教 案 首 頁
| 課程名稱 | 生物化學 | 年級 | 專業(yè)、層次 | 本科臨床醫(yī)學類 | ||||||||
| 授課教師 | 職稱 | 課型（大、小) | 大 | 學時 | 5 | |||||||
| 授課題目（章、節(jié)) | 第一章 蛋白質的結構與功能 | |||||||||||
| 教材名稱 | 《生物化學》第七版 | |||||||||||
| 作者 | 查錫良 | 出版社 | 人民衛(wèi)生出版社 | |||||||||
| 主要參考書 （注明頁數(shù)) | Petsko,G.A等著. 蛋白質結構與功能入門. 科學出版社(2009). 第一章. | |||||||||||
| 目的與要求： 1. 掌握：氨基酸的分類。氨基酸及蛋白質的兩性解離及等電點。肽鍵、肽、多肽鏈、氨基酸殘基及生物活性肽的概念。蛋白質一、二、三、四級結構的概念、結構特征及維系鍵。蛋白質結構改變與分子病的關系。蛋白質變性的概念。 2. 熟悉：多肽鏈的基本結構。氨基酸及蛋白質的紫外吸收性質及茚三酮反應。醫(yī)學上重要多肽的結構特點和生理功能。蛋白質的分離與純化方法。 3. 了解：分子伴侶在蛋白質空間結構形成中的作用。瘋牛病的發(fā)病機制。蛋白質一級結構的測定步驟。蛋白質空間結構的測定。 | ||||||||||||
| 教學內容與時間安排、教學方法： 1.教學內容與時間安排 蛋白質的分子組成 1 學時 蛋白質的分子結構 2 學時 蛋白質的理化性質及分離純化 2 學時 2. 教學方法： 講授+演示+啟發(fā)+討論。 | ||||||||||||
| 教學重點及如何突出重點、難點及如何突破難點： 1. 重點：蛋白質一、二、三、四級結構的特征；蛋白質的兩性解離與等電點；蛋白質的變性。 2. 難點：蛋白質的空間結構。 3. 課件色彩及語言強調突出重點；采用圖片及動畫演示理解難點。
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| 教研室審閱意見：
同意。
教研室主任簽名：李洪 2009 年2 月 28 日 | ||||||||||||
| 基 本 內 容 | 課堂設計和時間安排 | |||||||||||
| 第一節(jié) 蛋白質的分子組成 組成蛋白質分子的主要化學元素包括：C、H、O、N、S等。 ☆其中，在不同蛋白質樣品中，N元素的含量相對穩(wěn)定，約為16%，故每克氮相當于6.25（100/16)克蛋白質。 一、氨基酸 組成蛋白質的基本單位是氨基酸（amino acid)。如將天然的蛋白質完全水解，最后都可得到約20種不同的氨基酸。 這些氨基酸中，大部分屬于L-a-氨基酸。其中，脯氨酸屬于L-a-亞氨基酸，而甘氨酸則屬于a-氨基酸。 ☆（一)氨基酸的分類： 1. 酸性氨基酸——Glu，Asp； 2. 堿性氨基酸——His，Arg，Lys； 3. 中性氨基酸——可分為： a) 極性氨基酸：Tyr，Cys，Ser，Thr，Asn，Gln，Met，Trp； b) 非極性氨基酸：Gly，Ala，Val，Leu，Ile，Pro，Phe。 （二)氨基酸的理化性質： 1．兩性解離及等電點： 氨基酸分子是一種兩性電解質。 氨基酸分子中同時帶有可解離的弱堿性基團（-NH3→ - NH4+)和弱酸性基團（-COOH→ - COO -)。 ☆氨基酸分子帶有相等正、負電荷時，溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點（isoelectric point, pI)。 2．紫外吸收性質： 天然蛋白質分子的20種氨基酸，以色氨酸和酪氨酸對紫外光有較強的光吸收。☆其吸收峰在280nm左右，以色氨酸吸收最強。 可利用此性質采用紫外分光光度法測定蛋白質的含量。 3．茚三酮反應： 氨基酸可與茚三酮縮合產(chǎn)生藍紫色化合物，其最大吸收峰在570nm。 