课件：生物化学二蛋白质.ppt

,第 二 章,生命活动的物质基础 蛋白质（Protein）,一、 什么是蛋白质 蛋白质是由氨基酸组成的一类重要的生物大分子，是生命的物质基础。 二、蛋白质的生物学重要性 1. 重要组成成分（物质基础） 分布广，含量高 2. 重要的生物学功能（功能基础） 催化、调节、免疫、转运存储、运动支持、信息传递 3. 氧化供能,蛋白质的分类,第 一 节,按分子组成来分： 单纯蛋白质与结合蛋白质，后者进一步可依据辅基的不同再细分。 按分子形态来分： 纤维蛋白与球蛋白。前者多不溶于水，一般为结构性蛋白；后者对称性好，溶解度高，属于功能性蛋白。,蛋白质的分子组成,第 二 节,一 、 蛋白质的元素组成,主要有C、H、O、N和S。 部分蛋白质还含有磷、铁、铜、锌、锰、硒、碘等元素。, 蛋白质元素组成的特点,各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16,因此，利用含氮量可以推算蛋白质的大致含量。 100克样品中蛋白质的含量 ( g % ) = 每克样品含氮克数 6.25100,1/16%,二、蛋白质的基本组成单位 氨基酸,组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，均属 L-氨基酸（甘氨酸，脯氨酸除外）。, 氨基酸的结构通式,CH3,丙氨酸, 氨基酸的分类,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,依照侧链R基团的的极性,非极性疏水性氨基酸,非极性基团,非极性基团=脂肪烃、芳香烃、亚氨基,2. 极性中性氨基酸,极性基团,极性基团=侧链含羟基、酰胺基、巯基,编码氨基酸 ：20种氨基酸（有遗传密码） 非编码氨基酸：羟脯氨酸，羟赖氨酸，鸟氨酸，胱氨酸等（无遗传密码）,几种特殊氨基酸,脯氨酸 （亚氨基酸）,胶原蛋白构象,羟脯氨酸对胶原蛋白的稳定性起关键作用，它是在胶原蛋白链形成后经修饰的脯氨酸构建的。, 半胱氨酸,胱氨酸,三肽键和肽,肽键（peptide bond） 一分子氨基酸的-羧基与另一分子氨基酸的-氨基脱水缩合形成的键 肽（peptide） 氨基酸之间通过肽键互相连接构成的化合物,两个氨基酸缩合形成二肽，三个氨基酸缩合则形成三肽,肽中的氨基酸分子因脱水缩合而残缺，被称为氨基酸残基(residue)。,少于十个氨基酸缩合的肽称为寡肽(oligopeptide)，多于十个氨基酸缩合的肽称多肽(polypeptide)。,多肽链(polypeptide chain)是多肽中氨基酸相互连接，构成的长链 。,N 末端：多肽链中有自由氨基的一端 C 末端：多肽链中有自由羧基的一端,多肽链有两端,甘氨酰甘氨酸,多肽的命名,+,甘氨酰甘氨酸,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,几种生物活性肽,1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH),谷胱甘肽的生理作用：,解毒 具有还原性，参与氧化还原 保护巯基酶的活性 维持红细胞膜结构的稳定,体内许多激素属寡肽或多肽,2. 多肽类激素及神经肽,神经肽(neuropeptide),如脑啡肽（5肽） 强啡肽（17肽）,脑啡肽,第三节 蛋白质的分子结构 The Molecular Structure of Protein,蛋白质的分子结构包括 一级结构(primary structure) 二级结构(secondary structure) 三级结构(tertiary structure) 四级结构(quaternary structure),除一级结构外，蛋白质的二、三、四级结构均属于空间结构，即构象（conformation）。 构象是由于有机分子中单键的旋转所形成的。 蛋白质的构象通常由非共价键（次级键）来维系。,a氢键 b盐键 c疏水键 d范德华力,一、蛋白质的一级结构,定义 蛋白质的一级结构指蛋白质分子从N-末端至C-末端的氨基酸排列顺序，是蛋白质最基本的结构。 主要的化学键 肽键，有些蛋白质还包括二硫键。,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。,目 录,细胞色素c的一级结构与生物进化的关系,二、蛋白质的二级结构,主要的化学键 氢键,（一） 肽平面 定义 构成肽键的4个原子（C，O，N，H）和与它相邻的2个-碳原子（C1、 C2）处于同一酰胺平面内，称为肽平面或肽单元。,（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,Linus Pauling,Robert Corey,1951年通过分析X线衍射图片，提出了-螺旋,目 录,-螺旋结构特点：,为右手螺旋，主链骨架以N-C-C为重复单位 螺旋每圈包含3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm 主要维持力是氢键 R基团伸向螺旋的外侧 稳定因素：R基团的形状、大小及电荷影响其形成及稳定性,2. -折叠,2019/8/26,43,可编辑,-折叠结构特点：,主链骨架伸展呈锯齿状 主要维持力是氢键。 主要由若干条肽链平行或反平行组成片状结构 R基团的大小会对其形成以及稳定性产生一定的影响。,3. -转角,由主链本身发生180的回折形成； 回折部分通常由4个氨基酸构成； 主要维持力是氢键。