动物生化课件.docx

1、动物生化课件生物化学是研究生物分子，特别是生物大分子相互作用、相互影响已表现生命活动现象原理的科学。 电泳（1923） ：生物大分子的分离、分析 超离心（1925）：蛋白质、细胞亚器官的分离；分子量的确定 同位素标记（1934）：物质代谢途径、生物大分子结构测定 层析（1944 ）：生物大分子的分离纯化 X-光衍射：生物大分子结构测定蛋白质是由20种L- 氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具较稳定构象并具一定生物功能的生物大分子。蛋白质的功能1、催化作用 几乎所有的酶都是蛋白质2、生物体的结构成分 膜蛋白3、运输 血红蛋白在血中输送氧 肌红蛋白在肌肉中输送氧 膜蛋白起运输作用4、

2、运动 动物的肌肉收缩、细菌的鞭毛运动。5、防御保护 抗体6、激素 胰岛素、胰高血糖素、生长激素、甲状腺素、肾上腺皮质激素、脑啡肽等7、接受和传递信息的受体： 受体蛋白8、控制细胞生长、分化： 生长因子、调节蛋白9、毒蛋白： 植物、微生物、昆虫、动物所分泌10、许多蛋白在凝血作用、通透作用、营 养作用、记忆活动等方面起重要作用。一、蛋白质的元素组成： C、H、O、N （16% ） 、 S； Fe、Zn、Cu、P、Mo等。 用凯氏定氮法可测定蛋白质含量： 蛋白质含量(g) = 蛋白质含氮量6.25二、蛋白质基本结构单位 氨基酸（一）蛋白质的水解1、完全水解：用浓酸、碱或酶将蛋白质 完全水解为氨基酸

3、。 酸水解：无消旋作用，产物为L-氨基酸。 碱水解：多数氨基酸被破坏，有消旋现象。 酶水解：需要多种酶同时作用。2、部分水解：一般用酶或稀酸在较温和条件下，将蛋白质分子切断，产物为分子大小不等的肽段和氨基酸。蛋白酶：(内切酶、外切酶和二肽酶） 胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶等。 氨基酸（amino acid, 简写aa)： 蛋白质的基本组成单位，是含氨基的羧酸。 天然蛋白质多由20种常见氨基酸组成。（一）氨基酸的结构通式由通式可得出：1）组成蛋白质的aa都是-氨基酸 （除脯氨酸 亚 氨基酸外） ；2）不同aa仅R链不同；3）除甘氨酸外，其余aa的-碳原子均为不对称碳原子。残基：在肽链中每个氨基酸

4、都脱去一个水分子，脱水后的残余部分叫残基（residue), 因此蛋白质肽链中的氨基酸统统是残基形式。 构型：由于分子中共价键的改变导致的基团或原子在空间的不同排列而引起的光学活性立体结构称立体构型。 立体构型： 氨基在左为L-型；氨基在右为D-型 天然pr.中的aa绝大多数为L-型； 细菌细胞壁中含D-丙氨酸和D-谷氨酸按人体是否可合成来分必需氨基酸：机体不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸。 赖、色、苏、缬、甲硫、亮、异亮、苯丙半必需氨基酸：人体可合成，但幼儿期合成速度不能满足需要。 组*、精*非必需氨基酸：机体可自身合成的氨基酸。（三）稀有氨基酸胱氨酸：2个半胱氨酸脱氢形成羟脯氨酸； 存

5、在胶原蛋白中（四）非蛋白质氨基酸 L-瓜氨酸、 L-鸟氨酸：参加尿素循环； -丙氨酸：维生素前体； -氨基丁酸：神经递质； D-谷氨酸、 D-丙氨酸：细菌细胞壁的组分（五）氨基酸的重要理化性质1、一般物理性质 无色晶体，熔点较高（200300） ，水中溶解度差异大（取决于侧链），不溶于有机溶剂（沉淀剂）。 味感：无味、甜、苦、鲜、酸味。2、两性解离与等电点（两性性质）（1）氨基酸为两性电解质两性离子：带有数量相等的正负两种电荷的离子。（2）aa解离方式取决于所处环境的pH（3）等电点（isoelectric point, 缩写为pI） 在电场中，阳离子向负极移动；阴离子向阳极移动；调整pH，使

