第1章 蛋白质课件.ppt

第1章,蛋白质的结构与功能,蛋白质是所有生命现象的体现者没有蛋白质就没有生命蛋白质复杂的分子结构是蛋白质一切生物学功能的基础,第1节蛋白质的分子组成,一、蛋白质的元素组成二、蛋白质的构件分子三、蛋白质分子中氨基酸的连接方式,学习目标,1叙述蛋白质的元素组成特点、基本组成单位及其结构特点2比较不同的pH环境对氨基酸解离的影响3说出氨基酸的理化性质4解释肽、氨基酸残基、多肽链,一、蛋白质的元素组成,元素组成：主要有碳、氢、氧、氮、硫等。有的含有少量的磷、铁、铜、锌、锰、钴、钼、碘等。组成特点：各种蛋白质氮元素的含量平均为16%。临床应用：测定样品中蛋白质的含量。计算公式：蛋白质含量(g)=样品中含氮量（g）100/16=样品中含氮量（g）6.25,二、蛋白质的构件分子氨基酸,（一）氨基酸的结构特点组成蛋白质的氨基酸有20种，结构通式如下：,氨基酸共同的结构特征：,-碳原子上都含有氨基（-NH2）称为-氨基酸（脯氨酸除外）。-碳原子都是不对称碳原子。具有旋光异构现象（甘氨酸除外）除脯氨酸和甘氨酸外，组成人体蛋白质的氨基酸均属L-氨基酸。,1.非极性疏水性氨基酸R侧链中含有非极性、疏水性基团；2.极性中性氨基酸R侧链上含有极性但不电离的基团；3.酸性氨基酸R侧链中含有羧基；4.碱性氨基酸R侧链中含有氨基、胍基或咪唑基。,（二）氨基酸的分类,（三）氨基酸的理化性质,1两性解离与等电点2呈色反应3紫外吸收性质,1两性解离与等电点,1）氨基酸是两性电解质氨基酸分子中氨基可接受H+带正电荷，羧基可释放H+带负电荷。2）氨基酸的等电点在某一pH溶液中，氨基酸解离成正、负离子的趋势相等,成为兼性离子,净电荷为零,在电场中不移动,此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。,氨基酸在不同的pH溶液中的解离状态,2.呈色反应氨基酸与茚三酮在微酸性溶液中加热生成蓝紫色化合物，最大吸收峰为570nm波长。3.紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸等芳香族氨基酸在280nm波长处有一特征性吸收峰。,三、蛋白质分子中氨基酸的连接方式,1肽键一个氨基酸的COOH与另一个氨基酸的NH2脱水缩合所形成的CO-NH称为肽键。,肽键平面,概念:肽键中C-N键长介于单键和双键之间，具有部分双键性质，不能自由旋转，参与组成肽键的6个原子(C1-CO-NH-C2)位于同一刚性平面，称为肽键平面。肽键平面示意图:,2肽与多肽,肽：氨基酸通过肽键连接形成的化合物。二肽：两个氨基酸连接形成二肽。三肽：三个氨基酸连接形成三肽。多肽链：多个氨基酸连接成的链状化合物。氨基酸残基：多肽链中的氨基酸在形成肽键时由于脱水变得稍有残缺，被称为氨基酸残基。N-端和C-端：含自由-氨基的一端，称氨基末端或N-端，含自由-羧基的一端，称羧基末端或C-端。,第2节蛋白质的结构与功能,一、蛋白质的基本结构（蛋白质的一级结构）二、蛋白质的空间结构（一）蛋白质的二级结构（二）蛋白质的三级结构（三）蛋白质的四级结构三、蛋白质的结构与功能的关系,学习目标,1解释a-螺旋结构、-折叠结构、蛋白质一级结构、空间结构2比较蛋白质分子各级结构的主要化学键,说出蛋白质二级结构的主要形式3说出蛋白质各级结构的主要特征4简述蛋白质的结构与功能的关系,即:蛋白质的一级结构概念：氨基酸在蛋白质分子多肽链中的排列顺序称为蛋白质的一级结构。一级结构是蛋白质的基本结构，肽键是一级结构的主要结构键（主键）。胰岛素的一级结构：由两条多肽链构成，通过2个链间二硫键连接。