第四章蛋白质优秀PPT.ppt

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1、第四章蛋白质第一页，本课件共有40页 1.蛋白质是生物体内的结构高分子蛋白质是生物体内的结构高分子 蛋白质占干重蛋白质占干重 人体中（中年人）人体中（中年人）人体人体 45%水水55%细菌细菌 50%80%蛋白质蛋白质19%真菌真菌 14%52%脂肪脂肪19%酵母菌酵母菌 14%50%糖类糖类1%白地菌白地菌50%无机盐无机盐7%2.蛋白质是一种生物体内的功能高分子蛋白质是一种生物体内的功能高分子 （1）酶的催化作用）酶的催化作用 （2）调节作用）调节作用(多肽类激素多肽类激素)（3）运输功能）运输功能 （4）运动功能）运动功能 （5）免疫保护作用）免疫保护作用(干扰素干扰素)（6）接受、传递

2、信息的受体）接受、传递信息的受体 （7）毒蛋白）毒蛋白第二页，本课件共有40页 第一节蛋白质分子组成成分第一节蛋白质分子组成成分 蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、锌和铜等。这些元素在某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：蛋白质中的组成百分比约为：碳碳 5055 氮氮 1517%铁铁,锌锌,锰锰,钼钼,碘碘,铜等铜等 氢氢 68 硫硫 04 氧氧 2023 磷磷 01%其中氮含量较恒定，平均其中

3、氮含量较恒定，平均16%。一克氮。一克氮=6.25克蛋白质。这是凯氏定氮法的依据。克蛋白质。这是凯氏定氮法的依据。一一.元素组成元素组成第三页，本课件共有40页二二.蛋白质的水解蛋白质的水解 酸水解：酸水解：蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 碱水解：碱水解：蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 酶水解：酶水解：蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸证明：氨基酸是蛋白质的基本组成单位证明：氨基酸是蛋白质的基本组成单位第四页，本课件共有40页三三.基本组成单位氨基酸基本组成单位氨基酸（一）氨基酸的结构通式（一）氨基酸的结构通式 或或1.特点：决定了氨基酸有如下特点：特点：决定了氨基酸有如下特点：具有酸性的羧基和碱性的氨基共同

4、性质具有酸性的羧基和碱性的氨基共同性质-碳为手性碳原子（碳为手性碳原子（R=H）由于由于R侧链不同（个性）侧链不同（个性）RCHNH3+COO-第五页，本课件共有40页 （二）（二）.氨基酸的分类氨基酸的分类 脂肪族脂肪族AA（15）（3）按）按R基团的基团的 芳香族芳香族AA（Phe,Tyr)化学结构分类化学结构分类 杂环族杂环族AA(His,Trp)杂环亚杂环亚AA(Pro)中性中性AA（15种）种）（1）按）按R基团的酸碱性分类基团的酸碱性分类 酸性酸性AA（Glu，Asp）碱性碱性AA (His,Arg,Lys)（2）按）按R基团的基团的 疏水性疏水性R基团基团AA 极性分类极性分类

5、不带电荷极性不带电荷极性R基团的基团的AA 亲水性亲水性R基团基团AA 正电荷（碱性）正电荷（碱性）带电荷带电荷R基团的基团的AA 负电荷（酸性）负电荷（酸性）PH=6-7第六页，本课件共有40页第二节第二节 氨基酸性质氨基酸性质一、氨基酸的光学活性和光吸收性质一、氨基酸的光学活性和光吸收性质 CHOCOHHCH2OHC H OCHOHCH2OHCOOHCNH2RH D（+）甘油醛甘油醛 D氨基酸氨基酸L（-）甘油醛甘油醛 L氨基酸氨基酸第七页，本课件共有40页n酪氨酸的酪氨酸的 max278nm，278=1.4x103n苯丙氨酸的苯丙氨酸的 max259nm，259=2.0 x102n色氨酸

6、的色氨酸的 max279nm，279=5.6x103n氨基酸的光吸收氨基酸的光吸收第八页，本课件共有40页 PH 1 7 10 净电荷净电荷+1 0 -1 正离子正离子 两性离子两性离子 负离子负离子 等电点等电点PI二二.氨基酸的两性离解性质氨基酸的两性离解性质n氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化质子化(-NH(-NH3 3+)形式存在，羧基是以离解状态形式存在，羧基是以离解状态(-COO(-COO-)存在。存