6、aa净电荷为零时，aa既不向阳极也不向阴极移动。概念：规定aa净电荷为零时的pH为该aa的等电点.带有数量相等的正负两种电荷的分子叫两性离子总 结 a、各种aa的pI不同； b、同一pH下，各种aa所带电荷不同；pHpI ：aa+ ； pHpI：aa- 用离子交换、电泳将aa分开 c、处于pI时，aa溶解度最小，易沉淀；可分离aa。3、紫外吸收性质： 只有含苯环氨基酸有紫外吸收能力，因其具有含共轭双键的苯环。 酪氨酸（ Tyr） max：270nm 苯丙氨酸（ Phe ） max：259nm 色氨酸（ Trp ） max：279nm 所以，测样品280nm处的光吸收值，可知溶液中蛋白质浓度。此

7、法快速简便。4、氨基酸的分离分析（1）分配层析法： 一种溶质在两种互不相溶或几乎不相溶的溶剂中分配时，在一定温度下平衡后，溶质在 两相溶剂中的浓度比值与其溶解度比值相等,此比值称分配系数。 如在酚-水系统分配时，每种aa有特定分配系数，依此可用逆流分配法分离。固定相： 借助一定支持物（如：纤维素、淀粉、硅胶等亲水性不溶物质），以结合水为固定相。 流动相： 以与水不溶的有机溶剂（如：酚、正丁醇）为流动相。方法： 流动相流过支持物，将分配系数不同的氨基酸分开，以茚三酮显色，形成色谱，扫描定量，或洗脱后比色定量。氨基酸分离纯化方法 离子交换柱层析（全自动氨基酸分析仪） 气相色谱（气相色谱仪） 高效液

8、相色谱肽（peptide) 一个氨基酸的-羧基和另一氨基酸的-氨基脱水缩合而成的化合物。2. 肽链的基本连接方式肽键肽键(peptide bond)：为1个氨基酸的-氨基和另一氨基酸的-羧基之间脱水后形成的共价键，即酰胺键。蛋白质中氨基酸连接的基本方式。特点： 1）肽键具高度稳定性； 2）具双键性质，不能自由转动； 3）C=O与NH反式排列。3.多肽（polypeptide)：多个氨基酸以肽键连接方式形成. 书写习惯：左N右C；一端是游离氨基；另一端为游离羧基。 肽链中的氨基酸已非完整分子，称氨基酸残基(animo acid residue); 活性肽(active peptide)：存在于生

9、物体内，具各种特殊生物学功能的肽。 谷胱甘肽： 多肽激素：如催产素、加压素、肾上腺皮质激素、胰高血糖素、舒缓激肽等； 脑肽：脑啡肽、 内啡肽 抗生素：如短杆菌肽、放线菌素D 毒素等4. 肽单位（酰胺平面）特点：1）6个原子在同一平面内； 2）各键长和键角是固定的。 5. 二面角（dihedral angle)肽链间/内的连接二硫键：概念：由肽链中相应部位上两个半胱氨酸脱氢连接而成，此称胱氨酸残基，是连接肽链内或肽链间的主要桥键。 功能：稳定肽链空间结构；赋予一定生物活力。构型：指在立体异构体中由于原子或基团在空间的重新排布而形成的空间异构现象。构象：指在立体异构体中由于单键旋转而形成的不同的立

10、体异构体。蛋白质的构象：指蛋白质特有的空间结构。1. 概念：多肽链上各种氨基酸残基的排列顺序，即氨基酸序列。2. (1)间接法:测定cDNA序列推出mRNA序列，分析蛋白质aa组成。a 蛋白质的分离纯化 Purificationb 氨基酸末端分析，确定肽链数量 N末端分析: 异硫氰酸苯酯（PITC法） C末端分析: 化学法、羧肽酶法c 二硫键的拆分与保护 S-S cleavage & blockingd 亚基分离 Subunit separatione 多种方法的部分水解 Partial h.f 分离水解后得到的多肽 Peptide s.g 测序 用Edman方法分析各小肽的氨基酸序列h 重叠

