生物化学本科教学课件共21章

1、1 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 The Structures and The Functions of Proteins 第二章第二章2 第一节第一节 蛋白质在生命活动中的重要功能蛋白质在生命活动中的重要功能 * 蛋白质是生命的物质基础蛋白质是生命的物质基础 蛋白质普遍存在于生物界蛋白质普遍存在于生物界 3 *蛋白质称为功能分子或工作分子蛋白质称为功能分子或工作分子 （working molecules） *蛋白质组蛋白质组（proteome） 蛋白质组即是在整体水平上研究生物体蛋白质组即是在整体水平上研究生物体 所有基因编码蛋白质的组成与其在生命所有基因编码蛋白质的组成与其在生命

2、活动中的规律，是整个机体生命活动过活动中的规律，是整个机体生命活动过 程中表达所有蛋白质的总和。程中表达所有蛋白质的总和。 *蛋白质组学蛋白质组学（proteomics） 研究蛋白质组的学科蛋白质组学研究蛋白质组的学科蛋白质组学4重要生理功能重要生理功能1. 催化功能催化功能 参与代谢反应的各种酶参与代谢反应的各种酶2. 调节功能调节功能 激素、激素、 生长因子等生长因子等3. 保护和支持功能保护和支持功能 胶原蛋白等胶原蛋白等4. 运输功能运输功能 血红蛋白、载脂蛋白、血红蛋白、载脂蛋白、 运铁蛋白等运铁蛋白等55. 储存和营养功能储存和营养功能 肌红蛋白储氧、肌红蛋白储氧、 铁蛋白储铁、铁

3、蛋白储铁、 乳汁中酪蛋白乳汁中酪蛋白6. 收缩和运动功能收缩和运动功能 肌动球蛋白肌动球蛋白7. 防御功能防御功能 免疫球蛋白免疫球蛋白8. 识别功能识别功能 受体受体69. 信息传递功能信息传递功能 G蛋白蛋白 、 环化酶、环化酶、 蛋白激酶蛋白激酶10. 基因表达调控功能基因表达调控功能 组蛋白、组蛋白、 非组蛋白非组蛋白11. 凝固功能凝固功能 凝血因子凝血因子12. 蛋白质的其他众多生理功能蛋白质的其他众多生理功能 7 第二节第二节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成 一、蛋白质的元素组成和分子量一、蛋白质的元素组成和分子量 1. 基本元素：基本元素：C、H、O、N、S 2. 含有少量含

4、有少量Fe、P、Zn、Mn、Cu、I等元素等元素 3. 其中其中N含量相对恒定，平均为含量相对恒定，平均为16% 100克蛋白质克蛋白质中含中含 16克克N, 1克克N相当含相当含6.25 克蛋白质克蛋白质8*氨基酸的命名氨基酸的命名二、蛋白质的氨基酸组成二、蛋白质的氨基酸组成 *概述概述 1. 蛋白质的构件分子蛋白质的构件分子(building-block molecule) 是氨基酸是氨基酸(amino acid, aa ) CHO HO C H CH2OH L-甘油醛甘油醛93. 自然界存在的氨基酸自然界存在的氨基酸300多种多种4. 参与蛋白质组成的并受遗传密码控制参与蛋白质组成的并受

5、遗传密码控制 氨基酸氨基酸20种，不存在种族差异和个体差异种，不存在种族差异和个体差异103.组成蛋白质的组成蛋白质的20种氨基酸共同特点种氨基酸共同特点 1) 碳原子上有碳原子上有 羧基和羧基和 氨基氨基 2) 碳原子相连的四个原子或基团碳原子相连的四个原子或基团 除甘氨酸外各不相同除甘氨酸外各不相同, 碳原子是碳原子是 不对称碳原子不对称碳原子 COOH H2N C H R 11 COOH H2N C H H NH COOH 甘氨酸甘氨酸 脯氨酸脯氨酸3) 除甘氨酸不具有不对称碳，脯氨酰是除甘氨酸不具有不对称碳，脯氨酰是 亚氨基酸外，其余均为亚氨基酸外，其余均为,-氨基酸。氨基酸。1213

6、 1. 1. 氨基酸的分类氨基酸的分类化学结构不同化学结构不同脂肪族脂肪族芳香族芳香族Tyr,Phe,Trp杂环杂环His,Pro支链支链Arg,Thr,Val,Ile,Leu直链直链Asp,Asn,Glu,Gln,Lys,Ser,Cys,Gly,Ala,Met14 酸碱性不同酸碱性不同 酸性酸性Asp,Glu （二羧基一氨基）（二羧基一氨基）碱性碱性,Lys His,Arg（一羧基二氨基）一羧基二氨基） 中性中性（一羧基一氨基）（一羧基一氨基） 亲水亲水 疏水疏水极性极性Ser,Thr,Cys,Try,Asn,Gln,Met 非极性非极性 Gly,Ala,Val,Ile, Leu,Phe,T

7、rp,Pro15酸性氨基酸酸性氨基酸aspartic acid(Asp)glutamic acid (Glu)16碱性氨基酸碱性氨基酸 咪唑基咪唑基胍基胍基lysine arginine histidine(Lys) (Arg) (His)17中性氨基酸中性氨基酸1. 极性氨基酸极性氨基酸serine threonine cysteinetyrosinemethionine asparagine glutamine tryptophane ( Met ) (Asn) ( Gln) (Trp)吡咯环吡咯环苯环苯环酰胺基酰胺基18中性氨基酸中性氨基酸2.非极性氨基酸非极性氨基酸glycine (G

