蛋白质结构和功能.ppt

谷胱甘肽(glutathione,GSH),谷氨酸半胱氨酸甘氨酸,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,第二节蛋白质的分子结构TheMolecularStructureofProtein,一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure),高级结构（空间构象）,conformation,5,蛋白质分子的一级结构（primary）,牛胰岛素一级结构：A链（21AA)、B链（30AA),H2N-甘-异-缬-谷-谷胺-半-半-丙-丝-缬-半-丝-亮-酪-谷胺-亮-谷-天胺-酪-半-天胺-COOH,H2N-苯-缬-天胺-谷胺-丝-亮-半-甘-丝-组-亮-缬-谷-丙-亮-酪-亮-缬-半-甘-谷-精-甘-苯-苯-酪-苏-脯-赖-苏-COOH,S,S,A,B,蛋白质的一级结构是空间结构的基础，对其生物学功能起决定作用。,蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序。主要化学键为肽键，有些含二硫键。,FrederickSanger,7,蛋白质分子的二级结构(secondary),多肽链骨架中原子的局部空间排列，不涉及侧链的构象,多肽链骨架：由C、羧基C和氨基N依次重复排列,多肽链的局部主链构象,8,二级结构的结构基础肽单元（peptideunit）,0.132,肽键中的四个原子（-CO-NH-）和与之相邻的两个碳原子（C1、C2）位于同一刚性平面内，称为肽单元。,10,螺旋(helix)折叠(sheet)转角(turn)无规卷曲(randomcoil),蛋白质二级结构的主要形式,11,（1）多肽链主链围绕中心轴螺旋式上升，3.6个氨基酸残基/圈，螺距为0.54nm。（2）第1个肽单元羰基上的氧与第4个肽单元亚氨基上的氢形成氢键，方向与螺旋长轴平行。（3）通常为右手螺旋。,螺旋（Helix）,特点,13,13,铁蛋白（ferritin）,跨膜蛋白,螺旋分布广泛,14,2.折叠(sheet),1）锯齿状,C为转折点,3）两条或者更多的折叠链间通过氢键相连,4）不同链方向可以一致，可以相反,2）R基团位于锯齿结构上、下方,Sideview,反平行,平行,蚕丝蛋白,卵磷脂结合蛋白,17,3.转角(turn),2)一般由四个氨基酸残基组成，第2或第3个残基常为脯氨酸、甘氨酸3)以主链间氢键维持稳定（第1个残基的羰基氧和第4个残基的氨基氢）,1)多肽链中180度回折处形成的特定构象,17,转角是螺旋-螺旋、折叠-折叠，或螺旋-折叠之间的连接。,没有确定规律性的肽链结构，柔性强的一类二级结构,无规卷曲(randomcoil),20,四种二级结构可存在同一个蛋白质中,21,在许多蛋白质分子中，可发现2个或2个以上具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个规则的二级结构组合，称为超二级结构或模体（motif）。,超二级结构,(supersecondarystructure),Motifs,蛋白质分子的三级结构(tertiary),整条肽链中所有氨基酸残基的相对空间位置，即一条多肽链中所有原子的整体空间排布，包括主链和侧链。,23,Tertiarystructureofspermwhale（抹香鲸）myoglobin,24,蛋白质三级结构的特点,1、进一步盘曲、折叠的多肽链分子长度大大缩短，呈棒状、纤维状或球状；2、三级结构的稳定性主要靠次级键维持，尤其是疏水键；3、侧链基团中的疏水基团多位于分子内部，亲水基团多位于分子表面；4、有功能区的形成（分子表面或某些局部区域）。,只有一条肽链组成的蛋白质，三级结构是其最高的结构形式。,维持蛋白质分子构象的主要化学键,疏水作用,26,27,结构域（domain）,多肽链的一部分，结构稳定，并具有独立功能。,StructuraldomainsinthepolypeptidetroponinC,（肌钙蛋白）,28,有的蛋白质分子包含多条肽链，它们彼此通过次级键相连，形成一定的空间结构，称为四级结构。,具有独立三级结构的多肽链单位，称为亚基(subunit).,蛋白质分子的四级结构（quarternary）,血红蛋白四聚体,蛋白质的分类,1、按组成分类：单纯蛋白、结合蛋白单纯蛋白：只有氨基酸组分结合蛋白：氨基酸组分其他组分（辅基）2、按形状分类：纤维状蛋白、球状蛋白纤维状蛋白：常为结构蛋白球状蛋白：常为功能蛋白,29,S,蛋白质结构与功能的关系TheRelationofStructureandFunctionofProtein,第三节,32,一级结构是高级结构以及生物学功能的基础,一级结构与功能的关系,33,尿素或-巯基乙醇,去除尿素或-巯基乙醇,天然构象，有催化活性,非天然构象，无催化活性,NormalHemoglobin,SickleHemoglobin,镰刀形红细胞贫血,Sicklecellanemia,35,分子病（moleculardisease）：由于基因突变引起蛋白质分子发生变异所导致的疾病。,36,某些脊椎动物胰岛素一级结构部分氨基酸残基差异,37,空间结构体现生物活性；结构相似，功能相似,空间结构与功能的关系,Myoglobin,Hemoglobin,肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线,39,deoxyhemoglobin(T),oxyhemoglobin(R),Hb与O2结合导致空间构象变化,Tensestate,Relaxedstate,40,血红素Fe2+与O2结合后，进入血红素平面，拉动组氨酸残基，从而拉动Fhelix，最终改变分子构象别构效应,(allostericeffect),41,协同效应(cooperativity)：含多个亚基的蛋白质，其中一个亚基与配体结合后，能影响其他亚基与配体的结合能力。