北大基础医学生物化学PPT课件 蛋白质化学.ppt

1、第一章蛋白质化学，刘新文，北京大学医学部生物化学和分子生物学系，第一节蛋白质(protein )的生物学功能，2，蛋白质的重要生物学功能，3，氧化能，其他生物学功能：营养蛋白质，结构，毒蛋白质，第二节蛋白质的分子组成，1，元素组成2、特征：各种蛋白质的氮含量非常接近，平均氮含量为16%。 3、用氮定量法测定蛋白质含量：蛋白质含量6.25样品的氮含量，二、结构单元氨基酸(amino acid )、1、蛋白质的结构单元、蛋白质基本结构单元： l氨基酸氨基酸：除脯氨酸(亚氨基酸)以外的l氨基酸总结2、氨基酸分类：根据其侧链的结构和理化性质进行分类，非极性、疏水性氨基酸(非极性r基氨基酸):Val、L

2、eu、Ile (支链) Gly (无光学异构化) Met (含硫) Phe (芳香族) Pro (亚氨基)极性、中性氨基酸(电荷Tyr、Trp (芳香族) Cys (含硫) Gln， Asn (含酸酰胺)、酸性氨基酸(含羧基)、Asp (含羧基)碱性氨基酸(含氨基):Arg (胍基)、His (咪唑基)、Lys (氨基)、含硫氨基酸： Met、Cys芳香族氨基酸： Phe 物理性质2，两性解离等电点(isoelectric point，pI ) :在某个pH环境下，氨基酸分解为阳离子和阴离子的倾向相等，带电净电荷为零，不能在电场中游泳。 此时，放置氨基酸的环境的pH被称为该氨基酸的等电点(pI

3、 )。(zwitterion )，等电点计算侧链为无极性基或极性基但不解离的氨基酸： pI=(pK1 pK2 )酸性氨基酸(Glu、Asp )及Cys:pI=(pK1 pKR )碱性氨基酸(赖、精、组):pI=(pK2 pKR )， 带电状态判定pI-pH0 .带正电pI-pH0 .不带电3，紫外吸收：Trp、Tyr和Phe在波长280nm附近具有最大吸收峰，其中Trp的最大吸收最接近280nm，4，显色反应：吲哚醇反应，4，显色反应：显色反应Asn棕色，5，肽化反应：第三节蛋白质的分子结构，一，蛋白质的基本结构形式，1，连接方式：肽键(peptide bond ) :氨基酸的羧基和氨基酸的氨

4、基收缩的酰胺键称为肽键。 (CONH )肽平面(peptide unit ) :由肽键中的4个原子和与其相邻的2个碳原子构成的刚体平面。 (CCONHC )，2，肽分类，命名，2，肽分类，命名，3，生物活性肽：谷胱甘肽神经肽：脑内啡肽，内啡肽，内啡肽，p物质，y多肽类激素：催产素，加压素等其他： 棒状杆菌s； 甜味肽等，4，蛋白质的基本结构形式：多肽链(nhchoncohco )多肽链的方向性：从n末端朝向c末端。 二、蛋白质一级结构(primary structure )，一级结构主要是指蛋白质多肽链中氨基酸的序列顺序，由多肽键连接而成。 二级结构是蛋白质的空间结构，或者称为空间构象的主要是

5、二级结合，特别是疏水结合。 初级结构表现生物信息： 20n .多样的初级结构是空间结构和生物活性的基础。 特异的一级结构连接键：多肽键(主)、二硫化物键、三、二级结构、蛋白质的二级结构是指多肽锁骨格中原子的局部空间序列，与侧链的构象无关，即该多肽段主锁骨格原子的相对空间位置，主要是-螺旋、-折叠、 维持二次结构的力是氢键。1、-螺旋(-helix )右手螺旋： 3.6个PS /匝，螺距0.54nm； 氢键：链内氢键(AA1AA4 )、平行长轴； 侧链伸长螺旋，2、-折叠的(-pleated sheet )、2、-折叠的(-pleated sheet )多肽链充分延伸，多肽平面折叠成锯齿状，侧链

