第2章-蛋白质化学-生物化学检验-教学课件.ppt

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1、第二章 蛋白质化学 第二章第二章 蛋白质的化学蛋白质的化学 第一节第一节 蛋白质的化学组成蛋白质的化学组成 一一 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成(一一)蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成 含氮量接近，平均值为含氮量接近，平均值为 16%16%。根据样品中氮的含量，可推算出根据样品中氮的含量，可推算出蛋白质的含量蛋白质的含量 (N/Pr=16/100)(N/Pr=16/100)Pr=Pr=6.256.25 N N 思考：测得某一蛋白质样品的氮含量为0.40g，此样品约含蛋白质多少？(二二)蛋白质的基本组成单位蛋白质的基本组成单位-氨基酸氨基酸 凡分子中含凡分子中含-NH2和和-COOH的物质，称

2、的物质，称AA氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式 或或氨基酸是含有氨基的羧酸，不同氨基酸的氨基酸是含有氨基的羧酸，不同氨基酸的R基不同，基不同，（除脯氨酸外）都为（除脯氨酸外）都为L-氨基酸。氨基酸。据据R基团基团化学结构化学结构分类分类 脂肪族脂肪族A（16种）种）芳香族芳香族A(Phe、Tyr、Trp)杂环杂环(His、Pro)据据R基团基团极性极性分类分类极性极性R基团基团AA非极性非极性R基团基团AA不带电荷不带电荷带电荷带电荷带正电荷带正电荷（种）（种）带负电荷带负电荷（种）（种）据据酸碱性质酸碱性质分类分类中性（一氨基一羧基）中性（一氨基一羧基）酸性酸性(一氨基二羧基一氨基二羧基)G

3、luGlu、AspAsp碱性碱性()()（二氨基一羧基）（二氨基一羧基）LysLys、HisHis、ArgArg据据营养营养学分类学分类 必需必需非必需非必需人的必需氨基酸人的必需氨基酸Met Trp Lys Val Ile Leu Phe ThrMet Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr假假 设设 来来 借借 一一 两两 本本 书书 Arg Arg、His TrpHis Trp、CysCys二、基本氨基酸的分类二、基本氨基酸的分类组成组成Pr的的AA共共20种，都是种，都是-AA(脯氨酸外脯氨酸外)。l酸性酸性氨基酸：氨基酸：天冬天冬氨酸氨酸 谷谷氨酸氨酸l碱性碱性氨基酸

4、：氨基酸：赖赖氨酸、氨酸、精精氨酸、氨酸、组组氨酸氨酸(一一)肽键与肽肽键与肽1、肽键：一个肽键：一个AA的的-羧基与另一羧基与另一个个-氨基脱水缩合所形成的酰胺氨基脱水缩合所形成的酰胺键。键。+-HOH肽键NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸2 2、肽、肽 氨基酸殘基通过肽键连接所形成的氨基酸殘基通过肽键连接所形成的化合物化合物 R1 R2 R3 Rn H2N-CHCONHCHCO-NHCHCO-NHCHCOOH氨基末端氨基末端 羧基末端羧基末端 CH3 O CH3NH2CH2COOH+HNHCHCOOH NH2CH2C NCHCOOH H CH3 CH3 O N

5、H2CHCOOH+HNHCH2COOH NH2CH C NCH2COOH H 蛋白质的结构蛋白质的结构(二二)蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 多肽链中氨基酸的种类及多肽链中氨基酸的种类及排列顺序排列顺序例：催产素例：催产素/加压素加压素 镰刀型红细胞贫血镰刀型红细胞贫血胰岛素一级结构胰岛素一级结构 胰岛素胰岛素一级结构一级结构高级结构高级结构(三三)蛋白质的空间结构蛋白质的空间结构1、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 在一级结构的基础上，多肽链主链原子的在一级结构的基础上，多肽链主链原子的局部空间排列。局部空间排列。1 1）绝绝大大多多数数天天然然蛋蛋白白质质都是都是右手螺旋。右手螺旋。2）

6、每每隔隔3.6个个氨氨基基酸酸残残基基螺螺旋旋上上升升一一圈圈；每每圈圈间间距距0.54nm，即即每每个个氨氨基基酸酸残残基基沿沿螺螺旋旋中中心心轴轴上上升升0.15nm，旋转，旋转100。-螺旋结构的主要特点：螺旋结构的主要特点：1.-1.-螺旋螺旋(-helix)(-helix)2.-2.-折叠折叠(-pleated sheet)-折折叠叠是是由由两两条条或或多多条条伸伸展展的的多多肽肽链链靠靠氢氢键键联联结结而成的锯齿状片状结构。而成的锯齿状片状结构。在在-折叠中，折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，氨基碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的酸的R R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨

