝中的的丝心蛋蛋白是其其典型，在在许多球球蛋白中中也存在在，但所所占比例例不一样样。胶原蛋白白中存在在的螺旋旋结构不不同于一一般的-螺旋旋，是由由3条具具有左手手螺旋的的链相互互缠绕形形成右手手超螺旋旋分子。链链间氢键键以及螺螺旋和超超螺旋的的反向盘盘绕维持持其稳定定性。4-转角（-turn）为了紧紧紧折叠成成球蛋白白的紧密密形状，多多肽链1180OO回折成成发夹或或-转角角。其处处
28、由4个个连续的的氨基酸酸残基构构成，常常有Glly和PPro存存在，稳稳定-转角角的作用用力是第第一个氨氨基酸残残基羰基基氧（OO）与第第四个氨氨基酸残残基的氨氨基氢（HH）之间间形成的的氢键。-转角常见于连接反平行-折叠片的端头。5无规规卷曲（rranddom coiil）多肽链的的主链呈呈现无确确定规律律的卷曲曲。典型型球蛋白白大约一一半多肽肽链是这这样的构构象。6超二二级结构构和结构构域超二级结结构和结结构域是是蛋白质质二级至至三级结结构层次次的一种种过渡态态构象。超二级结结构指蛋蛋白质中中两个或或三个具具有二级级结构的的肽段在在空间上上相互接接近，形形成一特特殊的组组合体，又又称为模模
29、体（mmotiif）。通通常有，等，例例如钙结结合蛋白白质中的的螺旋-环-螺螺旋模序序及锌指指结构。结构域是是球状蛋蛋白质的的折叠单单位，是是在超二二级结构构基础上上进一步步绕曲折折叠有独独特构象象和部分分生物学学功能的的结构。对对于较小小的蛋白白质分子子或亚基基，结构构域和三三级结构构是一个个意思，即即这些蛋蛋白质是是单结构构域的；对于较较大的蛋蛋白质分分子或亚亚基，多多肽链往往往由两两个或两两个以上上的相对对独立的的结构域域缔合成成三级结结构。三、蛋白白质的三三级结构构（teertiiaryy sttruccturre）指一条多多肽链中中所有原原子的整整体排布布，包括括主链和和侧链。维维系
30、三级级结构的的作用力力主要是是次级键键（疏水水相互作作用、静静电力、氢氢键等）。在在序列中中相隔较较远的氨氨基酸疏疏水侧链链相互靠靠近，形形成“洞穴”或“口袋”状结构构，结合合蛋白质质的辅基基往往镶镶嵌其内内，形成成功能活活性部位位，而亲亲水基团团则在外外，这也也是球状状蛋白质质易溶于于水的原原因。119633年Keendrrew等等从鲸肌肌红蛋白白的X射射线衍射射图谱测测定它的的三级结结构（1153个个氨基酸酸残基和和一个血血红素辅辅基，相相对分子子质量为为178800）。由由AH 88段-螺旋旋盘绕折折叠成球球状，氨氨基酸残残基上的的疏水侧侧链大都都在分子子内部形形成一个个袋形空空穴，血血
31、红素居居于其中中，富有有极性及及电荷的的则在分分子表面面形成亲亲水的球球状蛋白白。四、蛋白白质的四四级结构构 (qquatternnaryy sttruccturre)有些蛋白白质的分分子量很很大，由由2条或或2条以以上具有有独立三三级结构构的多肽肽链通过过非共价价键相互互结合而而成，称称为蛋白白质的四四级结构构。构成成四级结结构的每每条多肽肽链称为为亚基 (suubunnit)，亚基基单独存存在时一一般没有有生物学学功能，构构成四级级结构的的几个亚亚基可以以相同或或不同。如如血红蛋蛋白(hhemoogloobinn,Hbb) 是是由两个个-亚基基和两个个-亚基基形成的的四聚体体（22）。蛋白
32、质结结构与功功能的关关系一、蛋白白质一级级结构与与功能的的关系（一）一一级结构构是空间间构象的的基础 （二）种种属差异异（三）分分子病二、蛋白白质空间间结构与与功能的的关系 蛋白质的的空间结结构是其其生物活活性的基基础，空空间结构构变化，其其功能也也随之改改变。肌肌红蛋白白（Mbb）和血血红蛋白白（Hbb）是典典型的例例子。肌红蛋白白（Mbb）和血血红蛋白白（Hbb）都能能与氧进进行可逆逆的结合合，氧结结合在血血红素辅辅基上。然然而Hbb是四聚聚体分子子，可以以转运氧氧；Mbb是单体体，可以以储存氧氧，并且且可以使使氧在肌肌肉内很很容易地地扩散。它它们的氧氧合曲线线不同，MMb为一一条双曲曲线