6、位于锯齿状结构的上下的氢键：氢键的方向垂直的长轴顺平行3、其他(1)肽链主链上出现的180折的部分称为转角。 (2)蛋白质分子中没有确立规律性的部分肽链的构象称为随机卷缩。 影响二次结构形成的因素有：二次结合通过蛋白质高级结构的形成，四、超二次结构、域结构、一、超二次结构，(一)基序列或模块序列，模块符号具有二次结构的两个或三个多肽段在空间上邻近，形成特殊的空间结构，称为模块序列。 这样规则的二次结构的集合体有时被称为超二次结构，作为三次结构的“建筑块”和结构域结构的构成单元，蛋白质成为发挥特定功能的基础。 (2)类型：锌指结构、亮氨酸拉链、2、结构域结构(结构域)、结构域结构是形成于大蛋白质

7、分子上的两个以上空间上可以明显区分的局部区域。 结构域具有独特的空间结构，与分子整体通过共价键相连，承担着特定的生物学功能。 结构域和分子整体通过共价键连接，具有相对独立的空间结构和生物学功能的相同蛋白质结构域可以相同也可以不同，不同蛋白质的结构域可以相同也可以不同，五、三级结构、蛋白质三级结构可以在一个多肽链中三级结构的形成，使序列中远离的氨基酸侧链相互接近。 长度缩短：球形、椭圆形、棒状等许多同时含有-螺旋和-折叠氨基酸的位置由侧链的极性决定：无极性(内)、极性(表面、少数内部)、带电(表面)二次键：疏水键、盐键、氢键、范德瓦尔斯力、二硫化物键功能区：表面或亚基：低聚蛋白中单个独立的多肽链

8、具有独立的一、二、三级结构，单独存在时，一般没有生物学活性。 子单元彼此以非共价键相连，并且子单元可以相同或者不同。 亚基之间以非共价键连接，疏水键(主)、盐键、氢键、范德瓦尔斯力亚基可以相同也可以不同，六、四级结构、七、蛋白质分类1，按组成分类：单纯蛋白质， 结合蛋白质单纯蛋白质：仅氨基酸成分结合蛋白质：氨基酸成分的其他成分(基础) 2，生物功能分类：酶、调节蛋白质、运输蛋白质、运动蛋白质、防御蛋白质、营养蛋白质、贮藏蛋白质、结构蛋白质、毒蛋白质、 第四节蛋白质结构与功能的关系，蛋白质的一次结构是空间结构和生物功能的基础，一次结构决定空间结构，而一次结构并不是决定空间结构的唯一因素。 空间结

9、构是生物活性的直接表现。 1、一级结构中的保守序列决定空间结构(1)不同蛋白质之间的比较：类似结构类似功能，不同结构功能(2)相同蛋白质不同状态的比较：一级结构为空间结构【经典例】酶原激活、分子病、蛋白质变性和恢复性(3)保守序列，保守氨基酸变化， 决定功能变化的保守氨基酸不变，功能不变【典型的例子】分子病、一次结构与功能的关系，二、一次结构不是影响空间结构的唯一因素的分子新娘(molecular chaperons，分子伙伴):通过蛋白质的加工、折叠形成特定的空间结构与未折叠的多肽片段(疏水部分)可逆地结合，辅助正确形成二硫化物键的诱导多肽链的正确折叠和多个多肽链的集合形成大的结构，能分解错

10、误聚合的多肽片段，防止错误的发生。 1、空间结构表示生物特异性，空间结构表示生物活性，3、空间结构的灵活性表示生物活性的可调节特性，2、空间结构与功能的关系，空间结构中的特定区域表示生物活性，异构效应(异构效应，重排效应，allosteric effect ) :蛋白质分子的特定部位(调节部位)为小分子化合物(包含正协同、负协同效果的【典型例子】血红蛋白(Hb ) :由22四聚体构成，每个亚基包含一个血红素辅助基的Hb的氧解离曲线为“s”型。 多样的空间构象，多样化的活性状态，4，空间构象不是生物活性的唯一影响因素【例】低温下酶活性低，但不影响构象，盐析时沉淀的酶没有活性，但构象不变。 5、蛋

