蛋白质结构和功能

蛋白质结构和功能蛋白质结构和功能第1页2定义：

是研究活细胞和有机体中存在各式各样化学分子及它们所参加化学反应一门学科。是在分子水平上硕士命分子基础，探讨生命本质。所以是一门硕士命化学科学。

蛋白质结构和功能第2页3任务：

在分子水平来描述和解释活细胞内及细胞间全部化学反应及其与生命活动关系。详细硕士物体分子结构与功效、物质代谢与调整及其在生命活动中作用。蛋白质结构和功能第3页4对象：

生物-----自然界中一切含有生命物质（微生物、植物、动物、人）。医学：

对象是人，不过人体细胞内一些基础生化过程，大多是由简单生物大肠杆菌、酵母等）研究中取得。蛋白质结构和功能第4页5内容：一．人体组织细胞内化学分子组成、结构、特征及功效人体化学组成：水、生物大分子、无机盐、其它蛋白质结构和功能第5页6生物大分子：

生物体物质基础。对生命活动含有十分亲密且主要作用。所以硕士命，首先要对这类分子化学组成、含量进行分析。蛋白质、核酸、糖、脂蛋白质结构和功能第6页7生物体主要由这些元素组成：

H、C、O、N、P、S、Na、Mg、Cl、K、Ca、Mn、Fe、Co、Cu、I、Zn

99%以上是C、H、O、N

四种元素化学元素——构件分子——

生物大分子——细胞——组织——器官——生物体蛋白质结构和功能第7页8

章节：

蛋白质结构与功效核酸结构与功效酶-----含有催化化学反应特殊蛋白质维生素----机体不可缺乏营养物质这一个别内容叫做——

叙述生化蛋白质结构和功能第8页9二．人体各化学组分所进行化学改变生命特征是新陈代谢（物质代谢）：维持生命现象正常运动。

生物体不停地和外界环境进行着物质交换，同时体内各种化学组分又时刻进行着化学改变及更新。蛋白质结构和功能第9页10生物体内代谢两个方面：合成代谢：由较小分子合成较大分子。分解代谢：由较大分子降解为较小分子。在代谢过程中，伴伴随物质之间相互转化及能量产生及利用。这一个别是生物化学重点——

动态生化蛋白质结构和功能第10页11章节：糖代谢-------人体能源物质起源脂类代谢------参加能量供给及其其它生理活动生物氧化-------能量产生氨基酸代谢--------氨处理核苷酸代谢------核酸构件分子形成蛋白质结构和功能第11页12三．遗传信息储存、传递与表示生物体相关代谢反应，功效等生命特征表示就是遗传信息最终表示结果。

转录翻译复制

DNARNA蛋白质生命中心法则逆转录蛋白质结构和功能第12页13章节：DNA生物合成------复制（遗传物质传代）RNA生物合成------转录（遗传物质表示）蛋白质合成-------翻译（遗传物质表示）基因表示调控蛋白质结构和功能第13页14四、机能生化肝生物化学蛋白质结构和功能第14页15

此次课程安排第一个别：重点介绍蛋白质、核酸、酶及维生素结构、基础功效及这些物质一些特点（18课时)第二个别：介绍四大物质代谢及对应能量代谢（本课程难点：20课时）第三个别：遗传性息是怎样工作（分子生物学：8课时）第四个别：机能生化（4课时）总复习：2课时蛋白质结构和功能第15页16本课程考评第一个别：平时成绩（出勤、上课提问、上课练习等），约占20%第二个别：小测验，约占30%第三个别：期末考试，约占50%蛋白质结构和功能第16页17蛋白质结构与功效

蛋白质（Protein)是生命活动物质基础和一个详细表现。硕士命活动必须了解蛋白质结构与功效。蛋白质结构和功能第17页18含量：约占人体固体成份45%，是生物体基础组成成份之一。分布：广泛，几乎全部组织器官、细胞都有蛋白质存在。（当前所知约有10万种蛋白质）蛋白质结构和功能第18页19第一节蛋白质分子组成一、蛋白质基础组成单位-----氨基酸

