教 案 首 页
| 课程名称 | 生物化学 | 年级 | 专业、层次 | 本科临床医学类 | ||||||||
| 授课教师 | 职称 | 课型（大、小) | 大 | 学时 | 5 | |||||||
| 授课题目（章、节) | 第一章 蛋白质的结构与功能 | |||||||||||
| 教材名称 | 《生物化学》第七版 | |||||||||||
| 作者 | 查锡良 | 出版社 | 人民卫生出版社 | |||||||||
| 主要参考书 （注明页数) | Petsko,G.A等著. 蛋白质结构与功能入门. 科学出版社(2009). 第一章. | |||||||||||
| 目的与要求： 1. 掌握：氨基酸的分类。氨基酸及蛋白质的两性解离及等电点。肽键、肽、多肽链、氨基酸残基及生物活性肽的概念。蛋白质一、二、三、四级结构的概念、结构特征及维系键。蛋白质结构改变与分子病的关系。蛋白质变性的概念。 2. 熟悉：多肽链的基本结构。氨基酸及蛋白质的紫外吸收性质及茚三酮反应。医学上重要多肽的结构特点和生理功能。蛋白质的分离与纯化方法。 3. 了解：分子伴侣在蛋白质空间结构形成中的作用。疯牛病的发病机制。蛋白质一级结构的测定步骤。蛋白质空间结构的测定。 | ||||||||||||
| 教学内容与时间安排、教学方法： 1.教学内容与时间安排 蛋白质的分子组成 1 学时 蛋白质的分子结构 2 学时 蛋白质的理化性质及分离纯化 2 学时 2. 教学方法： 讲授+演示+启发+讨论。 | ||||||||||||
| 教学重点及如何突出重点、难点及如何突破难点： 1. 重点：蛋白质一、二、三、四级结构的特征；蛋白质的两性解离与等电点；蛋白质的变性。 2. 难点：蛋白质的空间结构。 3. 课件色彩及语言强调突出重点；采用图片及动画演示理解难点。
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| 教研室审阅意见：
同意。
教研室主任签名：李洪 2009 年2 月 28 日 | ||||||||||||
| 基 本 内 容 | 课堂设计和时间安排 | |||||||||||
| 第一节 蛋白质的分子组成 组成蛋白质分子的主要化学元素包括：C、H、O、N、S等。 ☆其中，在不同蛋白质样品中，N元素的含量相对稳定，约为16%，故每克氮相当于6.25（100/16)克蛋白质。 一、氨基酸 组成蛋白质的基本单位是氨基酸（amino acid)。如将天然的蛋白质完全水解，最后都可得到约20种不同的氨基酸。 这些氨基酸中，大部分属于L-a-氨基酸。其中，脯氨酸属于L-a-亚氨基酸，而甘氨酸则属于a-氨基酸。 ☆（一)氨基酸的分类： 1. 酸性氨基酸——Glu，Asp； 2. 碱性氨基酸——His，Arg，Lys； 3. 中性氨基酸——可分为： a) 极性氨基酸：Tyr，Cys，Ser，Thr，Asn，Gln，Met，Trp； b) 非极性氨基酸：Gly，Ala，Val，Leu，Ile，Pro，Phe。 （二)氨基酸的理化性质： 1．两性解离及等电点： 氨基酸分子是一种两性电解质。 氨基酸分子中同时带有可解离的弱碱性基团（-NH3→ - NH4+)和弱酸性基团（-COOH→ - COO -)。 ☆氨基酸分子带有相等正、负电荷时，溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（isoelectric point, pI)。 2．紫外吸收性质： 天然蛋白质分子的20种氨基酸，以色氨酸和酪氨酸对紫外光有较强的光吸收。☆其吸收峰在280nm左右，以色氨酸吸收最强。 可利用此性质采用紫外分光光度法测定蛋白质的含量。 3．