蛋白质化学.ppt

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1、蛋白质化学总结,05级 工程一班20052502609容洪轩,蛋白质化学,第一节 通论第二节 蛋白质的组成单位氨基酸第三节 蛋白质的结构第四节 蛋白质的结构与功能第五节 蛋白质的性质第六节 蛋白质的分离纯化和测定,通论,一、蛋白质的化学概念 蛋白质是由20种-氨基酸通过肽键相互连接而成的一类具有特定的空间构象和生物学活性的有机分子。二、蛋白质的分类根据分子形状分类 球状蛋白、纤维蛋白。根据功能分类起催化作用的蛋白、结构蛋白、转运蛋白、调节蛋白、信号传递蛋白、动力蛋白。根据组成分类简单蛋白、结合蛋白。根据溶解度的不同分类清蛋白、球蛋白、组蛋白、精蛋白、醇溶蛋白、硬蛋白、谷蛋白。根据营养价值不同分

2、类完全蛋白质、不完全蛋白质 返回,第二节 蛋白质的组成单位氨基酸,一、氨基酸的一般结构特征二、氨基酸的分类和结构五、氨基酸的一般性质六、氨基酸的化学性质 返回,一、氨基酸的一般结构特征,组成蛋白质的20种氨基酸中除脯氨酸外具有下列结构： NH2CHCOOH R故组成蛋白质的氨基酸，除R基团不同外，其分子中均含有氨基和羧基，氨基和羧基都连在同一个碳原子上，故称为-氨基酸；蛋白质分子中的氨基酸均为-氨基酸。当R不等于H时，氨基酸分子中都含有不对称碳原子，因此有D-型和L-型两种异构体;蛋白质分子中的氨基酸一般为L-型。 返回,二、氨基酸的分类和结构,根据氨基和羧基数目分类分为：中性氨基酸，分子中含

3、一个氨基，一个羧基酸性氨基酸，分子中含一个氨基，两个羧基碱性氨基酸，分子中含两个氨基，一个羧基根据氨基酸和羧基的关系可分为：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环氨基酸。根据侧链R物理性质分为：非极性氨基酸、带电的极性氨基酸、不带电的极性氨基酸组成蛋白质的20种氨基酸的名称、缩写及代表字符 返回,组成蛋白质的20种氨基酸的名称、缩写及代表字符,甘氨酸 Gly,G 精氨酸 Arg,R丙氨酸 Ala,A 赖氨酸 Lys,K缬氨酸 Val,V 组氨酸 His,H亮氨酸 Leu,L 天门冬氨酸 Asp,D异亮氨酸 ILe,I 谷氨酸 Glu,E甲硫氨酸 Met,M 半胱氨酸 Cys,C脯氨酸 Pro,P 丝

4、氨酸 Ser,S苯丙氨酸 Phe,F 苏氨酸 Thr,T酪氨酸 Tyr,Y 天冬氨酰 Asn,N色氨酸 Trp,W 谷胺酰胺 Gln,Q返回,氨基酸的一般性质,氨基酸均为无色晶体或粉末状，每种氨基酸都有自己特用的晶体形状，可用于鉴别。氨基酸在可见光区无吸收，但在紫外区酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸都有吸收，蛋白质在280nm波长下的紫外线吸收性质绝大部分由色氨酸和酪氨酸所引起。 返回,氨基酸的化学性质,一、两性性质和等电点氨基酸分子上既有羧基又有氨基，故为两性电解质。氨基酸因为是两性电解质，它在溶液中的带电情况，随溶液的pH值而定，当氨基酸在一定的pH条件下，氨基酸分子所带的正电荷和负电荷数相同，即

5、净电荷为零，此时溶液的pH称为该种电荷的等电点。二、由-氨基和-羧基共同参与的反应(1) 茚三酮反应P18(2)氨基酸的离子交换色谱法分离P19三、-氨基或-羧基参与的反应P2021 返回,蛋白质的结构,一、蛋白质的一级结构二、蛋白质的二级结构五、球状蛋白质的三级结构六、蛋白质的四级结构 返回,蛋白质的一级结构,蛋白质的一级结构就是肽链中的各个氨基酸的排列顺序。1、肽键和肽：一个氨基酸的-羧基和另一个的-氨基酸之间缩去一份子水相互连接形成肽。一个氨基酸的-羧基和另一个的-氨基酸之间缩去一份子水形成酰胺键相互连接而成的化合物成为肽。一般把小于10个氨基酸组成的肽称为寡肽，而大于10个氨基酸组成的

