第二章蛋白质化学教学文案.ppt
第二章蛋白质化学三、蛋白质的化学组成三、蛋白质的化学组成(一)蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成基本元素:基本元素:C H O N S 5055%68%2023%5055%68%2023%1518%1518%04%04%其他元素(某些蛋白质)其他元素(某些蛋白质):P Fe Cu Zn Mo I Se 蛋白质的含氮量蛋白质的含氮量大多数蛋白质的含氮量接近于大多数蛋白质的含氮量接近于16%16%蛋白质氮占生物组织中所有含氮物质的蛋白质氮占生物组织中所有含氮物质的绝大部分绝大部分所以,可以根据生物样品中的含氮量来所以,可以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质的大概含量计算蛋白质的大概含量.蛋白质含量(克蛋白质含量(克%)=每克生物样品中含每克生物样品中含氮的克数氮的克数 6.25 6.25(二)蛋白质的分子组成 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质 10 10 10 104 4 d d 示示 510 510 510 5103 3d d 胨胨胨胨 210 210 210 2103 3d d 多肽多肽多肽多肽 10 10 10 103 35105105105102 2d d d d 二肽二肽二肽二肽 210 210 210 2102 2d d 氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸101010102 2d d 月月(三)蛋白质的其他组分 蛋白质蛋白质 简单蛋白质简单蛋白质 结合蛋白质结合蛋白质 氨基酸部分氨基酸部分 非氨基酸部分非氨基酸部分 糖糖 脂脂 核酸核酸 辅因子辅因子三、蛋白质的基本单位三、蛋白质的基本单位-氨基酸氨基酸(一(一)氨基酸的结构特点氨基酸的结构特点 除除除除甘甘甘甘氨氨氨氨酸酸酸酸和和和和脯脯脯脯氨氨氨氨酸酸酸酸外外外外,其其其其他他他他均均均均具具具具有有有有如如如如下下下下结结结结构通式。构通式。构通式。构通式。-氨基酸氨基酸不变部分不变部分可变部分可变部分手性手性-碳原子碳原子天然氨基酸除脯氨酸和甘氨酸外,其余天然氨基酸除脯氨酸和甘氨酸外,其余均属于均属于L-L-氨基酸氨基酸。除甘氨酸外,氨基酸均含有一个手性除甘氨酸外,氨基酸均含有一个手性-碳原子,因此都碳原子,因此都具有旋光性和立体异构。具有旋光性和立体异构。各种氨基酸的区别在于各种氨基酸的区别在于侧链侧链R R基团基团(Radical)Radical)不同。不同。苏氨酸半胱氨酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸组氨酸赖氨酸精氨酸天冬氨酸谷氨酸天冬酰胺谷氨酰胺八种必需氨基酸:八种必需氨基酸:Thr,Lys,Val,LeuIle,Met,Tyr,Phe苏赖缬亮异亮,甲硫酪苯丙。(二)氨基酸的分类二)氨基酸的分类1.1.常见的天然氨基酸:常见的天然氨基酸:极性氨基酸极性氨基酸极性氨基酸极性氨基酸按极性分按极性分按极性分按极性分 非极性氨基酸非极性氨基酸非极性氨基酸非极性氨基酸 酸性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸 按酸碱性分按酸碱性分按酸碱性分按酸碱性分 碱性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸 中性氨基酸中性氨基酸中性氨基酸中性氨基酸Gly,Ala,Val,Leu.Ile,Phe,Met,Pro,TrpGly,Ala,Val,Leu.Ile,Phe,Met,Pro,Trp带电荷带电荷Ser,Thr,Asn,Gln,Tyr,CysSer,Thr,Asn,Gln,Tyr,Cys带正电带正电:His,Lys,Arg His,Lys,Arg带负电荷带负电荷:Asp,GLu.Asp,GLu.不带荷不带荷:极极性性氨氨基基酸酸氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸非非极极性性氨氨基基酸酸按营养状况分按营养状况分 必需氨基酸必需氨基酸 非必需氨基酸非必需氨基酸2.2.稀有氨基酸稀有氨基酸 是正常氨基酸的衍生物是正常氨基酸的衍生物 在遗传上没有直接的三联密码在遗传上没有直接的三联密码.(3)(3)非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸 不在蛋白质分子中出现的氨基酸不在蛋白质分子中出现的氨基酸 大多是大多是-氨基酸的衍生物氨基酸的衍生物 也有也有D-D-型和型和-、-、-氨基酸氨基酸.