33、，HHb是一一条 SS型曲线线。在低低p(OO2)下下，肌红红蛋白比比血红蛋蛋白对氧氧亲和性性高很多多，p(O2)为2.8toorr(1toorr1333.3PPa)时时，肌红红蛋白处处于半饱饱和状态态。在高高p(OO2)下下，如在在肺部（大大约1000toorr）时时，两者者几乎都都被饱和和。其差差异形成成一个有有效的将将氧从肺肺转运到到肌肉的的氧转运运系统。Hb未与与氧结合合时，其其亚基处处于一种种空间结结构紧密密的构象象（紧张张态，TT型），与与氧的亲亲和力小小。只要要有一个个亚基与与氧结合合，就能能使4个个亚基间间的盐键键断裂，变变成松弛弛的构象象（松弛弛态，RR型）。TT型和RR型的
34、相相互转换换对调节节Hb运运氧的功功能有重重要作用用。一个个亚基与与其配体体结合后后能促进进另一亚亚基与配配体的结结合是正正协同效效应，其其理论解解释是HHb是别别构蛋白白，有别别构效应应。蛋白质的的理化性性质蛋白质的的理化性性质和氨氨基酸相相似，有有两性解解离及等等电点、紫紫外吸收收和呈色色反应。作作为生物物大分子子，还有有胶体性性质、沉沉淀、变变性和凝凝固等特特点。要要了解和和分析蛋蛋白质结结构和功功能的关关系就要要利用其其特殊的的理化性性质，采采取盐析析、透析析、电泳泳、层析析及离心心等不损损伤蛋白白质空间间构象的的物理方方法分离离纯化蛋蛋白质。蛋白质的的相对分分子质量量蛋白质的的相对分
35、分子质量量在1万万1000万，其其颗粒平平均直径径约为44.3 nm（胶胶粒范围围是11000nm）。准准确可靠靠的测定定方法是是超速离离心法，蛋蛋白质的的相对分分子质量量可用沉沉降系数数（S）表表示。二、蛋白白质的两两性解离离及等电电点蛋白质和和氨基酸酸一样是是两性电电解质，在在溶液中中的荷电电状态受受pH值值影响。当当蛋白质质溶液处处于某一一pH时时，蛋白白质解离离成正、负负离子的的趋势相相等，即即成为兼兼性离子子，净电电荷为零零，此时时溶液的的pH称称为该蛋蛋白质的的等电点点。pHHpII时，该该蛋白质质颗粒带带负电荷荷，反之之则带正正电荷。在在人体体体液中多多数蛋白白质的等等电点接接近
36、pHH5，所所以在生生理pHH7.44环境下下，多数数蛋白质质解离成成阴离子子。少量量蛋白质质，如鱼鱼精蛋白白、组蛋蛋白的ppI偏于于碱性，称称碱性蛋蛋白质，而而胃蛋白白酶和丝丝蛋白为为酸性蛋蛋白。蛋白质的的紫外吸吸收蛋白质含含芳香族族氨基酸酸，在2280nnm波长长处有特特征性吸吸收峰，用用于定量量测定。（主主要是酪酪氨酸、苯苯丙氨酸酸、色氨氨酸中的的R基团团有苯环环共轭双双键系统统）蛋白质的的变性及及复性蛋白质在在某些理理化因素素的作用用下，空空间结构构被破坏坏，导致致理化性性质改变变，生物物学活性性丧失，称称为蛋白白质的变变性（ddenaaturratiion）。蛋白质变变性的本本质是多
37、多肽链从从卷曲到到伸展的的过程，不不涉及一一级结构构的改变变（如加加热破坏坏氢键，酸酸碱破坏坏盐键等等）。变变性作用用不过于于剧烈，是是一种可可逆反应应，去除除变性因因素，有有些蛋白白质原有有的构象象和功能能可恢复复或部分分恢复，称称为复性性（deenatturaatioon）。蛋白质变变性的主主要表现现是失去去生物学学活性，如如酶失去去催化能能力、血血红蛋白白失去运运输氧的的功能、胰胰岛素失失去调节节血糖的的生理功功能等。变变性蛋白白溶解度度降低，易易形成沉沉淀析出出；易被被蛋白水水解酶消消化。蛋蛋白质变变性具有有重要的的实际意意义。蛋白质的的分离、纯纯化第二章 核酸的的化学DNA的的分子结
