第02章蛋白质学习.pptx

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1、一什么是蛋白质一什么是蛋白质 (protein)?蛋白质是由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合物。第1页/共72页二、蛋白质的生物学重要性1.生物体重要组成成分 分布广：所有器官、组织都含蛋白质，每个细胞的各个部分都含蛋白质。含量高：是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达8080。第2页/共72页1）作为生物催化剂（酶）；2）代谢调节作用；3）免疫保护作用；4）物质的转运和存储；5）运动与支持作用；6）参与细胞间信息传递。2.具有重要的生物学功能3.氧化供能第3页/共72页第一节 蛋白质的分子组成第4页/共72页组成蛋白质的元素：主要有C

2、、H、O、N和S。有些蛋白质还含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，有些蛋白质还含有碘。第5页/共72页 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此只要测定生物样品中的含氮量就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数 6.251001/16%蛋白质元素组成的特点:第6页/共72页一、氨基酸 蛋白质的基本组成单位 存在自然界的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有 20种，且均属 L-氨基酸(甘氨酸除外)。第7页/共72页H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R第8页/共72页 (1)非极性疏水性氨

3、基酸 (2)极性中性氨基酸 (3)酸性氨基酸 (4)碱性氨基酸（一）氨基酸的分类*20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:第9页/共72页甘氨酸 glycine Gly G 5.97丙氨酸 alanine Ala A 6.00缬氨酸 valine Val V 5.96亮氨酸 leucine Leu L 5.98异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02苯丙氨酸 phenylalanine Phe P 5.48脯氨酸 proline Pro P 6.301、非极性疏水性氨基酸第10页/共72页色氨酸 tryptophan Try W 5.89丝氨酸 serine Ser S 5.6

4、8酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66 半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 蛋氨酸 methionine Met M 5.74天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 苏氨酸 threonine Thr T 5.60 2、极性中性氨基酸第11页/共72页天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22赖氨酸 lysine Lys K 9.74精氨酸 arginine Arg R 10.76组氨酸 histidine His H 7.593、酸

5、性氨基酸4、碱性氨基酸第12页/共72页*几种特殊氨基酸CH2CHCOO-NH2CH2CH2 脯氨酸（亚氨基酸）+第13页/共72页H S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S H+NH3*半胱氨酸+胱氨酸二硫键-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-HH第14页/共72页 （二）、氨基酸的主要理化性质（二）、氨基酸的主要理化性质1.两性解离及等电点 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。l等电点（isoelectric point，pI）在某一pH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。此

6、时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。第15页/共72页 CHNH2COOHRpH=pI+OH-pHpI+H+CHNH3+COO-R CHNH2COO-R+OH-+H+pHpICHCOOHRNH3+氨基酸的兼性离子阳离子阴离子第16页/共72页2.紫外吸收 色氨酸、酪氨酸 的最大吸收峰在 280nm附近。大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。第17页/共72页3.氨基酸呈色反应 氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在着正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法

7、。第18页/共72页二、肽 肽键是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。（一）肽键（peptide bond）第19页/共72页+-HOHNH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-CHOOH甘氨酸 NH-CH-CHOOHH甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键第20页/共72页（二）多肽 肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基（residue）第21页/共72页多肽链（polypeptide chain）多肽链是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。

8、N 末端：多肽链中有自由氨基的一端C 末端：多肽链中有自由羧基的一端多肽链有两端：第22页/共72页N末端C末端牛核糖核酸酶第23页/共72页（三）生物活性肽 1，谷胱甘肽（glutathione，GSH）谷氨酸半胱氨酸 甘氨酸SHCOO-CH2CH2CCNH3HOOHCNHCHCH2CONHCH2O第24页/共72页GSH过氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG GSH还原酶NADPH+H+NADP+第25页/共72页 体内许多激素属寡肽或多肽 神经肽(neuropeptide)2.多肽类激素及神经肽第26页/共72页第二节 蛋白质的分子结构第27页/共72页蛋白质的分子结构包括：一级结构

9、 二级结构 三级结构 四级结构高级结构第28页/共72页定义:多肽链中氨基酸的排列顺序。一、蛋白质的一级结构 （primary structure）主要的化学键：肽键 有些蛋白质还包括二硫键第29页/共72页 一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。第30页/共72页（一）蛋白质的二级结构 (secondary structure)蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置。定义:主要的化学键：氢键 一、蛋白质分子的空间结构第31页/共72页 肽单元 (peptide unit)第32页/共72页*蛋白质二级结构的主要形式：-螺旋-折叠-转角无规则卷曲第

