医学ppt课件大全蛋白质化学

第一章第一章 蛋白质化学蛋白质化学 生物化学生物化学 蛋白质的结构与 功能、性质 1.5 蛋白质结构与功能的关系 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化 第一章第一章 蛋白质化学蛋白质化学 一、蛋白质一级结构与功能的关系 一级结构是空间构象的基础 RNase是由 124氨基酸残基组成的单肽链，分子中 8 个 Cys的 -SH构成 4对二硫键 ，形成具有一定空间构象的蛋白质分 子。在蛋白质变性剂（如 8mol/L的尿素）和一些还原剂（如 巯基乙醇）存在下，酶分子中的二硫键全部被还原，酶的空 间结构破坏，肽链完全伸展，酶的催化活性完全丧失。 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 当用 透析 的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶 大部分活性恢复，所有的二硫键准确无误地恢复原 来状态。若用其他的方法改变分子中二硫键的配对 方式，酶完全丧失活性。这个 实验表明，蛋白质的 一级结构决定它的空间结构，而特定的空间结构是 蛋白质具有生物活性的保证。 如下图： 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 2. 前体与活性蛋白质一级结构的关系 由 108个氨基酸残基构成的 前胰岛素原 (pre- proinsulin）， 在合成的时候完全没有活性，当切去 N-端 的 24个氨基酸信号肽，形成 84个氨基酸的 胰岛素 原 （ proinsulin）， 胰岛素原也没活性，在包装分泌 时， A、 B链之间的 33个氨基酸残基被切除，才形成具 有活性的胰岛素。 如图所示 : 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 胰岛素： AB两条链构成， A链含 21个氨基酸残基， B链含 30 个氨基酸残基，链间有两对二硫键， A链上有一对二硫键。 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 3.同源蛋白质有顺序同源性： 比较不同来源的细胞色素 C发现，与功能 密切相关的氨基酸残基是高度保守的，这说明不 同种属具有同一功能的蛋白质，在进化上来自相 同的祖先，但存在种属差异。不同种属间的同源 蛋白质一级结构上相对应的氨基酸差别越大，其 亲缘关系愈远，反之，其亲缘关系愈近。 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 蛋白质的一级结构与分子病 现知几乎所有遗传病都与蛋白质分子结构改变 有关，都称之为 分子病 。例如镰刀型贫血症，它是 由于血红蛋白的 - 亚基上的 第六位氨基酸 由 谷氨酸 变成了 缬氨酸 ，导致血红蛋白的结构和功能的改变 ，其运输氧气的能力大大地降低，并且红细胞呈镰 刀状。 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 所以，蛋白质一定的结构执行一定的 功能。功能不同的蛋白质总是有着不同的序列 ；比较种属来源不同而功能相同的蛋白质的一 级结构，可能有某些差异，但与功能相关的结 构也总是相同。若一级结构变化，蛋白质的功 能可能发生很大的变化。 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 二、蛋白质的空间结构与功能的关系 肌红蛋白（ Mb） 与血红蛋白的结构与功能： 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 肌红蛋白的结构 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 Hb由 4条肽链 组成： 2 、 2 ， 功能是运载 O2 。 在去氧 Hb亚基中有下列几对离子键： 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 由于血红蛋白亚基之间存在大量离子键， 使其构象 呈紧张态 ，对氧的亲和力很低，第一个亚 基与 O2结合时，离子键的破坏较难，所需要的能量 较多。当血红蛋白的一个亚基结合氧之后引起它的 构象 从紧张态变成松弛态 ，其它的离子键也依次破 坏，此时破坏离子键所需要的能量也少，构象的变 化导致血红蛋白对氧的亲和力大大增强，因此第四 个亚基结合氧的能力比第一个大几百倍。 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 上述 Hb与 O2结合后， Hb的构象发生变化，这类 变化称为 变构效应， 即通过构象变化影响蛋白质 的功能。像血红蛋白这种具有变构效应的蛋白质 称为 变构蛋白 （ allosteric protein）。 血红蛋 白的这种变构效应 能更有效地行使其运氧的生物 学功能。 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 总之，各种蛋白质都有特定的空间构 象，而特定的空间构象又与它们特定的生 物学功能相适应，蛋白质的结构与功能是 高度统一的。 1.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 一、蛋白质的相对分子质量 蛋白质是相对分子质量很大的生物分子 ,相对分 子质量一般在 10000 1000000之间或更大一些 . 测定蛋白质相对分子质量的方法 .除了根据蛋白质 的化学成分来测定外 ,主要还是利用蛋白质的物理 化学性质来测定 .这些方法是渗透压法 超离心法 凝胶过滤法 聚丙烯酰胺凝胶电泳等 .最准确而可靠 的方法是超离心法 . 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 超速离心机最初是 Svedberg于 1940年设计制 造的。一般把单位（厘米）离心场里的沉降 速度称沉降系数用 S表示一个 S单位，为 S，因此 的沉降系 数用 S表示蛋白质的相对分子质量可直接 用沉降系数表示 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 二、蛋白质的两性电离和等电点 蛋白质与氨基酸相似，也具有 两性电离 的性质。蛋 白质的多肽链含有末端氨基和羧基，一些侧链上含有可 解离的基团，有的可以接受氢离子，有的可以电离出氢 离子，因此蛋白质具有酸碱两性电离的性质。