(三)氨基酸的理化性质:(三)氨基酸的理化性质:1.1.一般物理性质:一般物理性质:无色晶体,熔点极高,一般在无色晶体,熔点极高,一般在2002000 以上。以上。不同氨基酸有不同的味感。不同氨基酸有不同的味感。能溶于稀酸或稀碱,不溶于有机溶剂能溶于稀酸或稀碱,不溶于有机溶剂。2.2.两性解离及等电点:两性解离及等电点:氨基酸分子是一种两性电解质。氨基酸分子是一种两性电解质。通过改变溶液的通过改变溶液的pHpH可使氨基酸分子的解可使氨基酸分子的解离状态发生改变。离状态发生改变。PkPk2 2是是AAAA的的-NH-NH3 3+被滴定一半时的被滴定一半时的pHpH(NHNH3 3+释放释放H H+)PkPk1 1是是AAAA的的-coo-coo-被滴定一半时的被滴定一半时的pHpH(coo-coo-结合结合H H+)氨基酸的解离曲线l l等电点的概念等电点的概念:氨基酸分子上的氨基酸分子上的-NH-NH3 3+和和-COO-COO-解离度解离度完全相同;完全相同;氨基酸所带的净电荷为零;氨基酸所带的净电荷为零;些时溶液的些时溶液的pHpH值称为该氨基酸的等电值称为该氨基酸的等电点。点。等电点(等电点(pIpI)时溶解度最小。)时溶解度最小。等电点的推导等电点的推导Ala+=AlaH+K1移项:移项:Ala-=Ala K2H+根据等电点的定义根据等电点的定义:Ala+=Ala-AlaH+K1Ala K2H+=整理:K1 K2 Ala=Ala H+H+K1 K2=H+2两端取对数:-lg H+2=-lg K1-lg K2-lg K1=pk1 -lg K2=pk2 2(-lg H+)=pk1+pk2 根据pH 的定义得:pH=lg 1/H+=-lg H+2 pH=pk1+pk2pI=1/2(pk1+pk2)中性氨基酸:中性氨基酸:pI=(pKpI=(pK1 1+pK+pK2 2)/2)/2 酸性氨基酸:酸性氨基酸:pI=(pKpI=(pK1 1+pK+pKR-COOR-COO-)/2)/2 碱性氨基酸:碱性氨基酸:pI=(pKpI=(pK2 2+pK+pKR-NH2 R-NH2)/2)/2 p pK K 1 1指指-羧基离解常数的负对数值;羧基离解常数的负对数值;p pK K 2 2指指-氨基离解常数的负对数值氨基离解常数的负对数值p pK K R R指侧链指侧链R R基离解常数的负对数值。基离解常数的负对数值。3.3.紫外吸收性质:紫外吸收性质:色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸对紫外光有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸对紫外光有光吸收。光吸收。其吸收峰在其吸收峰在280nm280nm左右,左右,以以色色氨酸氨酸吸收最强。吸收最强。可采用紫外分分光度法测定蛋白质的含可采用紫外分分光度法测定蛋白质的含量。量。氨基酸的紫外吸收光谱4.4.氨基酸的化学反应氨基酸的化学反应(1)茚三酮反应 AA+水合茚三酮 蓝紫色化合物(2)甲醛反应 AA+甲醛 二羟甲基氨基酸(3)亚硝酸反应 AA+亚硝酸 -羟氨基酸+氮气+水加热pH8.3 (4 4)SangerSanger反应反应 AA+DNFB DNP AA+DNFB DNP氨基酸(黄色)氨基酸(黄色)(5 5)Dansyl-clDansyl-cl反应反应 AA+DNS-Cl DNP AA+DNS-Cl DNP氨基酸(荧光)氨基酸(荧光)(6 6)EdmanEdman反应反应 AA+PITC PTC-AA PTH-AA+H AA+PITC PTC-AA PTH-AA+H2OONaHCO3 pH8-9、室温pH9.7无水HFAA与茚三酮反应与茚三酮反应用途用途:常用于氨基酸的定性或定量分析。常用于氨基酸的定性或定量分析。水合茚三酮水合茚三酮茚三酮茚三酮用途用途:末端基氨基酸测定末端基氨基酸测定AA与二硝基氟苯(与二硝基氟苯(DNFBDNFB)的反应)的反应用途用途:末端基氨基酸测定末端基氨基酸测定AAAA与丹磺酰氯的反应与丹磺酰氯的反应四、肽四、肽(peptide)(peptide)(一)肽的概念(一)肽的概念肽肽肽肽:若干氨基酸通过肽键聚合而成的链状化合物。若干氨基酸通过肽键聚合而成的链状化合物。若干氨基酸通过肽键聚合而成的链状化合物。若干氨基酸通过肽键聚合而成的链状化合物。肽键肽键肽键肽键:肽分子中,一个氨基酸分子的肽分子中,一个氨基酸分子的肽分子中,一个氨基酸分子的肽分子中,一个氨基酸分子的-羧基与另羧基与另羧基与另羧基与另一个氨基酸分子的一个氨基酸分子的一个氨基酸分子的一个氨基酸分子的-氨基经脱水形成的酰胺键氨基经脱水形成的酰胺键氨基经脱水形成的酰胺键氨基经脱水形成的酰胺键(-CO-NH-CO-NH-CO-NH-CO-NH)。)