生化蛋白质化学.ppt
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1、 第一章第一章 蛋白质蛋白质第一节第一节 蛋白质的生物学意义蛋白质的生物学意义 第二节第二节 蛋白质组成和氨基酸的性质蛋白质组成和氨基酸的性质 一一 蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成 C C 5055%5055%H H 68%68%O O 2030%2030%N N 1518%1518%S S 04%04%蛋白质中含蛋白质中含N N量相当接近,平均值量相当接近,平均值16%16%氮元素的质量氮元素的质量 蛋白质的质量蛋白质的质量 16%16%蛋白质的质量蛋白质的质量 氮元素的质量氮元素的质量 二二 蛋白蛋白质质的氨基酸的氨基酸组组成成 氨基酸氨基酸是蛋白是蛋白质质的基本的基本结结构构单单位位
2、构成蛋白质的氨基酸有构成蛋白质的氨基酸有2020种种(一)氨基酸结构上的共同特点(一)氨基酸结构上的共同特点1除除Pro外,其余外,其余19种氨基酸均为种氨基酸均为氨基酸氨基酸2除除Gly外,其余外,其余19种氨基酸上的种氨基酸上的碳原子都是手性碳原子分子具有手性碳原子都是手性碳原子分子具有手性3除除Gly外,其余外,其余19种氨基酸分子具有不对称性,所以有光学活性种氨基酸分子具有不对称性,所以有光学活性 组成蛋白质的氨基酸都属组成蛋白质的氨基酸都属L型型(二)氨基酸的分类(二)氨基酸的分类1根据组成蛋白质的根据组成蛋白质的20种氨基酸的种氨基酸的侧链侧链R基团的化学结构基团的化学结构将其分四
3、大类将其分四大类一氨基一羧基氨基酸一氨基一羧基氨基酸脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸一氨基二羧基氨基酸及其酰胺一氨基二羧基氨基酸及其酰胺二氨基一羧基氨基酸二氨基一羧基氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸杂环氨基酸杂环氨基酸杂环亚氨基酸杂环亚氨基酸2 2 按照氨基酸按照氨基酸侧链侧链R R基团的极性基团的极性,把,把2020种种AA分为两大类:分为两大类:不带电荷(不带电荷(6 6种)种)极性氨基酸(极性氨基酸(1111种)种)带负电荷(带负电荷(2 2种)种)带正电荷(带正电荷(3 3种)种)非极性氨基酸(非极性氨基酸(9 9种)种)(三三)非蛋白氨基酸非蛋白氨基酸例如:例如:1 1 谷氨酸脱羧产生谷氨酸脱
4、羧产生-氨基丁酸氨基丁酸 GluGlu脱羧酶脱羧酶 L-Glu -L-Glu -氨基丁酸(氨基丁酸(GABAGABA)抑制神抑制神经递质经递质2 2 组氨酸脱羧产生组胺组氨酸脱羧产生组胺 HisHis脱羧酶脱羧酶 组氨酸组氨酸 组胺组胺 血管扩张剂血管扩张剂3 3 天冬氨酸脱羧生成天冬氨酸脱羧生成-丙氨酸丙氨酸 Asp Asp脱羧酶脱羧酶 Asp -Ala Asp -Ala 参与泛酸(参与泛酸(VBVB3 3)组成)组成此外还有瓜氨酸此外还有瓜氨酸(Cit)(Cit)、鸟氨酸(、鸟氨酸(OrnOrn)(三)氨基酸的解离和两性性质(三)氨基酸的解离和两性性质 1.1.等电点的定义:等电点的定义:
5、2.2.等电点的计算等电点的计算:两性离子两侧两性离子两侧PkPk值之和的一半值之和的一半 3.3.性质性质:溶解度最小溶解度最小(四)氨基酸的理化性质(四)氨基酸的理化性质 1 1 物理性质:物理性质:2 2 化学性质:化学性质:与茚三酮的反应与茚三酮的反应 除除Pro(Pro(黄色黄色)其余其余AAAA与之反应呈兰紫色与之反应呈兰紫色 与与HNOHNO2 2反应反应反反应应放出的放出的N N2 2,一半来自氨基酸,一半来自氨基酸-氨基,一半来自氨基,一半来自亚亚硝酸的氮硝酸的氮 与甲与甲醛醛的反的反应应:与与2 2,4-4-二硝基氟苯二硝基氟苯(DNFB)(DNFB)反反应应 与异硫氰酸苯
