蛋白质化学绪论精选课件.ppt

关于蛋白质化学绪论第一页，本课件共有36页v蛋白质组成及结构蛋白质组成及结构v蛋白质分离纯化蛋白质分离纯化v蛋白质一级结构测定蛋白质一级结构测定v蛋白质结构与功能蛋白质结构与功能v蛋白质的化学修饰蛋白质的化学修饰v蛋白质组学蛋白质组学 v 课程主要内容课程主要内容第二页，本课件共有36页v参考书目：v陶慰孙 蛋白质分子基础v王廷华 蛋白质理论与技术第三页，本课件共有36页 第一章第一章 绪论绪论第四页，本课件共有36页一、概述一、概述 蛋白质是生命的基础，是一切生命现象的蛋白质是生命的基础，是一切生命现象的体现体现。“造物主造物主”最初带给生命以几种形式或一种形式，然后进化接最初带给生命以几种形式或一种形式，然后进化接着开始从如此简单的形式开始，永不停息地产生出业已存在的着开始从如此简单的形式开始，永不停息地产生出业已存在的最美丽的最有价值的东西，而且今后仍将进化下去。最美丽的最有价值的东西，而且今后仍将进化下去。物种起源物种起源 达尔文达尔文 生命的起源必然是通过化学途经实现的，只要把蛋白质的化学生命的起源必然是通过化学途经实现的，只要把蛋白质的化学成份弄清楚以后，化学就能着手制造出活的蛋白质来，如果化成份弄清楚以后，化学就能着手制造出活的蛋白质来，如果化学有一天能用人工的方法制造蛋白质，那么这样的蛋白质就一学有一天能用人工的方法制造蛋白质，那么这样的蛋白质就一定会显示出生命现象。定会显示出生命现象。反杜林论反杜林论 恩格斯恩格斯第五页，本课件共有36页v生物学：生命现象、生命本质、生命活动及规律 分子水平 细胞水平 整体水平 化学、物理、数学领域的广泛渗透 生命活动物质：基 因 基因组 蛋白质 蛋白质组 第六页，本课件共有36页例如例如:人体蛋白质含量占人体固体总量的人体蛋白质含量占人体固体总量的45%;45%;动物体内蛋白质约占鲜重的动物体内蛋白质约占鲜重的20%20%左右左右;细菌含蛋白质约细菌含蛋白质约50%50%80%;80%;干酵母含蛋白质约干酵母含蛋白质约46.6%;46.6%;病毒中除了一小部分核酸外，其余几乎都是蛋白质病毒中除了一小部分核酸外，其余几乎都是蛋白质;植物细胞的原生质和种子中蛋白质含量较高植物细胞的原生质和种子中蛋白质含量较高种类繁多种类繁多 生物当中最简单的生物细胞大肠杆菌中蛋白质的种类生物当中最简单的生物细胞大肠杆菌中蛋白质的种类就有三千种之多，人体的蛋白质种类约十万种以上，整个就有三千种之多，人体的蛋白质种类约十万种以上，整个自然界中存在的蛋白质可达自然界中存在的蛋白质可达10101010-10-1012 12 数量级数量级第七页，本课件共有36页二、研究历程二、研究历程1、初级阶段、初级阶段Macquer P.J.法国化学家。把加热后能凝固的物质归为一类，称为“蛋白性物质”Mller G.J.荷兰生理学家。荷兰生理学家。1919世纪世纪3030年代，用当时最先进的年代，用当时最先进的元素分析法对血清、蛋清、蚕丝等进行了分析。发现这元素分析法对血清、蛋清、蚕丝等进行了分析。发现这些物质组成相近，可用些物质组成相近，可用C C4040H H6 62N2N1010O O1212表示，认为是生物表示，认为是生物体中最重要的，体中最重要的，18381838年命名为年命名为proteidproteid第八页，本课件共有36页vBerzelius 瑞典化学家。用另一个词protein，原意是“最重要的，第一位的”，源自希腊语，即我们现在常用的。Fishcer 德国化学家，确定了蛋白质是氨基酸通过肽键连接起来的，并成功用化学方法合成18个氨基酸的肽。F.Hoppe-Seyler（1825-1895）德国生理学家，1864年首先结晶出血红蛋白。第九页，本课件共有36页v酶学研究v18世纪中后期，法国科学家Pasteur认为发酵是完整酵母细胞生命活动的结晶。v1897年德国科学家Hans BI chner和Esuard Bu chner首次用不含细胞的酵母提取液实现了发酵。