教 案 首 頁
| 課程名稱 | 生物化學(xué) | 年級 | 專業(yè)、層次 | 本科臨床醫(yī)學(xué)類 | ||||||||
| 授課教師 | 職稱 | 課型（大、小) | 大 | 學(xué)時 | 5 | |||||||
| 授課題目（章、節(jié)) | 第一章 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 | |||||||||||
| 教材名稱 | 《生物化學(xué)》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(zhì)結(jié)構(gòu)與功能入門. 科學(xué)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(zhì)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(zhì)一、二、三、四級結(jié)構(gòu)的概念、結(jié)構(gòu)特征及維系鍵。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變與分子病的關(guān)系。蛋白質(zhì)變性的概念。 2. 熟悉：多肽鏈的基本結(jié)構(gòu)。氨基酸及蛋白質(zhì)的紫外吸收性質(zhì)及茚三酮反應(yīng)。醫(yī)學(xué)上重要多肽的結(jié)構(gòu)特點和生理功能。蛋白質(zhì)的分離與純化方法。 3. 了解：分子伴侶在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)形成中的作用。瘋牛病的發(fā)病機制。蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定步驟。蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的測定。 | ||||||||||||
| 教學(xué)內(nèi)容與時間安排、教學(xué)方法： 1.教學(xué)內(nèi)容與時間安排 蛋白質(zhì)的分子組成 1 學(xué)時 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) 2 學(xué)時 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及分離純化 2 學(xué)時 2. 教學(xué)方法： 講授+演示+啟發(fā)+討論。 | ||||||||||||
| 教學(xué)重點及如何突出重點、難點及如何突破難點： 1. 重點：蛋白質(zhì)一、二、三、四級結(jié)構(gòu)的特征；蛋白質(zhì)的兩性解離與等電點；蛋白質(zhì)的變性。 2. 難點：蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。 3. 課件色彩及語言強調(diào)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(nèi) 容 | 課堂設(shè)計和時間安排 | |||||||||||
| 第一節(jié) 蛋白質(zhì)的分子組成 組成蛋白質(zhì)分子的主要化學(xué)元素包括：C、H、O、N、S等。 ☆其中，在不同蛋白質(zhì)樣品中，N元素的含量相對穩(wěn)定，約為16%，故每克氮相當(dāng)于6.25（100/16)克蛋白質(zhì)。 一、氨基酸 組成蛋白質(zhì)的基本單位是氨基酸（amino acid)。如將天然的蛋白質(zhì)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(zhì)： 1．兩性解離及等電點： 氨基酸分子是一種兩性電解質(zhì)。 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(zhì)： 天然蛋白質(zhì)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(zhì)采用紫外分光光度法測定蛋白質(zhì)的含量。 3．茚三酮反應(yīng)： 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(zhì)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(dāng)?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(nèi)具有一定生物學(xué)活性的肽類物質(zhì)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(yīng)；保護巰基酶的活性；維持紅細胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。 第二節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與功能 蛋白質(zhì)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(jié)構(gòu)的高分子化合物。 由于蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，為了便于研究、描述和理解，故根據(jù)丹麥科學(xué)家Linderstrom-Lang的建議，人為將蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)劃分為一、二、三、四級結(jié)構(gòu)四個結(jié)構(gòu)層次。 ☆除一級結(jié)構(gòu)外，蛋白質(zhì)的二、三、四級結(jié)構(gòu)都屬于空間結(jié)構(gòu)，即構(gòu)象（conformation)。 構(gòu)象是由于有機分子中單鍵的旋轉(zhuǎn)所形成的。 蛋白質(zhì)的構(gòu)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(zhì)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(zhì)的空間結(jié)構(gòu)上起著重要的作用。 2. 疏水鍵：非極性物質(zhì)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(xué)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(zhì)的一級結(jié)構(gòu) ☆蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（primary structure)是指蛋白質(zhì)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(jié)構(gòu)。 ☆維系蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵為肽鍵(peptide bond)。 細胞色素c一級結(jié)構(gòu)與生物進化的關(guān)系。 在鐮刀狀紅細胞貧血患者中，由于基因突變導(dǎo)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(zhì)的二級結(jié)構(gòu) ☆蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)(secondary structure)是指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈原子局部的空間結(jié)構(gòu)，但不包括與其他肽段的相互關(guān)系及側(cè)鏈構(gòu)象的內(nèi)容。 維系蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵是氫鍵。 ☆★肽鍵平面——由于肽鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，使參與肽鍵構(gòu)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(zhì)二級結(jié)構(gòu)的類型：蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)主要包括a-螺旋，b-折疊，b-轉(zhuǎn)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(gòu)象，其結(jié)構(gòu)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(cè)鏈基團（存在空間位阻)； ⑵ 連續(xù)存在的側(cè)鏈帶有相同電荷的氨基酸殘基（同種電荷的互斥效應(yīng))； 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(gòu)象，其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)； 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(zhuǎn)角（ b-turn)是多肽鏈180°回折部分所形成的一種二級結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)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(gòu)成; ⑶ 構(gòu)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(gòu)象。 對于特定的蛋白質(zhì)分子而言，其無規(guī)卷曲部分的構(gòu)象則是特異的。 ☆★模體（motif)：在蛋白質(zhì)分子中，若干具有二級結(jié)構(gòu)的肽段在空間上相互接近，形成具有特殊功能的結(jié)構(gòu)區(qū)域，稱模體（motif)，也可稱為蛋白質(zhì)分子的超二級結(jié)構(gòu)。 