。)。)。二肽二肽二肽二肽.三肽三肽三肽三肽:根据成肽的氨基酸数目命名根据成肽的氨基酸数目命名根据成肽的氨基酸数目命名根据成肽的氨基酸数目命名.寡肽:寡肽:寡肽:寡肽:10101010肽以下称之。肽以下称之。肽以下称之。肽以下称之。多肽:多肽:多肽:多肽:10101010肽以上称之。肽以上称之。肽以上称之。肽以上称之。氨基酸残基氨基酸残基氨基酸残基氨基酸残基:氨基酸成肽后已不完整,故称之。氨基酸成肽后已不完整,故称之。氨基酸成肽后已不完整,故称之。氨基酸成肽后已不完整,故称之。肽单位:肽单位:肽单位:肽单位:与肽键相连的六个原子与肽键相连的六个原子与肽键相连的六个原子与肽键相连的六个原子(C C C C 1 1 1 1,C,O,N,H,C,C,O,N,H,C,C,O,N,H,C,C,O,N,H,C 2 2 2 2)组成的肽平面。组成的肽平面。组成的肽平面。组成的肽平面。氨基酸残基与肽单位氨基酸的顺序:氨基酸的顺序:指从指从“N”“N”端端“C”“C”端端氨基酸的排列氨基酸的排列顺序。顺序。肽的表示法肽的表示法:按氨基酸的顺序依次读为某按氨基酸的顺序依次读为某氨酰氨酰某氨酰某氨酰某氨酸。某氨酸。如:谷氨酰半胱氨酰甘氨酸如:谷氨酰半胱氨酰甘氨酸.简称:谷胱甘肽简称:谷胱甘肽简式:简式:GluCysGly(二)肽结构的表示(二)肽结构的表示(三)生物活性肽:(三)生物活性肽:生生物物体体内内具具有有特特殊殊的的生生物物学学活活性性的的肽类物质。肽类物质。重要的有谷胱甘肽、神经肽、肽类重要的有谷胱甘肽、神经肽、肽类激素等。激素等。1.1.谷胱甘肽(谷胱甘肽(GSHGSH):全称为全称为-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。还原型(还原型(GSH)氧化型(氧化型(GSSG)谷胱甘肽的生理功用:谷胱甘肽的生理功用:参与氧化还原反应参与氧化还原反应 解毒作用解毒作用 保护巯基酶的活性保护巯基酶的活性-谷胱甘肽(谷胱甘肽(GSH)2.2.多肽类激素:多肽类激素:种类较多,生理功能各异。主要见于种类较多,生理功能各异。主要见于下丘脑及垂体分泌的激素。下丘脑及垂体分泌的激素。+H H3 3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-N-Tyr-Gly-Gly-Phe-MetMet-COO-COO-+H H3 3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-N-Tyr-Gly-Gly-Phe-LeuLeu-COO-COO-3 3、神经肽、神经肽脑啡肽脑啡肽LeoLeo脑啡肽脑啡肽有镇痛麻醉作用。有镇痛麻醉作用。五、五、蛋白质的结构蛋白质的结构一级结构一级结构-基本结构基本结构空间结构空间结构二级结构二级结构三级结构三级结构四级结构四级结构蛋白质的结构蛋白质的结构(一)蛋白质的一级结构(一)蛋白质的一级结构1、蛋白质的一级结构的概念蛋白质的一级结构的概念一级结构指多肽链的氨基酸组成、线性一级结构指多肽链的氨基酸组成、线性顺序、多肽链数目和关联。顺序、多肽链数目和关联。多肽链的氨基酸顺序,是蛋白质生物功多肽链的氨基酸顺序,是蛋白质生物功能的基础。能的基础。稳定一级结构的力:稳定一级结构的力:肽键、二硫键。肽键、二硫键。胰岛素(胰岛素(InsulinInsulin):):2 2、蛋白质一级结构的测定、蛋白质一级结构的测定 蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化学研究的基础。自从化学研究的基础。自从19531953年年F.SangerF.Sanger测定了胰岛素的一级结构以来,现在已测定了胰岛素的一级结构以来,现在已经有上千种不同蛋白质的一级结构被测经有上千种不同蛋白质的一级结构被测定。定。3.3.一级结构测定的意义:一级结构测定的意义:一级结构是研究高级结构的基础。一级结构是研究高级结构的基础。可以从分子水平阐明蛋白质的结构与功可以从分子水平阐明蛋白质的结构与功能的关系。能的关系。可以为生物进化理论提供依据。可以为生物进化理论提供依据。可以为人工合成蛋白质提供参考顺序。可以为人工合成蛋白质提供参考顺序。蛋白质一级结构的变异与分子病蛋白质一级结构的变异与分子病在镰刀状红细胞贫血患者中,由于基因在镰刀状红细胞贫血患者中,由于基因突变导致血红蛋白突变导致血红蛋白-链第六位氨基酸残链第六位氨基酸残基由谷氨酸改变为缬氨酸,血红蛋白的基由谷氨酸改变为缬氨酸,血红蛋白的亲水性明显下降,从而发生聚集,使红亲水性明显下降,从而发生聚集,使红细胞变为镰刀状。