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生化笔记 郭阳
第一篇 生物大分子的结构与功能
第一章 蛋白质的结构与功能
第一节 蛋白质的分子组成
蛋白质的元素组成： 碳 氢 氧 氮（13%-19%） 硫 ，有些蛋白质还含有少量磷或金属元素铁 铜 锌 锰 钴 钼 ，个别还含有碘 各种蛋白质的含氮量很接近，评价为16%
每克样品含氮克数*6.25*100=100g样品中蛋白质含量（g%） 一、组成人体蛋白质的20种氨基酸均属于L-α-氨基酸 酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸
碱性氨基酸：赖氨酸、精氨酸、组氨酸
二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质进行分类
1、非极性脂肪族氨基酸2、极性中性氨基酸3、芳香族氨基酸 L-氨基酸通式： 4、酸性氨基酸5、碱性氨基酸
三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质 1、氨基酸具有两性解离的性质
在某一ph的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时的ph称为该氨基酸的等电点（pI）。（pI=pK1+pK2） 2、含有共轭双键的氨基酸具有紫外线吸收功能
含有共轭双键的色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm波长附近 3、氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物 四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链 1、 氨基酸通过肽键连接而形成肽 多肽链有两端（有方向性），其游离α-氨基的一端称氨基末端或N-端，游离α-羧基的一端称羧基末端或C-端。
10个以内氨基酸组成的肽称为寡肽，更多的称为多肽。 蛋白质通常含有50个以上氨基酸，多肽则为50个以下。 2、 体内存在多种重要的生物活性肽
（1）谷胱甘肽（GSH） GSH具有还原性 （2）多肽类激素及神经肽
在神经传导过程中起信号传导作用的肽类被称为神经肽 第二节 蛋白质的分子结构
由氨基酸排列顺序及肽链的空间排布等所构成的蛋白质分子结构是蛋白质具有独特生理功能的结构基础。蛋白质的复杂分子结构分成4个层次，即一级、二级、三级、四级结构，后三者统称为高级结构或空间结构。
一、氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构
在蛋白质分子中，从N-端至C-端的氨基酸排列顺序称为蛋白质的一级结构，是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。
一级结构中的主要化学键是肽键，此外，蛋白质分子中所有二硫键的位置也属于一级结构范畴。 二、多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构
蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是该肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及残基侧链的构象。 所谓主链骨架原子是指N（氨基酸）、Cα（α-碳原子）和CO（羰基碳）3原子依次重复排列。 二级结构包括：α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规卷曲
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CO-NH键的四个原子及左右相连的两个C原子，在同一平面上，构成了所谓的肽单元。 多个蛋白质的二级结构构成了模序，有特定功能。
两个或两个以上具有二级结构的肽段，形成有规则的二级结构组合，称为超二级结构。 模体是具有特殊功能的超二级结构，由两个或三个二级结构肽段，在空间相互接近所形成。 三、在二级结构基础上多肽链进一步折叠形成蛋白质三级结构
三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。
分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密的区域，并各行其功能，称为结构域。也可看作是球状蛋白质的独立折叠单位，有较为独立的三维结构。
分子伴侣通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。 四、含有两条以上多肽链的蛋白质具有四级结构 每条多肽链都有其完整的三级结构，称为亚基。
亚基与亚基之间呈特定的三维空间排布，并以非共价键相连接，这种蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。
单独亚基一般没有生物学功能，只有完整的四级结构寡聚体才有生物学功能。 各亚基间的结合力主要是氢键和离子键。 只有完整的四级结构寡聚体才有生物学功能。 各级结构的化学键： 一级 肽键 （二硫键） 二级 氢键
三级 疏水键 盐键 氢键 范德华力 四级 氢键 离子键 五、蛋白质分类
根据组成成分分类·单纯蛋白质 只含氨基酸
·结合蛋白质 蛋白质部分+非蛋白质部分 根据形状分类 ·纤维状蛋白质 ·球状蛋白质 第三节 蛋白质结构与功能的关系
一、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础 （一） 一级结构是空间构象的基础
（二） 一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能 蛋白质同源性是指由同一基因进化而来的一类蛋白质。同源性较高的蛋白质之间，可能具有相类似的功能。 （三） 氨基酸序列提供重要的生物进化信息 （四） 重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病
由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为分子病，病因为基因突变。 二、蛋白质的功能依赖特点空间结构
蛋白质所具有的特定空间构象都与其特殊生理功能有密切关系。
协同效应是指一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一亚基与配体的结合能力。如果是促进作用则称为正协同效应；反之为负协同效应。