v 叙述性生物化学阶段叙述性生物化学阶段 第十页，本课件共有36页v1859年，DarwinOn the origin of Species 自然选择学说 生物性状的可遗传性，选择压力下的可变性、不同物种间的相关性v1865年，Mendel在分析豌豆性状的杂交试验结果时认为，生物体内有遗传单位，可控制特定生物性装，并能从亲代传到子代。v1879年Walter Flemming在研究细胞分裂时发现了染色体。v1900年，基因（gene）第十一页，本课件共有36页v公元前23世纪，仪狄以曲为酶使五谷为酒。v公元前12世纪，运用发酵原理制造酱、醋等食品。v公元前汉淮南王刘安制作豆腐。v公元4世纪晋代，用海藻酒作为医治地方性甲状腺肿的特效药。v公元7世纪，孙思邈用猪肝治雀目，用车前子等治脚气病。v公元10世纪，我国开始用动物脏器治疗疾病。第十二页，本课件共有36页2、发展阶段、发展阶段动态生物化学阶段动态生物化学阶段v1926年，Sumner从刀豆提纯了脲酶，制成了结晶纯品，证明了酶的化学本质是蛋白质。v1932年，英国Krebs等提出合成尿素的鸟氨酸循环的多酶反应途径。v1940年，德国Embclen和 Megerbof公布了糖酵解途径。v我国生物化学家吴宪提出蛋白质变性学说，创立无蛋白血滤液制备及血糖测定方法。第十三页，本课件共有36页v1902年，Sutton 提出染色体遗传学说：二倍体，基因是染色体一部分。v1910年，Morgan证实了基因确的存在于染色体上。v1944年，Avery等证实DNA 是携带遗传信息、构成染色体的生物大分子。第十四页，本课件共有36页3、分子生物学阶段、分子生物学阶段v1956年，Kornberg于大肠杆菌的无细胞提取液中实现了DNA合成。v1958年，Meselsonhe 和Stahl证实DNA复制是一种半保留复制。v1961年Crick等确认遗传信息是以非重叠的碱基三联体线性顺序的形式存在。v1961年Jacob和Monod提出大肠杆菌乳糖操纵子学说第十五页，本课件共有36页 1949年年Sanger及同事发展了及同事发展了二硝基苯法二硝基苯法（DNP法，法，dinitrophenyl method）。接着发展了）。接着发展了N-末端鉴末端鉴定的定的异硫氰酸苯酯异硫氰酸苯酯。1953年完成年完成了胰岛素了胰岛素A、B链链的序的序列测定。列测定。1955年又报道了年又报道了胰岛素分子的二硫鍵位置胰岛素分子的二硫鍵位置，由于对蛋白质结构研究有卓越贡献，两次获若贝尔由于对蛋白质结构研究有卓越贡献，两次获若贝尔化学奖。化学奖。第十六页，本课件共有36页1950年，年，Pauling和和Corey提出了蛋白质的提出了蛋白质的螺螺 旋学说。旋学说。1953年，年，Watson和和Crick根据根据DNA的的X射线衍射射线衍射 图谱，建立了图谱，建立了DNA双螺旋模型双螺旋模型1960年，年，Kendrew报道了抹香鲸血红蛋白的高报道了抹香鲸血红蛋白的高 分辨率分辨率X X射线射线结构。结构。1965年，年，我国王应眯我国王应眯完成了人工胰岛素的合成。完成了人工胰岛素的合成。第十七页，本课件共有36页v1970年，Khorana首次在试管中合成了基因。v1972年，Berg首次将不同DNA片段连接，并将重组DNA分子插入到细菌DNA中。v1977年，Shine克隆了人类的一个基因。v1978年，Wong用DNA技术对胎儿羊水细胞做检测，得出了-地中海贫血出生前诊断。v1979年Kan用羊水细胞得出了镰状细胞贫血出生前诊断。v1986年，Mullis等建立PCR技术。第十八页，本课件共有36页v1983年，王德宝等合成了有生物学功能的酵母丙氨酸转运核糖核酸。v1986年，Cech发现了核酶（ribozyme）。v1990年，人类基因组计划。基因组学蛋白质组学第十九页，本课件共有36页三、蛋白质的重要功能三、蛋白质的重要功能1 1、生物体的组成成分、生物体的组成成分 蛋白质是生物体的主要结构成分。