※组成蛋白质主要元素：

C（50-55%）、H（6-7%）、O（19-24%）、

N（13-19%）、S（0-4）、少许金属元素蛋白质结构和功能第19页20比较经典测定蛋白质含量方法：凯氏定氮法：测定样品中含氮量，随即经过计算得出蛋白质量蛋白质量=含氮克数×6.25特点：含N量比较稳定，平均为16%蛋白质结构和功能第20页21测某一蛋白质中氮含量为5克，下面那个数值最靠近于该蛋白质含量？

30克

60克

10克

50克

80克蛋白质结构和功能第21页22※构件分子：L-α-氨基酸

组成人体蛋白质有20种编码氨基酸

基础结构：

改变侧链氨基羧基蛋白质结构和功能第22页23共同特点：除了甘氨酸（含C最少）脯氨酸（环状亚氨酸）外，都含有α-氨基、α-羧基

不一样点：α-碳原子上R（侧链）基不一样蛋白质结构和功能第23页24※氨基酸分类化学分-----脂肪族（15种）、芳香族（2种）、杂环（3种）生物化学分-----酸性（2种）、碱性（3种）、中性（15种）中性侧链-----中性极性、中性非极性营养学分-----营养必需与营养非必需氨基酸蛋白质结构和功能第24页25蛋白质结构和功能第25页26天蛋白质结构和功能第26页27蛋白质结构和功能第27页28天-OH羟基、-SH巯基、-C=O酰胺基

NH2都是亲水基团蛋白质结构和功能第28页29蛋白质结构和功能第29页30特殊a.a：没有遗传密码（非编码a.a），而是在蛋白质生物合成后或合成过程中从对应编码氨基酸加工修饰形成。胱氨酸---由两个半胱氨酸以二硫键形成羟脯氨酸、羟赖氨酸---由赖氨酸和脯氨酸羟化形成蛋白质结构和功能第30页31胱氨酸合成半胱氨酸

+-HH-CH-CH-NHHOOC-CH-CH2-SHNH2HS--COOHCH-CH2NH2半胱氨酸

-CH-CH-NHHOOC-CH-CH2-SNH2S--COOHCH-CH2NH2二硫键胱氨酸蛋白质结构和功能第31页32※氨基酸理化性质：1.两性解离与点等电点（pI）

RCHCOOHRCHCOO-RCHCOO-NH3+NH3+NH2

负离子（pH>pI)H+H+OH-OH-

正离子（pH<pI)两性离子（pH=pI)蛋白质结构和功能第32页33等电点：在某一pH溶液中氨基酸解离成阳离子和阴离子趋势及程度相等，呈电中性时，此溶液pH为该氨基酸等电点酸性：pI<4.0碱性：pI>7.5中性pI5.0～6.5蛋白质结构和功能第33页342.紫外吸收特征（280nm）共轭双键蛋白质定性

此吸收峰值与氨基酸含量存在正比关系----定量蛋白质结构和功能第34页35

3.茚三酮反应----氨基+水合茚三酮△有色化合物+RCHO+CO2用分光光度法进行定性、定量分析蓝紫色蛋白质结构和功能第35页36思索题:蛋白质构件分子是什么？含有遗传密码编码氨基酸有几个？蛋白质中那种元素含量稳定，约占蛋白质含量百分之几？什么叫酸性氨基酸？有几个？分别是----------；什么叫碱性氨基酸？有几个？分别是----------；含硫氨基酸有几个？分别是------------；蛋白质结构和功能第36页37哪些氨基酸含有亲水基团？哪些氨基酸含有疏水基团？哪些氨基酸没有遗传编码？氨基酸处于等电点时，其所带电荷为多少？哪些氨基酸在280nm波长下游紫外吸收？蛋白质结构和功能第37页38第二节蛋白质分子结构一、肽键：一个氨基酸α-氨基与另一个氨基酸

α-羧基脱水缩合而成CONH蛋白质结构和功能第38页39肽键是蛋白质分子中最基础化学键肽键是共价键，比较牢靠蛋白质结构和功能第39页40※肽：氨基酸经过肽键相连化合物寡肽：＜10个氨基酸相连肽多肽：＞10个氨基酸相连肽-----多肽链多肽是蛋白质不完全水解产物蛋白质结构和功能第40页41