,一、蛋白质的基本结构,二、蛋白质的空间结构,（一）蛋白质的二级结构（二）蛋白质的三级结构（三）蛋白质的四级结构,（一）蛋白质的二级结构二级结构概念：多肽链中的主链（由肽键平面构成）进行盘曲、折叠形成的有规律的、重复出现的空间结构，但不涉及各R侧链的空间位置。二级结构的主要形式：-螺旋、-折叠、-转角、无规卷曲。,概念:-螺旋是指多肽链的主链沿其长轴方向绕同一中心轴盘绕形成的螺旋状结构。-螺旋结构的特征：以肽键平面为单位，以-碳原子为旋转，顺时针走向，盘曲成右手螺旋；每3.6个氨基酸残基上升一圈,螺距为0.54nm;主链原子构成螺旋的主体，外观似弹簧样棒状结构，R基团均伸向螺旋外侧；螺旋圈之间，通过肽键中的C=0与-NH-形成氢键以稳固构象。氢键方向与螺旋长轴平行。,1-螺旋,-螺旋结构示意图,概念:-折叠是指由多肽链主链形成的相对伸展的锯齿状结构。由于常为两条或两条以上肽链侧向聚集在一起形似扇面状，故又称为-片层。-折叠结构的特征：多肽链几乎完全呈伸展状态，相邻的肽键平面彼此折叠成锯齿状（1100夹角）；氨基酸R侧链交错位于锯齿状结构上下方；两个以上肽段的-折叠平行排列；两条链的N-端在同一侧的称为顺向平行N-端与C-端在同一侧的称为逆向平行相邻肽段之间的肽键形成氢键维系稳定，氢键的方向与长轴垂直。,2-折叠,N-末端N-末端,C-末端N-末端,-折叠结构示意图,3-转角,-转角是指多肽链主链经180回折形成的U形转折结构。通常由4个连续的氨基酸残基构成，第一个残基的C=0与第四个残基的-NH-形成氢键，以维系构象的稳定。,-转角结构示意图,4无规卷曲无规卷曲是指多肽链中除以上几种比较规则的构象外，其余那些不规则排列、没有规律的那部分肽链构象，又称自由折叠。但在特定的蛋白质分子，这种构象形式则是固定的。,（二）蛋白质的三级结构,概念：多肽链在二级结构的基础上，由于R基团的相互作用，进一步盘曲、折叠而形成的空间结构，包括主、侧链中所有原子和基团在三维空间的整体排布。结构域：在三级结构的形成过程中，肽链中邻近的二级结构可折叠成一个或数个较为紧密、相对独立、具特定构象、承担不同功能的区域，称为结构域。,1疏水基团多积聚在分子内部，亲水基团则多分布在分子表面；2在分子表面或局部，可形成具有特定构象（多呈“口袋”、“洞穴”、或“裂缝”状）能发挥生物学功能的特殊区域；3依靠R基团之间形成的次级键亦称副键维系稳定，主要包括疏水键、离子键、氢键、范德华引力等，以疏水键最为重要；4由一条多肽链构成的蛋白质，三级结构为最高结构,形成三级结构才表现生物活性。,三级结构的特点如下：,维系蛋白质三级结构的化学键,离子键氢键疏水键范德华引力二硫键,蛋白质的三级结构示意图,四级结构概念:在蛋白质分子中,两个或两个以上亚基通过非共价键的相互作用，聚合成更为复杂的空间结构。亚基：由两条或两条以上多肽链组成的蛋白质，其中每一条具有独立三级结构的多肽链称为一个亚基。,（三）蛋白质的四级结构,1亚基单独存在时，一般不具有生物学功能；2在同一蛋白质分子中所含的亚基，可相同也可不相同；3各亚基之间形成的非共价键（包括氢键、盐键、疏水键和范德华引力等）维系四级结构的稳定性。,四级结构的特点如下：,蛋白质的四级结构示意图,Hb是由两个-亚基和两个-亚基构成的22四聚体,第三节蛋白质的理化性质,一、蛋白质的两性解离二、蛋白质的胶体性质三、蛋白质的沉淀与变性四、蛋白质的紫外吸收性质五、蛋白质的呈色反应,学习目标,1解释蛋白质等电点、电泳、蛋白质沉淀、蛋白质变性2分析不同的pH环境对蛋白质两性解离的影响3说出蛋白质胶体溶液的两个稳定因素4简述引起蛋白质变性的理化因素，描述变性蛋白质的本质及特点5简述蛋白质沉淀与变性作用在临床上的应用,一、蛋白质的两性解离,1、蛋白质为两性电解质肽链的N-端和C-端分别有游离的氨基和羧基,某些氨基酸R侧链中含有可解离的基团,如羧基、氨基、胍基、咪唑基等。