蛋白质的结构与功能.ppt

第一章蛋白质的结构与功能 孙厚良重庆三峡医药高专 为什么我们要吃富含蛋白质的食品 蛋白质异常会否引起人的疾病 临床上检测蛋白质的方式如何 蛋白质的分子组成蛋白质的分子结构蛋白质的理化性质 内容提要 掌握 蛋白质在生物体中的重要性 蛋白质的组成和结构特点熟悉 蛋白质的结构与功能的关系及主要的理化性质了解 蛋白质的分类 目标要求 我们体内有丰富的蛋白质 我们非常缺蛋白 头大 嘴小 浮肿 低烧 蛋白质 英文为 Protein 第一重要 生老病死 万物轮回 蛋白质层次 生 诞生 生长 在蛋白质 酶 控制 催化 下的老细胞计划性凋亡和新细胞的再生 细胞新陈代谢 活细胞物质的代谢 老 蛋白质功能的普遍衰退 病 个别蛋白质的功能障碍 死 蛋白质功能的全部停止 蛋白质是生命的物质基础 没有蛋白质就没有生命 细胞膜 载体蛋白 物质 信号 酶 细胞质 包括细胞器 酶 物质代谢 信号传递 细胞核 酶 遗传 结构蛋白 染色体骨架 其组成以及结构复杂程度不同结构决定功能 分子结构决定生物功能 提问 为什么同样是蛋白质功能大不相同 蛋白质 protein 的生物学功能 2 蛋白质的重要生物学功能 3 氧化供能 第一节蛋白质的分子组成 一 元素组成 1 主要元素 碳 氢 氧 氮和硫 有些蛋白质还含有少量磷和金属元素 2 特点 各种蛋白质的含氮量很接近 平均含氮量为16 3 定氮法测定蛋白质含量 蛋白质含量 6 25 样品含氮量 蛋白质的基本单位 氨基酸 我们吃富含蛋白质的食物 食物中的蛋白质能被直接吸收到人体作为人体内的蛋白质来行使生活活动的功能吗 二 结构单位 氨基酸 aminoacid 一 蛋白质的结构单位 1 这些氨基酸的结构具有什么共同特点 3 氨基酸 这一名词与其分子结构有对应关系 每种氨基酸分子至少都有一个氨基 一个羧基 并且都连接在同一个C原子上 R基不同 决定氨基酸种类的不同 2 不同的氨基酸分子的区别在哪儿 氨基酸 代表了氨基酸分子结构中主要的部分 氨基和羧基 氨基酸分子通式 二 氨基酸的结构特点 2 氨基酸分类 按其侧链 的结构和理化性质分类 非极性 疏水氨基酸 非极性R基氨基酸 Val Leu Ile 支链 Gly 无旋光异构 Met 含硫 Phe 芳香族 Pro 亚氨基 极性 中性氨基酸 不带电荷的极性R基氨基酸 Ser Thr 含羟基 Tyr Trp 芳香族 Cys 含硫 Gln Asn 含酰氨 酸性氨基酸 含有两个羧基 Glu 含 羧基 Asp 含 羧基 碱性氨基酸 含有两个以上氨基 Arg 胍基 His 咪唑基 Lys 氨基 三 氨基酸的理化性质 1 物理性质2 两性解离等电点 isoelectricpoint pI 在某一pH环境中 氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等 所带净电荷为零 在电场中不泳动 此时 氨基酸所处环境的pH值称为该种氨基酸的等电点 pI 3 紫外吸收 Trp Tyr和Phe在280nm波长附近具有最大吸收峰 其中Trp的最大吸收最接近280nm 4 显色反应 茚三酮反应 最大吸收峰在570nm波长处 其大小与氨基酸的含量成正比 因此可作为氨基酸定量分析方法 氨基酸如何一步步组成蛋白质 氨基酸二肽三肽 多肽一条多肽链盘曲折叠形成蛋白质多条多肽链盘曲折叠形成蛋白质 肽链 四 氨基酸在蛋白质分子中的连接方式 1 肽键肽键 peptidebond 一个氨基酸的羧基与另一氨基酸的氨基缩水而成的酰胺键称为肽键 CONH C H C N R H H O C H COH N R H H O OH 氨基酸的连接 C H C N R H H O C H COH N R H O H OH C H C N R H H O C H COH N