蛋白质的结构与功能.ppt

第一章蛋白质的结构与功能,按此键返回封面,生物化学,蛋白质和生物活性肽,蛋白质的元素组成,1、一切蛋白质均含有C、H、O和N四种元素，部分蛋白质含S，某些蛋白质还含有少量金属元素。2、蛋白质是体内含量最多的含氮化合物，平均含氮16%。只要测出生物样品中的含氮量，再乘以6.25，即可换算出蛋白质的含量（样品含氮量6.25=样品中蛋白质含量）。,蛋白质的基本单位-氨基酸,蛋白质的基本单位是氨基酸，根据氨基酸的结构不同可分为L-型和D-型组成人体蛋白质的氨基酸有20种，均属L-氨基酸，而存在于自然界中的氨基酸有300多种。,氨基酸的分类,氨基酸按侧链的理化性质分为4组，分别是：非极性、疏水性氨基酸极性、中性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸,氨基酸按侧链的理化性质分为4组，分别是：,非极性、疏水性氨基酸,极性、中性氨基酸,极性、中性氨基酸,酸性氨基酸,碱性氨基酸,蛋白质的分子结构,蛋白质的分子结构分一级结构和空间结构，空间结构根据复杂程度又分为二级结构、三级结构和四级结构。,蛋白质的一级结构,蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。维持一级结构的化学键是肽键。例如胰岛素的一级结构（左图）蛋白质一级结构测定具有重要的意义，许多先天性疾病是由于体内某一重要蛋白质的一级结构发生差错而引起的。,肽键和肽链,蛋白质的一级结构研究的意义,认识不同功能的蛋白质具有不同的氨基酸顺序.使遗传病的研究进入分子水平.开辟从分子水平上研究生物进化的新途径.例如从同源蛋白一级结构的比较研究可反映种属的进化.从不同种属的残基差异数可以判断它们的亲缘关系,并绘成系统发育树或进化树.,蛋白质的立体结构,蛋白质的立体结构是多肽链扭曲形成的肽平面：由于多肽链的肽键具有部分双键的性质，键长为0.132nm，介乎于C-N单键(0.149nm)和双键(0.127nm)之间，近似于键，不能自由旋转，所以连接在肽键两端的原子处于一个平面上。,肽平面,由于肽平面的N与C相结合的C均为单键，可以自由旋转。因此，肽平面围绕-碳原子的单键旋转，使多肽链形成各种形式的主链构象和侧链构象。,蛋白质的二级结构,蛋白质的二级结构指多肽链盘绕或折叠借氢键相连结形成的-螺旋、-折叠、-转角或无规卷曲等构象。或指局部或某一段肽链的空间结构。,蛋白质的二级结构-螺旋,多肽链每个肽平面沿螺旋中心轴旋转100，螺旋上升一圈含3.6个残基，螺距为5.4nm。维持螺旋稳定的键为链内氢键。右手螺旋側链基团位于-螺旋的外侧，不参与-螺旋的维系，但对-螺旋的形成和稳定有重要影响。,蛋白质的二级结构-折叠,若干条多肽链或一条多肽链迂回形成的若干肽段互相靠拢，平行排列，通过主链氢键联结成片。所有肽键的C=O和N-H形成链间氢键，氢键与主链互相垂直。侧链基团较小，它们交替地伸向片层的上方和下方，由于侧链基团的存在，主链又必须互相靠拢，呈锯齿状折迭的片层结构。相邻肽链方向相反者为反平行，结构较稳定，两个残基占据0.7mm长度；相邻肽链方向相同，则为平行式，两个残基占据0.65mm，完全伸展的肽链为0.72mm。,蛋白质的二级结构-转角和无规卷曲,转角：多肽链进行180回折时转角，结构特征为第一个残基的C=O与第四个残基的N-H形成氢键。