菏泽医学专科学校教案
课程名称 生物化学
课 题 教 学 目 的 教 材 分 析 教 学 设 想 教 学 过 程 第二章蛋白质的结构与功能 课时 3学时 课型 理论 1.了解体内蛋白质的化学组成、理化性质、结构与功能，为学习酶及蛋白质的生物合成打下良好基础。 重点：蛋白质的组成及结构、蛋白质的理化性质、结构与功能的关系； 难点：理化性质、结构与功能 在讲解本章之前，首先让学生复习化学课所讲的有关蛋白质的基本单位及氨基酸的内容，然后因、引出蛋白质的基本单位、连接方式、分子结构等。 对于蛋白质元素组成、特点、连接方式、20种氨基酸的共同特点，进行板书，了解蛋白质的分子结构与功能，讲清讲透蛋白质的理化性质。对比较抽象的蛋白质的空间结构部分用多媒体课件讲授。 授 课 内 容 第一学时： 第一节 蛋白质的分子组成 一、蛋白质的元素组成及特点 组成 蛋白质的元素除含有碳、氢、氧外都含有氮。有些蛋白质还含有少量硫、磷、铁、锰、锌、铜、碘等。 大多数蛋白质含氮量比较接近，平均为16%，这是蛋白质元素组成的一个特点。 蛋白质的元素组成中含有氮，是碳水化物、脂肪在营养上不能替代蛋白质的原因。 二、蛋白质的氨基酸组成（三字符） 1、氨基酸的结构 各种氨基酸在结构上有下列特点。 ⑴组成蛋白质的氨基酸，除甘氨酸外，均属L-α-氨基酸。 ⑵不同的L-α-氨基酸，其侧链（R）不同。 2、氨基酸的分类 根据氨基酸侧链R基团的结构和性质，可将20种氨基酸分成四类。 ⑴非极性疏水性氨基酸 ⑵极性中性氨基 ⑶酸性氨基酸 ⑷碱性氨基酸 在蛋白质的修饰过程中，蛋白质分子中20种氨基酸残基的某些基团还可被甲基化、甲酰化、乙酰化、异戊二烯化和磷酸化等。 3、氨基酸的理化性质 ⑴两性解离及等电点：所有氨基酸都含有碱性的α-氨基和酸性的α-羧基，因此氨基酸是一种两性电解质，具有两性解离的特性。 ⑵紫外吸收性质 根据氨基酸的吸收光谱，含有共轭双键的色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm波长附近(图1-3)。 ⑶茚三酮反应：可作为氨基酸定量分析方法。 三.基本单位的连接方式 在蛋白质分子中由一分子氨基酸的α-羧基与另一分子氨基酸的α-氨基脱水生成的键称为肽键（peptide bond）。肽键是蛋白质分子中基本的化学键。如由 二个氨基酸以肽键相连形成的肽称为二肽，相互之间以肽键相连。二肽还可通过肽键与另一分子氨基酸相连生成三肽。此反应可继续进行，依次生成四肽、五肽……。由10个以内的氨基酸由肽键相连生成的肽称为寡肽（oligopeptide），由更多的氨基酸借肽键相连生成的肽称为多肽（polypeptide）。多肽是链状化合物，故称多肽链（polypeptide chain）。多肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全，故称为氨基酸残基（residue）。多肽链中形成肽键的4个原子和两侧的α-碳原子成为多肽链的骨架或主链。构成多肽链骨架或主链的原子称为主链原子或骨架原子，而余下的R基团部分，称为侧链。多肽链的左端有自由氨基称为氨基末端（aminoterminal）或N-端，右端有自由羧基称为羧基 末端（carboxylterminal）或C-端。 ①肽键：概念，性质，原子组成，肽键平面 ②肽：概念，寡肽，多肽，肽链的书写方式，氨基端与羧基端，多肽与蛋白质的区别 ③体内重要的多肽：谷胱甘肽（全称、氨基酸组成、氧化还原反应式、生理功能） 第二学时： 第二节 蛋白质的分子结构 一.蛋白质的一级结构 概念，连接的化学键，人胰岛素的一级结构 蛋白质中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构（primary structure）。肽键是一级结构的主要化学键。有些蛋白质还包含二硫键，即由两个半胱氨酸巯基脱氢氧化而成。 一级结构的重要性 二.蛋白质的二级结构 概念，维持的化学键，分类 蛋白质的二级结构（secandary structure）是指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是该段肽链主链骨架原子的相对空间位置。不涉及氨基酸残基侧链的构象。蛋白质的二级结构主要包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。 基本形式： （1）α螺旋：右手螺旋，3.613螺旋，角蛋白中含量多 （2）β片层：锯齿状结构，伸展性好 （3）β转角：U形结构，球蛋白中含量多 （4）不规则卷曲： 超二级结构：定义、重要性和意义 结构域：定义、重要性和意义 三.