生物化学第1章蛋白质 ppt课件

第 1 章 蛋白质 Protein 希腊语，第一重要的，最原初的。 早在1878年，思格斯就在反杜林论中指 出：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式 本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断 的自我更新。” 第1节 蛋白质概述 一、蛋白质的特点 1. 组成简单 2. 存在普遍 一、蛋白质的特点 1. 组成简单 2. 存在普遍 3. 种类繁多 4. 结构复杂 5. 功能多样 单细胞生物 胞外酶 鞭毛-蛋白质（运动器官） 细胞壁-糖、脂、肽 细胞膜-载运蛋白、膜蛋白 细胞质-酶蛋白（催化物质） 细胞核-酶蛋白（遗传） 多细胞动物 个体层次 毛发、皮肤 -角蛋白 骨骼、牙齿 -钙+胶原蛋白 肌肉 -肌球蛋白/肌丝蛋白 食道 -消化酶 血管中 -免疫蛋白 -激素蛋白 器官层次 巨噬细胞 细胞水平 为什么人体细胞 有不同的形状？ 细胞内有支撑体 ？ w细胞内丝网状骨架 蛋白（决定细胞形 状及运动）； 带有 w细胞粘连物质 -胶原蛋白 w结构蛋白 均为纤维状 功能 蛋 白大多为 球 状w细胞膜载体蛋白（物 质、信号）、酶 w细胞质(包括细胞器)酶 （物质代谢）、信号传递 w细胞核酶（遗传）、 结构蛋白（染色体骨架） w细胞质(包括细胞器)酶（ 物质代谢）、信号传递 二、蛋白质的功能 1、催化功能 酶 2、结构成分 皮、毛、骨、牙、细胞骨架 3、运输作用 血红蛋白 4、运动作用 肌动蛋白和肌球蛋白 5、调节作用 基因调控因子 6、防御作用 免疫球蛋白 7、贮存作用 乳、蛋、谷蛋白 8、信息传递 信号蛋白 9、异常功能 视色素、味觉蛋白、毒素 生老病死，万物轮回(蛋白质层次) 生（诞生、生长）：在酶催化下老细胞 计划性凋亡和新细胞的再生、 活细胞的代谢 -（新陈代谢） 老？蛋白质功能普遍衰退 病？个别蛋白质的功能障碍 死？蛋白质功能的全部停止/分解 蛋白质生物功能分子 三、蛋白质的组成 1、蛋白质的元素组成 蛋白质的含氮量 v由于大多数蛋白质的含氮量接近于16%， 所以，可以根据生物样品中的含氮量来 计算蛋白质的大概含量： v蛋白质含量（克）=每克生物样品中含氮 的克数 6.25 v凯氏定氮法 蛋白质月示胨多肽肽氨基酸 1*104 5*103 2*103 1000 200 100 -500 所以，氨基酸(amino acid)是蛋白质 的基本结构单元。 2、蛋白质的氨基酸组成 第2节 氨基酸 一、蛋白质氨基酸的结构及分类 （amino acid, AA, aa, Aa) 要求熟记氨基酸的： 分子式 三字符缩写 单字符缩写 （一）氨基酸共有的结构特征 一、氨基酸的结构及分类 地球上天然形成的氨基酸有300300种以上，但 是构成蛋白质的常见氨基酸有20种,且都是- 氨基酸。 非极性氨基酸 一、氨基酸的结构及分类 20 种 氨 基 酸 极性氨基酸 酸 性 氨 基 酸 碱 性 氨 基 酸 非解离的极性氨基酸 （二）氨基酸的分类 R R基团不同：基团不同：脂肪族脂肪族 1515种种 支链：支链：ArgArg ThrThr Val Val IleIle LeuLeu 直链直链: : Asp Asp AsnAsn GluGlu GlnGln LysLys Ser Ser CysCys GlyGly Ala Met Ala Met 芳香族芳香族 3 3种种 TyrTyr PhePhe TrpTrp 杂环族杂环族 2 2种种 His ProHis Pro 一、氨基酸的结构及分类 结构特点：结构特点： 1.1.含苯环含苯环: : PhePhe 2.2.含酚羟基含酚羟基: : TyrTyr 3.3.含吲哚环含吲哚环: : TrpTrp 4.4.含羟基含羟基: Ser : Ser ThrThr 5.5.含硫含硫: : CysCys Met Met 6.6.含胍基含胍基: : ArgArg 7.7.含咪唑基含咪唑基: His: His 一、氨基酸的结构分类 酸碱性酸碱性: : 酸性氨基酸酸性氨基酸: : 2 2 个个COOHCOOH、 1 1个个-NH-NH 2 2 Asp Asp GluGlu 碱性氨基酸碱性氨基酸: : 1 1 个个COOHCOOH、 2 2个碱性基团个碱性基团 （氨基、胍基、咪唑基）（氨基、胍基、咪唑基） ArgArg LysLys His His 中性氨基酸中性氨基酸: : 1 1 个个COOHCOOH、 1 1个个-NH-NH 2 2 极性 极性 非极性非极性 一、氨基酸的结构及分类 课后作业：熟记20种 L-氨基酸的三 字符、单字符和结构式与性质。 