第4章蛋白质的化学ppt课件

1、第四章第四章蛋白质的化学蛋白质的化学第一节第一节蛋白质是生命的物质基础蛋白质是生命的物质基础一、蛋白质是构成生物体的基本成分一、蛋白质是构成生物体的基本成分二、蛋白质具有多样性的生物学功能二、蛋白质具有多样性的生物学功能生物催化作用（酶）生物催化作用（酶）代谢调节作用（激素）代谢调节作用（激素）免疫保护作用免疫保护作用 （抗体）（抗体）转运和贮存作用（血红蛋白转运和贮存作用（血红蛋白)运动与支持作用（肌动蛋白、胶原蛋白）运动与支持作用（肌动蛋白、胶原蛋白）控制生长和分化作用（核蛋白）控制生长和分化作用（核蛋白）接受和传递信息作用（受体蛋白）接受和传递信息作用（受体蛋白）生物膜的功能生物膜的功能

2、第二节第二节蛋白质的化学组成蛋白质的化学组成 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为各种蛋白质的含氮量很接近，平均为1616。 100克样品中克样品中蛋白质的含量蛋白质的含量 ( g% ) =每克样品含氮每克样品含氮克数克数 6.25100二、蛋白质结构的基本单位二、蛋白质结构的基本单位氨基酸氨基酸组成蛋白质的氨基酸共有组成蛋白质的氨基酸共有2020种，称为种，称为基本氨基酸基本氨基酸。（一）基本氨基酸（一）基本氨基酸的结构通式的结构通式chcoohrh2n不同的不同的-氨基酸，其氨基酸，其r 侧链侧链不同不同除甘氨酸、脯氨酸外，基本氨基酸皆为除甘氨酸、脯氨酸外，基本氨基酸皆为l-l- -氨基酸氨基

3、酸。2020种氨基酸的分类：根据种氨基酸的分类：根据r r基不同，分为基不同，分为4 4类类甘氨酸甘氨酸 glycine gly g 5.97丙氨酸丙氨酸 alanine ala a 6.00缬氨酸缬氨酸 valine val v 5.96亮氨酸亮氨酸 leucine leu l 5.98异亮氨酸异亮氨酸 isoleucine ile i 6.02苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine phe p 5.48脯氨酸脯氨酸 proline pro p 6.301、非极性疏水性氨基酸、非极性疏水性氨基酸2色氨酸色氨酸 tryptophan try w 5.89丝氨酸丝氨酸 serine ser

4、 s 5.68酪氨酸酪氨酸 tyrosine try y 5.66 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine cys c 5.07 蛋氨酸蛋氨酸 methionine met m 5.74天冬酰胺天冬酰胺 asparagine asn n 5.41 谷氨酰胺谷氨酰胺 glutamine gln q 5.65 苏氨酸苏氨酸 threonine thr t 5.60 2、极性中性氨基酸、极性中性氨基酸天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid asp d 2.97谷氨酸谷氨酸 glutamic acid glu e 3.22赖氨酸赖氨酸 lysine lys k 9.74精氨酸精氨酸 arginine

5、 arg r 10.76组氨酸组氨酸 histidine his h 7.593、酸性氨基酸、酸性氨基酸4、碱性氨基酸碱性氨基酸 两性解离与等电点两性解离与等电点 紫外吸收性质紫外吸收性质 茚三酮反应茚三酮反应氨基酸在水溶液和晶体状态主要以氨基酸在水溶液和晶体状态主要以兼性离子兼性离子形式存在形式存在chrcooh3n+等电点的定义：等电点的定义：当溶液处于某一当溶液处于某一phph值时，值时，氨基酸分子中所含的氨基酸分子中所含的-nh-nh3 3+ +和和-coo-coo- -数目正数目正好相等，净电荷为好相等，净电荷为0 0。这一。这一phph值即为氨基值即为氨基酸的等电点，简称酸的等电点

