1、第2章 核酸的結構與功能主要內容：介紹核酸的分類和化學組成，重點討論DNA和RNA的結構特征，初步認識核酸的結構特征與其功能的相關性；介紹核酸的主要理化性質和核酸研究的一般方法。第一節 核酸的種類，分布與功能一、核酸的種類和分布核酸（nucleic acid)分為兩種：脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid)，核糖核酸(ribonucleic acid)脫氧核糖核酸（DNA）DNA分子含有生物物種的所有遺傳信息，分子量一般都很大。DNA為雙鏈分子，其中大多數是鏈狀結構大分子，也有少部分呈環狀結構。分布在細胞核，葉綠體和線粒體中。細胞核：占95，葉綠體和線粒體：占5核糖核酸（R

2、NA）負責DNA遺傳信息的翻譯和表達，分子量要比DNA小，單鏈分子。細胞內分布：細胞質75%，線粒體和葉綠體15 ，細胞核10RNA的分類：轉移（tRNA)15，信使（mRNA) 5，核糖體（rRAN)802、 核酸的生物學功能1.是主要的遺傳物質。 染色體分子中的脫氧核苷酸順序是遺傳信息的貯存形式，通過復制把全套遺傳信息傳遞給子代，通過轉錄把某些遺傳信息傳遞給。在某些病毒中，也是遺傳物質。2. DNA通過復制將遺傳信息傳遞給子代DNA，通過轉錄將某些遺傳信息傳遞給RNA。RNA也是遺傳物質（少數生物有機體中）第2節 核酸的化學組成一、核酸的基本化學組成：堿基、戊糖和磷酸1.堿基：為含氮的雜環

3、化合物，呈弱堿性，稱為堿基。分為兩類：嘌呤堿嘧啶堿堿基的結構特征：堿基都具有芳香環的結構特征。嘌呤環和嘧啶環均呈平面或接近于平面的結構。嘌呤堿和嘧啶堿分子中都含有共軛雙鍵體系，在紫外區有吸收（260 nm左右）。2. 戊糖分為兩種：核糖（Ribose）（ RNA組成成份）脫氧核糖（Doxyribose）（ DNA組成成份）3. 核酸的第三個組成成分：磷酸核酸是含磷酸的生物大分子，所以核酸呈酸性。核酸中的磷酸參與3，5-磷酸二酯鍵的形成，使核苷酸連接成多核苷酸鏈。DNA平均含磷9.9，RNA為9.4-定磷法測核酸含量的基礎。2、 戊糖和堿基組成核苷核苷：是脫氧核糖或核糖與堿基通過-構型的-糖苷鍵

4、連接而成的糖苷。三、核酸的基本結構單位核苷酸1.核苷酸：核苷與磷酸生成的核苷磷酸酯稱為核苷酸。2.組成核酸的核苷酸種類組成的四種核苷酸： AMP、GMP、CMP、UMP戊糖為：核糖 四種堿基為：組成的四種核苷酸： dAMP、dGMP、dCMP、dTMP戊糖為：脫氧核糖四種堿基為：第三節 核酸的分子結構一、DNA 的分子結構（一） DNA 的一級結構（二） DNA 的二級結構（三） DNA 的三級結構（一） DNA 的一級結構定義：DNA分子中各脫氧核苷酸的排列順序叫做DNA的一級結構，簡稱為堿基序列。不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列順序，因此攜帶有不同的遺傳信息。1連接鍵 3´-

5、5´磷酸二酯鍵2方向性：5´3´。（二）DNA的二級結構1.DNA的雙螺旋結構(Watson-Crick模型)，DNA雙螺旋結構特征及意義2.DNA雙螺旋的多態性1. DNA的二級結構雙螺旋結構(Watson-Crick模型)定義： DNA的二級結構是指DNA的雙螺旋結構，即線狀或環狀雙鏈DNA的兩條鏈相互圍著同一中心軸旋繞而成的一種空間結構（構象）。Watson 和 Crick 于1953年提出了DNA雙螺旋結構模型，說明了DNA 的二級結構。2. DNA雙螺旋結構模型的要點DNA雙螺旋結構模型的要點：為反平行雙鏈右手螺旋，其中一條鏈的方向為53，而另一條鏈的方

6、向為35。雙螺旋結構模型的要點：螺旋直徑約為2 nm，相鄰兩個堿基平面之間的距離為0.34 nm，每10.5個核苷酸形成一個螺旋，其螺距（即螺旋旋轉一圈）高度為3.6 nm。堿基平面與縱軸垂直，糖環平面與縱軸平行雙螺旋結構模型的要點：兩鏈靠氫鍵結合。堿基的之間具有嚴格的配對規律，即A與T配對，G與C配對，這種配對關系，稱為堿基配對互補原則。A+G=C+T思考題：某DNA樣品含腺嘌呤15.1%（按摩爾堿基計），計算其余堿基的百分含量？ A=T 15.1%G=C 39.9%雙螺旋結構模型的要點：雙螺旋的兩條鏈是互補關系。一條鏈是另一條鏈的互補鏈。雙螺旋結構模型的要點：疏水的堿基位于雙螺旋的內側，親

7、水的磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側。大溝和小溝交替出現。3. DNA的雙螺旋結構穩定因素氫鍵 堿基堆集力（最主要因素）磷酸基上負電荷被胞內組蛋白或正離子中和堿基處于疏水環境中4. DNA雙螺旋的不同構象（3） DNA的三級結構在細胞內，由于DNA分子與其它分子（主要是蛋白質）的相互作用，使DNA雙螺旋進一步扭曲形成的更高層次的空間結構。（4） 實例：超螺旋染色體（ chromosome）小結：DNA 的分子結構（一）DNA 的一級結構（核苷酸排列順序），（二）DNA 的二級結構（雙螺旋結構）（三）DNA 的三級結構（超螺旋）二、 RNA的分子結構（一）RNA的一級結構RNA分子中各核苷酸（AMP