,别构效应(allostericeffect)：蛋白质分子的特定部位与小分子化合物结合后，蛋白质的空间构象发生改变，从而使其生物学活性发生变化。,正协同效应(positivecooperativity)：促进作用负协同效应(negativecooperativity)：抑制作用,42,蛋白质构象改变引起的疾病,老年痴呆(Alzheimersdisease)疯牛病Madcowdisease,orbovinespongiformencephalopathyor(BSE)亨汀顿舞蹈病(Huntingtonsdisease),蛋白质相互聚集，淀粉样纤维沉淀,PrPc,PrPSc,疯牛病发生机制,B.PrusinerforhisdiscoveryofPrions-anewbiologicalprincipleofinfection.,朊蛋白（prionprotein,PrP）,朊蛋白致病机理,S,第四节,蛋白质的理化性质,ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein,46,一、蛋白质的两性解离（amphoteric）,在一定的pH条件下，蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中的某些基团，可解离成带负电荷或正电荷的基团。,蛋白质的等电点(isoelectricpoint,pI)当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为pI。,47,蛋白质分子含有酪氨酸和色氨酸残基（共轭双键），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。,二、蛋白质的紫外吸收,（ultravioletabsorption）,48,（1）茚三酮反应(ninhydrinreaction)蛋白质水解后产生的氨基酸可发生茚三酮反应。,（2）双缩脲反应(biuretreaction)蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双缩脲反应，双缩脲反应可用来蛋白质定量。,三、蛋白质的呈色反应,肽键类似于双缩脲结构,蛋白质胶体的稳定因素1.颗粒表面电荷；2.水化膜,四、蛋白质的胶体性质,50,变性（denaturation）：在某些理化因素作用下，蛋白质的空间构象破坏，导致其理化性质和生物学性质的改变。,五、蛋白质变性,Heat,变性因素：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,变性后的表现：1）生物学活性丧失2）理化性质改变：黏度增加，溶解度降低、易被蛋白酶水解、结晶能力消失。,复性（renaturation）：蛋白质变性程度较轻时，将变性因素去除后，有些蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性。,应用利用变性：酒精消毒，高压灭菌，血滤液制备防止变性：低温保存生物制品（疫苗、抗体）取代变性：乳品解毒(用于急救重金属中毒),S,第五节,蛋白质的分离与纯化,TheSeparationandPurificationofProtein,54,一、透析和超滤（根据分子量）,透析(dialysis)利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。,超滤(ultrafiltration)应用正压或离心力使蛋白质溶液透过超滤膜，小分子滤出，大分子留在膜内。,54,55,二、沉淀(precipitation),丙酮、乙醇等有机溶剂，可破坏蛋白质的水化膜，在04低温下，使蛋白质沉淀。环境温度高时，有机溶剂可促使蛋白质变性。,酒精消毒是使蛋白质变性还是沉淀？,盐析(saltprecipitation)：将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。,56,蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术,称为电泳。,三、电泳(electrophoresis),57,四、层析（chromatography）,例如：凝胶过滤（gelfiltration，分子筛）：根据蛋白质分子大小不同来分离,58,五、超速离心（ultracentrifugation）,根据蛋白质的分子量与形状分离,蛋白质在离心场中的行为用沉降系数(sedimentationcoefficient,S)表示，沉降系数的大小与蛋白质的密度和形状相关，大体上和分子量成正比关系。,超速离心,本章重点1、重要名词：isoelectricpoint；motif；domain;subunit；allostericeffect;proteindenaturation;moleculardisease2、结构层次元素组成：C、H、O、N（16%）、S结构单位：20种L-氨基酸（芳香族、含硫、酸性、碱性氨基酸等）一级结构：肽键；多肽链；N端C端二级结构：稳定力（氢键）；类型（螺旋，折叠，转角，无规卷曲）三级结构特点四级结构特点3、结构与功能关系（举例）4、重要性质：两性解离；紫外吸收；沉淀；变性5、分离纯化：透析、超滤；沉淀；电泳；层析；超速离心,61,1.具有四级结构的蛋白质分子，在分析其一级结构时发现只有1个N端和1个C端具有1个N端和多个C端具有多个N端和1个C端具有多个N端和多个C端有磷酸二酯键存在,答案：D考点：蛋白质的各级结构；多肽链的方向性；蛋白质一级结构主要化学键,测一测,62,2.有一蛋白质混合溶液,各种蛋白质的pI分别为4.6、5.0、5.