生物化学Biochemistry-蛋白质.ppt

生物化学BIOCHEMISTRY Ch1.蛋白质 protein 蛋白质 P 2.1蛋白质的分类 The classification of protein 2.1 蛋白质的分类 THE CLASSIFICATION OF PROTEIN 蛋白质的主要组成是C、H、O、N、S，有些蛋白质 也含有微量的P、Fe、Cu、I、Zn、Mo等元素，其 中N含量最稳定，可据此对样本无机化后，再进行总 氮含量及无机氮含量凯氏定氮法测定，计算进行蛋白 质含量的测定： 蛋白质含量=（总氮含量-无机氮含量）6.25 三聚氰胺、皮革奶事件 课本所提供的蛋白质分类法 2.1.1 根据分子形状分类 2.1.2 根据分子组成分类 2.1.3 根据功能分类 2.1.1 根据分子形状分类 球状蛋白质 接近球形，水溶性好，行使多种生物学功能 纤维状蛋白质 分子形状呈棒状或纤维状，大多不溶于水，生物体的重 要构件或对生物体其保护作用，如胶原蛋白、角蛋白；与运 动有关的肌球蛋白；有些可溶水如血纤维蛋白原；有些纤维 状蛋白质是由球蛋白聚集形成； 膜蛋白质 一般折叠为近球形插入生物膜，也可通过共价或非共价键 结合于生物膜表面，生物膜功能大多由膜蛋白实现。 膜结合质子泵蛋白是由多个亚基组成，插在 质膜上，两头接露出膜，有一个ATP结合区 （获得能量），透膜的亚基形成质子通道。 2.1.2 根据分子组成分类 简单蛋白质simple protein 仅有肽链组成，不包含其他辅助成分的蛋白质称简单蛋 白质simple protein 结合蛋白质conjugated protein 结合蛋白质又称缀合蛋白质。由简单蛋白质和辅助成 分组成，其辅助成分成为辅基，根据辅基类别结合蛋白质分 为五类： 核蛋白neucleoprotein 糖蛋白与蛋白聚糖glucorprotein and proteoglycan 脂蛋白lipoprotein 色蛋白chromoprotein 磷蛋白phosphoprotein 简单蛋白 Simple protein 存在举例溶解度 Dissolve rate 清蛋白所有生物血清清蛋白、卵清蛋 白、麦清蛋白 溶于水和稀盐，饱和硫 酸铵沉淀、加热凝固 球蛋白血清球蛋白、大豆球 蛋白、免疫球蛋白 不溶于水、溶于稀盐， 半饱和硫酸铵沉淀 醇溶蛋白各类植物种 子 小麦胶体蛋白、玉米 蛋白 不溶于水，容易稀酸稀 碱、容易7080%乙醇 谷蛋白米、麦谷蛋白不溶于水，溶于稀酸稀 碱，受热不凝固 精蛋白与核酸结合 成核蛋白存 在于动物体 中 鱼精蛋白溶于水和稀盐，受热不 凝固，分子较小，碱性 组蛋白胸腺组蛋白溶于水和稀酸，不溶于 稀氨，受热不凝固 硬蛋白存在与毛、 发、筋、骨 等 角蛋白、胶原蛋白、 弹性蛋白 不溶于水、盐溶液及稀 酸稀碱溶液 简单蛋白质的分类 核蛋白neucleoprotein 细胞核中核蛋白由DNA与组蛋白结合而成，核糖体 是RNA与蛋白质组成的核蛋白，现在已知的病毒都 是核蛋白。 根据结合蛋白的不同进行的蛋白质分类 糖蛋白及蛋白聚糖glucoprotein and proteoglycan 均有蛋白与糖以共价键相结合。 具有催化作用的酶；运载蛋白；抗体、激素、血型物质； 结构蛋白；膜蛋白 糖蛋白：短寡糖链无二糖重复单位单位 广泛存在动植物组织中，结缔组织和细胞间质的特有成分 ，组织细胞间的天然粘合剂 脂蛋白lipoprotein 是由蛋白质和脂质通过非共价键相连 有膜蛋白及动物血浆脂蛋白 不同的生物膜蛋白间功能形态都有很大差异 血浆脂蛋白质为血液中运输脂质的运输蛋白，运载三 酰甘油、胆固醇、磷脂等。