第二章蛋白质的基础知识.ppt

成都中医药大学峨眉学院童娟制,1,第二章蛋白质的基础知识,成都中医药大学峨眉学院童娟制,2,授课目的：本章主要阐述蛋白质和氨基酸的结构和性质，熟悉蛋白质对生物体的重要性和营养作用，了解蛋白质的分类。并在此基础上地阐明氨基酸代谢的基础知识。,成都中医药大学峨眉学院童娟制,3,第一节蛋白质概述,第二节氨基酸,第三节蛋白质基本结构,第四节蛋白质的基本性质,授课时序：,第五节氨基酸代谢,第六节氨基酸、多肽、蛋白质类药物简介,成都中医药大学峨眉学院童娟制,4,第一节蛋白质概述,一、蛋白质的化学概念二、蛋白质的生物学功能三、蛋白质的元素组成四、蛋白质的分类,成都中医药大学峨眉学院童娟制,5,“造物主”最初带给生命以几种形式或一种形式，然后进化接着开始从如此简单的形式开始，永不停息地产生出业已存在的最美丽的最有价值的东西，而且今后仍将进化下去。物种起源达尔文生命的起源必然是通过化学途经实现的，只要把蛋白质的化学成份弄清楚以后，化学就能着手制造出活的蛋白质来，如果化学有一天能用人工的方法制造蛋白质，那么这样的蛋白质就一定会显示出生命现象。反杜林论恩格斯,一.蛋白质的化学概念,Protein字源出自希腊文它是“最初的”“第一重要的”意思,蛋白质是生命存在的主要形式!,定义：是由氨基酸组成的，具有复杂结构的大分子物质。,成都中医药大学峨眉学院童娟制,6,二、蛋白质的生物学功能,生物体的组成成分酶调节功能运输和储存运动防御凝血基因的调控营养,构成生物机体的结构蛋白，如肌动蛋白、肌球蛋白,具有催化功能的蛋白质,免疫球蛋白,氮平衡必需氨基酸互补作用,成都中医药大学峨眉学院童娟制,7,三、蛋白质的元素组成,蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：,C5060H68O1924N16%S04其他微量,N的含量平均为16%凯氏（Kjadehl）定氮法的理论基础。,成都中医药大学峨眉学院童娟制,8,蛋白质含量的测定：凯氏定氮法(测定氮的经典方法)优点：对原料无选择性，仪器简单，方法也简单；缺点：易将其他氮都归入蛋白质中,不精确。一般，样品含氮量平均在16%，取其倒数100/16=6.25，即为蛋白质换算系数，其含义是样品中每存在1g元素氮，就说明含有6.25g蛋白质；故：单位样品中蛋白质的含量=单位样品中含氮量6.25,成都中医药大学峨眉学院童娟制,9,1、依据蛋白质的外形分类：球状蛋白质（globularprotein）：外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，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，大多数不溶于水和稀盐，坚韧物质。,2、按照蛋白质的化学组成分：简单蛋白(simpleprotein)：又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含氨基酸，不含其它成分。结合蛋白(conjugatedprotein)：又称为复合蛋白质；由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成分。,四、蛋白质的分类,成都中医药大学峨眉学院童娟制,10,3、按照生物功能分类活性蛋白质：参与代谢反应的蛋白质。非活性蛋白质：对生物体起保护和支持作用的蛋白质。