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授课章节

蛋白质的性质

教学

目的

掌握：

（1）蛋白质的两性解离；

（2）蛋白质的等电点；

（3）蛋白质变性

（4）蛋白质的大分子性质

重点

难点

重点：

（1）蛋白质在不同酸碱环境中所带电荷的不同；

（2）蛋白质的等电点的应用价值；

（3）蛋白质变性的本质和手段。

方法

理论讲授

教学主要内容

1．两性解离：

等电点：

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，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。

pH大于pI：

蛋白质带负电

pH小于pI：

蛋白质带正电

2．胶体性质：

3．变性

（1）蛋白质的变性（denaturation）：

在某些物理和化学因素作用下，蛋白质分子的特定空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。

（2）变性的本质：

破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。

（3）造成变性的因素：

如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等。

蛋白质变性后的性质改变：

生物活性丧失及易受蛋白酶水解。

备注

绪论

生物化学就是生命的化学。

它是研究活细胞和有机体中存在的各种化学分子及其所参与的化学反应的科学。

分子生物学：

是研究生物大分子结构、功能及其基因结构、表达与调控机制的科学。

一、生物化学发展简史

二、生物化学研究内容

1．生物分子的结构与功能

2．物质代谢及其调节

3．遗传信息的传递及其调控

三、生物化学与医学

1．生物化学与分子生物学在生命科学中占有重要的地位

2．生物化学的理论与技术已渗透到医学科学的各个领域

3．生物化学的发展促进了疾病病因、诊断和治疗的研究

第一章蛋白质的结构与功能

一、蛋白质（protein）是由许多氨基酸（aminoacids）通过肽键（peptidebond）相连形成的高分子含氮化合物。

蛋白质是细胞的重要组成部分，是功能最多的生物大分子物质，几乎在所有的生命过程中起着重要作用：

1）作为生物催化剂，2）代谢调节作用，3）免疫保护作用，4）物质的转运和存储，5）运动与支持作用，6）参与细胞间信息传递。

二、蛋白质的分子组成

1.蛋白质的元素组成主要有C、H、O、N和S，各种蛋白质的含N量很接近，平均16%。

通过样品含氮量计算蛋白质含量的公式：

蛋白质含量（g%）=含氮量（g%）×

6.25

2.组成蛋白质的基本单位——L-a-氨基酸：

种类、三字英文缩写符号、基本结构。

分类（非极性脂肪族氨基酸、极性中性氨基酸、芳香族氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸）。