7、基基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为酸之间的轴心距为0.35nm 0.35nm。0.7nm无规则卷曲（无规则卷曲（non-regular coil）又又称称自自由由卷卷曲曲，是是指指没没有有一一定定规规律律的的松松散散肽肽链链结结构构，但但是是其其结结构构是是明明确确而而稳稳定定的的，常常常常构构成成酶的功能部位。酶的功能部位。无无规规卷卷曲曲常常出出现现在在a-a-螺螺旋旋与与a-a-螺螺旋旋、a-a-螺螺旋旋与与-折折叠叠、-折折叠叠与与-折折叠叠之之间间。它它是形成蛋白质三级结构所必需的。是形成蛋白质三级结构所必需的。四级结构（四级结构（quaternary qu

8、aternary structurestructure）：由两条或两条：由两条或两条以上具有三级结构的多肽链以上具有三级结构的多肽链聚合而成、有特定三维结构聚合而成、有特定三维结构的蛋白质构象。每条多肽链的蛋白质构象。每条多肽链又称为又称为亚基亚基(subunit)(subunit)。蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构例如，例如，血红蛋血红蛋白的四白的四级结构级结构四级结构的概念四级结构的概念蛋白质的空间结构蛋白质的空间结构一级结构一级结构 AA的种类、排列顺序的种类、排列顺序 肽肽键 主主键二级结构二级结构 多肽链折叠、盘曲形成的多肽链折叠、盘曲形成的 空间结构，如：空间结构，如：-螺旋螺旋

9、氢氢键 -折叠、折叠、转转角角 盐键盐键 副副键键三三级结级结构构 在二在二级结级结构的基构的基础础上，上，进进一一 疏水疏水键键 步折叠、步折叠、盘盘曲曲 范德范德华华力力四四级结级结构构 三三级结级结构的聚合构的聚合蛋白质的分子结构层次蛋白质的分子结构层次一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)高级高级结构结构蛋白质的一级结构决定高级结构！蛋白质的一级结构决定高级结构！蛋白质的一级结构是决定其空间结构和功

10、蛋白质的一级结构是决定其空间结构和功 能的基础能的基础 镰刀型红细胞贫血患者，第镰刀型红细胞贫血患者，第6 6位位谷谷氨酸氨酸被被缬缬氨酸氨酸取代。取代。正常红细胞与正常红细胞与镰刀形红细胞镰刀形红细胞的扫描电镜图的扫描电镜图镰刀形红镰刀形红细胞细胞正常红正常红细胞细胞-链链N端氨基酸排列顺序端氨基酸排列顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 Hb-A（正常人）（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys Hb-S（患（患 者）者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys蛋白质构象改变导致疾病的机理蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋：有些蛋白质

11、错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。等电点等电点(isoelectric point,pI)(isoelectric point,pI)在某一在某一pHpH的溶液中

12、，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，程度相等，成为兼性离子，呈电中性，在电场中既不向阳极在电场中既不向阳极也不向阴极移动。也不向阴极移动。此时溶液的此时溶液的pHpH值值称为称为该氨基酸的等电点该氨基酸的等电点。氨基酸等电点的特点：氨基酸等电点的特点：1.1.净电荷数等于零，在电场中不移动；净电荷数等于零，在电场中不移动；2.2.此时氨基酸的溶解度最小。此时氨基酸的溶解度最小。三三、蛋白质的理化性质、蛋白质的理化性质(一一)Pr是两性电解质是两性电解质 兼性离子兼性离子：Pr离子在某一离子在某一PH值溶液中所带值溶液

13、中所带正、负电荷量正、负电荷量相等时，称为兼性离子。相等时，称为兼性离子。Pr的等电点的等电点：Pr以兼性离子状态存在时溶液的以兼性离子状态存在时溶液的PH值值。蛋白质 +“-”两性电解质正负电荷相等时 溶液的PH值 PI 蛋白质离子 兼性离子 pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHPI时，时，Pr带带“-”；v PHPI时，时，Pr带带“+”思考：思考：人体蛋白质大多数带什么电？人体蛋白质大多数带什么电？电泳时放哪一极？电泳时放哪一极？n n问题：有两蛋白质混合液，问题：有两蛋白质混合液，PIPI1 1 1 1=6.3=6.3，PI PI2 2 2 2=4.9=4.9 现欲分离两蛋

14、白质，可否运现欲分离两蛋白质，可否运 用电泳法？怎样才能分离效果最好？用电泳法？怎样才能分离效果最好？(二二二二)蛋白质是亲水胶体蛋白质是亲水胶体蛋白质是亲水胶体蛋白质是亲水胶体 蛋白质为什么属胶体？蛋白质为什么属胶体？蛋白质为什么属胶体？蛋白质为什么属胶体？真溶液真溶液真溶液真溶液 溶质颗粒直径溶质颗粒直径溶质颗粒直径溶质颗粒直径 1nm 1nm 1nm 100nm 100nm 100nm 100nm 稳定蛋白质胶体溶液的因素稳定蛋白质胶体溶液的因素稳定蛋白质胶体溶液的因素稳定蛋白质胶体溶液的因素 (1)(1)(1)(1)表面电荷表面电荷表面电荷表面电荷 (2)(2)(2)(2)水化膜水化膜

