蛋白质和核酸化学精选PPT.ppt

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1、关于蛋白质和核酸化学第1页，讲稿共50张，创作于星期三1.作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2.代谢调节作用代谢调节作用3.免疫保护作用免疫保护作用4.物质的转运和存储物质的转运和存储5.运动与支持作用运动与支持作用6.参与细胞间信息传递参与细胞间信息传递7.氧化供能氧化供能蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能第2页，讲稿共50张，创作于星期三（一）蛋白质的化学组成1.主要元素：主要元素：碳、氢、氧、氮碳、氢、氧、氮，有些蛋白质还含有少量，有些蛋白质还含有少量硫硫、磷磷和金属元素。和金属元素。2.特点：特点：各种蛋白质的含氮量很接近，平均含氮量为各种蛋白质的含氮量很接近，平均含氮量为16

2、%，这是蛋白质元素组成的一个特点。，这是蛋白质元素组成的一个特点。3.定氮法测定蛋白质含量：定氮法测定蛋白质含量：100g样品中蛋白质含量样品中蛋白质含量(g%)6.25每克样品中含氮每克样品中含氮克数克数100 式中6.25，即16%的倒数，为1克氮所代表的蛋白质质量（克数）。第3页，讲稿共50张，创作于星期三（二）蛋白质的组成单位在酸、碱、酶的作用下，蛋白质可水解产生游离在酸、碱、酶的作用下，蛋白质可水解产生游离氨基酸。氨基酸。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（amino acid）自然界中的氨基酸有自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体的氨余种，但组成人体的氨基酸仅

3、有基酸仅有20种，且均属种，且均属L-型氨基酸（甘氨酸除型氨基酸（甘氨酸除外）。外）。第4页，讲稿共50张，创作于星期三（二）蛋白质的组成单位1.氨基酸的结构特点氨基酸的结构特点 除脯氨酸外，其余氨基酸均属-氨基酸，其化学结构式具有共同的特点，即连接羧基的-碳原子上有一个氨基，称为-氨基酸。-氨基酸的结构通式，R为侧链基团。第5页，讲稿共50张，创作于星期三H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式R 各种氨基酸的结构区别在于侧链（各种氨基酸的结构区别在于侧链（R基团）的不同，故具基团）的不同，故具有不同的理化性质。有不同的理化性质。C+NH3COO-H第6页，讲稿共50

4、张，创作于星期三（二）蛋白质的组成单位2.氨基酸的分类根据氨基酸侧链R基的结构和性质分为四类：1.非极性疏水性氨基酸2.极性中性氨基酸3.酸性氨基酸4.碱性氨基酸第7页，讲稿共50张，创作于星期三第8页，讲稿共50张，创作于星期三第9页，讲稿共50张，创作于星期三第10页，讲稿共50张，创作于星期三（二）蛋白质的组成单位3.蛋白质分子中氨基酸之间的链接方式蛋白质分子中氨基酸之间的链接方式肽键的概念：肽键的概念：肽键肽键(peptide bond)：一个-氨基酸的-羧基与另一个-氨基酸的-氨基 脱水脱水缩缩合合 形成的化学化学键键(-CO-NH-)，称为肽键肽键或或酰酰胺胺键键。第11页，讲稿共

5、50张，创作于星期三第12页，讲稿共50张，创作于星期三肽键第13页，讲稿共50张，创作于星期三第14页，讲稿共50张，创作于星期三生物活性肽生物活性肽：体内存在许多具有生物活性的低分生物活性肽：体内存在许多具有生物活性的低分子量肽，在代谢调节、神经传导等方面具有重要子量肽，在代谢调节、神经传导等方面具有重要的作用，称为生物活性肽。的作用，称为生物活性肽。如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。谷胱甘肽；蛇毒多肽等。第15页，讲稿共50张，创作于星期三第16页，讲稿共50张，创作于星期三第17页，讲稿共50张，创作于星期三第18页，讲稿

