生物化学课件 第1章 蛋白质的结构与功能.ppt

蛋白质的分子组成是蛋白质的分子组成。第一节，蛋白质的元素组成主要包括碳、氢、氧、氮和硫。有些蛋白质含有少量的磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，有些蛋白质还含有碘。蛋白质的平均含氮量为16%。通过样品的氮含量计算蛋白质含量的公式如下：蛋白质含量(g%)=氮含量(g%)=6.25，蛋白质元素的组成特征。第一，氨基酸蛋白质的基本组成单位，自然界中有300多种氨基酸，但组成人类蛋白质的氨基酸只有20种，而且都属于L-氨基酸(甘氨酸除外)。非极性疏水氨基酸，极性中性氨基酸，酸性氨基酸，碱性氨基酸，(1)氨基酸分类，非极性疏水氨基酸，2。极性中性氨基酸，3。酸性氨基酸，4。碱性氨基酸，常规分类方法芳香族氨基酸：色氨酸，酪氨酸，苯丙氨酸含羟基氨基酸：丝氨酸，苏氨酸，酪氨酸含硫氨基酸：环硫，met杂环氨基酸：组氨酸杂环亚氨基酸：脯氨酸分支氨基酸：缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸和几种特殊氨基酸甘氨酸：无手性碳原子。Pro:是一种环状亚氨基酸。二硫键可以形成。修饰氨基酸：蛋白质合成后修饰产生的氨基酸。没有相应的代码。如胱氨酸、羟脯氨酸(Hyp)和羟赖氨酸(Hyl)。非蛋白原性氨基酸：蛋白质中不存在的氨基酸。例如，瓜氨酸、鸟氨酸和同型半胱氨酸是在代谢途径中产生的。(2)氨基酸的理化性质：1。两性解离和等电点；2.紫外线吸收；3.茚三酮反应；2.肽键：一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基脱水缩合形成的化学键。(1)肽、多肽链二肽、三肽.寡肽、多肽氨基酸残基氨基端和羧基端主链和侧链、多肽链、多肽链，(2)多种生物活性肽，1。谷胱甘肽，谷胱甘肽)，结构：谷氨酸，半胱氨酸和甘氨酸在三肽的羧基中形成肽键谷氨酸-巯基是一个活性基团，而酸性肽是体内重要的还原剂，谷胱甘肽过氧化物酶，谷胱甘肽还原酶，NADPH H，NADP，主要功能：肽类激素：如促甲状腺素释放激素(TRH)，神经肽，2。肽激素和神经肽，3。蛋白质分类，*根据蛋白质组成，*根据蛋白质形状，蛋白质分子结构，第2节。蛋白质的分子结构包括一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。定义：蛋白质的一级结构是指多肽链中的氨基酸序列。第一，蛋白质的一级结构，主要化学键：肽键二硫键的位置属于一级结构研究的范畴。一级结构是蛋白质空间构象和特定生物学功能的基础。胰岛素的一级结构、蛋白质的二级结构、蛋白质分子中某一肽链片段的局部空间结构，即肽链片段主链中骨架原子的相对空间位置，不涉及氨基酸残基侧链的构象。定义：稳定因子：氢键(1)肽键，参与肽键形成的6个原子位于同一平面，也称为酰胺平面或肽键平面。它是蛋白质构象的基本结构单位。肽单元，h，h，h，蛋白质二级结构的主要形式，-螺旋(-helix)-折叠(-folded sheet)-转角(-turn) randomcoil，(ii)-螺旋，结构关键点：多肽链主链围绕中心轴形成右手螺旋，侧链延伸到螺旋之外。(2)每个螺旋含有3.6个氨基酸，间距为0.54纳米。(3)由每个肽键的亚氨基氢和第四个肽键的羰基氧形成的氢键保持螺旋稳定。氢键基本上平行于螺旋的长轴。(3)-折叠：(1)多肽链完全延伸，相邻的肽单元折叠成锯齿结构，侧链位于锯齿结构的上方和下方。(2)两个或两个以上折叠结构平行排列，两条链可以正向平行或反向平行。(3)在两条链之间的肽键之间形成氢键，以稳定折叠结构。氢键垂直于螺旋的长轴。