酸性基团可释出H成阴离子，碱性基团可接受H成阳离子，故蛋白质为两性电解质。2、蛋白质的等电点（pI）在某一pH溶液中，蛋白质解离成阴离子和阳离子的趋势相等成为兼性离子，即净电荷为零，此时溶液的pH值称为该蛋白质的等电点。,蛋白质在不同pH溶液中的解离状态：,3、电泳概念：电泳是指带电颗粒在电场中向相反电极移动的现象。临床应用：通过电泳技术，可将混合蛋白质进行分离。醋酸纤维薄膜电泳可将血清蛋白质分成Alb、1-、2-、-、-球蛋白五条区带。血清蛋白电泳图谱：,正常值及临床意义：,清蛋白（AIb）65.77.6%明显降低见于严重肝炎、肝硬化、肾炎、肾病综合症。1-球蛋白2.31.7%2-球蛋白5.72.1%-球蛋白8.83.1%-球蛋白17.54.2%升高程度与肝炎严重程度成正比，慢性肝炎、肝硬化升高明显。,二、蛋白质的胶体性质,蛋白质溶液具有胶体溶液的性质：溶液扩散速度慢、粘度大，尤其重要的是不能透过半透膜。蛋白质胶体溶液的两个稳定因素：水化膜同性电荷,蛋白质胶体颗粒的沉淀,三、蛋白质的沉淀与变性,（一）蛋白质的沉淀1.概念：蛋白质分子从溶液中析出的现象称为蛋白质的沉淀。常用的沉淀方法有：1）盐析（一般不引起蛋白质变性）2）有机溶剂沉淀3）重金属盐沉淀4）某些酸沉淀盐,1.蛋白质变性的概念：在某些理化因素作用下,蛋白质分子特定的空间构象破坏，从而引起其理化性质改变及生物学活性丧失,这种现象称为蛋白质的变性。蛋白质变性的本质：主要是次级键的破坏和二硫键的断裂，不涉及一级结构的改。2.变性蛋白质的特点：生物学活性丧失，溶解度降低，粘度增加，易被蛋白酶水解。,（二）蛋白质的变性,（三）蛋白质变性在医学上的应用1）消毒灭菌如用酒精、紫外线照射、高温高压、蒸气等理化方法达到消毒灭菌目的。2）制备无蛋白血滤液3）防止蛋白质变性，有效保存生物制品（例如酶、蛋白质制剂、疫苗、菌种、抗毒素等）。,四、蛋白质的紫外吸收性质,蛋白质分子中的酪氨酸和色氨酸残基含有共轭双键，具有紫外吸收性质，吸收峰波长为280nm。蛋白质在280nm处的吸光度与蛋白质浓度呈正比。,五、蛋白质的呈色反应,（一）双缩脲反应（二）酚试剂反应（三）染料结合反应,（一）双缩脲反应,蛋白质及多肽分子中的肽键在碱性条件下与铜离子作用生成紫红色化合物，在540nm波长处吸光度与蛋白质的含量成正比。肽键越多反应颜色越深。,（二）酚试剂反应,蛋白质分子中的酪氨酸和色氨酸残基，在碱性条件下与酚试剂反应生成蓝色化合物，反应的灵敏度比双缩脲反应高100倍。,（三）染料结合反应,某些蛋白质在pHpI的环境中，能与阴离子染料结合产生颜色反应，其色泽深浅与蛋白质含量成正比。常用染料有：溴甲酚绿（BCG）、溴甲酚紫（BCP）、甲基橙等。临床上常用BCG结合法测定血清清蛋白。,第四节蛋白质的分类,一、按蛋白质形状分类二、按蛋白质组成分类三、按蛋白质功能分类,学习目标,1.简述蛋白质的分类概况2.说出单纯蛋白质与结合蛋白质的化学组成特点3.说出与物质代谢相关的活性蛋白质及其作用,一、按蛋白质形状分类,（一）纤维状蛋白质分子形状的长轴与短轴之比10，分子构象呈纤维状。例如毛发和指甲中的角蛋白、皮肤和结缔组织中的胶原蛋白、腱和韧带中的弹性蛋白质。（二）球状蛋白质分子形状的长轴与短轴之比10，整个分子呈球形或椭圆形。例如各种酶、免疫球蛋白、血红蛋白、肌红蛋白等。生物界多数蛋白质属球状蛋白质。,二、按蛋白质组成分类,（一）单纯蛋白质水解产物仅为氨基酸的一类蛋白质如清蛋白、