每种氨基酸都有专用的缩写名 一、氨基酸的结构及分类 （三）稀有氨基酸 在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常 称为不常见蛋白质氨基酸或稀有氨基酸。 一、氨基酸的结构及分类 （四）非蛋白质氨基酸 至今发现大于200种，功能各异 -丙氨酸、-氨基丁酸、高半胱氨酸 高丝氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸 苯甘氨酸、甲基天门冬氨酸 一、氨基酸的结构及分类 有些aa在人和反刍动物体内不能合成 ，需从食物中吸取以保证正常生命活动 的需要，称必需氨基酸。 苏缬亮异亮，苯丙是芳香， 还有色赖蛋，缺一人遭秧。 一、氨基酸的结构及分类 （五）必需氨基酸 一两色素本来淡些 半必需氨基酸： 婴幼儿时期合成量不能满足需要 组氨酸和精氨酸 1、氨基酸的物理性质 熔点：200-300 溶解度：脯氨酸最易溶于水 不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂 氨基酸的盐酸盐比游离氨基酸易溶于乙醇。 二、氨基酸的性质 2、氨基酸的两性解离与等电点 (1) 氨基酸的存在形式 两性离子： 在同一个氨基酸分子上，含有等量的正负两种 电荷，由于正负电荷相互中和而呈电中性。 偶极离子、兼性离子 二、氨基酸的性质 COO- H3N+ 水溶后等电荷状态 加 酸 H+ H+ H+ H 总电荷 “+” 二、氨基酸的性质 （2）氨基酸的两性解离 COO- H3N+ 水溶后等电荷状态 总电荷 0 加 碱 OH OH OH 总电荷 “-” H2N H2O 二、氨基酸的性质 （3）氨基酸的等电点 等电点：当溶液为某一pH值时，氨基酸分子 中所带正电荷和负电荷数目正好相等，净电荷 为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI （isoelectric point)。 二、氨基酸的性质 羧基的电离度氨基 中性氨基酸的pI7 pH= pH=pIpI aaaa呈电中性呈电中性 pHpHpIpI aaaa带负电荷带负电荷 应用：应用： 电泳分离蛋白质电泳分离蛋白质 二、氨基酸的性质 (4) 等电点计算 中性氨基酸：pI = (pK1 + pK2 )/2 酸性氨基酸：pI = (pK1 + pKR )/2 碱性氨基酸：pI = (pK2 + pKR )/2 二、氨基酸的性质 提问:为什么不同氨基酸的pI不同? -R 有电性区别。 中性氨基酸pI一般为5.0-6.0 提问：为什么偏酸性？ 答案：-COOH解离程度略大于-NH2的得电子能力 提问：酸性氨基酸的pI(更偏酸、更偏碱）？ 更酸（3.0 左 右） 碱性氨基酸pI更碱（7.610.7)(只有三种） 提问：大多数氨基酸在中性pH=7时，带 电？ 提问：等电点时的氨基酸等电点时的氨基酸溶解度最大或最小？ 最小。易 于 沉 淀 提问：为什么？ 较小的同性排斥 - 二、氨基酸的性质 二、氨基酸的性质 手性-碳原子(不对称C) 都具有旋光性。 3、氨基酸的光学性质 （1）氨基酸的立体化学 组成蛋白质的氨基酸中19种具有旋 光性（Gly除外），都为L-型氨基酸 二、氨基酸的性质 （2）氨基酸的光吸收 二、氨基酸的性质 可见光区：无光吸收 远紫外和红外区：都有光吸收 近紫外区（220300nm）：Tyr/Trp/Phe 应用：蛋白质测定 二、氨基酸的性质 Tyr max278nm Phe max259nm Trp max279nm 思考题 1. 构成蛋白质的氨基酸属于下列哪种氨基酸?( ) A. L-氨基酸 B. L-氨基酸 C. D- -氨基酸 D. D- 氨基酸 2. 含有2个羧基的氨基酸是( ) A.谷氨酸 B. 苏氨酸 C.丙氨酸 D. 甘氨酸 3.天然蛋白质中不存在的氨基酸是( ) A. 半胱氨酸 B. 瓜氨酸 C. 蛋氨酸 D. 羟脯氨酸 二、氨基酸的性质 4. 280nm处有吸收峰的氨基酸( ) A. 精氨酸 B. 色氨酸 C. 丝氨酸 D. 谷氨酸 5. 