蛋白质的结构与功能 正常人体机能课件

蛋白质的结构与功能01氨基酸基本组成单位——氨基酸(aminoacid,AA)参与编码蛋白质的基本氨基酸，只有20种。氨基酸的通式CCOOHHRH2N1.

20种AA中除Pro外，与羧基相连的α-碳原子上都有一个氨基，因而称α-氨基酸。2.

不同的α-AA，其R侧链不同。氨基酸R侧链对蛋白质空间结构和理化性质有重要影响。3.

除Gly的R侧链为H原子外，其他AA的α-碳原子都是不对称碳原子，可形成不同的构型，因而具有旋光性。氨基酸组成人体蛋白质的氨基酸都为L-α-AA（Gly,Pro除外）。氨基酸的分类按侧链的结构和理化性质可分为：非极性、脂肪族氨基酸极性、中性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸甘氨酸glycineGlyG5.97丙氨酸alanineAlaA6.00缬氨酸valineValV5.96亮氨酸leucineLeuL5.98异亮氨酸isoleucineIleI6.02苯丙氨酸phenylalaninePheF5.48脯氨酸prolineProP6.30支链氨基酸亚氨基酸Phe脯氨酸Pro吡咯烷环--杂环氨基酸色氨酸tryptophanTrpW5.89丝氨酸serineSerS5.68酪氨酸tyrosineTyrY5.66半胱氨酸cysteineCysC5.07蛋氨酸methionineMetM5.74天冬酰胺asparagineAsnN5.41谷氨酰胺glutamineGlnQ5.65苏氨酸threonineThrT5.602.极性中性氨基酸含酰胺基氨基酸色氨酸Trp酪氨酸Tyr芳香族氨基酸吲哚环--杂环氨基酸TyrSer天冬氨酸asparticacidAspD2.97谷氨酸glutamicacidGluE3.22赖氨酸lysineLysK9.74精氨酸arginineArgR10.76组氨酸histidineHisH7.593.酸性氨基酸4.碱性氨基酸εδγβδ-胍基咪唑基—杂环氨基酸δγβγβ氨基酸注射液1968年美国Dudrick，在研究人体营养学工作中，利用结晶氨基酸配出了氨基酸输液，挽救了很多病人的生命。用于大面积烧伤、创伤及严重感染等应激状态下肌肉分解代谢亢进、消化系统功能障碍、营养恶化及免疫功能下降的病人的营养支持，亦用于手术后病人，改善其营养状态。氨基酸营养输液是继“疫苗”、“维生素”、“抗生素”之后，被誉为二十世纪医疗史上的四个里程碑。肽与肽键)肽键氨基酸残基(residue)寡肽；多肽;蛋白质。蛋白质的结构与功能01蛋白质的分类蛋白质的分类按组成成分：单纯蛋白（仅含氨基酸）结合蛋白（单纯蛋白+辅基）

按形状分：球蛋白纤维蛋白蛋白质的结构与功能01蛋白质的空间结构蛋白质的分子结构包括:一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)蛋白质的二级结构*蛋白质的二级结构是指多肽链中主链骨架原子的局部空间排布，不涉及氨基酸侧链的构象。*稳定因素：氢键二级结构的主要结构单位——肽单元（peptideunit）二级结构的主要化学键——氢键(hydrogenbond)肽单元（peptideunit）肽键与相邻的两个α-C原子所组成的残基，称为肽单元、肽单位、肽平面或酰胺平面(amideplane)。它们均位于同一个平面上，且两个α-C原子呈反式排列。常见的蛋白质二级结构肽单元上Cα所连的两个单键的旋转角度，决定两个相连肽单元的相对空间位置，由于肽平面和氨基酸残基侧链R基对多肽链构象的限制作用，二级结构只有以下几种主要形式：α-螺旋(α-helix)β-折叠(β-pleatedsheet)β-转角(β–turnorβ-bend)无规卷曲(randomcoil)α-helix多个肽平面通过Cα的旋转，相互之间紧密盘曲成稳固的右手螺旋。主链螺旋上升，每3.6个氨基酸残基上升一圈，螺距0.54nm。肽平面和螺旋长轴平行。氨基酸的侧链伸向螺旋的外侧。螺旋的稳定是靠氢键。氢键方向与长轴平行。