丝-甘-酪-丙-亮主链：N-（末）端（H-）、C-（末）端（-OH）侧链：R基团氨基酸残基：肽链中每个氨基酸个别蛋白质结构和功能第41页42谷氨酰半胱氨酰甘氨酸（谷胱甘肽GSH）※肽功效：组成蛋白质

生物活性肽----含有调整功效蛋白质结构和功能第42页43氧化型和还原型两种形式功效：保护体内含巯基蛋白质(酶)不被氧化.体内需要足够还原型GSH，保持

RBC膜完整性其它一些主要肽类（生物活性肽）蛋白质结构和功能第43页44二、蛋白质一级结构一级结构-----基础结构

多肽链中氨基酸残基排列次序。若分子中含有二硫键，一级结构也包含生成二硫键两个半胱氨酸残基位置。蛋白质结构和功能第44页45蛋白质一级结构是区分不一样蛋白质最基础、最特征结构

一极结构是区分不一样蛋白质最基础、最主要标志之一。因为20种氨基酸排列次序不一样，数量不一样，总数不一样，组合成不一样蛋白质。蛋白质结构和功能第45页46基础键：(共价键-----肽键、一些二硫键）

一级结构氨基酸排列次序是由遗传密码决定。遗传次序决定了氨基酸排列次序，而排列次序又决定了蛋白质空间构象，从而决定蛋白质功效。蛋白质结构和功能第46页471953年Sanger最早被确定蛋白质一极结构是胰岛素：A、B两条肽链经过二硫键形成A链：21个氨基酸残基，B链：30个氨基酸残基蛋白质结构和功能第47页48蛋白质结构和功能第48页49三、蛋白质分子空间结构

蛋白质分子内各原子围绕一些共价键旋转而形成各种空间排布及相互关系------构象各种蛋白质分子形状、理化特征和生物学活性主要取决与蛋白质特定构象蛋白质构象可人为地分成二极、三极、四级蛋白质结构和功能第49页50※蛋白质二极结构蛋白质多肽链主链氨基酸残基折叠卷曲形成局部肽链空间结构。

蛋白质结构和功能第50页51（2）主链原子局部空间排布基础形式：

α-螺旋、β-折叠、β-转角、不规则卷曲维系键：氢键等非共价键

α-螺旋β-折叠β-转角蛋白质结构和功能第51页52α-螺旋（α–helix）：肽链中某段局部盘曲成螺旋，是二极结构中最稳定一个结构------球状蛋白质构象中最常见形式。CN蛋白质结构和功能第52页53特征：螺旋方向NC右手螺旋每个螺旋圈平均为3.6个氨基酸残基，每个残基跨距为0.15nm，每个螺距为3.6×0.15=0.54nm，R侧链位于螺旋外侧螺旋稳定:依赖与C=O和-NH-间形成氢键

蛋白质结构和功能第53页54β-折叠与α-螺旋相比，比较伸展，呈锯齿状。可塑性比α-螺旋大。蛋白质结构和功能第54页55两个β-折叠结构平行排布，以氢键维系。β-片层

（β-pleatedsheetstructure)：蛋白质结构和功能第55页56顺向平行：N端、C端方向一致逆向平行：N端、C端方向相反（稳定）蛋白质结构和功能第56页57β-转角(β-turn)：

肽链结构中出现一个1800转折。第一个氨基酸C=O与隔几个氨基酸残基（普通为4个）-NH-之间形成氢键。比α-螺旋更紧密，在球状蛋白质中多见。蛋白质结构和功能第57页58不规则卷曲：蛋白质中一些没有尤其规则卷曲。是蛋白质分子特征性二级结构(蛋白质结构和功效主要部位）二级结构主要靠非共价键中氢键维系它稳定性蛋白质结构和功能第58页59※蛋白质三极结构