大多数蛋白质中的含氮量( ) A. 6% B. 16% C. 23% D. 10% 二、氨基酸的性质 4、氨基酸的化学反应P39 （1 1）茚三酮反应）茚三酮反应-氨基酸的定量氨基酸的定量 氨基酸氨基酸+ +茚三酮试剂茚三酮试剂-紫兰色复合物紫兰色复合物 （2 2）桑格反应（）桑格反应（sangersanger) ) 2 2，4-4-二硝基氟苯反应二硝基氟苯反应 (3) (3) EdmanEdman降解反应降解反应 二、氨基酸的性质 弱酸 加热 Pro和Hpro无游离氨基，只能形成 黄色化合物（440nm）； 可鉴定某化合物是否有可能是AA； 如果是AA可用 测压法 分光光度法 定量测定AA的含量 NO2 FO2N+ H2NCHCOOH R NO2 O2NHNCHCOOH R + HF 弱碱性 DNP-氨基酸 （黄色） DNFB Sanger 法测定N末端氨基酸基础 N=C=S + NCHCOOH H HR PITC NCNCHCOOH HHR S PTC-氨基酸 NC HR S NC C OPTH-氨基酸 pH8.3 无水HF 苯异硫氰酸酯PITC 苯氨基硫甲酰衍生物 苯乙内硫脲衍生物 Edman降解法基础 重复测定多肽链N端AA排列顺序 ，设计出“多肽顺序自动分析仪” 三、肽 氨基酸是如何聚合为蛋白质的呢？ 成 肽 反 应 CHCH COOHCOOH NHNH 2 2 R R1 1 COOHCOOH CHCH H H2 2N N R R2 2 NHNH 2 2 CHCH R R1 1O O C C N N H H CHCHCOOHCOOH R R2 2 肽键肽键 肽肽 N N端端 肽链氨基端肽链氨基端 肽链羧基端肽链羧基端 C C端端 肽键与肽的概念？ 一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基 之间脱水形成的酰胺键称为肽键(peptide bond)，所形成的化合物称为肽(peptide)。 l由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则 称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。 （1 1）肽键的作用：）肽键的作用： 蛋白质分子中的主要共价键（酰胺键）蛋白质分子中的主要共价键（酰胺键） （2 2）肽键的特点：）肽键的特点： 1 1、单键，具部分双键性质，不能自由旋转。、单键，具部分双键性质，不能自由旋转。 2 2、与、与C-NC-N相连的相连的H H、O O均为反式均为反式 形成形成肽键平面肽键平面 （3 3）肽键平面）肽键平面 连接在肽键两端的连接在肽键两端的C=OC=O、N-HN-H，及两个，及两个- 碳原子共碳原子共6 6个原子，空间位置在一个平面上，个原子，空间位置在一个平面上， 称为肽键平面称为肽键平面 ，或肽平面，或肽平面，肽单位肽单位（能自由（能自由 旋转的键为旋转的键为CC-N-N，CC-C-C） 在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排 列顺序称为氨基酸顺序，所形成的链称为肽链。 通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基 端或N-端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端 或C-端。 氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基 酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为： Ser-Val-Tyr-Asp-Gln 重要的天然寡肽 +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- Met-脑啡肽 Leu-脑啡肽 L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val L-Orn L-Orn L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu 短杆菌肽S(环十肽) 由细菌分泌的多肽，有时也都含有D-氨基酸和一 些不常见氨基酸，如鸟氨酸（Ornithine, 缩 写为 Orn）。 第3节 蛋白质的分子结构 蛋 白 质 的 结 构 层 次 一级结构 二级结构 超二级结构 结构域 三级结构 四级结构 高级结构 空间构象 蛋白质是由一条或多条多肽(polypeptide)链 以特殊方式结合而成的生物大分子。 蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分 子量在6000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。 蛋白质分子量变化范围很大, 从大约6000到 1000000道尔顿甚至更大。 l示例 蛋白质的各级结构的基本概念 一级结构：肽链中的氨基酸排列顺序。 二级结构：多肽链沿着肽链主链规则或周期性折叠。 超二级结构：若干相邻的二级结构单元按照一定规律 有规则组合在一起，相互作用，形成在空间构象上可 彼此区别的二级结构组合单位。 结构域：一条多肽链独立折叠近似球形的区域。 三级结构：已含有二级结构的多肽链进一步折叠或卷 曲成复杂的空间结构。包括肽链中所有原子的空间排 布方式。 四级结构：蛋白质亚单位的立体排布和相互作用。 一、蛋白质的一级结构 一、蛋白质的一级结构 （一）蛋白质分子的一级结构 （primary structure） 1 1、定义：、定义：指蛋白质的指蛋白质的aaaa组成。组成。 （1）多肽链中氨基酸（残基）的排列顺序。 （2）是蛋白质的基本结构。 （3）是空间结构、生理功能的基础。 2 2、维系键、维系键 肽键、二硫键肽键、二硫键 3 3、举例、举例 二、蛋白质的一级结构 我国1965年在世界上第一个用化学方法人工 合成的蛋白质就是这种牛胰岛素。 蛋白质一级结构的测定 蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化学 研究的基础。自从1953年F.Sanger测定 了胰岛素的一级结构以来，现在已经有 上千种不同蛋白质的一级结构被测定。 1.样品必需纯（97%以上）； 2.知道蛋白质的分子量； 3.知道蛋白质由几个亚基组成； 4.测定蛋白质的氨基酸组成；并根据分 子量计算每种氨基酸的个数。 5.测定水解液中的氨量，计算酰胺的含 量。 1.测定蛋白质的一级结构的要求 2. 测定步骤 (1) 多肽链的拆分 由多条多肽链组成的蛋白质分子，必须 先进行拆分。 蛋白质一级结构的测定蛋白质一级结构的测定 2. 测定步骤 (2) 测定蛋白质分子中多肽链的数目 通过测定末端氨基酸残基的摩尔数与蛋 白质分子量之间的关系，即可确定多肽 链的数目。 蛋白质一级结构的测定蛋白质一级结构的测定 2. 测定步骤 (3) 二硫键的断裂二硫键的断裂 几条多肽链通过二硫键交联在一起。可 在可用8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍存在 下，用过量的-巯基乙醇处理，使二硫 键还原为巯基，然后用烷基化试剂保护 生成的巯基，以防止它重新被氧化。 蛋白质一级结构的测定蛋白质一级结构的测定 2. 测定步骤 可以通过加入盐酸胍方法解离多肽链之 间的非共价力；应用过甲酸氧化法或巯 基还原法拆分多肽链间的二硫键。 蛋白质一级结构的测定蛋白质一级结构的测定 (4)测定每 条多肽链的 氨基酸组成 ，并计算出 氨基酸成分 的分子比； 蛋白质一级结构的测定蛋白质一级结构的测定 2. 测定步骤 2. 测定步骤 (5)分析多肽链的N-末端和C-末端 多肽链端基氨基酸分为两类：N-端氨基酸 (amino-terminal)和C-端氨基酸。 在肽链氨基酸顺序分析中，最重要的是N- 端氨基酸分析法。 DNFB(二硝基氟苯)Sanger法 PITC（苯异硫腈法） Edman法或PTH法 DNS法（丹磺酰氯）氨肽酶法 蛋白质一级结构的测定蛋白质一级结构的测定 2. 测定步骤 (6)多肽链断裂成多个肽段，可采用两 种或多种不同的断裂方法将多肽样品断 裂成两套或多套肽段或肽碎片，并将其 分离开来。 蛋白质一级结构的测定蛋白质一级结构的测定 2. 测定步骤 (7)测定每个肽段的氨基酸顺序 蛋白质一级结构的测定蛋白质一级结构的测定 2. 测定步骤 (8)确定肽段在多肽链中的次序 利用两套或多套肽段的氨基酸顺序 彼此间的交错重叠，拼凑出整条多肽链 的氨基酸顺序。 蛋白质一级结构的测定蛋白质一级结构的测定 Trypsin ：产物是以 赖氨酸Lys和精氨酸 Arg为C-末端残基的 肽段。 肽链水解位点 胰蛋白酶 R1=Phe（F）、 Trp（W） Tyr（Y）等疏水性AA Leu、Met和His稍慢 R2=Pro（抑制） pH8-9 肽链 水解位点 糜蛋白酶/胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin） 水解速度与相邻AA性质有关: 酸性：-/碱性：+ R2=Phe（F）、 Trp（W）、 Tyr（Y）、 Leu（L）、Ile（I）、Met（M）、Val（V ）及其它疏水性强的AA水解速度较快 肽链水解位点 R2= Pro或Gly，不水解 R1或R3=Pro，抑制水解 嗜热菌蛋白酶（thermolysin) 溴化氰(Cyanogen bromide) 选择性地切割由Met羧基形成的肽键。 