蛋白质的结构与功能
蛋白质的元素组成
蛋白质主要含有：碳（50％~55％）、氢（6％~8％）、氧（20％~30％）、氮（15％~18％）、硫（0~4％）。
在某些蛋白质中，还含有微量的磷、铁、铜、钼、碘、锌等元素
各种蛋白质的氮含量比较恒定，平均值为16％，这是蛋白质元素组成的一个特点，是凯氏（Kjedahl）定氮法测定蛋白质含量的依据。 蛋白质含量=蛋白氮含量×6.25（100/16）
氨基酸的等电点 :对某种氨基酸来讲，当溶液在某一特定的pH时，氨基酸以两性离子的形式存在，正电荷数与负电荷数相等，净电荷为零，在直流电场中，既不向正极移动，也不向负极移动。这时溶液的pH称为该氨基酸的等电点，用pI表示。 天然蛋白质中的所有氨基酸都是L-型氨基酸 蛋白质的结构
蛋白质的一级结构是指蛋白质肽链中氨基酸残基的排列顺序。 二面角：Cα原子位于相邻二个肽平面的交线上，Cα原子上的Cα-N和Cα-C键都是单键。肽平面1可以围绕Cα-N单键旋转，其旋转的角度用Φ表示；肽平面2也可以围绕Cα-C单键旋转，其旋转的角度用Ψ表示。由于Φ和Ψ这二个转角决定了相邻二个肽平面在空间上的相对位置，因此，习惯上将这二个转角称为二面角。二面角决定多肽链主链骨架的构象。 蛋白质的二级结构：指多肽链主链在一级结构的基础上，某些肽段借助氢键进一步盘旋或折叠，从而形成有规律的构象。
蛋白质二级结构的主要类型：α螺旋，β折叠，β转角，无规卷曲。 α螺旋(α-helix)
①每一圈包含3.6个氨基酸残基，螺距0.54nm，残基高度0.15nm，螺旋上升，每个氨基酸残基沿轴旋转100°。
②每一个φ角等于-57°，每一个ψ角等于-47°。 ③相邻螺圈之间形成链内氢键。即每个肽单位的亚氨基氮原子与其前的第四个肽单位的羰基氧原子生成一个氢键。氢键的取向与螺轴几乎平行。氢键封闭环本身包含13个原子。α-螺旋构象允许所有的肽键都能参与链内氢键的形成。因此，α-螺旋构象是相当稳定的，是最普遍的螺旋形式。
④与α-碳原子相连的R侧链，位于α-螺旋的外侧。 β折叠
二条β-折叠股平行排布，彼此以氢键相连，可以构成β-折叠片。 侧链垂直于折叠片的平面，并交替从平面上下两侧伸出。
两条肽链间或一条肽链的两条肽段间通过羰基氧原子和亚氨基的氮原子形成氢键来稳定结构。
超二级结构：相邻的二级结构单元（主要是α螺旋和β折叠）组合在一起，形成有规则的、空间上能够辨认的二级结构的组合体，充当三级结构的构件，称为超二级结构 常见的超二级结构有αα、ββ、βαβ等3种组合形式
结构域：多肽链在二级结构或超二级结构的基础上，进一步卷曲折叠成为相对独立、近似球形的三维实体称为结构域（structure domain），是三级结构的局部折叠区。 结构域之间常常只有一段肽链相连，形成所谓“铰链区”，使结构域容易发生相对运动。结构域之间的这种柔性有利于如酶和抗体活性的发挥。
蛋白质的三级结构：多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的基础上，主链构象和侧链构
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象相互作用，进一步盘曲折叠形成特定的球状分子结构，称作三级结构。 三级结构是指多肽链中所有原子的空间排布。
维系三级结构的力有疏水作用力、氢键、范德华力、盐键（静电引力）。另外二硫键在某些蛋白质中也起着非常重要的作用。 蛋白质的四级结构：由两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成的特定三维结构（构象）称为蛋白质的四级结构。