细胞变为镰刀状。氨基酸顺序氨基酸顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 HbA Val.His.Leu.Thr.Pro.Glu.Glu.Lys HbS Val.His.Leu.Thr.Pro.Val.Glu.Lys细胞色素细胞色素c c的一级结构与生物进化的关系的一级结构与生物进化的关系1.1.1.1.样品纯化(纯度样品纯化(纯度样品纯化(纯度样品纯化(纯度97%97%97%97%以上);以上);以上);以上);2.2.2.2.测定蛋白质的分子量;测定蛋白质的分子量;测定蛋白质的分子量;测定蛋白质的分子量;3.3.3.3.末端分析末端分析末端分析末端分析 N N N N端分析:端分析:端分析:端分析:PITCPITCPITCPITC法法法法 DNFBDNFBDNFBDNFB法法法法 EdmanEdmanEdmanEdman法法法法 DNS-CL DNS-CL DNS-CL DNS-CL法法法法C C C C端分析:端分析:端分析:端分析:肼解法肼解法肼解法肼解法,羧肽酶法羧肽酶法羧肽酶法羧肽酶法 4.4.4.4.拆分多肽链拆分多肽链拆分多肽链拆分多肽链:可用可用可用可用8mol/L8mol/L8mol/L8mol/L尿素或尿素或尿素或尿素或6mol/L6mol/L6mol/L6mol/L盐酸胍处理盐酸胍处理盐酸胍处理盐酸胍处理5.5.5.5.用两种以上方法用两种以上方法用两种以上方法用两种以上方法特异性裂解:特异性裂解:特异性裂解:特异性裂解:肽链内切酶(肽链内切酶(肽链内切酶(肽链内切酶(胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶)化学试剂(化学试剂(化学试剂(化学试剂(溴化氰溴化氰溴化氰溴化氰)6.6.6.6.分离纯化肽段:双向电泳分离纯化肽段:双向电泳分离纯化肽段:双向电泳分离纯化肽段:双向电泳7.7.7.7.测定氨基酸组成测定氨基酸组成测定氨基酸组成测定氨基酸组成 :氨氨氨氨 基酸自动分析仪基酸自动分析仪基酸自动分析仪基酸自动分析仪(峰图)峰图)峰图)峰图)8.8.8.8.跨切口重迭肽段,跨切口重迭肽段,跨切口重迭肽段,跨切口重迭肽段,分析氨基酸顺序分析氨基酸顺序分析氨基酸顺序分析氨基酸顺序 3一一级级结结构构测测定定的的程程序序 PITCPITC法测定法测定N-N-端氨基酸残基端氨基酸残基DNFBDNFB法分析法分析N-N-端氨基酸残基端氨基酸残基EdmanEdman降解法测定氨基酸序列降解法测定氨基酸序列异异硫硫氰氰酸酸苯苯酯酯用途用途:末端基氨基酸测定末端基氨基酸测定AAAA与丹磺酰氯的反应与丹磺酰氯的反应肼解法分析肼解法分析C-C-端氨基酸残基端氨基酸残基NH2-NH2NH-NH2羧肽酶是一种肽链外切酶,它能从多肽链羧肽酶是一种肽链外切酶,它能从多肽链的的C-C-端逐个的水解。端逐个的水解。羧肽酶羧肽酶A A能水解除能水解除Pro,ArgPro,Arg和和LysLys以外的所有以外的所有C-C-末端氨基酸残基;末端氨基酸残基;根据不同的反应时间测出酶水解所释放根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量,从而知道蛋白质出的氨基酸种类和数量,从而知道蛋白质的的C-C-末端残基顺序。末端残基顺序。羧肽酶法分析羧肽酶法分析C-C-端氨基酸残基端氨基酸残基羧肽酶羧肽酶B B只能水解只能水解ArgArg和和LysLys为为C-C-末端残基的末端残基的肽键。肽键。蛋白质的特异裂解胰蛋白酶(胰蛋白酶(trypsin)trypsin)的裂解作用的裂解作用BrCNBrCN的裂解作用的裂解作用氨基酸自动测序仪氨基酸自动测序仪确定肽段在多确定肽段在多肽链中的次序肽链中的次序(二)蛋白质的空间结构(二)蛋白质的空间结构蛋白质空间结构(构象):蛋白质空间结构(构象):指蛋白质指蛋白质分子中原子和基团在空间的排列分布和分子中原子和基团在空间的排列分布和肽链的走向。肽链的走向。1.1.概述概述何谓构象:何谓构象:构象是指一个由几个碳原子组成的分子,构象是指一个由几个碳原子组成的分子,由于单键的旋转造成的不同碳原子上各由于单键的旋转造成的不同碳原子上各原子或取代基团的空间排布。原子或取代基团的空间排布。构象的改变不需要共价键的断裂和重组,构象的改变不需要共价键的断裂和重组,只需要单键旋转方向和角度改变即可。只需要单键旋转方向和角度改变即可。