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1、第一章第一章绪论绪论一、生物化学的概念一、生物化学的概念生物化学就是生命的化学，是研究微生物、植物、动物及人生物化学就是生命的化学，是研究微生物、植物、动物及人体等的化学组成和生命过程的化学变化的一门科学。体等的化学组成和生命过程的化学变化的一门科学。二、发展概况和近代成就二、发展概况和近代成就1、18世纪下半叶前：世纪下半叶前：“燃素说燃素说”；2、18世纪下半叶：世纪下半叶：（1）拉瓦锡：证明燃烧是氧的作用；）拉瓦锡：证明燃烧是氧的作用；（2）舍勒：发现柠檬酸、苹果酸等生物中间代谢产物；）舍勒：发现柠檬酸、苹果酸等生物中间代谢产物；3、19世纪以后：世纪以后：（1）李李比比希希（18031
2、873，德德国国化化学学家家）：首首创创大大学学化化学学实验的教学，首次提出新陈代谢；实验的教学，首次提出新陈代谢；（2）霍霍佩佩-赛赛勒勒（1825-1895，德德国国医医生生）：建建成成独独立立的的生生物物化化学学学学科科，并并提提出出“Biochemie”和和“蛋蛋白白质质”一词；一词；（3）寇南（）寇南（1837-1900，德国化学家）：提出胰酶的名词，德国化学家）：提出胰酶的名词，研究血红蛋白和胰液对蛋白质的消化；研究血红蛋白和胰液对蛋白质的消化；4、20世纪以后生物化学的发展世纪以后生物化学的发展（1）1902年德国艾贝尔首次获得结晶肾上腺素；年德国艾贝尔首次获得结晶肾上腺素；（2
3、）1904年年英英国国哈哈顿顿分分离离出出“辅辅酶酶”，还还发发现现了了磷磷酸酸基在基在生化中的重要作用；生化中的重要作用；（3）19021907年年德德国国埃埃费费歇歇证证明明蛋蛋白白质质由由氨氨基基酸酸组成组成，开始了蛋白质结构研究的时代；，开始了蛋白质结构研究的时代；（4）1909年年丹丹麦麦威威约约翰翰逊逊在在精精密密遗遗传传学学原原理理一一书书中中首次提出基因是遗传单位的概念；首次提出基因是遗传单位的概念；（5）1912年年波波兰兰的的丰丰克克分分离离出出维维生生素素B结结晶晶，首首次次提提出出维生素的概念；维生素的概念；（6）1925年年英英国国凯凯林林发发现现细细胞胞色色素素，并
4、并指指出出生生物物氧氧化化过过程中的电子传递作用；程中的电子传递作用；（7）1926年年美美国国萨萨姆姆纳纳首首次次制制成成尿尿素素酶酶，开开辟辟了了酶酶化化学学的的研研究究。同同年年美美国国的的摩摩尔尔根根发发表表基基因因论论，使使基基因遗传理论系统化；因遗传理论系统化；（8）1929年美籍俄国人勒温发现核酸中的核糖和脱氧核糖，年美籍俄国人勒温发现核酸中的核糖和脱氧核糖，认识到核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸两类；同年认识到核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸两类；同年德国罗曼发现德国罗曼发现ATP。（9）1937年美国罗思发现组成蛋白质的氨基酸分为两类，年美国罗思发现组成蛋白质的氨基酸分为两类，其
5、中一类对营养无效，另一类是其中一类对营养无效，另一类是20余种基本氨基酸；余种基本氨基酸；同年英籍德国人克勒勃斯发现三羧酸循环；同年英籍德国人克勒勃斯发现三羧酸循环；（10）1941年年德德国国李李普普曼曼发发现现ATP高高能能键键在在代代谢谢过过程程中中的的重重要作用；并在要作用；并在1947-1951年发现乙酰年发现乙酰CoA在在TCA循环中循环中的重要地位；的重要地位；（12）1953年美国华特森和英国克里克根据维尔肯做年美国华特森和英国克里克根据维尔肯做DNA的的X光衍射资料，提出光衍射资料，提出DNA一级双螺旋的分子结构模一级双螺旋的分子结构模型；型；（13）1954年年美美籍籍俄俄
6、国国人人伽伽莫莫夫夫首首次次提提出出一一个个核核苷苷酸酸编编成成一一个个遗遗传传密密码码的的“三三联联密密码码说说”。1961年年克克里里克克加以加以了证实；了证实；（14）19551956年年美美籍籍西西班班牙牙人人奥奥巧巧阿阿和和美美国国孔孔勃勃首首次次用酶促法人工合成核糖核酸用酶促法人工合成核糖核酸RNA和和DNA；（15）1961年年法法国国雅雅各各布布和和莫莫诺诺首首次次提提出出mRNA的的存存在，在，证证实实mRNA与与DNA的的碱碱基基互互补补以以及及蛋蛋白白质质的的合合成场成场所所-核糖体，同时发现了操纵子的基因集团；核糖体，同时发现了操纵子的基因集团；（16）80年代发展了生