按照三酰甘油含量的多少 密度有所区别，分为乳糜微粒、极低密度脂蛋白、低 密度脂蛋白、高密度脂蛋白4类 脂蛋白含量与冠心病、动脉粥样硬化的关系 按密度可将血液中的运载脂蛋白分为乳糜微粒（chy- lomicron;CM ）、极低密度脂蛋白(very low density lipoprotein;VLDL) 、低密度脂蛋白(low density lipoprotein;LDL )、高密度脂蛋白（high density lipoprotein;HDL ）四类。 低密度和高密度脂蛋白的含量是一对二。两者都有重 要任务：低密度脂蛋白把胆固醇从肝脏运送到全身组 织，高密度脂蛋白将各组织的胆固醇送回肝脏代谢。 当低密度脂蛋白，尤其是氧化修饰的低密度脂蛋白（ OX-LDL）过量时它携带的胆固醇便积存在动脉壁上 ，久了容易引起动脉硬化。 色蛋白chromoprotein 由蛋白质与色素组成，血红蛋白质作为代表。 血红素由珠蛋白和血红素组成，血红素是由原卟（ porphyrin ）啉与一个而家铁原子构成的化合物 。除此以外，过氧化氢酶，细胞色素c都是有蛋白质 和铁卟啉组成的。 从水母(Aequorea victoria)体内发现的发光蛋白。分 子质量为26kDa，由238个氨基酸构成，第6567位 氨基酸(Ser-Tyr-Gly)形成发光团，是主要发光的位 置。其发光团的形成不具物种专一性，发出荧光稳定 ，且不需依赖任何辅因子或其他基质而发光。绿色荧 光蛋白基因转化入宿主细胞后很稳定，对多数宿主的 生理无影响，是常用的报道基因。 绿色萤光蛋白(green fluorescent protein) ，简称GFP 有了这些荧光蛋白，科 学家们就好像在细胞内 装上了“摄像头”，得 以实时监测各种病毒“ 为非作歹”的过程。通 过沙尔菲的基因克隆思 路，科学家们还培育出 了多种荧光生物，由于 沙尔菲与钱永健的突出 贡献，他们与绿色荧光 蛋白的发现者下村修共 享了今年的诺贝尔化学 奖。 磷蛋白phosporprotein 由蛋白质和磷酸组成，磷酸往往与丝氨酸或苏氨酸侧 链羟基结合，如胃蛋白酶、酪蛋白。蛋白质磷酸化和 脱磷酸是对其机能进行调控的重要途径。 磷酸化(由激酶催化)和去磷酸化(由磷酸酶催化)是控 制细胞周期的关键。它们都被用来控制调控途径自身 活性和执行调控途径决定的底物活性。细胞周期调控 途径由一系列激酶和磷酸酶组成，它们通过将途径的 下一个底物磷酸化和去磷酸化而对外来信号和检验点 做出反应。途径最终显示的是通过控制M 期激酶(或 S 期激酶)的磷酸化状态决定其活性。 2.1.3 根据功能分类 1.酶 2.调节蛋白质 3.贮存蛋白质 4.转运蛋白质 5.运动蛋白质 6.防御蛋白质与毒蛋白质 7.受体蛋白质 8.支架蛋白 9.结构蛋白 10.异常功能 关于分类 当我们对蛋白质并没有真正的了解之前，来对这些分 类有充分的认识是很难的，这些分类也显得生硬而难 以记忆。 然而当我们学习了蛋白质、乃至整个生物化学的内容 再返回来看蛋白质的分类，就会真正认识书中所提出 的蛋白质分类所基于的理由，这些理由是否合理。 2.2 蛋白质的组成单位氨基酸 The unit of protein amino acid 2.2 氨基酸AMINO ACID 蛋白质水解得到氨基酸，说明氨基酸是蛋白质的基本 组成单位。 处处理试剂试剂方法水解情况结结果 6mol/L HCl回流20h完全水解不引起消旋，色氨酸被破坏；羟基 氨基酸部分水解，酰胺键水解 5Mol/L NaOH 共煮10- 20h 完全水解引起消旋，色氨酸不破坏 水解酶催化部分水解不消旋，色氨酸不破坏 2.2.1 氨基酸的结构 羧酸基： carboxylic acid group 氨基：amino group 侧链:side chain 除了侧链为氢原子的甘氨 酸外，所有的-碳原子皆 为手性，故氨基酸具有旋 光性。