β-pleatedsheet①是肽链相当伸展的结构，肽平面之间折叠成锯齿状，相邻肽平面间呈110°角。②依靠两条肽链或一条肽链内的两段肽链间的羰基氧与亚氨基氢形成氢键，使构象稳定。也就是说，氢键是稳定β-折叠的主要化学键。蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构的基础上,由于氨基酸残基侧链R基的相互作用进一步盘曲或折迭而形成的特定构象。也就是整条多肽链中所有原子或基团在三维空间的排布位置。肌红蛋白(myoglobin,Mb)一条长为153个氨基酸的多肽链和一个血红素辅基组成。共有8段-螺旋结构(A-H）功能:储存O2蛋白质的分子结构包括:蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠次级键，包括氢键、盐键、疏水键以及范德华力等。此外，某些蛋白质中二硫键也起着重要的作用。蛋白质的四级结构二条或二条以上具有独立三级结构的多肽链组成的蛋白质。其中，每条具有独立三级结构的多肽链称为亚基(subunit)。由两个或两个以上亚基之间彼此以非共价键相互作用形成的更为复杂的空间构象，称为蛋白质的四级结构。血红蛋白四级结构示意图主要稳定因素：非共价键，氢键，离子键，疏水键蛋白质的结构蛋白质的结构与功能01蛋白质的理化性质及应用蛋白质的理化性质蛋白质是由氨基酸组成的大分子化合物，其理化性质一部分与氨基酸相似，如两性电离及等电点、紫外吸收、呈色反应等。也有一部分又不同于氨基酸，如高分子量、胶体性质、沉淀、变性和凝固等。蛋白质的两性电离及等电点在某一溶液中，蛋白质所带正负电荷相等，净电荷为零时，此时该溶液的pH值即为该蛋白质的等电点(isoelectricpoint，pI)。蛋白质的等电点（pI）蛋白质的胶体性质蛋白质分子量颇大，可自一万至百万之巨，故其分子的大小已达到胶粒1～100nm范围之内。因此蛋白质溶液具有胶体溶液的性质。稳定该亲水胶体的因素是：水化膜、颗粒表面电荷。蛋白质的变性天然蛋白质在某些物理或化学因素作用下，其特定的空间结构被破坏，从而导致理化性质改变和生物学活性的丧失，称为蛋白质的变性作用(denaturation)。变性主要是二硫键及非共价键的断裂，并不涉及一级结构氨基酸序列的改变。变性因素：加热、有机溶剂、强酸、强碱、重金属等蛋白质变性的应用：利用：高温、高压灭菌利用：低温保存酶、疫苗等，防止蛋白质变性。蛋白质的复性变性并非是不可逆的变化，当变性程度较轻时，如去除变性因素，有的蛋白质仍能恢复或部分恢复其原来的构象及功能，变性的可逆变化称为复性（renaturation）。蛋白质的沉淀蛋白质变性后，疏水基团暴露，相互之间容易聚集而发生沉淀。值得注意的是，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。蛋白质的吸收光谱及几种呈色反应蛋白质的特征紫外吸收光波长—280nm（Trp、Tyr的贡献）2.呈色反应——常可用于蛋白质定量双缩脲反应(BiuretReaction)两个或两个以上的肽键在碱性条件下与Cu2+反应生成紫红色物质Folin-酚试剂反应蛋白质分子中的Tyr在碱性条件下与酚试剂生成蓝色化合物茚三酮反应蛋白质分子中的游离氨基和羧基与茚三酮加热生成蓝紫色化合物蛋白质的结构与功能01蛋白质的元素组成什么是蛋白质?蛋白质(protein)是由许多氨基酸(aminoacids)通过肽键(peptidebond)相连形成的高分子含氮化合物。蛋白质蛋白质是生物体的基本组成成分之一，几乎参与了生命活动的所有过程。含量：约占固体成分的近1/2（45%）种类：一个真核细胞达数千种，每一种均有其特定的结构与功能分布广蛋白质的元素组成碳、氢、氧、氮、硫（C、H、O、N、S）以及磷、铁、铜、锌、碘、硒蛋白质平均含氮量（N%）：16%∴蛋白质含量=含氮克数×6.25（凯氏定氮法）蛋白质的结构与功能01蛋白质结构与功能的关系蛋白质的一级结构与功能的关系蛋白质一级结构是空间结构的基础蛋白质的一级结构决定蛋白质空间结构，进而决定蛋白质的生物学功能。蛋白质的一级结构与功能的关系2.相似的一级结构有相同或相似的生物学功能蛋白质的一级结构与功能的关系3.氨基酸序列提供重要的生物进化信息一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素(cytochromeC)，比较它们的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。蛋白质的一级结构与功能的关系4.一级结构关键部位的改变影响其生物学活性镰刀状红细胞性贫血:β亚基N端的第6位氨基酸残基发生了改变，Glu→Val,这种变异来源于基因上遗传信息的突变。正常DNA……TGTGGGCTTCTTTTTmRNA……ACACCCGAAGAAAAAHbAN端SerProGluGluLys异常DNA……TGTGGGCATCTTTTTmRNA……ACACCCGUAGAAAAAHbSN端SerProValGluLys分子病：蛋白质分子发生变异所导致的疾病镰刀型红细胞正常红细胞在氧张力低的毛细血管区，HbS形成管状凝胶结构（如棒状结构），导致红细胞扭曲成镰刀状。这种僵硬的镰状红细胞不能通过毛细血管，加上HbS的凝胶化使血液的黏滞度增大，阻塞毛细血管，引起局部组织器官缺血缺氧，产生脾肿大、胸腹、肌肉疼痛等临床表现。蛋白质的空间结构与功能的关系肌红蛋白（myoglobin,Mb）单体，153AA血红蛋白（hemoglubin,Hb）四聚体，α2β2(α2γ2,α2ε2)α:141AA,β(γ,ε):146AAT态和R态蛋白质折叠病疯牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的具有传染性、遗传性的神经退行性病变。PrP是由染色体基因编码的分子量为33-35kD的蛋白质。动物和人的正常PrP水溶性强、对蛋白酶敏感，含有多个α-螺旋，称为PrPC。PrPC通过某种机制可转变成全为β-折叠的PrP(称为PrPSC)。PrPSC水溶性差、对蛋白酶耐受、热稳定、而且可以传染给其他个体，并致使其他个体中正常的PrPC通过某种机制重新折叠成PrPSC。最后PrPSC可以相互聚集，形成淀粉样沉淀而致病。蛋白质的结构与功能01蛋白质的一级结构蛋白质的分子结构蛋白质是氨基酸通过肽键相连形成的具有三维结构的生物大分子。一般将蛋白质分子的结构分为四个层次来学习。Ribulose-1,5-bisphosphatecarbo