n nconformationn nconfiguration乙烷的构象 决定蛋白质空间构象的因素决定蛋白质空间构象的因素 蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列肽键的刚性平面性质肽键的刚性平面性质由于由于由于由于C=OC=OC=OC=O双键中的双键中的双键中的双键中的电子云与电子云与电子云与电子云与NNNN原子上的未共原子上的未共原子上的未共原子上的未共用电子对发生用电子对发生用电子对发生用电子对发生“电子共振电子共振电子共振电子共振”,使,使,使,使肽键具有部分肽键具有部分肽键具有部分肽键具有部分双键的性质,不能自由旋转。双键的性质,不能自由旋转。双键的性质,不能自由旋转。双键的性质,不能自由旋转。与肽键相连的六个原子构成刚性平面结构与肽键相连的六个原子构成刚性平面结构与肽键相连的六个原子构成刚性平面结构与肽键相连的六个原子构成刚性平面结构,称,称,称,称为肽单元或肽键平面。为肽单元或肽键平面。为肽单元或肽键平面。为肽单元或肽键平面。但由于但由于但由于但由于-碳原子与其他原子之间均形成单键,碳原子与其他原子之间均形成单键,碳原子与其他原子之间均形成单键,碳原子与其他原子之间均形成单键,因此两相邻的肽键平面可以因此两相邻的肽键平面可以因此两相邻的肽键平面可以因此两相邻的肽键平面可以-碳原子作相对旋碳原子作相对旋碳原子作相对旋碳原子作相对旋转,旋转的相对角度称转,旋转的相对角度称转,旋转的相对角度称转,旋转的相对角度称C C C C原子的两面角原子的两面角原子的两面角原子的两面角 和和和和 ,可描述多肽的所有可能构象。,可描述多肽的所有可能构象。,可描述多肽的所有可能构象。,可描述多肽的所有可能构象。R R基团的性质和排布:基团的性质和排布:空间位阻空间位阻基团相互作用基团相互作用 氢键氢键 离子键离子键 疏水键疏水键 范德华力范德华力 共价键(二硫键、酯键)共价键(二硫键、酯键)稳定蛋白质构象的力稳定蛋白质构象的力2.2.蛋白质二级结构蛋白质二级结构 蛋白质的二级结构:蛋白质的二级结构:指一级结构进一指一级结构进一步盘绕折叠,其主链形成的局部构象。步盘绕折叠,其主链形成的局部构象。二级结构的类型:二级结构的类型:主要有主要有-螺旋、螺旋、-折折叠、叠、-转角、转角、无规卷曲。无规卷曲。维持二级结构的力:维持二级结构的力:主要是氢键主要是氢键。R R基分布在螺旋的外侧,并基分布在螺旋的外侧,并且影响着螺旋的形成。且影响着螺旋的形成。主链围绕中心轴呈有规律螺主链围绕中心轴呈有规律螺旋式上升,形成右手螺旋;旋式上升,形成右手螺旋;旋转一周为旋转一周为3.63.6个氨基酸残基;个氨基酸残基;螺距为螺距为0.54nm0.54nm;其结构靠第一个肽平面上的其结构靠第一个肽平面上的-NHNH基与第四个肽平面上的基与第四个肽平面上的-COCO基形成的氢键维持,氢键基形成的氢键维持,氢键的取向几乎与轴平行;的取向几乎与轴平行;(1 1)-螺旋的特征螺旋的特征左手/右手-螺旋角角蛋蛋白白分分子子中中的的二二硫硫键键影响影响-螺旋稳定的因素螺旋稳定的因素 极大的侧链基团(存在空间位阻);极大的侧链基团(存在空间位阻);连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸残基(同种电荷的互斥效应残基(同种电荷的互斥效应)有脯氨酸、羟脯氨酸的存在(不能形成有脯氨酸、羟脯氨酸的存在(不能形成氢键)。氢键)。(2 2 2 2)-折迭的特征折迭的特征折迭的特征折迭的特征由若干条肽段或肽由若干条肽段或肽链平行或反平行排列链平行或反平行排列组成片状结构;组成片状结构;主链骨架上下折叠主链骨架上下折叠呈锯齿状;呈锯齿状;借相邻主链之间的借相邻主链之间的氢键维系。氢键维系。R R基交替分布在片基交替分布在片层的上下方。层的上下方。-折迭包括平行式和反平行式两种类型折迭包括平行式和反平行式两种类型丝蛋白的丝蛋白的结构结构丝蛋白是由伸展的肽链沿纤维轴平行排列成丝蛋白是由伸展的肽链沿纤维轴平行排列成反向反向-折叠结构。分子中不含折叠结构。分子中不含-螺旋。丝蛋螺旋。丝蛋白的肽链通常是由多个六肽单元重复而成。白的肽链通常是由多个六肽单元重复而成。这六肽的氨基酸顺序为:这六肽的氨基酸顺序为:-(Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-AlaGly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala)n n-(3 3 3 3)-转角的特征转角的特征转角的特征转角的特征主链骨架本身以大约主链骨架本身以大约180180回折回折;回折部分通常由四个回折部分通常由四个氨基酸残基构成氨基酸残基构成;构象依靠第一残基的构象依靠第一残基的-CO-CO基与第四残基的基与第四残基的-NHNH基之间形成氢键来基之间形成氢键来维系。维系。