4、按营养价值分类：完全蛋白质：含有人体所必须的各种氨基酸不完全蛋白质：缺乏人体所必须的某些氨基酸,四、蛋白质的分类,成都中医药大学峨眉学院童娟制,11,第二节氨基酸,一、氨基酸的概念二、氨基酸的结构特点三、氨基酸的分类四、氨基酸的理化性质五、氨基酸的连接方式六、生物活性肽,成都中医药大学峨眉学院童娟制,12,氨基酸是蛋白质的基本结构单位。氨基酸是具有氨基（-NH2）或亚氨基（-NH-）和羧基（-COOH）的有机分子。,一、氨基酸的概念（AminoAcid）,成都中医药大学峨眉学院童娟制,13,组成蛋白质的天然氨基酸主要有20种，除脯氨酸外，其他19种都具有-型氨基酸的通式,二、氨基酸的结构特点,成都中医药大学峨眉学院童娟制,14,2、两性电解质,二、氨基酸的结构特点,成都中医药大学峨眉学院童娟制,15,3、手性分子：旋光性除甘氨酸外，目前已知的天然蛋白质中的氨基酸均为的L-氨基酸,二、氨基酸的结构特点,成都中医药大学峨眉学院童娟制,16,三、氨基酸的分类,根据氨基酸分子中所含氨基和羧基数目的中性氨基酸：分子中含一个氨基，一个羧基酸性氨基酸：分子中含一个氨基，两个羧基碱性氨基酸：分子中含两个氨基，一个羧基,根据R基的物理性质分亲水氨基酸：极性疏水氨基酸：非极性,8种人体必须氨基酸：MetTrpLysValIleLeuPheThr假设来写一两本书,成都中医药大学峨眉学院童娟制,17,外观形状：无色晶体或粉末状熔点高：200300溶解性：水中溶解度差别较大，不溶于有机溶剂。光学性质：紫外吸收性（酪、色、苯丙）、旋光性（L-型）,1、一般物理性质,四、氨基酸的理化性质,成都中医药大学峨眉学院童娟制,18,2、一般化学性质,四、氨基酸的理化性质,氨基酸的等电点（PI）,PI：在某一条件下，氨基酸所带净电荷为零，此时环境的PH值,成都中医药大学峨眉学院童娟制,19,1、肽键：氨基酸之间脱水后形成的共价键称肽键，又称酰胺键。,五、氨基酸的连接方式,成都中医药大学峨眉学院童娟制,20,2、肽平面：肽链中从一个C到另一个C之间的结构,五、氨基酸的连接方式,成都中医药大学峨眉学院童娟制,21,2、特征肽单位是一个刚性平面结构肽键上的原子呈反式构型（pro除外）相邻肽平面构成二面角,（二）肽平面,五、氨基酸的连接方式,成都中医药大学峨眉学院童娟制,22,完全伸展的多肽主链构象,-碳原子,酰胺平面,=1800，=1800,=00，=00的多肽主链构象,酰胺平面,=00，=00,侧链,非键合原子接触半径,成都中医药大学峨眉学院童娟制,23,3、肽：氨基酸通过肽键连接起来形成的化合物。,.,五、氨基酸的连接方式,构成肽链的氨基酸已残缺不全，称为氨基酸残基,成都中医药大学峨眉学院童娟制,24,4、多肽链,五、氨基酸的连接方式,多肽链可以看成由C串联起来的无数个酰胺平面组成,成都中医药大学峨眉学院童娟制,25,1、谷胱甘肽（GSH）,在保持某些要求巯基的酶活性中起重要作用！,六、生物活性肽,成都中医药大学峨眉学院童娟制,26,短杆菌肽S由短杆菌产生的10肽环。,2、抗生素类多肽,青霉素含D-Cys和D-Val的二肽衍生物作用于革兰氏阳性细菌细胞壁肽聚糖的合成,六、生物活性肽,成都中医药大学峨眉学院童娟制,27,3、脑啡肽,脑啡肽具有强烈的镇痛作用，不上瘾。,Met-脑啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-MetLeu-脑啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu,4、胰高血糖素,由胰岛-细胞分泌的29肽。