《ch1蛋白质》PPT课件.ppt

,第五节 蛋白质结构 与功能的关系,一、一级结构与功能的关系,同种功能的蛋白质具有相似的一级结构； 细胞色素c 胰岛素 一级结构的改变会引起功能的变化。 镰刀状细胞贫血症,二、高级结构与功能的关系,相同功能的蛋白质，高级结构很相似； 高级结构决定生物学功能，功能与结构之间相适应。 朊病毒 肌红蛋白与血红蛋白,三、一级结构与高级结构关系,一级结构决定高级结构，通过高级结构行使生物学功能； * 即蛋白质的生物学功能起决于氨基酸排列顺序，分子 伴侣（娘）在多肽链折叠中起作用。 蛋白质前体经激活之后才能形成正确的高级结构，成为有功能的活性蛋白。 前胰岛素原 凝血酶原,第六节 蛋白质的 重要理化性质,一、两性解离和等电点,在纯水中测得的等电点又称为蛋白质的等离子点，是蛋白质的特征常数。 等电点时，蛋白质的溶解度、粘度，渗透压、膨胀性和导电能力均为最小。（易沉淀析出，因为缺少电荷排斥作用）。 蛋白质在溶液中解离成带电颗粒，在电场中可以向电荷相反的电极移动，这种现象称为电泳。电泳的方向与速度与起决于：电荷的电性与多少；颗粒的大小与形状。根据这一原理就可以从蛋白质混合液中将各种蛋白质分离开来，所以电泳技术已成为分析、分离蛋白质的重要手段之一。,二、胶体性质,蛋白质水溶液为稳定的亲水胶体，其成因：直径在220nm；颗粒外面形成一层水化层（表面极性AA对水亲合性）；带电荷（在非等电点时，相同蛋白质颗粒带同种电荷，相互排斥）。 具有布朗运动、丁达尔效应、电泳现象、吸附现象以及不能透过半透膜等胶体溶液的性质。利用其不能透过半透膜性质，建立透析法可分离、纯化蛋白质。 当蛋白质溶液部分失水或达到一定浓度的蛋白质溶液冷却时可形成凝胶，如豆腐、奶酪、鱼汤冻、猪脚汤冻。胶凝作用的逆过程为胶溶作用，如为干凝胶的种子在发芽时大量吸水。,三、变性与复性,变性：在理化因素的影响下，天然蛋白质分子内部原有的高级结构发生变化时，其理化性质和生物学功能都随之改变或丧失，但并未导致一级结构的变化，这种现象叫变性作用。变性实质为分子中各种次级键被破坏（有时包括二硫键），其空间构象从紧密有序状态变成松散无序状态，但不涉及一级结构破坏。 引发变性的因素 物理因素：加热、紫外线、X射线、超声波、剧烈振荡、搅拌或高压等。 化学因素：强酸、强碱、脲、胍、重金属盐、生物碱、有机溶剂等。,变性伴随的表现 功能上：生物活性丧失； 理化性质上：紫外吸收和粘度增大，溶解度、渗透压和扩散速度降低，易絮凝、不易结晶（可判断蛋白质是否为天然构象），疏水基团外露，侧链反应增强，对酶的作用敏感，易被水解。 复性：引起蛋白质变性的条件不很剧烈，其三维结构破坏不很严重的情况下，除去变性因素后，变性的蛋白质可缓慢恢复其天然构象，并恢复原有的理化性质和生物活性，这种现象称为复性。,四、沉淀,沉淀：蛋白质分子因脱水、失去电荷、变性或生成难溶盐而从溶液中沉淀析出的现象。 引发沉淀的因素 高浓度中性盐：加入高浓度的中性盐（如(NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl），可破坏蛋白质的水化层，中和蛋白质的电荷，从而使蛋白质沉淀析出，此现象称为盐析，该方法不会使蛋白质产生变性，是最常用的蛋白质沉淀方法。球蛋白通常不溶于纯水，而溶于稀中性盐溶液，其溶解度随稀盐浓度的增加而增大，这称为盐溶。,有机溶剂：在蛋白质溶液中加入能与水互溶的有机溶剂，如乙醇、丙酮等，可破坏蛋白质的水化膜，使蛋白质沉淀。此法常在低温条件下进行，否则有机溶剂与水互溶产生的溶解热会使蛋白质产生变性。 重金属盐：重金属盐可与蛋白质中带负电的基团结合使蛋白质沉淀，同时还会使之变性。 生物碱试剂：生物碱试剂一般为弱酸性物质，如单宁酸、苦味酸、三氯乙酸等。蛋白质在酸性条件下带正电，能与生物碱试剂的酸根离子结合而产生沉淀。 加热：几乎所有蛋白质都因加热变性而凝固；少量盐可促进凝固；当处于蛋白质等电点时，加热凝固迅速而完全。,五、紫外吸收及显色反应,蛋白质溶液在近紫外区280nm处有光吸收，主要是由带芳香环的氨基酸决定的。 显色反应 茚三酮反应：多肽与蛋白质都能与之反应生成蓝色化合物。 双缩脲反应：多肽与蛋白质都能和双缩脲试剂反应，随着肽键的数目越多，颜色依次为粉红、紫红、紫、蓝。 酚试剂反应：多肽与蛋白质与酚试剂生成蓝色的化合物。