由一个氧分子与Hb亚基结合后引起亚基的构象变化，称为变构效应。 蛋白质构象改变可引起疾病 ·分子病 如镰刀型贫血病 ·构象病 如疯牛病 第四节 蛋白质的理化性质 一、蛋白质具有两性电离性质
当蛋白质溶液处于某一ph时，蛋白质解离成正负离子的趋势相等，即成为兼性离子，静电荷为零，此时溶液的ph称为蛋白质的等电点。当蛋白质溶液的ph大于等电点时，该蛋白质颗粒带负电荷，反之带正电
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荷。
二、蛋白质具有胶体性质 （或称大分子特性，为物理性质）
对胶粒起稳定作用的因素有： ·水化膜 ·胶粒表面电荷 （有一个被破坏便不稳定） 三、蛋白质空间结构破坏而引起变性
在某些物理或化学因素作用下，其特定空间结构被破坏，从而导致理化性质的改变和生物活性的丧失，称为蛋白质的变性。主要发生在二硫键和非共价键的破坏 其中 蛋白质沉淀可复原 凝固不可复原
若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，有些蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性。若空间构象被严重破坏，不能复原，称为不可逆性变性。 四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰
含有共轭双键的酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸在280nm波长处有特征性吸收峰。 六、应用蛋白质成色反应可测定蛋白质溶液含量 ·茚三酮反应 ·双缩脲反应
第五节 蛋白质的分离、纯化与结构分析
一、渗析及超滤法可去除蛋白质溶液中的小分子化合物
利用渗析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法叫渗析。
应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的，称为超滤法。
二、丙酮沉淀、盐析及免疫是常用的蛋白质沉淀方法 使用丙酮沉淀时，必须在0-5°C低温下进行。
盐析是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液使蛋白质表面电荷被中和且水化膜被破坏，导致蛋白质在水溶液中的稳定性因素去除而沉淀。
利用特异性抗体识别相应的抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质，可从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白，这就是免疫沉淀法。
三、利用电荷性质可用电泳法将蛋白质分离
蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带点的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术，称为电泳。
分类：SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，等电聚焦电泳，双向凝胶电泳 四、应用相分配或亲和原理可将蛋白质进行层析分离
一般而言，待分离的蛋白质溶液（流动相）经过一种固态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，将待分离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的。
分类：离子交换层析，凝胶过滤，亲和层析 要求：
第一节：蛋白质的分子组成
·掌握蛋白质的元素组成、平均含氮量、氨基酸结构特点
·熟悉氨基酸的分类（尤其酸碱性氨基酸）肽链、肽键的概念，肽单元概念 ·了解氨基酸三字英文缩写符号及重要生物活性肽 第二节：蛋白质的分子结构
·掌握蛋白质1234级结构的概念及主要化学键 ·熟悉模序、结构域、分子伴侣的概念 ·了解蛋白质分类
第三节：蛋白质结构与功能的关系
·掌握蛋白质的结构和功能的关系；一级结构决定空间结构、空间结构决定生物学功能 ·了解蛋白质一级结构改变引起分子病，蛋白质构象改变与疾病
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第四节：蛋白质的理化性质
·掌握蛋白质的理化性质：两性电离、胶体性质、蛋白质变性概念及意义、紫外吸收、呈色反应 ·熟悉蛋白质分离纯化的方法，盐析、电泳、分子筛的原理
第二章 核酸的结构与功能
第一节 核酸的化学组成及一级结构
核酸 ↓
核苷酸 ↓
磷酸 核苷、脱氧核苷 ↓
戊糖 碱基 ↓ ↓
核糖 脱氧核糖 嘌呤 嘧啶 一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位 基本元素组成：C H O N P(9%-10%) 常见嘌呤：·腺嘌呤A·鸟嘌呤G 常见嘧啶：·尿嘧啶U·胸腺嘧啶T·胞嘧啶C
二、DNA是脱氧核苷酸通过3’,5’-磷酸二酯键连接形成的大分子
脱氧核苷酸C-3’原子的羟基能够与另一个脱氧核苷酸C-5’原子的磷酸集团缩合形成3’,5’-磷酸二酯键 三、RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯键的线性大分子 （具有方向性） 四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序
核酸的一级结构是构成核酸的核苷酸或脱氧核苷酸从5’-末端到3’-末端的排列顺序，也就是核苷酸序列。也就是它的碱基序列。
核酸的排列顺序、书写规则是从5’-末端到3’-末端。
核酸分子的大小常用碱基数目（用于单链DNA、RNA）或碱基对数目（bp或bkp，用于双链DNA）来表示。
由N个脱氧核苷酸组成的DNA会有4N个可能排列组合。 第二节 DNA的空间结构与功能
DNA的空间结构分为二级结构和高级结构。 一、DNA的二级结构是双螺旋结构 （二）DNA双螺旋结构模型的要点
1．DNA是反向平行、右手螺旋的双链结构
2．DNA双链之间形成了互补碱基对 （通过氢键相连 A=T ，C≡G） 3．疏水作用力和氢键共同维持着DNA双螺旋结构的稳定。
氢键—横向稳定性
碱基堆积力---纵向稳定性 （三）DNA双螺旋结构的多样性
DNA的结构不是一成不变的，在改变了溶液的离子强度或相对湿度后，DNA双螺旋结构的沟槽、螺距、旋转角度等都会发生变化。 （四）DNA的多链螺旋结构
二、DNA的高级结构是超螺旋结构
DNA双链可以在拓扑异构酶盘绕形成超螺旋结构。当盘绕方向与DNA双螺旋方向相同时，被称为正超螺旋；反之为负超螺旋。
（一） 原核生物DNA的环状超螺旋结构
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