7、在。n在不同的在不同的pHpH条件下，两性离子的状态也随之发生变化条件下，两性离子的状态也随之发生变化第九页，本课件共有40页 当溶液浓度为某一当溶液浓度为某一pH值时，氨基酸分子中所含的值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和和-COO-数数目正好相等，净电荷为目正好相等，净电荷为0。这一。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称值即为氨基酸的等电点，简称pI。在。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。状态。侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pK1(-CO

8、OH)和和pK2(NH3+)之和的一半：之和的一半：pI=(pK1+pK2)/2 同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其其pI值也决定于两性离值也决定于两性离子两边的子两边的pK值之和的一半。值之和的一半。酸性氨基酸：酸性氨基酸：pI=(pK（-COOH）+pK（R-COOH）)/2 碱性氨基酸：碱性氨基酸：pI=(pK（NH3+）+pK（R-NH3+）)/2 PH PI溶液对溶液对PI而言偏碱而言偏碱 带带“-”PI与与PH的关系的关系 PH=PI溶液对溶液对PI而言中性而言中性 不带电不带电 PH PI溶液对溶液对PI而言偏酸而言偏酸 带带“+”氨基

9、酸的等电点氨基酸的等电点第十页，本课件共有40页2.与与2,4-二硝基氟苯（二硝基氟苯（DNFB）反应）反应三三.氨基酸的化学反应氨基酸的化学反应1.与甲醛反应与甲醛反应第十一页，本课件共有40页NHS:CCHCOR1HNNHCHCOR2+PTC-多肽多肽PTH-氨基酸氨基酸3.与异硫氰酸苯酯（与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应（）的反应（Edam降解）降解）第十二页，本课件共有40页DNS多肽多肽DNS氨基酸氨基酸 在碱性条件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯在碱性条件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯-DNS-DNS）可以与）可以与N-N-端氨基酸的游离氨基作用，得到丹磺酰端氨基酸的游离氨基作用，得

10、到丹磺酰-氨基酸。此法的优点是丹磺氨基酸。此法的优点是丹磺酰酰-氨基酸有很强的荧光性质，检测灵敏度可以达到氨基酸有很强的荧光性质，检测灵敏度可以达到1 1 1010-9-9molmol。4.4.与丹磺酰氯反应与丹磺酰氯反应与丹磺酰氯反应与丹磺酰氯反应:第十三页，本课件共有40页 此法是多肽链此法是多肽链C-C-端氨基酸分析法。多肽与肼在无水条件下加热，端氨基酸分析法。多肽与肼在无水条件下加热，C-C-端氨基酸即从肽链上解离出来，其余的氨基酸则变成肼化物。肼化物端氨基酸即从肽链上解离出来，其余的氨基酸则变成肼化物。肼化物能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与C-

11、C-端氨基酸分离端氨基酸分离。5.5.肼（联氨肼（联氨肼（联氨肼（联氨-NH-NH2 2-NH-NH2 2）解反应：）解反应：）解反应：）解反应：第十四页，本课件共有40页6.茚三酮反应茚三酮反应00000H00HH2O00H0HH2N-CH-COOHRNH3+RCHO+CO200H0H+NH3+00H00H0=N0O-O蓝紫色化合物蓝紫色化合物入入max=570nm茚三酮茚三酮水合茚三酮水合茚三酮还原茚三酮还原茚三酮第十五页，本课件共有40页脯氨酸，羟脯氨酸与茚三酮反应生成黄色物质脯氨酸，羟脯氨酸与茚三酮反应生成黄色物质CCCO-ON+入入max=440nm00H00HCO2HNCOOH第十

12、六页，本课件共有40页7.R-侧链反应侧链反应-呈色反应呈色反应反应名称反应名称反应试剂反应试剂反应基团反应基团颜色颜色用途用途黄色反应黄色反应浓硫酸浓硫酸+浓硝酸浓硝酸苯基、酚基苯基、酚基黄色黄色Phe Tyr米伦反应米伦反应硝酸汞（亚汞）硝酸汞（亚汞）酚基酚基红色红色 Tyr乙醛酸反应乙醛酸反应乙醛酸乙醛酸吲哚基吲哚基紫红紫红Trp坂口反应坂口反应萘酚萘酚+NaClO胍基胍基红色红色Arg福林酚反应福林酚反应磷钼酸磷钼酸+磷钨酸磷钨酸酚基、吲哚基酚基、吲哚基蓝色蓝色Trp TyrPauly反应反应重氮盐重氮盐咪唑基咪唑基酚基酚基棕红色棕红色桔黄色桔黄色His Tyr巯基反应巯基反应亚硝酸亚