6、共50张，创作于星期三二.蛋白质的分子结构和功能（一）蛋白质分子的一级结构（一）蛋白质分子的一级结构(primary structure)一级结构：一级结构：蛋白质多肽链中氨基酸的排列氨基酸的排列顺序顺序称为蛋白质的一级结构。主要靠肽键维系；主要靠肽键维系；第19页，讲稿共50张，创作于星期三蛋白质的一级结构第20页，讲稿共50张，创作于星期三蛋白质的一级结构第21页，讲稿共50张，创作于星期三蛋白质的二级结构蛋白蛋白质质的二的二级结级结构构：是指蛋白质分子中某一段多肽键的局部空间结构，即该段多肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。包括包括-螺旋螺旋(-helix)、-

7、折叠折叠(-pleated sheet)和和-转转角角(-turn)及无及无规则规则卷曲。卷曲。第22页，讲稿共50张，创作于星期三蛋白质的二级结构1.-螺旋螺旋(-helix)蛋白质分子为右手-螺旋。第23页，讲稿共50张，创作于星期三第24页，讲稿共50张，创作于星期三蛋白质的二级结构-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿桩折叠构象。-折叠折叠第25页，讲稿共50张，创作于星期三-折叠第26页，讲稿共50张，创作于星期三蛋白质的二级结构3.-转转角角(-turn)在-转角部分，由四个氨基酸残基组成;这类结构主要存在于球状蛋白分子中。脯氨

8、酸脯氨酸残基经常出现在-转角中。第27页，讲稿共50张，创作于星期三蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构(Tertiary Structure)是指在二级结是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。在内的特征三维结构。2 2蛋蛋白白质质的的三三级级结结构构第28页，讲稿共50张，创作于星期三蛋白质的三级结构第29页，讲稿共50张，创作于星期三此类蛋白质只有完整四级结构才有生物学活性第30页，讲稿共50张，创作于星期三(

9、一一)一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系（分子病）（分子病）三、蛋白质结构与功能的关系三、蛋白质结构与功能的关系 天然状态，有天然状态，有催化活性催化活性 尿素、尿素、-巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性HSSHSHHSHSSHHSHS26110958472655840261109584725840651.核糖核酸酶一级结构与功核糖核酸酶一级结构与功能的关系能的关系 二硫键破坏后，二硫键破坏后，生物学活性丧失。生物学活性丧失。第31页，讲稿共50张，创作于星期三 (1)将将A链链N端的第端的第1个氨基酸残基切去，其活性只剩个氨基酸

10、残基切去，其活性只剩210，再将第，再将第24位氨基酸残基切去，其活性完全丧位氨基酸残基切去，其活性完全丧失。失。(2)将将A、B两链间的二硫键还原，两链间的二硫键还原，A、B两链即分两链即分离，胰岛素的功能完全消失。离，胰岛素的功能完全消失。(3)将将B链第链第2830位氨基酸残基切去，其活性仍能维持位氨基酸残基切去，其活性仍能维持100%。2.胰岛素一级结构与功能的关系胰岛素一级结构与功能的关系第32页，讲稿共50张，创作于星期三3.血红蛋白一级结构与功能的关系血红蛋白一级结构与功能的关系例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C

11、(146)HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146)这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为为“分子病分子病”。第33页，讲稿共50张，创作于星期三镰刀型贫血症与分子病第34页，讲稿共50张，创作于星期三(二二)蛋白质空间结构与功能的关系（构象病）蛋白质空间结构与功能的关系（构象病）1血红蛋白空间结构与功能的关系血红蛋白空间结构与功能的关系 Hb未结合未结合O2时，时，4个亚基结构紧密个亚基结构紧密,称紧称紧张态张态(T态态)。随着。随着O2 的的结合结合,空间结构发生变化，空间结构发生变