无规卷曲：没有确定规律性的那部分肽链。,蛋白质的三级结构,蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构基础上进一步盘曲依靠侧链基团互相连结形成的球状结构。,蛋白质的三级结构,维持三级结构稳定的键：包括侧链基团之间形成的氢键、离子键、疏水键、分子引力和二硫键。,肌红蛋白的三级结构,1960年Kendrew用X线衍射法阐明了抹香鲸肌红蛋白分子的三级结构，这是世界上第一个被描述的蛋白质三级结构。抹香鲸肌红蛋白是由一条含153个残基的多肽链和一个辅基血红素组成，整个分子的三级结构呈球状，内部存在一些空穴。多肽链有77%形成-螺旋，有8个-螺旋区（A-H螺旋区），肽链拐角处为非螺旋区，肽链的亲水基团多位于分子表面，疏水基团多位于分子内部，E螺旋区和F螺旋区之间有大量非极性基团围成的疏水空穴。,牛胰核糖核酸酶三级结构,呈球状，分子内有裂隙，活性中心存在于裂隙之中。多肽链大部分呈无规卷曲，只形成少量-螺旋及-折叠片，前者有2个小区，后者有1个区，链内在26与84、40与95、58与110和65与72位半胱氨酸残基之间形成4个二硫键。,蛋白质的四级结构,蛋白质的四级结构：是指由两条或两条以上的多肽链各自形成具有独立的三级结构的亚基借次级键联结构成的更复杂的结构，称为蛋白质的四级结构。维持亚基之间的次级键主要是疏水键和盐键，其次是氢键。由相同亚基构成的四级结构称为均一四级结构，由不同亚基组成者称为不均一四级结构。,血红蛋白A的四级结构,蛋白质结构与功能的关系,一级结构决定空间结构空间结构决定生物学功能,蛋白质的理化性质,两性解离和等电点高分子性质蛋白质的变性蛋白质的沉淀蛋白质的呈色反应和紫外吸收,两性解离和等电点,蛋白质及其组成单位氨基酸都具有两性解离的特性，所以它们都是两性电解质。在溶液中可以电离为阳离子或阴离子，也可以电离成正负电荷相等的兼性离子。等电点：在一定的介质中，某一蛋白质游离带正电荷与负电荷的数量相等（即净电荷为零），成为兼性离子，此时介质的PH值称为该蛋白质的等电点。,利用两性解离的性质分离蛋白质的方法,等电点沉淀法：蛋白质在等电点时溶解度最小，易从溶液中析出。电泳法：带电荷的蛋白质分子在电场中向所带电荷相反的电场移动。离子交换层析法：用分子交换剂填充的层析柱分离蛋白质。,高分子性质,蛋白质是高分子化合物，分子量在1万到数十万之间，故在水溶液中形成亲水胶体，不能透过半透膜、扩散速度慢、粘度大。利用这一特性分离蛋白质的方法有：透析,超滤,分子筛层析和超离心法。,蛋白质的变性,蛋白质的变性：蛋白质在某些理化因素作用下，其特定的空间构象破坏而导致理化性质改变及生物学活性丧失。,RNA酶的变性与复性,蛋白质的沉淀,蛋白质是亲水胶体,水化层与表面电荷是蛋白质溶液稳定的两个主要因素.沉淀蛋白质的方法有:盐析法,低温有机溶剂沉淀法,重金属盐沉淀法和有机酸沉淀蛋白质等方法.,蛋白质的紫外吸收,组成蛋白质的氨基酸中,酪氨酸和色氨酸具有吸收紫外光能力,吸收高峰在275280nm波长处,苯丙氨酸在260nm处有弱的紫外吸收能力。蛋白质也具有紫外吸收能力,其吸收高峰也在275280nm波长处,光吸收值与蛋白质浓度成正比.,蛋白质的分类,按蛋白质的化学组成将蛋白质分为单纯蛋白质和结合蛋白质两大类。,生物活性肽,生物活性肽是指生物体内具