蛋白质的结构与功能(5).ppt

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1、蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能Structure and Function of Protein主讲教师：主讲教师：方振伟方振伟 副教授副教授讲解内容讲解内容1.1.蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成2.2.蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构3.3.蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系4.4.蛋白质的理化性质及其纯化蛋白质的理化性质及其纯化1.1.蛋白质？蛋白质？蛋白质：蛋白质：Pr(Protein)Pr(Protein)是以氨基酸为组成单位的经肽键连接是以氨基酸为组成单位的经肽键连接 而成的结构复杂的生物高分子。而成的结构复杂的生物高分子。Protein：Awordcoinedby

2、JonsJ.Berzeliusin1838toemphasizetheimportanceofthisclassmolecules.DerivedfromtheGreekwordproteios,whichmeans“ofthefirstrank.”“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断地自我更新”。恩格斯反杜林论蛋白体蛋白体核酸核酸PrPr （结合蛋白质（结合蛋白质:核蛋白）核蛋白）2.2.蛋白体？蛋白体？含量多：含量多：湿重：约占体重的湿重：约占体重的171722%22%；干重：约占细胞干重：约占细胞干重干重45%45%3.3.为什么说：蛋白质是生

3、命的物质基础？为什么说：蛋白质是生命的物质基础？种类多：种类多：一个大肠杆菌：一个大肠杆菌：30003000种种 一个真核细胞：数千种一个真核细胞：数千种 人体内蛋白质：人体内蛋白质：1010万种万种 生物界：约生物界：约1 1百亿种百亿种主要表现在：主要表现在：参与构成各种细胞及组织参与构成各种细胞及组织 参与体内的物质代谢、细胞信号的转导参与体内的物质代谢、细胞信号的转导 及生理功能的及生理功能的调节控制调节控制 特殊功能特殊功能:催化、催化、运输运输、储存、凝血与、储存、凝血与 纤溶、识别、免疫等等纤溶、识别、免疫等等 氧化供能氧化供能:17.15kJ/g17.15kJ/g蛋白质蛋白质功

4、能多：功能多：参与物质代谢调控参与物质代谢调控：蛋白激酶A,蛋白激酶C,磷酸化酶a,钙调蛋白,G蛋白,腺苷酸环化酶等。参与生理功能调控参与生理功能调控：多种生长因子，如表皮生长因子等蛋白质类激素，如胰岛素等。参与基因调控：参与基因调控：组蛋白、非组蛋白、阻遏蛋白、基因激活蛋白等。调控功能：调控功能：血红蛋白血红蛋白：运输氧运输氧 血浆脂蛋白：血浆脂蛋白：运输各种脂类运输各种脂类运铁蛋白运铁蛋白：运输铁离子运输铁离子清清 蛋蛋 白白：与多种微溶物质结合形成与多种微溶物质结合形成 复合物后运输复合物后运输2+运输功能：运输功能：雌激素，肾上腺素，雄酮，黄体酮，雌激素，肾上腺素，雄酮，黄体酮，T3T

5、3、T4T4，胆红胆红素，素，尿酸，抗坏血酸，乙酰胆碱，胆碱酯酶，腺苷，尿酸，抗坏血酸，乙酰胆碱，胆碱酯酶，腺苷，脂脂肪酸肪酸，组胺，金霉素，青霉素，氯霉素，链霉素，巴比，组胺，金霉素，青霉素，氯霉素，链霉素，巴比妥类，毛地黄皂苷，阿的平，水杨酸，对妥类，毛地黄皂苷，阿的平，水杨酸，对-氨基水扬酸，氨基水扬酸，磺胺类等等。磺胺类等等。主要包括：主要包括：1.1.蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成元素组成元素组成：PrPr分分子子主主要要的的元元素素组组成成是是：C C、H H、O O、N N、S S等等。其其中中N N元元素素的的含含量量相相对对稳稳定定，约约为为16%16%，故故 每每 克克