11、 Overlapping二、蛋白质的空间结构概念：Pr空间结构又称Pr的构象（高级结构），指Pro分子中所有原子和基团在三维空间的排列及肽链的走向。(一）维持蛋白质空间构象的作用力作用力 破坏因子氢键： -螺旋，-折叠 尿素，盐酸胍疏水作用： 形成球蛋白的核心 去垢剂，有机溶剂Van der Waals力：稳定紧密堆积的基团和原子离子键：稳定-螺旋，三、四级结构 酸、碱二硫键：稳定三、四级结构 还原剂配位键：与金属离子的结合 螯合剂 EDTA（二）蛋白质的二级结构指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕形式；- 螺旋- 折叠- 转角- 转角自由回转1. - 螺旋(-helix) 因肽链中aa残基中的-N

12、H与第四个aa的C=O间可形成氢键，使得肽链呈螺旋状盘曲。 氢键取向几乎与中心轴平行。 多为右手螺旋、较少左手螺旋。 螺距：0.54nm，3.6 aa2、-折叠(-pleated sheet) 结构特点：肽链按层排列, 在肽链的不同区段或不同肽链间形成氢键,维持结构的稳定性。-折叠有两种类型平行：所有肽链的N端处于同一端，氢键不与肽链走向垂直。如： - 角蛋白。反平行：肽链的N端不处于同一端，氢键与肽链走向垂直。如：丝心蛋白。3、- 转角(- turn)链内形成氢键，多肽链出现180的回折。此回折角称- 转角结构。 此结构广泛存在球状蛋白中。5、自由回转(random coil) 亦称无规则卷

13、曲、自由绕曲指无规律的松散肽链结构。通常酶蛋白的功能部位在此。（三）超二级结构(supersecondary structures)指若干相邻二级结构单元组合彼此相互作用，形成有规则的在空间上能辨认的二级结构组合体。如：，；四）结构域(domains)：多肽链在超二级结构基础上进一步绕曲折叠而成的相对独立的三维实体称结构域。具有部分生物学功能。（五）蛋白质三级结构概念：指蛋白质多肽链上所有原子在三维空间的分布。较小蛋白质分子：多为单结构域，即三级结构；较大蛋白质分子：由2或2个以上结构域结合成三级结构。（六）蛋白质的四级结构亚基：几条肽链以非共价键联结成一稳定的活性单位，这种肽链称该蛋白质的亚

14、基(subunit)。四级结构：亚基间通过非共价键聚合而成的特定构象。蛋白质的四种结构层次一、蛋白质一级结构与生物功能1、一级结构相近，功能相似2、功能相同，一级结构的关键部分相同不同来源的胰岛素都由A、B链，51个aa组成，但一级结构的aa种类并不完全相同。 不变部分：有22个aa始终不变；其中：6个半胱氨酸残基位置始终不变，其余为非极性带疏水侧链的aa。 可变部分：不同来源哺乳动物胰岛素在A8、9、10；B30处有差异。如B30 ：人为Thr； 猪为Ala。3、一级结构改变，蛋白质空间结构及功能改变 如：镰刀型贫血病血红蛋白仅一级结构6Glu换成6Val，由此引起三级结构多一疏水键，四级结

15、构发生线性缔合，导致红细胞发生溶血。分子病：指某种蛋白质分子一级结构的aa排列与正常蛋白质不同的遗传病。结构与空间构型的关系1、一级结构决定空间结构；2、周围环境影响空间结构；3、分子伴侣参与空间结构结构的形成。分子伴侣（chaperon)：参与蛋白质折叠的一类蛋白质分子。二、蛋白质构象与功能的关系蛋白质构象改变，活性丧失。（一）变构效应 概念：指寡聚蛋白质分子中，一个亚基由于与配体结合而发生构象改变，进而引起相邻其他轧机的构想和玉佩体结合的能力也发生改变的现象。如：血红蛋白与氧结合。 这类蛋白质称变构蛋白或调节蛋白，分子中有活性部位和调节部位。引起变构的配体称变构剂或效应剂。（二）蛋白质的变