6、肽称为聚肽或多肽2、肽的命名及结构一个肽可根据所含的氨基酸残基数目简单地称为二肽、三肽和四肽。但肽的命名一般根据其功能和来源，如蛋氨酸脑啡肽、亮氨酸脑啡肽等。3、肽链表达式4、一级结构的研究 返回,肽链表达式,肽一般用氨基酸的中文名称的字头表示，中间用“.”号或“-”号将它们隔开，也可以用氨基酸英文名称的三字母缩写或单字符号写表示，中间用“.”号或“-”号将它们隔开，如：甘丙丝缬亮蛋赖GlyAla Ser ValG-A-S-V-L-M-K-K-R-E 返回,一级结构的研究,一级结构的研究包括蛋白质的氨基酸组成，氨基酸排列顺序和二硫键位置，肽键数目，末端氨基酸的种类等。一级结构的测定方法基本有以

7、下几种。1）将获得的一部分纯的蛋白质样品完全水解，确定蛋白质中氨基酸的种类和数目、每种氨基酸的含量。2）进行末端分析，确定改种蛋白质的肽键数目，N-端和C-端各是什么氨基酸。3）二硫键的拆分4）肽键中肽段排列顺序的确定，一般用片段重叠法。5）分离纯化部分降解的肽片段 ，分析每一段的氨基酸组成和排列顺序。6）确定二硫键位置7）根据重叠肽的氨基酸顺序，推断出完整肽的顺序。 返回,N-端氨基酸和C-端氨基酸的分析,1、N-末端分析P25-26（1）2，4-二硝基氟苯(FDNB)法。（2）Edman降解法（3）5-二甲氨基-1-磺酰氯法2、C-末端分析（1）肼解法（2）羧肽酶法P26-27a.羧肽酶A

8、b.羧肽酶B 返回,，,常用的裂解多肽链的方法,1、溴化氰（CNBr)列解法2、胰蛋白酶水解法3、胰凝乳蛋白酶（糜蛋白酶）水解法4、胃蛋白酶水解法5、金黄色葡萄球菌蛋白酶6、精氨酸蛋白酶水解法 返回,蛋白质的二级结构,1、蛋白质二级结构的概念：蛋白质的二级结构是指蛋白质的肽链的主链原子的空间排布，也就是指主链的构象，主链是由很多的肽单位（酰胺平面）构成的。2、肽单位：肽键的4个原子与两端的2个碳原子构成的一个平面叫酰胺平面（肽单位）。3、肽单位的特征4、二级结构的主要类型 返回,肽单位的特征,1、肽单位是一个刚性的平面结构2、肽平面中羧基的氧原子与亚氨基的氢原子以反式排列3、C和亚氨基的N及羧

9、基 C之间的键都是单键，均可以自由旋转。注意：在研究一级结构时，氨基酸残基被看成是一个最小单位，在研究蛋白质的高级结构时肽链中的最小单位的肽单位。 返回,二级结构的主要类型,1、-螺旋结构2、-折叠结构：-折叠结构又称为-折叠片层结构、-结构等。它是肽链主链或某一肽段的一种相当伸展的结构，这种结构的多肽链呈扇面状折叠。-转角结构：-转角结构也称为-弯曲， -回折，发夹结构，U形转折等。P33 返回,-螺旋结构,1、-螺旋结构是一个类似棒状结构2、 -螺旋结构的稳定主要靠链内的氢键3、大多数蛋白质中存在的-螺旋均为右手螺旋4、一条肽链螺旋结构的形成以及是否稳定，与它的氨基酸组成有关 返回,-折叠