四、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) ☆蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)(tertiary structure)是指蛋白質(zhì)分子或亞基內(nèi)所有原子的空間排布，也就是一條多肽鏈的完整的三維結(jié)構(gòu)。 ☆維系三級結(jié)構(gòu)的化學(xué)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(jié)構(gòu)域（domain)：在一級結(jié)構(gòu)上相距較遠的氨基酸殘基，通過三級結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)較為緊湊的區(qū)域，稱為結(jié)構(gòu)域。 五、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) ☆蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)（quaternary structure)就是指蛋白質(zhì)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(gòu)成蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)的、每條具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈。 ☆維系蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。氧飽和曲線�！钭儤�(gòu)效應(yīng)。 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(zhì)的理化性質(zhì)及其分離純化 一、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì) （一)蛋白質(zhì)的兩性解離與等電點： 由于蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的側(cè)鏈上存在游離的氨基和游離的羧基，因此蛋白質(zhì)與氨基酸一樣具有兩性解離的性質(zhì)，因而也具有特定的等電點（pI)。 ☆同樣，當(dāng)溶液pH＝pI時，蛋白質(zhì)所帶正、負電荷相等；當(dāng)溶液pH＞pI時，蛋白質(zhì)帶凈負電荷；當(dāng)溶液pH＜pI時，蛋白質(zhì)帶凈正電荷。 （二)蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)： 蛋白質(zhì)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(zhì)具有親水溶膠的性質(zhì)。 ☆蛋白質(zhì)分子表面的水化膜和表面電荷是穩(wěn)定蛋白質(zhì)親水溶膠的兩個重要因素。 （三)蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固： ☆在某些物理或化學(xué)因素的作用下，蛋白質(zhì)嚴格的空間結(jié)構(gòu)被破壞（不包括肽鍵的斷裂)，從而引起蛋白質(zhì)若干理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)的改變，稱為蛋白質(zhì)的變性(denaturation)。 變性蛋白質(zhì)的性質(zhì)改變： ① 物理性質(zhì)：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(xué)性質(zhì)：官能團反應(yīng)性增加，易被蛋白酶水解。 ③ 生物學(xué)性質(zhì)：原有生物學(xué)活性喪失，抗原性改變。 蛋白質(zhì)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(zhì)由于疏水基團的暴露而易于沉淀，但沉淀的蛋白質(zhì)不一定都是變性后的蛋白質(zhì)。 加熱使蛋白質(zhì)變性并凝聚成塊狀稱為凝固（coagulation)。 因此，凝固的蛋白質(zhì)一定發(fā)生變性。 二、蛋白質(zhì)的分離和純化 （一)鹽析與有機溶劑沉淀： ☆1. 鹽析：在蛋白質(zhì)溶液中加入大量中性鹽，以破壞蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)，使蛋白質(zhì)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(zhì)的等電點處效果最好。 鹽析沉淀蛋白質(zhì)時，通常不會引起蛋白質(zhì)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(zhì)進行初步分離。 有機溶劑沉淀蛋白質(zhì)：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(zhì)。 沉淀原理是：① 脫水作用；② 使水的介電常數(shù)降低，蛋白質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(shù)方法。 主要的層析技術(shù)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(zhì)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(zhì)的分子量，蛋白質(zhì)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(zhì)多肽鏈的氨基酸順序分析，即蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定，主要包括以下幾個步驟： 1. 分離純化蛋白質(zhì)，得到一定量的蛋白質(zhì)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(zhì)的氨基酸組成。 3. 分析蛋白質(zhì)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(zhì)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(xué)試劑（如溴化氰)將蛋白質(zhì)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(xué)全.在線m.52667788.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(yīng)，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(zhì)分子的氨基酸順序。 | 1 學(xué)時 ☆ —— 重點 ★ —— 難點 設(shè)問 動畫演示 重點強調(diào) 設(shè)問、動畫演示 重點強調(diào) 圖片展示
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| 小 結(jié) | 1. 蛋白質(zhì)的化學(xué)組成特點。氨基酸的結(jié)構(gòu)特點及分類。氨基酸的理化性質(zhì)。 2. 蛋白質(zhì)一級、二級、三級和四級結(jié)構(gòu)的特征。 3. 模體和結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)特征。 4. 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)。 5. 蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，蛋白質(zhì)理化性質(zhì)與功能的關(guān)系。 6. 分離純化蛋白質(zhì)的主要技術(shù)方法。 7. 蛋白質(zhì)氨基酸序列的測定。 | |||||||||||
| 復(fù) 習(xí) 思 考 題 、作 業(yè) 題 | 一、名詞解釋 1.等電點；2. 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)；3. 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)；4. 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)；5. 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)；6. 模體；7. 結(jié)構(gòu)域；8. 鹽析；9. 亞基；10. 肽鍵平面；11. 蛋白質(zhì)的變性。 二、問答題 1. 蛋白質(zhì)的α-螺旋結(jié)構(gòu)的特征及其影響因素有哪些？ 2. 舉例說明蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。 3. 怎樣測定蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)？ 4. 什么是蛋白質(zhì)的變性？在醫(yī)學(xué)上有何應(yīng)用？ 5. 哪些技術(shù)方法可應(yīng)用于蛋白質(zhì)的分離純化？
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| 下 次 課 預(yù) 習(xí) 要 點 | 第二章 核酸的結(jié)構(gòu)與功能 1. 核酸的化學(xué)組成：含氮堿、戊糖、磷酸。 2. 核苷和核苷酸的分子結(jié)構(gòu)。 3. 核苷酸的命名方法及縮寫符號。 4. DNA和RNA的一級結(jié)構(gòu)。
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| 實 施 情 況 及 分 析 |
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