王镜岩生物化学讲义47页.docx

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王镜岩生物化学讲义47页

第一章绪论

一、生物化学的定义

二、生物化学研究的主要内容

三、生物化学在生命科学中的地位及其它学科中的作用：

强调生化课的重要性

四、生物化学的学习方法

五、生物化学发展简史

六、生物化学的现状及其发展

七、相关基础知识简介（生命的构成）

第二章氨基酸与蛋白质的一级结构

一.蛋白质是生命的表征，哪里有生命活动哪里就有蛋白质

1.酶：

作为酶的化学本质，温和、快速、专一，任何生命活动之必须，酶的另一化学本质是RNA，不过它比蛋白质差远了，种类、速度、数量。

2.免疫系统：

防御系统，抗原（进入“体内”的生物大分子和有机体），发炎。

细胞免疫：

T细胞本身，分化，脓细胞。

体液免疫：

B细胞，释放抗体，导弹，免疫球蛋白（Ig）。

3.肌肉：

肌肉的伸张和收缩靠的是肌动蛋白和肌球蛋白互动的结果，体育生化。

4.运输和储存氧气：

Hb和Mb。

5.激素：

含氮类激素，固醇类激素。

6.基因表达调节：

操纵子学说，阻遏蛋白。

7.生长因子：

EGF（表皮生长因子），NGF（神经生长因子），促使细胞分裂。

8.信息接收：

激素的受体，糖蛋白，G蛋白。

9.结构成分：

胶原蛋白（肌腱、筋），角蛋白（头发、指甲），膜蛋白等。

生物体就是蛋白质堆积而成，人的长相也是由蛋白质决定的。

10.精神、意识方面：

记忆、痛苦、感情靠的是蛋白质的构象变化，蛋白质的构象分类是目前热门课题。

11.蛋白质是遗传物质？

只有不确切的少量证据。

如库鲁病毒，怕蛋白酶而不怕核酸酶。

二.构成蛋白质的元素

1.共有的元素有C、H、O、N，其次S、稀有P等

2.其中N元素的含量很稳定，16％，因此，测N量就能算出蛋白质的量。

（凯氏定氮法）

三.结构层次

1.一级结构：

AA顺序

2.二级结构：

主干的空间走向

3.三级结构：

肽链在空间的折叠和卷曲形成的形状，所有原子在空间的排布。

4.四级结构：

多条肽链之间的作用。

§1.氨基酸蛋白质的结构单位、水解产物

一.氨基酸的结构通式：

α-碳原子，α-羧基，α-氨基

氨基酸的构型：

自然选择L型， D型氨基酸没有营养价值，仅存在于缬氨霉素、短杆菌肽等极少数寡肽之中，没有在蛋白质中发现。

二.氨基酸的表示法

生物体中有20种基本氨基酸（合成蛋白质的原料），还有其它非基本氨基酸，

20种基本氨基酸的表示方法有下列几种：

1.中文名：

X（X）氨酸，如甘氨酸、半胱氨酸。

20种要会背。

2.英文名：

3字名，如Gly、Cys等，20种要会背。

3.按顺序演示，记忆技巧。

Ala Arg Asp Asn Cys Glu Gln Gly His Ile

丙 精 天 天冬酰氨 半 谷 谷氨酰氨 甘 组 异亮

Leu Lys Met Phe Pro Ser Thr Trp Tyr Val

亮 赖 甲硫 苯丙 脯 丝 苏 色 酪 缬

三.氨基酸的具体结构：

20种全部记住，仅注意R。

讲解顺序：

甘Gly（最特殊，唯一无旋光性）、丙Ala（顾名思义）、苯丙Phe（顾名思义）。

酪Tyr（有β-苯酚基）、半胱Cys（β-巯基）、丝Ser（β-羟基）、苏Thr（β-羟基）、天冬Asp（酸性氨基酸，β-羧基）、天冬酰氨Asn（β-酰氨）、色Trp（β-吲哚基P66）、组His（β-咪唑基P66）。

