生物化学课件——第1章蛋白质资料讲解.ppt

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1、生物化学课件第1章蛋白质第一节第一节第一节第一节.蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成Section 1.Section 1.Molecular compose of proteinMolecular compose of protein(一一一一)、结构、结构、结构、结构l l组成蛋白质的组成蛋白质的组成蛋白质的组成蛋白质的2020种氨基酸均为种氨基酸均为种氨基酸均为种氨基酸均为-氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸l l通常处于电离状态通常处于电离状态通常处于电离状态通常处于电离状态l l构型均为构型均为构型均为构型均为L-L-型型型型RR组成蛋白质的元素主要有组成蛋白质的

2、元素主要有组成蛋白质的元素主要有组成蛋白质的元素主要有C,H,O,N,S,C,H,O,N,S,某些蛋白还含有某些蛋白还含有某些蛋白还含有某些蛋白还含有P,P,Fe,Cu,Zn,Mn,Co,Mo Fe,Cu,Zn,Mn,Co,Mo 等元素等元素等元素等元素 其中其中其中其中,N,N含量恒定含量恒定含量恒定含量恒定,平均为平均为平均为平均为16%16%RR蛋白质的基本蛋白质的基本蛋白质的基本蛋白质的基本组组组组成单位是成单位是成单位是成单位是氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸一、氨一、氨一、氨一、氨 基基基基 酸酸酸酸(amino acid)(amino acid)100g样品中蛋白质含量样品中蛋白质含量(

3、g%)=每克样品每克样品含氮克数含氮克数1006.25 根据侧链根据侧链根据侧链根据侧链 R R 在水溶液中的性质可分为：在水溶液中的性质可分为：在水溶液中的性质可分为：在水溶液中的性质可分为：1.1.非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸:侧链为链烃侧链为链烃侧链为链烃侧链为链烃 2.2.极性的中性氨基酸：侧链含有极性的中性氨基酸：侧链含有极性的中性氨基酸：侧链含有极性的中性氨基酸：侧链含有OO、N N或或或或S S原子组成的非电离原子组成的非电离原子组成的非电离原子组成的非电离极性基团，如羟基、巯基、酰胺基等极性基团，如羟基、巯基、酰胺基等极性基团，如羟基

4、、巯基、酰胺基等极性基团，如羟基、巯基、酰胺基等 3.3.酸性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸:Asp,GluAsp,Glu 4.4.碱性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸:Lys,Arg,HisLys,Arg,His 两种特殊氨基酸两种特殊氨基酸两种特殊氨基酸两种特殊氨基酸 A.A.脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸(Pro):(Pro):亚氨基酸亚氨基酸亚氨基酸亚氨基酸 B.B.半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸(Cys):(Cys):常以胱氨酸形式存在常以胱氨酸形式存在常以胱氨酸形式存在常以胱氨酸形式存在(二二二二)、氨基酸的分类氨基酸的分类氨基酸的分类氨基酸的分类 1.1.两性电离及等电点两

5、性电离及等电点两性电离及等电点两性电离及等电点(三三三三)、氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质l l氨基酸可结合或解离质子，进行两性解离氨基酸可结合或解离质子，进行两性解离氨基酸可结合或解离质子，进行两性解离氨基酸可结合或解离质子，进行两性解离l l解离方式取决于其所处的酸碱度解离方式取决于其所处的酸碱度解离方式取决于其所处的酸碱度解离方式取决于其所处的酸碱度l l使某一氨基酸呈电中性的使某一氨基酸呈电中性的使某一氨基酸呈电中性的使某一氨基酸呈电中性的pHpH称为该氨基酸等电点称为该氨基酸等电点称为该氨基酸等电点称为该氨基酸等电点(isoelectric poin