15、水化膜水化膜 2.2.蛋白质的沉淀作用蛋白质的沉淀作用 如如果果加加入入适适当当的的试试剂剂使使蛋蛋白白质质分分子子处处于于等等电电点点状状态态或或失失去去水水化化层层（消消除除相相同同电电荷荷，除除去去水水膜膜），蛋蛋白白质质胶胶体体溶溶液液就就不不再再稳稳定定并将产生沉淀。并将产生沉淀。+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质在等电点的蛋白质水化层水化层+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒不稳定的蛋白质颗粒酸酸碱碱酸酸碱碱酸酸碱碱脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用 蛋白质的聚沉蛋白质的聚

16、沉蛋蛋白白质质胶胶体体溶溶液液沉沉淀淀作作用用示示意意图图 (三三)蛋白质的沉淀蛋白质的沉淀 蛋白质自溶液中析出的现象，称为蛋白质的沉淀。蛋白质自溶液中析出的现象，称为蛋白质的沉淀。沉淀方法类别沉淀方法类别:高浓度中性盐（盐析）高浓度中性盐（盐析）等电点沉淀等电点沉淀 有机溶剂沉淀有机溶剂沉淀 重金属盐类沉淀重金属盐类沉淀 生物碱试剂和某些酸类沉淀生物碱试剂和某些酸类沉淀 加热变性沉淀加热变性沉淀 盐盐析析(salt precipitation)是是将将高高浓浓度度硫硫酸酸铵铵、硫硫酸酸钠钠或或氯氯化化钠钠等等中中性性盐盐加加入入蛋蛋白白质质溶溶液液，使使蛋蛋白白质质表表面面水水化膜被破坏，导

17、致蛋白质沉淀。化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。*分段盐析：调节盐浓度，可使混合蛋白质溶液中的几分段盐析：调节盐浓度，可使混合蛋白质溶液中的几 种蛋白质分段析出。种蛋白质分段析出。例如：血清球蛋白（例如：血清球蛋白（50%(NH4)2SO4饱和度），饱和度），清蛋白（饱和清蛋白（饱和(NH4)2SO4)。蛋白质的凝固作用蛋白质的凝固作用 (protein coagulation)蛋白质变性后的絮状物加热可变成比蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。强碱中。v(四四)蛋白质变性与凝固蛋白质变性与凝固 在某些理化因素影响下，在某些

18、理化因素影响下，次级键断裂次级键断裂，空间结构空间结构发生变化导致蛋白质理化性质改发生变化导致蛋白质理化性质改变，生物学活性丧失。变，生物学活性丧失。某些影响 键断裂 结构破坏 性质改变3.变性的因素变性的因素 加热、有机溶剂、强酸、强碱、表面活性剂加热、有机溶剂、强酸、强碱、表面活性剂（如十二烷基硫酸钠即（如十二烷基硫酸钠即SDS）、还原性试剂）、还原性试剂（尿素、盐酸胍）、紫外线、机械力等（尿素、盐酸胍）、紫外线、机械力等。2.2.变性的本质变性的本质 破坏非共价键，不改变蛋白质的一级结构。破坏非共价键，不改变蛋白质的一级结构。应用举例应用举例临床医学上，变性因素常被应用来消毒及临床医学上

19、，变性因素常被应用来消毒及灭菌。灭菌。此外此外,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。制剂（如疫苗等）的必要条件。蛋白质化学小结蛋白质化学小结 构成蛋白质的基本组成单位：氨基酸构成蛋白质的基本组成单位：氨基酸 蛋白质分子中含氮平均值为蛋白质分子中含氮平均值为16%16%蛋白质的量蛋白质的量=6.256.25x Nx N 蛋白质 +“-”两性电解质正负电荷相等时 溶液的PH值 PI 蛋白质离子 兼性离子 PH=PI时，时，Pr电中性；电中性；PHPI时，时，Pr带带“-”；PHPI PHPI PH=PI PH=7.4 PH=7.05、变性蛋白

20、质由于、变性蛋白质由于 断裂，断裂，结构破坏及结构破坏及 基团的暴露，所以球状蛋白质变性以后的基团的暴露，所以球状蛋白质变性以后的明显改变是明显改变是 降低。降低。6、镰刀状红细胞贫血是因为血红蛋白的、镰刀状红细胞贫血是因为血红蛋白的-链链第第 位位 被被 所取代。所取代。7、指出脂蛋白、指出脂蛋白PI5.8分分别在在PH5.0和和PH9.0的的缓冲溶液中冲溶液中进行行电泳泳时泳泳动的方向的方向.单项选择题1测得某一蛋白质样品的氮含量为0.50g，此样品约含蛋白质多少？()A2.00gB2.50gC6.40gD.3.125g E.6.25g2下列含有两个羧基的氨基酸是：()A精氨酸B赖氨酸C.