R H H O OH H2O 脱水缩合反应 肽键 二肽 C H COOH HN R3 C H C N R1 H H O C H COH N R2 H O H H2O 三肽 C C H C N O R3 nH2O H O C H N H R2 C H C N O R4 H C O C H N H R1 N H C O 多肽 由多个氨基酸分子缩合而成的 含有多个肽键的化合物 多肽 根据下面图解 回答问题 1 该图示 肽化合物 含 个肽键 2 填写虚线框内结构的名称 A B C 3 生成此化合物的反应叫 三 两 氨基 肽键 羧基 缩合 2 肽与多肽 3 生物活性肽 谷胱甘肽 GSH 神经肽 脑啡肽 内啡肽 强啡肽 P物质 Y肽肽类激素 催产素 加压素等其他 生长因子 短杆菌S 甜味肽等 每个肽分子都有一个游离的 NH2末端称氨基末端或N端 和一个游离 COOH末端称羧基末端或C端 蛋白质结构的多样性 肽链的数目和空间结构不同 构成的蛋白质不同 第二节蛋白质的分子结构 一 蛋白质的一级结构 primarystructure 一级结构是指蛋白质的多肽链中氨基酸的排列顺序 主要靠肽键维系 二 四级结构称为蛋白质的空间结构 或空间构象 主要靠次级键维系 尤其是疏水键 一级结构体现生物信息 多样性一级结构是空间结构及生物活性的基础 特异性一级结构的连接键 肽键 主要 二硫键 二 空间结构 蛋白质的二级结构是指多肽链骨架中原子的局部空间排列 不涉及侧链的构象 也就是该肽段主链骨架原子的相对空间位置 主要有 螺旋 折叠 转角和无规则卷曲 维持二级结构的力量为氢键 一 二级结构 secondarystructure 二级结构的主要形式 1 螺旋 helix 右手螺旋 3 6个AA 圈 螺距0 54nm 氢键维系 链内氢键 平行长轴 侧链伸出螺旋 螺旋模型图 0 54nm3 6残基 C N 2 折叠 pleatedsheet 多肽链充分伸展 肽平面折叠成锯齿状 侧链交错位于锯齿状结构的上下方 氢键维系 氢键的方向垂直长轴 可有顺平行片层和反平行片层结构 3 其它 1 肽链主链出现的180 回折部分称 转角 2 蛋白质分子中那些没有确定规律性的部分肽链构象称为无规卷曲 二 三级结构 tertiarystructure 蛋白质的三级结构是指在一条多肽链中所有原子的整体空间排布 包括主链和侧链 三级结构的形成使得在序列中相隔较远的氨基酸侧链相互靠近 长度缩短 球形 椭球形 杆状 等多数同时含有 螺旋和 折叠次级键维系 疏水键 盐键 氢键 范德华力 二硫键功能区 表面或特定部位 三 四级结构 quarternarystructure 具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链组成的蛋白质 其多肽链间通过次级键相互组合而形成的空间结构称为蛋白质的四级结构 亚基 subunit 寡聚蛋白中的单条独立的多肽链 具有独立的一 二 三级结构 单独存在时一般无生物学活性 亚基之间以非共价键联系 亚基可以相同或不同 亚基之间以非共价键联系 包括疏水键 主要 盐键 氢键 范德华力 亚基可以相同或不同 三 蛋白质结构与功能的关系 蛋白质一级结构是空间结构和生物功能的基础 一级结构决定空间结构 但一级结构并非决定空间结构的唯一因素 空间结构是生物活性的直接体现 一 一级结构与功能的关系 1 一级结构中的保守序列决定空间结构 1 不同蛋白质之间的比较 相似结构相似功能 不同结构不同功能 2 同一蛋白质不同状态的比较 一级结构决定空间结构 经典举例 酶原激活 分子病 蛋白变性与复性 3 保守序列 保守氨基酸改变 功能改变 保守氨基酸不变 功能不变 经典举例 分子病 二 空间结构与功能的关系 空间结构中的特定区域体现生物活性 1 