生化多媒体(蛋白质化学).ppt

1、,绪论 一 生物化学的涵义及其研究对象 1.定义 构成生物机体的物质基础 2.研究对象 生命物质在生物机体中的运动规律 生命物质的结构、功能与生命现象的关系 二 生物化学的主要任务和研究内容 三 生物化学的发展 我国生化研究最为出色的成果: 世界上第一次人工合成了一个具有生物学活性的蛋白质-结晶牛胰岛素 人工合成具有天然活性的酵母丙氨酸转移核糖核酸,第一章 蛋白质的化学 第一节 蛋白质的生物学意义 第二节 蛋白质组成和氨基酸的性质 一 蛋白质的元素组成 C 5055% H 68% O 2030% N 1518% S 04% 蛋白质中含N量相当接近，平均值16% 氮元素的质量 蛋白质的质量 16

2、% 蛋白质的质量 氮元素的质量 6.25 二 蛋白质的氨基酸组成 氨基酸是蛋白质的基本结构单位 构成蛋白质的氨基酸有20种,（一）氨基酸结构上的共同特点 1 除Pro外，其余19种氨基酸均为氨基酸 2 除Gly外，其余19种氨基酸上的碳原子都是手性碳原子分子具有手性 3 除Gly外，其余19种氨基酸分子具有不对称性，所以有光学活性 组成蛋白质的氨基酸都属L型 （二）氨基酸的分类 1 根据组成蛋白质的20种氨基酸的侧链R基团的化学结构将其分四大类 一氨基一羧基氨基酸 脂肪族氨基酸 一氨基二羧基氨基酸及其酰胺 二氨基一羧基氨基酸 芳香族氨基酸 杂环氨基酸 杂环亚氨基酸,2 按照氨基酸侧链R基团的极

3、性，把20种AA分为两大类： 不带电荷（6种） 极性氨基酸（11种） 带负电荷（2种） 带正电荷（3种） 非极性氨基酸（9种） （三）氨基酸的解离和两性性质 1.等电点的定义： 2.等电点的计算:两性离子两侧Pk值之和的一半 3.性质: 溶解度最小 （四）氨基酸的理化性质 1 物理性质： 2 化学性质： 与茚三酮的反应 除Pro(黄色)其余AA与之反应呈兰紫色, 与HNO2反应 反应放出的N2，一半来自氨基酸-氨基，一半来自亚硝酸的氮 与甲醛的反应： 与2，4-二硝基氟苯(DNFB)反应 与异硫氰酸苯酯(PITC)的反应 第三节 蛋白质的结构 一 蛋白质的一级结构 （一）肽 1.定义: 一个氨

4、基酸的-COOH可与另一个氨基酸的-NH2缩合失去一分子水， 形成的酰胺键称肽键，其化合物称为肽 2.命名 3.举例:谷胱甘肽(GSH),（二）蛋白质的一级结构 1.定义: 肽链中氨基酸的排列顺序 2.稳定因素: 肽键(主要)、二硫键(次要) 3.举例: 胰岛素 分子量5700左右，牛胰岛素MW5734，由两条肽链组成。 胰岛素 A链（21个氨基酸残基） 、B链（30个氨基酸残基） A6A7 三个二硫键 A7B7 A20B19 二 蛋白质分子的空间结构 指蛋白质分子中原子和基团在空间的排列分布和肽链的走向 人为分为:二级结构、三级结构、四级结构 肽键平面：肽键-CO-NH-中的四个原子以及和它

5、相邻的两个-碳原子都在同一平面内,（一）蛋白质的二级结构 1.定义:是指蛋白质多肽链主链的折叠和盘绕方式 2.表现形式：-螺旋结构、-折叠结构、 -转角结构、无规则卷曲（自由回转） 1 -螺旋结构 基本要点： 这种-螺旋模型，每隔3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈。螺距是0.54nm，每个氨基酸残基的垂直距离是0.15nm。螺旋上升时，每个残基沿轴旋转100。 -螺旋体中氨基酸残基侧链R基团伸向外侧，相邻的螺旋圈之间形成链内氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行。 -螺旋有左手螺旋和右手螺旋两种，天然蛋白质的-螺旋绝大多数都是右手螺旋，仅在嗜热菌蛋白酶的晶体结构中发现226229位氨基酸残形成左手螺旋。