6、，简称pipi。每种氨基酸都有特定的等电点。在等电点时，每种氨基酸都有特定的等电点。在等电点时，氨基酸的溶解度最小。氨基酸的溶解度最小。coochh3n+r+oh+h+coohchh3n+rcoochh2nr+oh+h+在酸性溶液中在酸性溶液中（ph pi）在水溶液中在水溶液中（ph=pi）在碱性溶液中在碱性溶液中（phpi）coohchh2nr溶液溶液phph影响氨基酸的羧基与氨基的解离程度影响氨基酸的羧基与氨基的解离程度coochh3n+ch3 k1coohchh3n+ch3cooh2nch3 k2ala+ala alahccoohc hh3n+ch2coohcoochh3n+ch2coo

7、hcoochh2nch2cooasp+asp asp asp = k1 k2 k3ccch2coon +3hooh在紫外区在紫外区酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸光能力有吸光能力。苯丙氨酸的苯丙氨酸的 maxmax259nm259nm酪氨酸的酪氨酸的 maxmax278nm278nm色氨酸的色氨酸的 maxmax279nm279nm蛋白质中含有这些芳香族氨基酸，所以也有紫外吸收能力。一般用紫外分光光度计在280nmnm波长下测定最波长下测定最大光吸收，而测定蛋白质的含量。大光吸收，而测定蛋白质的含量。. .茚三酮的反应茚三酮的反应a.a.该反应非常灵敏，该反应非常灵敏， 测

8、定范围：测定范围：0.5500.550g/ml g/ml b. b. 氨基酸与茚三酮，生成的蓝紫色化合物，在氨基酸与茚三酮，生成的蓝紫色化合物，在570nm570nm测定吸光值测定吸光值c.c.脯氨酸、羟脯氨酸与茚三酮生成黄色物质，在脯氨酸、羟脯氨酸与茚三酮生成黄色物质，在440nm440nm处测吸光值处测吸光值应用：应用：a.a.氨基酸定量分析（纸层析法或者薄膜层析法分离）氨基酸定量分析（纸层析法或者薄膜层析法分离）b.b.氨基酸自动分析仪氨基酸自动分析仪氨基酸的分离与分析 自动氨基酸分析仪自动氨基酸分析仪1.1.蛋白质完全酸水解蛋白质完全酸水解2.2.水解液于水解液于ph 2ph 2上样于

9、钠型阳离子交换柱上样于钠型阳离子交换柱3.3.用用ph 3.5 0.2mol/lph 3.5 0.2mol/l柠檬酸钠溶液洗脱柠檬酸钠溶液洗脱4.4.用用ph 4.25 0.2mol/lph 4.25 0.2mol/l柠檬酸钠溶液洗脱柠檬酸钠溶液洗脱5.5.分析洗脱谱上各峰的位置和面积，与标分析洗脱谱上各峰的位置和面积，与标准氨基酸图谱比较分析准氨基酸图谱比较分析 p66p66第三节第三节蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构一级结构一级结构（决定空间结构）：（决定空间结构）：又叫又叫共价结构或基本共价结构或基本结构，指蛋白质中不同氨基酸的种类、数量和排列顺序。结构，指蛋白质中不同氨基酸的种类、数量

10、和排列顺序。（构象）空间结构（构象）空间结构二级结构二级结构三级结构三级结构四级结构四级结构基序基序结构域结构域（决定功能）（决定功能）+-hohnh2-ch-c-n-ch-coohr2hr1onh2-ch-cr1ooh nh-ch-cr2oohh肽键由一分子氨基酸的由一分子氨基酸的羧基羧基和另一和另一分子氨基酸分子氨基酸氨基氨基缩合脱水而成缩合脱水而成。概念：概念：肽、肽、二肽、二肽、寡肽、寡肽、多肽、多肽、多肽多肽链链h2ncn ccoohrnhhcor3nhchccr1h oor2nhchr4nhch-con-n-末端末端c-末端末端氨基酸残基氨基酸残基氨基酸残基氨基酸残基: 多肽链中的

11、氨基酸参与肽链的形成，已非原来完整多肽链中的氨基酸参与肽链的形成，已非原来完整的分子，称为氨基酸残基。的分子，称为氨基酸残基。共价主链共价主链：多肽链中的骨干是由氨基酸的羧基与氨基形成的肽链：多肽链中的骨干是由氨基酸的羧基与氨基形成的肽链部分规则的重复排列而成，称为共价主链。部分规则的重复排列而成，称为共价主链。侧链侧链：多肽链中：多肽链中r基部分，称为侧链。基部分，称为侧链。方向性方向性：书写方式：书写方式：n端写在左边，端写在左边，c端写在右边端写在右边命名：命名：从从n端到端到c端端cnn 末端末端：多肽链中有：多肽链中有自由氨基自由氨基的一端的一端c 末端末端：多肽链中有：多肽链中有自