8、, GMP, CMP, UMP ) 之間排列順序叫做RNA的一級結構。1連接鍵 3´-5´磷酸二酯鍵2方向性：5´3´。RNA分類：轉移RNA（tRNA），核糖體RNA（rRNA），信使RNA（mRNA），不均一核RNA（hnRNA）mRNA的前體，小核RNA（snRNA）參與RNA的轉錄后加工(二）tRNA約占總RNA的10-15% ，分子最小。它在蛋白質生物合成中，將相應的氨基酸轉運到核糖體，參與蛋白質體的合成。已知每一個氨基酸至少有一個相應的tRNA。1、 tRNA的一級結構定義：指tRNA分子中核苷酸的排列順序。具有tRNA一級結構的共性。tRN

9、A 一級結構的特征：a.核苷酸數在7493之間，沉降系數為4S左右；b.5'端為pG-；c.3'端均為CCAOH,可與氨基酸相連；d有恒定核苷酸： U8 、G18 、 G19；e含稀有堿基較多，多數是A、U、C、G的甲基化衍生物。例：二氫尿苷（D），假尿苷（ ），次黃嘌呤核苷（I）2. tRNA二級結構特征：通過A與U配對，G與C配對， tRNA單鏈通過自身折疊形成一種形狀象三葉草的莖環結構。四莖（可配對部分）四環（無法配對部分）氨基酸莖 包含有tRNA的3-末端和5-末端，由7對核苷酸組成，3-末端的最后3個核苷酸殘基都是-C-C-AOH，此結構是tRNA結合活化氨基酸的部位

10、。反密碼子環 與氨基酸臂相對的一般含有7個核苷酸殘基的區域，其中正中的3個核苷酸殘基稱為反密碼子。反密碼子與mRNA的密碼子反平行配對結合。二氫尿嘧啶環（DHU環） 該區含有二氫尿嘧啶（D），功能不明。氨基酸莖 包含有tRNA的3-末端和5-末端，由7對核苷酸組成，3-末端的最后3個核苷酸殘基都是-C-C-AOH，此結構是tRNA結合活化氨基酸的部位。3. tRNA三級結構 特征：指tRNA 的三葉草型結構進一步扭曲折疊形成一種形狀象倒寫L字母的三維結構，稱為倒L型結構。tRNA倒L型結構的基本特征：（1）結構特征：氨基酸接受莖和TC莖組成一個螺旋；D莖和反密碼子莖組成另一個螺旋； TC環和D

11、環構成“L”的拐角“L”的一端是氨基酸接受莖（CCA）；另一端是反密碼子環。（2）穩定tRNA三級結構的主要因素：氫鍵：二級氫鍵、三級氫鍵；堿基堆積力。tRNA三級結構與功能的關系：（3）氨基酸接受莖的“CCA”與其它部位的相互作用不強，可以引起構象變化。（4）L型分子的中部的核苷酸數目和種類變化大，可能是氨酰tRNA合成酶的識別和結合部位。tRNA形成三級結構后才具有特定的生物活性（功能）小結：tRNA的結構tRNA一級結構：核苷酸排列順序tRNA二級結構：三葉草型tRNA三級結構：倒型（3） rRNA約占全部RNA的80%。rRNA是核糖核蛋白體的主要組成部分，其功能與蛋白質生物合成相關。

12、rRNA一級結構特征：具有RNA一級結構的共性，即主要由四種核苷酸通過3´-5´磷酸二酯鍵相連形成。rRNA二級結構特征：單鏈自身折疊形成的莖環結構，在可以配對的部位進行堿基配對并形成螺旋，在不能配對的部位形成突環。(4） mRNA的分子結構mRNA是蛋白質生物合成的模板，單鏈分子，分子大小不一相差很大。對mRNA的一級結構研究和了解較多，而對mRNA二級結構和三級結構研究和了解較少。重點：mRNA一級結構mRNA的一級結構：具有RNA一級結構的共性：主要由四種核苷酸通過3´-5´磷酸二酯鍵相連形成。原核生物mRNA一級結構特征：先導區+翻譯區（多順反子

13、）+末端序列順反子：通過順反測驗鑒定的遺傳功能單位，相當于決定一個多肽鏈的核苷酸順序加上翻譯的起始和終止信號，等同于“基因”真核生物mRNA一級結構特征：“帽子”（m7G-5´ppp5´-N-3´p）+單順反子+“尾巴”（Poly A）真核生物mRNA特征：單順反子 5端 “帽子”（m7G-5´ppp5´-N-3´p）功能：（1）封閉mRNA的5端，防止降解（2）作為mRNA與核糖體結合的信號（無帽子結構的mRNA不能與核糖體緊密結合）（3）可能與蛋白質合成起始有關原核生物和真核生物的mRNA在結構上的區別：(1)原核生物是多順反子；

14、真核生物是單順反子。(2)真核生物在5端有一個帽子結構(3)真核生物在3端有一個多聚腺苷酸尾巴。本節總結：DNA的一級，二級結構；tRNA的一級，二級和三級結構；原核生物和真核生物mRNA一級結構的區別；第五節 核酸的某些理化性質及核酸研究常用技術一、一般物理性質1.晶形: DNA為白色纖維狀固體； RNA為白色粉末狀固體。2.粘度：DNARNA3.溶解性：微溶于水，加堿促進溶解。不溶于有機溶劑，因此常用有機溶劑來沉淀。4.沉降特性: 其沉降速度與核酸大小和密度有關。2、 核酸的兩性解離兩性電解質：指既可以與酸反應生成水和鹽，又可以與堿反應生成水和鹽的電解質 。核酸：（1）含有磷酸基團，可與堿

