课件：第二章蛋白质的结构与功能.ppt

生 物 化 学 Biochemistry,生物化学 (Biochemistry),是一门研究生物体内化学分子与化学反应的科学，从分子水平探讨生命现象的本质，又称生命的化学。,分子水平,当代生化取得的巨大成就,临床： 重大疾病的发生机理、预防、诊断、治疗,基础：克隆、转基因食品,Insulin,Dolly,A myth become Reality green leaves become fresh flowers,safety or not？ transgenic foods,human Cloning ！,主要内容,生物大分子,物质代谢,分子生物学基础,生物氧化和能量代谢,蛋白质、核酸、酶,糖、脂、氨基酸、核苷酸,复制、转录、翻译、表达调控、重组DNA技术,多吃糖，让人发胖，原因何在？,维生素、矿物质不能变成热量，为什么必须摄取？,糖尿病患者血糖为何升高？ 胰岛素治疗糖尿病机理何在？,牛奶加鸡蛋的早餐是否合理？,人为什么要呼吸？,子女与父母在多方面相似，为什么？,黄疸如何发生？,药物、毒物如何被排出体外？,第一章 蛋 白 质,Protein，Pro, Pr, P,蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。,什么是蛋白质？,蛋白质是生物体的组成成分之一，几乎参与了生命活动的所有过程。 含量：约占固体成分近1/2（45%） 种类：一个真核细胞达数千种，每一种均有 其特定的结构与功能,Fireflies emit light catalyzed by luciferase（荧光素酶） with ATP,A few examples on protein diversity,Erythrocytes（红细胞） contain a large amount of hemoglobins（血红蛋白）, the oxygen-transporting protein.,The protein keratin （角蛋白） is the chief structural components of hair, scales, horn, wool, nails and feathers.,第一节 蛋白质的分子组成,主要有：碳 氢 氧 氮 硫 （ C、H、O、N、S ） 有些含有：磷 铁 铜 锌 碘 硒,组成蛋白质的元素,蛋白质元素组成的特点,蛋白质平均含氮量（N %）:16%,100克样品中蛋白质的含量 (g %) = 每克样品含氮克数 6.25100 （凯氏定氮法）,1/16%,三聚氰胺是如何滥竽充数的？,三鹿奶粉事件,C3H6N6,一、基本组成单位氨基酸（amino acid） 1. 结构通式：,2. 种类：20种编码氨基酸 与羧基相邻的-碳原子上有一个氨基，称为-氨基酸（脯氨酸是亚氨基酸） 除甘氨酸外，其它氨基酸-碳原子是不对称碳原子。 蛋白质由近20种L-氨基酸组成,3.分类：根据侧链的结构和理化性质可分为五类 非极性脂肪族氨基酸 芳香族氨基酸 碱性氨基酸 极性中性氨基酸 酸性氨基酸,(一) 非极性脂肪族氨基酸,支链氨基酸,亚氨基酸,(二) 极性中性氨基酸,酰氨基,(三) 芳香族氨基酸,Trp,Tyr,酸性氨基酸,碱性氨基酸,胍基,咪唑基,体内需要但不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸。 包括8种：甲硫氨酸 色氨酸 赖氨酸 缬氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 苯丙氨酸 苏氨酸。,*营养必需氨基酸:,假设来写一两本书,二 、氨基酸的理化性质,1、两性解离及等电点,*氨基酸的等电点(isoelectric point, pI),2、紫外吸收：280nm 芳香族氨基酸，共轭双键,3、茚三酮反应： 蓝紫色化合物, 570nm, 氨基酸的定量分析,三、肽键与肽*,二肽,寡肽,多肽,蛋白质,氨基酸残基,2019/4/19,27,可编辑,*谷胱甘肽（glutathione, GSH）,H,Glu,Cys,Gly,蛋白质是氨基酸通过肽键连接形成的具有三维结构的生物大分子。在研究中，一般将蛋白质分子的结构分为四个层次。