生物化学—氨基酸、蛋白质和酶共96页文档

细胞溶胶的氨甲酰磷酸合成酶II：用谷氨酸作 为氮的给体，分担着嘧啶生物合成的任务。
线粒体 O
2ATP+CO2+NH3+H2O 1 H2N-C- P
氨甲酰磷酸
2ADP+Pi
谷氨酸
-酮戊
谷氨酸 二酸
-酮戊
鸟氨酸
2
二酸
氨基酸
鸟氨酸
O
NH2尿-C素-NH2
尿素循环
5
瓜氨酸 瓜氨酸
3
氨基酸
-酮戊 二酸
氨基化 非必需氨基酸
合成
糖或脂类
生糖氨基酸：脱氨基后的酮酸在特定 条件下通过糖的异生作用转变为糖。
生酮氨基酸：脱氨基后的酮酸经代 谢产生乙酰ＣoＡ则不能再异生为糖，
只能转变为酮体或脂肪酸。
氧化
生糖兼生酮氨基酸：脱氨基后的酮 酸既可异生为糖又可以转变为酮体
CO2 + H2O + ATP
２０种氨基酸通过各自途径形成α-酮酸，但最后集中 形成５个中间产物（乙酰ＣoＡ、α-酮戊二酸、草酰
乙酸、琥珀酰ＣoＡ、延胡索酸）进入ＴＣＡ
(1) α-酮酸再合成氨基酸
α-氨基酸
α-酮戊二酸
转氨酶
NH3+NADH
L-谷氨酸脱氢酶
H20+NAD+
α-酮酸
L-谷氨酸
α-酮戊二酸利用氨生成谷氨酸是α-酮酸合成氨基酸主要途径，谷氨酸的 氨基能转到任何一种α-酮酸上面，从而形成各种氨基酸．
（２）生糖和生酮氨基酸种类
迄今发现的转氨酶都以磷酸吡哆醛（PLP） 为辅基，它与酶蛋白以牢固的共价键形式结 合。
氧化脱氨基作用
定义：-AA在酶的作用下，生成-酮酸 和氨，同时伴有脱氢氧化的过程。

促肾上腺皮质激素（ACTH）：39肽，刺激肾上腺皮质的生长和肾上 腺皮质激素的合成与分泌。
胰高血糖素：29肽，由胰脏细胞分泌，可调控肝糖原降解产生葡萄 糖维持血糖水平，舒张血管，抑制肠蠕动。
脑内啡肽：与吗啡活性相似的高等生物内源性阿片样肽，最常见于脑 下垂体分泌的内啡肽、内啡肽和内啡肽，分别含16、17、31个氨 基酸残基，其结构相似，仅C端不同。
5-2 氨基酸分析（1）
氨基酸分析的意义
探讨和揭示生命现象的发生、发展、死亡、新陈代谢、遗传变 异等过程及与生命相关的生理生化、医疗卫生、农业、畜牧业 等离不开对氨基酸的分析研究；
随着科学的发展和社会的进步，许多相关的领域，如医药、食 品、资源的开发利用、地质勘探、乃至考古、宇宙探秘等也需 要氨基酸分析；
Thr
T
5.60
结构式
中文名
英文名
带负电荷的R基氨基酸
三字母 符号
单字母 符号
等电点 （PI）
天冬氨酸 Aspartic acid
Asp
D
2.97
谷氨酸 Glutamic acid
Glu
E
3.22
带正电荷的R基氨基酸
赖氨酸
Lysine
Lys
K
9.74
精氨酸 Arginine
Arg
R
10.76
组氨酸 Histidine
结构式
H3CCH 2CH COOH
NH 2
H 2CC2H C H COOH
NH 2
NH 2
H2NC2H C H COOH
H 2CC2H C H COOH
NH 2
HO CO C H 2 C C H 2 C H 2 H C C HOO