15、反應（2）含有堿基，可與酸反應；等電點（pI）在某一定pH值時，某特定分子上所帶正負電荷相等，成為兩性離子，在電場中既不向陽極也不向陰極移動，此時溶液的pH值，即該分子的等電點(pI)。應用：采用沉淀法純化核酸采用電泳法分離核酸3、 DNA的紫外吸收光譜（max=260nm）核酸在260處有特征吸收峰。四、核酸的變性與復性1.核酸的變性（1）天然核酸在物理化學因素作用下，有規則的雙螺旋結構被打開，轉變成無規則的單鏈，使核酸的物理化學性質發生改變，生物活性喪失，這種現象稱為變性。（2）變性的實質：有序的雙螺旋變成無序的單鏈，但不破壞一級結構。（3）變性的表觀：粘度下降；密度加大，沉降速度加快；全

16、部或部分活性喪失；A260增加：增色效應（定義：p30）增色效應的實質：變性使堿基暴露出來1天然DNA2變性DNA3核苷酸總吸收值（4） DNA的熱變性與熔解溫度（Tm）用加熱的方法使DNA變性稱熱變性。熔解溫度（Tm）通常把熱變性過程中A260達到最大值一半(即DNA變性達50）時的溫度稱為該DNA的熔解溫度，用Tm表示。 Tm=7085 Tm（G+C）含量2. 核酸的復性（1）定義：在一定條件下，變性的DNA 單鏈間堿基重新配對恢復雙螺旋結構260降低，DNA的功能恢復。（2）減色效應：當變性的呈單鏈狀態的DNA, 經復性又重新形成雙螺旋時，其260減少，這種現象稱減色效應。減色效應的實質

17、：堿基重新被包埋在雙螺旋結構中五、酸解和堿解降解：3,5-磷酸二酯鍵被打斷（破壞一級結構）酸解：中強度的酸能部分降解DNA和RNA堿解：易被稀堿降解，不會發生堿解本節總結：重點：核酸的兩性性質，核酸變性與復性，核酸的紫外吸收第6節 DNA研究進展大規模基因組測序的兩個支撐技術 Sanger雙脫氧末端終止法，PCR 技術問答題DNA雙螺旋結構是什么時候，由誰提出來的？試述其結構模型。DNA雙螺旋結構有些什么基本特點？tRNA的結構有何特點？有何功能？DNA和RNA的結構有何異同？計算（1）分子量為3´105的雙股DNA分子的長度；（2）這種DNA一分子占有的體積；（3）這種DNA一分子

18、占有的螺旋圈數。（一個互補的脫氧核苷酸殘基對的平均分子量為618）名詞解釋 變性和復姓，增色效應和減色效應，Tm， cAMP， Chargaff定律第三章 蛋白質第一節蛋白質的基本結構單位氨基酸（重點）、第二節肽、第三節蛋白質的分子結構（重點、難點）、第四節蛋白質的分子結構與功能的關系（難點）、第五節蛋白質的重要性質、第六節蛋白質分類（自學）主要內容：1.介紹氨基酸的結構、分類和性質2.肽的概念3.重點討論蛋白質的結構、性質以及結構和功能的相互關系。什么是蛋白質(Protein) ？蛋白質是由許多不同的氨基酸，按照一定的順序，通過肽鍵連接而成的一條或多條肽，所構成的生物大分子。蛋白質的主要生理

19、功能？生物體最主要的特征是生命活動，而蛋白質是生命活動的體現者，具有以下主要功能：催化功能；結構功能；調節功能；防御功能；運動功能；運輸功能；信息功能；儲藏功能 · · 組成蛋白質的主要元素有哪些？C、H、O、N、S 、P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se蛋白質平均含N量為16,這是凱氏定氮法測定某種樣品中蛋白質含量的理論依據。測定蛋白質的步驟：1.用凱氏定氮法測得樣品的蛋白質含氮量。2.根據公式計算： 蛋白質含量蛋白質含氮量×100/16 蛋白質含量蛋白質含氮量×6.25計算題：某種樣品用凱氏定氮法測得該種樣品的含氮量為0.4，那該種樣品中蛋白質含量為

20、？第一節蛋白質的基本結構單位氨基酸一、氨基酸的通式二、氨基酸的分類三、氨基酸的性質例外：脯氨酸是亞氨基酸天然蛋白質水解得到的氨基酸都屬于型，氨基酸是一種手性分子。二、生物體內的氨基酸類別1.組成蛋白質的常見氨基酸(20種）:按基團極性來分：非極性R基團氨基酸；R基團極性不帶電荷氨基酸；R基團帶負電荷氨基酸；R基團帶正電荷氨基酸（1）非極性R基團氨基酸（共8種）丙氨酸Ala，纈氨酸Val，亮氨酸Leu，異亮氨酸Ile，脯氨酸Pro，苯丙氨酸Phe色氨酸Try，甲硫氨酸Met特點： 都帶有非極性基團，難與水分子形成氫鍵，難溶于水。 （2）極性不帶電荷R基團氨基酸（7種）甘氨酸Gly，絲氨酸Ser，

21、蘇氨酸Thr，半胱氨酸Cys，酪氨酸Tyre，天冬酰胺Asp，谷氨酰胺Glu特點： 都帶有不解離的極性基團，可與水分子形成氫鍵，易溶于水。 極性分子和非極性分子的區別：非極性分子：分子中正負電荷中心重合,從整個分子來看,電荷的分布是均勻的,對稱的,這樣的分子為非極性分子。極性分子：分子中正負電荷中心不重合,從整個分子來看,電荷的分布是不均勻的,不對稱的,這樣的分子為極性分子。（3）R基團帶負電荷氨基酸（2種）特點：（1）在pH7時，氨基酸帶負電荷；（2）R基團都帶有羧基，所以又稱為酸性氨基酸。（3）具有極性，易溶于水。(4) R基團帶正電荷氨基酸（3種）特點：（1）在pH7時，分子帶正電荷；（