蛋白质的三级结构 定义：氨基酸残基，包括主链和侧链形成的全部空间结构 一级结构决定空间结构和生理功能 举例：肌红蛋白—球状 免疫球蛋白—T型 蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠次级键——疏水键、离子键（盐键）、氢键和Van der Waals力等。疏水性氨基酸的侧链R基为疏水基团，有避开水，相互聚集而藏于蛋白质分子内部的自然趋势，这种结合力叫疏水键 四.蛋白质的四级结构 定义：亚基集结，最高层次的空间结构 举例：血红蛋白—亚基组成（血红素辅基）、亚基间维系力量（盐键和氢键）、排布方式、 生理功能（运氧） 小结： 蛋白质空间结构的维系力量： 种类：氢键—主要维系二级结构 盐键：—主要维系四级结构 疏水键：—主要维系三级结构 范得华力 性质：非共价键 二硫键： 性质：共价键 形成：巯基脱氢氧化 功能：加固空间结构 举例：胰岛素和核糖核酸酶 五、蛋白质结构和功能的关系 蛋白质一级结构和功能的关系 关系：关键部位氨基酸残基改变，或整条多肽链缺失导致生理功能改变。 举例：分子病 蛋白质空间结构和功能的关系 三级结构层次：角蛋白—a螺旋—保护功能 胶原蛋白—三股超螺旋—抗张力 丝蛋白—β片层—延展性 四级结构层次：变构作用—定义 举例：血红蛋白（变构剂、调节亚基、催化亚基、氧离曲线） 第三学时： 第三节 蛋白质的理化性质 一、 胶体性质 分子直径大，不能透过半透膜 临床应用、实验室应用 二、 两性电离和等电点 蛋白质是由氨基酸组成，其分子末端除有自由的α-NH2和α-COOH外，许多氨基酸残基的侧链上尚有可解离的基因，这些基团在溶液一定pH条件下可以解离成带负电荷或正电荷的基团。当蛋白质溶液在某一pH时，蛋白质解离成正负离子的趋势相等，即成兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点（isoelectric point,PI）。蛋白质溶液的pH大于等电点时，该蛋白质颗粒带负电荷，小于等电点时则带正电荷。临床应用、实验室应用 三、 紫外吸收 紫外吸收的分子基础：色氨酸、酪氨酸 紫外吸收的波长：280nm 紫外吸收的应用：蛋白质定量分析 四、 蛋白质的变性和复性 变性：理化因素（加热、强酸碱、有机溶剂等） 在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性丧失。 一级结构保持，空间结构破坏 活性丧失 复性：变性程度轻 恢复空间结构 恢复活性 在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，称为蛋白质的变性(denaturation)。 1． 蛋白质变性的特征：蛋白质变性的主要特征是生物活性丧失。 2． 蛋白质变性的本质：一般认为蛋白质的变性主要发生二硫键和非共价键的破坏，蛋白质变性是蛋白质空间构象的改变或破坏，不涉及一级结构中氨基酸序列的改变。 3． 蛋白质变性的意义：在临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外, 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂(如疫苗等)的必要条件。 4. 若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，有些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(renaturation)。图1-17所示。但是许多蛋白质变性后，空间构象严重被破坏，不能复原，称为不可逆性变性。 5. 蛋白质经强酸、强碱作用发生变性后，仍能溶解于强酸或强碱溶液中，若将pH调至等电点，则变性蛋白质立即结成絮状的不溶解物，此絮状物仍可溶解于强酸和强碱中。如再加热则絮状物可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中，这种现象称为蛋白质的凝固作用(protein coagulation)。 第四节 蛋白质的分类 （自学） 一、根据化学组成不同：单纯蛋白（仅氨基酸），溶解度不同 结合蛋白（氨基酸和辅基），辅基不同 二、根据分子形状不同：纤维状：长短轴之比＞10，例如胶原蛋白、弹性蛋白、 角蛋白 球状：长短轴之比＜10，例如酶、激素等 三、根据功能不同：保护蛋白、酶蛋白…… 课 思考： 后 分 析 1、试述蛋白质的生理功能 2、蛋白质的二级结构有哪些 3、结构域与超二级结构 4、两性电离与等电点 5、蛋白质变性与变构的比较 6、多肽和蛋白质的区别 7、维系蛋白质一级和空间结构的力量 8、胰岛素是不是属于具有四级结构的蛋白质？ 9、什么是蛋白质的别构作用？ 菏泽医学专科学校教务处