蛋白质医学知识专家讲座

第一章蛋白质结构与功效StructureandFunctionofProtein第1页一、蛋白质概念蛋白质是由许多氨基酸经过肽键相连形成高分子含氮化合物。第2页二、蛋白质生物学意义1.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：蛋白质是细胞内最丰富有机分子，占人体干重45%。第3页2.蛋白质有主要生物学功效1）作为生物催化剂（酶）；2）代谢调整作用；3）免疫保护作用；4）物质转运和储存；5）运动与支持作用；6）参加细胞间信息传递。第4页第一节蛋白质分子组成TheMolecularComponentofProtein第5页蛋白质元素组成主要含有碳、氢、氧、氮及硫。有些蛋白质还含有磷、铁、铜、锌、锰、钴及钼等。第6页蛋白质元素组成特点蛋白质含氮量靠近，平均为16%。测定生物样品含氮量可推算出蛋白质大致含量。

100克样品中蛋白质含量（g%）=每克样品含氮克数×6.25×100第7页蛋白质基本组成单位-氨基酸氨基酸是蛋白质基本组成单位。自然界存在300余中氨基酸，组成蛋白质氨基酸仅有20种，且均为L-α-氨基酸(除甘氨酸外)。第8页氨基酸分类

1.非极性疏水性氨基酸2.极性中性氨基酸3.酸性氨基酸4.碱性氨基酸第9页非极性疏水性氨基酸甘氨酸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第10页

2．中性极性氨基酸色氨酸tryptophanTrpW5.89丝氨酸serineSerS5.68酪氨酸tyrosineTyrY5.66半胱氨酸cysteineCysC5.07甲硫氨酸methionineMetM5.74(蛋氨酸)天冬酰胺asparagineAsnN5.41谷胺酰胺glutamineGlnQ5.65苏氨酸threonineThrT5.60第11页3.酸性氨基酸天冬氨酸asparticacidAspD2.97谷氨酸glutamicacidGluE3.2244.碱性氨基酸

赖氨酸lysineLysK9.74精氨酸arginineArgR10.76组氨酸histidineHisH7.59第12页胱氨酸与二硫键第13页（二）氨基酸理化性质1.两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，其解离方式及带电状态取决于其所处溶液酸碱度。等电点在某一pH条件下，氨基酸解离成阳离子和阴离子数量相等，分子呈电中性，此时溶液pH称为该氨基酸等电点。第14页等电点在某一pH条件下，氨基酸解离成阳离子和阴离子数量相等，分子呈电中性，此时溶液pH称为该氨基酸等电点。第15页第16页2.氨基酸紫外吸收酪氨酸、色氨酸含有共轭双键，含有吸收紫外光特征，在280nm处有最大吸收峰。蛋白质在280nm处紫外吸收与浓度成正比，可用于蛋白质定量分析。第17页第18页二、氨基酸与多肽氨基酸经过肽键相连接形成多肽链。（一）肽键一分子氨基酸α-羧基与另一分子α-氨基，脱水缩合形成酰胺键（-CO-NH-）称为肽键。第19页

肽与肽键第20页肽键是蛋白质中主要化学键一条多肽链含有2个游离末端氨基末端（aminoterminal）羧基末端（carboxylterminal）第21页多肽链序号从N端计算，书写时将N端写于左侧，用H2N-或H-表示；C端用-COOH或-OH表示。氨基酸残基：肽链中氨基酸分子因形成肽键失去部分基团，称为氨基酸残基。第22页生物活性肽类由几个至几十个氨基酸残基组成1.谷胱甘肽谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成，简称为谷胱甘肽。第23页谷胱甘肽第24页GSH与GSSG间相互转换第25页三、蛋白质分类1．依据蛋白质分子组成特点单纯蛋白质和结合蛋白质2．依据分子形状不一样球状蛋白和纤维状蛋白3．依据蛋白质主要功效功效活性蛋白质和结构蛋白质。第26页第二节蛋白质分子结构蛋白质分子结构一级结构和空间结构(或三维结构)空间结构蛋白质二级、三级、四级结构。第27页一、蛋白质一级结构氨基酸排列次序称为蛋白质一级结构。一级结构是蛋白质分子基本结构，决定蛋白质空间构象基础。蛋白质空间构象则是实现其生物学功效基础。一级结构中主要化学键是肽键。

第28页牛胰岛素一级结构第29页二、蛋白质空间结构蛋白质在一级结构基础上，分子单键旋转而盘曲、折叠形成特定空间构象。蛋白质构象包含主链构象和侧链构象。蛋白质空间结构包含蛋白质二级结构、三级结构和四级结构。第30页（一）蛋白质二级结构