谷Glu（酸性氨基酸，γ-羧基）、谷氨酰氨Gln（γ-酰氨）、甲硫Met（γ-甲硫基）。

金Arg（δ-胍基P66）。

赖Lys（碱性氨基酸，ε-氨基）。

缬Val、亮Leu、异亮Ile：

都是烷烃链。

脯Pro（亚氨基）。

四.氨基酸的分类

1.结构上

<1>脂肪族氨基酸：

酸性氨基酸（2羧基1氨基：

Glu、Asp），碱性氨基酸（2氨基1羧基：

Arg、Lys），中性氨基酸（氨基羧基各一：

很多）

<2>芳香族氨基酸：

含苯环：

Phe、Tyr

<3>杂环氨基酸：

 His（也是碱性氨基酸）、Pro、Trp

2.R基的极性

<1>极性氨基酸：

亲水氨基酸：

溶解性较好，酸性氨基酸、碱性氨基酸、含巯基、羟基、酰胺基的氨基酸，Glu、Asp、Arg、Lys、His、Cys、Ser、Thr、Tyr、Gln、Asn

<2>非极性氨基酸：

疏水氨基酸：

溶解性较差，具有烷烃链、甲硫基、吲哚基等的氨基酸，Gly、Ala、Leu、Ile、Val、Pro、Met、Trp

3.营养价值

<1>必需氨基酸：

人和哺乳动物不可缺少但又不能合成的氨基酸，只能从食物中补充，共有8种：

Leu、Lys、Met、Phe、Ile、Trp、Thr、Val

<2>半必需氨基酸：

人和哺乳动物虽然能够合成，但数量远远达不到机体的需求，尤其是在胚胎发育以及婴幼儿期间，基本上也是由食物中补充，只有2种：

Arg、His。

有时也不分必需和半必需，统称必需氨基酸，这样就共有10种。

记法：

Tip MTV Hall

<3>非必需氨基酸：

人和哺乳动物能够合成，能满足机体需求的氨基酸，其余10种

从营养价值上看，必需>半必需>非必需

五.非基本氨基酸

1.氨基酸的衍生物：

蛋白质化学修饰造成的，有P-Ser、P-Thr、P-Tyr、OH-Pro、OH-Lys，最为重要的是Cyss胱氨酸，是由2分子Cys通过二硫建连接起来的

2.非蛋白氨基酸：

仅游离存在，瓜氨酸、鸟氨酸、β-丙氨酸

3.D-氨基酸：

缬氨霉素、短杆菌肽中含有。

六.氨基酸的性质

1.物理性质

<1>紫外吸收：

有共轭双键的物质都具有紫外吸收，在20种基本aa中，有4种是具有共轭双键的，Trp、Tyr、Phe、His，其中His只有2个双键共轭，紫外吸收比较弱，Trp、Tyr、Phe均有3个双键共轭，紫外吸收较强，其中Trp的紫外吸收最厉害，是蛋白质紫外吸收特性的最大贡献者，此3种氨基酸的紫外吸收特点如下：

Aa（氨基酸） Λm（最大吸收波长：

nM） E（消光系数：

A/Mol/L）

Phe 257 2*102

Tyr 275 1.4*103

Trp 280 5.6*103

<2>旋光性：

仅Gly不具旋光性，其它19种都有，且自然选择为L-型。

<3>溶解性：

溶解于水，特别是稀酸稀碱溶液，不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂。

<4>熔点：

均大于200℃，也就是说氨基酸都是固态，而同等分子量的其它有机物则是液态，这说明了氨基酸与氨基酸之间的结合力很强，是离子键，即氨基酸是以离子状态存在的，而不是以中性分子存在的。

2.化学性质

<1>解离和等电点：

氨基酸是个两性电解质，既可进行酸解离也可进行碱解离，用解离方程式表示，这样，氨基酸在水溶液中就可能带电，+或-，以及呈电中性，到底是什么情况，完全由溶液的PH值来决定。