6、氮氮 相相 当当 于于 6.256.25克克 蛋蛋 白白 质质（6.256.25称为称为PrPr系数系数）。）。应用应用：微量凯氏定氮法：微量凯氏定氮法计算：100克样品中Pr含量每克样 品含氮克数6.25100举例：用生理盐水稀释血浆50倍，取其1.0ml测得其含氮量为188g,请计算原血浆中Pr的含量（g/L)?答案：58.75g/L凯氏定氮的原理与操作简介：凯氏定氮的原理与操作简介：（略）（略）一、氨基酸一、氨基酸(amino acid)(amino acid)组组成成PrPr的的基基本本单单位位是是氨氨基基酸酸。如如将将天天然然的的PrPr完完全全水水解解，最最后后都都可可得得到到约约

7、二二十十种种不不同同的的氨氨基基酸酸。除除ProPro和和GlyGly外外，其其余余均均属属于于L-L-氨氨基基酸酸。L-AA的结构通式的结构通式 COOH H2N C H R H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸种类：种类：自然界氨基酸：约自然界氨基酸：约300300种种.基本知识基本知识 1.1.氨基和羧基的位置氨基和羧基的位置:分为分为-、-氨基酸等氨基酸等.2.2.连接在手性碳原子上各原子或基团在空间分布连接在手性碳原子上各原子或基团在空间分布 分为分为L-L-氨基酸或氨基酸或D-D-氨基酸氨基酸.3.3.氨基的不同氨基的不同,分为氨基酸和亚氨基酸分为氨基酸和亚氨基酸 4.4.是否有密码：

8、编码和非编码氨基酸是否有密码：编码和非编码氨基酸分类与分类与依据：依据：4.碱性碱性AAHis，Arg，Lys；侧链基团在中性溶；侧链基团在中性溶液中解离后带正电荷的氨基酸。液中解离后带正电荷的氨基酸。5.5.根据侧链的结构与理化性质分为四类：根据侧链的结构与理化性质分为四类：1.非极性疏水性非极性疏水性AA：Gly，Ala，Val，Leu，Ile，Pro，Phe。2.极性中性极性中性AA：Tyr，Cys，Ser，Thr，Asn、Gln，Met，Trp；3.酸性酸性AAGlu，Asp；侧链基团在中性溶液中；侧链基团在中性溶液中解离后带负电荷的氨基酸。解离后带负电荷的氨基酸。非极性疏水性氨基酸非

9、极性疏水性氨基酸 甘氨酸甘氨酸 丙氨酸丙氨酸 缬氨酸缬氨酸 亮氨酸亮氨酸苯丙氨酸脯氨酸极性中性氨基酸极性中性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸非编码氨基酸非编码氨基酸：天然氨基酸的衍生物天然氨基酸的衍生物,如：脯氨酸如：脯氨酸羟脯氨酸（羟脯氨酸（Pro-Hyp),Pro-Hyp),赖氨酸赖氨酸羟赖氨酸羟赖氨酸 (Lys-Hyl)(Lys-Hyl)，谷氨酸谷氨酸焦谷氨酸焦谷氨酸 Glu-(Pyro-GLu)Glu-(Pyro-GLu)半胱氨酸半胱氨酸胱氨酸胱氨酸 等等特点：特点：是组成蛋白质的构件；均有各自的遗传密是组成蛋白质的构件；均有各自的遗传密 码码 ；无种属特异性；无种属特异

10、性 。编码氨基酸（编码氨基酸（2020种）种）定义定义：组成蛋白质的氨基酸称编码氨基酸组成蛋白质的氨基酸称编码氨基酸 (标准氨基酸标准氨基酸)20种氨基酸的名称及缩写代号改改NNH介绍一个实用的氨基酸轮第一军医大学学报1996年第16卷第3期P235(二）氨基酸的理化性质二）氨基酸的理化性质 氨基酸是一种两性电解质。通过改变溶液的氨基酸是一种两性电解质。通过改变溶液的pHpH可使氨基酸分子的解离状态发生改变。可使氨基酸分子的解离状态发生改变。氨基酸分子所带正、负电荷相等时，溶液的氨基酸分子所带正、负电荷相等时，溶液的pHpH值称为该氨基酸的值称为该氨基酸的等电点等电点（pIpI）。）。1.1.