12、化，使结构相对松弛，称松使结构相对松弛，称松弛态弛态(R态态)。T态对氧亲态对氧亲和力低和力低,R态对氧亲合力态对氧亲合力高，是高，是Hb结合结合O2 的形式。的形式。肺毛细血管肺毛细血管O2 分压高分压高,促促使使T态转变成态转变成R态态,组织毛组织毛细血管细血管,O2 分压低分压低,促使促使R态转变成态转变成T态。态。第35页，讲稿共50张，创作于星期三例：疯牛病中的蛋白质构象改变例：疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,PrP)引起的一引起的一组人和动物神经退行性病变。组人和动物神经退行性病变。正常正常PrP富含富含-螺旋，称为螺旋

13、，称为PrPc。在某种未知蛋白。在某种未知蛋白质作用下转变成为质作用下转变成为-折叠的折叠的PrPsc，从而致病。，从而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病蛋白质构象疾病蛋白质构象疾病包括：人纹状体脊髓变性病、包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。老年痴呆症、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。2朊病毒蛋白空间结构与功能的关系朊病毒蛋白空间结构与功能的关系第36页，讲稿共50张，创作于星期三第二节 蛋白质的理化性质(The Physical and Chemical Characters of Protein)一、蛋白质的两性解离和等电点一、蛋白质的两性

14、解离和等电点 (一一)两性解离两性解离 蛋蛋白白质质分分子子除除两两端端的的氨氨基基和和羧羧基基可可解解离离外外，氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链中中某某些些基基团团，在在一一定定的的溶溶液液pH条条件件下下都都可解离成带负电荷或正电荷的基团，故称两性解离。可解离成带负电荷或正电荷的基团，故称两性解离。第37页，讲稿共50张，创作于星期三一.蛋白质的两性解离及应用蛋白质的等电点蛋白质的等电点(Isoelectric point pIsoelectric point pI)I)当溶液浓度为某一当溶液浓度为某一pHpH值时，氨基酸分子中所值时，氨基酸分子中所含的含的-NH-NH3 3+和和-COO-C

15、OO-数目正好相等，净电荷数目正好相等，净电荷为为0 0。这一。这一pHpH值即为氨基酸的等电点，简称值即为氨基酸的等电点，简称p pI I。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移在等电点时，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状态。动，即氨基酸处于两性离子状态。第38页，讲稿共50张，创作于星期三蛋白质的两性解离在pH=pI时，蛋白质为兼性离子，带有相等的正、负电荷，呈中性微粒，此时蛋白质不稳定而容易从溶液中沉淀析出。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第39页，讲稿共50张，创作于星期三蛋白质的电泳分离

16、蛋白质能够发生两性离解，也有等电点。蛋白质能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时在等电点时(Isoelectric point pI)(Isoelectric point pI)，蛋，蛋白质的溶解度最小，容易沉淀析出。白质的溶解度最小，容易沉淀析出。溶液中带电粒子在电场中向电性相反的电溶液中带电粒子在电场中向电性相反的电极移动的现象，称为蛋白质电泳极移动的现象，称为蛋白质电泳(ElectrophoresisElectrophoresis)。第40页，讲稿共50张，创作于星期三电泳电泳蛋白质的电泳分离和分子量测定蛋白质在等电蛋白质在等电点点pIpI条件下，条件下，不发生电泳现象。不发生电泳现象

17、。利用蛋白质的电利用蛋白质的电泳现象，可以将泳现象，可以将蛋白质进行分离蛋白质进行分离纯化。纯化。第41页，讲稿共50张，创作于星期三蛋白质的胶体性质及应用蛋白质属于生物大分子，分子量到达蛋白质属于生物大分子，分子量到达1 1万万-100100万之巨，其直径可达万之巨，其直径可达1-100nm1-100nm，为胶体，为胶体范围之内。范围之内。蛋白质溶液是亲水胶体溶液，其稳定因素蛋白质溶液是亲水胶体溶液，其稳定因素主要有主要有蛋白质分子表面的水化膜蛋白质分子表面的水化膜电荷层电荷层第42页，讲稿共50张，创作于星期三蛋白质的胶体性质及应用透析：透析：小分子杂质从半透膜中透出，大分小分子杂质从半透