2. 测定步骤 (9)确定原多肽链中二硫键的位置 蛋白质一级结构的测定蛋白质一级结构的测定 一般采用胃蛋白酶处理没有断开二硫键 的多肽链， 再利用双向电泳技术分离出各个肽段， 用过甲酸处理后，将每个肽段进行组成 及顺序分析， 然后同其它方法分析的肽段进行比较， 确定二硫键的位置。 二硫键位置的确定二硫键位置的确定 2. 测定步骤 二、蛋白质的构象和维持构象的作用力 构型和构象 构型： 原子或基团在空间的相对分布或排列。 涉及共价键的断裂。 构象： 当单键旋转时，取代基团可能形成不同的立体结构。 不涉及共价键的断裂。 二、蛋白质的构象和维持构象的作用力 1.共价键 肽键、二硫键和配位键。 二硫键：由含硫氨基酸形成。 在蛋白质分子中，起着稳定肽链空间结构的作用 。二硫键被破坏，蛋白质的生物活性丧失。 配位键：两个原子之间形成的共价键，共用电子 对由其中的一个原子提供。 金属离子与蛋白质的结合往往是配位键，例如： 血红蛋白、细胞色素C等。 二、蛋白质的构象和维持构象的作用力 二、蛋白质的构象和维持构象的作用力 2.非共价键 共价键存在于一个分子或多个分子的原子 之间，决定分子的基本结构。 非共价键（又称为次级键或分子间力）决 定生物大分子和分子复合物的高级结构。 二、蛋白质的构象和维持构象的作用力 （1）氢键 氢键是由两个负电性原子对氢原子的静电引 力所形成。XHY它是质子给予体X-H和质 子接受体Y之间的一种特殊类型的相互作用。 氢键具有方向性，氢键的方向用键角表示， 是指XH与HY之间的夹角，一般为180 250。 二、蛋白质的构象和维持构象的作用力 （2）范德华力 这是一种普遍存在的作用力，是原子、基团 或分子之间比较弱的、非特异性的作用力。 这种作用力分：极性基团之间的相互吸引（ 取向力）；极性基团与非极性基团之间的相 互吸引（诱导力）；非极性基团之间的相互 吸引（色散力）。 二、蛋白质的构象和维持构象的作用力 （3）疏水作用 非极性侧链在极性溶剂水 中为了避开水相而彼此靠 近所产生的一种作用力。 主要存在于蛋白质的内部 结构。 蛋白质和酶的表面通常具 有非极性链或区域，这是 由构成它们的氨基酸侧链 上的烷基链或苯环在空间 上相互接近时形成的。 二、蛋白质的构象和维持构象的作用力 （4）离子键 又称盐键，一 种具有相反电 荷的两个基团 之间的库仑作 用。这种键可 以解离。 二、蛋白质的构象和维持构象的作用力 键 能 肽键 二硫键 离子键 氢键 疏水键 范德华力 90kcal/mol 3kcal/mol 1kcal/mol 1kcal/mol 0.1kcal/mol 这四种键能远小于共价键，称次级键 提问：次级键微弱但却是维持蛋白质三维结构中主 要的作用力,原因何在? 数量巨大数量巨大 二、蛋白质的构象和维持构象的作用力 二、蛋白质的构象和维持构象的作用力 三、蛋白质的二级结构 二级结构：肽链有规则地折叠或旋转。 指肽链主链骨架原子的相对空间位置。 它只涉及肽链主链的构象及链内或链间 形成的氢键不涉及残基侧链。 主要有-螺旋、 -折叠、-转角、 无规卷曲、-螺旋、环等。 维持二级结构的主要作用力是氢键。 三、蛋白质的二级结构 （一）多肽链折叠的空间限制 （1）肽键的性质 肽键中C-N键有部分 双键性质 不能自由旋转 组成肽键原子处于 同一平面（肽平面） 键长及键角一定 大多数情况以反式 结构存在 三、蛋白质的二级结构 共价主链 三、蛋白质的二级结构 （2）酰胺平面与碳原子的二面角 三、蛋白质的二级结构 C- N： C- C： 多肽链：通过可旋转的C连接的酰胺平面链 这种旋转是受到限制的 三、蛋白质的二级结构 三、蛋白质的二级结构 三、蛋白质的二级结构 1.-螺旋（ -helix） -螺旋是蛋白质中最常见、最典型的、 含量最丰富的二级结构元件。 1951年 Pauling L.