6、酯与异硫氰酸苯酯(PITC)(PITC)的反应的反应 第三节 蛋白质的结构一一 蛋白蛋白质质的一的一级结级结构构 (一)(一)肽肽 1.1.定义定义:一一个个氨氨基基酸酸的的-COOH-COOH可可与与另另一一个个氨氨基基酸酸的的-NH-NH2 2缩缩合合失失去一分子水,形成的去一分子水,形成的酰酰胺胺键键称称肽键肽键,其化合物称,其化合物称为肽为肽 2.2.命名命名 3.3.生生物物活活性性肽肽:调调节节生生物物机机体体生生命命活活动动或或具具有有某某些些生生理活性的寡肽和多肽的总称。理活性的寡肽和多肽的总称。谷胱甘肽谷胱甘肽(GSH)(GSH)催产素和加压素催产素和加压素脑肽脑肽(二)蛋白
7、质的一级结构(二)蛋白质的一级结构1.定义定义:肽链中氨基酸的排列顺序肽链中氨基酸的排列顺序2.稳定因素稳定因素:肽键肽键(主要主要)、二硫键、二硫键(次要次要)3.举例举例:胰岛素胰岛素分子量分子量5700左右,牛胰岛素左右,牛胰岛素MW5734,由两条肽链组成。,由两条肽链组成。胰岛素胰岛素A链链(21个氨基酸残基)个氨基酸残基)、B链链(30个氨基酸残基)个氨基酸残基)A6A7三个二硫键三个二硫键A7B7A20B19(一)蛋白质的二级结构(一)蛋白质的二级结构1.定义定义:是指蛋白质多肽链主链的折叠和盘绕方式是指蛋白质多肽链主链的折叠和盘绕方式2.表现形式:表现形式:-螺旋结构、螺旋结构
8、、-折叠结构折叠结构、-转角结构、无规则卷曲(自由回转)转角结构、无规则卷曲(自由回转)1-螺旋结构螺旋结构基本要点:基本要点:这这种种-螺螺旋旋模模型型,每每隔隔个个氨氨基基酸酸残残基基螺螺旋旋上上升升一一圈圈。螺螺距距是是,每每个个氨氨基基酸酸残残基基的的垂垂直直距距离离是是。螺螺旋旋上上升升时时,每每个个残残基基沿沿轴轴旋旋转转100。-螺螺旋旋体体中中氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链R基基团团伸伸向向外外侧侧,相相邻邻的的螺螺旋旋圈圈之之间间形形成链内氢键,氢键的取向几乎与中心轴平行。成链内氢键,氢键的取向几乎与中心轴平行。-螺旋有左手螺旋和右手螺旋两种,天然蛋白质的螺旋有左手螺旋和右手螺
9、旋两种,天然蛋白质的-螺旋绝大螺旋绝大多数都是右手螺旋,仅在嗜热菌蛋白酶的晶体结构中发现多数都是右手螺旋,仅在嗜热菌蛋白酶的晶体结构中发现226226229229位氨基酸残形成左手螺旋。位氨基酸残形成左手螺旋。稳定及影响因素稳定及影响因素:氢键氢键多肽链中有多肽链中有ProPro(或羟脯氨酸)(或羟脯氨酸)时螺旋中断时螺旋中断多肽键中存在大量多肽键中存在大量GlyGly、SerSer、ThrThr大量存在也不利于形成大量存在也不利于形成-螺旋螺旋2-2-折叠结构折叠结构-折叠结构与折叠结构与-螺旋结构的差异是:螺旋结构的差异是:1.-螺旋肽链是卷曲棒状螺旋,而螺旋肽链是卷曲棒状螺旋,而-折叠的
