生物大分子结构与功能.ppt

第一专题,生物大分子的结构与功能： 蛋白质的结构与功能 核酸的结构与功能 酶的结构与功能 维生素、微量元素,生物大分子(Biomacromolecule),指有一定分子结构规律，即由一定的基本结构单位，按一定的排列顺序和连接方式而形成的多聚体，分子量一般大于104。 蛋白质与核酸是体内主要的生物大分子 核酸具有传递遗传信息的功能 蛋白质几乎涉及所有的生理过程,一、蛋白质的结构与功能,蛋白质的重要性,蛋白质是生命的物质基础, 是构成生物体的基本成分，是生命活动的执行者。人体的45%为蛋白质, 脾、肺、肌肉含量均超过80%, 细菌的含量为5080%, 干酵母的含量为46.6%。,蛋白质的生物学功能,生物催化(酶) 代谢调节 (多肽激素等) 免疫保护(免疫球蛋白,补体等) 物质转运和贮存(离子通道,转运载体等) 运动与支持(肌蛋白) 生长、繁殖、遗传和变异 生物膜的功能和受体 生化制药(分离纯化血液制品,基因工程产品),蛋白质的结构,蛋白质由20种氨基酸经肽键连接而成 生物体蛋白质平均由300-400个氨基酸组成,平均分子量(MW)30,000-45,000 一个含有100个氨基酸组成的蛋白质可存在20100种不同的形式 E. coli约含有3,000种蛋白质,人体约含有100,000种,第一节 氨基酸与多肽 一、 氨基酸 (amino acid),蛋白质是由氨基酸组成的： 蛋白质 混合物 20种基本氨基酸,蛋白质的元素组成: C H O N S P I Se 等,其中含氮元素约 16%,根据含氮量可计算出样品中的蛋白质含量: 每克样品含氮克数6.25 100=100g样品中的蛋白质含量(g%),酸、碱、酶,电泳,核糖核酸酶,蛋白质的基本组成单位氨基酸 编码氨基酸：20 种 , 除Gly外，均为L-氨基酸, Pro为环状亚氨酸 非编码氨基酸：胱氨酸、碘代酪氨酸、羟脯氨酸与羟赖氨酸等,COO- C NH3,R,L-氨基酸通式,H,+,R为侧链,HO C H,CHO,CH2OH,H3N C H,+,CH3,COO-,L-甘油醛,L-丙氨酸,按照 R 的化学性质分为： 1.非极性、疏水性氨基酸 R 为烃基、苯甲基等非极性基团（Gly,Ala,Val,Leu,Ile,Phe,Pro）,2. 极性、中性氨基酸 R 为羟基(Ser,Thr,Tyr)、巯基(Cys,Met)、酰胺基(Trp,Asn,Gln)等极性基团, 有亲水性，在中性溶液中不电离,3. 酸性氨基酸(Asp,Glu),4. 碱性氨基酸(Lys,Arg),非极性疏水性氨基酸,极性中性氨基酸,酸性氨基酸,碱性氨基酸,氨基酸的缩写与等电点,-OOC-CH-CH2-SH + HS-CH2-CH-COO- -OOC-CH-CH2-SS-CH2-CH-COO-,+NH3,+NH3,+NH3,+NH3,-2H,半胱氨酸,胱氨酸,胱氨酸和二硫键,COO- C NH3,R,L-氨基酸通式,H,+,R为侧链,H Gly,CH3 Ala,(CH3)2-CH Val,(CH3)2-CH-CH2 Leu,CH3-CH2-CH I CH3,R,非极性疏水性氨基酸,Phe,Ile,COO- C NH3,R,H,+,极性中性氨基酸,Ser,Tyr,Cys,Thr,Asn,Met,Gln,Trp,COO- C NH3,R,H,+,Asp,Glu,Lys,碱性氨基酸,Arg,His,(1) R为脂肪烃基: (2) R为羟基和硫：,小 结,Gly、Ala、Val、Leu、Ile疏水性逐渐增加, pI几乎相等,Ser、Thr含羟基,Ser有极性可形成氢键, 大多数酶的活性中心有该残基存在, Thr形成氢键能力弱；Cys含巯基, 两个Cys可形成含二硫键的胱氨酸, 二硫键在蛋白质的结构中起重要作用;R中含甲硫基(-SCH3)的为Met -(CH2)2-S-CH3,(3) R含芳香基团的有： (4) R为碱性基团的有：,Phe、Tyr、Trp在280nm有紫外吸收峰;均含一个共轭电子体系,易与缺电子体系形成电荷转移复合物或电子重叠物, 在受体-底物和分子识别中起作用,His 含三个可解离基团, 故在酶的催化机制中有重要作用 Lys 在生理条件下带有一正电荷(NH3+) Arg 的胍基几乎完全质子化, 是已知最强的有机碱,(5) R有酸性基团：,Asp 和 Glu 为生理条件下仅有的带负电荷的氨基酸 (6) R中含酰基的氨基酸 Asn 和 Gln 分别为 Asp 和 Glu 的酰胺化产物, 酰胺基中的氨基易发生氨基转移反应, 在生物合成和代谢中有重要作用 (7) R为环状的为Pro 由于其-NH2在环中, 多肽中Pro所在位置易发生方向变化, 在蛋白质立体结构中有重要作用,氨基酸的理化性质,1. 