10、33页/共72页-螺旋（-helix）第34页/共72页氢键-折叠（-pleated sheet）第35页/共72页-转角(-turn)第36页/共72页 模体（motif）几个具有二级结构的肽段在空间上互相接近，形成的一个具有特殊功能的空间构象。钙结合蛋白中结合钙离子的模序锌指结构第37页/共72页（二）蛋白质的三级结构 (tertiary structure)整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置定义疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等主要的化学键：第38页/共72页第39页/共72页 肌红蛋白(Mb)N 端 C端第40页/共72页纤

11、连蛋白分子的结构域 结构域（domain）大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为结构域。第41页/共72页*亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。（三）蛋白质的四级结构 (quaternary structure)蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构 有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基(subunit）。第42页/共72页血红蛋白的四级结构 第43页/共72页分子伴侣（chaperonchaperonchaperonchapero

12、n）协助蛋白质正确折叠，形成正确的空间构象与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导 其正确折叠参与二硫键的正确形成第44页/共72页第三节 蛋白质的分类*根据蛋白质组成成分：单纯蛋白质结合蛋白质=蛋白质部分+非蛋白质部分*根据蛋白质形状：纤维状蛋白质球状蛋白质根据蛋白质功能：催化、收缩、基因调控、激素 保护、调节、结构、运输第45页/共72页第四节蛋白质结构与功能的关系第46页/共72页一、蛋白质一级结构与功能的关系 一级结构相似的多肽或蛋白质，其功能也相似；不同哺乳类动物，相同蛋白质的结构有相似之处，执行的生物学功能相同。第47页/共72页一级结构是空间构象的基础 而蛋白质构象是其生物活性的

13、基础二、蛋白质空间结构与功能的关系牛核糖核酸酶的一级结构二硫键第48页/共72页 天然状态，有催化活性 尿素、-巯基乙醇 去除尿素、-巯基乙醇非折叠状态，无活性第49页/共72页Hb与Mb一样可逆地与O2结合，氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度）随O2浓度变化而改变。血红蛋白的构象变化与结合氧第50页/共72页协同效应（cooperativity）一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。如果是促进作用则称为正协同效应 （positive cooperativity）如果是抑制作用则称为负协同效应 （negative coope

14、rativity）第51页/共72页第52页/共72页O2 血红素与氧结合后，铁原子变小，就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链位置的变动。第53页/共72页变构效应（allosteric effect）当配体与亚基（蛋白）结合后，引起该亚基构象变化，称为变构效应。第54页/共72页三、蛋白质结构改变与疾病例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽链HbA 肽 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，称为“分子病”。第55页/共72页蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发

15、生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。第56页/共72页蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋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，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。第57页/共72页疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的PrP富含-螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为-折叠的PrPsc，从而致病。PrPc-螺旋PrPsc-

16、折叠正常疯牛病第58页/共72页第五节蛋白质的理化性质第59页/共72页1、蛋白质的两性电离2、蛋白质的胶体性质3、蛋白质的变性与复性4、蛋白质的紫外吸收5、蛋白质的呈色反应第60页/共72页一、蛋白质的两性电离 蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。*蛋白质的等电点(isoelectric point,pI)当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。第61页/共72页二、蛋白质的胶体性质 蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至

17、100万之巨，其分子的直径可达1100nm，为胶粒范围之内。*蛋白质胶体稳定的因素颗粒表面电荷水化膜第62页/共72页+带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜+带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒酸碱酸碱酸碱脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚沉第63页/共72页 在某些理化学因素作用下，蛋白质特定的空间构象被破坏，导致其理化性质改变和生物学活性的丧失，称为蛋白质的变性。三、蛋白质的变性（denaturation)定义第64页/共72页 造成变性的因素如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等。变性的本质 破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的

18、一级结构。第65页/共72页 若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，有些蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性（renaturation）第66页/共72页 天然状态，有催化活性 尿素、-巯基乙醇 去除尿素、-巯基乙醇非折叠状态，无活性第67页/共72页 应用举例临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外,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。第68页/共72页*蛋白质沉淀在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。*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较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。第69页/共72页四、蛋白质的紫外吸收及呈色反应由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。第70页/共72页蛋白质的呈色反应1、双缩脲反应(biuret reaction)蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双缩脲反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。2、酚试剂法第71页/共72页感谢您的观看！第72页/共72页