茚三酮反应： 氨基酸可与茚三酮缩合产生蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm。 二、肽 （一)肽键与肽链： 蛋白质是由若干氨基酸的氨基与羧基经脱水缩合而连接起来形成的长链化合物。 一个氨基酸分子的a-羧基与另一个氨基酸分子的a-氨基在适当的条件下经脱水缩合即生成肽（peptide)。 两氨基酸单位之间的酰胺键，称为肽键。 多肽链中的氨基酸单位称为氨基酸残基。 ☆多肽链具有方向性，头端为氨基端（N端)，尾端为羧基端（C端)。 （二)生物活性肽： 生物体内具有一定生物学活性的肽类物质称生物活性肽。 重要的生物活性肽有谷胱甘肽、神经肽、肽类激素等。 谷胱甘肽（glutathione, GSH)： 有还原型（GSH)与氧化型（GSSG)两种存在形式。 生理功用：解毒作用；参与氧化还原反应；保护巯基酶的活性；维持红细胞膜结构的稳定。 第二节 蛋白质的分子结构与功能 蛋白质是由许多氨基酸单位通过肽键连接起来的，具有特定分子结构的高分子化合物。 由于蛋白质的分子结构非常复杂，为了便于研究、描述和理解，故根据丹麦科学家Linderstrom-Lang的建议，人为将蛋白质的分子结构划分为一、二、三、四级结构四个结构层次。 ☆除一级结构外，蛋白质的二、三、四级结构都属于空间结构，即构象（conformation)。 构象是由于有机分子中单键的旋转所形成的。 蛋白质的构象通常由非共价键（次级键)来维系。 非共价键(次级键)有： 1. 氢键 ：在蛋白质分子中，由于存在数目众多的氢键，故氢键在稳定蛋白质的空间结构上起着重要的作用。 2. 疏水键：非极性物质在含水的极性环境中存在时，会产生一种相互聚集的力，这种力称为疏水键或疏水作用力（hydrophobic interaction)。 3. 离子键：离子键，又称为盐键（salt bond)是由带正电荷基团与带负电荷基团之间相互吸引而形成的化学键。 4．范德华氏引力（van der Waals force)：原子之间存在的相互作用力。 二、 蛋白质的一级结构 ☆蛋白质的一级结构（primary structure)是指蛋白质多肽链中通过肽键连接起来的氨基酸的排列顺序，即多肽链的线状结构。 ☆维系蛋白质一级结构的主要化学键为肽键(peptide bond)。 细胞色素c一级结构与生物进化的关系。 在镰刀状红细胞贫血患者中，由于基因突变导致血红蛋白b-链第六位氨基酸残基由谷氨酸改变为缬氨酸，血红蛋白的亲水性明显下降，从而发生聚集，使红细胞变为镰刀状。 三、蛋白质的二级结构 ☆蛋白质的二级结构(secondary structure)是指蛋白质多肽链主链原子局部的空间结构，但不包括与其他肽段的相互关系及侧链构象的内容。 维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键。 ☆★肽键平面——由于肽键具有部分双键的性质，使参与肽键构成的六个原子被束缚在同一平面上，这一平面称为肽键平面（酰胺平面，肽单元)。 蛋白质二级结构的类型：蛋白质的二级结构主要包括a-螺旋，b-折叠，b-转角及无规卷曲等几种类型。 ☆★a-螺旋是多肽链的主链原子沿一中心轴盘绕所形成的有规律的螺旋构象，其结构特征为： ⑴ 为一右手螺旋； ⑵ 螺旋每圈包含3.6个氨基酸残基，螺距为5.44埃； ⑶ 螺旋以氢键维系。 ☆影响a-螺旋稳定的因素有： ⑴ 极大的侧链基团（存在空间位阻)； ⑵ 连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸残基（同种电荷的互斥效应)； ⑶ 有Pro等亚氨基酸存在（不能形成氢键)。 ☆★b-折叠是由若干肽段或肽链排列起来所形成的扇面状片层构象，其结构特征为： ⑴ 由若干条肽段或肽链平行或反平行排列组成片状结构； ⑵ 主链骨架伸展呈锯齿状； ⑶ 借相邻主链之间的氢键维系。 ☆b-转角（ b-turn)是多肽链180°回折部分所形成的一种二级结构，其结构特征为： ⑴ 主链骨架本身以大约180°回折; ⑵ 回折部分通常由四个氨基酸残基构成; ⑶ 构象依靠第一残基的-CO基与第四残基的-NH基之间形成氢键来维系。 ☆无规卷曲是指多肽链主链部分形成的无规律的卷曲构象。 对于特定的蛋白质分子而言，其无规卷曲部分的构象则是特异的。 ☆★模体（motif)：在蛋白质分子中，若干具有二级结构的肽段在空间上相互接近，形成具有特殊功能的结构区域，称模体（motif)，也可称为蛋白质分子的超二级结构。 四、蛋白质的三级结构 ☆蛋白质的三级结构(tertiary structure)是指蛋白质分子或亚基内所有原子的空间排布，也就是一条多肽链的完整的三维结构。 ☆维系三级结构的化学键主要是非共价键（次级键)，如疏水键、氢键、盐键、范氏引力等，但也有共价键，如二硫键等。 ☆★结构域（domain)：在一级结构上相距较远的氨基酸残基，通过三级结构的形成，多肽链的弯折，彼此聚集在一起，从而形成一些在功能上相对独立的，结构较为紧凑的区域，称为结构域。 五、蛋白质的四级结构 ☆蛋白质的四级结构（quaternary structure)就是指蛋白质分子中亚基的立体排布，亚基间的相互作用与接触部位的布局。 ☆亚基（subunit)就是指参与构成蛋白质四级结构的、每条具有三级结构的多肽链。 ☆维系蛋白质四级结构的是氢键、盐键、范氏引力、疏水键等非共价键。 血红蛋白的四级结构与功能的关系。氧饱和曲线。☆变构效应。 疯牛病：正常形式的蛋白（PrPC)多个α-螺旋错误折叠成致病蛋白（PrPSc)β-折叠而组成的。 第三节 蛋白质的理化性质及其分离纯化 一、蛋白质的理化性质 （一)蛋白质的两性解离与等电点： 由于蛋白质分子中氨基酸残基的侧链上存在游离的氨基和游离的羧基，因此蛋白质与氨基酸一样具有两性解离的性质，因而也具有特定的等电点（pI)。 ☆同样，当溶液pH＝pI时，蛋白质所带正、负电荷相等；当溶液pH＞pI时，蛋白质带净负电荷；当溶液pH＜pI时，蛋白质带净正电荷。 （二)蛋白质的胶体性质： 蛋白质分子的颗粒直径已达1~100nm，处于胶体颗粒的范围。因此，蛋白质具有亲水溶胶的性质。 ☆蛋白质分子表面的水化膜和表面电荷是稳定蛋白质亲水溶胶的两个重要因素。 （三)蛋白质的变性、沉淀和凝固： ☆在某些物理或化学因素的作用下，蛋白质严格的空间结构被破坏（不包括肽键的断裂)，从而引起蛋白质若干理化性质和生物学性质的改变，称为蛋白质的变性(denaturation)。 变性蛋白质的性质改变： ① 物理性质：旋光性改变，溶解度下降，沉降率升高，粘度升高，光吸收度增加等； ② 化学性质：官能团反应性增加，易被蛋白酶水解。 ③ 生物学性质：原有生物学活性丧失，抗原性改变。 蛋白质分子相互聚集而从溶液中析出的现象称为沉淀（precipitation)。 变性后的蛋白质由于疏水基团的暴露而易于沉淀，但沉淀的蛋白质不一定都是变性后的蛋白质。 加热使蛋白质变性并凝聚成块状称为凝固（coagulation)。 因此，凝固的蛋白质一定发生变性。 二、蛋白质的分离和纯化 （一)盐析与有机溶剂沉淀： ☆1. 盐析：在蛋白质溶液中加入大量中性盐，以破坏蛋白质的胶体性质，使蛋白质从溶液中沉淀析出，称为盐析（salt precipitation)。 盐析时，溶液的pH在蛋白质的等电点处效果最好。 盐析沉淀蛋白质时，通常不会引起蛋白质的变性。 分段盐析：半饱和硫酸铵溶液可沉淀分子量较大的www.med126.com血浆球蛋白，而饱和硫酸铵溶液可沉淀分子量较小的血浆清蛋白。 