和Corey R等 （2）蛋白质的构象单元 三、蛋白质的二级结构 三、蛋白质的二级结构 基本特点：基本特点： a a、单链、右手螺旋单链、右手螺旋 b b、每一螺旋由、每一螺旋由3.63.6氨基酸残基组成氨基酸残基组成 c c、螺距、螺距0.54nm,0.54nm,上升上升0.15nm/aa0.15nm/aa d d、相邻、相邻2 2圈圈 螺旋间螺旋间1 1个肽键的个肽键的C=OC=O与与 隔隔3 3个个aaaa（即（即A1A1与与A5A5，A2A2与与A6A6）第）第5 5 个肽键的个肽键的N-HN-H形成氢键，中间包括形成氢键，中间包括1313 个原子，又称个原子，又称3.63.613 13螺旋 螺旋 e e、氢键方向与纵轴、氢键方向与纵轴平行平行，链内氢键是，链内氢键是 螺旋稳定的主要因素螺旋稳定的主要因素 f f、侧链基团位于螺旋外，不参与螺旋、侧链基团位于螺旋外，不参与螺旋 的组成，但影响螺旋的形成与稳定。的组成，但影响螺旋的形成与稳定。 三、蛋白质的二级结构 制约螺旋形成的因素（P31）： 1）某些氨基酸。如Pro, 羟脯氨酸 2）大侧链氨基酸 3）相同电荷的残基过于密集 三、蛋白质的二级结构 角蛋白 Keratin 角蛋白广泛存在于动物的皮肤及皮肤的衍生物，如毛 发、甲、角、鳞和羽等，属于结构蛋白。角蛋白中主 要的是-角蛋白。 -角蛋白主要由-螺旋构象的多肽链组成。一般是由 三条右手-螺旋肽链形成一个原纤维，原纤维的肽链 之间有二硫键交联以维持其稳定性。 例如毛的纤维是由多个原纤维平行排列，并由氢键和 二硫键作为交联键将它们聚集成不溶性的蛋白质。 -角蛋白的伸缩性能很好，当-角蛋白被过度-拉伸 时，则氢键被破坏而不能复原。此时-角蛋白转变成 -折叠结构，称为-角蛋白。 三、蛋白质的二级结构 毛发的结构 一根毛发周围是一层鳞状细 胞(scaIe cell)，中间为皮 层细胞(cortical celI)。皮 层细胞横截面直径约为20m 。在这些细胞中，大纤维沿 轴向排列。所以一根毛发具 有高度有序的结构。 毛发性能就决定于螺旋结 构以及这样的组织方式。 卷发(烫发)的生物化学基础 烫发时 还原剂 三、蛋白质的二级结构 三、蛋白质的二级结构 三、蛋白质的二级结构 2. 2. - -折叠（折叠（ -pleated sheet-pleated sheet） -伸展的肽链结构 a、基本特征 肽键平面之间折叠 成锯齿状。两个aa之间 的轴心距为0.35nm。 b、结构的维系依靠肽 链间的氢键，氢键的方 向与肽链长轴垂直 c、肽链的N末端在同一 侧-顺向平行，反之 为反向平行。 三、蛋白质的二级结构 -角蛋白 丝心蛋白(fibroin) 是蚕丝和蜘蛛丝的一 种蛋白质。丝心蛋白 具有抗张强度高，质 地柔软的特性，但不 能拉伸。 主要由六肽重复连接 而成，每隔一个氨基 酸残基就有一个甘氨 酸残基。 三、蛋白质的二级结构 3.-转角 -turn 基本特征： a、肽链出现1800回折的“U” 结构 b、由第1个氨基酸残基的 C=O与第4个氨基酸残基的N- H形成氢键，中间包括11个 原子。 c、常连接-折叠的肽键。 泛指不能归入明确的二级结构 如折叠片和螺旋的多肽片断。 没有一定规律的松散结构。 无规则卷曲（random coil） 三、蛋白质的二级结构 思考题： l已知某分子量为240000的蛋白质多肽链的一些 节段是-螺旋,而另一些节段是-折叠,其分子长 度为5.06x10 -5 cm,求分子-螺旋和-折叠的百 分率？ 超二级结构（超二级结构（ super secondary structuresuper secondary structure ）： 若干相邻的二级结构单元相互作用，进一步组若干相邻的二级结构单元相互作用，进一步组 合成有规则的结构组合体。合成有规则的结构组合体。 如：如： 、 、 四、超二级结构与结构域 四、超二级结构与结构域 四、超二级结构与结构域 四、超二级结构与结构域 四、超二级结构与结构域 四、超二级结构与结构域 四、超二级结构与结构域 四、超二级结构与结构域 四、超二级结构与结构域 四、超二级结构与结构域 由二级结构组合而成。 充当三级结构的构件。 结构域是蛋白质分子上的一个功能单位，亦可 称为功能域。 四、超二级结构与结构域 结构域结构域（domain)domain)：存在于球状蛋白质分子中：存在于球状蛋白质分子中 的两个或多个相对独立的、在空间上能辩认的的两个或多个相对独立的、在空间上能辩认的 三维实体。三维实体。 五、蛋白质的三级结构 蛋白质的三级结构(Tertiary Structure)：在 二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团 相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括 主链和侧链构象在内的特征三维结构。 