22、2）R基團具有弱堿性，所以又稱為堿性氨基酸。（3）具有極性，易溶于水。例外：硒代半胱氨酸有可能是第21種組成蛋白質的氨基酸2.稀有氨基酸：蛋白質組成中，除上述20種常見氨基酸外，從少數蛋白質中還分離出一些稀有氨基酸，它們都是相應常見氨基酸的衍生物。如：4-羥脯氨酸、5-羥賴氨酸等。3.非蛋白質氨基酸在生物體內呈游離或結合態的氨基酸。如：刀豆氨酸，茶氨酸等。三、氨基酸的性質（1 ）兩性性質和等電點 （2 ）光學性質 （3 ）重要化學反應（1）氨基酸的兩性解離性質廣義酸堿質子理論：在反應中凡是能提供質子的，稱之為酸；凡是接受質子的，稱之為堿。氨基酸具有兩性（酸、堿）性質 氨基酸在水溶液或結晶狀態都

23、是以兩性離子形式存在在某一定pH值時，使某特定氨基酸分子上所帶正負電荷相等，成為兩性離子，在電場中既不向陽極也不向陰極移動，此時溶液的pH值，即該氨基酸的等電點(pI)。思考題：Ala、 Arg、 Asp三種在pH6.02的緩沖體系中電泳，向負極移動的是 Arg ，向正極移動的是Asp，既不向正極也不向負極移動的是Ala。（2）氨基酸光學性質A. 除甘氨酸外，所有天然-氨基酸都有不對稱碳原子，因此所有天然氨基酸都具有旋光性。B. 色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基團中含有苯環共軛雙鍵系統，在紫外光區（220-300nm）顯示特征的吸收譜帶。由于大多數蛋白質都含有這些氨

24、基酸殘基，蛋白質一般在280nm有最大光吸收峰。蛋白質含量快速測定方法之一：用紫外分光光度法測定280nm處的最大吸收峰。(3)氨基酸的化學反應與茚三酮反應，與2，4二硝基氟苯反應，與丹磺酰氯的反應，與苯異硫氰酯的反應與茚三酮反應（常用于氨基酸的定性和定量測定）氨基酸與苯異硫氰酯（PITC）的反應（Edman反應）這一反應的重要之處在于：人們根據這一原理設計出了蛋白質順序測定儀，可以進行自動測定蛋白質順序。第二節 肽一 、肽(peptide)和肽鍵(peptide bend)的概念肽：是由一個氨基酸的羧基和另一個氨基酸的氨基脫水縮合而成的化合物。肽鍵：氨基酸脫水后形成的共價鍵（C-N鍵）。二肽

25、：由兩個氨基酸形成的肽。三肽：由三個氨基酸形成的肽。氨基酸組成少于10的稱寡肽；多于10的稱多肽。二、肽的命名和表示法三、肽的重要性質 1.肽的酸堿性質：具有兩性性質和pI不同的肽，在水溶液中的解離情況不同，pI各異。2.肽的化學反應：可以與茚三酮，DNFB,DNS,PITC等發生反應。：雙縮脲反應：是肽和蛋白質所特有的，而氨基酸沒有的顏色反應。四、天然存在的活性肽生理活性肽的功能類別：激素、抗菌素、輔助因子實例：谷胱甘肽(glutathione,GSH)，短桿菌肽，-天冬氨酸-苯丙氨酸甲酯（甜味劑）谷胱甘肽在體內參與氧化還原過程，作為某些氧化還原酶的輔因子，或保護巰基酶，或防止過氧化物積累。

26、短桿菌肽S是一種抗菌素，臨床上局部用于治療和預防化膿性病癥。第三節 蛋白質的分子結構一、蛋白質的一級結構二、多肽主鏈折疊的空間限制和維持蛋白質構象的作用力三、 蛋白質的二級結構四、 蛋白質的超二級結構和結構域（略）五、 蛋白質的三級結構六、 蛋白質的四級結構1、 蛋白質的一級結構蛋白質的一級結構(primary structure): 多肽鏈中氨基酸的排列順序，包括二硫鍵的位置。這是蛋白質最基本的結構，它內寓著決定蛋白質高級結構和生物功能的信息。一級結構決定高級結構！例：牛胰島素的一級結構二、蛋白質構象和維持構象的作用力掌握幾個概念：高級結構（54）：在一級結構基礎上，蛋白質分子的多肽鏈按一定

27、方式折疊，盤繞或組裝成特有的空間結構，稱高級結構。構型和構象（54）：構型：是指不對稱碳原子上相連的各原子或取代基團的空間排布。構型的轉變是必定伴隨著共價鍵的斷裂和重組。構象：是指相同構型的化合物中，與碳原子相連的各原子或取代基團在單鍵旋轉時形成的相對空間排布。構象的改變不需要共價鍵的斷裂和重組。蛋白質的高級結構屬于“構象”范疇！酰胺平面剛性平面肽鍵（單鍵）長：0.132一般：C-N單鍵長：0.149nm；C=N雙鍵長：0.127nm具有部分雙鍵性質，不能自由轉動！-碳原子的二面角（ 和 ）兩相鄰酰胺平面之間，能以共同的C為定點而旋轉，繞C-N鍵旋轉的角度稱角，繞C-C鍵旋轉的角度稱角。和稱作