(4 4)无规卷曲的特征无规卷曲的特征 coil coil无无规规卷卷曲曲是是指指多多肽肽链链主主链链部部分分形形成的无规律的卷曲构象。成的无规律的卷曲构象。RNaseRNase的分子结构的分子结构-螺旋螺旋-折迭折迭-转角转角无规卷曲无规卷曲超二级结构超二级结构(模序)模序)motifmotif 在蛋白质分子中,若干具有二级结构的在蛋白质分子中,若干具有二级结构的肽段在空间上相互接近肽段在空间上相互接近.形成有规则的,空间上能够辩认的二级形成有规则的,空间上能够辩认的二级结构组合体。结构组合体。模序是蛋白质发挥特定功能的基础。如模序是蛋白质发挥特定功能的基础。如,等。等。锌锌指指结结构构:螺螺旋旋-折折迭迭-折折迭迭模模序序转录因子转录因子MyoDMyoD的螺旋的螺旋-环环-螺旋模序螺旋模序结构域结构域 与分子整体以共价键相连,这是与分子整体以共价键相连,这是它与亚基的区别。它与亚基的区别。结构域结构域domain多肽链在超二级结构基础上进一步盘曲多肽链在超二级结构基础上进一步盘曲折叠为折叠为紧密的近似球状的结构紧密的近似球状的结构。在空间上彼此分隔,各自具有部分生物在空间上彼此分隔,各自具有部分生物学功能的结构。学功能的结构。图示:假设具有图示:假设具有2个结构域的蛋白质的线性折叠途径个结构域的蛋白质的线性折叠途径蛋白质的三级结构:蛋白质的三级结构:是指蛋白质分子是指蛋白质分子在二级结构基础上进一步盘曲折叠而形在二级结构基础上进一步盘曲折叠而形成的整体构象,也就是一条多肽链全部成的整体构象,也就是一条多肽链全部原子在三维空间的排布位置。原子在三维空间的排布位置。4 4、蛋白质的三级结构、蛋白质的三级结构维系三级结构的力:维系三级结构的力:主要是非共价主要是非共价键(次级键),如疏水键、氢键、盐键(次级键),如疏水键、氢键、盐键、范氏引力等,但也有共价键,如键、范氏引力等,但也有共价键,如二硫键等。二硫键等。疏水作用是维持蛋白质结构最主要疏水作用是维持蛋白质结构最主要的稳定力。疏水基团因疏水作用而聚的稳定力。疏水基团因疏水作用而聚向分子内部,亲水基团多分布在分子向分子内部,亲水基团多分布在分子表面。因此,表面。因此,具有三级结构的蛋白质具有三级结构的蛋白质都是亲水的。都是亲水的。肌红蛋白的三级结构溶菌酶分子的三级结构溶菌酶分子的三级结构胰岛素分子的三级结构胰岛素分子的三级结构4.4.蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构: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由两条或两条以上具有三级结构的多肽链相互缔结在一起的聚合体。相互缔结在一起的聚合体。其中每条具有三级结构的多肽链为一个亚其中每条具有三级结构的多肽链为一个亚基基sub-unitsub-unit。维系蛋白质四级结构的力是次级键。维系蛋白质四级结构的力是次级键。由多个亚基聚集而成的蛋白质称为由多个亚基聚集而成的蛋白质称为寡聚蛋寡聚蛋白。白。血红蛋白血红蛋白(hemoglobin)(hemoglobin)的四级结构的四级结构n n血红蛋白的四级结构n n亚基的立体排布亚基的立体排布六、蛋白质分子结构与功能的关系六、蛋白质分子结构与功能的关系(一)(一)蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质一级结构与功能的关系 1 1、一级结构与生物进化一级结构与生物进化 2 2、一级结构与分子病、一级结构与分子病(二)(二)蛋白质高级结构与功能的关系蛋白质高级结构与功能的关系 1 1、蛋白质变构与功能的关系蛋白质变构与功能的关系 2 2、蛋白质变性与功能的关系蛋白质变性与功能的关系 当当当当血血血血红红红红蛋蛋蛋蛋白白白白的的的的一一一一个个个个亚亚亚亚基基基基与与与与氧氧氧氧分分分分子子子子结结结结合合合合其其其其他他他他亚亚亚亚基基基基的的的的构构构构象象象象发发发发生生生生改改改改变变变变对对对对氧氧氧氧的的的的亲亲亲亲和和和和力力力力增增增增加加加加整整整整个个个个分分分分子子子子的的的的氧氧氧氧结结结结合合合合力力力力迅迅迅迅速速速速增增增增高高高高血血血血红红红红蛋蛋蛋蛋白白白白的的的的氧氧氧氧饱饱饱饱和和和和曲曲曲曲线线线线呈呈呈呈“S”“S”“S”“S”形形形形。这这这这种种种种由由由由于于于于蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质分分分分子子子子构构构构象象象象改改改改变变变变而而而而导导导导致致致致蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质分分分分子子子子功功功功能能能能发发发发生生生生改改改改变的现象称为变构效应。