6、t,pI)(isoelectric point,pI)2.2.紫外吸收性质紫外吸收性质紫外吸收性质紫外吸收性质l l芳香族氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸(含苯环含苯环含苯环含苯环)均对紫外光有特定吸收，最大均对紫外光有特定吸收，最大均对紫外光有特定吸收，最大均对紫外光有特定吸收，最大吸收波长为吸收波长为吸收波长为吸收波长为280nm280nml l用于快速测定蛋白的含量用于快速测定蛋白的含量用于快速测定蛋白的含量用于快速测定蛋白的含量 两性电离及等电点两性电离及等电点2.紫外吸收紫外吸收色氨酸、酪氨酸、苯色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸的最大吸收峰丙氨酸的最大吸收峰在在280nm波长附近波

7、长附近 3.3.茚三酮反应茚三酮反应茚三酮反应茚三酮反应l l是鉴定氨基酸是鉴定氨基酸是鉴定氨基酸是鉴定氨基酸(蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质)的特殊颜色反应的特殊颜色反应的特殊颜色反应的特殊颜色反应l l可用于氨基酸可用于氨基酸可用于氨基酸可用于氨基酸(蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质)的定量分析的定量分析的定量分析的定量分析 1.1.肽键肽键肽键肽键(peptide bond)(peptide bond)l l氨基酸与氨基酸之间的连接方式氨基酸与氨基酸之间的连接方式氨基酸与氨基酸之间的连接方式氨基酸与氨基酸之间的连接方式 二、肽二、肽二、肽二、肽(peptide)(peptide)(一一一一)、肽、肽、

8、肽、肽肽 键2.2.肽链肽链肽链肽链(polypeptide chain)(polypeptide chain)由若干氨基酸通过肽键首尾相连而成的链状结构由若干氨基酸通过肽键首尾相连而成的链状结构由若干氨基酸通过肽键首尾相连而成的链状结构由若干氨基酸通过肽键首尾相连而成的链状结构n n 主链主链主链主链:由肽键原子及相邻的由肽键原子及相邻的由肽键原子及相邻的由肽键原子及相邻的C C 所构成的长链骨架所构成的长链骨架所构成的长链骨架所构成的长链骨架n n 侧链侧链侧链侧链:各氨基酸侧链各氨基酸侧链各氨基酸侧链各氨基酸侧链n n 残基残基残基残基(residue):(residue):组成肽链的氨

9、基酸已不完整组成肽链的氨基酸已不完整组成肽链的氨基酸已不完整组成肽链的氨基酸已不完整 3.3.多肽与蛋白质多肽与蛋白质多肽与蛋白质多肽与蛋白质l l均是氨基酸组成的多肽链均是氨基酸组成的多肽链均是氨基酸组成的多肽链均是氨基酸组成的多肽链l l人为地将肽链较短的称为多肽，而把肽链较长的称为蛋白人为地将肽链较短的称为多肽，而把肽链较长的称为蛋白人为地将肽链较短的称为多肽，而把肽链较长的称为蛋白人为地将肽链较短的称为多肽，而把肽链较长的称为蛋白质质质质4.4.肽链的方向性肽链的方向性肽链的方向性肽链的方向性 N-N-末端末端末端末端(N-terminal)(N-terminal)和和和和 C-C-末

10、端末端末端末端(C-terminal)(C-terminal)书写方向通常为书写方向通常为书写方向通常为书写方向通常为:N-N-端在左端在左端在左端在左,C-C-端在右端在右端在右端在右1.1.谷胱甘肽谷胱甘肽谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)(glutathione,GSH)(二二二二)、生物活性肽、生物活性肽、生物活性肽、生物活性肽l l结构特点结构特点结构特点结构特点l l功能特性功能特性功能特性功能特性:-SH-SH的还原性和嗜核性的还原性和嗜核性的还原性和嗜核性的还原性和嗜核性,主要作为体内的氧主要作为体内的氧主要作为体内的氧主要作为体内的氧化保护剂和解毒剂化保护剂和