12、由羧基自由羧基的一端的一端h2nch2coohcnhccch3ooohnch2chh丙氨酸丙氨酸丝氨酸丝氨酸甘氨酸甘氨酸一级结构中化学键：一级结构中化学键：肽键（主要）、肽键（主要）、二硫键（少量）二硫键（少量）二硫键：二硫键：由两分子半胱氨酸残基的巯基脱氢而成，存在于肽链内或肽链间由两分子半胱氨酸残基的巯基脱氢而成，存在于肽链内或肽链间 牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶c c末端末端n n末端末端gshgsh过氧过氧化物酶化物酶h2o2 2gsh 2h2o gssg gshgsh还原酶还原酶nadph+h+ nadp+ 生物活性肽生物活性肽 1. 谷胱甘肽谷胱甘肽(gsh)体内许多激素属寡肽或多肽体

13、内许多激素属寡肽或多肽2. 多肽类激素多肽类激素分析肽链的分析肽链的n-n-末端氨基酸末端氨基酸分析肽链的分析肽链的c-c-末端氨基酸末端氨基酸n n末端氨基酸分析末端氨基酸分析a.a.二硝基氟苯（二硝基氟苯（dnfbdnfb）法：）法：p70p70b.b.二甲氨基萘磺酰氯法（二甲氨基萘磺酰氯法（dns-cldns-cl）灵敏度：灵敏度：1 1 1010-9-9molmol。n (c h3)2s o2c lh2nc hcroh nc hcros o2n (c h3)2+水解n (c h3)2s o2h nc hcroo h+氨基酸丹磺酰氯多肽n-端丹磺酰n-端氨基酸丹磺酰氨基酸c.c.edma

14、nedman法（苯异硫氰酸，法（苯异硫氰酸，pitcpitc法）法）：p71p71，蛋白质自动分析仪，蛋白质自动分析仪 d.d.氨肽酶法：氨肽酶法：肽链外切酶，从多肽链的肽链外切酶，从多肽链的n-n-端逐个水解端逐个水解氨基酸氨基酸。a a. .肼解法肼解法: :h2nchcrohnchcroorncchhnohn-1n-端氨基酸 c-端氨基酸orncchh2nohh2nchcronhnh2+h+nh2nh2氨基酸酰肼c-端氨基酸c c末端氨基酸分析末端氨基酸分析b.b.羧肽酶法：肽链外切酶，从多肽链的羧肽酶法：肽链外切酶，从多肽链的c-c-端逐个水解端逐个水解氨基酸氨基酸。大分子多肽氨基酸顺

15、序的确定：裂解大分子多肽氨基酸顺序的确定：裂解a.a.化学裂解法：化学裂解法：溴化氰裂解法；羟胺溴化氰裂解法；羟胺nhnh2 2ohoh裂解法裂解法 b.b.酶裂法酶裂法: :胰蛋白酶，胃蛋白酶等胰蛋白酶，胃蛋白酶等核糖体核糖体蛋白质链蛋白质链5.5.核酸推导法核酸推导法二、蛋白质的构象二、蛋白质的构象蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列、分蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列、分布、及肽链走向。又称为空间结构、立体结构、高布、及肽链走向。又称为空间结构、立体结构、高级结构和三维构象等。级结构和三维构象等。蛋白质的分子构象包括：蛋白质的二级结构、蛋白质的分子构象包括：蛋白质的二级结构、