物理性质：无色或白色结晶，熔点200，氨基酸均可溶于强酸、强碱和水，Lys和Arg在水中的溶解度最大，Tyr的溶解度最小。氨基酸在乙醚中溶解度最小。 2. 两性电离性质：结合或释放质子取决于环境 pH *pI(Isoelectric point)：在一定pH环境下，氨基酸游离成阴、阳离子的程度及趋势相等或不游离(氨基酸不带电荷或所带电荷数相等)而成为兼性离子(Zwitterion)，在电场中既不向阳极也不向阴极迁移时的pH值。,R-CH-COOH R-CH-COO - R-CH-COO -,+NH3,NH2,+NH3,R-CH-COOH,NH2,+OH-,+OH-,+H+,+H+,阳离子 pHpI,兼性离子 pH=pI,阴离子 pHpI,3. 紫外吸收性质：Trp、Tyr和Phe含共轭双键苯环，在 280nm处有最大吸收峰，利用此特点可用分光光度法测定蛋白质 含量也可粗略估计核酸中蛋白质污染程度(A260/A280 1.7)。 4. 化学性质: -NH2、-COOH和R侧链的活性基团可发生相关化学反应，用于氨基酸性质的分析鉴定。,0,240,250,260,270,280,290,300,310,光密度,波 长 ( nm ),芳香族氨基酸的紫外吸收,Trp,Tyr,Phe,化学性质 1 亚硝酸反应：测定产生的N2可计算氨基酸的含量, 为Van Slyke定 氮法的基础。 2 甲醛反应: 氨基酸与甲醛反应生成二羟甲基氨基酸, 为中和法测 定氨基酸含量的依据, 称甲醛滴定法, 两性氨基酸在与 甲醛反应后使氨基封闭而酸性增强, 可用强碱滴定。 3 2,4-二硝基氟苯反应：在碱性中生成二硝基苯基氨基酸, N端分析。,4 与酰氯化合物反应：-氨基与苯甲氧基甲酰氯(Cbz-Cl)反应生成 Cbz-氨基酸, 为化学合成多肽时一个重要的氨基保护反应； 氨基酸与5-二甲氨基萘磺酰氯反应生成DNS-氨基酸, 紫外光下 强烈荧光, 灵敏度高, 用于多肽分析。 5 茚三酮反应：与茚三酮在弱酸性溶液中加热可产生有色化合物, 含游离-氨基的氨基酸和肽类生成紫色化合物, 而脯氨酸因其 -氨基被取代而生成黄色化合物, 较灵敏, 颜色深浅可定量。,二、肽键与肽链,NH2-CH-C + NH-CH-C NH2-CH-C-N-CH-C,R1 OH H R2 OH R1 H R2 OH,O O O O,(Polypeptide bond & Polypeptide chain),概念: 肽键： 一个氨基酸的-羧基与另一氨基酸的-氨基脱水缩合 肽：氨基酸通过肽键相连而形成的化合物,寡肽(oligopeptide): 十个以下氨基酸缩合成的肽统称为寡肽 多肽链(polypeptide chain) : 十个以上氨基酸形成的肽, 典型的多肽MW104 蛋白质: 由一条或几条多肽链组成的生物大分子 氨基酸残基(amino acid residues)：蛋白质肽链中的每个 氨基酸部分 多肽主链（main chain）：由肽键连接各氨基酸残基形成的 长链骨架 多肽侧链(side chain)：蛋白质多肽链中的各氨基酸侧链基团,肽的书写格式,NH2-甘-丙-谷-组-蛋-COOH NH2-Gly-Ala-Glu-His-Met-COOH NH2-GAEHM-COOH GAEHM,SH O CH2 H H2N - CH - CH2 - C - N - CH - C - N - CH2 - COOH COOH H O,谷胱甘肽 （谷-半胱-甘三肽）,还原过氧化氢,解毒(嗜电子)、,抗氧化(-SH还原剂),三、医学上重要的多肽,羧基,1、谷胱甘肽 (glutathione,GSH),2GSH,GSH GSH 过氧化物酶 还原酶,GSSG,NADP+ NADPH+H+,H2O2,2H2O,GSH与GSSG间的转换,HC N HN CH C CH2 H2C CH2 CH2 H2C CH2 OC CH - CO - NH - CH - CO - N CH CO - NH2 NH,促甲状腺素释放激素(焦谷氨酰组氨酰脯酰胺),2 多肽类激素,缬 鸟 亮 D-苯丙 脯 短 杆 菌 肽 脯 D-苯丙 亮 鸟 缬,3 多肽类抗生素,4 小分子肽或寡肽 (30100个氨基酸),甜味剂L天冬氨酰苯丙氨酰甲酯-人工合成2肽 促性腺激素释放激素 10肽,生长激素释放抑制激素 10肽