11、两性解离及等电点两性解离及等电点pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子氨基酸等电点（氨基酸等电点（PIPI）的计算）的计算中性氨基酸：PI=1/2（pk1+pK2)酸性氨基酸：PI=1/2（pk1+pK3)碱性氨基酸：PI=1/2（pk2+pK3)0240250260270280290300310光光光光密密密密度度度度TrpTrpTyrTyrPhePhe2.2.氨基酸的紫外吸收氨基酸的紫外吸收 芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收 大多数蛋白质均含大多数蛋白质均含有有T

12、yrTyr、TrpTrp和和PhePhe残基，残基，因其结构上含有因其结构上含有共轭双共轭双共轭双共轭双键苯环，在键苯环，在键苯环，在键苯环，在 280nm 280nm 280nm 280nm处有处有处有处有最大吸收峰。利用紫外最大吸收峰。利用紫外最大吸收峰。利用紫外最大吸收峰。利用紫外分光光度法分光光度法分光光度法分光光度法，可测定蛋，可测定蛋白质含量。白质含量。570nm570nm吸收峰值的大小与氨基酸释放的氨量吸收峰值的大小与氨基酸释放的氨量成正比，可作为氨基酸定量分析方法。成正比，可作为氨基酸定量分析方法。3.3.茚三酮反应茚三酮反应氨基酸的用途简介氨基酸的用途简介1.1.精氨酸：能降

13、低肝脏机能严重障碍所致的高氨血精氨酸：能降低肝脏机能严重障碍所致的高氨血症，对预防和推迟肝昏迷的到来有一定效果；症，对预防和推迟肝昏迷的到来有一定效果；2.2.天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗低钾症天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。心脏病、肝病、糖尿病等。3.3.半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于治疗脱发；半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于治疗脱发；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等；4.4.组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，心功能不全等疾病的治疗。心功能不全等疾病的治疗。（一）、

14、在医学上的应用（一）、在医学上的应用（二）、食品工业上的应用（二）、食品工业上的应用1.1.营养强化剂（复合氨基酸口服液、注射液）；营养强化剂（复合氨基酸口服液、注射液）；2.2.谷氨酸钠味精；谷氨酸钠味精；3.3.天冬氨酸钠：可用于清凉饮料，能增加清凉感并天冬氨酸钠：可用于清凉饮料，能增加清凉感并使香味浓厚爽口；使香味浓厚爽口；4.4.天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：甜味素甜味素APMAPM二、肽二、肽 (peptide)(peptide)肽肽链链：氨氨基基酸酸的的氨氨基基与与羧羧基基经经脱脱水水缩缩合合而而连连接接起起来来形形成成的的长长链链化化合合物物。一一个个氨氨基基酸酸分

15、分子子的的羧羧基基与与另另一一个个氨氨基基酸酸分分子子的的-氨氨基基在在适适当当的的条条件件下经脱水缩合即生成下经脱水缩合即生成肽肽。（一）肽键与肽链：（一）肽键与肽链：+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键四肽的结构四肽的结构*肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。化合物。*两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨，三分子氨基酸缩合则形成基酸缩合则形成三肽三肽*肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为不全，被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)(residue)。*由十个以内氨基酸相连而成的

16、肽称为由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡寡肽肽(oligopeptide)(oligopeptide)，由更多的氨基酸相由更多的氨基酸相连形成的肽称连形成的肽称多肽多肽(polypeptide)(polypeptide)。指出：指出：N N 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由氨基自由氨基的一端的一端C C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由羧基自由羧基的一端的一端*多肽链有两端多肽链有两端*多多肽肽链链(polypeptide(polypeptide chain):chain):是是指指许许多多氨氨基基酸之间以肽键连接而成的一种结构。酸之间以肽键连接而成的一种结构。凡氨基酸残基数目在凡氨基

