Lecture04_proteins.ppt

我们非常缺蛋白 头大 嘴小 浮肿 低烧 各个品牌奶粉中蛋白质含量为15 20 蛋白质中含氮量平均为16 以某合格牛奶蛋白质含量为2 8 计算 含氮量为0 44 某合格奶粉蛋白质含量为18 计算 含氮量为2 88 而三聚氰胺含氮量为66 7 是牛奶的151倍 是奶粉的23倍 每100g牛奶中添加0 1克三聚氰胺 就能提高0 4 蛋白质 5 第四章蛋白质化学ChemistryofProtein AminoAcids peptidesandProteins 6 Objectives Describetheclassification structureandfunctionofaminoacidsDescribetheprocessofpeptideformationUnderstandfourlevelsofproteinstructureDescribetheclassificationofproteinsOutlinethepurificationofproteins 7 FunctionsofProteins Proteinsperformmanydifferentfunctions 8 Aminoacids Arethebuildingblocksofproteins ContainaHatom carboxylicacidgroup COOH andanaminogroup NH2 onthealpha carbon HavedifferentRsidegroupsthatgiveeachaminoaciduniquecharacteristics Rsidechain 侧链 H2N C COOHGeneralstructureofan aminoacidH AminoAcids 氨基酸 9 NonpolarAminoAcids areclassifiedasnonpolarwhentheRgroupsareH alkyl oraromatic 甘氨酸 G 丙氨酸 A 缬氨酸 V 亮氨酸 L 异亮氨酸 I 苯丙氨酸 F 甲硫 蛋 氨酸 M 脯氨酸 P 色氨酸 W 10 PolarAminoAcids AminoacidsareclassifiedaspolarwhentheRgroupsarealcohols OH thiols SH oramides CONH2 丝氨酸 S 苏氨酸 T 酪氨酸 Y 半胱氨酸 C 天冬酰胺 N 谷氨酰胺 Q 11 AcidicandBasicAminoAcids areclassifiedasacidicwhentheRgroupisacarboxylicacid areclassifiedasbasicwhentheRgroupisanamine 天冬氨酸 D 谷氨酸 E 组氨酸 H 赖氨酸 K 精氨酸 R 脯氨酸 亚氨基酸 SpecialAminoAcids Proline 半胱氨酸 胱氨酸 SpecialAminoAcids Cysteine Disulfidebond 14 Identifyeachas 1 polaror 2 nonpolarA NH2 CH2 COOH Glycine CH3 CH OH B NH2 CH COOH Threonine LearningCheck Solution Identifyeachas P polaror NP nonpolar A H3N CH2 COO Glycine NP nonpolarCH3 CH OH B H3N CH COO Threonine P polar 16 Essentialaminoacids Arethetenaminoacidsthatarenotsynthesizedbythebody Mustbeobtainedfromthediet EssentialAminoAcids EssentialAminoAcids 非必须氨基酸 共12种 必须氨基酸 共8种 人体不能自身合成的氨基酸必需直接从外界环境直接获取的氨基酸 赖氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 苏氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸 20种氨基酸 人体细胞自身能合成 不需从外界环境直接获取的氨基酸 甲携来一本亮色书 18 Essentialaminoacidsare Foundinmilkandeggs completeproteins Notallfoundingrainsandvegetables incompleteproteins Obtainedbycombiningtwoormorevegetablesthatprovidecomplementaryproteins EssentialAminoAcids 19 Definitions StereoisomersHaveidenticalmolecularformulasBondinthesamesequencebutdifferinthewaytheyarearrangedinspaceChiralMirrorimagei e leftandrighthands L 甘油醛 L 氨基酸 D 氨基酸 甘油醛D L分型为参考标准 chiral 20 http www mun ca biology scarr Amino Acid stereoisomers html 21 FischerProjectionsofAminoAcids Aminoacidshavestereoisomers Allof aminoacidexceptforglycine 甘 arechiral Inbiologicalsystems onlyLaminoacidsareusedinproteins DAAfoundinnature butnotinproteins L AlanineD AlanineL CysteineD Cysteine 22 Boththe NH2andthe COOHgroupsinanaminoacidundergoionizationinwater Azwitterionformsthathas and charge Butithasnetchargeofzero Attheisoelectricpoint pI specificpHwherethe and chargesinthezwitterionareequal NH2 CH2 COOHH3N CH2 COO GlycineZwitterionofglycine Zwitterions 兼性离子 pH pI pH pI pH pI 氨基酸的兼性离子 阳离子 阴离子 Zwitterions 兼性离子 Definitions 24 氨基酸是两性电解质 其解离程度取决于所处溶液的酸碱度 等电点 isoelectricpoint pI 在某一pH的溶液中 氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等 成为兼性离子 呈电中性 此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点 25 InsolutionsmorebasicthanthepI the NH3 intheaminoaciddonatesanion OH H3N CH2 COO H2N CH2 COO ZwitterionNegativeionatpIpH pICharge 0Charge 1 AminoAcidsasAcids 26 InsolutionmoreacidicthanthepI theCOO