特点特点 （1 1）是）是球状球状或椭圆状蛋白质或椭圆状蛋白质 （2 2）形成）形成亲水表面亲水表面和和疏水内核疏水内核 表面也可有些表面也可有些“ “沟沟”“”“穴穴” ” 作用力：氢键、疏水键、离子键和范德华力等。 尤其是疏水键。 五、蛋白质的三级结构 肌红蛋白 六、蛋白质的四级结构 1 1、定义、定义 相同或不同亚基按照一定排布方式聚合而成的蛋白结构相同或不同亚基按照一定排布方式聚合而成的蛋白结构. . 亚基（亚基（subunit)-subunit)- 在蛋白质的四级结构中，每个各具独立三级结构的在蛋白质的四级结构中，每个各具独立三级结构的 多肽链称为亚基。多肽链称为亚基。 蛋白质分子中的最小共价单位。蛋白质分子中的最小共价单位。 寡聚蛋白特有的空间结构 寡聚蛋白由几个亚基组成的蛋白.。 (quaternary stucture) 六、蛋白质的四级结构 2 2、特点、特点 在具有在具有四级结构四级结构蛋白质中，蛋白质中，亚基单独存在亚基单独存在 无活性无活性 不是所有的蛋白质都具有四级结构，不是所有的蛋白质都具有四级结构， 亚基间以次级键相连亚基间以次级键相连 （疏水键疏水键、氢键、离子键、范德华力等、氢键、离子键、范德华力等） 六、蛋白质的四级结构 第4节 蛋白质结构与功能的关系 蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序 蛋白质的空间构象蛋白质的空间构象 蛋白质的功能蛋白质的功能 一级结构变化，功能改变。一级结构变化，功能改变。 一级结构中非关键部位氨基酸残基发生变化，一级结构中非关键部位氨基酸残基发生变化， 不影响生物活性。不影响生物活性。 一级结构中关键部位氨基酸残基发生变化，可一级结构中关键部位氨基酸残基发生变化，可 导致功能变化。导致功能变化。 一、一级结构与功能的关系一、一级结构与功能的关系 同源蛋白： 来自不同生物体、执行同一 /相似功能的蛋白 AA序列具有明显的相似性序列同源性（ sequence homology） 不变残基和可变残基 1、种属差异与分子进化 104 个AA残基 MW约12.5103 28个不变残基 进化位置相差愈远，AA序列差别愈大 用于核对各物种间的分类学关系以及 绘制系统树/进化树 细胞色素细胞色素C C与系统树与系统树 几种生物和人的细胞色素C的 氨基酸组成的差异 生物名称与组成人的细胞色素C的氨 基酸的差别 黑猩猩0 猕猴1 马12 果蝇27 向日葵38 分子病：由于基因突变导致蛋白质一级结构发 生变异，使蛋白质的生物学功能减退或丧失 ，造成生理功能的变化而引起的疾病。 镰刀型贫血症（sickle-cell anemia） 2、一级结构变异与分子病 镰刀状贫血病 血液中大量出现 镰刀红细胞，患 者因此缺氧窒息 正常细胞 镰刀形细胞 w它是最早认识的 一种分子病。流 行于非洲，死亡 率极高，大部分 患者童年时就夭 折，活过童年的 寿命也不长，它 是由于遗传基因 突变导致血红蛋 白分子结构的突 变。 正常型 -Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys - 链 谷氨酸 镰刀型 -Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys - 链 缬氨酸 谷A（极性） 缬A（非极性） (了解)由于缬氨酸上的非极性基团与相邻非极性基团 间在疏水力作用下相互靠拢，并引发所在链扭曲为 束状，整个蛋白质由球状变为镰刀形，与氧结合功 能丧失， 导致病人窒息甚至死亡，但病人可抗非洲 疟疾。 二、空间结构与功能的关系 Anfinsen (R) relaxed state (T) tense state 血中氧分子的运送： Lung 氧氧 分分 子子 HemoglobinHemoglobin MyoglobinMyoglobin Muscle 静脉 动脉 环境氧高时 Hb 快速吸收氧分子 环境氧低时 Hb 迅速释放氧分子 释放氧分子后 Hb 变回 T state 任何一个亚基接受氧分子后，会增进其它亚基吸附氧分子的能力 大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙氨 酸、酪氨酸和色氨酸。 这三种氨基酸的在280nm 附近有最大吸 收。因此，大多数蛋白质在280nm 附近 显示强的吸收。 利用这个性质，可对蛋白质进行定量。 一一. .蛋白质的紫外吸收蛋白质的紫外吸收 第5节 蛋白质的重要性质 蛋白质与氨基酸一样，能够发生两性解 离，也有等电点。在等电点时，蛋白质 的溶解度最小，在电场中不移动。 