,第二节 蛋白质的分子结构,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,高级结构,一、 *蛋白质的一级结构(primary structure),蛋白质分子中，从N-端至C-端的氨基酸残基的排列顺序。 一级结构中的主要化学键是肽键，有的包含二硫键。 是蛋白质最基本的结构 。,*蛋白质的二级结构是指多肽链中主链骨架原子的局部空间排布，不涉及氨基酸侧链的构象。 *稳定因素：氢键,二、蛋白质的二级结构(secondary structure),二级结构的主要结构单位*肽单元,参与肽键的6个原子 C1、C、H、O、N、C2处于同一平面，称为肽单元,二级结构的*几种形式：,结构特点,螺旋上升一圈含3.6个氨基酸残基，螺距0.54nm,氨基酸的侧链伸向螺旋的外侧。,-折叠使多肽链形成片层结构,-折叠：蛋白质肽链主链的肽平面折叠呈锯齿状 结构特点：锯齿状；顺向平行、反向平行 稳定化学键：氢键,三、蛋白质的三级结构(tertiary structure),*蛋白质的三级结构是指在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折迭。也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。,肌红蛋白（myoglubin，Mb）一条多肽链/血红素辅基/153个氨基酸/有8段-螺旋结构(A、B、C、D、E、F、G及H） 功能:储存O2,*蛋白质三级结构的稳定主要靠次级键，包括氢键、盐键、疏水键以及范德华力(Van der Wasls力)等。,二硫键,四、蛋白质的四级结构,二条或二条以上具有独立三级结构的多肽链组成的蛋白质。其中，每条具有独立三级结构的多肽链称为亚基(subunit)。 *蛋白质的四级结构(quarternary structure):蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用,*稳定因素：非共价键 氢键、离子键、疏水键,血红蛋白结构示意图,1、相似的一级结构有相同或相似的生物学功能,第三节 蛋白质结构与功能的关系,B30,一、蛋白质一级结构与功能的关系,核糖核酸酶,变性,复性,2、蛋白质的一级结构决定其空间结构，空间结构决定其功能。,3、蛋白质分子中关键氨基酸的缺失或被替代，则影响其功能。,例：镰刀形红细胞贫血（常染色体隐性遗传）,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”。,（一）血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似,Mb,Hb,血红素,二、蛋白质二级结构与功能的关系,（二）蛋白质构象改变可引起疾病,蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生错误，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。,疯牛病： 朊病毒蛋白 （prion protein, PrP）,第二节 蛋白质的理化性质,一、两性解离及等电点,*蛋白质的等电点(isoelectric point, pI),在某一pH溶液中，蛋白质带正负电荷相等，成为兼性离子，此溶液的pH值称为该蛋白质的等电点。,二、蛋白质的高分子性质,蛋白质分子量大，已达到胶粒1100nm范围。因此蛋白质溶液具有胶体溶液的性质。 蛋白质溶液在一定条件下相当稳定，稳定该亲水胶体的因素是：水化膜、电荷。,*在某些理化因素作用下，蛋白质空间构象破坏，其理化性质也改变，生物学活性丧失，称为蛋白质变性(denaturation)。,三、蛋白质的变性,加热、有机溶剂、强酸、 强碱、重金属离子等,溶解度降低、溶液的粘滞度增高、 不容易结晶、易被酶消化。,蛋白质变性的应用： 利用：高温、高压灭菌 低温保存酶、疫苗等，防止蛋白质变性。,变性并非是不可逆的变化，当变性程度较轻时，如去除变性因素，有的蛋白质仍能恢复或部分恢复其原来的构象及功能，变性的可逆变化称为复性。,四、紫外吸收：280nm 芳香族氨基酸，共轭双键,可用于蛋白质进行定量分析,五、呈色反应,呈色反应常可用于蛋白质定量,双缩脲反应-紫色或红色,茚三酮反应-蓝紫色化合物,掌握蛋白质的元素组成、基本组成单位，氨基酸成肽的连接方式；熟悉氨基酸的通式与结构特点；氨基酸