(4)-转角和随机卷曲，-转角：随机卷曲：未确定规则肽链结构。(1)在肽链中形成180个折叠。含有4个氨基酸残基，第一个氨基酸残基与第四个氨基酸残基形成氢键。第二个氨基酸残基通常是脯氨酸。在蛋白质分子中，两个或三个具有二级结构的肽段在空间上相互靠近，形成具有特殊功能的空间构象，这被称为基序。(6)影响氨基酸侧链二级结构形成、电荷、大小和形状的因素。影响-螺旋形成的因素：-折叠形成条件：需要较小的氨基酸侧链。第三，蛋白质的三级结构、疏水键、离子键、氢键和范德华力等。稳定性因子：整个肽链中所有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中的排列位置。定义，肌红蛋白(Mb)，纤连蛋白分子的结构域，结构域，大分子蛋白质的三级结构通常可分为一个或多个球形或纤维状区域，折叠紧密，其功能的每一行，称为结构域。结构域，三聚磷酸酯酶，伴侣蛋白，一类通过提供保护环境加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构的蛋白质。*可逆地结合到未折叠肽段的疏水部分，然后释放，因此重复可以使肽链正确折叠。*与不正确聚集的肽片段结合以诱导其正确折叠。*在蛋白质分子中二硫键的正确形成中起着重要作用。亚基之间的结合力主要是氢键和离子键。蛋白质的四元结构、蛋白质分子中亚基的空间排列以及亚基接触位点的排列和相互作用被称为蛋白质的四元结构。每个具有完整三级结构的多肽链称为亚单位。血红蛋白的四级结构(Hb)，蛋白质的结构与功能的关系，第三节，(1)一级结构是空间构象的基础，蛋白质的一级结构与功能的关系，自然状态，催化活性，尿素，-巯基乙醇，尿素的去除，-巯基乙醇，展开状态，失活，(2)一级结构与功能的关系，例如：镰状细胞性贫血，一种由蛋白质分子变异引起的疾病，称为“分子病”。(1)肌红蛋白和血红蛋白的结构，以及(2)蛋白质空间结构和功能之间的关系。血红蛋白和血红蛋白可以可逆地与氧结合，结合后的血红蛋白和氧被称为氧合血红蛋白。含氧血红蛋白在总血红蛋白中的百分比(称为饱和度百分比)随O2浓度而变化。(2)血红蛋白的构象变化以及结合氧、肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线，协同效应。寡聚体蛋白的一个亚单位与其配体结合后，影响寡聚体另一个亚单位与配体结合能力的现象称为协同效应。当蛋白质(或亚基)由于与小分子物质相互作用而发生构象变化，导致蛋白质(或亚基)功能发生变化时，促进作用被称为正协同效应，抑制作用被称为正协同效应、变构效应，蛋白质(或亚基)被称为变构效应。(3)蛋白质构象变化和疾病，蛋白质构象疾病：如果一个蛋白质的折叠是错误的，尽管它的一级结构保持不变，蛋白质的构象变化仍然会影响它的功能，这在严重的情况下会导致疾病。蛋白质构象病的机制：一些蛋白质在错误折叠后聚集在一起，经常形成抗蛋白水解酶的淀粉样蛋白原纤维沉积物，引起毒性和疾病，表现为蛋白质淀粉样蛋白原纤维沉积物的病理变化。这些疾病包括：人类纹状体脊髓病、老年痴呆症、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。疯牛病疯牛病是由朊病毒蛋白(PrP)引起的一组人和动物神经退行性疾病。正常的PrP富含螺旋，称为PrPc。在某些未知蛋白的作用下，PrPc可转化为折叠PrPsc，从而引起疾病。，PrPc-螺旋，PrPsc-折叠，正常，疯牛病，第4节，蛋白质的物理和化学性质以及物理和化学特性的分离和纯化，分离和纯化蛋白质，(1)蛋白质的两性离子化，1。物理和化学性质，除了蛋白质分子两端的游离氨基和羧基外，氨基酸残基侧链中的一些基团在一定的溶液酸碱度条件下可以解离成带负电或带正电的基团。