7、物工程和生物技术。年代发展了生物工程和生物技术。第一章第一章蛋白质蛋白质第一节第一节蛋白质通论蛋白质通论一、蛋白质的化学组成一、蛋白质的化学组成碳、氢、氧，还有氮和少量硫等，其中含碳、氢、氧，还有氮和少量硫等，其中含C量约为量约为50%，含，含N量为量为16%凯氏定氮法测定蛋白质含量：凯氏定氮法测定蛋白质含量：蛋白质含量蛋白质含量=蛋白氮蛋白氮6.25蛋白质是由蛋白质是由20种种L-型型氨基酸组成的长链分子，氨基酸组成的长链分子，包括：包括：1、简单（单纯）蛋白质：完全由氨基酸构成；、简单（单纯）蛋白质：完全由氨基酸构成；2、结合（缀合）蛋白质：还有非蛋白质成份的辅基或配、结合（缀合）蛋白质：
8、还有非蛋白质成份的辅基或配基。基。二、蛋白质构象二、蛋白质构象每每一一种种天天然然的的蛋蛋白白质质都都有有自自己己特特有有的的空空间间结结构构，这这称称为为蛋蛋白白质质构构象。象。蛋白质结构的不同组织层次：蛋白质结构的不同组织层次：1、一级结构：多肽链共价主链的氨基酸顺序；、一级结构：多肽链共价主链的氨基酸顺序；2、二级结构：多肽链以氢键排列成沿一维方向的周期性结构的构、二级结构：多肽链以氢键排列成沿一维方向的周期性结构的构象，如纤维状蛋白质中的象，如纤维状蛋白质中的-螺旋和螺旋和-折叠片；折叠片；3、三级结构：多肽链以各次级键（非共价键）盘绕成具有特定走、三级结构：多肽链以各次级键（非共价键
9、）盘绕成具有特定走向的紧密球状构象；向的紧密球状构象；4、四级结构：寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互结合方、四级结构：寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互结合方式。式。第二节第二节氨基酸氨基酸一、氨基酸的通式结构：一、氨基酸的通式结构：常见有常见有20种氨基酸参与蛋白质组成。它们的结构模式是：种氨基酸参与蛋白质组成。它们的结构模式是：与羧基相邻的与羧基相邻的-碳（碳（C）上都有一个氨基，因此称为）上都有一个氨基，因此称为-氨基酸。氨基酸。-碳上碳上还连着一个还连着一个H和一个可变的侧链和一个可变的侧链R基，各种氨基酸的区别在于基，各种氨基酸的区别在于R基的不基的不同。同。必需氨基酸：必需氨
10、基酸：MetTrpLysValIleLeuPheThr“假设来借一两本书”二、氨基酸的分类二、氨基酸的分类（一）按（一）按R基的化学结构分：基的化学结构分：1、脂肪族氨基酸、脂肪族氨基酸1）含一氨基一羧基的中性氨基酸：）含一氨基一羧基的中性氨基酸：（1）甘氨酸（氨基乙酸）：）甘氨酸（氨基乙酸）：Gly（唯一含对称（唯一含对称C原子的氨基酸，不具旋光性）原子的氨基酸，不具旋光性）（2）丙氨酸（）丙氨酸（-氨基丙酸）：氨基丙酸）：Ala（3）缬氨酸（）缬氨酸（-氨基异戊酸）：氨基异戊酸）：Val（4）亮氨酸（）亮氨酸（-氨基异己酸）：氨基异己酸）：Leu（5）异亮氨酸（）异亮氨酸（-氨基氨基-甲基
11、戊酸）：甲基戊酸）：Ile2）含羟基氨基酸：）含羟基氨基酸：（6）丝氨酸（）丝氨酸（-氨基氨基-羟基丙酸）：羟基丙酸）：Ser（7）苏氨酸（）苏氨酸（-氨基氨基-羟基丁酸）：羟基丁酸）：ThrGlyAlaValLeuIleSerThr3）含硫氨基酸：）含硫氨基酸：（8）半胱氨酸（）半胱氨酸（-氨基氨基-巯基丙酸）：巯基丙酸）：Cys常见胱氨酸型式常见胱氨酸型式（9）甲硫氨酸（）甲硫氨酸（-氨基氨基-甲硫基丁酸）：甲硫基丁酸）：Met4）含酰氨基氨基酸：）含酰氨基氨基酸：（10）天冬酰氨：）天冬酰氨：Asn（11）谷氨酰氨：）谷氨酰氨：Gln5）含一氨基二羧基的酸性氨基酸：）含一氨基二羧基的酸性
12、氨基酸：（12）天冬氨酸（）天冬氨酸（-氨基丁二酸）：氨基丁二酸）：Asp（13）谷氨酸（）谷氨酸（-氨基戊二酸）：氨基戊二酸）：Glu6）含二氨基一羧基的碱性氨基酸：）含二氨基一羧基的碱性氨基酸：（14）赖氨酸（）赖氨酸（、-二氨基己酸）：二氨基己酸）：Lys（15）精氨酸（）精氨酸（-氨基氨基-胍基戊酸）：胍基戊酸）：ArgCysMetAsnGlnAspGluLysArg2、芳香族氨基酸：、芳香族氨基酸：（16）苯丙氨酸（）苯丙氨酸（-氨基氨基-苯基丙酸）：苯基丙酸）：Phe（17）酪氨酸（）酪氨酸（-氨基氨基-对羟基苯基丙酸）：对羟基苯基丙酸）：Tyr3、杂环族氨基酸：、杂环族氨基酸：（
