沈阳药科大学生物化学 蛋白质.pptx

第一节 蛋白质是生命的物质基础一、蛋白质是构成生物体的基本成份二、蛋白质具有多样性的生物学功能第1页/共61页一、蛋白质是构成生物体的基本成份表表31人体部分组织器官中蛋白质含量（蛋白质人体部分组织器官中蛋白质含量（蛋白质g100g干组织）干组织）器官或组织器官或组织蛋白质含量蛋白质含量器官或组织器官或组织蛋白质含量蛋白质含量体液组织体液组织85心心60神经组织神经组织45肝肝57脂肪组织脂肪组织14胰胰47消化道消化道63肾肾72横纹肌横纹肌80脾脾84皮肤皮肤63肺肺82骨骼骨骼28第2页/共61页二、蛋白质具有多样性的生物学功能1 1、生物催化作用2 2、代谢调节作用3 3、免疫保护作用4 4、转运和贮存的作用5 5、运动与支持作用6 6、控制生长和分化作用7 7、接受和传递信息的作用8 8、生物膜的功能第3页/共61页蛋白质的类型与举例蛋白质的类型与举例生物学功能生物学功能酶类：己糖激酶酶类：己糖激酶使葡萄糖磷酸化使葡萄糖磷酸化糖原合成酶糖原合成酶参与糖原合成参与糖原合成脂酰基脱氢酶脂酰基脱氢酶脂酸的氧化脂酸的氧化转氨酶转氨酶氨基酸的转氨作用氨基酸的转氨作用DNADNA聚合酶聚合酶DNA的复制与修复的复制与修复激素蛋白：胰岛素激素蛋白：胰岛素降血糖作用降血糖作用ACTHACTH调节肾上腺皮质激素合成调节肾上腺皮质激素合成防御蛋白：抗体防御蛋白：抗体免疫保护作用免疫保护作用纤维蛋白原纤维蛋白原参与血液凝固参与血液凝固转运蛋白：血红蛋白转运蛋白：血红蛋白O2和和CO2的运输的运输清蛋白清蛋白维持血浆胶体渗透压维持血浆胶体渗透压脂蛋白脂蛋白脂类的运输脂类的运输收缩蛋白：肌球蛋白、肌动蛋白收缩蛋白：肌球蛋白、肌动蛋白参与肌肉的收缩运动参与肌肉的收缩运动核蛋白核蛋白遗传功能遗传功能视蛋白视蛋白视觉功能视觉功能受体蛋白受体蛋白接受和传递调节信息接受和传递调节信息结构蛋白结构蛋白结缔组织（纤维性）结缔组织（纤维性）弹性蛋白弹性蛋白结缔组织（弹性）结缔组织（弹性）表3-2 蛋白质生物学功能的重要性第4页/共61页第二节 蛋白质的化学组成一、蛋白质的元素组成C C、H H、O O、N N一切蛋白质都含有氮元素，蛋白质含氮量一般为15151717，平均为1616，蛋白质含量X16X16蛋白质含氮量 少量S S、P P、FeFe、MnMn、I I和ZnZn等第5页/共61页2020种基本氨基酸的结构通式：二、蛋白质结构的基本单位氨基酸（一）氨基酸的结构CCOOHRHH2N特点：1、氨基酸，脯氨酸除外。2、不同的氨基酸，其R侧链不同。3、L氨基酸，甘氨酸除外。第6页/共61页表3-3 氨基酸的结构与分类第7页/共61页表3-3 氨基酸的结构与分类(续)第8页/共61页（二）氨基酸的分类1.1.非极性R R基氨基酸脂肪族氨基酸五种(丙、缬、亮、异亮和蛋);芳香族氨基酸一种(苯丙);杂环氨基酸两种(脯和色)。2.2.极性不带电荷R R基氨基酸 含羟基氨基酸三种(丝、苏和酪);酰氨类氨基酸两种(天胺和谷胺);含巯基半胱氨酸甘氨酸。3.3.带负电荷的R R基氨基酸谷、天。4.4.带正电荷的R R基氨基酸赖、精和组第9页/共61页第三节 蛋白质的分子结构一级结构：基础，决定蛋白质的空间结构二级结构三级结构 空间结构四级结构第10页/共61页一、蛋白质的一级结构（一）肽键和肽链蛋白质是由氨基酸构成，氨基酸之间通过肽键相连。肽键（peptide bond)：是蛋白质分子中基本的化学键，它是由是由一分子氨基酸的羧基和另一分子氨基酸的氨基脱水缩合而成的，也称酰胺键。