10、肽链几乎是完全伸展的折叠的肽链几乎是完全伸展的2.都以氢键维持结构的稳定性都以氢键维持结构的稳定性3.-折叠结构中每一残基间的垂直距离为折叠结构中每一残基间的垂直距离为0.35nm-折叠结构分为平行和反平行两种形式折叠结构分为平行和反平行两种形式,从能量考虑从能量考虑,反平行更为稳定反平行更为稳定3-转角结构转角结构4自由回转(无规则卷曲)自由回转(无规则卷曲)(二二)超二级结构和结构域超二级结构和结构域(1 1)超二级结构)超二级结构:指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作用指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作用,形成有规则的形成有规则的,在空间上能辨认的二级结构给合体。在空间上能
11、辨认的二级结构给合体。常见超二级结构形式:常见超二级结构形式:(2 2)结构域:)结构域:多肽链在超二级结构基础上进一步盘绕折叠成的近似球状紧密结构。多肽链在超二级结构基础上进一步盘绕折叠成的近似球状紧密结构。一条长的多肽链首先折叠成几个相对独立的结构域,再缔合成三一条长的多肽链首先折叠成几个相对独立的结构域,再缔合成三级结构。级结构。(二)蛋白质的三、四结构(二)蛋白质的三、四结构1蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构(1)定义定义:由由-螺旋、螺旋、-折叠等二级结构之间相互配置而成的构象折叠等二级结构之间相互配置而成的构象(2)举例举例:肌红蛋白肌红蛋白肌红蛋白由一条多肽链构成,有肌红蛋白由一
12、条多肽链构成,有153个氨基酸残基和一个血红个氨基酸残基和一个血红素辅基,素辅基,MW为为17800,通过,通过X-射线衍射图谱测出其空间结构射线衍射图谱测出其空间结构有下列特征:有下列特征:整个分子中肽链有整个分子中肽链有77%呈呈-螺旋体构象螺旋体构象分分子子是是一一个个外外圆圆中中空空的的不不对对称称结结构构,有有8段段长长度度为为724个个氨氨基基酸酸残残基基的的-螺螺旋旋体体。在在拐拐角角处处,-螺螺旋旋体体受受到到破破坏坏(Pro、Ile、Ser等出现在拐角处)等出现在拐角处)分子排列非常紧密,其内部留有的空间仅能容纳分子排列非常紧密,其内部留有的空间仅能容纳4个水分子个水分子 氨
13、基酸残基的全部极性氨基酸残基的全部极性R R基团几乎全部位于分子表面,并且呈水化状态基团几乎全部位于分子表面,并且呈水化状态 几乎全部非极性或疏水性几乎全部非极性或疏水性R R基团都位于分子内部,不与水接触。基团都位于分子内部,不与水接触。对对已已被被检检查查的的不不同同种种属属的的肌肌红红蛋蛋白白而而言言,虽虽然然其其氨氨基基酸酸组组成成稍稍有有差差别别,但但其其多多肽肽链链的的总总构构象象完完全全是是一一致致的的,因因此此氨氨基基酸酸顺顺序序中中保保留留或或不不变变的的残残基,与决定弯折的位置和直的段节的走向有关基,与决定弯折的位置和直的段节的走向有关2 2 蛋白蛋白质质的四的四级结级结构
14、构 (1)(1)定义定义:由两条或两条以上的具有三由两条或两条以上的具有三级结级结构的多构的多肽链肽链聚合而成聚合而成的的特定构象特定构象(2)(2)举例举例:血血红红蛋白的蛋白的结结构:构:MW 65000 574 MW 65000 574个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成 4 4个亚基组成(个亚基组成(2222)每个亚在含有一个血红素辅基每个亚在含有一个血红素辅基 亚基含亚基含141141个氨基酸残基个氨基酸残基 亚基含亚基含146146个氨基酸残基个氨基酸残基 血血红红素素辅辅基的基的铁为铁为二价二价铁铁原子,但在原子,但在输输氧氧时时,铁铁的价的价态态不不变变 (三)蛋白质分子中的共价键
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