13、18）色氨酸（）色氨酸（-氨基氨基-吲哚丙酸）：吲哚丙酸）：Trp（19）组氨酸（）组氨酸（-氨基氨基-咪唑基丙酸）：咪唑基丙酸）：His（20）脯氨酸（）脯氨酸（-吡咯烷基吡咯烷基-羧酸）：羧酸）：Pro无自由的无自由的-氨基，只有氨基，只有-亚氨。亚氨。（二）按（二）按R基的极性分：基的极性分：（1）非极性）非极性R基（脂肪烃侧链）的氨基酸：在水中的溶解度较小，如基（脂肪烃侧链）的氨基酸：在水中的溶解度较小，如（2）不带电荷的极性）不带电荷的极性R基（羟基、酰胺基、巯基）氨基酸：侧链含有不解基（羟基、酰胺基、巯基）氨基酸：侧链含有不解离的极性基，能与水形成氢键，如离的极性基，能与水形成氢键
14、，如（3）带正电荷的）带正电荷的R基（基（-氨基、胍基、咪唑基）氨基酸：碱性氨基酸，氨基、胍基、咪唑基）氨基酸：碱性氨基酸，如如（4）带负电荷的）带负电荷的R基（羧基）氨基酸：酸性氨基酸，如基（羧基）氨基酸：酸性氨基酸，如ProHisTrpTyrPhe二、氨基酸的旋光性二、氨基酸的旋光性除除甘甘氨氨酸酸外外，其其余余的的-碳碳原原子子为为不不对对称称碳碳原原子子，其其结结合合的的四四个个不不同的取代基在空间的排列可有两种形式：同的取代基在空间的排列可有两种形式：L型和型和D型。型。L型：氨基在左边型：氨基在左边D型：氨基在右边型：氨基在右边D-氨基酸氨基酸L-氨基酸氨基酸它们互为光学异构体（它
15、们互为光学异构体（p.143，图，图3-14）。）。此外，苏氨酸、异亮氨酸、羟脯氨酸和羟赖氨酸等还有一个不对此外，苏氨酸、异亮氨酸、羟脯氨酸和羟赖氨酸等还有一个不对称碳原子，所以可存在称碳原子，所以可存在4种光学异构体（种光学异构体（p.143，图，图3-15）。）。三、氨基酸的酸碱性质三、氨基酸的酸碱性质（一）氨基酸的兼性离子形式：（一）氨基酸的兼性离子形式：氨氨基基酸酸能能使使水水的的介介电电常常数数增增高高，这这是是因因为为氨氨基基酸酸在在晶晶体体和和水水中中主主要要以兼性离子（偶极离子）的形式存在：以兼性离子（偶极离子）的形式存在：偶极离子形式的氨基酸是强极性分子，这就增加了水的介电常
16、数。偶极离子形式的氨基酸是强极性分子，这就增加了水的介电常数。(二）氨基酸的两性解离：二）氨基酸的两性解离：酸与碱的关系：酸与碱的关系：HA（酸）（酸）A-（碱）（碱）+H+（质子）（质子）酸是质子（酸是质子（H+）的供体，碱是质子的受体。）的供体，碱是质子的受体。氨基酸在水中的偶极离子既起酸（质子供体）的作用，也起碱（质子氨基酸在水中的偶极离子既起酸（质子供体）的作用，也起碱（质子受体）的作用：受体）的作用：因此是一类两性电解质。因此是一类两性电解质。（三）氨基酸的等电点：（三）氨基酸的等电点：氨基酸的带电状况与溶液的氨基酸的带电状况与溶液的pH有关，改变有关，改变pH可使氨基酸带上正电荷或
17、可使氨基酸带上正电荷或负电荷，也可使其处于正负电荷数相等，即净电荷为零的兼性离子状态。负电荷，也可使其处于正负电荷数相等，即净电荷为零的兼性离子状态。这时的溶液这时的溶液pH值即为该氨基酸的等电点（值即为该氨基酸的等电点（pI）（见）（见p.131，图，图3-9）。）。四、氨基酸的化学反应四、氨基酸的化学反应（一）（一）-氨基参加的反应氨基参加的反应1、与亚硝酸反应：生成氮气、与亚硝酸反应：生成氮气可根据氮气体积，进行氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定可根据氮气体积，进行氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定（生成的氮气只有一半来自氨基酸）（生成的氮气只有一半来自氨基酸）2、与酰化试剂反应：氨基被酰基
18、化、与酰化试剂反应：氨基被酰基化酰化试剂可被用作氨基的保护剂酰化试剂可被用作氨基的保护剂3、烃基化反应：氨基中的、烃基化反应：氨基中的H原子被烃基取代原子被烃基取代可用来鉴定可用来鉴定N-末端氨基酸末端氨基酸4、形成西佛碱反应：氨基与醛类反应形成弱碱、形成西佛碱反应：氨基与醛类反应形成弱碱是某些酶促反应的中间产物（如转是某些酶促反应的中间产物（如转NH2反应）反应）（二）（二）-羧基参加的反应羧基参加的反应1、成盐和成酯反应：与碱作用生成盐；与醇反应生成酯、成盐和成酯反应：与碱作用生成盐；与醇反应生成酯2、成酰氯反应：在氨基被保护下，羧基与五氯化磷等作用生、成酰氯反应：在氨基被保护下，羧基与五