16、性和复性1、变性（denaturation)（1）概念：天然蛋白质在变性因素的作用下，其一级结构保持不变，但其高级结构发生了异常的变化，既有折叠状态变为伸展状态，从而引起生物功能的丧失，以及物理、化学性质的改变的现象称为蛋白质的变性。（2）变性因素 物理因素：加热、剧烈振荡（研磨、搅拌）、超声波、-射线、紫外线、高压等； 化学因素：酸、碱、乙醇、丙酮等有机溶剂、浓脲溶液、盐酸胍、重金属盐、三氯醋酸、苦味酸及某些去垢剂(SDS)（3）表现1）生物活性降低或全部丧失2）物理性质发生改变 如：溶解度降低，二、三级结构破坏，结晶能力丧失，粘度增加，紫外光谱和荧光光谱改变等。3）化学性质改变 如：化学反

17、应基团增加，对蛋白酶水解敏感性增加，消化率提高等。（4）机理可逆变性：凡变性未超过限度，pr活性可恢复; 不可逆变性：变性不可恢复。如：煮鸡蛋。2、复性（renaturation) 除去变性因素之后，在适宜的条件下，变形的蛋白质可以从伸展状态恢复到折叠状态，并恢复全部生物活性的现象称为蛋白质的复性。3、变性的利用和预防消毒、血液化验、蛋白质的保存等。一、蛋白质的理化性质 蛋白质的性质与其分子大小、结构及其组成aa的性质密切相关。1、分子量 Pr为高分子有机物，分子量几千几千万。 分子量测定方法：渗透压法、超速离心法、凝胶过滤法、SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法等。2、两性电离与等电点3、电泳 在直流

18、电场中，带电荷的蛋白质分子向阴极移动，带负电荷的蛋白质向阳极移动的现象称为电泳。 蛋白质的电泳情况用迁移率（U）表示，U=/E。迁移率的大小与蛋白质分子的大小、形状和净电荷有关。 应用电泳法：分离各种蛋白质；鉴定蛋白质的纯度。此多用于科研、生产、临床诊断等。几种常用的电泳 等电聚焦 纸电泳 聚丙烯酰胺凝胶电泳 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳 OFarrell的双向电泳4、胶体性质 蛋白质水溶液为稳定的亲水胶体溶液。蛋白质分子周围的水化层和其带的相同电荷有利于稳定pr胶体系统。盐溶：在蛋白质的水溶液中，加入少量中性盐，如硫酸氨等，会增加蛋白质分子表面的电荷，增加蛋白质与水分子的作用，从而使蛋白质水溶

19、液中的溶解度增大的现象。盐析：在高浓度的盐溶液中，无机盐的粒子从蛋白质分子的水化层中夺取水分子，将水膜除去，但只蛋白质分子的相互结合，从而发生沉淀的现象。5、沉淀反应（1）等电点沉淀不变性（2）盐析不变性 高浓度的中性盐，如：硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等。分段盐析（3）有机溶剂沉淀变性 高浓度的乙醇、丙酮等。（4）重金属离子变性 醋酸铅、氯化高汞、硫酸铜等。（5）生物碱变性 苦味酸、单宁酸、三氯醋酸、钨酸等。二、蛋白质的分离纯化分离pr的各种方法主要根据pr的如下性质；（1）分子大小（2）溶解度；（3）电荷；（4）吸附性质；（5）对其他分子（配基）的生物学亲和力。1、分离蛋白质 等电点沉淀、盐析、

20、超速离心、透析、有机溶剂分级分离2、纯化蛋白质 层析法分子筛离子交换法电泳法等电点聚焦法等第七节 蛋白质的分类分类原则：按分子形状、分子组成、溶解度、生物功能（一）按分子形状：球状蛋白和纤维状蛋白；（二）按分子组成：简单蛋白和结合蛋白； 简单蛋白按溶解度又可分为：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、精蛋白、组蛋白、硬蛋白等。 结合蛋白根据所结合成分的不同又可分为：核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、黄素蛋白、色蛋白、金属蛋白。纤维状蛋白种类:角蛋白、胶原蛋白、血纤维蛋白、肌纤维蛋白。功能:在生物体内保护、支持、结缔功能。球状蛋白种类：血红蛋白、肌红蛋白、清蛋白、球蛋白、酶蛋白、激素蛋白、抗体等。一、