,第七节 蛋白质的分类,一、按形状分,球状蛋白 例如：肌红蛋白、血红蛋白、各种蛋白酶类，多为功能性蛋白。 纤维状蛋白：分子轴比大于10 例如：不溶性（硬蛋白）的角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白；可溶性的肌球蛋白、纤维蛋白原等；多为结构性蛋白。 * 注意：微管、肌动蛋白细丝或鞭毛是球状蛋白质的长向聚集体，不属于纤维状蛋白质。,二、按功能分,活性蛋白 例如：酶 、激素蛋白、运输蛋白、贮存蛋白、运动蛋白、防御蛋白等。 非活性蛋白 例如：角蛋白、丝心蛋白、胶原蛋白等，多为结构性蛋白。,三、按化学成份分,简单蛋白：水解产物只有氨基酸 按溶解性不同分：清、球、谷、醇溶、精、组、硬蛋白。 结合蛋白：还有非蛋白成份 按辅基成份不同分：核（脱氧核糖核蛋白/核糖体核蛋白）、糖（糖蛋白/黏蛋白）、脂、磷、色、黄素、金属蛋白类。,第八节 蛋白质的 研究技术,蛋白质分离提纯的一般原则,根据蛋白质的溶解度分离 根据电荷差异分离 根据分子大小分离 根据配体特性异性分离 选择性吸附分离 根据疏水性的差异,练一练,在蛋白质和多肽分子中，只存在一种共价键。（ ） 蛋白质的特异性功能主要取决于： A、各氨基酸的相对含量 B、氨基酸的种类 C、氨基酸的排列顺序 D、非氨基酸,细胞色素c,细胞色素c （cytochrome c）是真核细胞线粒体内膜上的一种含铁蛋白质，它在生物氧化中起传递电子的作用。脊椎动物细胞色素c 由104个AA组成，分子量约为12500。现已测定了包括动物、植物、真菌在内的上百种生物种属细胞色素c 的一级结构，比较结果表明，进化上亲缘关系越近，其序列同源性越大。 同源蛋白质：不同物种中行使相同或相似功能的蛋白质，如脊椎动物中的氧转运血红蛋白。 序列同源性：同源蛋白质的AA序列具有的明显相似性，这种相似性称为序列同源（性）；具有明显序列同源的蛋白也称同源蛋白质。 不变残基、可变残基,根据细胞色素c 序列的物种差异 建立的进化树,在已分析的不同物种细胞色素c 的一级结构中，有一成串的 7080 位的不变残基，这可能是细胞色素c 与酶结合的部位；在14和17位还均含有一个Cys 残基，用于连接辅基血红素。,胰岛素,绝大多数物种的胰岛素由51个AA组成，其中 20多个氨基酸残基位置始终不变，特别是A、B链的6个Cys 高度保守，其余的多为具有非极性侧链的AA ，对稳定蛋白质的空间结构也起重要作用。 可变残基对稳定蛋白质的空间结构作用不大，但对免疫反应起作用。 猪与人接近，而狗则与人不同，因此可用猪的胰岛素治疗人的糖尿病。,同源蛋白具有共同的进化同源,以氧合血红素蛋白为例，肌肉的氧合血红素蛋白肌红蛋白，含有153个AA残基；红细胞氧转运蛋白，血红蛋白是一个22的四聚体 。 肌红蛋白、血红蛋白链、血红蛋白链是珠蛋白，有很高的序列同源。人肌红蛋白和人- 珠蛋白有38个AA残基相同，而人-珠蛋白与人-珠蛋白有64个AA残基相同。这种同源关系表明随机突变导致一级结构上AA的取代和分歧事件的进化顺序。,氧合血红蛋白 的进化树,镰刀状细胞贫血症,镰刀状细胞贫血症是一级结构改变引发蛋白功能改变的典型实例，也是最早被认识的分子病之一。现已发现300多种存在于人类群体中的血红蛋白遗传变体。 镰刀型贫血症是由于血红蛋白亚基上的第6位AA由谷氨酸变成了缬氨酸，导致Hb结构和功能发生改变，运氧气的能力大大降低，并且红细胞呈现为镰刀状。 平衡多形现象：纯合子50% Hb镰刀化，患者夭折；杂合子1% Hb镰刀化，患者寿命虽不长，但可抵抗一种非洲的疟疾。,血红细胞镰刀化成因,在一级结构上看，镰刀状细胞贫血症是6 Glu 被替换成6 Val；从三级结构看由于6 位于分子表面，这一替换相当于给Hb S 分子表面安上了一个疏水侧链，会显著降低去氧Hb的溶解度。,高级结构改变引发的病变,疯牛病、老年性痴呆症、囊性纤维病变、家族性高胆固醇症、家族性淀粉样蛋白症、白内障及某些肿瘤等都是“折叠病”。就是相关蛋白质的三维空间结构异常，这种异常是由于致病蛋白质分子通过分子间作用感染正常蛋白质而造成的。,肌红蛋白的结构,64,93,血红蛋白,血红蛋白是脊椎动物红细胞主要组成部分，它的主要功能是运输氧和二氧化碳。其血红素Fe原子的第六配价键可以与不同的分子结合：无氧存在时与水结合，生成去氧血红蛋白(Hb)；有氧存在时能够与氧结合形成氧合血红蛋白(HbO2)。 血红蛋白的四个亚基之间存在