8、ly) alanine (Ala)valine (Val)phenylalanine (Phe)19leucine (Leu)isoleucine (Ile)proline (Pro)20芳香族氨基酸芳香族氨基酸tyrosine (Tyr)Tryptophane ( Trp)phenylalanine (Phe)213) 医学营养学把医学营养学把20种氨基酸分为营养必需种氨基酸分为营养必需 氨基酸氨基酸（essential amino acid，EAA）和营养非和营养非 必需氨基酸必需氨基酸（non essential amino acid，NEAA） * 不受遗传密码控制的氨基酸不受遗传密码

9、控制的氨基酸 胱氨酸胱氨酸 羟脯氨酸羟脯氨酸 羟赖氨酸羟赖氨酸 -羧基谷氨酸羧基谷氨酸22胱氨酸胱氨酸23 OH HC CH2 H2N CH2 CH CH2 CH2 CH COOH HC CH2 COOH OH NH2 NH 4-羟基脯氨酸羟基脯氨酸 5-羟赖氨酸羟赖氨酸NH2-C-C-C-COOHCOOHCOOH -羧基谷氨酸羧基谷氨酸24 2. 氨基酸的重要理化性质氨基酸的重要理化性质 两性电离与等电点两性电离与等电点 (isoelectric point,pI)(isoelectric point,pI) 氨基酸在水溶液中能两性解离而成氨基酸在水溶液中能两性解离而成 兼性离子兼性离子 2

10、5 R-CH-COOH NH2 0H - H+R-CH-COO- R-CH-COO- R-CH-COOH -H2O NH2 NH3+ NH3+ 阴离子阴离子 氨基酸氨基酸兼性离子兼性离子 阳离子阳离子 pH pI pH= pI pH pI pH= pI pH pI 二、两性电离与等电点二、两性电离与等电点 1. 多价的兼性离子多价的兼性离子89表表 212人体内一些蛋白质的等电点人体内一些蛋白质的等电点 *利用蛋白质不同的分子量与等电点利用蛋白质不同的分子量与等电点 电泳方法分离提纯和鉴定蛋白质电泳方法分离提纯和鉴定蛋白质9091三、三、 紫外吸收特征与蛋白质定量分析紫外吸收特征与蛋白质定量分

11、析 1. 在在280nm波长处有紫外吸收峰，可进行波长处有紫外吸收峰，可进行 定量分析定量分析 2.2.蛋白质的呈色反应蛋白质的呈色反应 a.a.双缩脲反应双缩脲反应 b. .酚试剂反应，灵敏度比双缩脲反应酚试剂反应，灵敏度比双缩脲反应高高92思考思考：常用蛋白质的分离方法常用蛋白质的分离方法常用蛋白质的定性定量方法常用蛋白质的定性定量方法 93 四、蛋白质的变性四、蛋白质的变性（denaturation） 1.蛋白质的变性的蛋白质的变性的定义定义: : 变性是指在一些物理或化学因素作用下，变性是指在一些物理或化学因素作用下， 使蛋白质分子空间结构破坏，从而引起蛋使蛋白质分子空间结构破坏，从而

12、引起蛋 白质理化性质改变及生物活性丧失的过程。白质理化性质改变及生物活性丧失的过程。 94 2.2.蛋白质变性的机理：蛋白质变性的机理： 蛋白质分子中非共价键断裂，使蛋白质蛋白质分子中非共价键断裂，使蛋白质 分子从严密且有序的空间结构转变成杂分子从严密且有序的空间结构转变成杂 乱松散、无序的空间结构。乱松散、无序的空间结构。 3. 3.蛋白质变性的物理、化学条件：蛋白质变性的物理、化学条件： 有加热、紫外线、有加热、紫外线、X X射线和有机溶剂射线和有机溶剂 如：乙醇、尿素、胍和强酸、强碱、重如：乙醇、尿素、胍和强酸、强碱、重 金属盐等。金属盐等。954.4.理化性质的变化理化性质的变化 溶解

13、度降低，容易沉淀析出，溶解度降低，容易沉淀析出， 粘度增加，易被蛋白水解酶水解粘度增加，易被蛋白水解酶水解5.5.蛋白质变性若变性时间短，程度较轻，蛋白质变性若变性时间短，程度较轻， 在合适的条件下可恢复其天然空间结构在合适的条件下可恢复其天然空间结构 及生物学活性。称为蛋白质复性。及生物学活性。称为蛋白质复性。 （renaturationrenaturation）96976.6.变性理论在实际中的应用变性理论在实际中的应用 1) 1)低温保存具有生物活性蛋白质，防止低温保存具有生物活性蛋白质，防止 其变性失活其变性失活 2) 2)用紫外线、高压蒸汽、酒精等变性因用紫外线、高压蒸汽、酒精等变性因 素使细菌蛋白变性失活进行消毒灭菌。素使细菌蛋白变性失活进行消毒灭菌。98五、五、 蛋白质的别构作用蛋白质的别构作用（allosteric effect） 蛋白质蛋白质别构作用与变性作用的区别别构作用与变性作用的区别 别构作用别构作用 变性作用变性作