是指蛋白质分子中某一肽链局部空间结构，即多肽链中主链原子相对空间排列分布，而不包括氨基酸残基侧链空间排布。第31页肽平面

肽键含有部分双链性质，所以肽键不能自由旋转，而使包括肽键6各原子共处于同一平面，称为肽键平面，又称肽单元。第32页肽键平面示意图第33页2.蛋白质二级结构主要构象形式

α-螺旋(α-helix)β-折叠(β-pleatedsheet)β-转角(β-turn)无规卷曲(randomcoil)第34页α-螺旋结构第35页（1）α-螺旋多肽链中主链围绕中心轴有规律螺旋式上升，螺旋走向为顺时针方向，称右手螺旋。氢键是维持α-螺旋结构稳定主要化学键。第36页（2）β-折叠β-折叠呈折纸状多肽链充分伸展，各个肽单元以Cα为旋转点，依次折叠成锯齿状结构，氨基酸残基侧链交替地位于锯齿状结构上下方。第37页β-折叠

第38页（3）β-转角出现于肽链进行180o回折时转角部位。由4个氨基酸残基组成，由第一个残基羰基(O)与第四个残基氨基氧(H)形成氢键，以维持转折结构稳定。第二个氨基酸残基多为脯氨酸和甘氨酸。第39页β-转角

第40页（4）无规卷曲肽链为环或卷曲结构，没有规律性排布，不过表现主要生物学功用，称为“无规卷曲”。由两个或三个二级结构肽段，在空间上相互靠近，形成一个特殊空间构象，被称为模体。第41页

蛋白质模体示意图A.钙结合蛋白中结合钙离子模体B.锌指结构第42页（二）蛋白质三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基相对空间排布，即整条肽链全部原子在三维空间排布位置。主要靠次级键，包含氢键、离子键(盐键)、疏水作用、范德华力、二硫键等。第43页维持蛋白质分子构象各种化学键a.氢键b.离子键c.疏水作用第44页肌红蛋白第45页（三）蛋白质四级结构每一条含有完整三级结构多肽链，称为亚基。各亚基之间以非共价键相互连接形成特定三维空间构象，称为蛋白质四级结构。

维持四级结构作用力主要是疏水作用，包含氢键、离子键及范德华力等。第46页血红蛋白由2个α亚基和2个β亚基组成四聚体，每个亚基中都结合1个血红素辅基。4亚基经过8个离子键相连，形成血红蛋白四聚体。完整血红蛋白分子含有运输O2和CO2功效。第47页蛋白质四级结构-血红蛋白结构第48页第三节蛋白质结构与功效关系第49页

一、蛋白质一级结构与功效关系蛋白质功效是由其特定构象所决定，一级结构是空间构象基础。一些肽段一级结构（氨基酸组成）决定特定二级结构（α-螺旋或β-折叠）形成。

第50页哺乳类动物胰岛素氨基酸序列差异第51页

蛋白质一级结构中起关键作用氨基酸残基缺失或被替换，可经过影响空间构象而影响其生理功效。

比如血红蛋白β亚基第6位谷氨酸被缬氨酸替换，可造成镰刀形贫血。第52页二、蛋白质空间结构和功效关系蛋白质各种多样功效与各种蛋白质特定空间构象亲密相关，所以蛋白质构象是其生物活性基础。第53页肌红蛋白和血红蛋白结构肌红蛋白与血红蛋白都是含有血红素辅基蛋白质。肌红蛋白是一个只有三级结构单链蛋白质，它三级结构折叠方式使辅基血红素能与O2结合与解散，发挥储氧功效。第54页血红素结构第55页血红蛋白构象改变与运氧功效随氧分压增高，氧合Hb占总Hb百分数随之增加，这一改变关系称为氧解离曲线。第56页肌红蛋白与血红蛋白氧解离曲线第57页第四节蛋白质理化性质第58页一、蛋白质两性解离

蛋白质分子在一定溶液pH条件下可解离成带负电荷或正电荷基团。当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子趋势相等，此时溶液pH称为蛋白质等电点。第59页

蛋白质在pH值低于或高于其pI时带有电荷，在电场作用下移动，称为电泳。各种分子所带净电荷多少及分子量大小不一样，在电场中移动速度也不一样，可用于检测、分离蛋白质。第60页二、蛋白质胶体性质蛋白质是高分子化合物

维持蛋白质稳定性主要原因有两个：蛋白质胶体颗粒表面水化膜蛋白质表面带有同种电荷除去上述两个稳定原因时，蛋白质从溶液中析出。第61页三、蛋白质变性、复性1.变性蛋白质在一些理化原因作用下，空间构象受到破坏，改变理化性质，并失去其生物活性，称为蛋白质变性。变性包括空间结构改变。一级结构不变，肽键无断裂。第62页蛋白质变性原因有