涉及亚基的种类、数目和亚基的空间排布，包括亚基间的接触位点和相互作用关系，但不包括亚基本身的构象。
一级结构与同源蛋白质的物种差异和生物进化
在不同生物体中行使相同或相似功能的蛋白质，称为同功能蛋白质。
它们的氨基酸序列具有明显的相似性，这种现象称为序列同源，有明显序列同源的蛋白质，也称同源蛋白质。
同源蛋白质结构的种属差异与保守性
（1）同源蛋白质中完全相同的氨基酸残基，称不变残基，它们决定了蛋白质的空间结构与功能。
（2）有相当大变化的氨基酸残基，称为可变残基，它们的差异体现了种属特异性。 因此，对不同生物来源的同功能蛋白质的一级结构进行比较研究：可以帮助我们了解哪些氨基酸对其活性是重要的，哪些是不重要的；可为生物进化提供新的可靠依据。 分子病：是指某种蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。
蛋白质的等电点：当溶液在某个pH时，使蛋白质分子所带正电荷数与负电荷数恰好相等，即净电荷为零，在直流电场中，既不向阳极移动，也不向阴极移动，此时，溶液的pH就是该蛋白质的等电点，用pI表示。 蛋白质的变性与复性
变性 ：天然蛋白质因物理因素或化学因素的影响，破坏了蛋白质内部的次级键，分子构象发生变化，从有序而紧密的结构变为无序结构，致使蛋白质的理化性质和生物学功能随之发生变化，但一级结构未遭到破坏。
复性：蛋白质的变性有可逆变性和不可逆变性之分。可逆变性在除去变性因素之后，在适宜的条件下，变性的蛋白质可以从伸展态恢复到折叠态，并恢复全部的生物活性的现象，称之为复性（renaturation）。
? 核酸结构与功能
核酸：是一类重要的生物大分子，在生物体内负责生命信息的储存和传递。核酸是以核苷酸为基本结构单元连接而成的生物大分子，分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。
DNA双螺旋结构特征
1）由两条平行的多核苷酸链，以相反的方向，（即一条由3’向5’，另一条由5’向3’），围绕着同一个（想象的）中心轴，以右手旋转方式构成一个双螺旋形状。
2）疏水的嘌呤和嘧啶碱基平面层迭于螺旋的内侧，亲水的磷酸基和脱氧核糖以磷酸二酯键相连成的骨架位于外侧 。
3）内侧碱基呈平面状，碱基平面与中心轴相垂直。每个平面上有两个碱基（每条各一个）形成碱基对。相邻碱基平面在螺旋轴之间的距离为 0.34nm。旋转夹角为36°。因此每10 对核苷酸绕中心轴旋转一圈，故螺旋的螺距为 3.4nm。
4）双螺旋的直径为2nm，沿螺旋的中心轴形成大沟和小沟交替出现。
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5）两条链被碱基对之间形成的氢键而稳定的维系在一起。在 DNA 中碱基总是由腺嘌呤与胸腺嘧啶配对（用A-T表示），由鸟嘌呤与胞嘧啶配对（用G-C）表示。
mRNA的功能：把核内DNA的碱基顺序按照碱基互补的原则抄录并转送至胞液，在蛋白质合成中用以翻译成蛋白质中氨基酸的排列顺序。
在真核细胞中，最初转录生成的RNA称为核不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA ，hn RNA ）。
hn RNA 是mRNA未成熟的前体，他们在细胞核内存在的时间很短，经过剪接成为成熟的mRNA并转移到细胞液中。 信使RNA的结构和特点
1．真核生物的mRNA都是单顺反子mRNA；mRNA只保留hnRNA链中编码氨基酸的信息片断
2．mRNA 5’ 端的帽子结构（真核生物）；
真核细胞 mRNA 在 5’ 端有帽子结构。最简单的 5’ 端帽子结构，是7-甲基鸟苷三磷酸，它与 mRNA 原来的5’ 端的核苷酸连接形成 m7GpppNm。第一个核苷酸的C2’也是甲基化的。