都由D型和L型，一 般蛋白质水解得到的皆为L 型，图示为L型。 Except glycine, all of the standard amino acid have four different groups arranged tetrahedrally around the C atom 几种简单简单 化学基团团名称 羟基 羰基 羧基 氨基 巯基 2.2.2 氨基酸的分类 2.2.2 氨基酸的分类 2.2.2 氨基酸的分类 必需氨基酸（essential amino acid）： 必需氨基酸（essential amino acid）： 指人体（或 其它脊椎动物）不能合成或合成速度远不适应机体的 需要，必需由食物蛋白供给，这些氨基酸称为必需氨 基酸。成人必需氨基酸的需要量约为蛋白质需要量的 20%37%。 皮革奶就算不含毒也不可食用，因为添加的蛋白质不 含人体必须氨基酸，无法满足正常的人体需要。 最近国家开始禁止使用面粉增白剂。 2.2.2 氨基酸的分类 2.2.3 氨基酸理化性质 Ionizaton离子化 The -amino and -carboxyl groups on amino acids act as acid-base groups, donating or accepting a proton as the pH is altered. At low pH, both groups are fully protonated, as the pH is increased two group loses a hydrogen ion.amino acid with an ionizable side -chain have an additional acid acid- base group with a distinctive pK. 等电点isoelectric point: pI 调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的-NH3-和- COO-,即氨基酸所带净电荷为零，主要以两性离子存 在时，在电场中不向任何一极移动，此时pH叫做氨 基酸的等电点（isoelectric point）。 氨基酸等电点的计算 公式： pH=(pKn+pKn+1)/2 n:氨基酸（或多肽）完全质子化时带正电荷基团数 pK:解离基团的解离常数 电点的计算步骤 1. 按氨基酸/多肽可解离基团的pK值自小到大按顺序 排列 2. 判断n值 判断氨基酸的分类 酸性氨基酸和中性氨基酸的完全质子化数=1 碱性氨基酸的完全质子化数=2 等电点的应用-电泳(electrophoresis) 电泳electrophoresis：带电颗粒在电场中移动的现 象称为电泳 应用-氨基酸的分离与分析 氨基酸不同（pI不同，大小不同），在电场中泳动速度不同， 因此可以通过电泳将氨基酸彼此分开 当pH=pI时，氨基酸呈兼性离子，在电场中不移动 当pHpI时，氨基酸带负电荷，在电场中向正极移动 当pHpI时，氨基酸带正电荷，在电场中向负极移动 意义 凡是带电颗粒均可通过电泳加以分离 电泳技术是生化常用分析技术 电泳技术介绍 移动界面电泳moving boundary elec- trophoresis 是将被分离的离子（如阴离子）混合物置 于电泳槽的一端（如负极），在电泳开始 前，样品与载体电解质有清晰的界面。电 泳开始后，带电粒子向另一极（正极）移 动，泳动速度最快的离子走在最前面，其 他离子依电极速度快慢顺序排列，形成不 同的区带。只有第一个区带的界面是清晰 的，达到完全分离，其中含有电泳速度最 快的离子，其他大部分区带重叠。 