11、白构象疾病：错误构象相互聚集，抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，会产生毒性而致病。 阿尔茨海默病亨廷顿舞蹈病，1，蛋白质的变性和恢复性，部分变性剂的去除，温和的恢复性，温和的恢复性，天然蛋白质(因为具有正确的一次结构和高级结构，所以有生物活性)，变性蛋白质(虽然有正确的一次结构，但没有高级结构，没有生物活性非天然蛋白质(具有正确的一次结构和错误的高级结构，没有生物活性)，【经典例】Rnase，2，前体蛋白和活性蛋白的转换【经典例】酶原活化：胃蛋白酶原切除n末端42氨基酸，形成活性中心和其他空间构象， 转化为具有蛋白质水解活性的胰蛋白酶原在切除n末端的6个氨基酸后，与活性中心形成其他正确的配位，转化

12、为具有水解活性的胰蛋白酶。 3、分子病(molecular disease ) :随着基因结构的变化，蛋白质初级结构中重要的氨基酸发生变化，引起蛋白质功能障碍，出现相应的临床症状，这种遗传性疾病被称为分子病。 长状细胞贫血症：编码珠蛋白链结构基因的第六个密码子是CTTCAT，对应的多肽序列中n末端的第六个氨基酸是GluVla； 其空间结构相应地变化，在表面形成互补区域，使蛋白质分子彼此聚合，在低氧压力下使红血球变形为长状，失去输送氧的生物活性。 4、蛋白构象疾病：随着疯牛病、朊病毒蛋白(PrP )构象的变化，蛋白质发生凝聚，形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀。 第五节蛋白质的理化性质和分离纯化，

13、1，两性解离和等电点：同“氨基酸两性解离”2，紫外吸收：最大吸收波长280nm 3，胶体性质：半透膜不能透过，4，沉淀、凝固，蛋白质在溶液中维持稳定的要素：表面电荷，水合层(溶剂化层)改性蛋白沉淀蛋白质也不一定改性，另一方面，理化性质(1)沉淀：不稳定的蛋白质从溶液中析出(2)絮凝物：改性蛋白质的棉状沉淀，沉淀可溶于强酸、强碱(3)凝固：沉淀凝固，凝固块不溶于强酸、强碱(1) 变性与一次结构的变化无关。 理化性质变化：紫外吸收、化学活性和粘度上升，容易被蛋白酶水解的溶解度降低，结晶能力丧失。5、改性(denaturation )、再现性(renaturation )、(2)再现性(3)应用利用

14、改性：醇消毒高压灭菌血液调制改性：低温保存生物制品置换改性：乳品解毒(急救重金属中毒用)，6、显色反应：双缩尿反应等双缩尿反应可检测蛋白质的水解程度蛋白质的分离纯化二，蛋白质的分离纯化，1，透析，超滤的性质：分子大小2，盐析(salting out )性质：蛋白质的沉淀作用机制：中性盐和表面电荷，水合层的影响因素：表面电荷，水合层，溶剂的性质3， 电泳：性质：蛋白质的两性解离作用机制：异性电荷相互吸引影响因素：电荷的种类和量、分子的大小和形状、溶液离子强度和pH等4，色谱(1)离子交换色谱：电荷、分子量、分子形状(2)仿射色谱：生物特性(吸附色谱：吸附特性(4)分子筛(凝胶过滤色谱):分子大小和形状大的分子先溶出5，速度离心：分子的大小和形状，溶液的特性，第六节蛋白质的结构分析，重要的内容： 1，重要的名词： isoelectric point motifs； 域名； subunit； allosteri