《蛋白质共价结构》PPT课件.ppt

生命化学基础 第二章蛋白质的共价结构 2 一 蛋白质通论 蛋白质 核酸 蛋白质和核酸构成了细胞内原生质的主要成分 而原生质是生命现象的物质基础 激素 维生素 辅酶 3 一 蛋白质的分类 传统分类法 4 一 蛋白质的分类 单纯蛋白质的分类 5 一 蛋白质的分类 缀合蛋白质的分类 6 一 蛋白质的分类 蛋白质按生物学功能分类 1 酶 enzyme 如核糖核酸酶 胰蛋白酶 果糖磷酸激酶 乙醇脱氢酶 过氧化氢酶和苹果酸酶 malicenzyme 2 调节蛋白 regulatoryprotein 如胰岛素 促生长素 GH 促甲状腺素 TSH 乳糖阻抑物 核转录因子1 NF1 和分解代谢物激活剂蛋白3 转运蛋白 transportprotein 如血红蛋白 血清清蛋白和葡糖转运蛋白4 储存蛋白 storageprotein 如卵清蛋白 酪蛋白 菜豆蛋白和铁蛋白5 收缩和游动蛋白 contractileandmotileprotein 肌动蛋白 肌球蛋白 微管蛋白 动力蛋白 dynein 和驱动蛋白 kinesin 6 结构蛋白 structuralprotein 如 角蛋白 胶原蛋白 弹性蛋白 丝蛋白和蛋白聚糖7 支架蛋白 scaffoldprotein 如胰岛素受体底物 1 A激酶锚定蛋白和信号传递转录激活剂8 保护和开发蛋白 protectiveandexploitiveprotein 如免疫球蛋白 凝血酶 血纤蛋白原 抗冻蛋白 蛇 蜂 毒蛋白 白喉毒素和蓖麻毒蛋白9 异常蛋白 exoticprotein 如应乐果甜蛋白 节肢弹性蛋白和胶质蛋白 7 一 蛋白质的分类 根据形状和溶解度分类1 纤维状分子 fibrousprotein 线性分子 有规则 细棒或纤维状结构蛋白不溶于水 血纤蛋白原溶于水 原胶原胶原纤维 300nm 1 5nm 8 一 蛋白质的分类 2 球状分子 globularprotein 疏水链在球内 外部是亲水侧链水溶性好 细胞内大部分水溶性蛋白质是球蛋白3 膜蛋白 membraneprotein 疏水侧链暴露于外部 氨基酸组成 极性残基比球蛋白少水不溶性蛋白 9 二 化学组成和分子量 蛋白质的元素组成 C 50 H 7 O 23 N 16 S 0 3 其它 1 金属离子等 复杂体系中蛋白质含量的估算 10 二 化学组成和分子量 蛋白质的分子量范围很大 6000 1 106 M 12600 M 5700 M 12500 M 13900 M 16900 M 64500 M 150000 M 600000 单体蛋白 寡聚体蛋白 一条肽链 一个亚基 11 二 化学组成和分子量 蛋白质的分子量是整个功能体系的分子量寡聚蛋白的分子量是亚基分子量之和单独的亚基不具有完整的功能 功能体系称蛋白质蛋白质是均一分子 其氨基酸组成 亚基个数 肽链长度都完全相同它可以从组织中直接分离 而不是体外组装 有些蛋白质甚至可以得到结晶形式 12 三 蛋白质结构的组织层次 蛋白质的一级结构多肽链由氨基酸首尾相连而成 蛋白质的一级结构就是多肽链的氨基酸序列一级结构含有结构信息 包括蛋白质分子如何折叠 走向 在何处需要 螺旋或 折叠 13 三 蛋白质结构的组织层次 蛋白质的二级结构多肽链内的氨基酸之间或多肽链间的氨基酸之间通过氢键形成的 螺旋或 折叠等形式二级结构是肽链在空间结构中的一个高级组织层次 14 蛋白质的三级结构肽链借助各种非共价力进行弯曲 折叠形成的具有特定走向的紧密球状结构 多肽链在三维排列中的高级组织层次 寡聚蛋白质中具有特定三级结构的亚基之间在空间上的相互关系和结合方式 蛋白质的四级结构 15 