,4. 无规卷曲,除-螺旋、-折叠、-转角这些二级结构以外的，没有确定规律的那部分肽链结构。,三、超二级结构,定义 超二级结构是指相互邻近的二级结构，在空间上彼此靠近且相互作用，形成有规则的二级结构组合。 三种基本形式 、和,（一）模体(motif),或称基元、基序等名称，是具有特殊功能的超二级结构,锌指结构（zinc finger),（二）结构域,免疫球蛋白 （12个结构域）,纤连蛋白分子的结构域,型胶原酶的结构域,四、蛋白质的三级结构,疏水键、氢键、盐键以及范德华力,主要的化学键,多肽链上所有原子在三维空间的排布位置,定义,-肌红蛋白 (Mb),典型三级结构的球状蛋白质,维持四级结构的非共价键是疏水键（主要）、氢键、盐键和范德华力。,五、蛋白质的四级结构,由两个或两个以上具有三级结构的多肽链通过非共价键按一定方式聚合而成的特定构象的蛋白质分子，称为蛋白质的四级结构 四级结构中每一条具有完整的三级结构的多肽链称为蛋白质的亚基,典型四级结构的蛋白质 -血红蛋白,蛋白质的结构层次（小结）,六、蛋白质结构与功能的关系,（一）一级结构是空间结构的基础,核糖核酸酶的变性与复性,天然构象,一级结构相似的蛋白质，其基本构象及功能也相似。,例如：胰岛素,目 录,（二）空间结构决定功能,血红蛋白的构象变化与结合氧,肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线,* 协同效应(cooperativity),一个亚基与配体结合后能影响该寡聚体中其他亚基与配体的结合能力称为协同效应 如果是促进作用则称为正协同效应 (positive cooperativity) 如果是抑制作用则称为负协同效应 (negative cooperativity),变构效应(allosteric effect),配体与蛋白质变构部位结合，引起蛋白质空间构象改变，从而导致功能改变的现象。称为变构效应。 例如：血红蛋白与氧结合,血红蛋白氧合及脱氧过程的构象转换,第四节,蛋白质的理化性质 The Physical and Chemical Characters of Protein,一、两性解离及等电点,蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。,蛋白质的等电点( isoelectric point, pI) 在某一pH溶液中，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，净电荷为零，成为兼性离子，该蛋白质在电场中既不向正极也不向负极移动，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。,pH=pI,pHpI,pHpI,氨基酸的兼性离子,阳离子,阴离子,二、蛋白质的胶体性质,蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之巨，其分子的直径可达1100nm，为胶粒范围之内。,* 蛋白质胶体稳定的因素 水化膜 颗粒表面电荷,水化膜,溶液中蛋白质的聚沉,三、蛋白质的变性,蛋白质的变性(denaturation) 在某些理化因素作用下，维系蛋白质空间结构的次级键断裂，空间结构破坏，导致理化性质改变和生物活性丧失的现象。,变性蛋白质易出现： 溶解度降低，蛋白质的粘度增加，结晶性破坏，生物学活性丧失，易被蛋白酶分解。,造成变性的因素 如高温、紫外线照射、超声波和x射线 、强酸、强碱、有机溶剂等 。,应用举例 临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌 此外, 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件 热凝固止血法,核糖核酸酶的变性与复性,天然构象,四、蛋白质沉淀 蛋白质沉淀是指在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。 变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。,* 蛋白质的凝固作用(protein coagulation) 蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。,紫外吸收 由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。,五、蛋白质的紫外吸收与呈色反应,双缩脲反应（biuret test） 在稀碱溶液中，蛋白质分子中肽键与Cu2+可形成紫红色络合物，是蛋白质肽键所特有的反应，氨基酸无此反应。,第四节,蛋白质与疾病 Protein and Disease,分子病：由于基因突变引起蛋白质分子一级结构改变，从而导致蛋白质功能改变所引发的疾病。 例如：镰刀状红细胞贫血等 构象病：蛋白质一级结构并没有改变，只是其空间结构发生改变，从而导致疾病的发生。 例如：疯牛病等,、镰刀状红细胞贫血症,主要症状： 贫血，溶血、衰弱、头晕、气短、器官 损伤，衰竭，最终死亡。,最终导致血红蛋白链形成长柱形螺旋纤维束，使红细胞扭旋成镰刀形,疾病机理,疯牛病全称“牛海绵状脑病”，是一种进行性中枢神经系统病变，发生在牛身上的症状与羊瘙痒症类似，俗称疯牛病,症状：在人类中表现为新型克雅氏病，患者脑部会