17、酸残基数目在5050个以上，且具有特定空个以上，且具有特定空间结构的肽称间结构的肽称蛋白质蛋白质；凡氨基酸残基数目在；凡氨基酸残基数目在5050个以下，且无特定空间结构者称个以下，且无特定空间结构者称多肽多肽。*多肽链骨架：多肽链骨架：NCC NCC NCCNCC NCC NCC关于肽键和肽键平面关于肽键和肽键平面 1.1.由由于于C=OC=O双双键键中中的的电电子子云云与与N N原原子子上上的的未未共共用用电电子子对对发发生生“电电子子共共振振”，使使肽肽键具有部分双键的性质键具有部分双键的性质，不能自由旋转。，不能自由旋转。2.2.与与肽肽键键相相连连的的六六个个原原子子构构成成刚刚性性平

18、平面面结结构构，称称为为肽肽单单元元或或肽肽键键平平面面。但但由由于于-碳碳原原子子与与其其他他原原子子之之间间均均形形成成单单键键，因此两相邻的肽键平面可以作相对旋转。因此两相邻的肽键平面可以作相对旋转。肽肽键键平平面面由由于于肽肽键键具具有有部部分分双双键键的的性性质质，使使参参与与肽肽键键构构成成的的六六个个原原子子被被束束缚缚在在同同一一平平面面上上，这这一一平平面称为面称为肽键平面或肽单元肽键平面或肽单元。肽的命名：肽的命名：按参与的按参与的AAAA残基：残基：N N端起端起 酰酰 酰酰 酸酸按其功能：按其功能：如如:催产素（催产素（9 9肽）、抗利尿激素（肽）、抗利尿激素（9 9肽

19、）肽）按其来源：胰岛素；环状短杆菌肽按其来源：胰岛素；环状短杆菌肽按来源加功能：胰高血糖素（按来源加功能：胰高血糖素（2323肽）肽）书写方式书写方式三字母缩写：三字母缩写：HAlacysvalOH一字母缩写：一字母缩写：HACVOH中文第一个字：中文第一个字：H丙丙半半缬缬OH完全方式：如：牛催产素完全方式：如：牛催产素（二）生物活性肽：（二）生物活性肽：重要的有：谷胱甘肽、神经肽和肽类激重要的有：谷胱甘肽、神经肽和肽类激 素等。素等。定义：定义：生物体内具有一定生物学活性生物体内具有一定生物学活性 的肽类物质称的肽类物质称生物活性肽生物活性肽。1.1.谷胱甘肽（谷胱甘肽（GSHGSH）全称

20、：全称：-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。其巯基可氧化、还原，故有还原型其巯基可氧化、还原，故有还原型 （GSHGSH）与氧化型（）与氧化型（GSSGGSSG）两种存在形式。）两种存在形式。-羧基羧基肽键肽键肽键肽键GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+合成部位合成部位：下丘脑 化学本质化学本质：三肽（见下页图）生理功能生理功能：a.促进腺垂体分泌促甲状腺素，后者促进甲状 腺细胞增生、合成并分泌甲状腺激素b.可促进生乳素、催产素和降压素的分泌c.可影响大脑的机能，如抗抑郁、改变睡眠觉 醒和行为 2.2.促甲状腺

21、素释放激素促甲状腺素释放激素(TRH)(TRH)抗菌肽抗菌肽L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val L-Orn L-Orn L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu短杆菌肽短杆菌肽S(S(环十肽环十肽)细细菌菌分分泌泌的的多多肽肽，含含有有D-PheD-Phe和和鸟鸟氨氨酸酸（Ornithine,Ornithine,缩写为缩写为 Orn Orn）。）。-促黑素促黑素(-MSH(-MSH）分泌：腺垂体分泌：腺垂体 本质：本质：13 13 肽肽 生理功能生理功能：能促进皮肤黑色素的合成能促进皮肤黑色素的合成 在两栖类和某些鱼类还在两栖类和某些鱼类还可使黑色素细胞内聚集的黑色素可使黑色素细胞内聚集的黑色素 分散布满细胞及其突分散布满细胞及其突起，使皮肤变深。起，使皮肤变深。神经肽：在神经传导过程中起信号转导作用的肽类。神经肽：在神经传导过程中起信号转导作用的肽类。脑啡肽、脑啡肽、-内啡肽、强啡肽、孤啡肽内啡肽、强啡肽、孤啡肽3.3.神经肽神经肽Met-脑啡肽 +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-Leu-脑啡肽 H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-