药学第4章 蛋白质的化学课件

1、 第 四 章 蛋白质的化学Protein Chemistry 蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。Whats Protein?第 一 节 蛋白质是生命的物质基础一、蛋白质是生物体重要组成成分 分布广:所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。 含量高:蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80。1）作为生物催化剂（酶）2）代谢调节作用3）免疫保护作用4）物质的转运和存储5）运动与支持作用6）参与细胞间信息传递二、蛋白质具有多样性的生物学

2、功能掌握1/16%100克样品中蛋白质的含量 ( g % )= 每克样品含氮克数 6.25100N一、蛋白质的元素组成：一、掌握二、蛋白质结构的基本单位氨基酸掌握 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 按理化性质分为四类：（二）氨基酸的分类：含环氨基酸：Tyr、Trp、Phe、His、Pro（一）（二） 等电点(isoelectric point, pI) 在某一pH溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点。pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子 阳离子阴离子氨基酸茚三酮水

3、合物 蓝紫色化合物其最大吸收峰在570nm处。意义：作为氨基酸的定量分析方法。与茚三酮反应生成蓝紫色化合物第 三 节 蛋白质的分子结构The Molecular Structure of Protein一级结构(primary structure)：基本结构构象二级结构(secondary structure)三级结构(tertiary structure)四级结构(quaternary structure)高级结构一、蛋白质的一级结构是蛋白质最基本、最重要的分子结构形式。一级结构决定蛋白质的空间结构、分子形状及功能。多肽链中氨基酸的排列顺序。定义掌握（一）肽键和肽链、肽键+-HOH甘氨酰甘氨

4、酸肽键肽键(peptide bond)概念： 是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的酰胺键。重点主要的化学键肽键 （共价键 主键）有些蛋白质还包括二硫键相关概念掌握 * 肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。* 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽* 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。* 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。* 多肽链是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。氨基酸的两端：氨基末端 ( N-端) 羧基末端

5、 ( C-端)主链 (C-N-C C-N-C ) 侧链 R蛋白质与多肽：氨基酸残基 数目分子量50 蛋白质50 多肽 10000 多肽10000 蛋白质（二）生物活性肽维持红细胞膜结构的稳定：消除氧化剂对红细胞膜结构的破坏作用。参与氧化还原反应：作为重要的还原剂，参与体内多种氧化还原反应；保护巯基酶的活性：使巯基酶的活性基团-SH维持还原状态；谷胱甘肽的生理功用：构象空间结构二、蛋白质的构象蛋白质的二级结构蛋白质的三级结构蛋白质的四级结构构象Robert Corey(1897-1971)1.参与组成肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2基本位于同一平面，此平面称为肽单元（肽键平面、酰胺平面）

6、 。掌握肽键平面示意图主要形式：-螺旋，-折叠，-转角及无规卷曲2.链内氢键 举例： 羊毛、头发、皮肤以及指甲中的-角蛋白是一个几乎都是由-螺旋组成的纤维蛋白。 -角蛋白的基本结构单位是由4个右手-螺旋组成的结构要点： 无规卷曲： 没有确定规律性的肽链结构。4.pro1- 4氢键核糖核酸酶分子中的二级结构-螺旋-折叠-转角无规卷曲 在蛋白质分子中，若干具有二级结构的肽段在空间上相互接近，形成具有特殊功能的结构区域称模体（motif)，也称蛋白质分子的超二级结构。（三）模体-超二级结构形式：、等是介于二级结构和结构域间的一种构象。转录因子MyoD的螺旋-环-螺旋模体7、结构域（domain）概念

7、：多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，进一步折叠形成一个或多个相对独立的致密的三维实体，即为结构域。结构域具有独特的空间结构和一定的生物学功能。是介于超二级结构和三级结构间的构象形式。（四）结构域纤连蛋白(fibronectin)分子的结构域(部分序列)各个结构域分别执行一种功能： 有可与细胞、胶原、DNA和肝素等配体结合（五）蛋白质的三级结构一整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子或基团在三维空间的排布位置。掌握疏水作用、离子键、氢键等。 主要的化学键次级键举例： 肌红蛋白是第一个被确定具有三级结构的蛋白质亚基之间的结合力主要是氢键、离子键（六）蛋白质的四级结构定义：二条或多

8、条具有独立三级结构的多肽链非共价键缔合 ，形成的空间结构。每条具有独立三级结构的多肽链，称为亚基 (subunit)。掌握同二聚体与异二聚体概念：同二聚体：由2个亚基组成的蛋白质四级结构中，亚基分子结构相同。异二聚体：亚基分子结构不同含有四级结构的蛋白质，单独的亚基一般没有生物学功能只有完整的四级结构寡聚体才有生物学功能？胰岛素举例：Hb蛋白质分子的结构层次考 考 你？问题1：是不是所有的蛋白质都有四级 结构？问题2：一条多肽链最高级结构是几级 结构？ 问题3：具有生物活性的蛋白质至少要 具备几级结构？（答案：不是）（答案：三级）（答案：三级）第 四 节 蛋白质的结构与功能Structure

9、and Function of Protein一、蛋白质一级结构与功能的关系1、一级结构不同、生物学功能各异如加压素与催产素均是9肽激素，只有两个氨基酸的差异。2、一级结构中“关键”部分相同，其功能也相同如促肾上腺皮质激素的124位氨基酸3、一级结构 “关键”部分变化，其生物活性也改变例：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)4、一级结构的变化与疾病的关系在镰刀状红细胞贫血患者中，由于基因突变导致血红蛋白-链第六位氨基酸残基由Glu改变为Val，血