intheaminoacidacceptsanion H H3N CH2 COO H3N CH2 COOHZwitterionPositiveionatpIpH pICharge 0Charge 1 AminoAcidsasBases 27 pHandIonization Acidicaminoacidssuchasasparticacidhaveasecondcarboxylgroupthatcandonateandacception ThepIforasparticacidoccursatapHof2 8 28 pHandIonization http web indstate edu thcme mwking amino acids html 29 Electrophoresis Electrophoresisseparatesaminoacidsaccordingtotheirisoelectricpoints pI Thepositivelychargedaminoacidsmovetowardsthenegativeelectrode pHpI AnaminoacidatitspIwillnotmigrateineitherdirection pH pI 30 SeparationofAminoAcids Whenelectrophoresisiscompleted theaminoacidsareidentifiedasseparatebandsonthefilterpaperorthinlayerplate 31 Electrophoresisvirtuallab ValinepI6 0AsparticacidpI2 8 movestowards vepole LysinepI9 7pHofbufferis6 0IfpHofbufferchangesto9 7 Howwillaamove Samepoles to http learn genetics utah edu units biotech gel 32 CH3CH3 H3N CH COOHH2N CH2 COO 1 2 Whichstructurerepresents A AlanineatapHaboveitspI negativelychargedaa B AlanineatapHbelowitspI positivelychargedaa LearningCheck CH3CH3 H3N CH COOHH2N CH COO 1 2 Whichstructurerepresents A AlanineatapHaboveitspI 2 B AlanineatapHbelowitspI 1 Solution UVAbsorption紫外吸收 构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收 在红外区和远紫外区 200nm 都有光吸收 在近紫外区 220 300nm 只有芳香氨基酸 酪氨酸 苯丙氨酸和色氨酸 有吸收光的能力 因它们的R基具有苯环共轭双键 大多数蛋白质含有色氨酸 酪氨酸 所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法 茚三酮反应 氨基酸与茚三酮水合物共热 可生成蓝紫色化合物 其最大吸收峰在570nm处 由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系 因此可作为氨基酸定量分析方法 36 ThePeptideBond 肽键 Apeptidebondisanamidebondbetweenthecarboxylgroupofoneaminoacidandtheaminogroupofthenextaminoacid OCH3O H3N CH2 C OH H3N CH C O OHCH3O H3N CH2 C N CH C O peptidebond Peptidebond 肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用 组成肽键的原子处于同一平面 0 127nm键长 0 132nm0 148nm 肽键由于共振而具有部分双键性质 因此 肽键比一般C N键短 且不能自由旋转肽键原子及相邻的a碳原子组成肽平面相邻的a碳原子呈反式构型 Peptidebond Howtoformdipeptide 缩合 H2O 肽键 二肽 WritethedipeptideSer Thr OHCH3 CH2OHCOHO H3N CH C O H3N CH C O SerThr LearningCheck Solution WritethedipeptideSer Thr OHCH3 CH2OHCOHO H3N CH C O H3N CH C O SerpeptideThrOHbondCH3 CH2OHHCOHO NH3 CH C N CH C O H2OSer Thr 42 NamingDipeptide Apeptideisnamedfromthefreeamine NH3 using ylendingsforthenamesoftheaminoacids Thelastaminoacidwiththefreecarboxylgroup COO usesitsaminoacidname 43 Peptides 肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物 两分子氨基酸缩合形成二肽 三分子氨基酸缩合则形成三肽 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全 被称为氨基酸残基 residue 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽 oligopeptide 由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽 polypeptide ConformationandConfiguration 构象 conformation 分子内各原子或基团之间的相互立体关系 构象改变是由于单键旋转而产生 无共价键变化 二级以上的结构都属于构象的范畴 构型 configuration 立体异构体中取代原子或基团在空间的取向 一个碳原子与四个不同基团相连时 只可能有二种不同的空间排列 这二种不同的排列称为不同的构型 构型的改变必须有共价键的断裂 45 Writethenameofthefollowingtetrapeptideusingaminoacidnamesandthree letterabbreviations LearningCheck 2 Solution Ala Leu Cys MetAlanylleucylcysteylmethionineCH3 CH3S CH CH3SHCH2 CH3OHCHOHCH2OHCH2O H3N CH C N CH C N CH C N CH CO Ala Leu Cys Met 47 APeptideChain Dipeptide 2aminoacidslongTripeptide 3aminoacidslong Nterminal Cterminal 48 4LevelsofProteinStructure PrimarySecondary Alphahelix pleatedsheet triplehelixTertiaryQuaternary 49 Apolypeptidecontaining50ormoreaminoacidsiscalledaprotein Theprimarystructureofaproteinisthesequenceofaminoacidsinthepeptidechain