28、二面角，亦稱構象角。蛋白質多肽鏈的所有構象都能用兩個構象角來表示：11； 22； 33； 44； 一個天然蛋白質多肽鏈在一定條件下只有一種或很少幾種構象：原因如下：酰胺平面是剛性平面；其他單鏈在旋轉時產生空間位阻和靜電效應，制約著大量構象形成。穩定蛋白質構象的作用力：蛋白質之所以能形成穩定的構象，主要依賴于蛋白質分子的主鏈和側鏈上的許多極性、非極性基團相互作用所形成的化學鍵。氫鍵：是穩定蛋白質結構的主要作用力。是發生于多肽鏈中負電性很強的氮原子或氧原子的孤對電子與或的氫原子間的相互吸引力。范德華力：指范德華吸引力。疏水力：疏水基團間的相互作用。離子鍵：正、負電荷之間的一種靜電作用。氫鍵，范德華

29、力，疏水力，離子鍵都屬于（共價鍵/非共價鍵），統稱為次級鍵，它們在蛋白質分子中總數量（很大/很小），因此在構成和穩定蛋白質構象中起著重要作用。三、蛋白質的二級結構（secondary structure） 蛋白質的二級結構：肽鏈主鏈不同區段通過氫鍵沿一定方向盤繞、折疊而形成的構象。維持二級結構穩定性的主要作用力？主要有以下類型：() 螺旋（helix）() 折疊（-pleated sheet）() 轉角（-turn）() 無規則卷曲（nonregular coil）螺旋（helix）：肽鏈中的酰胺平面繞C相繼旋轉一定角度形成的螺旋。螺旋的結構特征：a、 每隔3.6個AA殘基螺旋上升一圈，螺距0

30、.56nm;每個氨基酸殘基沿螺旋中心軸上升0.15nm，螺旋上升時，每個氨基酸殘基沿軸旋轉100。b 、 螺旋體中所有氨基酸殘基R側鏈都伸向外側，鏈中的全部>C=0 和>N-H幾乎都平行于螺旋軸;c、每個氨基酸殘基的>N-H與前面第四個氨基酸殘基的>C=O形成氫鍵，肽鏈上所有的肽鍵都參與氫鍵的形成。d.絕大多數天然蛋白質中的螺旋都是右手螺旋。螺旋遇到脯氨酸就會中斷而拐彎：折疊（-pleated sheet）是幾乎伸展的多肽鏈靠氫鍵聯結而成的鋸齒狀片層結構。結構特點：相鄰肽鏈的長軸相互平行，鏈間氫鍵與長軸接近垂直，靠相鄰肽鏈間氫鍵維持結構穩定性。轉角（-turn）特征：多

31、肽鏈中氨基酸殘基n的羰基上的氧與殘基（n+3）的氮原上的氫之間形成氫鍵，肽鍵回折1800 。 無規卷曲：在球狀蛋白分子中，存在一些沒有確定規律的盤曲，稱無規卷曲。二級結構小結：1. 二級結構是多肽鏈的片段局部結構；2. 維持二級結構的作用力主要為氫鍵；3.四種二級結構類型中，發夾結構和無規卷曲多分布于蛋白分子球狀結構外側。四、 蛋白質的三級結構1. 三級結構的定義：多肽鍵在二級結構的基礎上，主鏈構象和側鏈構象相互作用，進一步盤曲折疊形成特定的球狀分子結構，稱三級結構。2.維持三級結構穩定的作用力？氫鍵（由側鏈基團形成）；離子鍵；疏水鍵；范德華力；二硫鍵；酯鍵等思考：二級結構與三級結構的區別與聯

32、系？二級結構是肽鏈主鏈不同區段形成的局部空間結構，是蛋白質結構的構象單元。三級結構是整條多肽鏈形成的特定的球狀結構。五、蛋白質的四級結構1.四級結構的定義：四級結構是由兩條或兩條以上具有三級結構的多肽鏈聚合而成有特定三維結構的蛋白質構象。實例：血紅蛋白 2. 維持四級結構穩定的作用力氫鍵（由側鏈基團形成）；離子鍵；疏水鍵；范德華力；二硫鍵；酯鍵等思考：蛋白質三級結構與四級結構的區別與聯系？三級結構是一條完整多肽鏈所形成的球狀分子結構。四級結構是兩條或多條多肽鏈在各自形成三級結構基礎上，進一步組合所形成的球狀分子結構。問題：有些蛋白質只有一條多肽鏈組成，那么它的最高級結構應該是，這也是它的生物活

33、性狀態；有些蛋白質由一條以上的多肽鏈組成，那么只有當多肽鏈組合形成級結構時才具有生物活性。相關概念：亞基：在蛋白質四級結構中，每條多肽鏈稱為亞基。蛋白質的均一四級結構：由相同多肽鏈（亞基）所構成的四級結構稱均一四級結構。蛋白質的不均一四級結構：由不同多肽鏈（亞基）所構成蛋白質的四級結構稱不均一四級結構。第四節 蛋白質的分子結構與功能的關系（了解）一、 蛋白質一級結構與功能 二、 蛋白質高級構象與功能一、蛋白質的一級結構與功能一級結構決定高級結構，也決定蛋白質的功能1、蛋白質一級結構的種屬差異與同源性2、蛋白質一級結構的變異與分子病3、蛋白質前體的激活與一級結構蛋白質一級結構與分子病：是指某種蛋

34、白質分子一級結構的氨基酸順序與正常有所不同的遺傳病。例：鐮刀形貧血癥白化病b-鏈N端氨基酸排列順序 1 2 3 4 5 6 7 8 Hb-A（正常人） Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys Hb-S（患者） Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys3.蛋白質前體的激活與一級結構例：胰島素酶原的激活二、蛋白質的高級構象與功能蛋白質的功能由其構象決定：如果蛋白質高級構象破壞，雖然一級結構未遭破壞，但蛋白質功能也會喪失。第五節蛋白質的重要性質一、 兩性解離性質及等電點二、 蛋白質膠體性質三、 蛋白質的沉淀四、 蛋白質的變性與復性五、 蛋白質的紫外吸收特