因此，使用不同浓度的硫酸铵溶液就可将分子量不同的蛋白质进行初步分离。 有机溶剂沉淀蛋白质：凡能与水以任意比例混合的有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等，均可用于沉淀蛋白质。 沉淀原理是：① 脱水作用；② 使水的介电常数降低，蛋白质溶解度降低。 （二)电泳：☆带电粒子在电场中移动的现象称为电泳。 不同蛋白质分子所带电荷量不同，且分子大小也不同，故在电场中的移动速率也不同，据此可互相分离。 （三)层析：层析是一种利用混合物中各组分理化性质的差异，在相互接触的两相（固定相与流动相)之间的分布不同而进行分离分析的技术方法。 主要的层析技术有离子交换层析，凝胶层析，吸附层析及亲和层析等。 （四)超速离心：利用物质密度的不同，经超速离心后，分布于不同的液层而分离。 超速离心也可用来测定蛋白质的分子量，蛋白质的分子量与其沉降系数S成正比。 三、氨基酸顺序分析 蛋白质多肽链的氨基酸顺序分析，即蛋白质一级结构的测定，主要包括以下几个步骤： 1. 分离纯化蛋白质，得到一定量的蛋白质纯品。 2. 取一定量的样品进行完全水解，再用氨基酸自动分析仪，测定蛋白质的氨基酸组成。 3. 分析蛋白质的N-端和C-端氨基酸。 通常采用2,4-二硝基氟苯（DNFB)法和肼解法分别确定蛋白质的N-端和C-端氨基酸残基。 ☆4. 采用特异性的酶（如胰蛋白酶)或化学试剂（如溴化氰)将蛋白质裂解成为长短不一的若干条肽段（必须作两套)。 5. 分离纯化单一肽段。 6. 使用氨基酸医学全.在线www.med126.com顺序测定仪，测定各条肽段的氨基酸顺序。一般采用Edman降解法，用异硫氰酸苯酯进行反应，将氨基酸降解后，逐一进行测定。 7. 将两套不同肽段的氨基酸顺序进行比较，以获得完整蛋白质分子的氨基酸顺序。 | 1 学时 ☆ —— 重点 ★ —— 难点 设问 动画演示 重点强调 设问、动画演示 重点强调 图片展示
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| 小 结 | 1. 蛋白质的化学组成特点。氨基酸的结构特点及分类。氨基酸的理化性质。 2. 蛋白质一级、二级、三级和四级结构的特征。 3. 模体和结构域的结构特征。 4. 蛋白质的理化性质。 5. 蛋白质分子结构与功能的关系，蛋白质理化性质与功能的关系。 6. 分离纯化蛋白质的主要技术方法。 7. 蛋白质氨基酸序列的测定。 | |||||||||||
| 复 习 思 考 题 、作 业 题 | 一、名词解释 1.等电点；2. 蛋白质的一级结构；3. 蛋白质的二级结构；4. 蛋白质的三级结构；5. 蛋白质的四级结构；6. 模体；7. 结构域；8. 盐析；9. 亚基；10. 肽键平面；11. 蛋白质的变性。 二、问答题 1. 蛋白质的α-螺旋结构的特征及其影响因素有哪些？ 2. 举例说明蛋白质分子结构与功能的关系。 3. 怎样测定蛋白质分子的一级结构？ 4. 什么是蛋白质的变性？在医学上有何应用？ 5. 哪些技术方法可应用于蛋白质的分离纯化？
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| 下 次 课 预 习 要 点 | 第二章 核酸的结构与功能 1. 核酸的化学组成：含氮碱、戊糖、磷酸。 2. 核苷和核苷酸的分子结构。 3. 核苷酸的命名方法及缩写符号。 4. DNA和RNA的一级结构。
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| 实 施 情 况 及 分 析 |
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