Ala Leu Cys Met PrimaryStructure 2 50 PrimaryStructure Thenonapeptides oxytocinandvasopressinhavesimilarprimarystructures Onlytheaminoacidsatpositions3and8differ 51 2AAsdifference Oxytocin 催产素 StimulatesuterinecontractionsinlabourVasopressin 加压素 Isanantidiuretichormonethatregulatesbloodpressurebyadjustingtheamountofwaterreabsorbedbythekidneybyvasoconstriction 血红蛋白 Hemoglobin HbA H3 N Val His Leu Thr Pro Glu Glu Lys COO HbS H3 N Val His Leu Thr Pro Val Glu Lys COO PrimaryStructure GluVal 在 链的第6位产生有个 粘性的 疏水接触点 并位于分子的表明 使得血红蛋白亚基之间发生不正常的缔合 形成长链 而丧失功能 54 Insulin 胰岛素 Insulin Wasthefirstproteintohaveitsprimarystructuredetermined Humanshasaprimarystructurethatissimilartotheinsulinofpigsandcows SecondaryStructure Thesecondarystructureofproteinsindicatethearrangementofthepolypeptidechainsinspace 螺旋 helix 折叠 pleatedsheet 转角 turn 三链螺旋 triplehelix 无规卷曲 randomcoil 蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构 即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置 并不涉及氨基酸残基侧链的构象 56 AlphaHelix 螺旋 Thealphahelixisathree dimensionalarrangementofthepolypeptidechainthatgivesacorkscrewshapelikeacoiledtelephonecord 57 AlphaHelix Thecoiledshapeofthealphahelixisheldinplacebyhydrogenbondsbetweentheamidegroupsandthecarbonylgroupsoftheaminoacidsalongthechain 58 BetaPleatedSheet 折叠 Thebetapleatedsheet Holdsproteinsinaparallelarrangementwithhydrogenbonds HasRgroupsthatextendaboveandbelowthesheet Istypicaloffibrousproteinssuchassilk 59 Atriplehelix Consistsofthreealphahelixchains Containslargeamountsglycine proline hydroxyprolineandhydroxylysinethatcontain OHgroupsforhydrogenbonding Isfoundincollagen connectivetissue skin tendons andcartilage TripleHelix 三链螺旋 60 Indicatethetypeofproteinstructureas 1 primary2 alphahelix3 beta pleatedsheet4 triplehelixA PolypeptidechainsheldsidebysidebyHbonds B Sequenceofaminoacidsinapolypeptidechain C CorkscrewshapewithHbondsbetweenaminoacids D Threepeptidechainswovenlikearope LearningCheck Indicatethetypeofproteinstructureas 1 primary2 alphahelix3 beta pleatedsheet4 triplehelixA 3PolypeptidechainsheldsidebysidebyHbonds B 1Sequenceofaminoacidsinapolypeptidechain C 2CorkscrewshapewithHbondsbetweenaminoacids D 4Threepeptidechainswovenlikearope Solution 62 Thetertiarystructure Givesaspecificoverallshapetoaprotein Involvesinteractionsandcrosslinksbetweendifferentpartsofthepeptidechain IsstabilizedbyHydrophobicandhydrophilicinteractionsSaltbridgesHydrogenbondsDisulfidebonds TertiaryStructure 蛋白质的三级结构 TertiaryStructure 是指在二级结构基础上 肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕 折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构 维系这种特定结构的力主要有氢键 疏水作用 离子键和范德华力等 尤其是疏水作用 在蛋白质三级结构中起着重要作用 TertiaryStructure 64 TertiaryStructure 65 TertiaryStructure TheinteractionsoftheRgroupsgiveaproteinitsspecificthree dimensionaltertiarystructure 66 GlobularProteins球蛋白 Globularproteins Havecompact sphericalshapes Carryoutsynthesis transport andmetabolisminthecells Suchasmyoglobinstoreandtransportoxygeninmuscle Myoglobin 67 FibrousProteins纤维蛋白 Fibrousproteins Consistoflong fiber likeshapes Suchasalphakeratins 角蛋白 makeuphair wool skin andnails Suchasfeatherscontainbetakeratinswithlargeamountsofbeta pleatedsheetstructures 68 69 70 Selectthetypeoftertiaryinteractionas 1 disulfide2 ionic3 Hbonds4 hydrophobicA LeucineandvalineB