理化性质（两性解离及等电点、紫外吸收、茚三酮反应）。

3.肽键是由一个氨基酸的a-羧基与另一个氨基酸的a-氨基脱水缩合而形成的化学键。

肽、多肽链；

肽链的主链及侧链；

肽链的方向（N-末端与C-末端），氨基酸残基；

生物活性肽：

谷胱甘肽及其重要生理功能，多肽类激素及神经肽。

三、蛋白质的分子结构

1.蛋白质一级结构

概念：

蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。

主要化学键——肽键。

二硫键的位置属于一级结构研究范畴。

2.蛋白质的二级结构

蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。

主要化学键：

氢键

肽单元是指参与组成肽键的6个原子位于同一平面，又叫酰胺平面或肽键平面。

它是蛋白质构象的基本结构单位。

元、、芳香族氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸）、

四种主要结构形式（α螺旋、β折叠、β转角、无规卷曲）及影响因素。

蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个具有特殊功能的空间构象，被称为模体（motif）。

3.蛋白质的三级结构

整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。

即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。

主要次级键——疏水作用、离子键（盐键）、氢键、范德华力等。

结构域（domain）：

大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折迭得较为紧密，各行其功能，称为结构域。

分子伴侣：

通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折迭成天然构象或形成四级结构的一类蛋白质。

4.蛋白质的四级结构

每条具有完整三级结构的多肽链，称为亚基（subunit）。

蛋白质分子中各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。

各亚基之间的结合力——疏水作用、氢键、离子键。

5.蛋白质的分类：

根据组成分为单纯蛋白质和结合蛋白质，根据形状分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。

6.蛋白质组学

基本概念：

一种细胞或一种生物所表达的全部蛋白质，即“一种基因组所表达的全套蛋白质”。

研究技术平台

研究的科学意义。

四、蛋白质结构与功能的关系

1.蛋白质一级结构与功能的关系

一级结构是高级结构和功能的基础；

五、蛋白质的理化性质

1．两性解离

2．胶体性质

3．变性、复性、沉淀及凝固

蛋白质的变性（denaturation）：

变性的本质：

造成变性的因素：

溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、生物活性丧失及易受蛋白酶水解。

若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，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。

蛋白质沉淀：

在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。

变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。

蛋白质的凝固作用（proteincoagulation）：

蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。

4．紫外吸收（280nm）、

5．呈色反应（茚三酮反应、双缩脲反应）。

六、蛋白质的分离纯化与结构分析

1.蛋白质的分离纯化

透析（dialysis）：

利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。

超滤法：

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。

丙酮沉淀使用丙酮沉淀时，必须在0～4℃低温下进行，丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积。

蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离。

除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。

盐析：

（saltprecipitation）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以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。

免疫沉淀：

将某一纯化蛋白质免疫动物可获得抗该蛋白的特异抗体。

利用特异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。

电泳：

蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。

这种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（elctrophoresis）。

层析原理：

待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固态物质（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，使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。

超速离心。

2.多肽链中氨基酸序列分析

Sanger法：

（1）分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成

（2）测定多肽链的N端与C端的氨基酸残基

（3）把肽链水解成片段，分别进行分析

（4.）测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用Edman降解法

（5）经过组合排列对比，最终得出完整肽链中氨基酸顺序的结果。

分离编码蛋白质的基因

反向遗传学方法

按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列

测定DNA序列

排列出mRNA序列

3.蛋白质空间结构测定：

圆二色光谱、X射线晶体衍射法、磁共振技术。

复习思考题

1.名词解释：

蛋白质一级结构、蛋白质二级结构、蛋白质三级结构、蛋白质四级结构、肽单元、模体、结构域、分子伴侣、协同效应、变构效应、蛋白质等电点、电泳、层析

2.蛋白质变性的概念及本质是什么？

有何实际应用？

3.蛋白质分离纯化常用的方法有哪些？

其原理是什么？

4.举例说明蛋白质结构与功能的关系？

20mins

5mins

25mins

20mins

10mins

10mins

15mins

第二章核酸的结构与功能

授课对象

2009级

口腔、临本3班

学时

4

时间

2010年

9月6日—9月10日

授课地点

5222、5226教室

教材

见首页

核酸的分类、细胞分布，各类核酸的功能及生物学意义；

核酸的化学组成；

两类核酸（DNA与RNA）分子组成异同；

核酸的一级结构及其主要化学键；

DNA右手双螺旋结构要点及碱基配对规律；

mRNA一级结构特点；

tRNA二级结构特点；

核酸的主要理化性质（紫外吸收、变性、复性），核酸分子杂交概念。

熟悉：

核酸的高级结构；

核酸酶。

了解：

碱基和戊糖的结构；

DNA其它二级结构形式；

其它小分子RNA及RNA组学；

人类基因组计划研究的主要内容；

snmRNA参与基因表达调控。

两类核酸（DNA与RNA）的细胞分布，功能及生物学意义；

化学组成；

两类核酸分子组成异同；

mRNA、tRNA的结构特点；

难点：

DNA的空间结构。

大课系统讲授

教具

多媒体课件辅以板书

授课

提纲

第一节核酸的化学组成及一级结构

一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位

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

三、RNA也是具有3´

-磷酸二酯键的线性大分子

四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序

第二节DNA的空间结构与功能

一、DNA的二级结构是双螺旋结构

二、DNA的高级结构是超螺旋结构

三、DNA是遗传信息的物质基础

第三节RNA的结构与功能

一、mRNA是蛋白质合成的模板

二、tRNA是蛋白质合成的氨基酸载体

三、以rRNA为组分的核糖体是蛋白质合成的场所

四、snmRNA参与了基因表达的调控。

五、核酸在真核细胞和原核细胞中表现了不同的时空特性

第四节核酸的理化性质

一、核酸分子具有强烈的紫外吸收

二、DNA变性是双链解离为单链的过程

三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链

第五节核酸酶

核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。

分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两类，前者90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。