促进糖分解代谢的激素，同时促进胰岛素的分泌。,六、生物活性肽,成都中医药大学峨眉学院童娟制,28,第三节蛋白质基本结构,一、蛋白质的一级结构二、蛋白质的空间结构三、蛋白质一级结构与功能的关系四、蛋白质空间结构与功能的关系,成都中医药大学峨眉学院童娟制,29,1952年丹麦人Linderstrom-Lang最早提出蛋白质的结构可以分成四个层次:一级结构：氨基酸序列二级结构：多肽主链结构三级结构：所有原子的空间位置四级结构：多聚体,成都中医药大学峨眉学院童娟制,30,共价键,次级键,化学键,肽键,一级结构,氢键,二硫键,二、三、四级结构,疏水键,盐键,范德华力,三、四级结构,蛋白质分子中的共价键与次级键,配位键,成都中医药大学峨眉学院童娟制,31,一、蛋白质的一级结构,一级结构又叫初级结构、基本化学结构或共价结构。1969年国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)定义为：一级结构即肽链中的氨基酸顺序。,成都中医药大学峨眉学院童娟制,32,研究一级结构需要阐明的内容包括：（1）多肽链数目。（2）每条肽链的末端残基种类。（3）每条肽链的氨基酸顺序。（4）链内或链间二硫键的配置等。,一、蛋白质的一级结构,成都中医药大学峨眉学院童娟制,33,胰岛素的一级结构,一、蛋白质的一级结构,成都中医药大学峨眉学院童娟制,34,指蛋白质多肽链中主链原子的空间排布,1、-螺旋,主要特征：多肽主链按右手或左手方向盘绕，一般形成右手螺旋。每圈螺旋：3.6个氨基酸残基；螺距：0.54nm。结构稳定的主要化学键：氢键。构成螺旋的每个C都取相同的二面角。影响形成和稳定的因素：氨基酸组成和排列顺序,（一）蛋白质的二级结构,二、蛋白质的空间结构,成都中医药大学峨眉学院童娟制,35,-螺旋,二、蛋白质的空间结构,成都中医药大学峨眉学院童娟制,36,2、-折叠结构,主要特征：多肽主链呈锯齿状折叠构象。侧链R基交替地分布在片层平面的上下。结构稳定的主要化学键：氢键,（一）蛋白质的二级结构,二、蛋白质的空间结构,成都中医药大学峨眉学院童娟制,37,主要特征：由多肽链上4个连续的氨基酸残基组成。主链骨架以180返回折叠。结构稳定的主要化学键：氢键。脯氨酸容易出现在这种结构中。,3、-转角,（一）蛋白质的二级结构,二、蛋白质的空间结构,成都中医药大学峨眉学院童娟制,38,主要特征：肽段有更大的任意性。稳定、非重复性结构。受R基团的影响较大，经常是构成蛋白质的功能部位。,4、无规则卷曲,（一）蛋白质的二级结构,二、蛋白质的空间结构,成都中医药大学峨眉学院童娟制,39,1、定义：蛋白质分子中所有原子的空间排布。,（二）蛋白质的三级结构,二、蛋白质的空间结构,2、构象特点结构为球形或近似球形。含多种二级结构单元。结构稳定的主要化学键：二硫键、次级键（氢键、范德华力、疏水键、离子键）三级结构与生物活性密切相关。,血红蛋白,成都中医药大学峨眉学院童娟制,40,1、定义：由多条具有三级结构的多肽链彼此通过非共价键相互连接而成的聚合体结构2、亚基：四级结构中，每一个具有独立的三级结构的多肽链。,（三）蛋白质的四级结构,二、蛋白质的空间结构,3、维持亚基之间的化学键：氢键、离子键4、单独的亚基一般没有生物学功能，只有完整的四级结构才有生物学功能。