变的现象称为变构效应。变的现象称为变构效应。变的现象称为变构效应。血血红红蛋蛋白白七 蛋白质的性质(一一)胶体性质胶体性质 分子量很大 很大的吸附力不能透过半透膜 其水溶液是亲水胶体l蛋白质分子量的测定:蛋白质分子量的测定:超离心沉降法超离心沉降法凝胶电泳法凝胶电泳法凝胶过滤法凝胶过滤法渗透压法渗透压法超离心沉降法:超离心沉降法:把蛋白质溶液放在把蛋白质溶液放在25-50万倍重力场的离心万倍重力场的离心作用下,使蛋白质颗粒从溶液中沉降下来。作用下,使蛋白质颗粒从溶液中沉降下来。应用光学方法观察蛋白质的沉降行为,从应用光学方法观察蛋白质的沉降行为,从而判断出蛋白质的沉降速率,计算出蛋白质而判断出蛋白质的沉降速率,计算出蛋白质的分子的分子 量。量。一般把单位(厘米)离心场中的沉降速率,一般把单位(厘米)离心场中的沉降速率,称为称为沉降系数,沉降系数,用用S S表示。表示。一个一个S单位等于单位等于110-13秒。秒。蛋白质的分子量可以直接用蛋白质的分子量可以直接用S表示。表示。(二)蛋白质的两性解离与等电点(二)蛋白质的两性解离与等电点由于蛋白质分子中氨基酸残基的由于蛋白质分子中氨基酸残基的侧链上存在游离的氨基和游离的侧链上存在游离的氨基和游离的羧基,因此羧基,因此蛋白质与氨基酸一样蛋白质与氨基酸一样具有两性解离的性质,因而也具具有两性解离的性质,因而也具有特定的等电点。有特定的等电点。l l 在不同的在不同的pHpH环境下,蛋白质的电学性质环境下,蛋白质的电学性质不同。不同。当溶液当溶液pH=pH=等电点时,蛋白质粒子净电等电点时,蛋白质粒子净电荷为零,在电场中不移动;荷为零,在电场中不移动;当溶液当溶液pHpH等电点时,蛋白质粒子带负等电点时,蛋白质粒子带负电荷,在电场中向正极移动;电荷,在电场中向正极移动;当溶液当溶液pHpH等电点时,蛋白质粒子带正等电点时,蛋白质粒子带正电荷,在电场中向负极移动。电荷,在电场中向负极移动。(三)蛋白质的变性与复性三)蛋白质的变性与复性1 1、蛋白质的变性:、蛋白质的变性:在某些物理或在某些物理或化学因素的作用下,蛋白质严格的化学因素的作用下,蛋白质严格的空间结构被破坏(不包括肽键的断空间结构被破坏(不包括肽键的断裂),从而引起蛋白质若干理化性裂),从而引起蛋白质若干理化性质和生物学性质的改变,称为蛋白质和生物学性质的改变,称为蛋白质的变性质的变性(denaturation)(denaturation)。(1 1)变性蛋白质的特征:)变性蛋白质的特征:物理性质:物理性质:旋光性改变旋光性改变溶解度下降溶解度下降沉降率升高沉降率升高光吸收度增加光吸收度增加 化学性质:化学性质:官能团反应性增加官能团反应性增加易被蛋白酶水解易被蛋白酶水解 生物学性质:生物学性质:原有生物学活性丧失原有生物学活性丧失抗原性改变抗原性改变(2 2)引起蛋白质变性的因素)引起蛋白质变性的因素 物理因素:物理因素:高温、高压、紫外线、高温、高压、紫外线、电离辐射、超声波等电离辐射、超声波等.化学因素:化学因素:强酸、强碱、有机溶剂、强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐、去污剂、尿素重金属盐、去污剂、尿素2.2.蛋白质变性的复性蛋白质变性的复性复性的概念:复性的概念:变性蛋白在一定的条件变性蛋白在一定的条件下,恢复其原有的的空间结构与生物下,恢复其原有的的空间结构与生物活性的过程称之。活性的过程称之。影影 响复性的因素:响复性的因素:变性的原因变性的原因 蛋白质的种类蛋白质的种类 变性的程度变性的程度沉淀:沉淀:蛋白质分子相互聚集而从蛋白质分子相互聚集而从溶液中析出的现象称为溶液中析出的现象称为沉淀沉淀。变性的蛋白质不一定沉淀,变性的蛋白质不一定沉淀,沉淀的蛋白质不一定变性。沉淀的蛋白质不一定变性。凝固:凝固:加热使蛋白质变性并凝聚加热使蛋白质变性并凝聚成块状称为成块状称为凝固凝固。核核糖糖核核酸酸酶酶的的变变性性与与复复性性八 蛋白质的分类(一)按分子形状分(一)按分子形状分球状蛋白质球状蛋白质:纤维状蛋白质纤维状蛋白质:-角蛋白角蛋白 毛发、指甲等毛发、指甲等-角蛋白角蛋白 蚕丝、蜘蛛丝等蚕丝、蜘蛛丝等 胶原蛋白胶原蛋白 皮肤、软骨等皮肤、软骨等(二)按化学组成和溶解度分(二)按化学组成和溶解度分简单蛋白质简单蛋白质结合蛋白质结合蛋白质(三三)按生物功能分按生物功能分结构蛋白结构蛋白 收缩蛋白收缩蛋白 运输蛋白运输蛋白 贮藏蛋白贮藏蛋白 免疫蛋白免疫蛋白 调节蛋白调节蛋白 酶酶(一)分离纯化的一般程序(一)分离纯化的一般程序前处理前处理前处理前处理 生物组织生物组织 破碎破碎 溶解溶解 离心离心粗分级粗分级粗分级粗分级 无细胞提取液无细胞提取液细分级细分级细分级细分级 浓缩的蛋白质溶液浓缩的蛋白质溶液 层析层析 电泳电泳 精制品精制品(结晶结晶结晶结晶/冻干粉冻干粉冻干粉冻干粉)盐析盐析盐析盐析 等电点沉淀等电点沉淀等电点沉淀等电点沉淀 超滤超滤超滤超滤 有机溶剂分级有机溶剂分级有机溶剂分级有机溶剂分级九九 蛋白质的分离纯化蛋白质的分离纯化(二)分离纯化的方法和原理(二)分离纯化的方法和原理 1.1.