19、氯化磷等作用生成酰氯成酰氯可使羧基活化，易与另一氨基酸的氨基结合，在人工多肽合成中使用。可使羧基活化，易与另一氨基酸的氨基结合，在人工多肽合成中使用。3、脱羧反应：在氨基酸脱羧酶作用下，放出、脱羧反应：在氨基酸脱羧酶作用下，放出CO2而生成相应的一级胺而生成相应的一级胺（三）（三）-氨基和氨基和-羧基共同参加的反应羧基共同参加的反应1、与茚三酮反应：在弱酸中与茚三酮共热，引起脱氧、脱、与茚三酮反应：在弱酸中与茚三酮共热，引起脱氧、脱羧反应，最后茚三酮再与产生的羧反应，最后茚三酮再与产生的NH3和还原茚三酮作用和还原茚三酮作用生成紫色物质生成紫色物质可定性或定量测定各种氨基酸。脯氨酸和羟脯氨酸反
20、应可定性或定量测定各种氨基酸。脯氨酸和羟脯氨酸反应生成黄色物质生成黄色物质2、成肽反应：氨基酸与氨基酸之间的氨基与羧基可缩合成、成肽反应：氨基酸与氨基酸之间的氨基与羧基可缩合成肽，形成肽键肽，形成肽键第三节第三节蛋白质的共价结构蛋白质的共价结构一、肽和肽键结构一、肽和肽键结构蛋白质中氨基酸以共价键连接的两种方式：蛋白质中氨基酸以共价键连接的两种方式：（1）肽键：）肽键：形成蛋白质的一级结构形成蛋白质的一级结构（2）二硫键：）二硫键：两个半胱氨酸残基的侧链之间形成，两个半胱氨酸残基的侧链之间形成，分链间二硫键和链内二硫键，形成分链间二硫键和链内二硫键，形成二、三级结构。二、三级结构。2H-OOC
21、CHCH2SH+NH3HSCH2CH-OOC+NH3-OOCCHCH2SSCH2CH-OOC+NH3+NH3二硫键胱氨酸1）肽链的结构特点是：）肽链的结构特点是：（1）肽链中的骨干是）肽链中的骨干是单位规则地重复排列，称单位规则地重复排列，称之为共价主链：之为共价主链：（2）每个肽键的形成都丢失一个水分子，故肽键中的氨基酸称氨基酸）每个肽键的形成都丢失一个水分子，故肽键中的氨基酸称氨基酸残基。残基。（3）各种肽链的主链结构一样，但侧链）各种肽链的主链结构一样，但侧链R基即氨基酸残基的顺序不同。基即氨基酸残基的顺序不同。（4）一条多肽链通常在一端含有一个游离的末端氨基，称）一条多肽链通常在一端含
22、有一个游离的末端氨基，称N端；另一端端；另一端含一个游离的末端羧基，称含一个游离的末端羧基，称C端。端。2）肽的命名：从）肽的命名：从N端氨基酸开始，称某氨基酰某氨基酰端氨基酸开始，称某氨基酰某氨基酰.某氨基酸，如简写：某氨基酸，如简写：Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu。3）肽键的平面结构：）肽键的平面结构：顺式构型中的两个顺式构型中的两个C彼此接近，引起彼此接近，引起各各R基之间的空间位基之间的空间位阻，造成结构不稳；阻，造成结构不稳；反式构型中两者相反式构型中两者相距较远，结构比较稳距较远，结构比较稳定。肽链中的肽键全定。肽链中的肽键全是反式构型。是反式构型。4）肽键共振（）肽键共振
23、（p.164，图，图4-2）：）：肽键是一种酰胺键，通常在羰基碳和酰胺氮之间是单键，这样肽链主链肽键是一种酰胺键，通常在羰基碳和酰胺氮之间是单键，这样肽链主链上的上的3种键（种键（N-C键，键，C-C键，键，C-N肽键）都是单键，所以原则上多肽主肽键）都是单键，所以原则上多肽主链上的任何共价键都可发生旋转。链上的任何共价键都可发生旋转。但但在在酰酰胺胺氮氮和和羰羰基基氧氧之之间间会会发发生生共共振振相相互互作作用用，其其结结果果表表现现两两种种极极端端形形式：式：一是一是C和和O之间有一个之间有一个键和一个键和一个键连接，而酰胺键连接，而酰胺N上留有一个孤电子上留有一个孤电子对，这种结构允许对
24、，这种结构允许C-N键自由旋转（键自由旋转（A）；）；二是二是C和和N原子参与原子参与键的形成，在羰基键的形成，在羰基O上留下一个孤上留下一个孤e-对，带负电荷，对，带负电荷，酰酰胺胺N带带正正电电荷荷，这这样样C-N键键就就成成为为一一个个双双键键，阻阻绕绕C-N键键的的自自由由旋旋转（转（B）。）。肽键共振的结果：肽键共振的结果：（1）阻绕肽键）阻绕肽键C-N的自由旋转，只保留的自由旋转，只保留N-C键和键和C-C键的键的旋转；旋转；（2）组成肽基的）组成肽基的4个原子和个原子和2个相邻的个相邻的C原子倾向于共平原子倾向于共平面，形成多肽主链的酰胺平面。面，形成多肽主链的酰胺平面。二、肽的
25、物理和化学性质二、肽的物理和化学性质1、物理性质、物理性质在水溶液中以偶极离子存在，这决定与游离末端在水溶液中以偶极离子存在，这决定与游离末端-NH2，-COOH以以及及酸酸性性和和碱碱性性氨氨基基酸酸侧侧链链R基基团团上上可可解解离离的的功功能能团团。肽肽键键中中的的亚亚氨氨基不解离。基不解离。2、化学反应、化学反应（1）游游离离的的-NH2和和-COOH及及R基基团团可可发发生生与与氨氨基基酸酸中中相相应应的的基基团团类类似的似的反应；反应；（2）N末端的氨基酸残基也能与茚三酮发生定量呈色反应；末端的氨基酸残基也能与茚三酮发生定量呈色反应；（3）双缩脲反应为肽和蛋白质所特有、而氨基酸所没有
