蛋白质的结构和功能

第一节 生命活动的主要承担者,蛋白质,安徽阜阳劣质奶粉喂养下的大头婴儿,由于天天吃蛋白质含量极低的奶粉导致发育不良，身体严重浮肿，脑袋大,大头婴儿的头比较大，面部肌肉松驰，表情比较呆滞，对外界事物的刺激反应较低。为什么婴儿长期吃劣质奶粉会出现这种症状？,蛋白质对小孩子的生长发育重要吗?,食物中的蛋白质能否被人体直接吸收呢?,蛋白质必需经过消化成为各种氨基酸,才能被人体吸收和利用.氨基酸是蛋白质的基本组成单位，种类有20种。,什么是蛋白质?,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。,蛋白质的生物学重要性,分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：蛋白质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80。,1. 蛋白质是生物体重要组成成分,组成蛋白质的元素,主要有C、H、O、N和 S。 有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘 。,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 6.25100,1/16%,蛋白质元素组成的特点,CH4,甲烷,C,H,H,H,H,CH3COOH,COOH,乙酸,NH3,氨基,酸,甘氨酸,氨基酸的结构,甘氨酸,缬氨酸,亮氨酸,丙氨酸,试一试推导出氨基酸的结构通式。,每种氨基酸至少有一个氨基(-NH2)和一个羧基(-COOH)，并且氨基和羧基连在同一个碳原子上。这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团（R表示）氨基酸之间的区别在于R基不同。,讨论以下哪些是组成蛋白质的氨基酸?,H,NH2,氨基酸的判断依据：,NH2与COOH是否连在同一个“C”上。,（2）如果是氨基酸，则它们的R基分别是:_,1、,（1）以上属于氨基酸的是_,CH3,H,练习：,1965年由我国科学家人工合成的世界上第一个有生物活性的结晶牛胰岛素，其分子量相对较小，是由51个氨基酸组成。,那么在蛋白质中，氨基酸是如何组成蛋白质的呢？,氨基酸的结合方式,C,H,COOH,R1,C,H,NH2,COOH,R2,NH2,C,O,H,N,H,OH,氨基酸的结合方式,C,H,R1,NH2,OH,C,O,H2O,H,氨基酸的结合方式:,C,H,R1,NH2,C,O,H2O,二肽,肽键,脱水缩合,氨基酸的结合方式:脱水缩合,肽键,OH,H,二肽,H2O,H2O,氨基酸的结合方式:脱水缩合,肽键,二肽,H2O,肽键,三肽,以此类推，由多个氨基酸分子缩合而成的含有多个肽键的化合物，叫多肽（链状）。,H2O,（1）该化合物中，表示_， 表示_ ，表示_。（2）该化合物有氨基_个，有羧基_个。该化合物的名称是_、该化合物中还有氨基酸吗？,氨基,羧基,肽键,2,2,多肽,（四肽）,肽键数=氨基酸个数1,肽链中的肽键数与氨基酸个数的关系：,(1),(2),肽键数=氨基酸个数2,肽键数=氨基酸个数肽链条数 = nm,肽键数=失去的水分子数,蛋白质的结构,观察该图，说说从氨基酸到蛋白质大致有哪些结构层次？,氨基酸,二肽,三肽,：,多肽,一条多肽链盘曲折叠形成蛋白质,多条多肽链盘曲折叠形成蛋白质,定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。,一、蛋白质的一级(共价) 结构,主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。,胰岛素的一级结构,蛋白质的根本差异在于一级结构的不同,二、蛋白质的二级结构,主要的化学键： 氢键、盐键、疏水键、范德华力,（二）蛋白质二级结构的主要形式,-螺旋 ( -helix ) -折叠 ( -pleated sheet ) -转角 ( -turn ) 无规卷曲 ( random coil ),1、 -螺旋,结构要点: 从N端为起点，多肽链主链围绕中心轴形成右手螺旋，侧链伸向螺旋外侧。,多个肽键平面通过-碳原子旋转，相互之间紧密盘曲成稳固的右手螺旋。每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形成的氢键保持螺旋稳定（氢键是稳定螺旋的主要键），氢键与螺旋长轴基本平行。