课件：第一节蛋白质.ppt

1,生物化学,生物化学教研室 王爱红,2,第一节 蛋白质的结构和功能,元素组成：,H、O、N、C、P、S、Fe、Mn、Zn等 其中N的含量接近，平均约16%,每克样品含氮量6.25 100 = 每100克样品中蛋白质含量（g%）,一、氨基酸与多肽,H+、OH-、酶,蛋白质的基本结构单位氨基酸 组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。,20种L-氨基酸,蛋白质,（一）氨基酸的结构与分类,4,1.氨基酸结构通式:,5,特点：,a.两性 b.不对称性（Gly除外）,2.氨基酸的分类 按R基团结构、性质,非极性R基氨基酸 不带电荷的极性R基氨基酸 带正电荷的极性R基氨基酸 带负电荷的极性R基氨基酸,6,1、非极性R基氨基酸,亚氨基酸,结构式 中文名 英文名 三字符号 一字符号 等电点（pI）,甲硫氨酸,7,2、不带电荷的极性R基氨基酸,结构式 中文名 英文名 三字符号 一字符号 等电点（pI）,8,带正电荷的极性R基氨基酸,9,带负电荷的极性R基氨基酸,10,20种氨基酸具有共同或特异的理化性质：,两性解离及pI,紫外吸收性质 280nm,茚三酮反应 蓝紫色化合物（570nm）,R,11,（二）肽键与肽链,肽键：蛋白质中前一氨基酸的-羧基与后一氨基酸的-氨基脱水形成的酰胺键。,肽： 氨基酸以肽键连接在一起的多聚物。,12,R1 R2 H2NCHCOOH + HNHCHCOOH,R1 O R2 H2NCH-C-N-CHCOOH + H2O H,肽键,二肽:由两个氨基酸组成 寡肽：10个以内氨基酸组成,开链肽：N-端(氨基末端):有自由氨基的一端（左） C-端(羧基末端):有自由羧基的一端（右） 肽链方向：NC,多肽链：肽链分子中的氨基酸相互协接，形成长链,氨基酸残基：组成多肽的氨基酸单元,二 、 蛋白质的结构,功能蛋白质都有其一定的氨基酸百分组成及排列顺序和肽链空间的特定排布位置。,高级结构（空间构象）,蛋白质空间构象是特有性质和功能的结构基础。,一级结构、二级结构、三级结构、四级结构,15,（一）一级结构概念,定义： 蛋白质的一级结构指多肽链中从N-端至C-端的氨基酸排列顺序及其共价连接。,16,一级结构是蛋白质的空间构象和特异生物学功能的基础,17,二硫键价键牢固， 稳定蛋白质结构,CH2SH CHNH2 + COOH,HS-CH2 H2NCH COOH,CH2-S-S-CH CHNH2 H2 NCH + H2 COOH COOH,二硫键,问题：维持蛋白质一级结构的作用力是?键。,答案： 肽键、二硫键,18,（二）蛋白质的二级结构,定义： 指蛋白质分子中某一肽段主链骨架原子的局部空间排列。 即该肽段主链骨架原子的相对空间位置。,肽链主链骨架原子： C、 C 、 (羧基碳) N(氨基氮)、三原子依次 重复排 列。,19,二级结构的形式:,（1）-螺旋,（3）-转角,（2）-折叠,（4）无规卷曲,-螺旋,右手螺旋。 3.6个氨基酸残基旋转一周，每个氨基酸残基向上平移0.15nm，螺距为0.54nm, 每个肽键的-C=O 与第四个肽键的N-H形成氢键, 氢键的方向与螺旋长轴基本平行。,21,影响-螺旋稳定的因素:,带相同电荷的R基团集中时,较大的侧链基团集中时,脯氨酸不易形成螺旋,五元环中的N原子无H，不能形成氢键。,22,（三）蛋白质的三级结构和四级结构,蛋白质的三级结构： 是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。 蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠次级键：氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水键起着重要作用。,23,高级结构靠次级键稳定,24,蛋白质的四级结构,定义: 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。,亚基：具独立三级结构的多肽链称为亚基或亚单位。一般无生理活性。能可逆的缔合、解聚。,亚基之间的结合力主要是氢键和离子键,25,从一级结构到四级结构,血红蛋白,26,蛋白质的一级结构是它的氨基酸序列,蛋白质的二级结构是由氢键导致的肽链卷曲与折叠,Primary structure,Secondary structure,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 subunit of transthyretin),Transthyretin, with four identical polypeptide subunits,Tertiary structure,Quaternary structure,螺旋,-折叠,-折叠,2019/8/20,28,可编辑,29,三、蛋白质结构与功能的关系,（一）一级结构与功能的关系,1.一级结构是空间构象的基础,30,核糖核酸酶变性与复性,盐酸胍或尿素 +巯基乙醇,核糖核酸酶 （有活性）,核糖核酸酶 （无活性）,去除盐酸胍或尿素 +巯基乙醇,26-84 40-95 58-110 65-72 四对二硫键,2.