TwocysteinesC AsparticacidandlysineD Serineandthreonine Learningcheck Selectthetypeoftertiaryinteractionas 1 disulfide2 ionic3 Hbonds4 hydrophobicA 4LeucineandvalineB 1TwocysteinesC 2AsparticacidandlysineD 3Serineandthreonine Solution 72 QuaternaryStructure Thequaternarystructurecontainstwoormoretertiarysubunits Hemoglobincontainstwoalphachainsandtwobetachains Thehemegroupineachsubunitpicksupoxygenfortransportinthebloodtothetissues QuaternaryStructure 蛋白质的四级结构 QuaternaryStructure 是指由多条各自具有一 二 三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式 各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系 这种蛋白质分子中 最小的单位通常称为亚基或亚单位Subunit 它一般由一条肽链构成 无生理活性 维持亚基之间的化学键主要是疏水力 由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白 74 SummaryofStructuralLevels 75 76 Identifythelevelofproteinstructureas 1 Primary2 Secondary3 Tertiary4 QuaternaryA BetapleatedsheetB OrderofaminoacidsinaproteinC AproteinwithtwoormorepeptidechainsD TheshapeofaglobularproteinE DisulfidebondsbetweenRgroups LearningCheck Identifythelevelofproteinstructure1 Primary2 Secondary3 Tertiary4 QuaternaryA 2Beta pleatedsheet B 1Orderofaminoacidsinaprotein C 4Aproteinwithtwoormorepeptidechains D 3Theshapeofaglobularprotein E 3DisulfidebondsbetweenRgroups Solution 阳离子PH PI 阴离子PH PI 两性离子PH PI 两性和等电点 蛋白质在等电点时水溶性最小 在电场中既不向阳极移动 也不向阴极 蛋白质形成胶体溶液 它具有一定稳定性 主要原因是 蛋白质分子中含有许多亲水基如 COOH NH2 OH等 它们外在颗粒表面 在水溶液中能与水起水合作用形成水化膜 水化膜的存在增强了蛋白质的稳定性 蛋白质是两性化合物 颗粒表面都带有电荷 由于同性电荷相互排斥 使蛋白质分子间不会互相凝聚 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1 100nm 为胶粒范围之内 沉淀 盐析法 重金属法 可逆沉淀 不可逆沉淀 18 3蛋白质 显色反应 与水合茚三酮反应 呈现蓝紫色 和氨基酸一样 缩二脲反应 蛋白质和缩二脲在NaOH溶液中加入CuSO4稀溶液时会呈现红紫色 82 Proteinhydrolysis Splitsthepeptidebondstogivesmallerpeptidesandaminoacids Occursinthedigestionofproteins pepsin Occursincellswhenaminoacidsareneededtosynthesizenewproteinsandrepairtissues ProteinHydrolysis水解 83 HydrolysisofaDipeptide Inthelab thehydrolysisofapeptiderequiresacidorbase waterandheat Inthebody enzymescatalyzethehydrolysisofproteins 84 Denaturationinvolvesthedisruptionofbondsinthesecondary tertiaryandquaternaryproteinstructures butcovalentbondsofprimarystructurenotaffected HeatandorganiccompoundsbreakapartHbondsanddisrupthydrophobicinteractions AcidsandbasesbreakHbondsbetweenpolarRgroupsanddisruptionicbonds yogurtpreparation abactthatproduceslacticacidisaddedtodenaturemilk producecasein HeavymetalionsreactwithS Sbondstoformsolids Babieswithgonorrhea usesilvernitratetodestroybacteria Agitationsuchaswhippingstretcheschainsuntilbondsbreak beateggwhite Denaturation变性 85 Denaturationofproteinoccurswhen Aneggiscooked Theskiniswipedwithalcohol Heatisusedtocauterizebloodvessels Instrumentsaresterilizedinautoclaves ApplicationsofDenaturation 86 WhataretheproductsofthecompletehydrolysisofthepeptideAla Ser Val Learningcheck TheproductsofthecompletehydrolysisofthepeptideAla Ser Valarealanineserinevaline Solution 88 Tannicacid 丹宁酸 isusedtoformascab 痂 onaburn Aneggbecomeshardboiledwhenplacedinhotwater Whatissimilaraboutthesetwoevents Learningcheck Acidandheatcausethedenaturationofprotein Theybothbreakbondsinthesecondaryandtertiarystructuresofproteins Solution 日常生活中实例 3 含丰富蛋白质的食物最好煮熟后再食用 2 加酶的洗衣粉不宜用开水溶解 1 沾有血渍 牛奶的衣服不易用热水洗净 血渍 牛奶的主要成分是蛋白质 一般温度下 蛋白质能以胶体的形态溶解于水中 一旦受热 它就会凝固起来 不易溶解于水 绝大多数酶为蛋白质成分 蛋白质在高温时会变性 失去蛋白酶的功能 加热以后 具备一定空间结构的螺旋形蛋白质分子链会松开 这是蛋白质的变性 蛋白质在变性后更加容易消化和吸收 1 下列4种物质 能构成