等电点：

如果调节溶液的PH值使得其中的氨基酸呈电中性，我们把这个PH值称为氨基酸的等电点：

PI。

PI是氨基酸的重要常数之一，它的意义在于，物质在PI处的溶解度最小，是分离纯化物质的重要手段。

<2>等电点的计算：

对于所有的R基团不解离的氨基酸而言（即解离只发生在α-羧基和α-氨基上），计算起来非常简单：

PI＝（PK1’+PK2’）/2

若是碰到R基团也解离的，氨基酸就有了多级解离，这个公式就不好用了，比如Lys、Glu、Cys等。

aa Cys Asp Glu Lys His Arg

PK’α-羧基 1.71 2.69 2.19 2.18 1.82 2.19

PK’α-氨基 8.33 9.82 9.67 8.95 9.17 9.04

PK’-R-基团 10.78（-SH） 3.86（β-COOH） 4.25（γ- COOH） 10.53（ε-NH2） 6（咪唑基） 12.48（胍基）

在这种情况下可以按下面的步骤来计算：

<1>由PK’值判断解离顺序，总是PK1’< PK2’< PK3’< …，即谁的PK’值小，谁就先解离。

<2>按照解离顺序正确写出解离方程式：

简式，注意解离基团的正确写法。

<3>找出呈电中性的物质，其左右PK’值的平均值就是氨基酸的等电点：

PI＝（PK左’+PK右’）/2

<3>等电点的测定：

等电聚焦法：

这是一种特殊的电泳，其载体上铺有连续的PH梯度的缓冲液，然后将氨基酸点样，只要该处的PH与氨基酸的PI不同，则氨基酸就会带电，PH值>PI时，aa带-电；PH值

通电后，氨基酸就会移动，直到某处的PH＝PI，氨基酸才呈电中性，不再移动，因此，可以测出PI。

<4>氨基酸的重要化学反应

反应基团 试剂 主要产物 

*α-NH2 茚三酮 紫色、红色物 对氨基酸显色 

*α＝NH2 茚三酮 黄色物 Pro的鉴定 

*α-NH2 HNO2 N2等 游离aa定量，蛋白质水解程度 

*α-NH2 DNFB二硝基氟苯Sanger试剂 DNP-aa二硝基苯黄色物 蛋白质N端测定一级结构分析标准图谱

*α-NH2 PITC苯异硫氰酸酯Edman试剂 PTC-aa在无水的酸中环化成PTH-aa 蛋白质N端测定一级结构分析aa顺序自动分析仪标准图谱 82

*α-NH2 甲醛 羟甲基-aa和二羟甲基-aa 甲醛滴定aa含量（封闭氨基） 

*Cys的-SH 碘代乙酸ICH2COOH过甲酸HCOOOH 乙酸硫基HOOC-CH2-S-磺基HS3O- 肽链拆分，作用与CYSS上的二硫键 

Arg的胍基 α-萘酚次溴酸钠坂口试剂 桃红色物 鉴定Arg 以下呈色反应见P61

Met的-S-CH3 H2O2 过氧化物 吸烟有害，烟中的过氧化物，弹性蛋白酶，抑制剂Met，肺气肿。

His的咪唑基 重氮苯磺酸Pauly试剂 樱红色物（1His连2重） 鉴定His 

Tyr的酚基 重氮苯磺酸Pauly试剂 桔黄色物 鉴定Tyr 

Tyr的酚基 磷钼酸、磷钨酸Folin试剂 兰色物质 定量测定蛋白质、Tyr 

Trp的吲哚基 对二甲基氨基苯甲醛 兰色物质 鉴定Trp 

-OHSer、Thr、Tyr 激酶、ATP P-aa 调节酶的活性，测定酶的活性中心 

§2.肽

一.肽与肽键

氨基酸的羧基与另一氨基酸氨基脱水缩合形成的化合物就是肽，其实就是一种酰胺化合物，其酰胺键就是肽键，它的特点是刚性平面、反式构型。

肽中的氨基酸叫氨基酸残基，几个氨基酸残基就叫几肽。

二.肽的种类

寡肽：

2-10，无构象，谷胱甘肽是3肽

多肽：

10-50，介于之间，胰高血糖素是29肽

蛋白质：

50以上，有特定的构象，胰岛素是51肽

三.肽的表示法

1. N端、C端的概念：

肽链的两个端点，N端的氨基酸残基的α-氨基未参与肽键的形成，C端的氨基酸残基的α-羧基未参与肽键的形成。

2. 写法和读法：

规定书写方法为N端→C端，例如：

Ala-Gly-Phe，读作：

丙氨酰甘氨酰苯丙氨酸。

注意有时会看到一些奇怪的写法，比如：

NH2-Ala-Gly-Phe-COOH，或H-Ala-Gly-Phe-OH，均属于画蛇添足，但Ala-Gly-Phe- NH2则表示C端被酰胺化了。

若有必要从C端→N端写，则必须标明，如（C）Phe- Gly –Ala（N）

四.肽的性质

1.酸碱性：

肽至少有一个游离的氨基和游离的羧基，也是两性化合物，至少有2级解离，通常都有多级解离。

因此，肽在水溶液中也能够带电，也有自己的等电点PI，其计算与测定完全同氨基酸的。

例如：

谷胱甘肽，Glu-Cys-Gly，，注意Glu-Cys之间的肽键（γ-，而不是正常的α-），各解离基团的PK’值，PI＝（2.13+2.34）/2＝2.235，很酸。

2.双缩脲反应：

双缩脲（相似于三肽，即2个肽键）、碱性铜离子、紫红色化合物。

凡大于三肽的肽都能发生此反应，2肽不行。

3.水解反应：

肽可以被酸、碱、酶所水解，其优劣性如下：

<1>酸水解：

浓酸（6N以上，解释一下N＝M/价），高温（110℃以上），长时（24-36小时），污染，Trp遭到破坏，不消旋，水解彻底

<2>碱水解：

浓碱（6