38、结构一、 DNAA的一级级结构 (prrimaary stuuctuure)DNA的的一级结结构是指指分子中中脱氧核核苷酸的的排列顺顺序，常常被简单单认为是是碱基序序列（bbasee seequeencee）。碱碱基序有有严格的的方向性性和多样样性。一一般将55- 磷酸酸端作 为多核核苷酸链链的“头”，写在在左侧，如如pACCUGAA（ 5 33） 。 在DNAA一级结结构中，有有一种回回文结构构的特殊殊序列，所所谓回文文结构即即DNAA互补链链上一段段反向重重复顺序序，正读读和反读读意义相相同，经经反折可可形成“十字形形”结构，在在转录成成RNAA后可形形成“发夹”样结构构，有调调控意义义。
39、 GCCTA GTTTCA CTCC TGGAACC AAATT CGGAT CAAAGT GAGG ACCTTGG TTTAA DNA分分子很大大，最小小的病毒毒DNAA约含550000b。119655年Hoolleey用片片段重叠叠法完成成酵母ttRNAAalaa 766nt 序列测测定；119777年Saangeer利用用双脱氧氧法（酶酶法）测测定了X1774单链链DNAA53886b的的全序列列。19990年年实施的的人类基基因组计计划（HHGP），用用15年年，投资资30亿亿美元，完完成人类类单倍体体基因组组DNAA31099bp全全序列的的测定。该该计划由由美、英英、日、法法、德、
40、中中六国科科学家合合作，于于20003年提提前完成成，生命命科学进进入后基基因组时时代，研研究重点点从测序序转向对对基因组组功能的的研究。二、DNNA的二二级结构构双螺螺旋(ddoubble hellix) 19553年，WWatsson和和Criick根根据Wiilkiins 和Frrankklinn拍摄的的DNAA X-射线照照片（DDNA有有0.334nmm和3.4nmm两个周周期性变变化）以以及Chharggafff等人对对DNAA的碱基基组成的的分析（AA=T，GG=C，AA+G=C+TT），推推测出DDNA是是由两条条相互缠缠绕的链链形成。WWatsson-Criick 双螺旋旋结
41、构模模型如下下图：1两条条反向平平行的多多核苷酸酸链形成成右手螺螺旋。一一条链为为5 33，另另一条为为3 55。（某某些病毒毒的DNNA是单单链分子子ssDDNA）2碱基基在双螺螺旋内侧侧，A与与T，GG与C配配对，AA与T形形成两个个氢键，GG与C形形成三个个氢键。糖糖基-磷磷酸基骨骨架在外外侧。表表面有一一条大沟沟和一小小沟。3螺距距为3.4 nnm，含含10个个碱基对对（bpp），相相邻碱基基对平面面间的距距离为00.344 nmm。螺旋旋直径为为2 nnm。氢键维持持双螺旋旋的横向向稳定。碱碱基对平平面几乎乎垂直螺螺旋轴，碱碱基对平平面间的的疏水堆堆积力维维持螺旋旋的纵向向稳定。4碱
42、基基在一条条链上的的排列顺顺序不受受限制。遗遗传信息息由碱基基序所携携带。5DNNA构象象有多态态性。Watsson和和Criick根根据Wiilkiins 和Frrankklinn拍摄的的DNAA X-射线照照片是相相对湿度度92%的DNNA钠盐盐所得的的衍射图图，因此此Wattsonn-Crrickk 双螺螺旋结构构称B-DNAA。细胞胞内的DDNA与与它非常常相似。另另外还有有A-DDNA、CC-DNNA、DD-DNNA。19799年Riich发发现Z-DNAA（左手手螺旋、螺螺距4.5nmm、直径径1.88nm）三、DNNA的三三级结构构DNA 双螺旋旋进一步步盘曲所所形成的的空间构构