主链呈螺旋上升，每个氨基酸残基沿轴上升0.15nm，沿轴旋转1000，每3.6个氨基酸残基上升一圈，相当于上升高度(螺距)0.54nm，螺旋的直径约为0.5nm 。,螺旋的结构特点,多肽链充分伸展，相邻肽单元之间折叠成锯齿状结构，侧链位于锯齿结构的上下方。,2、-折叠,-折叠,-折叠结构的肽链几乎是完全伸展的，两段以上的-折叠结构平行排列，两链间可顺向平行，也可反向平行，反平行结构更为稳定 。两链间的肽键之间形成氢键，以稳固-折叠结构。氢键与螺旋长轴垂直。,3、-转角,蛋白质多肽链经常出现180的回折，这种肽链回折处的称为-转角（ -tern）或-bend，或称发夹结构（hairpin structure）。,一般由四个连续的氨基酸残基组成，第一个氨基酸残基与第四个形成氢键。,5、无规卷曲（自由回转）,是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。,酶的功能部位常位于这种构象区域,三、蛋白质的三级结构,（一） 定义：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。由一个或多个结构域组装而成的结构。,肌红蛋白 (Mb),亚基之间的结合力主要是氢键和离子键。,四、蛋白质的四级结构,蛋白质分子中各亚基的空间排布、亚基间通过非共价键聚合而成的特定构象，称为蛋白质的四级结构。,由多条多肽链组成的蛋白质，肽链间相互以非共价键联结成一个活性单位，这种肽链就称为该蛋白质的亚基。,血红蛋白（Hb）的四级结构,从一级结构到四级结构,血红蛋白,蛋白质的一级结构是它的氨基酸序列，维系蛋白质分子的一级结构的键：肽键、二硫键,蛋白质的二级结构是由氢键导致的肽链卷曲与折叠,Primarystructure,Secondarystructure,蛋白质的三级结构是多肽链自然形成的三维结构,蛋白质的四级结构是亚基的空间排列,Polypeptide(single subunitof transthyretin),Transthyretin, with fouridentical polypeptide subunits,Tertiarystructure,Quaternarystructure,维系蛋白质分子空间结构： 疏水键 氢键 范德华力 盐键（离子键）,蛋白质结构与功能的关系The Relation of Structure and Function of Protein,第 三 节,（一）一级结构是空间构象的基础,一、蛋白质一级结构与功能的关系,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,（二）一级结构与功能的关系,例：镰刀形红细胞贫血,这种由蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。,正常红细胞,镰刀形细胞,三、蛋白质分子结构的多样性原因,氨基酸种类不同，肽链结构不同,氨基酸数目不同，肽链结构不同,氨基酸排列顺序不同，肽链结构不同,肽链空间结构不同，蛋白质种类不同,蛋白质多样性的原因,氨基酸数目成百上千,氨基酸排列顺序千变万化,肽链空间结构千差万别,蛋白质结构极其多样,蛋白质种类极其多样,氨基酸的种类不同,蛋白质结构的多样性会使蛋白质功能体现多样性，你知道蛋白质有哪些功能吗？,三、蛋白质 的功能,1、结构蛋白：许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质。如羽毛、肌肉、头发、蛛丝等的成分主要是蛋白质。,2、催化作用：细胞内的化学反应离不开酶的催化。绝大多数酶都是蛋白质。（上图所示为胃蛋白质酶结晶）,3、运输作用：有些蛋白质具有运输载体的功能。如血红蛋白、载体蛋白。,4、调节生命活动：有些蛋白质起信息传递的作用，能够调节机体的生命活动，如胰岛素、生长激素。,5、免疫作用：抗体,6、识别作用：细胞膜的外表有一层糖蛋白，与细胞的识别作用有密切关系。糖蛋白的识别作用好比是细胞与细胞之间，或细胞与其他大分子之间，互相联络用的文字或语言。,(1) 区别组成蛋白质20种氨基酸的依据是A氨基酸数目不同 BR基不同 C羧基不同 D碳原子数目不同,B,练习,(2) 肽键是下列哪两个基团之间形成的？ A.磷酸基和羧基 B.羧基和氨基 C.醇基和醛基 D.醛基和氨基,B,(3) 下列哪一项不是构成蛋白质的氨基酸A、NH2CHCOOHB、CH3CHCOOH | | CH2NH2 SNH2 C、NH2CHCOOHD、NH2CHCOOH | | CH2