5’ 端帽子结构的作用 ：
1）作为一种保护装置将 mRNA 5’ 端封闭起来，可使 mRNA 免受核酸外切酶的水解破坏；
2）作为蛋白质合成系统的辨认信号，被专一的蛋白因子所识别，启动翻译过程。 3. mRNA 3’ 末端的结构（真核生物）。
极大多数真核细胞 mRNA 在 3’ 末端有一个长约 200 个核苷酸的 polyA ，称为poly（ A ）尾。PolyA 是在转录后经 polyA 聚合酶 的作用而添加上去的。 原核生物的mRNA一般无 3’polyA。 PolyA 尾的功能：
1）与 mRNA从细胞核到细胞质的转移有关； 2）与 mRNA 的半衰期有关。
密码子：存在于mRNA中的3个相邻的核苷酸序列，是蛋白质合成中某一特定氨基酸的编码单位，称为密码子，又称为三联体密码。 起始密码子：AUG
终止密码子：UAA UAG UGA 转移RNA的结构与功能
tRNA 约占 RNA 总量的 15％，通常以游离的状态存在于细胞质中。细胞内 tRNA 的种类很多，每一种氨基酸都有其相应的一种或几种 tRNA。
tRNA 在蛋白质生物合成过程中具有转运氨基酸和识别遗传密码的作用。主要是携带活化的氨基酸，并将其转运到与核糖体结合的 mRNA 上用以合成蛋白质。 tRNA 的一级结构
tRNA 皆由70~90 个核苷酸组成，有较多的稀有碱基核苷酸。分子质量在25，000左右，在三类 RNA 中它的分子质量最小。
通常tRNA 3’-末端为-C-C-AOH，用来接受活化的氨基酸。5’末端大多为pG，也有pC的。
tRNA的二级结构
碱基排列成三叶草形，双链互补区构成三叶草的叶柄，突环好象三片小叶。分为氨基酸臂、二氢尿嘧啶环、反密码子环、额外环和TΨC环等五部分 。 tRNA的三级结构
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tRNA共同的三级结构是―倒L‖型。 核酸的一般理化性质
1）DNA微溶于水，呈酸性，加碱促进溶解， 但不溶于有机溶剂；
2）核酸和蛋白质一样具有变性现象，而且变性DNA在适当的条件下也可复性；
3）由于核酸组成中的嘌呤、嘧啶碱都具有共轭双键，因此对紫外光有强烈的吸收，核酸溶液在 260nm 附近有一个最大吸收值；
4）DNA的变性和复性都是以碱基互补为基础的，因此可以进行分子杂交。 DNA的变性与复性
DNA的变性：指DNA分子由稳定的双螺旋结构松解为单链无规则线性结构的现象。
DNA的变性只涉及维持双螺旋稳定性的次级键的断裂，不涉及共价键的断裂，所以其一级结构并不改变。
增色效应：变性后的 DNA 由于碱基对失去重迭，所以在 260nm 处的紫外光吸收有明显升高，这种现象称为增色效应。
DNA的复性：变性 DNA 分开的两条链又重新缔合而恢复成双螺旋结构，这个过程称为复性。对于热变性的DNA，缓慢冷却后复性，称为退火（复性）；快速冷却后不能复性，称为淬火。
DNA 的复性一般只适用于均一的病毒和细菌的 DNA，至于哺乳动物细胞中的非均一DNA，很难恢复到原来的结构状态。 DNA的熔解温度
DNA 加热变性过程是在一个狭窄的温度范围内迅速发生的，它有点像晶体的熔融。通常将 50％ 的 DNA 分子发生变性时的温度称为解链温度或熔解温度（Tm） 。DNA 的 Tm 值一般在 82~95℃之间。 影响 Tm 值的因素 1）DNA 的性质和组成
A. 均一的DNA（如病毒DNA），Tm 值范围较小。非均一的 DNA，Tm 值在一个较宽的温度范围内。所以Tm 值可作为衡量 DNA 样品均一性的指标。 B. G-C 含量愈高的 DNA 分子，Tm值也大。