26、的一种颜色反）双缩脲反应为肽和蛋白质所特有、而氨基酸所没有的一种颜色反应应（紫红色或紫蓝色，与（紫红色或紫蓝色，与CuSO4碱性液反应），借助分光光度计可碱性液反应），借助分光光度计可定定量分析。量分析。一、蛋白质的一级结构与功能一、蛋白质的一级结构与功能一级结构的局部断裂与蛋白质激活一级结构的局部断裂与蛋白质激活有些蛋白质分子的部分肽链按特定方式断裂后才能呈有些蛋白质分子的部分肽链按特定方式断裂后才能呈现生物活性。现生物活性。1、血液凝固的机理、血液凝固的机理：凝血酶致活物凝血酶致活物交联的纤维蛋白（血凝块）交联的纤维蛋白（血凝块）纤维蛋白溶解致活物纤维蛋白溶解致活物凝血酶原凝血酶原不溶性纤
27、维蛋白不溶性纤维蛋白纤维蛋白溶酶原纤维蛋白溶酶原凝血酶（活性）凝血酶（活性）纤维蛋白原纤维蛋白原纤维蛋白溶酶（活性）纤维蛋白溶酶（活性）纤维蛋白溶解纤维蛋白溶解致活因子作用凝血酶原，使其分子中的二肽键断裂。释放出一个致活因子作用凝血酶原，使其分子中的二肽键断裂。释放出一个N端片段后端片段后成为有活性的凝血酶（成为有活性的凝血酶（p.187，图，图4-21）；纤维蛋白原由）；纤维蛋白原由2条链、条链、2条链和条链和2条链条链组成，在凝血酶作用下，从组成，在凝血酶作用下，从2条条链和链和2条链的条链的N端各断裂一个端各断裂一个-Arg-Gly-键，释放键，释放出出2个纤维肽个纤维肽A和和2个纤维肽
28、个纤维肽B，而剩下的纤维蛋白分子成为形成网状结构的不溶性，而剩下的纤维蛋白分子成为形成网状结构的不溶性纤维蛋白（纤维蛋白（p.188，图，图4-22，23）。）。2、胰岛素原的激活：、胰岛素原的激活：胰岛素原可分三部分：中间的连接肽（胰岛素原可分三部分：中间的连接肽（C肽），两侧的肽），两侧的A链和链和B链。链。C肽肽的的一一端端通通过过两两个个碱碱性性氨氨基基酸酸残残基基（62、63位位）与与A链链的的N末末端端相相连连，另一端通过另两个碱性氨基酸残基（另一端通过另两个碱性氨基酸残基（31、32位）与位）与B链的链的C末端相连：末端相连：B链链-C肽肽-A链链在在高高尔尔基基体体内内，特特异
29、异的的肽肽酶酶断断裂裂二二个个特特定定的的肽肽键键，释释放放包包括括C肽肽的的一一段段中中间肽链后成为有活性的胰岛素（间肽链后成为有活性的胰岛素（A链和链和B链以二个二硫键相连着）。链以二个二硫键相连着）。第四节第四节蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构一、构型与构象一、构型与构象构型：立体异构体中取代原子或基团在空间的取向构型：立体异构体中取代原子或基团在空间的取向构象：取代基团当单键旋转时可能形成的不同的立体结构构象：取代基团当单键旋转时可能形成的不同的立体结构一个碳原子和四个不同的基团相连时，只可能有两种不同的空间排列，即一个碳原子和四个不同的基团相连时，只可能有两种不同的空间排列，即构型，
30、两种构型的互变需要共价键的断裂；而构象的改变不涉及共价键的断构型，两种构型的互变需要共价键的断裂；而构象的改变不涉及共价键的断裂，构象可以是无数种，其中交叉型的构象最稳定，重叠型的最不稳定。裂，构象可以是无数种，其中交叉型的构象最稳定，重叠型的最不稳定。二、二级结构的基本类型二、二级结构的基本类型主主链链肽肽基基为为酰酰胺胺平平面面，C-N键键不不旋旋转转，平平面面内内C=O与与N-H呈呈反反式式排排列列，而而C-N和和C-C键键能能自自由由旋旋转转。因因此此C成成为为两两个个相相邻邻酰酰胺胺平平面面的的连连接接点点，两两个平面之间的位置可以任意取向（个平面之间的位置可以任意取向（p.164，
31、图，图4-2）。）。蛋白质的二级结构实际上就是肽键的一级结构的基础上，由于主链蛋白质的二级结构实际上就是肽键的一级结构的基础上，由于主链上上C-N和和C-C键一定程度的旋转而使得肽键上的羰基（键一定程度的旋转而使得肽键上的羰基（C=O）和酰氨基）和酰氨基（-NH）规则排列，由此在链内或链间形成周期性氢键产生的一系列折叠。）规则排列，由此在链内或链间形成周期性氢键产生的一系列折叠。（一）（一）-螺旋（螺旋（p.208，图，图5-14）：）：多多肽肽主主链链按按右右手手或或左左手手方方向向盘盘绕绕成成右右手手或或左左手手螺螺旋旋。每每个个螺螺圈圈占占3.6个个氨氨基基酸酸残残基基，螺螺距距0.45