缬氨酸 valine Val V
亮氨酸 leucine Leu L
异亮氨酸 isoleucine Ile I
苯丙氨酸 phenylalanine Phe F
脯氨酸 proline Pro P
目录
2. 极性中性氨基酸
色氨酸 tryptophan Try W
丝氨酸 serine
Ser S
酪氨酸 tyrosine Try Y
第一节 蛋白质是生命的物质基础
一、什么是蛋白质?
蛋白质(protein)是由许多氨基酸 (amino acids)通过肽键(peptide bond)相连 形成的高分子含氮化合物。
二、蛋白质的生物学重要性
1. 蛋白质是生物体重要组成成分 分布广：
普遍存在于生物界，动物、植物、微生物主要是由 蛋白质构成。
蛋白质元素组成的特点
各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。
由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只 要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式 推算出蛋白质的大致含量：
100克样品中蛋白质的含量 ( g % ) = 每克样品含氮克数× 6.25×100
1/16%
二、氨基酸 —— 组成蛋白质的基本单位
赖氨酸 lysine Lys K
精氨酸 arginine Arg R
组氨酸 histidine His H
目录
几种特殊氨基酸
• 脯氨酸
（亚氨基酸）
半胱氨酸
+
-HH
二硫键
胱氨酸
（二）氨基酸的理化性质
1. 两性解离性质 2. 紫外吸收性质 3. 茚三酮反应
1. 两性解离及等电点
氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的 酸碱度。

• Ala Arg Asp
Asn
Cys Glu Gln Gly
His
Ile
Leu
Lys
Met Phe Pro
Ser
Thr
Trp
Tyr
Val
、 20种氨基酸可按其侧链分类
• 氨基酸的侧链可以按照它们的化学结构分为 三类，即：脂肪族氨基酸；芳香族氨基酸； 杂环氨基酸。
1）脂肪族氨基酸（中性）
甘氨酸 Glycine
非极性氨基酸（八种）
不带电何的极性氨基酸（八种）
带负电荷的氨基酸（2种）
带正电荷的氨基酸（2种）
➢第21种基本氨基酸是硒代半胱氨酸（Selenocysteine, Sec） ➢第22种基本氨基酸是吡咯赖氨酸（Pyrrolysine, Pyr） ➢两种罕见基本氨基酸是在特定生物的特定调控条件下生成。
O
H 2N CH C OH
CH 2
SH
C
（ α-氨基-β-巯基丙酸 ）
两个半胱氨酸氧化可生成胱氨酸
人头发的电子显微镜照片与模型
烫发过程：
1、加还原剂（巯基乙醇） 打开二硫键。
2、加氧化剂（双氧水） 重新生成错位二硫键。
1）、脂肪族氨基酸（含羟基或硫）
丝氨酸 Serine 苏氨酸 Threonine 半胱氨酸 Cysteine 甲硫氨酸 Methionine
O H 2N CH C OH
CH OH CH 3
T
（ α-氨基-β-羟基丁酸 ）
L-Threonine D-Threonine
L-alloThreonine
D-allo-
Threonine
苏氨酸的光学异构体
1）、脂肪族氨基酸（含羟基或硫）

使君子
使君子氨酸
使君子中的使君子氨 酸具有驱蛔作用
毛边南瓜子
NH2 COOH
N H
毛边南瓜子中的南瓜子氨 酸具有治疗丝虫病和血吸 虫病的作用
天冬
H2NCOCH2CHCOOH NH2
天冬、玄参、棉根中的天 冬门素具有镇咳和平喘作 用
田七氨酸： C5H8N2O5 三七中的田七氨酸具有止 血作用
三七
半夏蛋白
天花粉
氨基酸是组成蛋白质的基本单位
H
NH2 C COOH
H NH2 C COOH
H
甘氨酸
CH3
丙氨酸
H NH2 C COOH
CH2CH2COOH
谷氨酸
H HN
H O H H O HH