11、解毒剂化保护剂和解毒剂化保护剂和解毒剂2.2.多肽类激素与神经肽多肽类激素与神经肽多肽类激素与神经肽多肽类激素与神经肽l l下丘脑下丘脑下丘脑下丘脑-垂体垂体垂体垂体-肾上腺皮质轴的多种激素肾上腺皮质轴的多种激素肾上腺皮质轴的多种激素肾上腺皮质轴的多种激素l l神经肽神经肽神经肽神经肽1.1.根据组成成分根据组成成分根据组成成分根据组成成分l l单纯蛋白单纯蛋白单纯蛋白单纯蛋白l l结结结结合合合合蛋蛋蛋蛋白白白白:其其其其中中中中非非非非蛋蛋蛋蛋白白白白成成成成分分分分称称称称为为为为辅辅辅辅基基基基,可可可可以以以以是是是是金金金金属属属属离离离离子子子子、色素、寡糖、脂类、磷酸或核酸等色

12、素、寡糖、脂类、磷酸或核酸等色素、寡糖、脂类、磷酸或核酸等色素、寡糖、脂类、磷酸或核酸等2.2.根据形状根据形状根据形状根据形状三、蛋白质的分类三、蛋白质的分类三、蛋白质的分类三、蛋白质的分类(classification of(classification of proteins)proteins)l l纤纤纤纤维维维维蛋蛋蛋蛋白白白白:长长长长轴轴轴轴/短短短短轴轴轴轴 1010,呈呈呈呈纤纤纤纤维维维维状状状状,多多多多数数数数不不不不溶溶溶溶于于于于水水水水,为结构蛋白为结构蛋白为结构蛋白为结构蛋白l l球球球球状状状状蛋蛋蛋蛋白白白白:长长长长轴轴轴轴/短短短短轴轴轴轴 1010,多

13、聚体多聚体多聚体多聚体n n 亚基有自己独立的一、二、三级结构，但无完整的功能亚基有自己独立的一、二、三级结构，但无完整的功能亚基有自己独立的一、二、三级结构，但无完整的功能亚基有自己独立的一、二、三级结构，但无完整的功能n n 亚基可以相同亚基可以相同亚基可以相同亚基可以相同均一四级结构均一四级结构均一四级结构均一四级结构 亚基亦可不相同亚基亦可不相同亚基亦可不相同亚基亦可不相同非均一四级结构非均一四级结构非均一四级结构非均一四级结构四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构(quaternary structure)(quaternary struct

14、ure)3.3.主要维系力：疏水作用主要维系力：疏水作用主要维系力：疏水作用主要维系力：疏水作用Summary第三节第三节.蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系Section 3.Relationships between structure Section 3.Relationships between structure and functions of proteinand functions of protein一、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系(primary structure&funct

15、ion)(primary structure&function)l l 一级结构一旦确定，就决定了其空间结构的排布一级结构一旦确定，就决定了其空间结构的排布一级结构一旦确定，就决定了其空间结构的排布一级结构一旦确定，就决定了其空间结构的排布l l 但一级结构并不是决定空间结构的唯一因素但一级结构并不是决定空间结构的唯一因素但一级结构并不是决定空间结构的唯一因素但一级结构并不是决定空间结构的唯一因素(一一一一).).一级结构是空间结构的基础一级结构是空间结构的基础一级结构是空间结构的基础一级结构是空间结构的基础(二二二二).).一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系一级结构

16、与功能的关系 1.1.不同的一级结构决定不同的生理功能不同的一级结构决定不同的生理功能不同的一级结构决定不同的生理功能不同的一级结构决定不同的生理功能2.2.一级结构中只有少数氨基酸残基与功能直接相关一级结构中只有少数氨基酸残基与功能直接相关一级结构中只有少数氨基酸残基与功能直接相关一级结构中只有少数氨基酸残基与功能直接相关,即功能即功能即功能即功能基团基团基团基团,或称关键部位或称关键部位或称关键部位或称关键部位(key(key -part)part)3.3.非功能基团对维持功能基团的构象有重要作用非功能基团对维持功能基团的构象有重要作用非功能基团对维持功能基团的构象有重要作用非功能基团对维