区带电泳zonal electrophoresis; ZE 是在一定的支持物上，于均一的载 体电解质中，将样品加在中部位置，在 电场作用下，样品中带正或负电荷的离 子分别向负或正极以不同速度移动，分 离成一个个彼此隔开的区带。区带电泳 按支持物的物理性状不同，又可分为纸 和其他纤维膜电泳、粉末电泳、凝胶电 泳与丝线电泳。 电泳技术介绍 等电聚焦电泳Isoelectric fo- cusing electrophoresis 是将两性电解质加入盛有pH梯度缓 冲液的电泳槽中，当其处在低于其本身 等电点的环境中则带正电荷，向负极移 动；若其处在高于其本身等电点的环境 中，则带负电向正极移动。当泳动到其 自身特有的等电点时，其净电荷为零， 泳动速度下降到零，具有不同等电点的 物质最后聚焦在各自等电点位置 ，形 成一个个清晰的区带，分辨率极高。 电泳技术介绍 等速电泳Isotachophoresis 是在样品中加有领先离子（其迁移率比所 有被分离离子的大）和终末离子（其迁移率 比所有被分离离子的小），样品加在领先离 子和终末离子之间，在外电场作用下，各离 子进行移动，经过一段时间电泳后，达到完 全分离。被分离的各离子的区带按迁移率大 小依序排列在领先离子与终末离子的区带之 间。由于没有加入适当的支持电解质来载带 电流 ，所得到的区带是相互连接的（图d） ，且因“ 自身校正”效应，界面是清晰的， 这是与区带电泳不同之处。 电泳技术介绍 2.2.3 氨基酸理化性质 与水合茚三酮反应ninhydrin reactions 除了Pro（脯氨酸）和羟脯氨酸（hydroxyproline ）与茚三酮反应产 生黄色物质，其余的-氨基酸与茚三酮反应均生成蓝紫色物质 该反应常用 于指纹检验 与甲醛formaldehyde反应 氨基酸羧基pK值为1.8-2.9，氨基pK值为8.8-10.8， 相差较大故滴定难以测定氨基或羧基解离情况，甲醛 与氨基发生加成反应生成N,N-二羟甲基氨基酸（ dimethylol amino acid），使氨基pK值下降2-3个 pH单位，此时可用酚酞做指示剂NaOH滴定。用于 判断蛋白质水解或合成的进度。 与2，4-二硝基氟苯（dinitrofluorobenzene DNFB）反应 桑格尔末端氨基酸分析法 ：在极温和的条件下与多 肽分子中一端的游离氨基 作用，再将生成的DNP肽 衍生物进行酸水解，就得 到黄色的DNP和末端氨基 酸构成的衍生物（即 DNPX -氨基酸），后者 和其他混合氨基酸分开后 用纸上色谱法加以鉴定， 就可以确定是哪一种氨基 酸。 近年更多使用5-二甲 氨基萘磺酰胺（ DNS-Cl） 与异硫氰酸苯酯（phenyl isothiocyanate PITC）反应 与亚硝酸反应 与荧光胺反应 2.3 肽 Peptide 2.3.1 肽的结构 2.3.1 肽的结构 2.3.1 肽的结构 2.3.2 生物活性肽的功能 2.3.2 生物活性肽的功能 2.3.2 生物活性肽的功能 2.3.2 生物活性肽的功能 2.3.2 生物活性肽的功能 2.3.2 生物活性肽的功能 2.3.2 生物活性肽的功能 2.3.3 活性肽的来源 2.3.4 活性肽的应用 2.4 蛋白质的结构 Structure of protein 前面已经介绍了肽键和一些简单的多肽，在 此基础上介绍蛋白质，蛋白质与多肽最大的 区别是其空间结构，空间结构在蛋白质功能 中起到关键作用。 2.4.1 蛋白质的一级结构 2.4.2 蛋白质的空间结构 2.4.2 蛋白质的空间结构 2.4.2 蛋白质的空间结构 2.4.2 蛋白质的空间结构 2.4.2 蛋白质的空间结构 2.4.2 蛋白质的空间结构