13、铁氰酸亚硝酸亚铁氰酸钠钠巯基巯基红色红色Cys第十七页，本课件共有40页第三节第三节 蛋白质分类蛋白质分类一一.根据蛋白质分子形状分类根据蛋白质分子形状分类 1.球状蛋白球状蛋白 2.纤维状蛋白纤维状蛋白二二.根据蛋白质的组成成份分类根据蛋白质的组成成份分类 1.单纯蛋白单纯蛋白 2.结合蛋白结合蛋白 清蛋白清蛋白 核蛋白核蛋白 谷蛋白和醇溶谷蛋白谷蛋白和醇溶谷蛋白 色蛋白色蛋白 精蛋白和组蛋白精蛋白和组蛋白 糖蛋白糖蛋白 硬蛋白硬蛋白 脂蛋白脂蛋白 磷蛋白磷蛋白第十八页，本课件共有40页一一.一级结构一级结构肽单元肽单元氨基酸残基氨基酸残基OC-NHCC肽平面肽平面第四节第四节 蛋白质的结构

14、蛋白质的结构第十九页，本课件共有40页第二十页，本课件共有40页 a盐键（离子键）b氢键 c疏水相互作用力 d 范德华力 e二硫键 f 酯键二二.蛋白质分子结构中的化学键蛋白质分子结构中的化学键维系蛋白质分子的一级结构：肽键维系蛋白质分子的一级结构：肽键维系蛋白质分子的二级结构：氢键维系蛋白质分子的二级结构：氢键维系蛋白质分子的三级结构：疏水键维系蛋白质分子的三级结构：疏水键维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键、氢键、疏水键相互作用盐键、氢键、疏水键相互作用第二十一页，本课件共有40页化学法断裂肽键：化学法断裂肽键：溴化氰水解法，它能选择性地切割由甲硫氨

15、酸的羧基溴化氰水解法，它能选择性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽键所形成的肽键。第二十二页，本课件共有40页酶法断裂肽键酶法断裂肽键 -HN-CH-CO-NH-CH-CO R1 R2胰酶：R1=Lys.Arg胰凝乳酶：R1=phe.Tyr.Trp胃酶：R1 R2=phe.Tyr.Trp.leu嗜热菌蛋白酶：R2=phe.Tyr.Trp.leu.Ile.valGlu酶：R1=Glu.AspArg酶：R1=Arg第二十三页，本课件共有40页三三.蛋白质的高级结构蛋白质的高级结构（一）（一）.二级结构二级结构高级结构高级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二级结构二级结构-螺旋螺旋-

16、折叠折叠-转角转角自由回折自由回折蛋白质多肽链在空间的走向及基团分布。蛋白质多肽链在空间的走向及基团分布。蛋白质多肽链在空间的纽曲折叠蛋白质多肽链在空间的纽曲折叠形成特定的构象。形成特定的构象。第二十四页，本课件共有40页1.-螺旋结构螺旋结构3.6残基残基/圈圈0.54nm/圈圈1000/残基残基影响因素：遇影响因素：遇Pro中断，中断，R基同种电荷不稳定基同种电荷不稳定 O H-C-NH-CH-CO-N-3R氢键是维持此结构氢键是维持此结构的主要作用力的主要作用力-螺旋结构螺旋结构有左、右螺旋之分，天然蛋白质为右手有左、右螺旋之分，天然蛋白质为右手-螺旋结构，典型螺旋结构，典型右手右手-螺

17、旋结构可用螺旋结构可用3.613表示。表示。第二十五页，本课件共有40页2.-折叠结构折叠结构反平行反平行-折叠折叠平行平行-折叠折叠多肽链以相同或相反的方向排列成片层。多肽链以相同或相反的方向排列成片层。链间形成氢键。链间形成氢键。R基垂直分布在片层的上下方基垂直分布在片层的上下方影响因素：影响因素：R基的大小（基的大小（Ser、Gly等稳定）。等稳定）。第二十六页，本课件共有40页3.-转角结构转角结构4.自由回折自由回折 O H-C-NH-CH-CO-N-2R多肽链出现多肽链出现180度的回折度的回折氢键氢键没有规律的松散肽段没有规律的松散肽段自由回折自由回折-螺旋结构螺旋结构-转角转角