17、持功能基团的构象有重要作用 l l关键部位相同，则功能可能相同或相似。如关键部位相同，则功能可能相同或相似。如关键部位相同，则功能可能相同或相似。如关键部位相同，则功能可能相同或相似。如Insulin,Cyt cInsulin,Cyt cl l关键部位不同，即便是一个氨基酸残基的改变，也可导致关键部位不同，即便是一个氨基酸残基的改变，也可导致关键部位不同，即便是一个氨基酸残基的改变，也可导致关键部位不同，即便是一个氨基酸残基的改变，也可导致功能的完全改变或丧失功能的完全改变或丧失功能的完全改变或丧失功能的完全改变或丧失.如镰刀型血红蛋白如镰刀型血红蛋白如镰刀型血红蛋白如镰刀型血红蛋白v 镰刀形

18、血红蛋白镰刀形红细胞贫血（sickle cell anemia）Differences in amino acids sequence of insulin from human and animals.Differences in amino acids sequence of insulin from human and animals.Insulin A8 A9 A10 B30Insulin A8 A9 A10 B30human human ThrThr SerSer Ile ThrIle Thrpig pig ThrThr Ser IleSer Ile Ala Aladog dog T

19、hrThr Ser IleSer Ile Ala Alarabbit rabbit ThrThr SerSer IleIle Ser Ser cow cow Ala Ala Ser Ser Val Ala Val Alagoat goat Ala Gly Val AlaAla Gly Val Alahorse horse ThrThr Gly Gly IleIle Ala Ala二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系(conformation&function)(conformation&function)(一一

20、一一).).肌红蛋白与血红蛋白的结构肌红蛋白与血红蛋白的结构肌红蛋白与血红蛋白的结构肌红蛋白与血红蛋白的结构,Mb,Mb,Mb,Mb储存氧气储存氧气Hb运输氧气运输氧气RR蛋白质的空间结构与生理功能密切相关蛋白质的空间结构与生理功能密切相关蛋白质的空间结构与生理功能密切相关蛋白质的空间结构与生理功能密切相关RR以肌红蛋白和血红蛋白为例以肌红蛋白和血红蛋白为例以肌红蛋白和血红蛋白为例以肌红蛋白和血红蛋白为例l l含含含含153153个个个个氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸残残残残基基基基的的的的单单单单链链链链蛋蛋蛋蛋白和一个血红素白和一个血红素白和一个血红素白和一个血红素(heme)(heme)辅基辅

21、基辅基辅基l l空空空空间间间间结结结结构构构构上上上上主主主主要要要要为为为为8 8段段段段-螺螺螺螺旋旋旋旋折折折折叠叠叠叠为为为为球球球球状状状状,hemeheme位位位位于于于于分分分分子子子子内部的袋形空穴中内部的袋形空穴中内部的袋形空穴中内部的袋形空穴中1.1.肌红蛋白肌红蛋白肌红蛋白肌红蛋白(myoglobin,Mb)(myoglobin,Mb)l l由由由由4 4个个个个亚亚亚亚基基基基组组组组成成成成，分分分分别别别别为为为为2 2个个个个-亚亚亚亚基基基基和和和和2 2个个个个-亚基亚基亚基亚基l l每每每每个个个个亚亚亚亚基基基基的的的的结结结结构构构构与与与与MbMb极

22、相似极相似极相似极相似l l4 4个个个个亚亚亚亚基基基基共共共共同同同同围围围围绕绕绕绕成成成成紧紧紧紧密密密密的的的的球球球球形形形形，亚亚亚亚基基基基之之之之间间间间以以以以疏疏疏疏水水水水作作作作用用用用和和和和盐盐盐盐键键键键维持稳定维持稳定维持稳定维持稳定2.2.血红蛋白血红蛋白血红蛋白血红蛋白(hemoglobin,Hb)(hemoglobin,Hb)(二二二二).).血红蛋白的构象变化与结合氧血红蛋白的构象变化与结合氧血红蛋白的构象变化与结合氧血红蛋白的构象变化与结合氧1.1.结合氧特性结合氧特性结合氧特性结合氧特性(解离曲线解离曲线解离曲线解离曲线)l lHbHb与与与与OO