四 功能的多样性 主要生物功能1 催化功能 催化生物体内的生物化学反应核糖核酸酶 胰蛋白酶 果糖磷酸激酶 乙醇脱氢酶 过氧化氢酶2 调节功能 调节其它蛋白的生理活性胰岛素 促生长素3 转运功能 将某特定物质从一地转移到另一地血红蛋白 葡糖转运蛋白 蛋白质种类 1010 1012 16 4 储存功能 储存某种物质铁蛋白 卵清蛋白 氮素是生长的限制性养分 5 运动功能 可以给予细胞运动能力肌动蛋白 微管蛋白 动力蛋白和驱动蛋白6 结构成分 给细胞和组织提供强度和保护胶原蛋白 蛋白聚糖7 支架作用 通过蛋白 蛋白相互作用来识别和结合其它蛋白中的某些结构元件并装配成多蛋白复合体 参与对激素和其它信号分子的协调和通讯 8 防御和进攻 对机体的正常运行具有保护能力免疫球蛋白 抗冻蛋白 凝血酶 血纤蛋白原9 异常功能 其它功能 具有的功能不易归属如应乐果甜蛋白 胶质蛋白 17 蛋白质的序列异构现象是生物功能多样性的结构基础 四 功能的多样性 18 一 肽和肽链的结构 含几个氨基酸残基的肽称为几肽 二 肽 氨基酸通过肽键线性聚合成肽 小肽 寡肽 多肽 氨基酸残基 蛋白质由肽链组成 肽是氨基酸的线性聚合物 19 一 肽和肽链的结构 肽的主链结构相同 由N C C序列重复排列 20 二 肽的物理化学性质 1 离子晶格熔点高溶液中为偶极离子形式酸碱性 末端氨基 羧基和R基 Glu Lys2 滴定曲线 小肽与氨基酸类似滴定曲线有等电点 为多价离子等电点 21 表4 5某些肽的pKa 22 二 肽的物理化学性质 4 化学反应 肽链末端 COOH和 NH2的反应 如肽的定性 弱酸性 加热 3 肽具有旋光性 23 含两个或两个以上肽键的化合物与CuSO4在碱性溶液中反应生成蓝紫色复合物 利用该反应可定性了解蛋白质水解程度 测定蛋白质含量 二肽和氨基酸无此反应 24 三 活性多肽 动植物体内存在许多具有生理活性的多肽 多肽药物已获得人们的重视二肽 肌肽 Ala His 抗氧化 抗自由基 消炎 调节免疫 甜二肽AspartameAsp Phe OCH3 比蔗糖甜200倍 25 三 活性多肽 三肽 谷胱甘肽 Glu Cys Gly 维持红细胞内蛋白质 如血红蛋白 中Cys SH处于还原态 26 三 活性多肽 四肽 促胃酸激素五肽 脑啡肽 内源性吗啡 与吗啡受体结合蛋氨酸脑啡肽TyrGlyGlyPheMet亮氨酸脑啡肽TyrGlyGlyPheLeu八肽 有些蕈 mushroom 可以致人于死地 因为它能产生剧毒毒素 其中一种叫 鹅膏蕈碱 27 三 活性多肽 鹅膏蕈碱是一个环状八肽 能与真核生物的RNA聚合酶结合 抑制其酶活性 使RNA的合成停止 但它不影响原核生物的RNA合成 28 九肽 牛催产素 牛加压素 十肽 短杆菌肽 抗生素 抑制革兰氏阳性菌 局部用于治疗及预防化脓性病症 29 三 活性多肽 十六肽 内啡肽 有镇痛作用二十四肽 促皮质素 治关节炎 商品化二十六肽 蜂素溶血肽 抗关节炎五十一肽 胰岛素 降血糖 血管紧张素转化酶抑制剂 ACEI Captopril Enalapril 血管紧张素转化酶 ACE 抑制剂 ACEI 的开发是近代高血压治疗史上的重大进展 30 三 蛋白质一级结构的测定 生物化学中的里程碑1953年 F Sanger牛胰岛素 bovineinsulin 氨基酸序列 为结构与活性关系 SARS 的研究提供信息 31 一 蛋白质测序的策略 样品 均一 纯度 97 已知相对分子量 Sanger法测序步骤1 测定多肽链数目确定N 末端或C 末端残基的摩尔数 末端残基不相同时 表明蛋白质由不同肽链组成 32 变性剂 8M尿素 6M盐酸胍断裂二硫桥 