蛋白质结构与功能的关系PPT演示课件

（一）蛋白质一级结构与功能的关系1、种属差异同源蛋白质分子中氨基酸的排列顺序的种属差异，是由于生物进化过程中基因突变的的结果。基因突变若导致生物物种对环境适应能力的下降或丧失，则该物种便被淘汰；若导致生物物种产生某种优势，便产生新品种；若导致某一蛋白质分子的一级结构改变但不影响其功能的则保留（即产生同源蛋白质间的种属差异）。,蛋白质的结构和功能的关系,1,说明：不同机体中表现同一功能的蛋白质的氨基酸排列顺序有明显差异。起决定作用的是一级结构中的相同部分（不变的氨基酸残基部分），它对维持蛋白质的特定构象和发挥生物学功能起着重要的作用。,1、胰岛素2、细胞色素C,2,牛胰岛素的化学结构,3,2、分子病所谓分子病是指由于遗传基因的突变导致了蛋白质分子结构的改变或某种蛋白质的缺乏所引起的一种病。,血红蛋白分子病：导致一个蛋白质中氨基酸改变的基因突变能产生分子病，这是一种遗传病。了解最清楚的分子病是镰刀状细胞贫血病，该病人的不正常的血红蛋白称HbS，它只是在两条链的N端第6位上Glu被Val置换。这一改变使血红蛋白表面产生一个疏水小区，导致血红蛋白聚集成不溶性的纤维束，并引起红细胞镰刀状化和输氧能力降低。地中海贫血是由于缺失一个或多个编码血红蛋白链的基因造成的。,4,镰状细胞贫血（sick-cellanemia）从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。,-链1234567Hb-AVal-His-Leu-Thr-Pro-Glu-LysHb-SVal-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys,5,镰刀状红细胞贫血正常的血红细胞,6,镰刀状红细胞贫血患病的血红细胞,7,（二）蛋白质构象与功能的关系,别构现象别构部位与配体的结合可影响其他亚基，使这些亚基构象改变，增强或减弱对底物的结合。血红蛋白是一种典型的别构蛋白质。协同效应正协同效应：引起与配体结合能力的增强（激活）。负协同效应：引起与配体结合能力的减弱（抑制）。,8,一个O的结合改变其它亚基的构象，使血红蛋白从T态向R态转化，增强了其他亚基与O的结合力。血红蛋白的正协同效应使血红蛋白既容易和O结合，又容易和O分离，利于O从肺部运输至组织细胞。,血红蛋白的正协同效应,9,七、蛋白质的性质,蛋白质的相对分子质量分子量大，一般在100001000000之间或更大。透析和超过滤：透析是利用蛋白质分子不能通过半透膜而与小分子分离；超滤是利用压力或离心力使小分子溶质通过半透膜而蛋白质被截留在膜上而分离。密度梯度离心：蛋白质颗粒在具有密度梯度的介质中离心时，质量和密度大的颗粒比质量和密度小的颗粒沉降得快，且每种蛋白质颗粒沉降到与其自身密度相等的介质密度梯度时，即停止不前，最后各种蛋白质在离心管中被分离成不同的区带。凝胶过滤：即分子排阻层析。凝胶颗粒内部为多孔的网状结构。大分子最先流出层析柱。,10,两性电离及等电点,两性电离,11,蛋白质与多肽一样，能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时(IsoelectricpointpI)，蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。在不同的pH环境下，蛋白质的电学性质不同。在等电点偏酸性溶液中，蛋白质粒子带正电荷，在电场中向负极移动；在等电点偏碱性溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极移动。这种现象称为蛋白质电泳(Electrophoresis)。,等电点,12,蛋白质的胶体性质蛋白质分子量颇大，介于一万到百万之间，故其分子的大小已达到胶体质点1100nm范围之内，所以蛋白质具有胶体性质，如布朗运动、丁达尔现象、电泳现象、粘度大以及不透过半透膜的性质等。球状蛋白质的表面多亲水基团，具有强烈地吸引水分子作用，使蛋白质分子表面常为多层水分子所包围。实验证明，每一克蛋白质约可以结合0.3-0.5g的水，使蛋白质分子表面形成一层水膜，称水化膜。,13,胶体溶液的一个很重要的性质是不能通过半透膜。所谓半透膜是指这类膜上具有小孔，只允许水及小分子物质通过，而蛋白质等大分子不能通过，故称为半透膜。动物体内的各种膜，另外像人造火棉胶、羊皮纸、玻璃纸等都是半透膜。在生产实践中可用这种半透膜作成的透析袋除去蛋白质样品中所混有的小分子物质，达到纯化蛋白质之目的。与低分子物质比较，蛋白质分子扩散速度慢，不易透过半透膜，粘度大，在分离提纯蛋白质过程中，我们可利用蛋白质的这一性质，将混有小分子杂质的蛋白质溶液放于半透膜制成的囊内，置于流动水或适宜的缓冲液中，小分子杂质皆易从囊中透出，保留了比较纯化的囊内蛋白质，这种方法称为透析(dialysis)。,14,蛋白质的沉淀作用（precipitation）：蛋白质分子由于受到某些因素的影响而凝聚从溶液中析出的现象称为蛋白质沉淀作用(precipitation).变性蛋白质一般易于沉淀，但也可不变性而使蛋白质沉淀，在一定条件下，变性的蛋白质也可不发生沉淀。蛋白质所形成的亲水胶体颗粒具有两种稳定因素，即颗粒表面的水化层和电荷。若无外加条件，不致互相凝集。