32、nm，每每个个残残基基绕绕轴轴旋旋转转100o，沿沿轴轴上上升升0.15nm。-螺螺旋旋中中氨氨基基酸酸残残基基的的侧侧链链外外伸伸。相相邻邻螺螺圈圈之之间间形形成成氢氢键键，并并与与中中心心轴轴平平行。行。氢氢键键由由肽肽键键上上的的N-H氢氢和和它它后后面面（N-端端）第第四四个个残残基基上上的的C=O氧氧之之间间形成：形成：蛋白质中的蛋白质中的-螺旋几乎都是右手螺旋（稳定），原因见螺旋几乎都是右手螺旋（稳定），原因见p.207-208。（二）（二）-折叠（折叠（p.210，图，图5-17,18）：）：两两条条或或多多条条几几乎乎完完全全伸伸展展的的多多肽肽链链侧侧向向聚聚集集在在一一起起
33、，相相邻邻的的肽肽键键主主链链上上的的-NH和和C=O之之间间形形成成有有规规则则的的氢氢键键，这这样样的的多多肽肽构构象象就就是是-折折叠叠片片。在在此此构构象象中中，所所有有的的肽肽键键都都参参与与链链间间氢氢键键的的交交联联，氢氢键键与与肽肽键键的的长长轴轴接接近近垂直。垂直。两种类型：（两种类型：（1）平行式：肽链的排列极性（）平行式：肽链的排列极性（N-C）是一顺）是一顺的，即的，即N末端都朝同一方向；末端都朝同一方向；（2）反平行式：肽链的极性一顺一倒，）反平行式：肽链的极性一顺一倒，N末端末端间隔同向。间隔同向。纤维状蛋白质中纤维状蛋白质中-折叠主要是反平行式，且氢键主要是链间形
34、成；球折叠主要是反平行式，且氢键主要是链间形成；球状蛋白质中两种形式都有，且氢键可以是链间和链内形成，甚至可以是不状蛋白质中两种形式都有，且氢键可以是链间和链内形成，甚至可以是不同分子间形成同分子间形成。（三）（三）-转角（回折、转角（回折、-弯曲或发夹结构）（弯曲或发夹结构）（p.211，图，图5-19）：）：在球状蛋白质中发现，有三种类型，每种类型都有在球状蛋白质中发现，有三种类型，每种类型都有4个氨基酸残基。个氨基酸残基。在在-转转角角中中，弯弯曲曲处处的的第第一一个个残残基基的的C=O和和第第四四个个残残基基的的NH之之间间形形成成41氢键，产生一种不很稳定的结构。氢键，产生一种不很稳
35、定的结构。脯氨酸和甘氨酸常在这种结构中存在。脯氨酸具有环状结构和固定的脯氨酸和甘氨酸常在这种结构中存在。脯氨酸具有环状结构和固定的角，能迫使角，能迫使转角的形成；甘氨酸缺少侧链，在转角的形成；甘氨酸缺少侧链，在转角中能很好地调整其转角中能很好地调整其他残基的空间阻碍。他残基的空间阻碍。三、超二级结构三、超二级结构若若干干相相邻邻的的二二级级结结构构单单元元组组合合在在一一起起，彼彼此此相相互互作作用用，形形成成有有规规则则、在在空空间间上上能能辨辨认认的的二二级级结结构构组组合合体体，充充当当三三级级结结构构的的组组体体，这这称称为为超超二二级级结结构。构。有三种基本组合方式：有三种基本组合方
36、式：（1）：有有两两股股或或三三股股右右手手-螺螺旋旋彼彼此此缠缠绕绕而而成成的的左左手手超超螺螺旋旋，重重复复距距离离约约140。螺螺旋旋链链之之间间是是由由向向着着超超螺螺旋旋内内部部的的非非极极性性侧侧链链相相互互作作用用，而而极极性性侧侧链链处处于于蛋蛋白白质质分分子子表表面面，与与水水接接触触。超超螺螺旋旋的的稳稳定定性性主主要要是是非非极极性性侧侧链间的范德华相互作用的结果（链间的范德华相互作用的结果（p.221，图，图5-29A）。）。（2）：最简单的：最简单的组合是由二段平行式的组合是由二段平行式的-链和一段连接链组成。链和一段连接链组成。连接链是连接链是-螺旋或无规则卷曲，大
37、体上反平行于螺旋或无规则卷曲，大体上反平行于-链。最常见的链。最常见的组合组合是由三段平行式的是由三段平行式的-链和二段链和二段-螺旋链构成。连接链都是以右手交叉连接螺旋链构成。连接链都是以右手交叉连接方式处于方式处于-折叠片的一侧（折叠片的一侧（p.221，图，图5-29B,C）。）。（3）：有：有-曲折和回形拓扑结构二种组合形式。曲折和回形拓扑结构二种组合形式。-曲曲折折是是由由一一级级结结构构上上连连续续、在在-折折叠叠中中相相邻邻的的三三条条反反平平行行式式-链链通通过紧凑的过紧凑的-转角连接而成（转角连接而成（p.221，图，图5-29D,E）。）。回形拓扑结构也是反平行式回形拓扑结
38、构也是反平行式-折叠片通过紧凑的折叠片通过紧凑的-转角连接形成，但转角连接形成，但构成的是回形结构（构成的是回形结构（p.221，图，图29F）。）。第五节第五节蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构决定于氨基酸的顺序。蛋白质的三级结构决定于氨基酸的顺序。一、维持蛋白质三级结构的作用力一、维持蛋白质三级结构的作用力主要是弱相互作用（非共价键或次级键）。主要是弱相互作用（非共价键或次级键）。1、氢键：、氢键：多多肽肽主主链链上上的的羰羰基基氧氧和和酰酰氨氨氢氢之之间间形形成成的的氢氢键键是是维维持持蛋蛋白白质质二二级级结结构构的的主主要要作作用用力力。此此外外，在在侧侧链链与与侧侧链链