23、2 2的的的的结结结结合合合合曲曲曲曲线线线线呈呈呈呈S S型型型型,与与与与MbMb不同不同不同不同(直角双曲线直角双曲线直角双曲线直角双曲线)l l4 4个个个个亚亚亚亚基基基基与与与与4 4个个个个OO2 2结结结结合合合合时时时时难难难难易易易易程程程程度度度度不不不不 同同同同,先先先先 难难难难 后后后后 易易易易(平平平平 衡衡衡衡 常常常常 数数数数K K1 1KK2 2,K,K3 3KK4 4),),具具具具有有有有正正正正协协协协同同同同效效效效应应应应(positive cooperativity)(positive cooperativity)2.2.协同效应机理协同效

24、应机理协同效应机理协同效应机理变构效应变构效应变构效应变构效应(allosteric effect)(allosteric effect)(1).(1).变构效应的概念变构效应的概念变构效应的概念变构效应的概念 蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质与与与与效效效效应应应应剂剂剂剂结结结结合合合合后后后后引引引引起起起起蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质的的的的构构构构象象象象改改改改变变变变(进进进进而而而而引起生物活性改变引起生物活性改变引起生物活性改变引起生物活性改变)的现象，称为变构效应。的现象，称为变构效应。的现象，称为变构效应。的现象，称为变构效应。(2).Hb(2).Hb的变构效应的变构效应的变构效应的

25、变构效应 未未未未结结结结合合合合时时时时处处处处于于于于紧紧紧紧张张张张态态态态(T(T态态态态)第第第第一一一一个个个个OO2 2结结结结合合合合血血血血红红红红素素素素后后后后 该该该该亚亚亚亚基基基基F F肽肽肽肽段段段段位位位位移移移移 两两两两个个个个-亚亚亚亚基基基基之之之之间间间间的的的的盐盐盐盐键键键键断断断断裂裂裂裂 亚亚亚亚基基基基间间间间结结结结合合合合松松松松弛弛弛弛 第第第第二二二二、第第第第三三三三亚亚亚亚基基基基更更更更易易易易结结结结合合合合OO2 2 三三三三个个个个亚亚亚亚基基基基结结结结合合合合OO2 2以以以以后后后后，第第第第四四四四亚亚亚亚基基基基

26、的的的的血血血血红红红红素素素素已已已已几几几几乎乎乎乎完完完完全全全全暴暴暴暴露露露露，极易结合极易结合极易结合极易结合OO2 2 整个血红蛋白完全处于松弛态整个血红蛋白完全处于松弛态整个血红蛋白完全处于松弛态整个血红蛋白完全处于松弛态(R R态态态态)Summary Mb:三级结构，无变构效应 Hb:四级结构，有变构效应（三）蛋白质构象改变与疾病 蛋白质的折叠发生错误，使蛋白质的构象发生改变，尽管其一级结构不变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生，此类疾病称为蛋白构象疾病。例：疯牛病 PrPC PrPSC (-helix)(-sheet)第四节第四节.蛋白质理化性质及其分离纯蛋白质理化性

27、质及其分离纯化化Section 4.Physicochemical properties,separation Section 4.Physicochemical properties,separation and purification of proteinand purification of protein一、蛋白质的理化性质一、蛋白质的理化性质一、蛋白质的理化性质一、蛋白质的理化性质(physicochemical properties)(physicochemical properties)l l 氨基酸两性电离的结果氨基酸两性电离的结果氨基酸两性电离的结果氨基酸两性电离的结果l