21、酶的概念 酶(enzyme)是活细胞产生的，具有催化能力的生物催化剂(biocatalyst)，是一些蛋白质大分子及核酸。希腊语原意: in yeast 酶与化学催化剂具有一些共同的特点：1. 只能催化热力学上允许进行的反应，降低活化能，加快反应速度；2. 同时加快正逆反应的速度，缩短反应达到平衡的时间，但不改变平衡常数；3. 用量少，反应前后的质和量不变。二、酶催化作用特征（一）具高度专一性v 一种酶只能催化一种或一类底物，进行一种或一类相似的反应。v 底物（substrate ，S)：酶作用的物质。v 绝对专一性：只作用一种底物。v 相对专一性：作用于一类底物。包括键专一性和基团专一性。v

22、 立体异构专一性：作用于一种立体异构体。（二）具很高的催化效率（三）反应条件温和 一般在常温、常压、中性酸碱度的条件下。（四）酶易失活 凡使pr.变性的因素都可使酶破坏,（五）体内酶活性受多种方式调控 如：激活剂、抑制剂、反馈抑制、酶原激活、激素、共价修饰、变构等。（六）有些酶的活性与辅酶、辅基及金属离子有关。若除去，酶失活。三、酶的分类（一）按分子特点分类1、单体酶：一条肽链构成。如：蛋白酶、淀粉酶。2、寡聚酶：几到几十个亚基组成。如：糖代谢中的酶。3、多酶复合体：几种酶彼此嵌合的复合体，利于一系列反应连续进行。 如：脂肪酸合成酶系。 （二）根据酶的组成分类1、单纯酶简单蛋白质）：其活性仅取

23、决于其蛋白质结构。如：蛋白酶、淀粉酶等。2、结合酶：酶蛋白+辅助因子=全酶 辅助因子(cofacter)：热稳定的非蛋白小分子。 按分子组成： 金属离子：Mg2+、Mn2+ 小分子有机物：NAD+ 、NADP + 辅助因子按与酶的结合程度分辅酶(coenzyme): 结合较松，可透析去除； 辅基(prosthetic grup)： 结合较紧，透析不易除去。酶蛋白一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合，催化同一种（类）底物的反应，决定底物专一性。辅助因子同一辅因子可与多种不同酶蛋白结合， 催化不同底物进行同一类型的反应。负责电子、 原子或基团转，决定反应类型。1、国际系统命名法明确标明酶的底物及催化反

24、应的性质。2、习惯命名根据酶的底物命名如：淀粉酶、蛋白酶； 根据酶所催化的反应性质命名 如：转氨酶；综合上述两原则命名 如：乳酸脱氢酶；上述命名加酶来源或酶的其它特点 如：胃蛋白酶、碱性磷酸酶。 活性中心：酶分子中能同底物结合并起催化作用的空间部位。实验：酶蛋白经水解切去部分肽链后，残留部分仍有活性。说明：参与催化反应的只是其中一小部分，即活性中心。活性中心的实质 活性中心即酶分子中在三维结构上相互靠近的几个aa残基或其上的某些基团。 活性中心以外的部分对酶催化次要，但对活性中心形成提供结构基础。（二）活性中心的组成1、结合部位：酶分子上与底物结合的部位。一般由三个以上结合基团组成，决定底物专

25、一性。2、催化部位：底物在此发生一定的化学变化。一般由23个催化基团组成，决定反应专一性。（三）活性中心的特点1、仅为酶体积的很 小部分；2、具有一定的空间构象；3、S与E靠次级键结合；4、是由特定空间构象维持的一个裂隙。二、必需基团 直接参与对底物分子结合和催化的基团，以及参与维持酶分子构象的基团。一、过渡态和活化能 1. 过渡态（中间产物） A+B AB C+D 反应物 中间产物 产物（初态） （过渡态） （终态）2. 活化能（energy of activation） 在一定温度下1mol 底物全部进入活化态所需要的自由能。3. 活化分子（activated molecule） 含有活化