10、结构,-折叠结构的特点：1、在这种结构中，所有肽键都参与了链间氢键的 形成，氢键与肽链的长轴近于垂直。2、在-折叠结构中，多肽主链是比较伸展的，取锯齿状折叠构象；相邻的两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm。 返回,球状蛋白质的三级结构,蛋白质的三级结构是建立在二级结构，超二级结构，和结构域的基础上。三级结构即一个蛋白质的立体结构或称三维结构包括多肽链中全部原子的空间排列方式。蛋白质的空间结构的研究方法：X-射线衍射法、核磁共振、光谱法、旋光色散法、园二色性、氢同位素交换法。维持蛋白质三级结构稳定的力主要是非共价键P39：氢键、疏水相互作用、范德华力、离子键、配位键。 返回,蛋白质的四级结构,有

11、些蛋白质分子中含有多条肽链，每一条肽链都有各自的三级结构。这种由数条具独立的三级结构的多肽链彼此通过非共价键相互作用而成的聚合体结构就是蛋白质的四级结构。 返回,蛋白质的结构与功能,一、蛋白质的一级结构决定其高级结构。二、蛋白质的一级结构与功能：蛋白质实现其生物学功能，从根本上来说决定于它的一级结构。（1）物种之间蛋白质的同源性（2）一级结构和蛋白质的功能的相关性（3）一级结构的细微变化可直接影响其功能三、蛋白质的三维结构与功能P46-54（1）胰岛素的结构与功能（2）血红蛋白的结构与功能（3）免疫球蛋白的结构与功能（4）蛋白质分子的修饰和多肽链局部的切割赋予它新的功能。 返回,蛋白质的性质,

12、一、蛋白质的水合作用和透析二、蛋白质的两性性质和等电点三、蛋白质的变性作用和复性作用：蛋白质因受某些物理或化学的因素是影响，分子三维结构的破坏，从而导致其理化性质，生物学活性改变的现象称为蛋白质的变性作用。蛋白质的变性就是二级结构以上的高级结构的破坏，而导致生物活性丧失的过程。蛋白质变性后可以在一定的实验条件下恢复原来的三维结构，使生物活性恢复，这过程称为蛋白质的复性。变性蛋白质能否复性，由导致蛋白质变性的因素、蛋白质的种类以及蛋白质分子结构改变的程度等决定。四、蛋白质的沉淀作用P571、可逆的沉淀作用：盐析作用2、不可逆的沉淀作用：重金属盐沉淀蛋白质、生物碱试剂沉淀蛋白质 返回,蛋白质的分离

13、纯化和测定,一、蛋白质分离纯化的一般原则二、分离纯化的主要方法三、蛋白质分子量的测定四、蛋白质的纯度的鉴别标准1、蛋白质在不同pH条件下的电泳，呈现一条分离区带2、蛋白质等电聚电泳呈现一条分离带3、经纯化后的蛋白质，应不失其生物活性4、纯的蛋白质在超速离心场中，以单一的沉降速度运动五、蛋白质含量的测定：紫外吸收法、福林酚法、染料结合法 返回,蛋白质分离纯化的一般原则,1、材料的预处理及细胞破碎：机械破坏法、渗透破碎法、反复冷冻法、超声波法、酶法2、蛋白质的提取3、蛋白质粗制品的获得：等电点沉淀法、盐析法、有机溶剂沉淀法、 返回,分离纯化的主要方法,1、凝胶过滤法该法又称为分子排阻色谱，分子筛色

14、谱。它是它是使用一种葡聚糖凝胶，即交联葡聚糖，这种凝胶具有网状结构，其交联度或网孔大小决定凝胶的分级范围。不同蛋白质由于分子大小不同，进入网孔的程度不同，因此流出的速度不同，从而达到分离的目的。2、离子交换纤维素柱色谱法：离子交换纤维素是人工合成的纤维衍生物，它具有松散的亲水网状结构，有较大的表面积，故交换容量大。常用有：羧甲基纤维素、二乙氨基乙基纤维素3、亲和法4、高效液相法5、疏水色谱 返回,蛋白质分子量的测定,1、凝胶过滤法：此法的原理如前所述是根据分子量的大小2、SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法测定分子量：在外电场作用下，带电颗粒向着与其所带电荷相反的电极移动的现象，称为电泳。不同的蛋白质，氨基酸的组成不同，等电点不同，在同一pH条件下所带电荷多少不同，因此在同一电场中的迁移速度不同而达到分离的目的。3、超速离心法可用于分离纯化蛋白质及其分子量的测定 返回,