第11页/共61页几个名词肽：氨基酸通过肽键相连的化合物二肽：由两个氨基酸组成的肽称为二肽。三肽：三个氨基酸组成的肽，称为三肽。寡肽：一般把十个氨基酸以下的肽，称为寡肽。多肽（或多肽链）：十个氨基酸以上的肽，称为多肽或多肽链。第12页/共61页几个名词（续）氨基酸残基：多肽链中的氨基酸，由于参与肽键的形成，不是原来完整的分子，称为氨基酸残基。共价主链：多肽链中的骨架是由氨基酸的羧基与氨基形成的肽键部分规则地重复排列而成，称为共价主链。侧链：R基部分，称为侧链。第13页/共61页多肽链的方向性一条多肽链有两个末端，含有自由 氨基一端称为氨基末端或N末端；含有 羧基一端称为羧基末端或C末端。多肽链书写时将N端写在左边，C端写在右边。肽的命名也是从N端到C端。第14页/共61页蛋白质一级结构的概念蛋白质是由不同的氨基酸种类、数量和排列顺序，通过肽键而构成的高分子有机含氮化合物。蛋白质一级结构中除了肽键之外，有些还含有少量的二硫键。二硫键是由两分子半胱氨酸残基的巯基脱氢而生成的。二硫键可以存在与肽链内，也可以存在于肽链间。多肽链的一级结构存在三种形式，即无分支的的开链多肽、分枝多肽和环状多肽。第15页/共61页二、蛋白质的构象(一）维持蛋白质构象的化学键1 1、氢键2 2、疏水键3 3、盐键4 4、配位键5 5、二硫键6 6、范德华引力第16页/共61页(二）蛋白质的二级结构螺旋 折叠 折角无规则线团第17页/共61页1 1、肽单位 肽键与相邻的两个碳原子所组成的基团，称为肽单位或肽平面。（1）肽键具有部分双键性质，不能自由旋转。（2）肽单位是刚性平面（3）肽单位中与CN相连的氢和氧原子与两个碳原子呈反向分布第18页/共61页肽单位的平面结构第19页/共61页（1）右手螺旋，每3.6个氨基酸旋转一周，螺距为0.54nm，每个氨基酸残基的高度为0.15nm，肽键平面与长轴平行。（2）氢键是螺旋稳定的主要次级键。（3）肽链中氨基酸残基的R基侧链分布在螺旋的外侧，其形状、大小及电荷均影响螺旋的形成和稳定性。2 2、螺旋第20页/共61页螺旋空间填充模型抹香鲸肌红蛋白中的一个片段绿色：C C原子蓝色：N原子红色：O原子白色：H原子黄色：侧链第21页/共61页3 3、折叠折叠又称片层结构，多肽链的肽平面之间呈手风琴状折叠。此结构具有下列特征：(l)(l)肽键平面之间一般折叠成锯齿状。(2)(2)氢键是维持这种结构的主要次级键。(3)(3)肽链平行的走向有顺式和反式两种 (4)(4)肽链中氨基酸残基的R R侧链分布在片层的上下第22页/共61页4 4、折角伸展的肽链形成1800的回折，即U型转折结构。它是由四个连续氨基酸残基构成。第一个氨基酸残基的羧基与第四个氨基酸残基的亚氨基之间形成氢键以维持其构象。第23页/共61页5 5、无规则线团 蛋白质二级结构中除上述有规则的构象外，尚存在因肽键平面不规则排列的无规律构象，称为自由折叠或无规线团。第24页/共61页表3-5 部分蛋白质中螺旋量蛋白质名称蛋白质名称螺旋螺旋 折叠（）折叠（）血红蛋白血红蛋白780细胞色素细胞色素C390溶菌酶溶菌酶4012羧肽酶羧肽酶3817核糖核酸酶核糖核酸酶2635凝乳蛋白酶凝乳蛋白酶1445第25页/共61页（三）超二级结构 超二级结构(super-secondary structure)是指在多肽内顺序上相邻的二级结构常常在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成有规则的二级结构聚集体。