18、膜中透出，大分子蛋白质留于半透膜内，使蛋白质得以纯子蛋白质留于半透膜内，使蛋白质得以纯化，这种分离方法称为化，这种分离方法称为透析透析。人体中的细胞膜、线粒体膜和毛细血管壁人体中的细胞膜、线粒体膜和毛细血管壁等都具有半透膜性质，有助于体内各种蛋等都具有半透膜性质，有助于体内各种蛋白质有规律地分布在膜的内外，对维持细白质有规律地分布在膜的内外，对维持细胞内外的水和电解质平衡具有重要的生理胞内外的水和电解质平衡具有重要的生理意义。意义。第43页，讲稿共50张，创作于星期三三.蛋白质的沉淀、变性、凝固及其应用蛋白质从溶液中析出的现象，称为沉淀。蛋白质从溶液中析出的现象，称为沉淀。1.1.盐析：盐析：

19、在蛋白溶液中加入大量中性盐，蛋白质表面的水化膜即被破坏，其所带电荷也被中和，蛋白质胶粒失去这两种稳定因素而沉淀，这种沉淀过程称为盐析(salting out)。第44页，讲稿共50张，创作于星期三三.蛋白质的沉淀、变性、凝固及其应用2.2.重金属盐沉淀蛋白质重金属盐沉淀蛋白质重金属离子如Ag+、Hg2+、Cu2+、Pb2+等，在pHpI的环境中，可与蛋白质负离子结合，形成不溶性蛋白盐沉淀。临床应用：临床应用：抢救重金属盐中毒病人。给病人口服大量酪蛋白、清蛋白等，然后再用催吐剂将结合的重金属盐呕出以解毒。第45页，讲稿共50张，创作于星期三三.蛋白质的沉淀、变性、凝固及其应用3.3.生物碱试剂与

20、某些沉淀蛋白生物碱试剂与某些沉淀蛋白生物碱试剂（苦味酸、鞣酸、钨酸等）及某些酸，可在pHpI的环境中，可与蛋白质的正离子结合形成不溶性的盐沉淀。4.4.有机溶剂沉淀蛋白质有机溶剂沉淀蛋白质可与水混合的有机溶剂能破坏蛋白质胶粒表面的水化膜，是蛋白质沉淀析出。临床应用：乙醇可消毒灭菌。第46页，讲稿共50张，创作于星期三三.蛋白质的沉淀、变性、凝固及其应用蛋白质的变性和凝固蛋白质的变性和凝固在某些物理和化学因素作用下，蛋白质的空间构象被破坏，理化性质及生物学活性发生变化，这种现象称为蛋白质的变性蛋白质的变性（denaturation）。本质：本质：非共价键和二硫键的破坏，不涉及肽键的断裂等一级结构

21、的变化。第47页，讲稿共50张，创作于星期三蛋白质变性的实际意义 利用变性：利用变性：利用变性：利用变性：酒精消毒酒精消毒高压灭菌高压灭菌血虑液制备血虑液制备 防止变性：防止变性：防止变性：防止变性：低温保存生物制品低温保存生物制品，避免接触变性因素。，避免接触变性因素。取代变性：取代变性：取代变性：取代变性：乳品解毒乳品解毒(用于急救重金属中毒用于急救重金属中毒)导致变性的因素：导致变性的因素：如高温、高压、强酸、强碱、有机溶剂、重金属如高温、高压、强酸、强碱、有机溶剂、重金属离子、生物碱试剂及辐射等因素离子、生物碱试剂及辐射等因素。第48页，讲稿共50张，创作于星期三不可逆变性和可逆变性不可逆变性和可逆变性不可逆变性和可逆变性不可逆变性：大多数蛋白质变性时，气空间结构破坏严重，不能恢复，称为不可逆变性。有些蛋白质在变性后，除去变性因素仍可恢复其活性，称为可逆变性。第49页，讲稿共50张，创作于星期三感谢大家观看第50页，讲稿共50张，创作于星期三