根据分子大小进行分离根据分子大小进行分离透析和超滤透析和超滤 离心沉降离心沉降凝胶过滤(凝胶层析)凝胶过滤(凝胶层析)2.2.根据溶解度差异分离根据溶解度差异分离等电点沉淀等电点沉淀 盐析盐析 低温有机溶剂沉淀低温有机溶剂沉淀3.3.根据电离性质不同分离根据电离性质不同分离电泳电泳 离子交换层析离子交换层析4.4.根据分子与配基的亲和性质分离根据分子与配基的亲和性质分离亲和层析亲和层析1 1、盐析与有机溶剂沉淀:、盐析与有机溶剂沉淀:盐析:盐析:概念:概念:在蛋白质溶液中加入大量中性盐,以破在蛋白质溶液中加入大量中性盐,以破坏蛋白质的胶体性质,使蛋白质从溶液中沉淀坏蛋白质的胶体性质,使蛋白质从溶液中沉淀析出,称为盐析。析出,称为盐析。常用的中性盐有:常用的中性盐有:硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等。硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等。蛋白质分离纯化方法简介蛋白质分离纯化方法简介 盐析时,溶液的盐析时,溶液的pHpH在蛋白质的等电点处在蛋白质的等电点处效果最好。效果最好。盐析沉淀蛋白质时,通常不会引起蛋白盐析沉淀蛋白质时,通常不会引起蛋白质的变性。质的变性。分段盐析:半饱和硫酸铵溶液可沉淀血分段盐析:半饱和硫酸铵溶液可沉淀血浆球蛋白,而饱和硫酸铵溶液可沉淀血浆球蛋白,而饱和硫酸铵溶液可沉淀血浆清蛋白。浆清蛋白。凡能与水以任意比例混合的有机溶剂,凡能与水以任意比例混合的有机溶剂,如乙醇、甲醇、丙酮等,均可用于沉淀如乙醇、甲醇、丙酮等,均可用于沉淀蛋白质。蛋白质。沉淀原理是:沉淀原理是:A A、脱水作用;、脱水作用;B B、使水的、使水的介电常数降低,蛋白质溶解度降低。介电常数降低,蛋白质溶解度降低。有机溶剂沉淀蛋白质有机溶剂沉淀蛋白质 蛋白质的透析2 2、电泳、电泳 带电粒子在电场中移动的现象称为带电粒子在电场中移动的现象称为电泳电泳。蛋白质分子在溶液中可带净的负电荷或带净蛋白质分子在溶液中可带净的负电荷或带净的正电荷,故可在电场中发生移动。的正电荷,故可在电场中发生移动。不同的蛋白质分子所带电荷量不同,且分子不同的蛋白质分子所带电荷量不同,且分子大小也不同,故在电场中的移动速度也不同,大小也不同,故在电场中的移动速度也不同,据此可互相分离据此可互相分离.主要方法有聚丙烯酰胺电泳,等电聚焦,毛主要方法有聚丙烯酰胺电泳,等电聚焦,毛细管电泳等。细管电泳等。垂直板电泳垂直板电泳3 3、层析、层析 层析:层析:是一种利用混合物中各组分理化是一种利用混合物中各组分理化性质的差异,在相互接触的两相(固定性质的差异,在相互接触的两相(固定相与流动相)之间的分布不同而进行分相与流动相)之间的分布不同而进行分离的方法。离的方法。主要的层析技术有离子交换层析,凝胶主要的层析技术有离子交换层析,凝胶层析,吸附层析及亲和层析等。层析,吸附层析及亲和层析等。凝胶过滤分离蛋白质凝胶过滤分离蛋白质n n图图图图1 1 1 1 通过通过通过通过DEAE-DEAE-DEAE-DEAE-纤维素将两种不同带电性的蛋白质分离开。纤维素将两种不同带电性的蛋白质分离开。纤维素将两种不同带电性的蛋白质分离开。纤维素将两种不同带电性的蛋白质分离开。n n图中显示的是带正电的离子交换树脂结合带负电的蛋白。图中显示的是带正电的离子交换树脂结合带负电的蛋白。图中显示的是带正电的离子交换树脂结合带负电的蛋白。图中显示的是带正电的离子交换树脂结合带负电的蛋白。n n离子交换层析离子交换层析(a)琼脂糖珠的表面吸附剂(如胰岛素配体)只能同特异的受体结合(胰岛素);(b)亲和层析的基本步骤n亲和层析4 4、超速离心、超速离心 超速离心:超速离心:利用物质分子量、密度、形利用物质分子量、密度、形状的不同,经超速离心后分布于不同的状的不同,经超速离心后分布于不同的液层而分离。液层而分离。超速离心也可用来测定蛋白质的分子量,超速离心也可用来测定蛋白质的分子量,蛋白质的分子量与其沉降系数蛋白质的分子量与其沉降系数S S成成正比。正比。此课件下载可自行编辑修改,仅供参考!此课件下载可自行编辑修改,仅供参考!感谢您的支持,我们努力做得更好!谢谢感谢您的支持,我们努力做得更好!谢谢