细胞里的片层结构，如细胞膜、线粒体、叶绿体、内质网等都是由不溶性蛋白质和脂质组成的。高等动物的胶原纤维是主要的细胞外结构蛋白，参与结缔组织和骨骼作为身体的支架。第二十页，本课件共有36页2 2、酶的催化作用、酶的催化作用 生物体内的有些化学反应非常简单，而有些反应则非常复杂，如染色体的复制和蛋白质的合成等等，这些反应都需要许多种酶的催化，否则反应就不能进行。到目前为止，已鉴定出的酶几乎都是蛋白质。所以蛋白质起到了确定化学转化作用类型的独特作用。第二十一页，本课件共有36页3 3、运输功能、运输功能 生物体中许多小分子和离子要靠特殊的蛋白质生物体中许多小分子和离子要靠特殊的蛋白质运输，如血红蛋白在红血球中运输氧，血液中的脂运输，如血红蛋白在红血球中运输氧，血液中的脂蛋白负责运输脂类，铁传递蛋白负责运输铁，生物蛋白负责运输脂类，铁传递蛋白负责运输铁，生物氧化过程中细胞色素氧化过程中细胞色素C等电子传递体负责电子的传递。等电子传递体负责电子的传递。第二十二页，本课件共有36页4 4、储藏作用、储藏作用 有些蛋白质可作为生物体生长发育的养料储存起有些蛋白质可作为生物体生长发育的养料储存起来，如植物种子中的醇溶蛋白和谷蛋白都是储藏蛋白，来，如植物种子中的醇溶蛋白和谷蛋白都是储藏蛋白，这些蛋白质有储藏氨基酸的功能，可供种子萌发时利这些蛋白质有储藏氨基酸的功能，可供种子萌发时利用。动物的卵清蛋白和酪蛋白也是储藏蛋白。用。动物的卵清蛋白和酪蛋白也是储藏蛋白。第二十三页，本课件共有36页5 5、收缩运动、收缩运动 生物的运动也离不开蛋白质。蛋白质是肌肉的主要生物的运动也离不开蛋白质。蛋白质是肌肉的主要成分，肌肉收缩实际上是肌球蛋白和肌动蛋白丝状体的成分，肌肉收缩实际上是肌球蛋白和肌动蛋白丝状体的滑动运动，而运动是通过肌肉收缩完成的。细菌的鞭毛滑动运动，而运动是通过肌肉收缩完成的。细菌的鞭毛及纤毛是由许多微管蛋白组装起来的，也能产生类似的及纤毛是由许多微管蛋白组装起来的，也能产生类似的活动。近年来研究发现，在非肌肉的运动系统中普遍存活动。近年来研究发现，在非肌肉的运动系统中普遍存在着运动蛋白。在着运动蛋白。第二十四页，本课件共有36页6 6、免疫保护功能免疫保护功能 疾病的发生与防御也与蛋白质有关，如免疫系统中疾病的发生与防御也与蛋白质有关，如免疫系统中的抗原和抗体都是蛋白质。抗体能够识别特异的抗原的抗原和抗体都是蛋白质。抗体能够识别特异的抗原（如病毒、细菌和其它生物体的细胞）并与之结合以清（如病毒、细菌和其它生物体的细胞）并与之结合以清除抗原的作用，因此它具有防御疾病和抵抗外界病原侵除抗原的作用，因此它具有防御疾病和抵抗外界病原侵袭的免疫能力。袭的免疫能力。第二十五页，本课件共有36页7 7、激素功能、激素功能 有些蛋白质具有激素功能，对生物体的新陈代有些蛋白质具有激素功能，对生物体的新陈代谢起调节作用，如胰岛素能参与血糖的代谢调节，谢起调节作用，如胰岛素能参与血糖的代谢调节，降低血液中的葡萄糖含量。降低血液中的葡萄糖含量。第二十六页，本课件共有36页8、接受和传递信息、接受和传递信息 生物体内起接受和传递信息作用的信号受体也是蛋生物体内起接受和传递信息作用的信号受体也是蛋白质，例如接受各种激素的受体蛋白和接受外界刺激的白质，例如接受各种激素的受体蛋白和接受外界刺激的感觉蛋白（如视网膜上的视色素、味蕾上的味觉蛋白等）感觉蛋白（如视网膜上的视色素、味蕾上的味觉蛋白等）都属于这一类。都属于这一类。第二十七页，本课件共有36页9、控制生长和分化、控制生长和分化(遗传遗传)遗传信息的表达不是随意的，无控制的，在某一个遗传信息的表达不是随意的，无控制的，在某一个时期只有小部分细胞的基因被表达。这种有控制的表达时期只有小部分细胞的基因被表达。这种有控制的表达对于细胞的正常生长和分化是必须的。而控制基因表达对于细胞的正常生长和分化是必须的。