它的 两性 电离比氨基酸复杂 。 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 对某一蛋白质而言，在某一 pH下，当它所 带正负电荷相等的时候，该溶液的 pH就称为 该 蛋白质的等电点 。 蛋白质的等电点的大小与蛋白质的氨基酸 组成有关。 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 三、蛋白质胶体的性质 蛋白质溶液有许多高分子溶液的性质， 如 ：扩散慢、易沉降、 粘度大、不能透过半透 膜，在水溶液中可形成亲水的胶体。 蛋白质胶体溶液的稳定因素： 水化 膜、带电荷。当破坏这两个因素时，蛋白质中 从溶液中析出而产生沉淀。 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 四、蛋白质的沉淀作用 使蛋白质从溶液中析出的现象称为沉淀，方法有： 1、 盐析： 在蛋白质水溶液中，加入大量高浓度的强电 解质盐如硫酸胺、氯化钠、硫酸钠等，使蛋白质从溶液 中析出，称为 蛋白质的盐析 。而低浓度盐溶液加入蛋白 质溶液中，会导致蛋白质溶解度增加 ,该现象称为 盐溶 。 盐析的机理： 破坏蛋白质水化膜，中和表面的净电荷。 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 盐析法是最常用的 蛋白质沉淀方法 ，该方法不会使蛋 白质产生变性。 2、 有机溶剂沉淀法： 在蛋白质溶液中，加入能与水 互溶的有机溶剂如乙醇、丙酮等，蛋白质产生沉淀。 有机溶剂沉淀法的 机理 ：破坏蛋白质的水化膜。 有机溶液沉淀蛋白质通常在 低温 条件下进行，否则 有机溶剂与水互溶产生的溶解热会使蛋白质产生变性 。 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 3、 重金属盐沉淀 （条件： pH 稍大于 pI为宜）：在蛋白 质溶液中加入重金属盐溶液，会使蛋白质沉淀。 重金属沉淀法的 机理 ：重金属盐加入之后，与带负 电的羧基结合。 重金属沉淀蛋白质会使蛋白质产生变性， 长期从事重 金属作业的人应多吃高蛋白食品， 以防止重金属离子被 机体吸收后造成对机体的损害。 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 4、 生物碱试剂沉淀法 （条件： pH稍小于 pI） 生物碱是植物组织中具有显著生理作用的一类含氮的碱 性物质。能够沉淀生物碱的试剂称为 生物碱试剂 。生物 碱试剂一般为弱酸性物质，如单宁酸、苦味酸、三氯乙 酸等。 生物碱试剂沉淀蛋白质的 机理 ：在酸性条件下，蛋白质 带正电，可以与生物碱试剂的酸根离子结合而产生沉淀 。 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 “ 柿石症 ” 的产生 就是由于空腹吃了大量的柿子，柿 子中含有大量的单宁酸，使肠胃中的蛋白质凝固变性而 成为不能被消化的 “ 柿石 ” 。 5、 弱酸或弱碱沉淀法 ：用弱酸或弱碱调节蛋白质溶液 的 pH处于等电点处，使蛋白质沉淀。 弱酸或弱碱沉淀法 机理 ：破坏蛋白质表面净电荷。 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 五、蛋白质的变性作用、结絮和凝固 1、 蛋白质变性的概念： 天然蛋白质受物理或化学因素 的影响后，使其失去原有的生物活性，并伴随着物理化 学性质的改变，这种作用称为蛋白质的变性。 2、使蛋白质变性的因素 （ 1）物理因素：高温、高压、射线等 （ 2）化学因素：强酸、强碱、重金属盐等 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 3、变性的本质： 分子中各种次级键断裂，使其空间构象从紧密有 序的状态变成松散无序的状态，一级结构不破坏。 4、 蛋白质变性后的表现： （ 1）生物学活性消失 （ 2）理化性质改变：溶解度下降，粘度增加，紫外 吸收增加，侧链反应增强，对酶的作用敏感，易被水 解。 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 六、蛋白质的颜色反应 蛋白质的颜色反应主要与其定性、定量测定有关： 1、 茚三酮反应： 多肽与蛋白质都能与之反应生成蓝色化合 物。 2、 双缩脲反应： 多肽与蛋白质都能和双缩脲试剂反应，随 着肽键的数目越多，颜色依次为粉红、紫 红 、紫、蓝。 3.酚试剂反应： 多肽与蛋白质与酚试剂生成蓝色的化合物。 另外，前面提到的氨基酸颜色反应蛋白质 都具有。 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 4、 米伦氏反应： 检测 Tyr或含 Tyr的蛋白质的反应。 米伦氏试剂：汞的硝酸盐与亚硝酸盐 溶液 . 产物：红色的化合物。 5、 乙醛酸的反应： 检测 Trp或含 Trp蛋白质的反应。 当 Trp与乙醛酸和浓硫酸在试管中 叠加时，产生分层 现象，界面出 现紫色环。 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 检测 Tyr或含 Tyr的蛋白质的蛋白质溶液能在近紫 外区（ 280nm处）有光吸收，主要是由带芳香环的氨 基酸决定的。其对紫外光吸收能力的强弱顺序为： 七、蛋白质的紫外吸收特征 八、蛋白质的分类 1.根据分子形状分： 球状蛋白质、纤维状蛋白质 2.根据功能分： 活性蛋白质、结构蛋白质。 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 3.根据组成分： （ 1）简单蛋白质：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、 醇溶谷蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白。 （ 2）结合蛋白质：色素蛋白、金属蛋白、磷蛋 白、核蛋白、脂蛋白、糖蛋白。 4.根据营养价值分： 完全蛋白质、不完全蛋白质 。 1.6 蛋白质的理化性质及分离纯化蛋白质的理化性质及分离纯化 第一章 1. 何为蛋白质？ 蛋白质的主要功能是什么？ 2. 蛋白质的一级结构决定其构象，生物功能又是建筑 在蛋白质构象的基础上，你是如何理解的？ 3.根据蛋白质的等电点，指出下列蛋白质在所指定的 pH 条件下，电泳时的泳动方向： 胃蛋白酶（ pI 1.0） , 在 pH 5.0； 血清清蛋白（ pI 4.9） , 在