35、性六、 蛋白質呈色反應氨基酸是一種兩性電解質：蛋白質兩性解離性質和等電點游離-NH2，游離-COOH, 某些側鏈基團在一定p H條件下都可發生解離，或者接收質子，使蛋白質呈酸性或堿性，因此蛋白質也是一種兩性電解質。當蛋白質溶液在某一定pH值時，使某特定蛋白質分子上所帶正負電荷相等，成為兩性離子，在電場中既不向陽極也不向陰極移動，此時溶液的pH值即為該蛋白質的等電點 （pI）。蛋白質等電點和蛋白質所含氨基酸種類和數目有關。中性蛋白質：堿性AA和酸性AApI7 數目接近 堿性蛋白質：堿性AA較多 pI7酸性蛋白質：酸性較多 pI7二、蛋白質膠體性質由于蛋白質分子量很大，在水溶液中形成1-100nm

36、的顆粒，因而具有膠體溶液的特征：布朗運動；丁道爾現象；具有吸附能力；不能透過半透膜等蛋白質的水溶液之所以能形成穩定的親水膠體，主要原因是：可溶性蛋白質分子表面具有一層水化層；相同蛋白質分子表面帶相同的電荷，相互排斥。3、 蛋白質的沉淀如果加入適當的試劑使蛋白質分子處于等電點狀態或失去水化層（消除相同電荷，除去水膜），蛋白質膠體溶液就不再穩定并將產生沉淀。沉淀方法類別: 1、高濃度中性鹽（鹽析、鹽溶）2、酸堿（等電點沉淀）3、有機溶劑沉淀4、重金屬鹽類沉淀5、生物堿試劑和某些酸類沉淀6、加熱變性沉淀鹽析法:在蛋白質溶液中加入高濃度的硫酸銨、氯化鈉等中性鹽，可有效地破壞蛋白質顆粒的水化層。同時又中

37、和了蛋白質表面的電荷，從而使蛋白質顆粒集聚而生成沉淀，這種現象稱為鹽析。隨著中性鹽離子濃度提高，蛋白質分子吸附更多的鹽離子，形成帶電表層使它們彼比排斥，而且蛋白質分子與水分子間的相互作用也進一步加強，因此溶解度加大，稱為鹽溶。四、蛋白質變性與復性當天然蛋白質受到某些物理因素和化學因素的影響，使其分子內部原有的高級構象發生變化時，蛋白質的理化性質和生物學功能都隨之改變或喪失，但并未導致其一級結構的變化，這種現象稱為變性作用（denaturation）。 蛋白質變性的實質：某些外界條件破壞了蛋白質內部的次級鍵，空間結構上由有序而緊密變為無序而松散，但一級結構未遭破壞。表征（1）生物活性喪失；（2）

38、物理性質改變（溶解度降低、粘度增加、擴散系數降低、易絮凝等）；（3）化學性質改變（被酶水解）復性（renaturation）：蛋白質的變性作用如果不過于劇烈，則是一種可逆過程，變性蛋白質通常在除去變性因素后，可緩慢地重新自發折疊成原來的構象，恢復原有的理化性質和生物活性，這種現象成為復性。例：核糖核酸酶的變性與復性五、蛋白質主要呈色反應雙縮脲反應 蛋白質在堿性溶液中也能與硫酸銅發生相同反應，產生紅紫色絡合物。蛋白質的紫外吸收光譜：蛋白質在280nm有一特征吸收峰，可利用這一特性對蛋白質進行定性定量鑒定。問答題1、為什么說蛋白質是生命活動最重要的物質基礎？2、試比較Gly、Pro與其它常見氨基酸

39、結構的異同，它們對多肽鏈二級結構的形成有何影響？3、試舉例說明蛋白質結構與功能的關系（包括一級結構、高級結構與功能的關系）。4、為什么說蛋白質水溶液是一種穩定的親水膠體？5、什么是蛋白質的變性？變性的機制是什么？舉例說明蛋白質變性在實踐中的應用。名詞解釋等電點（pI），肽鍵，肽，肽平面及二面角， 一級結構，二級結構， 三級結構，四級結構，蛋白質變性與復性，鹽析 課堂練習答案1、試比較核酸、蛋白質一級結構的異同，寫出各自基本結構單位的通式 相同：雖然二者在組成上差異很大,但在構成方式上卻很相似,主要表現在都是由基本結構單位通過特定的共價鍵連接而成的大分子，各自的主鏈都是不變成分，可變成分在側鏈上

40、。2、簡述研究核酸、蛋白質一級結構的意義。生物的遺傳信息儲存于DNA的核苷酸序列中，蛋白質的一級結構是由相應的DNA序列決定的，每一種蛋白質分子所具有的特定的一級結構又決定了其高級結構和生物學功能，也就表現出特定的生命現象。因此，研究核酸、蛋白質的一級結構可破譯生命的密碼，是在分子水平認識生命的突破口。第四章 酶主要內容：介紹酶的概念、作用特點和分類、命名，討論酶的結構特征和催化功能以及酶的作用機理，進而討論影響酶作用的主要因素。目 錄第一節 酶的催化性質，第二節 酶的命名和分類，第三節 酶催化的專一性，第四節酶的作用機理（重點），第五節影響酶促反應速度的因素（重點），第六節變構酶與同功酶，第

41、七節維生素和輔酶第一節 酶的催化性質一、酶的概念及其化學本質酶（Enzyme ） 由活細胞產生的,具有催化作用的蛋白質。1.酶的化學本質是蛋白質具有蛋白質的一切特征，例如：由氨基酸組成，具有三級或四級結構。具有兩性性質和等電點。凡是能使蛋白質變性的方法（熱，強酸，強堿，有機溶劑等）均可用于使酶變性。例外：核酶(Ribozyme)1982年T.Cech 原生動物四膜蟲核酶概念：具有催化功能的核糖核酸，稱核酶。現代生物學告訴我們：核酸合成需要蛋白質（酶）參與蛋白質合成是以相應的核苷酸順序來編碼形成的。判斷題：所有酶的化學本質都是蛋白質。（×）絕大多數酶的化學本質是蛋白質。（）2. 酶是一