6、,稳定及影响因素: 氢键 多肽链中有Pro（或羟脯氨酸） 时螺旋中断 多肽键中存在大量Gly、Ser、Thr大量存在也不利于形成-螺旋 2 -折叠结构 -折叠结构与-螺旋结构的差异是： 1. -螺旋肽链是卷曲棒状螺旋，而-折叠的肽链几乎是完全伸展的 2. 都以氢键维持结构的稳定性 3. -折叠结构中每一残基间的垂直距离为0.35nm -折叠结构分为平行和反平行两种形式,从能量考虑,反平行更为稳定 3-转角结构 4 自由回转（无规则卷曲）,（二）蛋白质的三、四结构 1 蛋白质的三级结构 (1)定义:由-螺旋、-折叠等二级结构之间相互配置而成的构象 (2)举例: 肌红蛋白 肌红蛋白由一条多肽链构成

7、，有153个氨基酸残基和一个血红 素辅基，MW为17800，通过X-射线衍射图谱测出其空间结构 有下列特征： 整个分子中肽链有77%呈-螺旋体构象 分子是一个外圆中空的不对称结构，有8段长度为724个氨基酸残基的-螺旋体。在拐角处，-螺旋体受到破坏（Pro、Ile、Ser等出现在拐角处） 分子排列非常紧密，其内部留有的空间仅能容纳4个水分子, 氨基酸残基的全部极性R基团几乎全部位于分子表面，并且呈水化状态 几乎全部非极性或疏水性R基团都位于分子内部，不与水接触。 对已被检查的不同种属的肌红蛋白而言，虽然其氨基酸组成稍有差别，但其多肽链的总构象完全是一致的，因此氨基酸顺序中保留或不变的残基，与决

8、定弯折的位置和直的段节的走向有关 2 蛋白质的四级结构 (1)定义: 由两条或两条以上的具有三级结构的多肽链聚合而成的特定构象 (2)举例: 血红蛋白的结构： MW 65000 574个氨基酸残基组成 4个亚基组成（22） 每个亚在含有一个血红素辅基 亚基含141个氨基酸残基 亚基含146个氨基酸残基 血红素辅基的铁为二价铁原子，但在输氧时，铁的价态不变,（三）蛋白质分子中的共价键与次级键 稳定各级结构因素: 一级结构:肽键（为主）、二硫键（为辅） 二级结构：氢键 三级结构和四级结构： 非共价键（ 氢键、范德华力、盐键、疏水键、酯键） 三 蛋白质分子结构与功能的关系 （一）蛋白质一级结构与功能

9、的关系 1 种属差异 2 一级结构与分子病 分子病： 某种蛋白质分子一级结构的氨基酸序列与正常有所不同的遗传病。 镰刀型红细胞性贫血病,（二）蛋白质构象与功能的关系 第四节 蛋白质的理化性质 一 蛋白质的分子量 测定蛋白质的常用方法是 ： 渗透压法 简单、设备要求不高、灵敏度较差 超离心法 准确、可靠、设备要求高 凝胶过滤 仅测定近似值 聚丙烯酰胺凝胺电泳 仅测定近似值 常用超离心法测定分子量 S:单位离心场强度的沉降速度,称为沉降系数,数值一般在110-13-20010-13秒范围内,人们通常将110-13秒称为一个S,如某蛋白质沉降系数为810-13秒可写为8S,沉降系数的大小基本上反映了