第26页/共61页（四）结构域 在较大的蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，进一步折叠形成一个或多个相对独立的致密的三维实体，即结构域。第27页/共61页（五）蛋白质的三级结构在一条多肽链中所有原子或基团在三维空间的整体排布称为三级结构。稳定三级结构的主要化学键：疏水键、氢键和盐键等次级键。第28页/共61页（六）蛋白质的四级结构 由两个或两个以上的亚基之间相互作用，彼此以非共价键相连而形成更复杂的构象，称为蛋白质的四级结构。1、亚基：亚基一般由一条多肽链组成，也有由两条或更多的多肽链组成。亚基本身各具有一、二、三级结构。一般亚基多无活性，当它们构成具有完整四级结构的蛋白质时，才表现出生物学活性。2、亚基间的结合力：维持蛋白质四级结构的主要化学键是疏水键，它是由亚基间氨基酸残基的疏水基相互作用而形成的。第29页/共61页图3-12 3-12 蛋白质一、二、三、四级结构示意图第30页/共61页第四节 蛋白质的结构与功能一、蛋白质的一级结构与功能的关系 蛋白质分子的一级结构是形成空间结构的物质基础，而蛋白质的生物功能是蛋白质分子特定的天然构象所表现的性质或具有的属性。1、一级结构不同，生物学功能各异 不同蛋白质和多肽具有不同的功能，根本的原因是它们的一级结构各异。第31页/共61页2、一级结构中“关键”部分相同，其功能也相同例1：1.24.33.39 ACTH活性必需部分 种属特异性 31 33 人 丝 谷 猪 亮 谷 牛 丝 谷胺第32页/共61页例2：活性必需的氨基酸顺序 11 17动物-MSH N-MSH N蛋谷组苯丙精色甘 2222肽 7 137 13 -MSH N -MSH N蛋谷组苯丙精色甘 1818肽 4 104 10人 -MSH N-MSH N蛋谷组苯丙精色甘 1313肽第33页/共61页3、一级结构“关键”部分变化，其生物活性也改变表表37 多肽或蛋白质中氨基酸的变化与活性多肽或蛋白质中氨基酸的变化与活性多肽或蛋白质多肽或蛋白质氨基酸位置氨基酸位置相对活性相对活性脑啡肽（脑啡肽（5肽）肽）甘甘2 蛋蛋51.01.0衍生物衍生物D-丙丙 蛋蛋-CO-NH210.0促黄体生成释放素（促黄体生成释放素（10肽）肽）色色3 丝丝4 甘甘6 甘甘101.0衍生物衍生物苯丙苯丙 0.04苯丙苯丙 D-色色 甘甘-NH-C2H5144.0生长抑素（生长抑素（14肽）肽）苯丙苯丙6 色色8 苏苏10 丝丝131.0衍生物衍生物 D-丝丝0.01 D-色色 8.0胰岛素（胰岛素（51肽）肽）A-甘甘1 天胺天胺21 B-组组10 苯丙苯丙251.0衍生物衍生物 X 0.05 天天 2.5肿瘤坏死因子（肿瘤坏死因子（157肽）肽）缬缬1苏苏7 脯脯8 丝丝9 天天10 亮亮1571.0衍生物衍生物XXX 精精 赖赖 精精 苯丙苯丙10.0第34页/共61页4、一级结构的变化与疾病的关系分子病：由遗传突变引起的，在分子水平上仅存在微观差异而导致的疾病，称之为分子病。例一：镰刀状红细胞贫血 1 2 3 4 5 6 7 8 HbA 链 H2N-缬-组-亮-苏-脯-谷-谷-赖-HbA 链 H2N-.缬.例二：糖尿病胰岛素分子病 21 22 23 24 25 26 27 正常人胰岛素链 -谷-精-甘-苯丙-苯丙-酪-苏-异常人胰岛素链 -.亮.第35页/共61页二、蛋白质的空间构象与功能的关系1、蛋白质前体的活化第36页/共61页2、蛋白质的变构现象 一些蛋白质由于受某些因素的影响，其一级结构不变而空间构象发生一定的变化，导致其生物学功能的改变，称为蛋白质的变构效应或别构作用(allosteric effect)。