碱基组成中，由于 G-C 碱基对含有三个氢键， A-T 碱基对只有两个氢键，故 G-C 对比 A-T 对牢固。 2）溶液的性质
一般说离子强度低时，Tm 值较低，转变的温度范围也较宽；反之，离子强度高时，Tm 值较高，转变的温度范围也较窄。所以DNA 的制品不应保存在极稀的电解质溶液中，一般在 1mol／L 溶液中保存较为稳定。 DNA重组技术的基本操作过程 1 目的基因的获得； 2载体的选择和制备
3将目的基因与相关载体进行连接； 4将DNA重组体导入受体细胞； 5目的基因的筛选和鉴定； 6克隆基因的表达
酶的组成
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酶
按照化学组成，酶可以分为单纯酶和结合酶。
有些酶，如脲酶、胃蛋白酶、脂肪酶，其活性仅决定于它的蛋白质结构，这类酶属于单纯酶（简单蛋白质）。
另一些酶，如乳酶脱氢酶、细胞色素氧化酶等，除了需要蛋白质而外，还需要非蛋白质的小分子物质，才有催化活性，这类酶属于结合酶（结合蛋白质）。 全酶 = 酶蛋白 + 辅助因子
酶的辅助因子：结合酶的辅助因子主要有三种 ：
1）金属离子 如 Cu 2+ 、Zn 2+ 、Mn 2+ 、 Mg 2+ 、 Fe 2+； 2）金属有机化合物（金属离子 + 小分子化合物）如铁卟啉； 3）小分子化合物 如NAD+、 NADP+、FAD+、FMN等。 全酶中各成分的作用
酶蛋白——决定酶反应的（底物）专一性； 辅助因子——决定酶反应的类型。辅助因子与酶反应的类型有关，是酶表现催化活性所必需的，在催化反应中往往起传递电子、原子和某些化学基团的作用。 金属离子的作用
1）作为酶活性中心的组成成分，参加催化底物反应； 2）稳定酶活性所必需的分子构象的作用； 3）在酶与底物分子之间起桥梁作用。 酶的分类
１.氧化还原酶类（脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶、羟化酶、加氧酶） ２.转移酶类（转甲基酶，转氨酶）
３.水解酶类（淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、酯酶） ４.裂合酶类（醛缩酶、水化酶、脱氨酶）
５.异构酶类（顺反异构酶、消旋酶、差向异构酶、变位酶） ６.合成酶类（酪氨酸合成酶、谷氨酰胺合成酶等）
维生素（Vitamin） 是维持细胞正常代谢所必需的，但需要量极少，人和动物体不能合成或者合成量太少，必须由食物供给的一类小分子有机化合物。
作 用： 它们可以①作为酶的辅酶、辅基或其组分对新陈代谢过程起非常重要的调节作用,或是②作为重要的生物活性物质或其组分而发挥重要的生物学功能。机体缺少某种维生素时，可以使新陈代谢或生理功能发生紊乱，产生维生素缺乏症（hypovitminosis）。反之过量摄入，亦可出现一些不良反应，产生维生素过多症（hypervitminosis）。 1.维生素B族几乎全部参与辅酶（基）组成 如维生素 Bl 、维生素B2（辅基） 、维生素 PP（ B5）、维生素 B6、叶酸（ B11 ）、泛酸（ B3）等。
2.有些维生素本身就是辅酶 如维生素 C（抗坏血酸）、硫辛酸（是含硫脂肪酸类维生素）等。
脂溶性维生素的辅酶形式及主要功能
类型 维生素A 维生素D 维生素E 维生素K 辅酶、辅基或其他活性形式 主要功能 11-顺视黄醛 1，25-二羟胆钙化醇 杆细胞视循环（视紫红质） 调节钙、磷代谢 保护膜脂质，抗氧化 凝血因子II、VIII、IX、X的生物合成
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