整个蛋白质多肽链在二极结构基础上深入折叠、盘曲形成球状、椭圆、棒状、钎维状等不一样形状蛋白质分子。包含了整条多肽链种全部氨基酸原子（主链、侧链上全部原子）排布。蛋白质结构和功能第59页60组成：关键多为疏水基团，表面是亲水基团蛋白质结构和功能第60页61

结构域形状：大多类似“口袋”、“洞穴”状

这些结构域与蛋白质活性有直接关系，是蛋白质活性部位-----功效域。结构域：肽链中一些局部二级结构聚集在一起，形成发挥生物学功效特定区域蛋白质结构和功能第61页62※稳定和维系三极结构键：疏水键是维持蛋白质三级结构最主要键蛋白质结构和功能第62页63

大多数蛋白质是有一条多肽链组成，相对稳定三级结构是特征性空间结构，是蛋白质分子最显著特征之一。一级结构不一样

-------形成三级结构不一样

-------生理功效不一样※三极结构与蛋白质活性关系：

含有活性蛋白质绝大多数有三极结构。蛋白质结构和功能第63页64※蛋白质四级结构

两条或两条以上含有独立三极结构肽链经过非共价键相连聚合而成。亚基：在蛋白质四级结构中每一条含有独立三极结构多肽链，单独存在时不含有活性。几个亚基结构能够相同，也能够不一样。蛋白质结构和功能第64页65蛋白质结构和功能第65页66维系键：盐键、疏水键、氢键Hb：4个亚基组成两个α亚基、两个β亚基蛋白质结构和功能第66页67血红蛋白不一样层次结构蛋白质结构和功能第67页68思索题蛋白质结构分几个层次？蛋白质各个层次结构定义亚基出现在蛋白质哪一结构中?蛋白质结构中有哪些共价键和非共价键？这些键分别维系蛋白质哪一层次结构肽和肽键含义是什么？蛋白质结构和功能第68页69第三节蛋白质分子结构和功效之间关系※一级结构与功效关系

蛋白质只有含有空间结构才含有活性，而空间结构是依据肽链中氨基酸残基排列次序、数量和种类决定。不一样一极结构蛋白质，功效也不一样蛋白质结构和功能第69页701.蛋白质分子中“关键部位”氨基酸残基改变，会影响到它功效，甚至造成疾病。

-----分子病：蛋白质一级结构改变，从而引发其功效异常或丧失而造成疾病。

如HbS：β链第6位谷氨酸换成缬氨酸蛋白质结构和功能第70页71镰刀形红细胞贫血,HbSN-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽链HbAβ肽链N-val·his·leu·thr·pro·

val

·glu·····C(146)血红蛋白溶解度降低氧分压低外周毛细管中易沉淀并凝集红细胞破裂溶血、运氧功效低下蛋白质结构和功能第71页72

天然状态，有催化活性

尿素、β-巯基乙醇

去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性HSSHSHHSHSSHHSHS2611095847265584026110958472584065

核糖核酸酶

形成一级结构二硫键破坏后，生物学活性丧失。蛋白质结构和功能第72页732.蛋白质分子中“非关键部位”一些氨基酸残基改变或缺失，不会影响蛋白质分子生物活性。蛋白质一级结构序列并不完全一样，但只要参加活性区域形成一些氨基酸位置不变，将不会影响到蛋白质功效。蛋白质结构和功能第73页74不一样种属起源胰岛素