43、象称DDNA的的三级结结构。某些病毒毒、细菌菌、真核核生物线线粒体和和叶绿体体的DNNA是环环形双螺螺旋，再再次螺旋旋化形成成超螺旋旋；在真真核生物物细胞核核内的DDNA是是很长的的线形双双螺旋，通通过组装装形成非非常致密密的超级级结构。 1环形形DNAA可形成成超螺旋旋 当将线性性过旋或或欠旋的的双螺旋旋DNAA连接形形成一个个环时，都都会自动动形成额额外的超超螺旋来来抵消过过旋或欠欠旋造成成的应力力，目的的是维持持B构象象。过旋旋DNAA会自动动形成额额外的左左手螺旋旋（正超超螺旋），而而欠旋形形成额外外的右手手螺旋（负负超螺旋旋）。一段双螺螺旋圈数数为100的B-DNAA连接成成环形时时
44、，不发发生进一一步扭曲曲，称松松弛环形形DNAA（双螺螺旋的圈圈数=链链绕数，即即T=LL，超螺螺旋数WW=0；L=TT+W），但但将这一一线形DDNA的的螺旋先先拧松一一圈再连连接成环环时，解解链环形形DNAA存在的的扭曲张张力，可可导致双双链环向向右手方方向扭曲曲形成负负超螺旋旋（T10，LL=9，WW = -1）。在生物体体内，绝绝大多数数超螺旋旋DNAA以负超超螺旋的的形式存存在，也也就是说说，一旦旦超螺旋旋解开，则则会形成成解链环环形DNNA，有有利于DDNA复复制或转转录。 螺旋具具有相同同的结构构，但LL值不同同的分子子称为拓拓扑异构构体。DDNA拓拓扑异构构酶切断断一条链链或两
45、条条链，拓拓扑异构构体可以以相互转转变。WW的正表表示双链链闭环的的螺旋圈圈在增加加，W的的负表示示减少。LL和T的的正负表表示螺旋旋方向，右右手为正正，左手手螺旋为为负；LL值必定定是整数数。2真核核细胞染染色体 真核细胞胞DNAA是线形形分子，与与组蛋白白结合，其其两端固固定也形形成超螺螺旋结构构。DNNA被紧紧密地包包装成染染色体来来自三个个水平的的折叠：核小体体、300nm纤纤丝和放放射环。核小体是是染色体体的基本本结构单单位，是是DNAA包装的的第一步步，它由由DNAA结合到到组蛋白白上形成成复合物物，在电电镜下显显示为成成串的“念珠”状。组组蛋白是是富含精精氨酸和和赖氨酸酸的碱性性
46、蛋白质质，其氨氨基酸序序列在进进化中是是高度保保守的。组组蛋白有有5种，HH2A、HH2B、HH3和HH4各两两分子组组成的八八聚体是是核小体体核心颗颗粒，DDNA缠缠绕其上上，相邻邻核小体体间的DDNA称称为连接接DNAA且结合合H1。2200 bpDDNA的的长度约约为688nm，被被压缩在在10nnm的核核小体中中。压缩缩比约为为7。330nmm纤丝是是第二级级压缩，每每圈含66个核小小体，压压缩比是是6。330nmm螺旋管管再缠绕绕成超螺螺旋圆筒筒，压缩缩比是440。再再进一步步形成染染色单体体，总压压缩近一一万倍。典典型人体体细胞的的DNAA理论长长度应是是1800 cmm，被包包装
47、在446个55m的染染色体中中。RNA的的分子结结构RNA通通常以单单链形式式存在，比比DNAA分子小小得多，由由数十个个至数千千个核苷苷酸组成成。RNNA链可可以回折折且通过过A与UU，G与与C配对对形成局局部的双双螺旋，不不能配对对的碱基基则形成成环状突突起，这这种短的的双螺旋旋区和环环称为发发夹结构构一、转运运RNAA（trranssferr RNNA，ttRNAA）1分子子量最小小的RNNA，约约占总RRNA的的15%。主要要功能是是在蛋白白质生物物合成过过程中，起起着转运运氨基酸酸的作用用。219965年年Hollleyy等测定定了酵母母丙氨酸酸tRNNA的一一级结构构，并提提出二级级结构模模型。一一级结构构特点：核苷酸酸残基数数在733955；含有有较多的的稀有碱碱基（如如mG、DDHU等等）；55-末末端多为为pG，33- 末端端都是-CCAA。3tRR