39、、侧侧链链与与介介质质水水、主主链链肽肽基基与与侧侧链链或或主链肽基与水之间形成氢键。主链肽基与水之间形成氢键。电电负负性性原原子子（N、O、S）与与氢氢形形成成的的基基团团（N-H、O-H）具具有有很很大大的的偶偶极极距距，成成键键电电子子云云分分布布偏偏向向负负电电性性大大的的重重原原子子核核，而而氢氢原原子子核核周周围围的的电电子子分分布布就就少少，正正电电荷荷的的氢氢核核就就在在外外侧侧裸裸露露，所所以以遇遇到到另另一一个个电电负负性性强强的的原原子时，就产生静电吸引，即所谓氢键：子时，就产生静电吸引，即所谓氢键：XH-YX、Y是是负负电电性性强强的的原原子子，XH是是共共价价键键，H
40、-Y是是氢氢键键，X是是氢氢（质子）供体，（质子）供体，Y是氢（质子）受体。是氢（质子）受体。2、范德华力：、范德华力：包括三种较弱的作用力：包括三种较弱的作用力：（1）定向效应：发生在极性分子或基团之间，是永久偶极间的）定向效应：发生在极性分子或基团之间，是永久偶极间的静电相互作用，氢键属于这种范德华力。静电相互作用，氢键属于这种范德华力。(-OH-HO-)（2）诱导效应：发生在极性物质与非极性物质之间，是永久偶）诱导效应：发生在极性物质与非极性物质之间，是永久偶极与由它诱导而来的诱导偶极之间的相互作用。极与由它诱导而来的诱导偶极之间的相互作用。(-OH-CH3-)（3）分散效应：为主要的范
41、德华力，是非极性分子或基团间的）分散效应：为主要的范德华力，是非极性分子或基团间的相互作用。这是瞬时偶极，即偶极方向瞬时变化，是由其相互作用。这是瞬时偶极，即偶极方向瞬时变化，是由其所在的分子或基团中电子电荷密度的波动所造成的。所在的分子或基团中电子电荷密度的波动所造成的。(-CH3-CH3-)范德华力包括吸引力和斥力两种相互作用。因此，范德华力（吸引力）只范德华力包括吸引力和斥力两种相互作用。因此，范德华力（吸引力）只有当两个非键原子处于一定距离时才达到最大，这称范德华距离（有当两个非键原子处于一定距离时才达到最大，这称范德华距离（=两个原子两个原子的范德华半径之和）。的范德华半径之和）。3
42、、疏水相互作用：、疏水相互作用：水介质中球状蛋白质总是倾向把疏水残基埋藏在分子的水介质中球状蛋白质总是倾向把疏水残基埋藏在分子的内部，这称疏水相互作用（疏水效应）。内部，这称疏水相互作用（疏水效应）。疏水相互作用是疏水基团或疏水侧链出自避开水的需要疏水相互作用是疏水基团或疏水侧链出自避开水的需要而被迫接近。而被迫接近。4、盐键（离子键）：、盐键（离子键）：是正电荷与负电荷之间的一种静电相互作用。是正电荷与负电荷之间的一种静电相互作用。在生理在生理pH下，酸性氨基酸（下，酸性氨基酸（Asp、Glu）的侧链可解离成负离子，碱）的侧链可解离成负离子，碱性氨基酸（性氨基酸（Lys、Arg、His）的侧
43、链可解离成正离子。大多数情况下，这）的侧链可解离成正离子。大多数情况下，这些基团分布在球状蛋白分子表面，与介质水分子发生电荷些基团分布在球状蛋白分子表面，与介质水分子发生电荷-偶极之间的相互偶极之间的相互作用形成排列有序的水化层，对稳定蛋白质构象有一定作用。作用形成排列有序的水化层，对稳定蛋白质构象有一定作用。(负电荷负电荷-H+-OH，正电荷，正电荷-HO-H+)5、二硫键：、二硫键：是肽链内部或肽链间的半胱氨酸的巯基之间形成的共价是肽链内部或肽链间的半胱氨酸的巯基之间形成的共价键，它对稳定构象起作用。键，它对稳定构象起作用。大多数二硫键在大多数二硫键在-转角附近形成。转角附近形成。二、蛋白
44、质的三级结构和结构域二、蛋白质的三级结构和结构域多肽链在超二级结构的基础上进一步折叠成近乎球状的结多肽链在超二级结构的基础上进一步折叠成近乎球状的结构，就是三级结构。构，就是三级结构。结构域：对于较小的蛋白质分子或亚基结构域：对于较小的蛋白质分子或亚基-其三级结构其三级结构=结构域；结构域；对于由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合对于由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合而成的三级结构而成的三级结构-三维实体三维实体=结构域。结构域。所以，结构域是球状蛋白质的折叠单位。所以，结构域是球状蛋白质的折叠单位。结构域的意义：结构域的意义：（1）从从结结构构形形成成来来看看，一一条条长长的的多多肽肽