C C N C C N C CO
R1
R2
R3 HN
H
H
C CO
R4 HN
CO C HN
Rn
肽链
CO C H R5
少量 CU2SO4
紫色或紫红色
上述反应称为 双缩尿反应
酶的发现
• 1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼
（L.Spallanzani,1729—1799）设计了一个巧妙的实验： 将肉块放入小巧的金属笼中，然后让鹰吞下去。过一段时 间他将小笼取出，发现肉块消失了。于是，他推断胃液中 一定含有消化肉块的物质。但是什么，他不清楚。 • 1836年，德国科学家施旺（1810—1882）从胃液中提取 出了消化蛋白质的物质。解开胃的消化之谜。
• 但有时则要利用其水解的专属性，如强心灵的生 产工艺中，使黄夹苷甲和黄夹苷乙分子的葡萄糖 去掉，所得次生苷的强心作用提高5倍左右。
酶的性质—催化作用

1 H N-C- P 2
氨甲酰磷酸
2ADP+Pi
谷氨酸
-酮戊 二酸
谷氨酸
鸟氨酸
2
瓜氨酸 氨基酸
-酮戊 二酸
氨基酸 鸟氨酸 O NH2-C-NH2 尿素
瓜氨酸
谷氨酸 天冬氨酸
5
精氨酸
尿素循环
精氨琥珀酸
3
4
草酰乙酸
延胡索酸
细胞溶液
植物体含有脲酶，尤其是在豆科植物种子中 脲酶活性较大，能专一地催化尿素水解并放出氨， 反应式如下：
2、转氨基作用
R1-CH-COO|
NH+3
α -氨基酸1
R2-C-COO|| O
α-酮酸2
R1-C-COO|| O
α-酮酸1
R2-CH-COO| NH+3
转氨酶
（辅酶：磷酸吡哆醛）
α-氨基酸2
要点：
①反应可逆。
②体内除Lys、Gly、Thr、Pro和羟脯氨 酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作 用。 ③转氨酶均以磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡 哆醛是VB6的衍生物。反应中起传递氨 基的作用。
活性中心含有 Zn2+ 、 Mg2+等 金属
3、4、2、4
金属蛋白酶类 (metallopritelnase)
枯草杆菌蛋白酶 嗜热菌蛋白酶
3.消化道内几种蛋白酶的专一性
氨肽酶
（Phe.Tyr.Trp） （Arg.Lys）
羧肽酶 羧肽酶
（Phe. Trp）
（脂肪族）
胃蛋白酶
胰凝乳 蛋白酶
弹性蛋白酶
胰蛋白酶
异亮氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸
琥珀酰CoA
-酮戊二酸
氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径

使Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ），溶液中游离的亚铁血 红素很容易被氧化成高铁血红素，但在肌红蛋白中 ，由于血红素处于疏水环境中，血红素Fe（Ⅱ）不 容易被氧化。
同样是血红素，与不同的蛋白质结合后，具有不 同的功能，如在细胞色素C中，血红素起可逆电子
载体的作用，过氧化氢酶中，血红素催化H2O2歧 化成H2O和O2 。
在血红素结合O2的一侧，还有一个His残基，即 第64（或E7）位His残基，称为远侧His。由于这 个远侧His的存在，使得O2的结合受到空间位阻。 在氧合肌红蛋白中， O2的两个原子与Fe不成一条直 线，而是倾斜了30°。
第六页，共96页。
远侧His
近侧His
第七页，共96页。
6
铁氧
离合
子肌
的红
第十页，共96页。
肌红蛋白血红素
Fe原子的位移
肌红蛋白血红素在没有与O2结合时，铁原子 是向第 5 配位体方向（His F8）突出的。当与 O2结合时，铁原子被拉回到卟啉平面。
第十一页，共96页。
原肌 子红 的蛋 位白 移血
红 素
第十二页，共96页。
Fe
肌红蛋白结合氧的定量分析
肌红蛋白与O2结合的反应式为 MbO2
第二十六页，共96页。
血红蛋白的三维结构
β2
β1
α2
第二十七页，共96页。
α1
Hb的α链、β链和Mb链构象 的相似性
血红蛋白α链、β链及肌红蛋白链的三级结构 非常相似，但这三种肽链的氨基酸序列有很大不 同，141个氨基酸残基位置中只有27个位置的残基在
这三种肽链中是相同的。
Mb
Hbα
第二十八页，共96页。
第四十二页，共96页。
2,3-二磷酸甘油酸