而控制基因表达的的“开开”和和“关关”也是由蛋白质来完成的，如组蛋白和也是由蛋白质来完成的，如组蛋白和阻抑蛋白等都参与细胞生长和分化的调节控制。阻抑蛋白等都参与细胞生长和分化的调节控制。第二十八页，本课件共有36页四、蛋白质的分类四、蛋白质的分类1 1、按分子形状分、按分子形状分 球状蛋白质球状蛋白质（蛋白质分子长短轴之比小于（蛋白质分子长短轴之比小于1010）;结构复杂。结构复杂。氨基酸紧密折叠成球状，直径氨基酸紧密折叠成球状，直径5-10nm5-10nm。纤维状蛋白质纤维状蛋白质（蛋白质分子长短轴之比大于（蛋白质分子长短轴之比大于1010）；结构简单，）；结构简单，呈拉长状态，起结构呈拉长状态，起结构/保护作用。保护作用。2 2、按三级结构分、按三级结构分 反平行反平行域，平行域，平行/域，反平行域，反平行域，富含二硫键或金属离域，富含二硫键或金属离子的小蛋白。子的小蛋白。优点：同源性优点：同源性 缺点：已知三级结构蛋白少缺点：已知三级结构蛋白少第二十九页，本课件共有36页v3 3、蛋白质功能、蛋白质功能v 活性蛋白质（酶、激素、免疫球蛋白、收缩蛋白、载体活性蛋白质（酶、激素、免疫球蛋白、收缩蛋白、载体蛋白等）；蛋白等）；v 非活性蛋白质（非活性蛋白质（主要对生物体起支撑和保护作用。主要对生物体起支撑和保护作用。如：角蛋白、胶原蛋白、丝心蛋白如：角蛋白、胶原蛋白、丝心蛋白）v4 4、蛋白质的营养性、蛋白质的营养性 完全蛋白质（含有人体所必须的各种氨基酸）完全蛋白质（含有人体所必须的各种氨基酸）不完全蛋白质（缺乏人体所必须的某些氨基酸）不完全蛋白质（缺乏人体所必须的某些氨基酸）人人体体必必须须的的8 8种种氨氨基基酸酸：赖赖氨氨酸酸、色色氨氨酸酸、苯苯丙丙氨氨酸酸、蛋氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸蛋氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸第三十页，本课件共有36页5.5.按蛋白质的分子组成按蛋白质的分子组成 简单蛋白质（单纯蛋白质）简单蛋白质（单纯蛋白质）组分中只含有组分中只含有-氨基酸氨基酸 如：清蛋白类，球蛋白类，组蛋白类，精蛋白类，谷蛋白类，如：清蛋白类，球蛋白类，组蛋白类，精蛋白类，谷蛋白类，醇溶蛋白，硬蛋白类。醇溶蛋白，硬蛋白类。结合蛋白质（复合蛋白质）此类蛋白由结合蛋白质（复合蛋白质）此类蛋白由单纯蛋白质单纯蛋白质与称做与称做辅基辅基的的非蛋白物质结合而成非蛋白物质结合而成 如：糖蛋白类，核蛋白类，脂蛋白类，磷蛋白类，金属蛋白类，血如：糖蛋白类，核蛋白类，脂蛋白类，磷蛋白类，金属蛋白类，血红素蛋白类，黄素蛋白类。红素蛋白类，黄素蛋白类。常见的辅基如下表：常见的辅基如下表：第三十一页，本课件共有36页蛋白质名称蛋白质名称 辅基辅基 举例举例 核蛋白核酸染色体蛋白、病毒核蛋白色蛋白 色素血红蛋白、黄素蛋白糖蛋白糖类免疫球蛋白、粘蛋白 脂蛋白脂类脂蛋白 磷蛋白磷酸酪蛋白、胃蛋白酶 金属蛋白金属离子铁蛋白、胰岛素第三十二页，本课件共有36页 6 6、蛋白质的溶解性、蛋白质的溶解性 可溶性蛋白质可溶性蛋白质 可溶性蛋白质是指可溶于水、稀中性盐和稀酸溶可溶性蛋白质是指可溶于水、稀中性盐和稀酸溶液；液；醇溶性蛋白质醇溶性蛋白质 一类不溶于水而溶于一类不溶于水而溶于707080%80%乙醇的蛋白质；乙醇的蛋白质；不溶性蛋白质不溶性蛋白质 此类蛋白质既不溶于水、稀盐溶液，也不溶此类蛋白质既不溶于水、稀盐溶液，也不溶于一般有机溶剂于一般有机溶剂第三十三页，本课件共有36页蛋白质研究中获得若贝尔奖的科学家蛋白质研究中获得若贝尔奖的科学家 在蛋白质研究领域目前已经有在蛋白质研究领域目前已经有30多位研究者获得若贝尔奖多位研究者获得若贝尔奖年代 奖别 获奖者 国别 卓 越 贡献 1907 化学Eduard Buchner德国 听从身为医生、免疫学家的哥哥的建议，研究发酵，发现非细胞酒精发酵。