第37页/共61页三、蛋白质的结构与生物进化第38页/共61页第五节 蛋白质的性质一、蛋白质的分子大小、形状及分子量测定1、蛋白质分子量一般为1104 1106 D或更高表表3-9一些蛋白质的分子资料一些蛋白质的分子资料 蛋白质蛋白质分子量分子量氨基酸残基数氨基酸残基数多肽链数多肽链数牛胰岛素牛胰岛素人细胞色素人细胞色素C牛胰糜蛋白酶牛胰糜蛋白酶人血红蛋白人血红蛋白人免疫球蛋白人免疫球蛋白E.coli RNA聚合酶聚合酶人载脂蛋白人载脂蛋白B牛肝谷氨酸脱氢酶牛肝谷氨酸脱氢酶57331300021600645001450004500005130001000000511042415741320410046368300213445140第39页/共61页2、蛋白质的分子形状球形、椭圆形、纤维状等。3、蛋白质的分子量测定分子筛层析法SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）生物质谱第40页/共61页二、蛋白质的变性蛋白质的变性作用：某些物理的和化学的因素使蛋白质分子的空间构象发生改变或破坏，导致其生物活性的丧失和一些理化性质的改变，这种现象称为蛋白质的变性作用。1 1、变性的本质 蛋白质变性作用的本质是形成与稳定蛋白质分子空间构象的次级键遭到破坏，从而导致蛋白质分子空间构象改变或破坏，而不涉及一级结构的改变或肽键的断裂。第41页/共61页2、变性作用的特征（1）生物活性的丧失（2）某些理化性质的改变3、变性作用的因素和程度（1）引起蛋白质变性的因素：A、物理因素：高温、紫外线、X射线、超声波和剧烈振荡等。B、化学因素：强酸、强碱、尿素、去污剂、重金属（Hg2，Ag2，Pb2）、三氯醋酸和浓乙醇等。（2）可逆变性与不可逆变性：除去变性因素后，蛋白质构象可以恢复的称为可逆变性，反之，称为不可逆变性。4、变性作用的意义第42页/共61页三、蛋白质的两性电离与等电点蛋白质的解离ProCOOHNH3+ProCOONH3+ProCOONH2OHOHOHOHH HH HpH pIpH pIpH pIProCOOHNH2蛋白质的等电点 使蛋白质所带正负电荷相等，静电荷为零时的溶液的pH值，称为蛋白质的等电点。第43页/共61页四、蛋白质的胶体性质蛋白质形成亲水胶体的两个基本稳定因素：蛋白质表面具有水化层蛋白质表面具有同性电荷第44页/共61页五、蛋白质的沉淀反应蛋白质的沉淀：蛋白质分子聚集而从溶液中析出的现象。中性盐沉淀反应有机溶剂沉淀反应加热沉淀反应重金属盐沉淀反应生物碱试剂沉淀反应第45页/共61页1、中性盐沉淀反应盐溶作用：低盐浓度可以使蛋白质溶解度增加。因为低盐浓度可以使蛋白质表面吸附某种离子，导致其颗粒表面同性电荷增加而增强排斥，同时与水分子作用增强，从而提高了蛋白质的溶解度。盐析作用：高盐浓度时，因为破坏蛋白质水化层并且中和电荷，促使蛋白质颗粒相互聚集而沉淀。沉淀出的蛋白质不发生变性。第46页/共61页在蛋白质溶液中加入一定量的与水互溶的有机溶剂（如乙醇、丙酮和甲醇等）能使蛋白质表面失去水化层相互聚集而沉淀。有时可以引起蛋白质的变性，这与有机溶剂的浓度、与蛋白质接触的时间，以及沉淀的温度有关。2、有机溶剂沉淀反应第47页/共61页3、加热沉淀反应加热可以使蛋白质变性而沉淀。第48页/共61页4、重金属盐沉淀反应 pHpI时，蛋白质溶液带有负离子，可以与重金属离子（Cu 2+、Hg 2+、Pb 2+、Ag+等）结合成不溶性的盐而沉淀。