10、红蛋白的亲水性明显下降，从而发生聚集，使红细胞变为镰刀状。 镰状细胞贫血(sickle cell anemia)由遗传突变引起的蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。二、蛋白质的空间构象与功能的关系1、蛋白质前体的活化如酶原的激活、胰岛素原的活化等2、蛋白质的变构现象概念：一些蛋白质由于受到某些因素的影响，其一级结构不变而空间构象发生一定的变化，导致其生物学功能的改变，称为蛋白质的变构现象或别构现象。 Hb的结构与功能的关系掌握肌红蛋白和血红蛋白的氧解离曲线Mb-直角双曲线HbS形曲线氧合Hb占总Hb的百分数* 协同效应(cooperativity) 蛋白质的一个亚基与其配体结合后，

11、能影响其另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。 正协同效应(positive cooperativity) 促进作用 负协同效应(negative cooperativity) 抑制作用O2血红素与氧结合后，铁原子半径变小，就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链位置的变动。0.075nm血红蛋白的变构（三）蛋白质构象改变与疾病 蛋白构象疾病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。例：疯牛病PrPc PrPSc 三、蛋白质的结构与生物进化有害有利：功能更完善疾病死亡从细胞色素C的一级结构看生物进化第 五 节 蛋白质的性质1

12、、概念：掌握*蛋白质的变性(denaturation) 在某些物理和化学因素作用下，蛋白质特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。二、蛋白质的变性造成变性的因素:如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等 。 破坏次级键,空间结构改变，但不涉及一级结构的破坏，即肽键不断裂）1.变性的本质: 天然状态，有催化活性 尿素、 -巯基乙醇 去除尿素、-巯基乙醇非折叠状态，无活性核糖核酸酶的变性与复性2.变性的结果： 生物学活性丧失（主要改变）； 理化性质改变 溶解度降低；粘度增加；结晶能力消失；易被蛋白酶水解在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链会相互缠绕继而

13、聚集，因而从溶液中析出。蛋白质沉淀变性的蛋白质易于沉淀，但沉淀的蛋白质不一定变性。若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能。*复性 (renaturation)3.变性的程度（分类）： 可逆性变性-除去变性因素可恢复活性 不可逆性变性-蛋白质变性后，不能复性。4.变性作用的意义灭菌消毒分离、制备生物活性物质（保护蛋白质、保证其生物活性）三、蛋白质的两性电离与等电点 四、蛋白质的胶体性质+带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜+带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质不稳定的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的聚沉茚三酮反应

14、 (ninhydrin reaction) 蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。 六、蛋白质的颜色反应蓝紫色化合物双缩脲反应 (biuret reaction) 蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为。 双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。思考：氨基酸有无此反应？第六节蛋白质的分离与纯化的基本原理二、蛋白质的分离纯化原则：将蛋白质提取分离出来，防止其生物活性的丧失。 凝胶过滤法（gel filtration)分子筛效应：大分子先洗脱下来小分子后洗脱下来蛋白质分子在一定pH的溶液中可带净的负电荷或带净的正电荷，故可在电场中发生移动。不同蛋白质分子所带

15、电荷量不同，且分子大小也不同，故在电场中的移动速度也不同，据此可互相分离。-+-清蛋白-球蛋白1-球蛋白2-球蛋白-球蛋白血 清 蛋 白 电 泳 图 谱第七节 蛋白质的分类蛋白质的结构复杂、种类繁多、分类方法也有多种。（一）按组成分类分子组成特点不同单纯蛋白质结合蛋白质全部由氨基酸组成包括清蛋白、精蛋白、硬蛋白、组蛋白结合蛋白质=单纯蛋白质+辅基按辅基不同，分为：核蛋白、 糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、 金属蛋白及色蛋白六大类（二）按分子形状组成分类球状蛋白：长短轴比小于10：1，多为具有生物活性的蛋白。 如E、Ig、受体、运输蛋白。纤维状蛋白：分子长条状，长短轴比在10 ：1以上。多为结构蛋白，例

16、如：胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白。（四）按功能分类（三）按溶解度分类可溶性蛋白醇溶性蛋白不溶性蛋白活性蛋白质非活性蛋白质单选题1、关于构成蛋白质的氨基酸的叙述，下列哪项是正确的 A除Gly外均为D构型 B除Gly外均为L构型 C只含有氨基和羧基 D均有极性侧链 E均能与双缩脲试剂呈紫色反应2、下列氨基酸中，只含非必需氨基酸的是 A碱性氨基酸 B含硫氨基酸 C支链氨基酸 D芳香族氨基酸 E酸性氨基酸 3、在以下混合蛋白质溶液中，各种蛋白质的pI分别为4.3、5.0、5.4 、6.5、7.4，电泳时欲使其都泳向正极，缓冲溶液的pH应该是 ApH4.1 BpH5.2 CpH6.0 DpH7.4 EpH

17、8.14、维持蛋白质分子中-螺旋 的化学键是 A肽键 B疏水键 C氢键 D二硫键 E离子键5、蛋白质变性 A由肽键断裂而引起 B都是不可逆的 C可使其生物活性丧失 D可增加其溶解度 E以上都不对6、蛋白质的一级结构是指 A蛋白质中的无规卷曲 B蛋白质分子的无规卷曲 C蛋白质分子内氨基酸以肽键相连接 D蛋白质分子内氨基酸的排列顺序 E蛋白质分子内的二硫键7、蛋白质中次级键不包括 A疏水键 B二硫键 C离子键 D氢键 E盐键 8、蛋白质对紫外线的最大吸收波长是 A320nm B260nm C280nm D190nm E220nm9、对具有四级结构的蛋白质进行分析时A只有一个自由的-羧基和一个自由的-氨基 B只有自由的-羧基，没有自由的-氨基C没有自由的-羧基，只有自由的-氨基D既没有自由的-羧基，又没有自由的-氨基E有