在不同的pH环境下，蛋白质的电学性质 不同。 pHpI,负电荷,向正极移动； pHpI,正电荷,向负极移动; pH=pI,净电荷为零，不移动。 二二. .蛋白质的两性解离及等电点蛋白质的两性解离及等电点 蛋白质的两性电离及等电点 提问：为什么蛋白质具有两性（酸、碱性）？ 含有酸碱氨基酸残基 碱/酸 越大 pI ？ 越大 电泳 蛋白质在等 电点pH条件 下，不发生 电泳现象。 利用蛋白质 的电泳现象 ，可以将蛋 白质进行分 离纯化。 胶体溶液： w分子直径在1-100nm 内 w具有丁达尔效应、布朗运动等性质 w不能透过半透膜 三.蛋白质的胶体性质 提问：什么样的分子 是水溶性的？ 答案：分子直径胶 体颗粒大小（1100 nm)且不易聚集沉淀 。 大多数球状蛋白溶于 水，能形成稳定的胶 体溶液。 w提问：稳定蛋白质胶体 溶液的原因是什么？ w答案： w1.同种电荷相互 排斥； w2.水化膜的存在 1.定义(denaturation) ：某些物理或化学 因素，能够破坏蛋白质的空间结构，引 起蛋白质理化性质改变并导致生物学功 能丧失。 四四. .蛋白质的变性蛋白质的变性 机制：蛋白质空间结构破坏机制：蛋白质空间结构破坏, ,一级结构不变。一级结构不变。 （1）物理因素 有哪些？ 加热（70100）、剧烈振荡或搅拌 例如 卤水点豆腐、煎炒烹炸 紫外线、X射线、超声波 例如 皮肤粗糙、白内障、杀菌 2.变性因素： （2）化学因素 有哪些？ 强酸、强碱、尿素、胍、去污剂、甲醛、重金属盐 、三氯醋酸、磷钨酸、苦味酸、浓乙醇。 例如 胃酸、硫酸铜杀菌、烈酒 （3）机理 分子机理？ 变性因素破坏了维持蛋白质空间结构的各种 次级键以及二硫键。 复 性（renaturation) 去除变性因素后，变性蛋白恢复原来的空间 结构，恢复生物活性的现象。 本质一级结构决定高级结构 提问：是否所有的蛋白质变性都是可逆的？ 为什么？ 3、变性后蛋白质的性质 （1）生物活性丧失 （2）一些侧链基团暴露 （3）某些物理化学性质改变 粘度增加，扩散系数降低，溶解度下降， 分子形状改变，结晶能力丧失 （4）生物化学性质改变 （如：对蛋白酶降解的敏感性增大） 5、蛋白质变性原理的应用 （1）促使蛋白质变性 （2）防止蛋白质变性 1 1、沉淀、沉淀 概念概念 关键：水化膜的破坏，电荷的消失关键：水化膜的破坏，电荷的消失 方法方法 五、蛋白质的沉淀五、蛋白质的沉淀 a a、盐析（、盐析（salting outsalting out） 盐溶：蛋白质在低浓度盐中溶解度增加的现象。盐溶：蛋白质在低浓度盐中溶解度增加的现象。 盐析：蛋白质在高浓度盐中溶解度降低析出的现盐析：蛋白质在高浓度盐中溶解度降低析出的现 象。象。 等电点沉淀的蛋白质溶液中加入NaCl后 沉淀溶解盐溶 提问：原因？ 盐溶盐析 分子在等电点时，相互吸引，聚合沉淀，加入少 量盐离子后破坏了这种吸引力，使分子分散， 溶于水中 盐溶 盐析 向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵后蛋白 质会沉淀析出 提问：原因？ 蛋白质分子表面的亲水区域，聚集了许多水分子，盐 浓度高时，这些水分子被盐抽出，暴露出的疏水区域 相互结合，沉淀。 盐析（NH4）2SO4 b b、有机溶剂沉淀法、有机溶剂沉淀法 原理原理 c c、重金属沉淀法、重金属沉淀法 原理原理 d d、生物碱试剂、生物碱试剂 六、蛋白质的颜色反应 自学 第6节 蛋白质的研究方法 一、蛋白质含量的测定 1、凯氏定氮法 2、紫外吸收法 3、 蛋白质是由一条或多条多肽(polypeptide)链以特殊 方式结合而成的生物大分子。 蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在 6000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。 蛋白质分子量变化范围很大, 从大约6000到 1000000道尔顿甚至更大。 二、蛋白质的相对分子质量 1道尔顿1C12绝对质量/12 1.6610-27千克 测定蛋白质分子量的常用方法 1、沉降速度法 一种蛋白质分子在单位离心场的沉降速度 为恒定值，称为：沉降常数/系数（S） 瑞典的蛋白质化学家T.Svedberg 1S=10-13秒 2、凝胶过滤法 3、SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法 蛋白质颗粒电泳时迁移率取决于：