一级结构是功能的基础,一级结构相似，功能相似,牛催产素 SS Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Len-Gly-NH2 牛加压素 S S Cys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly-NH2,3.蛋白质一级结构的种属差异与分子进化,胰岛素,氨基酸残基序号,A5 A6 A10 B30,人 Thr Ser Ile Thr 猪 Thr Ser Ile Ala 狗 Thr Ser Ile Ala 兔 Thr Gly Ile Ser 牛 Ala Gly Val Ala 羊 Ala Ser Val Ala 马 Thr Ser Ile Ala,哺乳类动物胰岛素氨基酸序列的差异,4.蛋白质的一级结构与分子病,分子病：,由于DNA突变，致其所编码的蛋白质分子的氨基酸序列异常而引起蛋白质生物学功能改变的遗传性疾病.,镰状红细胞贫血症,镰状红细胞贫血,由于缬氨酸上的非极性基团与相邻非极性基团间在疏水力作用下相互靠拢，并引发所在链扭曲为束状，整个蛋白质由球状变为镰刀形，与氧结合功能丧失， 导致病人窒息甚至死亡，但病人可抗非洲疟疾。,(二)蛋白质高级结构与功能的关系,1.高级结构是表现功能的形式 一级结构-高级结构,加工、修饰、折叠,酶原-酶,激活,蛋白质前体-有活性蛋白质,结构改变,结构改变,结构改变,蛋白质只有适当的空间结构形式才能执行功能！,36,2.Hb的空间构象变化与结合氧,血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似,8个-螺旋区段 A.B.C.D.E.F.G.H 形成的球状分子,Mb,Hb,37,Mb结构: 心肌中含量丰富。153氨基酸残基，分子量16700，含1个血红素。,F8 His(93),氧,38,2.Hb的空间构象变化与结合氧,Hb+O2,HbO2 氧合血红蛋白,氧饱和度%=,HbO2,Hb+ HbO2,100%,脱氧Hb亚基间和亚基内的离子键,NH3+,NH3+,NH3+,NH3+,COO-,COO-,COO-,COO-,Asp His 94 146,Arg Asp Lys 141 126 40,Lys Asp Arg 40 126 141,His Asp 146 94,2 1 2 1,40,血红素与氧结合后，铁原子就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链位置的变动。,41,氧的结合使Hb亚基间离子键断裂,NH3+,NH3+,NH3+,NH3+,COO-,COO-,COO-,COO-,Asp His 94 146,Arg Asp Lys 141 126 40,Lys Asp Arg 40 126 141,His Asp 146 94,2 1 2 1,X,X,X,X,42,紧密型构象T 松弛型构象R,氧分压高 氧分压低,(R) relaxed state,(T) tense state,血中氧分子的运送：,静脉,动脉,环境氧高时 Hb 快速吸收氧分子,环境氧低时 Hb 迅速释放氧分子,释放氧分子后 Hb 变回 T state,44,Mb和Hb的氧解离曲线,直角双曲线,s形曲线,协同效应: 一个亚基与其配体结合后，能影响另一亚基与配体结合的能力。(正、负),变构效应: 蛋白质分子因与某种小分子物质 （效应剂）相互作用而致构象发生改变，从而改变其活性的现象。,Hb与O2 结合的正协同效应理论,46,3.蛋白质构象改变可引起疾病,构象病：因蛋白质空间构象异常变化-相应蛋白质的有害折叠、折叠不能，或错误折叠导致错误定位引起的疾病。,47,疯牛病中的蛋白质构象改变,疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。 正常的PrP富含-螺旋，称为PrPc。 PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为-折叠的PrPsc，从而致病。,水溶性差，对蛋白酶不敏感,水溶性强，对蛋白酶敏感,蛋白质构象改变导致疾病的机理：,这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨顿舞蹈病、疯牛病等。,有些蛋白质错误折叠后 相互聚集 蛋白质淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病。 （病理改变）,四 、蛋白质的理化性质,在某些理化因素作用下，蛋白质特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物学活性的丧失的现象。,（一）蛋白质的变性：,50,1、蛋白质变性的本质,蛋白质,肽链松散,生物学活性丧失,结晶能力丧失,溶解度降低（疏水基团外露）,易被蛋白酶水解,颜色反应加深,破坏次级键和二硫键，不改变一级结构,2、蛋白质变性后的改变,粘度增加,变性 因素,51,3、引起变性的主要因素：,物理：加热、紫外线、高压、 超声波、放射线、剧烈搅拌等 化学：强酸、强碱、脲、重金属盐、有机溶剂等,4、变性的应用：,消毒、灭菌， 生物制剂的制备、保存、运输,52,（二）蛋白质的复性,某些蛋白质若变性程度轻，时间短，去除变性因素后，可全部或部分恢复其原有的构象