携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型（genotype）。

而RNA分布于胞核、胞液，参与细胞内DNA遗传信息的表达。

某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。

一.核酸的化学组成及一级结构

核酸的化学组成

元素组成：

C、H、O、N、P（9~10%）

分子组成：

碱基（嘌呤碱，嘧啶碱）、戊糖（核糖，脱氧核糖）和磷酸

1．核苷酸中的碱基成分：

腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）、胸腺嘧啶（T）。

DNA中的碱基（A、G、C、T），RNA中的碱基（A、G、C、U）。

2．戊糖：

D-核糖（RNA）、D-2-脱氧核糖（DNA）。

3．磷酸

核酸及核苷酸：

碱基及戊糖通过糖苷键连接形成核苷，核苷与磷酸连接形成核苷酸。

重要游离核苷酸及环化核苷酸：

NMP、NDP、NTP、cAMP、cGMP

核酸的一级结构

核酸中核苷酸的排列顺序，由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。

核苷酸间的连接键——3’，5’-磷酸二酯键、方向（5’→3’）及链书写方式。

二、DNA的空间结构与功能

1、DNA的二级结构——双螺旋结构

2．chargaff规则：

Chargaff规则：

①腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数总是相等（Ａ=T），鸟嘌呤的含量总是与胞嘧啶相等（G=C）；

②不同生物种属的DNA碱基组成不同，③同一个体不同器官、不同组织的DNA具有相同的碱基组成。

B-DNA结构要点：

①DNA是一反向平行的互补双链结构亲水的脱氧核糖基和磷酸基骨架位于双链的外侧、而碱基位于内侧，两条链的碱基互补配对，A---T形成两个氢键，G---C形成三个氢键。

堆积的疏水性碱基平面与线性分子结构的长轴相垂直。

两条链呈反平行走向，一条链5’→3’，另一条链是3’→5’。

）。

②DNA是右手螺旋结构DNA线性长分子在小小的细胞核中折叠形成了一个右手螺旋式结构。

螺旋直径为2nm。

螺旋每旋转一周包含了10对碱基，每个碱基的旋转角度为36°

。

螺距为3.4nm；

碱基平面之间的距离为0.34nm。

DNA双螺旋分子存在一个大沟（majorgroove）和一个小沟（minorgroove），目前认为这些沟状结构与蛋白质和DNA间的识别有关。

③DNA双螺旋结构稳定的维系横向靠两条链间互补碱基的氢键维系，纵向则靠碱基平面间的疏水性堆积力维持，尤以碱基堆积力更为重要。

Z-DNA、A-DNA。

2、DNA的高级结构—超螺旋

超螺旋结构（superhelix或supercoil）：

DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。

原核生物DNA的高级结构是环状超螺旋

真核生物染色质（chromatin）DNA是线性双螺旋，它缠绕在组蛋白的八聚体上形成核小体。

组蛋白：

富含Lys和Arg的碱性蛋白质，包括H1、H2A、H2B、H3、H4。

由许多核小体形成的串珠样结构又进一步盘曲成直径为30nm的中空的染色质纤维，称为螺线管。

螺线管再经几次卷曲才能形成染色单体。

人类细胞核中有46条染色体，这些染色体的DNA总长达1.7m,经过这样的折叠压缩，46条染色体总长亦不过200nm左右。

4、DNA的功能：

DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。

它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。

5、人类基因组计划研究的主要内容。

三、RNA的结构与功能

（一）mRNA：

特点（含量最少（2-3%），种类多，代谢最快（寿命短））

结构：

原核细胞mRNA整个分子分为三部分，即5´

非编码序列、编码序列、3´

非编码序列。

真核细胞mRNA分子分为五部分

帽子、5´

非编码序列（前导序列）、编码序列、3´

非编码序列（拖尾序列）和尾巴

（二）tRNA：

10-15%，70-90个核苷酸

特点：

（稀有碱基多，分子量小）

结构：

二级结构：

三叶草形

主要组成:

四臂三环

三级结构：

倒L形

（三）、rRNA：

特点（含量最大70-80%，甲基化多）

种类：

原核：

23S、16S、5S，

真核：

28S、18S、5S、5.8S

与多种蛋白质结合形成核糖体（大亚基、小亚基），是蛋白质合成场所。

4．snmRNA参与基因表达调控

snmRNAs的种类：

核内小RNA，核仁小RNA，胞质小RNA，催化性小RNA，小片段干涉RNA

snmRNAs的功能：

参与hnRNA和rRNA的加工和转运。

核酶：

概念、化学本质（RNA）、作用底物（核酸）及应用。

5、核酸在真核细胞和原核细胞中表现不同时空特性。

四、DNA的理化性质及其应用

（一）变性

在物理、化学因素的影响下，DNA双螺旋结构解为单链的现象称为变性。

变性不会破坏DNA的共价键结构。

只是破坏DNA的氢键和碱基堆积力。

变性后的特点：

特点：

1.紫外吸收增加。

增色效应:

DNA变性过程中，其紫外吸收增加的现象。

变性因素：

强酸碱、有机溶剂、高温等等。

影响因素：

1.G+C含量。

2.DNA的复杂程度（均一性）：

均一性好，则熔解温度范围窄。

3.介质的离子强度：

离子强度高，则Tm值高。

（二）复性：

变性DNA重新成为双螺旋结构的现象。

紫外吸收减少。

减色效应：

DNA复性过程中，紫外吸收减少的现象。

常用的复性方法：

退火。

（温度缓慢降低，使变性的DNA重新形成双螺旋结构的过程）。

（三）核酸分子杂交。

不同来源的核酸链因存在互补序列而形成互补双链结构，这一过程就是核酸杂交过程。

包括DNA—DNA杂交。

DNA—RNA杂交。

RNA—RNA杂交。

原因：

不同核酸的碱基之间可以形成碱基配对。

用途：

是分子生物学研究与基因工程操作的常用技术。

五、核酸酶

核酸酶是指所有可以水解核酸的酶

依据底物不同分类

DNA酶（deoxyribonuclease,DNase）：

专一降解DNA。

RNA酶（ribonuclease,RNase）：

专一降解RNA。

依据切割部位不同

核酸内切酶：

分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。

核酸外切酶：

5´

→3´

或3´

→5´

核酸外切酶。

化学本质（蛋白质）

作用底物（核酸）

生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解

核酸、DNA变性、DNA复性、增色效应、解链温度（Tm）、核酶、脱氧核酶

2．简述核酸的元素组成及基本组成单位。

3．简述DNA的一级结构以及核苷酸的连接方式。

4．简述DNA双螺旋结构模型要点。

5．简述mRNA、tRNA、rRNA的功能。

6．mRNA的结构特点有哪些？

5mins

第三章酶

6

9月13日—9月16日

酶的概念、化学本质及生物学功能；

酶的活性中心和必需基团；

同工酶；

酶促反应特点；

各种因素对酶促反应速度的影响、特点及其应用；

酶调节的方式；

酶的变构调节和共价修饰调节的概念。

酶的组成、结构；

酶活性测定及酶活性单位；

酶含量的调节。

米-曼方程式的推导过程；

酶的命名与分类；

酶与医学的关系。

影响酶促反应速度的因素；

抑制剂对酶促反应速度的影响；

酶活性的调节。

多媒体课件