生物化学蛋白质的结构与功能

1、第二章 蛋白质结构与功效蛋白质 生命物质基础第1页学习目标掌握蛋白质的元素组成及其特点，会计算样品中蛋白质含量熟悉组成人体蛋白质的氨基酸种类和结构特点理解蛋白质分子结构与蛋白质的功能活性关系掌握蛋白质的理化性质及在医学上的应用第2页食物中蛋白质能否被人体直接吸收呢? 蛋白质必需经过消化成为各种氨基酸,才能被人体吸收和利用.氨基酸是蛋白质基本组成单位，组成人体有20种。第3页 什么是蛋白质?蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)经过肽键相连形成高分子含氮化合物。第4页 蛋白质是生物体主要组成成份分布广：全部器官、组织都含有蛋白质；细胞各个部分都含有蛋白质。含量高：蛋白质

2、是细胞内最丰富有机分子，占人体干重45，一些组织含量更高，比如脾、肺及横纹肌等高达80。种类多第5页蛋白质占干重 人体中（中年人） 人体 45% 水 55% 细菌 50%80% 蛋白质 19% 真菌 14%52% 脂肪 19% 酵母菌 14%50% 糖类 1% 白地菌 50% 无机盐 7%第6页 蛋白质是生命活动物质基础，没有蛋白质就没有生命。 蛋白质是含量最丰富生物大分子，含有各种生物学功效。第7页 蛋白质生理功效参加生物细胞或组织器官组成，起支持或保护作用催化作用：酶调整作用： 激素、钙调蛋白、生物活性肽收缩作用，含有收缩和运动功效 ：骨骼肌、肌动蛋白载体作用,运输和储存功效:血红蛋白、清

3、蛋白、脂蛋白保护和免疫作用：凝血酶原、免疫球蛋白缓冲作用：血浆蛋白质（组成缓冲对，缓冲血液Ph值作用）其它：生长发育、繁殖、遗传、学习记忆、组织修复、物质代谢第8页第一节 蛋白质分子组成蛋白质的元素组成及其特点蛋白质的基本组成单位氨基酸（一）氨基酸结构（二）氨基酸分类第9页一，蛋白质元素组成及其特点，蛋白质元素组成:碳 5055 氮1517%氢 68 硫04氧2023 磷 01%还有少许铁,锌,锰,钼,碘,铜等第10页，特点：一切蛋白质都含有N,而且各种蛋白质含氮含量相当恒定，平均为16%。一，蛋白质元素组成及其特点样品蛋白质含量计算公式：100g样品中蛋白质含量（%）=每克样品中含氮克数6.

4、25100第11页思索题：已知某品牌奶粉100g，已测出其中含氮克数为2g，求100g该样品中蛋白质含量（%）？ 解析： 蛋白质含量(g%)= 21006.25100 = 26.25 = 12.5%第12页第13页我们非常缺蛋白质头大，嘴小，浮肿，低烧，智力低下 。 安徽阜阳 空壳奶粉，脂肪、蛋白质和碳水化合物等基本营养物质不及国家标准三分之一，造成婴儿严重营养不良，四肢短小，身体瘦弱，脑袋偏大，被称为“大头娃娃”，越长越轻，甚至出现心、肝、肾等器官功效衰竭而死亡。第14页毒奶粉 三聚氰胺事件事故起因是很多食用三鹿集团生产奶粉婴儿被发觉患有肾结石，患儿数量多，甚至死亡，引发各国对乳制品安全担忧

5、，中国国家质检局对国内乳制品厂家生产婴幼儿奶粉进行检测，事件快速恶化，包含伊利、蒙牛、光明、圣元及雅士利在内22个厂家产品中都检测出三聚氰胺，该事件重创中国制造商品信誉，多个国家禁止了中国乳制品进口。 “三鹿奶粉事件”暴露了不法分子在奶粉中添加了三聚氰胺。三聚氰胺俗称蛋白精，其分子式为C3N6H6，含氮量为66%左右，实际上三聚氰胺是一个化工原料，因为它是一个结晶粉末，没有什么味道和气味，掺杂后不易被发觉，所以不法分子往奶粉里加入三聚氰胺，主要是想提升蛋白质含量。现在检测蛋白质方法都是经过检测里面氮来推算蛋白质，一些不法分子为了牟取暴利，可能在奶里面加一些水等，蛋白质含量就不够了，为了增加蛋白