2 建立测序参考点鉴定末端残基 测定每条多肽链的氨基酸组成3 降解多肽链得到二套以上的肽段进行组成和末端残基分析4 氨基酸测序 Edman法 酶解法 质谱法 5 构建完整肽链6 确定二硫键位置 拆分亚基 33 二 N 末端和C 末端氨基酸残基的鉴定 1 N 末端分析1 二硝基氟苯 DNFB或FDNB 法Sanger反应 34 二 N 末端和C 末端氨基酸残基的鉴定 2 丹磺酰氯 dansylchloride DNS 法5 dimethylamino naphthaline 1 sulfonylchloride 优点 灵敏度比DNFB法高100倍 35 3 苯异硫氰酸酯 PITC 法Edman法特点 能依次从肽的N 端逐一切割氨基酸残基 4 氨肽酶法亮氨酸氨肽酶 焦谷氨酸氨肽酶特点 从肽链N 端逐一降解氨基酸 适用于N 端的氨基酸残基被封闭的肽 如环肽 36 二 N 末端和C 末端氨基酸残基的鉴定 2 C 末端分析1 肼解法 Gln Asn Cys被破坏 Arg转变为鸟氨酸 37 2 还原法还原 水解 用HPLC等方法分离鉴定3 羧肽酶法特点 从羧端逐一降解氨基酸 CPA 水解除Pro Arg Lys外的所有C 末端残基CPB 只水解Arg Lys为末端的肽链CPY 所有氨基酸 38 三 二硫键断裂 39 四 氨基酸组成分析 酸水解方法 6mol LHCl 110 特点 氨基酸不消旋缺点 Trp完全破坏Ser Thr Tyr部分破坏Gln Asn的酰氨基被水解 碱水解方法 5mol LNaOH 110 特点 Trp可定量回收缺点 大部分氨基酸被破坏 40 四 氨基酸组成分析 41 五 多肽链的部分裂解 降解 分离 1 酶切法 优点 专一性强 断裂点明确 反应产率高酶 蛋白水解酶 protease 常见蛋白酶 胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶 嗜热菌蛋白酶 胃蛋白酶等在肽链内有固定的酶切位点 也叫内切酶或内肽酶 endopeptidase 42 1 胰蛋白酶 Trypsin 特点 水解碱性氨基酸的 COOH形成的肽键马来酸酐可保护Lys1 2 环己二酮能修饰Arg胍基 2 糜蛋白酶 Chymotrypsin 水解 COOH端为芳香族的氨基酸也水解疏水氨基酸Leu Met或His的 COOH端肽键裂解能力受邻近氨基酸残基影响碱性残基和酸性残基 44 3 嗜热菌蛋白酶 Thermolysin 依赖Zn2 和Ca2 可用来断裂较短的多肽链4 胃蛋白酶 Pepsin 要求芳香氨基酸和疏水氨基酸 断裂肽键的二侧残基都是疏水氨基酸 最适pH 25 木瓜蛋白酶 Papain 对免疫球蛋白有特殊作用6 葡萄球菌蛋白酶 Staphylococcalprotease 磷酸缓冲液 pH7 8 Glu和Asp的 COOH端肽键碳酸氢铵缓冲液 pH7 8 或醋酸缓冲液 pH4 0 只断裂Glu残基 COOH端的肽键 45 五 多肽链的部分裂解 2 化学法优点 专一性好 肽段大 适于自动化测序溴化氰断裂法 CNBr只断裂 COOH端为Met的肽键 生成肽酰高丝氨酸 47 六 肽段的氨基酸测序 第一步 偶联反应 条件 弱碱性 PITC只与未质子化的游离NH2反应 1 Edman化学测序法 1950 苯氨基硫甲酰 肽 48 六 肽段的氨基酸测序 第二步 环化断裂 第三步 转化反应 PTH 氨基酸非常稳定 max 268nm 49 六 肽段的氨基酸测序 优点 连续测定60 70个残基缺点 繁琐 工作量大发展 DNS Edman降解 荧光标记PITC 2 酶降解法 外切酶 氨肽酶和羧肽酶限