蛋白质的等电点当蛋白质溶液处于一定的酸碱度时，蛋白质会以相同的趋势解离成正离子和负离子，即变成净电荷为零的兼性离子。此时溶液的酸碱度被称为蛋白质的等电点。根据蛋白质两性电离的性质，蛋白质可以通过电泳、离子交换层析、等电聚焦等技术进行分离。(2)蛋白质的胶体性质。蛋白质属于生物大分子之一，分子量在10，000到100万之间，分子直径在1到1到100纳米之间，在胶体粒子的范围内。*蛋白质胶体稳定性的因素表面电荷水合膜、水合膜、蛋白质在溶液中的沉淀，(3)蛋白质变性、沉淀和凝结，(3)蛋白质变性在某些物理和化学因素的作用下，蛋白质分子的特定空间构象被破坏，导致物理和化学性质的变化和生物活性的丧失。引起变性的因素：如加热、有机溶剂如乙醇、强酸、强碱、重金属离子和生物碱试剂等。例如，在临床医学中，变性因子通常用于消毒和灭菌。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。)。变性后，蛋白质性质发生变化：溶解度降低，粘度增加，结晶能力消失，生物活性丧失，易被蛋白酶水解。如果蛋白质的变性程度较轻，在去除变性因子后，蛋白质仍能恢复或部分恢复其原始构象和功能，这称为复性。复性、自然状态、催化活性、尿素、-巯基乙醇、尿素的去除、-巯基乙醇、未折叠状态、非活性、*蛋白质沉淀在一定条件下，蛋白质的疏水侧链暴露出来，肽链相互缠结然后聚集，从而从溶液中沉淀出来。变性蛋白质容易沉淀。有时蛋白质会沉淀，但不会变性。*蛋白质凝结蛋白质变性后的絮凝物可被加热成为相对坚硬的凝块，不容易溶解在强酸和强碱中。(4)蛋白质的紫外吸收。因为蛋白质分子含有酪氨酸和带有共轭双键的色氨酸，所以在280纳米波长处有一个特征吸收峰。蛋白质的OD280与其浓度成正比，因此可用于蛋白质的定量测定。(5)蛋白质的颜色反应。1)由茚三酮反应蛋白水解产生的氨基酸也可以经历茚三酮反应。缩二脲试验蛋白和多肽分子中的肽键在稀碱溶液中与硫酸铜一起加热，显示紫色或红色。这个反应叫做缩二脲试验，缩二脲试验可以用来检测蛋白质水解的程度。蛋白质的分离和纯化(1)透析和超滤，*透析：用透析袋从小分子化合物中分离大分子蛋白质。*超滤法：利用正压或离心力使蛋白质溶液通过截留分子量一定的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的。(2)丙酮沉淀、盐析和免疫沉淀，*当使用丙酮沉淀时，必须在0 4的低温下进行，丙酮的量一般为蛋白质溶液体积的10倍。蛋白质用丙酮沉淀后应立即分离。除了丙酮，乙醇也可以用于沉淀。盐析是向蛋白质溶液中加入硫酸铵、硫酸钠或氯化钠，以中和蛋白质的表面电荷并破坏水合膜，从而导致蛋白质沉淀。*免疫沉淀：用纯化的蛋白质免疫动物以获得特异性抗体这种通过蛋白质在电场中游动来分离各种蛋白质的技术叫做电泳。根据支持物的不同，可分为薄膜电泳、凝胶电泳等。几种重要的蛋白质电泳*SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳：常用于蛋白质分子量的测定。*等电聚焦电泳：通过蛋白质等电点的差异来分离蛋白质的电泳方法。*双向凝胶电泳是蛋白质组学研究中的一项重要技术。(4)色谱分离蛋白质的原理当待分离的蛋白质溶液(流动相)通过固体物质(固定相)时，待分离的蛋白质组分根据溶液中待分离蛋白质的粒径、电荷和亲和力，在两相中重复分布，并以不同的速度流过固定相，达到蛋白质分离的目的。离子交换色谱是蛋白质分离的一种常用色谱方法，它利用每种蛋白质电荷和性质的差异来分离。*凝胶过滤，也称为分子筛层析，使用不同大小的蛋白质进行分离。(5)超速离心，*超速离心可用于分离和纯化蛋白质以及测定蛋白质的分子量。*蛋白质在离心场中的行