6、质含量就添加三聚氰胺，三聚氰胺里含氮，这就是他们添加三聚氰胺目标。 三聚氰胺粉末第15页 毒奶粉危害1，蛋白质摄入不足，造成营养不良虚胖（大头娃娃）2，长久摄入三聚氰胺会造成生殖、泌尿系统损害，膀胱、肾部结石，并可深入诱发膀胱癌。第16页二，蛋白质基本单位氨基酸 酸水解： 蛋白质 氨基酸 碱水解： 蛋白质 氨基酸 酶水解： 蛋白质 氨基酸证实：氨基酸是蛋白质基本组成单位第17页 组成人体蛋白质20种氨基酸均属于L-氨基酸 存在自然界中氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质氨基酸仅有20种，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。第18页（一）氨基酸结构 组成蛋白质氨基酸1、结构通式羧基氨基侧链基团第1

7、9页 每种氨基酸分子中最少都含有一个氨基和一个羧基，而且连接在同一个碳原子上，故称-氨基酸（脯氨酸除外：亚氨基NH2+）。除甘氨酸R为H外，其它氨基酸C是不对称碳原子，所以含有L型与D型两种不一样构型，组成人体都是L型。不一样氨基酸R侧链各异，它们分子量、解离程度和化学反应性质也不相同。 2、结构特点：第20页 脯氨酸（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2第21页二，氨基酸分类及其结构 甘氨酸 Glycine 脂肪族氨基酸1、按R基团化学结构分类第22页氨基酸结构 脂肪族氨基酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine第23页氨基酸结构 甘

8、氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine缬氨酸 Valine 脂肪族氨基酸第24页氨基酸结构 甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine缬氨酸 Valine亮氨酸 Leucine 脂肪族氨基酸第25页氨基酸结构 甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine缬氨酸 Valine亮氨酸 Leucine异亮氨酸 Ileucine 脂肪族氨基酸第26页氨基酸结构 丝氨酸 Serine 含羟基氨基酸第27页氨基酸结构 丝氨酸 Serine 苏氨酸 Threonine 丝氨酸 Serine 含羟基氨基酸第28页氨基酸结构 甲硫氨酸 Methionine 含硫氨基酸第29页氨基酸结构 甲硫氨酸 M

9、ethionine半胱氨酸 Cysteine 含硫氨基酸第30页氨基酸结构 天冬氨酸 Aspartate 酸性氨基酸第31页氨基酸结构 天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸 Glutamate 酸性氨基酸第32页氨基酸结构 天冬酰胺 Asparagine 含酰胺氨基酸第33页氨基酸结构 天冬酰胺 Asparagine谷氨酰胺 Glutamine 含酰胺氨基酸第34页氨基酸结构 碱性氨基酸精氨酸 Arginine第35页氨基酸结构 碱性氨基酸精氨酸 Arginine赖氨酸 Lysine第36页氨基酸结构 碱性氨基酸精氨酸 Arginine赖氨酸 Lysine组氨酸 Histidine第37页氨基

10、酸结构 芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine第38页氨基酸结构 芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine第39页氨基酸结构 芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸 Trytophan第40页氨基酸结构 脯氨酸 Proline 亚氨基酸第41页2，依据R侧链极性分类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第42页1. 中性氨基酸：侧链基团在中性溶液中不发生解离，因而不带电荷氨基酸。可分为： a) 极性氨基酸：Tyr，Cys，Ser，Thr，Asn，Gln，Met，Trp； b) 非极性氨基酸：Gly，Ala，V

11、al，Leu，Ile，Pro，Phe。 第43页（a）、非极性疏水性氨基酸 特点：含有非极性侧链，含有疏水性（在中性水溶液中溶解度较小）,共7种。甘氨酸 （Gly）丙氨酸 （Ala）缬氨酸 （Val）亮氨酸 （Leu）异亮氨酸 （Ile）苯丙氨酸 （Phe）脯氨酸 （Pro）第44页 （b）、极性中性氨基酸 特点：含有极性基团，在水中溶解度较大。 色氨酸 （Trp） 丝氨酸 （Ser） 酪氨酸 （Tyr） 半胱氨酸 （Cys） 蛋氨酸 （Met） 天冬酰胺 （Asn） 谷氨酰胺 （Gln） 苏氨酸 （Thr）共8个第45页2，酸性氨基酸 特点:侧链基团在中性溶液中解离后带负电荷氨基酸。在生理条