42、種生物催化劑 F.W. Ostwald： 凡能改變化學反應的速度而本身不形成化學反應的最終產物, 這類物質就叫做催化劑。一般催化劑的共性： A. 催化效率高，用量少。B. 只改變化學反應速度，不改變化學反應平衡點。C. 降低反應活化能。D. 反應前后自身結構不變。酶同樣遵循一般催化劑的共性 酶作為生物催化劑的催化特點：1. 極高的催化效率。2.高度的專一性。3.酶活性的可調控性4.不穩定性（要求溫和的反應條件）用簡單的實驗證明酶的催化效率：2H2O2 2H2O + O23. 酶的分子組成：單純蛋白質酶：僅由蛋白質組成；全酶酶蛋白輔因子輔因子的分類與作用：按組成成分來分：金屬離子：羧基肽酶的 Z

43、n2；金屬有機化合物：過氧化物酶的鐵卟啉；小分子有機化合物：一些族維生素按與酶蛋白結合程度來分：輔酶：與酶蛋白結構疏松，可用透析法去除輔基：與酶蛋白結合緊密，不能用透析法去除輔因子的作用：1.維持酶分子的活性構象2.作為電子及特殊功能基團的載體3.在酶與底物之間起連接作用4.中和離子，降低反應中的靜電斥力對于一個結合蛋白酶來說，酶蛋白只有與輔因子結合成全酶才具有正常的催化活性全酶酶蛋白輔因子第2節 酶的命名和分類一、命名：習慣命名：以底物和酶所催化的反應性質來命名。系統命名：標明所有酶的底物及催化反應的性質。二、國際系統分類法及編號國際生物化學會酶學委員會將所有酶類分成六大類： 1.氧化還原酶

44、類，2.移換酶類，3.水解酶類，4.裂合酶類，5.異構酶類， 6.合成酶類第3節 酶催化的專一性酶催化的專一性：指酶對它所催化的反應及其底物具有嚴格選擇性。1.結構專一性 概念：酶對所催化的分子（底物）化學結構的特殊要求和選擇類別：相對專一性和絕對專一性（）相對專一性：有些酶對底物的選擇程度較低，能夠催化化學結構上相似的一類底物起反應。類別：鍵專一性基團專一性鍵專一性：只作用于一定的化學鍵，對鍵兩側的基團無嚴格要求。基團專一性：不僅對鍵有要求，還對鍵一側的基團有選擇性。相對于鍵專一性而言，基團專一性對底物的選擇要求更高。例1：葡萄糖苷酶鍵：1, 4糖苷鍵，基團：鍵的一側是葡萄糖殘基例2：消化道

45、蛋白酶胰凝乳蛋白酶：芳香族氨基酸及其它疏水氨基酸殘基提供COOH所形成的肽鍵胃蛋白酶：芳香族氨基酸及其它疏水氨基酸殘基提供NH2或COOH所形成的肽鍵思考題：1.請判斷胰凝乳蛋白酶的水解位點？AlaLeuPheAspGlu OH（2）絕對專一性：只能作用于一個底物，對其他既使化學結構十分相似的物質也不起催化作用，酶的這種專一性稱為絕對專一性。例：脲酶只催化尿素水解。2.立體異構專一性有些酶不僅對底物的化學結構有選擇性，同時對底物的立體結構也有嚴格的要求，酶只能作用于一定構型的底物，稱作立體異構專一性。類別：（1）旋光異構專一性（2）幾何異構專一性（3）潛手性專一性（1）旋光異構專一性 指酶對具

46、有旋光異構體的底物構型有嚴格的選擇性（針對具有手性原子的分子而言）。以D-氨基酸氧化酶為例氨基酸氧化酶：只能催化D-氨基酸的氧化，而對L-氨基酸不起作用,盡管D-氨基酸和L-氨基酸的化學結構完全相同。（2）幾何異構專一性指有些酶對具有順式和反式異構體的底物具有嚴格的選擇性（針對具有雙鍵結構的分子而言。潛手性專一性。對于在有機化學上屬于對稱分子中的底物中的兩個等同原子或基團，酶只能催化其中一個起反應，而對另一個無作用。這種專一性稱為潛手性專一性。例：乙醇脫氫酶第四節 酶的作用機理一、酶的活性中心和必需基團 二、酶的催化機理 三、 酶胰凝乳蛋白酶的催化機理一、酶的活性中心和必需基團酶分子中直接與底

47、物結合，并和酶催化作用直接有關的區域叫酶的活性中心（active center）或活性部位（active site）。酶活性中心的功能部位包括：結合部位：底物在此與酶結合。結合部位決定酶的專一性。催化部位：底物的敏感鍵在此斷裂而形成新鍵。催化部位決定酶所催化反應的性質。有些酶的這兩個部位往往是同一的。酶的活性中心的特點：1活性中心是分子表面的一個凹穴，有一定的柔性；2構成活性中心的大多數氨基酸殘基是疏水性的，形成一個非極性的微環境；3在活性中心，底物以弱鍵與酶結合，有利于轉化出產物。胰凝乳蛋白酶的活性中心羧活性中心重要基團: His（組氨酸）, Asp（天冬氨酸）, Ser（絲氨酸）二酶的催化