10、蛋白质分子量大小,二 蛋白质的两性电离及等电点 蛋白质也是两性电解质（N端含氨基、C端含羧基） 等电点时蛋白质性质的特殊性 总净电荷为零，无相互排斥作用，所以最不稳定，溶解度最小，极易借静电引力迅速结合成较大的聚集体，而沉淀出来，利用这一性质可以分离、提纯蛋白质。 粘度、渗透压、膨胀性以及电导均为最小 实际应用： 缓冲作用 电泳分离 蛋白质的两性解离与植物根部吸收养分的关系,三 蛋白质的胶体性质 蛋白质水溶液是一种比较稳定的胶体，原因有二： 蛋白质颗粒表面形成一层水膜（水化膜） 在非等电点状态下（pHpI）蛋白质颗粒带同种电荷（同种电荷） 四 蛋白质的变性、沉淀与凝固 1.什么叫变性作用？天然

11、蛋白质受理化因素的影响，分子内部原有的高度规律性结构发生变化，致使蛋白质的理化性质和生物学性质都有所改变，但并不导致蛋白质一级结构的破坏，这种现象叫变性作用，变性后的蛋白质称变性蛋白质。 2.引起蛋白质变性的因素 化学因素 强酸、强碱、胍、去污剂、重金属离子、三氯乙酸 磷钨酸、单宁酸（鞣酸）、浓乙醇等 物理因素 加热（70100）、剧烈振荡或搅拌、紫外线、X-射线 超声波等,3.变性蛋白质的特征 失去生物活性 Hb变性后失去运输O2的功能，酶无催化功能 胰岛素失去调节血糖水平的生理机能 溶解度降低、易沉淀 （主要是疏水基团外露，失去水膜） 结晶能力丧失 粘度增加 球形（粘度小）线形（粘度大）

12、变性蛋白质易被酶（水解酶）消化水解 4.变性机制 主要是由蛋白质分子内部的结构发生改变而引起的 5.蛋白质变性的应用,五 蛋白质的沉淀反应 1 盐析(可逆) 因加入大量盐而使蛋白质沉淀析出的现象称盐析 原因:破坏水化膜及中和电荷 血清 球蛋白 或 加(NH4)2SO4至半饱和 + 白蛋白（清蛋白） 蛋清 上清液 加(NH4)2SO4至饱和 + 上清液 2 加有机溶剂 (有条件可逆) 原因:有机溶剂亲水性强,破坏水化膜,3 加入重金属盐(不可逆) NH3+ NH3+ Pr + Ag+ Pr COO- COOAg 4 加入某些酸类(不可逆) 蛋白质的沉淀、变性和凝固的关系 变性 不一定 不一定 沉

13、淀 凝固(变性+沉淀) 一定,六 蛋白质的紫外吸收 引起紫外吸收原因:共轭体系(单双键交替排列) Trp max = 279nm 强 (主要) Tyr max = 278nm 中 (主要) phe max = 259nm 弱 肽键 max = 180-230nm 七 蛋白质的呈色反应 反应名称 试剂 呈现颜色 呈色反应的功能基团 双缩脲反应 CuSO4(OH-) 红紫色max = 540nm 二个以上的肽键 黄色反应 浓HNO3 白黄 Tyr、Trp 米伦氏反应 Hg+HNO3(浓) 白红 Tyr（酚类） 乙醛酸反应 乙醛酸+浓H2SO4 紫色环 吲哚基（Trp） 坂口反应 Br2(Cl2)+-萘酚(OH-) 红色 胍基（Arg） 酚试剂反应 福林试剂 蓝色 酚基（Tyr）,八 蛋白质的分离与纯化 一般原则： 1 选材（应选择含量较高，易提取的材料） 2 组织或细胞的破碎（使蛋白质从溶解的状态释放出来，并保持原有的天然状态，不失去生物活性） 3 分离、提纯（要经常检查所需蛋白质的提纯程度） 常见的一个例子：加工豆制品 大豆 浸泡 粉碎 浆状物 过滤 生豆浆 加热 熟豆浆 加入石膏 静置 絮状物 浇模、压去水分 豆制品,第五节 蛋白质的分类 球状蛋白质（一般易溶于水，分子接近球状） 一 分子形状 纤维状蛋白质（X/Y 510,分子细而长