空间结构体现生物特异性2 空间结构体现生物活性3 空间结构的灵活性 体现了生物活性的可调节特性 朊病毒简介 学名 Prion中文名 普里昂分类地位 蛋白质亚病毒形态特征 小型蛋白质颗粒 约有250个氨基酸组成 大小仅为最小病毒的1 人和动物的Prion病 第三节蛋白质的理化性质 1 蛋白质的两性电离与等电点 2 蛋白质的胶体性质 蛋白质溶液有胶体溶液的性质 如 扩散慢 易沉降 粘度大 不能透过半透膜 在水溶液中可形成亲水的胶体 蛋白质胶体溶液的稳定因素 水化膜 带电荷 当破坏这两个因素时 蛋白质中从溶液中析出而产生沉淀 蛋白质是相对分子质量很大的生物分子 相对分子质量一般在10000 1000000之间或更大一些 3 变性 denaturation 复性 renaturation 1 变性 在某些理化因素作用下 蛋白质的空间结构被破坏 从而导致其理化性质改变 生物活性丧失的现象称为变性 变性不涉及一级结构的变化 使蛋白质变性的因素 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 变性的本质 分子中各种次级键断裂 使其空间构象从紧密有序的状态变成松散无序的状态 一级结构不破坏 蛋白质变性后的表现 1 生物学活性消失 2 理化性质改变 溶解度下降 粘度增加 紫外吸收增加 侧链反应增强 对酶的作用敏感 易被水解 2 复性 去除变性因素回复原来结构与功能 3 应用 利用变性 酒精消毒高压灭菌 防止变性 低温保存生物制品 取代变性 乳品解毒 用于急救重金属中毒 4 蛋白质的沉淀 precipitation 蛋白质分子凝聚从溶液中析出的现象称为蛋白质沉淀 1 沉淀 不稳定蛋白质从溶液中析出 2 结絮 变性蛋白质的絮状沉淀 沉淀可溶于强酸 强碱 3 凝固 沉淀结块 凝块不溶于强酸 强碱 蛋白质在溶液中维持稳定的因素 表面电荷 水化层 溶剂化层 变性蛋白不一定沉淀 沉淀蛋白也不一定变性 5 呈色反应 Folin 酚试剂反应蛋白质分子中含有一定量的酪氨酸残基 其中的酚基在碱性条件下与酚试剂的磷钼酸及磷钨酸还原成蓝色化合物 6 紫外吸收 蛋白质分子中含有色氨酸 酪氨酸和苯丙氨酸残基 这些氨基酸的侧链基团具有紫外光吸收能力 最大吸收峰在在280nm处 故通过对280nm波长的紫外吸光度的测量可对蛋白质溶液进行定量分析 第四节 蛋白质的分类 1 按照组成分类 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 按照生物功能分类 酶 调节蛋白 转运蛋白 运动蛋白 防御蛋白 营养蛋白 储存蛋白 结构蛋白 毒蛋白 等3 根据形状分类纤维蛋白球状蛋白 小结 1 重要名词 等电点 一级结构 空间结构 亚基 蛋白质变性 2 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 重要性质 两性解离及等电点 紫外吸收 沉淀 变性4 结构与功能关系 举例 1 维持蛋白质分子二级机构中的次级键 A 肽键B 氢键C 盐键D 疏水键E 范德华力2 下列何种说法不正确 A 蛋白质和氨基酸都是两性电解质B 蛋白质的水溶液具有亲水胶体性质C 沉淀的蛋白质不一定变性D 蛋白质分子的特性与其结构密切相关E 变性蛋白质其分子的化学键完全断裂3 蛋白质溶液是 A 真溶液B 混浊液C 胶体溶液D 疏水胶体溶液E 以上都不是4 多肽链中的氨基酸称为 A 氨基酸单位B 氨基酸残基C 氨基酸基团D 氨基酸分子E 氨基酸侧链5 当溶液PH PI时蛋白质所带电荷是 A 正电荷B 负电荷C 正负电荷相等D 不显电性E 不带电 能力检测 6 当溶液PH PI时蛋白质所带电荷是 A 正电荷B 负电荷C 不带电D 不显电性E 正负电荷相等7 蛋白质分子的次级键不包括