,成都中医药大学峨眉学院童娟制,41,蛋白质的一、二、三、四级结构,成都中医药大学峨眉学院童娟制,42,三、蛋白质一级结构与功能的关系,蛋白质一级结构决定其高级结构,蛋白质一级结构与分子病代表病例：镰刀型贫血症,-链N端氨基酸排列顺序12345678Hb-A（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-LysHb-S（患者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys,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,Val,四、蛋白质的空间结构与功能的关系,蛋白质的三维结构决定其生物学功能,Val取代Glu,O2,O2,成都中医药大学峨眉学院童娟制,44,蛋白质的一级结构决定它的空间结构特定的空间结构是蛋白质具有生物活性的保证,成都中医药大学峨眉学院童娟制,45,第四节蛋白质的基本性质,成都中医药大学峨眉学院童娟制,46,一、蛋白质的两性解离及等电点,对某一蛋白质而言，在某一PH下，当它所带正负电荷相等的时候，该溶液的pH值即为该蛋白质的等电点（pI）,应用：电泳分离蛋白质技术、等电点沉淀技术,成都中医药大学峨眉学院童娟制,47,二、蛋白质的胶体性质,高分子化合物粘度大、扩散慢易沉降不能透过半透膜亲水性：水化层、双电层,成都中医药大学峨眉学院童娟制,48,三、蛋白质的变性与复性,1、蛋白质的变性作用：蛋白质因受某些理化因素的影响，分子的空间构象被破坏，从而导致其理化性质及生物学活性改变的现象,2、变性因素：物理：高温、高压、射线等化学：强酸、强碱、重金属盐等。,3、变性的本质：空间结构破坏，一级结构和分子量不变,4、蛋白质变性后的表现：生物学活性丧失、理化性质改变,5、蛋白质变性作用的应用意义消毒灭菌去除杂蛋白、纯化药物保存蛋白质生物制剂,成都中医药大学峨眉学院童娟制,49,6、蛋白质的复性影响蛋白质变性的理化因素消除后，某些变性蛋白质又恢复原来的空间构象，生物学活性也随之恢复。,变性,复性,注意：并不是所有变性蛋白都可以复性的！,三、蛋白质的变性与复性,注意：蛋白质变性后一级结构没有发生变化。只是空间构象发生变化。,成都中医药大学峨眉学院童娟制,50,（一）可逆的沉淀作用,四、蛋白质的沉淀作用,1、盐溶与盐析：,在蛋白质溶液中加入中性盐时，可产生以下两种现象：在盐浓度很稀的范围内，随着盐浓度增加，蛋白质的溶解度亦随之增加，这种现象称盐溶。,与盐溶作用相反，当溶液中盐浓度提高到一定的饱和度时，蛋白质溶解度逐渐降低，蛋白质分子发生絮结，成沉淀析出，这种现象称为盐析。,利用盐析的原理，加中性盐使蛋白质沉淀的方法叫做盐析沉淀法。,成都中医药大学峨眉学院童娟制,51,2、有机溶剂沉淀,在蛋白质溶液中，加入能与水互溶的有机溶剂使蛋白质产生沉淀的方法。,机理：破坏蛋白质的水化膜,注意：（1）低温操作。（2）在沉淀完全的前提下，时间越短越好。,应用：等电点有机溶剂沉淀法、消毒灭菌、分离制备有活性的蛋白质,（一）可逆的沉淀作用,四、蛋白质的沉淀作用,成都中医药大学峨眉学院童娟制,52,1、重金属盐沉淀：条件：溶液pH大于等电点机理：碱性条件下，蛋白质带负电，可与带正电的重金属离子结合应用：解毒,2、热凝固沉淀：条件：蛋白质受热变性后，溶液pH等于等电点机理：水化膜、电荷层破坏应用：豆腐工艺,3、生物碱试剂沉淀：条件：溶液的pH低于等电点机理：酸性条件下，蛋白质带正电，可与带负电的生物碱试剂结合应用：啤酒澄清、尿蛋白检验剂、“柿石症”的原理,（二）不可逆的沉淀作用,四、蛋白质的沉淀作用,成都中医药大学峨眉学院童娟制,53,五、蛋白质的紫外吸收特征,蛋白质溶液能吸收一定波长的紫外线，主要是由带芳香环