21、甘氨酸 D.色氨酸 E.谷氨酸3维持蛋白质二级结构的主要化学键是：()A盐键 B疏水键 C肽键D氢键E二硫键4关于蛋白质分子三级结构的描述，其中错误的是：()A天然蛋白质分子均有的这种结构B具有三级结构的多肽链都具有生物学活性C三级结构的稳定性主要是次级键维系D亲水基团聚集在三级结构的表面 E决定盘曲折叠的因素是氨基酸残基5具有四级结构的蛋白质特征是：()A分子中必定含有辅基B在两条或两条以上具有三级结构多肽链的基础上，肽链进一步折叠，盘曲形成C每条多肽链都具有独立的生物学活性D依赖肽键维系四级结构的稳定性E由两条或两条以上具在三级结构的多肽链组成6蛋白质所形成的胶体颗粒，在下列哪种条件下不稳

22、定：A溶液pH值大于pI B溶液pH值小于pIC溶液pH值等于pI D溶液pH值等于74E在水溶液中7蛋白质变性是由于：()A氨基酸排列顺序的改变B氨基酸组成的改变C肽键的断裂D蛋白质空间构象的破坏 E蛋白质的水解8变性蛋白质的主要特点是：()A粘度下降B溶解度增加C不易被蛋白酶水解D生物学活性丧失 E容易被盐析出现沉淀9若用重金属沉淀pI为8的蛋白质时，该溶液的pH值应为：()A8B8C.8 D.8E810蛋白质分子组成中不含有下列哪种氨基酸？A半胱氨酸 B蛋氨酸 C胱氨酸 D丝氨酸 E瓜氨酸多项选择题（在备选答案中有二个或二个以上是正确的，错选或未选全的均不给分）1含硫氨基酸包括：()A.

23、蛋氨酸B.苏氨酸C.组氨酸D.半胖氨酸2下列哪些是碱性氨基酸：()A.组氨酸B.蛋氨酸C.精氨酸D.赖氨酸3芳香族氨基酸是：()A.苯丙氨酸 B.酪氨酸 C.色氨酸 D.脯氨酸4关于-螺旋正确的是：()A螺旋中每36个氨基酸残基为一周B为右手螺旋结构C两螺旋之间借二硫键维持其稳定D氨基酸侧链R基团分布在螺旋外侧5蛋白质的二级结构包括：()A.-螺旋 B.-片层C.-转角 D.无规卷曲6下列关于-片层结构的论述哪些是正确的：()A是一种伸展的肽链结构B肽键平面折叠成锯齿状C也可由两条以上多肽链顺向或逆向平行排列而成D两链间形成离子键以使结构稳定7维持蛋白质三级结构的主要键是：()A肽键B疏水键C

24、离子键D范德华引力8下列哪种蛋白质在pH5的溶液中带正电荷？()ApI为45的蛋白质 BpI为74的蛋白质CpI为7的蛋白质DpI为65的蛋白质9使蛋白质沉淀但不变性的方法有：()A中性盐沉淀蛋白 B鞣酸沉淀蛋白C低温乙醇沉淀蛋白D重金属盐沉淀蛋白10变性蛋白质的特性有：()A溶解度显著下降 B生物学活性丧失C易被蛋白酶水解 D凝固或沉淀填空题1组成蛋白质的主要元素有_，_，_，_。2不同蛋白质的含_量颇为相近，平均含量为_%。3蛋白质具有两性电离性质，大多数在酸性溶液中带_电荷，在碱性溶液中带_电荷。当蛋白质处在某一pH值溶液中时，它所带的正负电荷数相待，此时的蛋白质成为 _，该溶液的pH值称为蛋白质的_。4蛋白质的一级结构是指_在蛋白质多肽链中的_。5在蛋白质分子中，一个氨基酸的碳原子上的_与另一个氨基酸碳原子上的_脱去一分子水形成的键叫_，它是蛋白质分子中的基本结构键。6蛋白质颗粒表面的_和_是蛋白质亲水胶体稳定的两个因素。7蛋白质变性主要是因为破坏了维持和稳定其空间构象的各种_键，使天然蛋白质原有的_与_性质改变。8按照分子形状分类，蛋白质分子形状的长短轴之比小于10的称为_，蛋白质分子形状的长短轴之比大于10的称为_。按照组成分分类，分子组成中仅含氨基酸的称_，分子组成中除了蛋白质部分还分非蛋白质部分的称_，其中非蛋白质部分称_。