1926 化学The Svedberg瑞典 成功定出血藍蛋白(hemocyanin)等蛋白质的分子量。單位S就是以其姓命名。1929 化学Arthur Harden 英国 伦敦大学李斯特(Lister)预防医学研究所，与扬格共同阐明酒精发酵所需辅酶、磷酸。1929 化学Hans Karl August Simon von Euler-Chelpin瑞典 阐明烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide)是辅酶(coenzyme)。1946 化学James Batcheller Sumner美国 成功自刀豆結晶出尿素酶(urease)，证明酶的的本质是蛋白质。1946 化学 John Howard Northrop 美国纯化酶和病毒蛋白质。發明丙酮(acetone)的发酵方法；結晶胰蛋白酶、胃蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶原化，阐明蛋白质性质 1946 化学Wendell Meredith Stanley 美国 利用盐析方法，成功地将烟草花叶病毒(TMV)蛋白以核蛋白的形式結晶出來。1948 化学 Arne Wilhelm Kaurin Tiselius瑞典 将血清蛋白分成白蛋白及、球蛋白4种；发明纸电泳方法。1952 化学 Archer John Porter Martin英国 发 明 分 配 层 析 技 术(partition chromatography)，纸 层 析 技 术(paper chromatography)。1952 化学 Richard Laurence Millington Synge英国 与Martin共同发明分配层析、纸层析，利用纸阐明短桿菌素(gramicidin)蛋白质的分子结构，对Sanger的蛋白研究也做出贡献。第三十四页，本课件共有36页1952 物理 Felix Bloch美国 利用核磁共振法測定原子核的磁矩。利用迴旋加速器成功地測定中子的磁矩，並以量子論了解了金属的导电机制。1952 物理 Edward Mills Purcell美国 利用核磁共振法測定原子核的磁矩。和Torrey和Pound共同发明了利用核磁共振測定液体和固体中原子核磁矩的方法；发现宇宙中氢原子放射微波。1954 化学 Linus Carl Pauling 美国 采用X衍射、电子衍射阐明蛋白质分子结构，探求和平之路，获若贝尔和平奖。1958 化学 Frederick Sanger 英国 研究蛋白质的结构，发明-二硝基苯法(DNP,dinitrophenyl method)，成功地测定胰岛素的结构。1962 化学 Max Ferdinand Perutz英国 研究球蛋白的结构。利用X光分析，研究血紅素(hemoglobin)、肌紅蛋白(myoglobin)等球狀蛋白(9globular protein)的结构；利用三维分析，提出血红素的分子模型。1962 化学 John Cowdery kendrew英国 研究球狀蛋白的结构。利用X光分析，提出肌红蛋白的三维分子模型。1972 化学 Christian B.Anfinsen英国核糖核酸酶的氨基酸序列。牛胰核糖核酸酶(RNase,ribonulease)的初级结构，发現蛋白质的立体结构取決于它的初级结构。1972 化学 Stanford Moore美国 核糖核酸酶分子的活性中心与化学结构。与Stein共同发明蛋白质分析仪，阐明核酸分解酶的氨基酸序列及其立体结构的关系；並利用离子交換柱(ion-exchange column)分析氨基酸組成的方法。1972 化学 William H.Stein 美国 研究核糖核酸酶分子的活性中心与化学结构。与Moore共同发明蛋白质分析仪，测定了牛胰核糖核酸酶的氨基酸序列，阐明它的化学组成与活性机制。第三十五页，本课件共有36页感感谢谢大大家家观观看看第三十六页，本课件共有36页