应用：临床上抢救重金属盐中毒病人ProCOO-NH3+ProCOO-NH2ProCOOAgNH2pH pIpH pIAgAg第49页/共61页5、生物碱试剂沉淀反应pHpI时，蛋白质溶液带有正离子，可以与一些生物碱试剂（苦味酸、磷钨酸、磷钼酸、鞣酸、三氯醋酸、磺基水杨酸等）结合成不溶性的盐而沉淀。ProCOO-NH3+ProCOOHNH3+ProCOOHNH3CClCOO-pH pIpH pICClCCl3 3COOCOO-第50页/共61页蛋白质沉淀与变性之间关系 蛋白质变性和沉淀是两个不同的概念，二者有联系但是又不完全一致。蛋白质变性时有时可以表现为沉淀，也可以表现为溶解状态；同样，蛋白质沉淀有时可以是变性，也可以是不变性，这取决于沉淀的蛋白质空间构象有无破坏而定第51页/共61页六、蛋白质的颜色反应1、茚三酮反应 在pH57时，蛋白质与茚三酮丙酮溶液加热可以产生蓝紫色。此反应的灵敏度为1微克。凡是具有氨基、能释放出氨的化合物几乎都有此反应，据此可以用多肽与蛋白质及氨基酸的定性和定量分析。第52页/共61页2、双缩脲反应蛋白质在碱性溶液中可与Cu2产生紫红色反应。这是蛋白质分子中肽键的反应，肽键越多反应颜色越深。氨基酸无此反应。此法可用于蛋白质的定性和定量。亦可用于测定蛋白质的水解程度，水解越完全则颜色越浅。第53页/共61页3、酚试剂反应在碱性条件下，蛋白质分子中的酪氨酸和色氨酸可以与酚试剂（含磷钨酸和磷钼酸化合物）生成蓝色化合物。蓝色的强度与蛋白质的量成正比.此法是测定蛋白质浓度的常用方法。优点：灵敏度高，可测定微克水平的蛋白质含量。缺点：不同的蛋白质所含酪氨酸、色氨酸不同而显色有所差异。第54页/共61页第七节 蛋白质的分类一、根据分子形状分类球状蛋白纤维状蛋白 蛋白质分子形状的长短轴比小于10。生物界多数蛋白属于球状蛋白，一般为可溶性、有特异生物活性，如酶、免疫球蛋白等。蛋白质分子形状的长短轴比大于10。一般不溶于水，多为生物体组织的结构材料，如毛发中的角蛋白、结缔组织中的胶原蛋白和弹性蛋白、蚕丝的丝心蛋白等。第55页/共61页二、根据组成分类单纯蛋白结合蛋白蛋白质名称蛋白质名称辅基辅基举例举例核蛋白核蛋白核酸核酸染色体蛋白、病毒核蛋白染色体蛋白、病毒核蛋白糖蛋白糖蛋白糖类糖类免疫球蛋白、粘蛋白免疫球蛋白、粘蛋白色蛋白色蛋白色素色素血红蛋白、黄素蛋白血红蛋白、黄素蛋白脂蛋白脂蛋白脂类脂类脂蛋白、脂蛋白脂蛋白、脂蛋白磷蛋白磷蛋白磷酸磷酸胃蛋白酶、酪蛋白胃蛋白酶、酪蛋白金属蛋白金属蛋白金属离子金属离子铁蛋白、胰岛素铁蛋白、胰岛素 其水解产物仅为氨基酸。如清蛋白（白蛋白）、球蛋白、组蛋白、精蛋白（硫酸鱼精蛋白）、硬蛋白和植物谷蛋白等。由单纯蛋白和非蛋白部分组成。非蛋白部分称为辅基，根据辅基不同可以分为下列几类，见表313第56页/共61页三、根据溶解度分类可溶性蛋白 醇溶性蛋白 不溶性蛋白 可溶于水，稀的中性盐和稀酸溶液，如，清蛋白、球蛋白、组蛋白和精蛋白等。如醇溶谷蛋白，它不溶于水、稀盐溶液，而溶于7080的乙醇。指不溶于水、中性盐、稀酸、碱和一般有机溶剂。如角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白等。第57页/共61页四、根据功能分类活性蛋白质 非活性蛋白质 大多数是球状蛋白质，它们的特性在于都有识别功能（即它们与其他分子结合的功能），包括在生命活动过程中一切有活性的蛋白质以及它们的前体，绝大部分蛋白质都属于此类。主要包括一大类起保护和支持作用的蛋白质，实际上相当于按照分子形状分类的纤维状蛋白质和按照溶解度分类的不溶性蛋白质。第58页/共61页右手螺旋第59页/共61页 折叠第60页/共61页感谢您的观看！第61页/共61页