蛋白质PPT课件.ppt

甘油 2020 3 19 1 甘氨酸 Gly G 丙氨酸 Ala A 丝氨酸 Ser S 半胱氨酸 Cys C 天冬氨酸 Asp D 谷氨酸 Glu E 甲硫氨酸 Met M 2020 3 19 2 二 蛋白质的空间结构 主要的化学键 氢键 2020 3 19 3 一 参与肽键形成的6个原子在同一平面上 参与肽键的6个原子C 1 C O N H C 2位于同一平面 此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 peptideunit 这一平面叫肽键平面 该平面两端的 碳原子的单键可以旋转 造成整个蛋白质骨架的折叠和盘曲 2020 3 19 4 肽和肽键的形成 肽单位 肽键 C 2020 3 19 5 肽单位 2020 3 19 6 二 蛋白质的二级结构 螺旋 helix 折叠 pleatedsheet 转角 turn 无规则卷曲 nonregularcoil 蛋白质的二级结构 secondarystructure 指肽链主链不同区段通过自身的相互作用 形成氢键 沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构 是蛋白质结构的构象单元 主要有以下类型 2020 3 19 7 在 螺旋中多肽链以肽键平面为单位 以 碳原子为转折 多肽链中的各个肽键平面围绕同一轴旋转 形成螺旋结构 螺旋一周 沿轴上升的距离即螺距为0 54nm 含3 6个氨基酸残基 肽链内形成氢键 氢键的取向几乎与轴平行 氨基酸残基的R基团伸向螺旋外侧 蛋白质分子为右手 螺旋 左手和右手螺旋 1 螺旋 2020 3 19 8 2 折叠 折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列 通过链间的氢键交联而形成的 肽链的主链呈锯齿状折叠构象 在 折叠中 碳原子总是处于折叠的角上 氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直 即R基团总是交错伸向锯齿状结构的上下方 折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的 也可以在同一肽链的不同部分之间形成 氢键与链的长轴接近垂直 折叠有两种类型 一种为平行式 即所有肽链的N 端都在同一边 另一种为反平行式 即相邻两条肽链的方向相反 2020 3 19 9 三 在二级结构基础上多肽链进一步折叠形成蛋白质三级结构 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置 即肽链中所有原子在三维空间的排布位置 三级结构定义 2020 3 19 10 2020 3 19 11 肌红蛋白 Mb 2020 3 19 12 亚基之间的结合主要是氢键和离子键 四 含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构 蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用 称为蛋白质的四级结构 有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链 每一条多肽链都有完整的三级结构 称为蛋白质的亚基 subunit 2020 3 19 13 由2个亚基组成的蛋白质四级结构中 若亚基分子结构相同 称之为同二聚体 homodimer 若亚基分子结构不同 则称之为异二聚体 heterodimer 血红蛋白的四级结构 2020 3 19 14 蛋白质结构与功能的关系TheRelationofStructureandFunctionofProtein 第三节 2020 3 19 15 一 蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础 2020 3 19 16 一 一级结构是空间构象的基础 2020 3 19 17 天然状态 有催化活性 尿素 巯基乙醇 去除尿素 巯基乙醇 非折叠状态 无活性 2020 3 19 18 二 一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能 2020 3 19 19 三 氨基酸序列提供重要的生物化学信息 一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素 cytochromeC 比较它们的一级结构 可以帮助了解物种进化间的关系 2020 3 19 20 正常红细胞与镰刀形红细胞的扫描电镜图 镰刀形红细胞 正常红细胞 链N端氨基酸排列顺序12345678Hb A 正常人 Val His Leu Thr Pro Glu Glu Lys Hb S 患者 Val His Leu Thr Pro Val Glu Lys 例 镰刀形红细胞贫血 患者血红细胞合成了一种不正常的血红蛋白 Hb S 它与正常的血红蛋白 Hb A 的差别 仅仅在于 链的N 末端第6位残基发生了变化 Hb A 第6位残基是极性谷氨酸残基 Hb S 中换成了非极性的缬氨酸残基 使血红蛋白细胞收缩成镰刀形 输氧能力下降 易发生溶血 这说明了蛋白质分子结构与功能关系的高度统一性 这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病 称为 分子病 四 重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病 2020 3 19 21 二 高级构象决定蛋白质的功能 1 蛋白质高级构象破坏 功能丧失实例 核糖核酸酶的变性与复性2 蛋白质在表现生物功能时 构象发生一定变化 变构效应 实例 血红蛋白的变构效应和输氧功能 2020 3 19 22 核糖核酸酶变性与复性作用 Nativeribonuclease Denativereducedribonuclease Nativeribonuclease 变性 复性 2020 3 19 24 变构效应 allostericeffect 蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化 称为变构效应 寡聚蛋白与配基结合 改变蛋白质构象 导致蛋白质生物活性改变的现象 它是细胞内最简单的调节方式 例 血红蛋白的别构效应一个亚基与氧结合后 引起该亚基构象改变进而引起另三个亚基的构象改变整个分子构象改变与氧的结合能力增加 2020 3 19 25 血红素与氧结合后 铁原子半径变小 就能进入卟啉环的小孔中 继而引起肽链位置的变动 2020 3 19 26 3 蛋白质构象改变可引起疾病 蛋白质构象疾病 若蛋白质的折叠发生错误 尽管其一级结构不变 但蛋白质的构象发生改变 仍可影响其功能 严重时可导致疾病发生 2020 3 19 27 蛋白质构象改变导致疾病的机理 有些蛋白质错误折叠后相互聚集 常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀 产生毒性而致病 表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变 这类疾病包括 人纹状体脊髓变性病 老年痴呆症 亨停顿舞蹈病 疯牛病等 2020 3 19 28 疯牛病是由朊病毒蛋白 prionprotein 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 疯牛病中的蛋白质构象改变 2020 3 19 29 第四节 蛋白质的理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein 2020 3 19 30 一 蛋白质具有两性电离的性质 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 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 即成为兼性离子 净电荷为零 此时溶液的pH称为蛋白质的等电点 pI 蛋白质的等电点 isoelectricpoint pI 2020 3 19 31 二 蛋白质具有胶体性质 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 可溶性蛋白质分子表面分布着大量极性氨基酸残基 对水有很高的亲和性 通过水合作用在蛋白质颗粒外面形成一层水化膜 同时这些颗粒带有电荷 因而蛋白质溶液是相当稳定的亲水胶体 去掉水化膜和表面电荷这两个因素 蛋白质就极易聚集沉淀 2020 3 19 32 水化膜 带负电荷的蛋白质 溶液中蛋白质的聚沉 2020 3 19 33 三 蛋白质空间结构破坏而引起变性 在某些物理和化学因素作用下 其特定的空间构象被破坏 也即有序的空间结构变成无序的空间结构 从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失 蛋白质的变性 denaturation 2020 3 19 34 造成变性的因素 如加热 乙醇等有机溶剂 强酸 强碱 重金属离子及生物碱试剂等 2020 3 19 35 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 2020 3 19 36 若蛋白质变性程度较轻 去除变性因素后 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 renaturation 2020 3 19 37 天然状态 有催化活性 尿素 巯基乙醇 去除尿素 巯基乙醇 非折叠状态 无活性 2020 3 19 38 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 凝固是不可逆的变性 蛋白质沉淀 蛋白质的凝固作用 proteincoagulation 2020 3 19 39 四 蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰 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 2020 3 19 40 嘌呤 purine Pu 腺嘌呤 adenine A 鸟嘌呤 guanine G 2020 3 19 41 嘧啶 pyrimidine Py 胞嘧啶