28、l 蛋白质的两性电离还受侧链酸、碱性基团电离的影响蛋白质的两性电离还受侧链酸、碱性基团电离的影响蛋白质的两性电离还受侧链酸、碱性基团电离的影响蛋白质的两性电离还受侧链酸、碱性基团电离的影响(一一一一).).蛋白质的两性电离蛋白质的两性电离蛋白质的两性电离蛋白质的两性电离(二二二二).).蛋白质的胶体性质蛋白质的胶体性质蛋白质的胶体性质蛋白质的胶体性质l l 分子量大，在水溶液中分子颗粒达分子量大，在水溶液中分子颗粒达分子量大，在水溶液中分子颗粒达分子量大，在水溶液中分子颗粒达1200nm1200nml l 蛋白溶液的稳定因素：形成水化膜；表面电荷蛋白溶液的稳定因素：形成水化膜；表面电荷蛋白溶液

29、的稳定因素：形成水化膜；表面电荷蛋白溶液的稳定因素：形成水化膜；表面电荷l l概念：是指某些理化因素使蛋白质分子的空概念：是指某些理化因素使蛋白质分子的空间构象发生改变或破坏，导致其理化性质的间构象发生改变或破坏，导致其理化性质的改变和生物活性的丧失。改变和生物活性的丧失。l l本质为次级键的破坏，不涉及一级结构的改本质为次级键的破坏，不涉及一级结构的改变变l l应用应用:消毒灭菌消毒灭菌(三三).蛋白质的变性、蛋白质的变性、1.变性变性(denaturation)变性因素:加热 强酸、强碱 有机溶剂：乙醇 重金属离子：Hg2+,Pb2+变性剂：SDS,尿素 还原剂：-巯基乙醇 蛋白质的变性与

30、复性(四四).蛋白质的紫外吸收蛋白质的紫外吸收l蛋白质的特征吸收光为蛋白质的特征吸收光为280nm的的紫外光紫外光,且其吸收值且其吸收值(O.D)与蛋白与蛋白质浓度呈正比，可用于蛋白质的定质浓度呈正比，可用于蛋白质的定量量(五五五五).).蛋白质的呈色反应蛋白质的呈色反应蛋白质的呈色反应蛋白质的呈色反应 1.1.茚三酮反应茚三酮反应茚三酮反应茚三酮反应(ninhydrin reaction)(ninhydrin reaction)2.2.双缩脲反应双缩脲反应双缩脲反应双缩脲反应(biuret reaction)(biuret reaction)二、蛋白质的分离纯化二、蛋白质的分离纯化二、蛋白质

31、的分离纯化二、蛋白质的分离纯化(separation&purification)(separation&purification)三、氨基酸序列分析三、氨基酸序列分析三、氨基酸序列分析三、氨基酸序列分析(sequencing of polypeptide)(sequencing of polypeptide)四、蛋白质空间结构测定四、蛋白质空间结构测定四、蛋白质空间结构测定四、蛋白质空间结构测定(determination of conformation)(determination of conformation)一、透析(dialysis)二、层析(chromatography)离子交换层

32、析 凝胶过滤 亲和层析离子交换层析(ion exchange chromatography)固定相离子交换树脂 阳离子：酸性基团，带负电，交换阳离子 阴离子：碱性基团，带正电，交换阴离子 原理：蛋白质所带电荷的性质和数量 凝胶过滤(gel filtration)固定相：凝胶颗粒多孔性的网络结构 原理：蛋白质分子大小不同（反筛效应）三、超速离心(ultracentrifugation)原理：蛋白质密度不同 沉降系数(sedimentation coefficient,S)：与蛋白质密度和形状有关 球状蛋白质，S与分子量成正比 四.电泳原理：由于蛋白质所带电荷、分子量及构象不同蛋白质在电场中的泳动速率不同名解：名解：肽平面肽平面 模序（体）结构域模序（体）结构域 蛋白质变性蛋白质变性问答：问答：试述蛋白质结构与功能的关系试述蛋白质结构与功能的关系此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