18、第二十七页，本课件共有40页（二）（二）.超二级结构超二级结构 二级结构单元按一定的规律规则排列组合成二级结构的组合单位二级结构单元按一定的规律规则排列组合成二级结构的组合单位第二十八页，本课件共有40页（三）（三）.三级结构三级结构蛋白质多肽链在二级或超二级蛋白质多肽链在二级或超二级结构的基础上进一步纽曲折叠结构的基础上进一步纽曲折叠形成很不规则但具有特定构象的形成很不规则但具有特定构象的蛋白质分子。蛋白质分子。1.外圆中空：极性基团分布外圆中空：极性基团分布分子的外侧，非极性基团分子的外侧，非极性基团在分子内形成孔穴。在分子内形成孔穴。2.片段折叠：片段折叠成片段折叠：片段折叠成7-8段，

19、每段为螺旋结构（段，每段为螺旋结构（75%）。）。3.作用力：疏水力作用力：疏水力第二十九页，本课件共有40页（四）（四）.四级结构四级结构两条或两条以上具有三级结构的两条或两条以上具有三级结构的多肽链组合在一起形成特定构象多肽链组合在一起形成特定构象的蛋白质分子。的蛋白质分子。四级结构中具有三级结构的多肽四级结构中具有三级结构的多肽链称为亚基。亚基单独存在没有链称为亚基。亚基单独存在没有火性。火性。作用力：次级键。作用力：次级键。第三十页，本课件共有40页第五节第五节 蛋白质分子结构与功能蛋白质分子结构与功能 一一.一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系胰岛素为胰岛素为A-B两链由两链由5

20、1个氨个氨基酸组成，基酸组成，A链链21个氨基酸，个氨基酸，B链链30个氨基酸。个氨基酸。不变：与活性有关不变：与活性有关 6个个Cys的位置不变的位置不变可变：与免疫有关可变：与免疫有关 常变的有常变的有B30、A8、9、10亲水氨基酸亲水氨基酸1.胰岛素胰岛素2.镰刀型贫血症血红蛋白镰刀型贫血症血红蛋白疏水氨基酸疏水氨基酸正常正常病人病人第三十一页，本课件共有40页二二.蛋白质的构象与功能的关系蛋白质的构象与功能的关系 HbH+O2 HbO2+H+S型曲线，型曲线，具有协同效应具有协同效应氧合离解平衡氧合离解平衡肌红蛋白肌红蛋白血红蛋白血红蛋白第三十二页，本课件共有40页2，3-二磷酸甘油

21、酸二磷酸甘油酸 （DPG）O2O2O2O2O2影响氧与血红蛋白结合的因素：影响氧与血红蛋白结合的因素：1.氧的分压氧的分压2.PH-波耳效应波耳效应3.DPG的浓度的浓度盐键共八对，盐键共八对，亚基间四对，亚基间四对，亚基内各一对，亚基内各一对，亚基间各一对。亚基间各一对。亚基亚基亚基亚基盐键盐键第三十三页，本课件共有40页第六节第六节 蛋白质的性质蛋白质的性质 此法首先利用化学分析方法测定蛋白质分子中某一特殊成分的百分此法首先利用化学分析方法测定蛋白质分子中某一特殊成分的百分含量含量,然后，假定蛋白质分子中该成分只有一个，据其百分含量可计算然后，假定蛋白质分子中该成分只有一个，据其百分含量可

22、计算出最低相对分子质量：出最低相对分子质量：一一.蛋白质的分子大小蛋白质的分子大小已知成分的相对分子已知成分的相对分子/原子质量原子质量已知成分的百分含量已知成分的百分含量最小相对分子质量最小相对分子质量1.根据化学成分测定最小相对分子质量根据化学成分测定最小相对分子质量第三十四页，本课件共有40页一个一个S单位，为单位，为110-13秒，相对分子质量越大，秒，相对分子质量越大，S值越大值越大 蛋白质的沉降系数：蛋白质的沉降系数：1200S 由沉降系数由沉降系数S可根据斯维得贝格可根据斯维得贝格Svedberg方程计算方程计算蛋白质分子的相对分子质量：蛋白质分子的相对分子质量：M=RST/D1