48、機理（一）為什么酶催化反應具有高效性（大大加快反應速度）？（二）為什么酶對底物具有選擇性？1.為什么酶催化反應具有高效性？2. 酶是如何降低反應分子所需的活化能？酶反應的過渡態學說：酶（E）與底物（S）結合生成不穩定的中間物（ES），再分解成產物（P）并釋放出酶，使反應沿一個低活化能的途徑進行，降低反應所需活化能，所以能加快反應速度。3.過渡態中間產物是如何形成的？（1）鄰近效應由于酶和底物分子間的親和性，底物分子向酶活性中心靠近，并固定于此小區使有效濃度相對提高的效應稱鄰近效應。（2） 定向效應 酶與底物分子相互靠近過程中有一定的空間定向關系，稱之為定向效應。（3） 酶與底物結合：誘導楔合學

49、說在酶分子與底物接觸之前，活性中心與底物并不互補吻合。酶的活性中心在結構上具柔性，底物接近活性中心時，可誘導酶蛋白構象發生變化，這樣就使酶活性中心功能基團處于有效位置，酶與底物完全楔合，從而形成過渡態復合物，活化能降低，加速反應進行。（4）酸堿催化 酶分子中的某些功能基團可作為酸或堿通過瞬間向底物提供質子或從底物分子抽取質子，形成過渡態復合物，使活化能降低，加速反應進行。（5）共價催化有些酶可通過共價鍵和底物結合而形成不穩定的過渡態復合物，降低反應活化能，大大加快反應速度。分兩種類型：親核催化親電催化親核催化是指酶分子中具有非共用電子對的親核基團攻擊底物分子中具有部分正電性的原子，并與之形成共

50、價鍵而產生不穩定的過渡態中間物，使活化能降低。酶分子中可作為親核基團的功能基團親電催化是指酶分子中親電基團（如金屬離子，氨基）攻擊底物分子中富含電子或帶部分負電荷的原子而形成過渡態中間物。親電基團多數為酶的輔因子：金屬離子、磷酸吡哆醛等例：胰凝乳蛋白酶催化水解反應的酸堿催化和親核催化（6）疏水的微環境酶的活性中心內部多數是疏水基團。因此，這些疏水基團相互作用構成了一個非極性的疏水微環境，有利于電荷之間的相互作用。酶催化高效性的小結：酶催化的實質：降低活化能酶催化的關鍵：形成不穩定的過渡態中間產物決定因素：鄰近、定向、誘導楔合、酸堿催化、共價催化、疏水微環境2.酶作用專一性機理鎖鑰學說剛性模型

51、lock and key 1894年 Fischer首次提出主要內容：將酶的活性中心比喻作鎖孔，底物分子象鑰匙，底物能專一性地插入到酶的活性中心。酶專一性的“鎖鑰學說”鎖鑰學說的優缺點：優點：可解釋立體專一，絕對專一，缺點：相對專一不好解釋 2誘導契合柔性模型主要內容：酶的活性中心在結構上具柔性，底物接近活性中心時，可誘導酶蛋白構象發生變化，這樣就使使酶活性中心有關基團正確排列和定向，使之與底物成互補形狀有機的結合而催化反應進行。3、 胰凝乳蛋白酶的催化機理胰凝乳蛋白酶：催化芳香族氨基酸及其它疏水氨基酸殘基提供COOH所形成的肽鍵水解1. 胰凝乳蛋白酶的結構 活性中心有三個功能基團： His5

52、7; Asp102; Ser1952.電荷中繼網：（1）His57是質子傳遞體（2）由于Ser195羥基上質子被His57咪唑基上的氮原子所吸引，而使氧原子的親核性增加。3.水解反應的酰化階段4水解反應的脫酰階段小結：酶活心中的功能基團在催化過程中形成電荷轉接系統傳遞質子，通過酸堿催化，共價催化等促使不穩定過渡態中間物形成，降低活化能，從而加快水解反應速度。第四節 影響酶促反應速度的因素（酶促反應動力學）一酶促反應速度的測定與酶的活力單位1、酶促反應速度的測定 初速度的概念2、酶活力 檢測酶含量及存在，很難直接用酶的“量”（質量、體積、濃度）來表示，而常用酶催化某一特定反應的能力來表示酶量，即

53、用酶的活力表示。酶催化一定化學反應的能力稱酶活力。酶活力通常以最適條件下酶所催化的化學反應的速度來確定。3、酶活力的表示方法4、酶活力測定方法：終點法 動力學法酶活力測定方法終點法: 酶反應進行到一定時間后終止其反應，再用化學或物理方法測定產物或反應物量的變化。 動力學法:連續測定反應過程中產物底物或輔酶的變化量，直接測定出酶反應的初速度。酶活力的表示方法活力單位（active unit） 量度酶催化能力大小習慣單位（U）: 底物(或產物)變化量 / 單位時間國際單位（IU）: 1moL底物(或產物)變化量 / 分鐘Katal（Kat）：1moL底物(或產物)變化量 / 秒比活力（specif

54、ic activity）量度酶純度轉換系數（Kcat）量度轉換效率2、 影響對酶反應速度的因素（酶促反應動力學）（一）、底物濃度（二）、酶濃度（三）、溫度 （最適溫度的概念） （四）、pH （最適 pH的概念）（五）、激活劑（六）、抑制劑(一）底物濃度對酶反應速度的影響1、酶反應速度與底物濃度的關系曲線 （MichaelisMenten曲線）2、米氏方程的提出及推導3、米氏常數的意義4、米氏常數的測定（1）酶反應速度與底物濃度的關系:反應體系內E為一定量，且E >S：米氏常數的意義1.Km的物理意義：當酶反應速度達到最大反應速度一半時的底物濃度。 當v=Vmax/2時，Km=S （ Km的單位為濃度單位mol/L）2. 在已知Km的情況下，應用米氏方程可計算任意s時的v，或任何v下的s。（用Km的倍數表示）練習題：已知