然而除掉这两个稳定因素(如调节溶液pH至等电点和加入脱水剂)蛋白质因失去电荷和水膜变得不稳定便容易凝集析出而沉淀。,15,盐析法：加入大量的中性盐，脱去水化层而沉淀有机溶剂沉淀法：加入极性的有机溶剂如甲醇等，脱去水化层并增加质点间的相互作用而沉淀.重金属盐沉淀法：当pH大于等电点时，蛋白质颗粒带净负电荷，易与重金属离子结合成不溶性盐而沉淀.生物碱或酸类沉淀法：当pH小于等电点时，蛋白质颗粒带净正电荷，易与生物碱或酸根负离子结合成不溶性盐而沉淀.加热变性沉淀法：蛋白质因加热变性而凝固.,16,蛋白质变性,蛋白质变性：天然蛋白质分子在受到理化因素的作用时导致溶解度降低、不对称性增高、生物活性丧失及理化特性改变，此过程称之为蛋白质变性。蛋白质变性的实质是分子中次级键被破坏，引起天然构象解体。变性不涉及共价键破坏，即蛋白质一级结构仍保持完好。当变性因素除去后，变性蛋白质又可重新回复到天然构象，此为蛋白质的复性。,17,蛋白质变性的原因,在临床医学上，变性因素常被应用于消毒及灭菌。反之，注意防止蛋白质变性就能有效地保存蛋白质制剂。,物理因素:,化学因素:,加热、加压、脱水、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波的作用,强酸、强碱、尿素、重金属盐、十二烷基磺酸钠(SDS)等,18,蛋白质的呈色反应,(一)茚三酮反应(NinhydrinReaction)-氨基酸与水化茚三酮(苯丙环三酮戊烃)作用时，产生蓝色反应，由于蛋白质是由许多氨基酸组成的，所以也呈此颜色反应。(二)双缩脲反应(BiuretReaction)蛋白质在碱性溶液中与硫酸铜作用呈现紫红色，称双缩脲反应。凡分子中含有两个以上CONH键的化合物都呈此反应，蛋白质分子中氨基酸是以肽键相连，因此，所有蛋白质都能与双缩脲试剂发生反应。,19,(三)米伦反应(MillonReaction)蛋白质溶液中加入米伦试剂(亚硝酸汞、硝酸汞及硝酸的混和液)，蛋白质首先沉淀，加热则变为红色沉淀，此为酪氨酸的酚核所特有的反应，因此含有酪氨酸的蛋白质均呈米伦反应。(四)乙醛酸反应在蛋白质溶液中加入乙醛酸，并沿着管壁慢慢注入浓硫酸，在两层之间就会出现紫色环，凡含有吲哚基团的化合物都有这一反应，如色氨酸。,20,(五)坂口反应精氨酸分子中含有胍基，能与次氯酸钠及-萘酚在氢氧化钠溶液中产生红色产物。(六)酚（福林酚试剂）反应酪氨酸中的酚基能将福林酚试剂中的磷钼酸及磷钨酸还原成蓝色化合物。此外，蛋白质溶液还可与浓硝酸等发生颜色反应。,21,(1)依据蛋白质的外形分类按照蛋白质的外形可分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。球状蛋白质（globularprotein）：外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类。纤维状蛋白质（fibrousprotein）：分子类似纤维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质。,八、蛋白质的分类,22,球状蛋白是结构最复杂，功能最多的一类蛋白质。这类蛋白结构紧密，分子的外层多为亲水性残基，能够发生水化；内部主要为疏水性氨基酸残基。因此，许多球蛋白分子的表面是亲水性的，而内部则是疏水性的。典型的球蛋白是血红蛋白。,球状蛋白质,血红蛋白是脊椎动物红细胞主要组成部分，它的主要功能是运输氧和二氧化碳。,23,免疫球蛋白的结构,24,纤维状蛋白质的类型,纤维状蛋白质可分为不溶性(硬蛋白)和可溶性二类，前者有角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等；后者有肌球蛋白和纤维蛋白原等，但不包括微管(microtubule)、肌动蛋白细丝(actinfilament)或鞭毛(flagella)，它们是球状蛋白质的长向聚集体(aggregate)。,25,-角蛋白,毛发-角蛋白,26,胶原蛋白,27,（2）依据蛋白质的组成分类,按照蛋白质的组成，可以分为：简单蛋白(simpleprotein)结合蛋白(conjugatedprotein),28,简单蛋白,又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含由-氨基酸组成的肽链，不含其它成分。1、清蛋白和球蛋白（albuminandglobulin）：广泛存在于动物组织中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。2、谷蛋白(glutelin)和醇溶蛋白(prolamin)：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者可溶于7080乙醇中。3、精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在于细胞核中。4、硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。,29,由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成色蛋白：由简单蛋白与色素物质