一级结构不完全相同，但与特定空间结构形成相关氨基酸残基完全一样。

51个氨基酸残基中24个一样，半胱氨酸残基数目及位置不变，发挥功效相同。蛋白质结构和功能第74页75※蛋白质空间结构与功效关系

蛋白质含有空间结构才含有功效，不一样空间结构蛋白质功效不一样机体一些代谢调整-----能够经过改变蛋白质构象引发其功效改变蛋白质结构和功能第75页76四级结构蛋白质含有别构作用：生理性小分子作用与一些含有四级结构蛋白质（酶），与其活性中心以外部位（别位）结合，引发蛋白质（酶）构象发生轻微改变，分子变得疏松或紧密，活性也发生改变（有到无、无到有、升高、降低）。蛋白质结构和功能第76页Hb是一个比较经典可调整蛋白质有两种天然构象：T（紧密型）：与O2亲和力低，不易与O2结合。R（松弛性）：与O2亲和力高，易与O2结合蛋白质结构和功能第77页78思索题蛋白质非关键部位氨基酸改变，是否对蛋白质功效产生影响蛋白质关键部位氨基酸改变，是否对蛋白质功效产生影响。分子病主要是指蛋白质哪一层次结构发生问题别构作用主要发生在蛋白质几级结构上。蛋白质结构和功能第78页79第四节蛋白质分类按组成份类单纯蛋白质：组分中只有氨基酸结合蛋白质：组分中除了氨基酸外，还有些非蛋白个别（辅基）种类：核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、金属蛋白、色蛋白（HB）蛋白质结构和功能第79页80按分子形状分类球状蛋白：整个分子盘卷成球形或椭圆形，大多是胞浆或体液中蛋白质。纤维状蛋白：分子构象成长钎维形，大多是一些结构蛋白，不溶水。蛋白质结构和功能第80页81按功效分类活性蛋白：大多易溶于水，体内本身代谢更新快，有广泛生理性功效（酶、蛋白激素、运输和储存蛋白）。非活性蛋白：代谢更新慢，一些起保护、支持功效结构性蛋白质（角蛋白、胶原蛋白）蛋白质结构和功能第81页82第三节蛋白质理化性质一、蛋白质两性解离特征与结构关系

蛋白质是由两性氨基酸组成，所以也含有两性解离特征。

在不一样pH条件下，这些基团可解离成带正电荷或带负电荷。蛋白质结构和功能第82页83

蛋白质在溶液中解离和带电荷情况是受溶液中H+影响这种两性解离性质能够在溶液中起缓冲作用（pH<pI)(pH=pI)(pH>pI)蛋白质结构和功能第83页84

不一样蛋白质一极结构不一样，氨基酸数量、种类不一样，电离基团不一样，pI不一样。蛋白质等电点：当溶液处于某一pH值时，蛋白质分子所带正负电荷相同，即净电荷为零，此时溶液pH值为蛋白质等电点。蛋白质结构和功能第84页85

利用这一特征，将混合蛋白质固定在同一个pH上，置于一个支持物上，利用电泳法将混合蛋白质分离开来。蛋白质结构和功能第85页86二、蛋白质胶体性质大分子，属胶体颗粒。表面有亲水基团，易溶于水两个原因：水化膜：极性亲水基团多分布在蛋白质分子表面，与周围水分子结合，在蛋白质颗粒表面形成一层水膜。电荷：蛋白质分子表面亲水基团能解离或结合H+，使其表面带有一定净电荷。

蛋白质结构和功能第86页87功效：水化膜形成，可预防蛋白质分子间因碰撞而相互聚集成更大颗粒，保持蛋白质溶液稳定性，预防溶液中蛋白质沉淀析出。蛋白质结构和功能第87页88

试验技术--------透析：利用蛋白质大分子不能透过一个半透膜，去除小分子，到达纯化蛋白质目标。离心：超速离心。沉淀大分子蛋白质沉降系数（S）：单位力场中沉降速度，与分子量、分子形状、分子密度、溶剂密度相关蛋白质结构和功能第88页89三、紫外吸收特征：蛋白质在紫外280nm处有最大吸收峰（主要是蛋白质分子中含有酪氨酸、色氨酸残基），可用于蛋白质含量测定蛋白质结构和功能第89页90四、蛋白质变性、沉淀和凝固变性---在一些理化原因作用下（超声波、高温、紫外线、强酸、强碱、有机溶剂等）蛋白质分子内部非共价键断，空间结构破坏，引发理化性质改变，

生物活性丧失一极结构未破坏）。蛋白质结构和功能第90页91日常生活中例子：变性蛋白质特征：1.活性丧失2.溶解度降低（内部疏水基团暴露，使蛋白质轻易沉淀）3.黏度增加。4.易被酶水解，肽链构象由卷曲变为伸展，肽键暴露。蛋白质结构和功能第91页92复性：绝大多数蛋白质变性后