01
根据分子形状分类，蛋 白质可分为纤维状蛋白 质和球状蛋白质。
02
根据功能分类，蛋白质 可分为酶、激素、抗体 、转运蛋白、结构蛋白 等。
03
酶是一种具有催化功能 的蛋白质，能够加速生 物体内的化学反应。
04
激素是一种具有调节功 能的蛋白质，能够调节 生物体的生长、发育和 代谢等。
蛋白质合成与降解
生物化学教学课件：蛋 白质与酶的结构与功能
汇报人：XX 2024-01-23
目录
• 蛋白质基础知识 • 酶学基础 • 蛋白质与酶结构关系 • 蛋白质与酶功能关系 • 实验方法与技术 • 应用前景及挑战
蛋白质基础知识
01
蛋白质组成与结构
蛋白质的一级结构是指氨基酸的 线性排列顺序，包括氨基酸的种 类和数量。
基因治疗
通过改造或替换病变基因 编码的蛋白质和酶，实现 基因治疗的目的。
在工业领域应用前景
生物催化
利用酶的高效催化作用， 实现工业生产的绿色化和 高效化。
蛋白质工程
通过蛋白质工程手段，设 计和优化具有特定功能的 蛋白质，应用于工业生产 、环保等领域。
生物传感器
利用蛋白质和酶的特异性 识别功能，开发高灵敏度 、高选择性的生物传感器 。
生物体内酶的含量受到多种因素的影响，如基因表达、环境因素和生理状态等。同 时，酶的含量也会随着生物体的生长发育和代谢变化而发生变化。
蛋白质与酶结构关
03
系
一级结构对功能影响
01
氨基酸序列决定蛋白质的基本性质
蛋白质的一级结构即氨基酸的线性排列顺序，它直接决定了蛋白质的基
本性质，如电荷性质、亲疏水性等。
、等电聚焦电泳等。
结构测定技术

(1) Nonpolar or hydrophobic amino acids. Valine (Val, V) 缬氨酸
(1) Nonpolar or hydrophobic amino acids. Leucine (Leu, L) 亮氨酸
(1) Nonpolar or hydrophobic amino acids. Isoleucine (Ile, I) 异亮氨酸
氨基酸：分子中既有氨基又有羧基的化合物。
蛋白质氨基酸 20种 （19种α-氨基酸。脯氨酸除 外，为亚氨基酸）
非蛋白质氨基酸
1 氨基酸的结构通式
结构通式 20种蛋白质氨基酸除了脯氨酸外，均为α- 氨基酸。
COOH
COO-
H2N C H R
H3+N C H
R L-AA
所有α-氨基酸中的α-碳原子都为不对称碳原子。因 此，除了甘氨酸外，所有的α-氨基酸均有旋光性，能 使偏振光左旋（-）或右旋（+）。
因此，先对样本进行无机处理，再用凯氏 （Kjedahl）定氮法分别测定总氮含量和无机氮含 量，用下列公式计算蛋白质含量：
蛋白质含量 = （总氮含量 – 无机氮含量） × 6.25。
凯氏定氮法只能粗略地计算蛋白质含量。
ห้องสมุดไป่ตู้
凯氏定氮法的缺点：不能区分蛋白氮和非蛋白有 机氮，计算时，将所有的有机氮均看做蛋白氮。
因此，将计算出的蛋白质含量称作粗蛋白含量。
三聚氰胺
1
1 根据分子形状分类
根据蛋白质分子的外形，可以将其分作3类：
球状蛋白质 纤维状蛋白 膜蛋白质
2 根据分子组成分类
简单蛋白质 仅由肽链组成，不含其他辅助成分。
结合蛋白质 简单蛋白质+辅助成分（辅基）