12、件下带负电荷（酸性羧基）天冬氨酸（Asp）谷氨酸（Glu） 共2种第46页3,碱性氨基酸 特点：侧链基团在中性溶液中解离后带正电荷氨基酸。在生理条件下带正电荷（碱性氨基）赖氨酸（Lys）精氨酸（Arg）组氨酸（His） 共3种第47页从营养学角度分类： 必需氨基酸：8种 “ 笨蛋来宿舍晾一凉鞋” 苯丙氨酸蛋氨酸（甲硫氨酸） 赖氨酸苏氨酸色氨酸亮氨酸异亮氨酸缬氨酸 半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸 非必需氨基酸第48页第二节蛋白质de分子结构第49页 蛋白质分子结构包含一级结构二级结构三级结构四级结构基础结构空间结构第50页第51页氨基酸结合方式一，氨基酸在多肽链中连接方式CHCOOHR1CHNH2

13、COOHR2NH2COHNHOH第52页氨基酸结合方式CHR1NH2OHCOH2OCHCOOHR2HNH第53页氨基酸结合方式:脱水缩合肽键CHCOOHR3HNOHHCCHR1NH2COCHR2HNO二肽H2OH2O第54页氨基酸结合方式:脱水缩合CCHR1NH2COCHR2HNO肽键二肽CHCOOHR3HNH2O肽键三肽以这类推，由多个氨基酸分子缩合而成含有多个肽键化合物，叫多肽（链状）。H2O第55页蛋白质中氨基酸连接 肽键 肽键 是由一个氨基酸-羧基（-COOH）与另一个氨基酸-氨基（-NH2）脱水缩合而形成酰胺键（-CO-NH-）。第56页两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形

14、成三肽肽链中氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基。由十个以内氨基酸相连而成肽称为寡肽，由更多氨基酸相连形成肽称多肽。第57页N 末端：多肽链中有游离-氨基一端（左）C 末端：多肽链中有游离-羧基一端（右）多肽链有两端：多肽链是指许多氨基酸之间以肽键连接而成一个结构。第58页N末端C末端牛核糖核酸酶第59页（二）生物活性肽：生物体内含有一定生物学活性肽类物质称生物活性肽。主要生物活性肽有谷胱甘肽、神经肽、肽类激素等。第60页1. 谷胱甘肽（glutathione, GSH）：谷胱甘肽是一个称为-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸三肽化合物。第61页还原型与氧化型谷胱甘肽相互转变Glu-Cys-G

15、ly | S | S |Glu-Cys-Gly-2H+2H谷胱甘肽分子中巯基可氧化或还原，故有还原型（GSH）与氧化型（GSSG）两种存在形式。2 Glu-Cys-Gly | SH第62页解毒作用：与毒物或药品结合，消除其毒性作用；参加氧化还原反应：作为主要还原剂，参加体内各种氧化还原反应；保护巯基酶活性：使巯基酶活性基团-SH维持还原状态；维持红细胞膜结构稳定：消除氧化剂对红细胞膜结构破坏作用。谷胱甘肽生理功用：第63页第64页第65页 半胱氨酸 +二硫键-HH第66页一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功效基础。第67页二级结构三级结构四级结构三，蛋白质空间结构第68页 肽键平面 形成肽键

16、C-N键含有部分双键性质，不能旋转，使得形成酰胺键四个原子及相邻C处于同一平面上叫肽键平面。它是蛋白质构象基本结构单位。第69页CCHR1NH2COCHR2HNOCOOH第70页第71页第72页1，-螺旋 定义： 多肽链主链围绕中心轴作有规律螺旋式上升结构，螺旋走向为顺时针方向，称右手螺旋。 作用力：氢键第73页 结构关键点： 多肽链主链围绕中心轴形成右手螺旋，侧链伸向螺旋外侧。 每圈螺旋含3.6个氨基酸，螺距为0.54nm，即0.15nm/氨基酸残基。 每个肽键亚氨氢（H)和第四个肽键羰基氧(CO)形成氢键保持螺旋稳定。氢键与螺旋长轴基本平行。第74页第75页影响-螺旋稳定原因有： 极大侧链

17、基团（存在空间位阻）； 连续存在侧链带有相同电荷氨基酸残基（同种电荷互斥效应）；第76页2， b-折叠定义： 多肽链主链以碳原子为旋转点，相邻肽键平面依次折叠成锯齿状结构。作用力：氢键第77页第78页第79页3， -转角定义： 在肽链进行180回折时转角上，通常由四个氨基酸残基组成，其中第二个残基常为脯氨酸。作用力：氢键第80页第81页4，无规卷曲 定义： 是指多肽链中没有确定规律性那部分肽链构像。第82页第83页第84页（二）三级结构定义： 蛋白质多肽链在各种二级结构基础上再深入盘曲或折叠形成含有一定规律三维空间结构，称为蛋白质三级结构。作用力： 次级键（副键），包含氢键、离子键、疏水键、盐