23、i R：气体常数：气体常数 ，T：绝对温度：绝对温度 ，D：扩散系数：扩散系数，：溶剂的密度：溶剂的密度2.沉降系数沉降系数单位离心力场中的沉降速度，以单位离心力场中的沉降速度，以S表示表示S=dx/dt2X第三十五页，本课件共有40页 蛋白质能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时蛋白质能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时(Isoelectric point pI)，蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。，蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。二二.蛋白质的两性离解和电泳现象蛋白质的两性离解和电泳现象 在不同的在不同的pH环境下，蛋白质环境下，蛋白质的电学性质不同。在等电点偏酸的电学性质不同

24、。在等电点偏酸性溶液中，蛋白质粒子带正电荷，性溶液中，蛋白质粒子带正电荷，在电场中向负极移动；在等电点在电场中向负极移动；在等电点偏碱性溶液中，蛋白质粒子带负偏碱性溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极移动。这电荷，在电场中向正极移动。这种现象称为蛋白质电泳种现象称为蛋白质电泳(Electrophoresis)。PrNH3COOHPrNH3COO_PrNH2COO _+pHpI (正常人正常人)(+)清蛋白清蛋白 1 2 (-)第三十六页，本课件共有40页 蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量大小、所带的电荷和蛋白质胶体溶液的稳定性与它的分子量大小、所带的电荷和水化作用有关。水化作用有关。改

25、变溶液的条件，将影响蛋白质的溶解性质改变溶液的条件，将影响蛋白质的溶解性质,在适当的条件下，蛋白在适当的条件下，蛋白质能够从溶液中沉淀出来。质能够从溶液中沉淀出来。沉淀原因：破坏胶体稳定因素，变性沉淀原因：破坏胶体稳定因素，变性三三.蛋白质的胶体性质蛋白质的胶体性质 由于蛋白质的分子量很大，它在水中能够形成胶体溶液。蛋白质溶液具有由于蛋白质的分子量很大，它在水中能够形成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动等。胶体溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动等。由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此可以应用透析法将非由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此可以应用透

26、析法将非蛋白的小分子杂质除去。蛋白的小分子杂质除去。稳定因素：电荷作用，水化作用稳定因素：电荷作用，水化作用四四.蛋白质的沉淀作用蛋白质的沉淀作用蛋白质的沉淀作用蛋白质的沉淀作用第三十七页，本课件共有40页PI沉淀沉淀盐析：盐析：加入高浓度中性盐使蛋白质从溶液中沉淀析出加入高浓度中性盐使蛋白质从溶液中沉淀析出有机溶剂沉淀：低浓度有机溶剂沉淀：低浓度-极性有机溶剂极性有机溶剂 高浓度非极性有机溶剂高浓度非极性有机溶剂有机酸沉淀有机酸沉淀:重金属沉淀重金属沉淀:沉淀的方法有：沉淀的方法有：第三十八页，本课件共有40页 蛋白质的性质与它们的结构密切蛋白质的性质与它们的结构密切相关。某些物理或化学因素

27、，能够相关。某些物理或化学因素，能够破坏蛋白质的结构状态，引起蛋白破坏蛋白质的结构状态，引起蛋白质理化性质改变并导致其生理活性质理化性质改变并导致其生理活性丧失。但一级结构不变，这种现象丧失。但一级结构不变，这种现象称为蛋白质的变性称为蛋白质的变性.变性后性质的变化：变性后性质的变化：1.溶解度下降溶解度下降(沉淀沉淀)2.粘度升高粘度升高3.生物活性丧失生物活性丧失4.密度升高密度升高5.沉降系数增大沉降系数增大五五五五.蛋白质的变性蛋白质的变性蛋白质的变性蛋白质的变性第三十九页，本课件共有40页 大部分蛋白质均含有带芳香环的大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。这三苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。这三种氨基酸的在种氨基酸的在280nm 附近有最大吸附近有最大吸收。其中主要的是收。其中主要的是酪氨酸和色氨酸酪氨酸和色氨酸.因此，大多数蛋白质在因此，大多数蛋白质在280nm 附附近显示强的吸收。利用这个性质，近显示强的吸收。利用这个性质，可以对蛋白质进行定性鉴定。可以对蛋白质进行定性鉴定。蛋白质含量蛋白质含量OD值值六六六六.蛋白质的紫外吸收蛋白质的紫外吸收蛋白质的紫外吸收蛋白质的紫外吸收第四十页，本课件共有40页