45、链链先先分分别别折折叠叠成成几几个个相相对对独独立立的的区区域域，再缔合成三级结构要比直接折叠成三级结构在动力学上更为合理；再缔合成三级结构要比直接折叠成三级结构在动力学上更为合理；（2）从功能来看，多结构域的蛋白质活性中心往往位于结构域之间，这样）从功能来看，多结构域的蛋白质活性中心往往位于结构域之间，这样容易构建具有特定三维排布的活性中心。结构域之间常有一段肽链相连，形容易构建具有特定三维排布的活性中心。结构域之间常有一段肽链相连，形成成“铰链区铰链区”使结构域容易发生相对运动，有利于别构中心结合调节物和发使结构域容易发生相对运动，有利于别构中心结合调节物和发生别构效应。生别构效应。第六节
46、第六节蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构一、四级结构的概念一、四级结构的概念三三级级结结构构的的球球状状蛋蛋白白之之间间通通过过非非共共价价键键彼彼此此缔缔合合在在一一起起，形形成成聚聚集集体体，这种聚集体称为蛋白质的四级结构。这种聚集体称为蛋白质的四级结构。亚基（亚单位、单体）：亚基（亚单位、单体）：即每个三级结构的球状蛋白质。一般只是一条多肽即每个三级结构的球状蛋白质。一般只是一条多肽链，但有的由二条或多条多肽链组成，多肽链间以二硫键链，但有的由二条或多条多肽链组成，多肽链间以二硫键相连。相连。单体蛋白质：单体蛋白质：无四级结构的蛋白质；无四级结构的蛋白质；多体蛋白质（寡聚蛋白质）：多体蛋白
47、质（寡聚蛋白质）：由二个多个亚基组成的蛋白质（如二体蛋白质由二个多个亚基组成的蛋白质（如二体蛋白质、四体蛋白质）。、四体蛋白质）。对称的寡聚蛋白质：对称的寡聚蛋白质：由二个或多个不对称的等同结构（原体）组成。由二个或多个不对称的等同结构（原体）组成。原体一般是一个亚基，也可以是二个或多个原体的聚集原体一般是一个亚基，也可以是二个或多个原体的聚集体（体（p.244，图，图5-53）。）。如：血红蛋白分子由二个原体对称组成，每个原体由一如：血红蛋白分子由二个原体对称组成，每个原体由一个个亚基和一个亚基和一个亚基构成（亚基构成（）。这里，如果把原）。这里，如果把原体看作单体，则是二体；如果把亚基看作
48、单体，则是四体看作单体，则是二体；如果把亚基看作单体，则是四体。体。四级结构包括：亚基的种类和数目，亚基或原体在整个分子中的空间四级结构包括：亚基的种类和数目，亚基或原体在整个分子中的空间排列（亚基间的接触点和相互作用）。排列（亚基间的接触点和相互作用）。二、寡聚蛋白质与别构效应二、寡聚蛋白质与别构效应1、别构蛋白的结构和效应：、别构蛋白的结构和效应：别别构构蛋蛋白白质质就就是是调调节节蛋蛋白白质质，具具有有别别构构效效应应，即即蛋蛋白白质质与与配配基基结结合合可改变蛋白质构象，进而改变其生物活性。可改变蛋白质构象，进而改变其生物活性。别别构构蛋蛋白白质质都都是是寡寡聚聚蛋蛋白白质质。分分子子
49、中中每每个个亚亚基基都都有有活活性性部部位位或或者者还还有有别别构构部部位位（调调节节部部位位）。这这样样别别构构蛋蛋白白质质分分子子中中至至少少含含有有二二个个活活性性部部位位或或者者还还有有别别构构部部位位，各各部部位位之之间间可可通通过过构构象象变变化化传传递递发发生生的的过过程程，构构象变化可以从一个原体传递给另一个原体，引起协同的相互作用。象变化可以从一个原体传递给另一个原体，引起协同的相互作用。同同位位效效应应：相相互互作作用用的的都都是是活活性性部部位位，即即一一个个亚亚基基与与配配基基的的结结合合会会影影响响另另一一个个亚亚基基与与配配基基的的结结合合。如如果果这这种种影影响响
50、是是促促进进作作用用，则则是是正正协协同同效应；如果这种影响是降低作用，则是负协同效应。效应；如果这种影响是降低作用，则是负协同效应。异位效应：异位效应：别构部位与活性部位之间的相互影响。别构部位与活性部位之间的相互影响。2、血红蛋白的结构和功能：、血红蛋白的结构和功能：血血红红蛋蛋白白由由4个个亚亚基基组组成成（22），每每个个亚亚基基都都有有一一个个血血红红素素基基和和一一个个氧结合部位（氧结合部位（p.260，图，图6-10）。）。O2在在这这里里是是正正协协同同效效应应物物，血血红红蛋蛋白白的的氧氧合合具具有有正正协协同同效效应应：一一个个O2的结合会增加同一血红蛋白分子中其余的氧结合