18、键以及范德华力等。第85页第86页第87页第88页肌红蛋白N 端 C端 三级结构对于蛋白质分子形状及其功效活性部位形成起主要作用。第89页第90页第91页第92页含10个以下亚基蛋白质分子称为寡聚体10个以上称为多聚体由相同亚基组成多聚体称为同源多聚体，不一样亚基组成则称为异源多聚体第93页第94页血红蛋白（Hb） 只有完整四级结构才含有生物活性。第95页三 蛋白质结构与功效关系 蛋白质结构与功效关系亲密，结构是功效基础，功效是结构表达。第96页第97页第98页一级结构 空间构象 功效1.一级结构中“关键”部分相同,其功效相同。 如：不一样动物起源胰岛素用于治疗人糖尿病2、一级结构中“关键”部

19、分改变,其功效也改变。 如：镰刀状红细胞性贫血第99页例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽链HbA 肽 链N-val his leu thr pro val glu C(146) （谷氨酸）（缬氨酸） 这种由蛋白质分子发生变异所造成疾病，称为“分子病”。第100页 突变造成本是可溶性血红蛋白聚集成丝，相互粘着，造成红细胞变形而成镰刀状，极易破碎造成贫血。第101页二、空间结构与功效关系蛋白质功效依赖特定空间结构： Hb血红蛋白为例， Hb在氧分压低时极难结合氧，随氧分压升高，结合氧能力急剧上升。 氧分子与Hb一个亚基结合后，引

20、发亚基构象改变这一现象称为变构效应，氧分子则称为变构效应剂， Hb称为变构蛋白。第102页血红蛋白氧饱和曲线第103页蛋白质四级结构与功效关系变构效应第104页第105页疯牛病中蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引发一组人和动物神经退行性病变。正常PrP富含-螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质作用下可转变成全为-折叠PrPsc，从而致病。PrPc-螺旋PrPsc-折叠正常疯牛病第106页第三节 蛋白质主要理化性质第107页一，两性解离及等电点 蛋白质分子除两端氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中一些基团，在一定溶液pH条件下都可解离成带负电荷或

21、正电荷基团。 蛋白质等电点(pI) 当蛋白质溶液处于某一pH值时，蛋白质解离成正、负离子趋势相同，即成为兼性离子或两性离子，净电荷为零，此时溶液pH值成为该蛋白质等电点（pI） 。第108页PrCOOHNH3+PrCOO-NH3+PrCOO-NH2OH-H+OH-H+pH=pIpHpIpHpI 蛋白质颗粒带正电荷（阳离子）（H+）pHpI 蛋白质颗粒带负电荷（阴离子）（OH）第109页 人体体液： pH 7.4 蛋白质： pI 5.0 人体大多数蛋白质解离成阴离子第110页一、蛋白质理化性质所谓电泳，即带电粒子在电场中向与所带电荷电性相反方向移动现象。因为蛋白质分子普通是带电荷粒子，在电场中，

22、带负电荷蛋白质往正极移动，带正电荷蛋白质往负极移动，分子量小，带电荷多蛋白质速度快，所以可用电泳方法进行蛋白质分离和纯化，以及辅助诊疗疾病。如临床上惯用血清蛋白电泳来诊疗肝病。蛋白质带电性和电泳第111页正常血清蛋白电泳图片慢性肝病时，血清蛋白电泳出现异常：即清蛋白降低，球蛋白增多。第112页某一蛋白质分子等电点为12.6，溶液PH为7，在电场中，该蛋白质往（ ）移动第113页二，胶体性质 1，蛋白质是相对分子质量较高有机化合物，分子颗粒在1100nm范围之内，属于胶体颗粒，因溶于水，称亲水胶体。蛋白质在水溶液中稳定两大原因： 水化膜 预防蛋白质从溶液中析出 电荷 2，蛋白质颗粒大，含有不通透性半透膜第114页+带正电荷蛋白质带负电荷蛋白质在等电点蛋白质水化膜+带正电荷蛋白质带负电荷蛋白质不稳定蛋白质颗粒酸碱酸碱酸碱脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质聚合沉淀第115页蛋白质胶体性质蛋白质胶体不能透过半透膜 将分子量大蛋白质和分子量小物质如无机盐混合装入含有半透膜性质透析袋内，再将透析袋置入水中，则可分离开来。第116页蛋白质胶体性质蛋白质超速离心 利用机械快速旋转所产生离心力将不一样密度蛋