【2017年整理】2第一章 蛋白质的结构和功能.docVIP

第一篇 生物分子结构与功能 本篇讨论生命体内重要生物分子的结构与功能，包括蛋白质、核酸、酶、聚糖和维生素，共五章。 众所周知，机体是由数以亿万计分子量大小不等的分子组成。参与机体构成并发挥重要身体功能的生物大分子通常都有一定的分子结构规律，即由一定的基本结构单位，按一定的排列顺序和连接方式而形成的多聚体。蛋白质和核酸是体内主要的生物大分子，各自有其结构特征，并分别行使不同的生理功能。核酸具有传递遗传信息等功能，而蛋白质几乎涉及所有的生理过程。两者的存在与配合，是诸如遗传、繁殖、生长、运动、物质代谢等生命现象的基础。因此研究机体的分子结构与功能必须先深人了解这两位生物大分子。酶是一类重要的蛋白质分子，是生物体内的催化剂；体内几乎所有的化学反应都由特异性的酶来催化，这为生物体能进行如此复杂而周密的新陈代谢及其精细的时空调节，提供了基本保证。 聚糖是继蛋白质、核酸后被重视的结构复杂且有规律可循的重要分子之一，与蛋白质、脂质等构成复合糖类，如糖蛋白、蛋白多糖、糖脂，在各种生命活动发挥作用。维生素尽管为小分子化合物，但是维系人体正常生命活动所必需的要素，在各种代谢途径中都发挥重要作用，包括参与抗氧化、钙磷代谢及凝血过程等。 学习这一部分内容时，要重点掌握上述生物体内重要分子的结构特性、功能及基本的理化性质与应用，这对理解生命的本质具有重要意义，也为后续课程的学习打下基础。 第一章 蛋白质的结构与功能 蛋白质是生命活动的最主要的载体，更是功能执行者。因此，蛋白质是生物体内最重要的生物大分子之一。早在1838年，荷兰科学家G. J. Mulder引人“protein”（源自希腊字proteios,意为primary)一词来表示这类分子。1833年从麦芽中分离淀粉酶，随后从胃液中分离到类似胃蛋白酶的物质，推动了以酶为主体的蛋白质研究；1864年，血红蛋白被分离并结晶；19世纪末，证明蛋白质由氨基酸组成，并利用氨基酸合成了多种短肽；20世纪初，应用X线衍射技术发现了蛋白质的二级结构—a-螺旋，以及完成了胰岛素一级结构测定；20世纪中叶各种蛋白质分析技术相继建立，促进了蛋白质研究迅速发展；1962年，确定了血红蛋白的四级结构；20世纪90年代以后，随着人类基因组计划实施，功能基因组与蛋白质组计划的展开，特别是对蛋白质复杂多样的结构功能、相互作用与动态变化的深人研究，使蛋白质结构与功能的研究达到新的高峰。 7 8 第一篇 生物分子结构与功能 第一节蛋白质的分子组成 生物体结构越复杂，其蛋白质种类和功能也越繁多。具有复杂空间结构的蛋白质（protein)不仅是生物体的重要结构物质之一，而且承担着各种生物学功能，其动态功能包括化学催化反应、免疫反应、血液凝固、物质代谢调控、基因表达调控和肌收缩等功能；就其结构功能而言，蛋白质提供结缔组织和骨的基质、形成组织形态等。显而易见，普遍存在于生物界的蛋白质是生物体的重要组成成分和生命活动的基本物质基础，也是生物体中含量最丰富的生物大分子（bio-macromolecule），约占人体固体成分的45％，而在细胞中可达细胞干重的70%以上。蛋白质分布广泛，几乎所有的器官组织都含有蛋白质。一个真核细胞可有数万种蛋白质，各自有特殊的结构和功能。 尽管蛋白质的种类繁多，结构各异，但元素组成相似，主要有碳（50%一55%）、氢（6％－7%）、氧（19% -.24%）、氮（13%一19%）和硫（0-4%）。有些蛋白质还含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钻、钥等，个别蛋白质还含有碘。各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%。由于蛋白质是体内的主要含氮物质，因此测定生物样品的含氮量就可按下式推算出蛋白质大致含量。 每克样品含氮克数x6. 25 x 100 =100g样品中蛋白质含量（g%） 一、组成人体蛋白质的20种L-a-氨基酸 人体内所有蛋白质都是以20种氨基酸（amino acid)为原料合成的多聚体，因此氨基酸是组成蛋白质的基本单位，只是不同蛋白质的各种氨基酸的含量与排列顺序不同而已。蛋白质受酸、碱或蛋白酶作用而水解产生游离氨基酸。存在于自然界中的氮基酸有300余种，但被生物体直接用于合成蛋白质的仅有20种，且均属L-a一氨基酸（除甘氨酸外）。 由图1-1可见，连在一C00一基上的碳称为a一碳原子，为不对称碳原子（甘氨酸除外），不同的氨基酸其侧链（R）结构各异。 除了20种基本的氨基酸外，近年发现硒代半胱氨酸在某些情况下也可用于合成蛋白质。硒代半胱氨酸从结构上来看，硒原子替代了半胱氨酸分子中的硫原子。硒代半胱氨酸存在于少数天然蛋白质中，包括过氧化物酶和电子传递链中的还原酶等。硒代半胱氨酸参与蛋白质合成时，并不是由目前已知的密码子编码，具体机制尚不完全清楚。 体内也存在若干不参与蛋白质合成