二、肽 （一)肽鍵與肽鏈： 蛋白質是由若干氨基酸的氨基與羧基經(jīng)脫水縮合而連接起來形成的長鏈化合物。 一個氨基酸分子的a-羧基與另一個氨基酸分子的a-氨基在適當?shù)臈l件下經(jīng)脫水縮合即生成肽（peptide)。 兩氨基酸單位之間的酰胺鍵，稱為肽鍵。 多肽鏈中的氨基酸單位稱為氨基酸殘基。 ☆多肽鏈具有方向性，頭端為氨基端（N端)，尾端為羧基端（C端)。 （二)生物活性肽： 生物體內具有一定生物學活性的肽類物質稱生物活性肽。 重要的生物活性肽有谷胱甘肽、神經(jīng)肽、肽類激素等。 谷胱甘肽（glutathione, GSH)： 有還原型（GSH)與氧化型（GSSG)兩種存在形式。 生理功用：解毒作用；參與氧化還原反應；保護巰基酶的活性；維持紅細胞膜結構的穩(wěn)定。 第二節(jié) 蛋白質的分子結構與功能 蛋白質是由許多氨基酸單位通過肽鍵連接起來的，具有特定分子結構的高分子化合物。 由于蛋白質的分子結構非常復雜，為了便于研究、描述和理解，故根據(jù)丹麥科學家Linderstrom-Lang的建議，人為將蛋白質的分子結構劃分為一、二、三、四級結構四個結構層次。 ☆除一級結構外，蛋白質的二、三、四級結構都屬于空間結構，即構象（conformation)。 構象是由于有機分子中單鍵的旋轉所形成的。 蛋白質的構象通常由非共價鍵（次級鍵)來維系。 非共價鍵(次級鍵)有： 1. 氫鍵 ：在蛋白質分子中，由于存在數(shù)目眾多的氫鍵，故氫鍵在穩(wěn)定蛋白質的空間結構上起著重要的作用。 2. 疏水鍵：非極性物質在含水的極性環(huán)境中存在時，會產(chǎn)生一種相互聚集的力，這種力稱為疏水鍵或疏水作用力（hydrophobic interaction)。 3. 離子鍵：離子鍵，又稱為鹽鍵（salt bond)是由帶正電荷基團與帶負電荷基團之間相互吸引而形成的化學鍵。 4．范德華氏引力（van der Waals force)：原子之間存在的相互作用力。 二、 蛋白質的一級結構 ☆蛋白質的一級結構（primary structure)是指蛋白質多肽鏈中通過肽鍵連接起來的氨基酸的排列順序，即多肽鏈的線狀結構。 ☆維系蛋白質一級結構的主要化學鍵為肽鍵(peptide bond)。 細胞色素c一級結構與生物進化的關系。 在鐮刀狀紅細胞貧血患者中，由于基因突變導致血紅蛋白b-鏈第六位氨基酸殘基由谷氨酸改變?yōu)槔i氨酸，血紅蛋白的親水性明顯下降，從而發(fā)生聚集，使紅細胞變?yōu)殓牭稜睢? 三、蛋白質的二級結構 ☆蛋白質的二級結構(secondary structure)是指蛋白質多肽鏈主鏈原子局部的空間結構，但不包括與其他肽段的相互關系及側鏈構象的內容。 維系蛋白質二級結構的主要化學鍵是氫鍵。 ☆★肽鍵平面——由于肽鍵具有部分雙鍵的性質，使參與肽鍵構成的六個原子被束縛在同一平面上，這一平面稱為肽鍵平面（酰胺平面，肽單元)。 蛋白質二級結構的類型：蛋白質的二級結構主要包括a-螺旋，b-折疊，b-轉角及無規(guī)卷曲等幾種類型。 ☆★a-螺旋是多肽鏈的主鏈原子沿一中心軸盤繞所形成的有規(guī)律的螺旋構象，其結構特征為： ⑴ 為一右手螺旋； ⑵ 螺旋每圈包含3.6個氨基酸殘基，螺距為5.44埃； ⑶ 螺旋以氫鍵維系。 ☆影響a-螺旋穩(wěn)定的因素有： ⑴ 極大的側鏈基團（存在空間位阻)； ⑵ 連續(xù)存在的側鏈帶有相同電荷的氨基酸殘基（同種電荷的互斥效應)； ⑶ 有Pro等亞氨基酸存在（不能形成氫鍵)。 ☆★b-折疊是由若干肽段或肽鏈排列起來所形成的扇面狀片層構象，其結構特征為： ⑴ 由若干條肽段或肽鏈平行或反平行排列組成片狀結構； ⑵ 主鏈骨架伸展呈鋸齒狀； ⑶ 借相鄰主鏈之間的氫鍵維系。 ☆b-轉角（ b-turn)是多肽鏈180°回折部分所形成的一種二級結構，其結構特征為： ⑴ 主鏈骨架本身以大約180°回折; ⑵ 回折部分通常由四個氨基酸殘基構成; ⑶ 構象依靠第一殘基的-CO基與第四殘基的-NH基之間形成氫鍵來維系。 ☆無規(guī)卷曲是指多肽鏈主鏈部分形成的無規(guī)律的卷曲構象。 對于特定的蛋白質分子而言，其無規(guī)卷曲部分的構象則是特異的。 ☆★模體（motif)：在蛋白質分子中，若干具有二級結構的肽段在空間上相互接近，形成具有特殊功能的結構區(qū)域，稱模體（motif)，也可稱為蛋白質分子的超二級結構。 四、蛋白質的三級結構 ☆蛋白質的三級結構(tertiary structure)是指蛋白質分子或亞基內所有原子的空間排布，也就是一條多肽鏈的完整的三維結構。 ☆維系三級結構的化學鍵主要是非共價鍵（次級鍵)，如疏水鍵、氫鍵、鹽鍵、范氏引力等，但也有共價鍵，如二硫鍵等。 ☆★結構域（domain)：在一級結構上相距較遠的氨基酸殘基，通過三級結構的形成，多肽鏈的彎折，彼此聚集在一起，從而形成一些在功能上相對獨立的，結構較為緊湊的區(qū)域，稱為結構域。 五、蛋白質的四級結構 ☆蛋白質的四級結構（quaternary structure)就是指蛋白質分子中亞基的立體排布，亞基間的相互作用與接觸部位的布局。 ☆亞基（subunit)就是指參與構成蛋白質四級結構的、每條具有三級結構的多肽鏈。 ☆維系蛋白質四級結構的是氫鍵、鹽鍵、范氏引力、疏水鍵等非共價鍵。 血紅蛋白的四級結構與功能的關系。氧飽和曲線�！钭儤嬓�。 瘋牛�。赫Ｐ问降牡鞍祝≒rPC)多個α-螺旋錯誤折疊成致病蛋白（PrPSc)β-折疊而組成的。 第三節(jié) 蛋白質的理化性質及其分離純化 一、蛋白質的理化性質 （一)蛋白質的兩性解離與等電點： 由于蛋白質分子中氨基酸殘基的側鏈上存在游離的氨基和游離的羧基，因此蛋白質與氨基酸一樣具有兩性解離的性質，因而也具有特定的等電點（pI)。 ☆同樣，當溶液pH＝pI時，蛋白質所帶正、負電荷相等；當溶液pH＞pI時，蛋白質帶凈負電荷；當溶液pH＜pI時，蛋白質帶凈正電荷。 （二)蛋白質的膠體性質： 蛋白質分子的顆粒直徑已達1~100nm，處于膠體顆粒的范圍。因此，蛋白質具有親水溶膠的性質。 ☆蛋白質分子表面的水化膜和表面電荷是穩(wěn)定蛋白質親水溶膠的兩個重要因素。 （三)蛋白質的變性、沉淀和凝固： ☆在某些物理或化學因素的作用下，蛋白質嚴格的空間結構被破壞（不包括肽鍵的斷裂)，從而引起蛋白質若干理化性質和生物學性質的改變，稱為蛋白質的變性(denaturation)。 變性蛋白質的性質改變： ① 物理性質：旋光性改變，溶解度下降，沉降率升高，粘度升高，光吸收度增加等； ② 化學性質：官能團反應性增加，易被蛋白酶水解。 ③ 生物學性質：原有生物學活性喪失，抗原性改變。 蛋白質分子相互聚集而從溶液中析出的現(xiàn)象稱為沉淀（precipitation)。 變性后的蛋白質由于疏水基團的暴露而易于沉淀，但沉淀的蛋白質不一定都是變性后的蛋白質。 加熱使蛋白質變性并凝聚成塊狀稱為凝固（coagulation)。 因此，凝固的蛋白質一定發(fā)生變性。 二、蛋白質的分離和純化 （一)鹽析與有機溶劑沉淀： ☆1. 鹽析：在蛋白質溶液中加入大量中性鹽，以破壞蛋白質的膠體性質，使蛋白質從溶液中沉淀析出，稱為鹽析（salt precipitation)。 鹽析時，溶液的pH在蛋白質的等電點處效果最好。 鹽析沉淀蛋白質時，通常不會引起蛋白質的變性。 分段鹽析：半飽和硫酸銨溶液可沉淀分子量較大的www.med126.com血漿球蛋白，而飽和硫酸銨溶液可沉淀分子量較小的血漿清蛋白。 因此，使用不同濃度的硫酸銨溶液就可將分子量不同的蛋白質進行初步分離。 有機溶劑沉淀蛋白質：凡能與水以任意比例混合的有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮等，均可用于沉淀蛋白質。 沉淀原理是：① 脫水作用；② 使水的介電常數(shù)降低，蛋白質溶解度降低。 （二)電泳：☆帶電粒子在電場中移動的現(xiàn)象稱為電泳。 不同蛋白質分子所帶電荷量不同，且分子大小也不同，故在電場中的移動速率也不同，據(jù)此可互相分離。 （三)層析：層析是一種利用混合物中各組分理化性質的差異，在相互接觸的兩相（固定相與流動相)之間的分布不同而進行分離分析的技術方法。 主要的層析技術有離子交換層析，凝膠層析，吸附層析及親和層析等。 （四)超速離心：利用物質密度的不同，經(jīng)超速離心后，分布于不同的液層而分離。 超速離心也可用來測定蛋白質的分子量，蛋白質的分子量與其沉降系數(shù)S成正比。 三、氨基酸順序分析 蛋白質多肽鏈的氨基酸順序分析，即蛋白質一級結構的測定，主要包括以下幾個步驟： 1. 分離純化蛋白質，得到一定量的蛋白質純品。 2. 取一定量的樣品進行完全水解，再用氨基酸自動分析儀，測定蛋白質的氨基酸組成。 3. 分析蛋白質的N-端和C-端氨基酸。 通常采用2,4-二硝基氟苯（DNFB)法和肼解法分別確定蛋白質的N-端和C-端氨基酸殘基。 ☆4. 采用特異性的酶（如胰蛋白酶)或化學試劑（如溴化氰)將蛋白質裂解成為長短不一的若干條肽段（必須作兩套)。 5. 分離純化單一肽段。 6. 使用氨基酸醫(yī)學全.在線quanxiangyun.cn順序測定儀，測定各條肽段的氨基酸順序。一般采用Edman降解法，用異硫氰酸苯酯進行反應，將氨基酸降解后，逐一進行測定。 7. 將兩套不同肽段的氨基酸順序進行比較，以獲得完整蛋白質分子的氨基酸順序。 | 1 學時 ☆ —— 重點 ★ —— 難點 設問 動畫演示 重點強調 設問、動畫演示 重點強調 圖片展示
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重點強調、設問
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設問 圖片展示+舉例 動畫演示+重點強調 圖片展示+舉例 動畫演示 動畫演示+圖片展示 舉例+重點強調 動畫演示+圖片展示 舉例
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| 小 結 | 1. 蛋白質的化學組成特點。氨基酸的結構特點及分類。氨基酸的理化性質。 2. 蛋白質一級、二級、三級和四級結構的特征。 3. 模體和結構域的結構特征。 4. 蛋白質的理化性質。 5. 蛋白質分子結構與功能的關系，蛋白質理化性質與功能的關系。 6. 分離純化蛋白質的主要技術方法。 7. 蛋白質氨基酸序列的測定。 | |||||||||||
| 復 習 思 考 題 、作 業(yè) 題 | 一、名詞解釋 1.等電點；2. 蛋白質的一級結構；3. 蛋白質的二級結構；4. 蛋白質的三級結構；5. 蛋白質的四級結構；6. 模體；7. 結構域；8. 鹽析；9. 亞基；10. 肽鍵平面；11. 蛋白質的變性。 二、問答題 1. 蛋白質的α-螺旋結構的特征及其影響因素有哪些？ 2. 舉例說明蛋白質分子結構與功能的關系。 3. 怎樣測定蛋白質分子的一級結構？ 4. 什么是蛋白質的變性？在醫(yī)學上有何應用？ 5. 哪些技術方法可應用于蛋白質的分離純化？
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| 下 次 課 預 習 要 點 | 第二章 核酸的結構與功能 1. 核酸的化學組成：含氮堿、戊糖、磷酸。 2. 核苷和核苷酸的分子結構。 3. 核苷酸的命名方法及縮寫符號。 4. DNA和RNA的一級結構。
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| 實 施 情 況 及 分 析 |
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