26、能的分子，称为活化分子。反应体系中活化分子越多，则反应速度越快。活化分子数目的多少与活化能高低有关。如果某一反应所需要的活化能较大，则活化分子较少，反应速度慢。酶如何使反应活化能降低？中间产物学说1、学说认为：当酶催化一化学反应时，首先 E和 S结合形成中间产物 ES，然后它再分解成产物P并释放酶E。四、酶作用机理（一）锁钥学说：1894年E.Fischer 提出：S分子或其一部分像钥匙一样楔入E活性中心部位。 此学说强调E与S结构互相吻合(刚性模板)。（二）诱导契合学说1958年Koshland 提出：当E与S接近时，E蛋白受S分子的诱导，其构象发生有利于S结合的变化，E与在此基础上互补契合

27、、进行反应。（三）使酶具高催化效率的因素：邻近定向效应： S分子向E活性中心靠近，且趋向E催化部位，使活性中心这一局部区域S增加，并使S分子发生扭曲，易于断裂，降低反应所需活化能。从而加快反应速度。“张力”和“形变”：v X衍射证实：E使S分子中敏感键中某些基团的电子密度变化，产生电子张力，使其发生变形，更易于断裂。酸碱催化：指E分子上某些基团作为质子供体和质子受体对S进行（广义的）酸碱催化。共价催化： E分子中的亲核基团提供电子，对S中亲电子的碳原子进行攻击，生成ES使反应活化能降低，S可越过较低的能垒而形成产物。酶活性中心是低介电区域： 可排除高极性的水分子，使S的敏感键与E的催化基团有高

28、反应力，从而加速反应。 酶活性（酶活力）是指酶催化一定化学反应的能力。用酶所催化的某一化学反应速度 的快慢来表示酶。二、表示方法1、酶活力单位（active unit, U，IU） 特定条件下（25 ，最适底物浓度， 最适缓冲液离子强度，最适PH），在1分钟内能转化1微摩尔底物的酶量。2、酶的转换数（katal，kat） 在最适条件下（30 ）每秒钟1个酶 分子转换底物的分子数。 1 kat = 6107 IU3、酶的比活力 指每mg酶蛋白所具有的酶活力，一般用U/ mg蛋白表示。 4、用反应初速度（ v ）来表示 用单位时间内、单位体积中底物减少或产物增加量来表示：浓度/单位时间. 酶促反应

29、动力学是研究酶促反应的速度及影响此速度的各种因素的科学。一、米氏方程Michaelis & Menten根据中间产物学说推导出表示酶促反应中底物浓度与反应速度关系的公式称 。米氏方程：（二）米氏方程的变化：1、 Km S 时： =VS/ Km 初速度与S成正比的一级反应。2、若SKm 时： =V 零级反应3、若S = Km 时：=1/2V (三）米氏常数Km的意义1、概念： 反应速度为最大反应速度一半时的底 物浓度。2、单位： mol/L 或 mmol/L 3、意义： Km是酶的特征性物理常数。只与E性质有关，与E无关；测Km可鉴别酶。 在一定条件下某酶对某一底物有一定的Km值。 因此，测某酶

30、的Km数值，可鉴别酶。同一E有几个S就有几个Km， Km最小的为最适S或天然S。Km大，E与S亲和力弱； Km小， E与S亲和力强。4、实际用途： 1）可由所要求的V求S；例：求反应速度达最大反应速度99%时的底物浓度: 2）根据已知S求该反应V。二、影响酶促反应的各种因素除E、S外，外界因素： 温度、 pH、激活剂、抑制剂影响酶促反应的强度和方向。（一）温度1、曲线： 在一定范围内（0-40）E活性随温度上升而加快；温度达到一定高度（60以上）E活性不再增高，反而下降。2、酶促反应最适温度： 酶促反应速度达到最大时的温度。 因E种、E源、作用时间不同而异。 3、温度影响酶促反应的机理：1）低于最适温度：反应速度随温度上升而加快；Q10(反应的温度系数）多为12。2）高于最适温度：E蛋白随温度上升而变性失活。（二）pH1、最适pH： 超出则酶活下降。植物、微生物： 最适pH： 4-6.5 ；动物：