16、三级结构、四级结构三级结构、四级结构（一）维持蛋白质构象的化学键（一）维持蛋白质构象的化学键氢键、氢键、疏水键、盐键、配位键、二硫键、范德华力疏水键、盐键、配位键、二硫键、范德华力ssnh-ooccssoh-och2nh3+coo-疏水键疏水键二硫键二硫键盐键盐键侧链氢键侧链氢键氢键氢键1.1.氢键氢键:由连接在一个电负性大的原子上的氢与另一电负性大的原子相互作用形成；多肽链主链骨架上羰基氧原子与亚氨基的氢原子间形成氢键维持二级结构的主要次级键；侧链间或主链间所生成的氢键是维持三、四级结构的主要化学键之一。2.2.疏水键疏水键: :两个非极性基团因避开水相而聚集在一起的两个非极性基团因避开水相

17、而聚集在一起的作用力，维持蛋白质三、四级结构的主要次级键。作用力，维持蛋白质三、四级结构的主要次级键。盐键：盐键：蛋白质蛋白质分子中分子中带正电带正电荷集团荷集团和负电和负电荷基团荷基团之间静之间静电吸引电吸引所形成所形成的化学的化学键。键。（二）蛋白质的二级结构（二）蛋白质的二级结构多肽主链原子的局部空间排列。多肽主链原子的局部空间排列。即即多肽链的主链骨架中若多肽链的主链骨架中若干干肽单位肽单位，各自沿一定的轴盘旋或折叠，并以，各自沿一定的轴盘旋或折叠，并以氢键氢键为主要为主要次级键形成有规则的构象。次级键形成有规则的构象。肽单位：肽键与相邻肽单位：肽键与相邻的两个的两个碳原子所组碳原子所

18、组成的基团，又称肽平成的基团，又称肽平面。面。ccn coh肽键具有部分双键性质，不能自由旋转；肽键具有部分双键性质，不能自由旋转；肽单位是刚性平面结构，肽单位的肽单位是刚性平面结构，肽单位的6个原子都个原子都位于同一平面上；位于同一平面上；肽单位的特点：肽单位的特点：-螺旋结构螺旋结构-折叠结构折叠结构 -折角折角蛋白质二级结构构象的种类：蛋白质二级结构构象的种类：（三）基序（三）基序多肽内顺序上相邻的二级结构在空间折叠中靠近，多肽内顺序上相邻的二级结构在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成有规则的二级结构聚集体。彼此相互作用，形成有规则的二级结构聚集体。超二级结构的超二级结构的基本形式基本形

19、式：螺旋组合（螺旋组合（）折叠组合（折叠组合（）螺旋螺旋折叠组合（折叠组合（）（四）结构域（四）结构域在较大的蛋白质在较大的蛋白质分子中，由于多分子中，由于多肽链上相邻的超肽链上相邻的超二级结构紧密联二级结构紧密联系，进一步折叠系，进一步折叠形成一个或多个形成一个或多个相对独立的致密相对独立的致密的三维实体。的三维实体。免疫球蛋白免疫球蛋白g g的立体结构的立体结构（五）蛋白质的三级结构（五）蛋白质的三级结构一条多肽链中所有原子或基团在三维空间的整体排布。一条多肽链中所有原子或基团在三维空间的整体排布。主要化学键：主要化学键：疏水键、疏水键、氢键、氢键、盐键盐键（五）蛋白质的四级结构（五）蛋白

20、质的四级结构 由两个或两个以上的多肽链之间相互作用，彼此以非共由两个或两个以上的多肽链之间相互作用，彼此以非共价键相连而形成更复杂的构象，称为价键相连而形成更复杂的构象，称为蛋白质的四级结构。蛋白质的四级结构。每每一条多肽链都有完整的三级结构，这每条多肽链称为蛋白质一条多肽链都有完整的三级结构，这每条多肽链称为蛋白质的一个的一个亚基亚基。主要化学键：主要化学键：疏水键疏水键、氢键、氢键、范德华范德华力、盐力、盐键、二键、二硫键硫键 血红蛋白的一、二、三、四级结构 第四节第四节蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能蛋白质分子的一级结构是形成空间结蛋白质分子的一级结构是形成空间结构的物质基础。构的物

21、质基础。蛋白质分子特定的天然构象是蛋白质蛋白质分子特定的天然构象是蛋白质生物功能的体现。生物功能的体现。一、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系一级结构不同，生物学功能各异一级结构不同，生物学功能各异加压素加压素h2n- 半胱半胱 酪酪- 苯丙苯丙- 谷胺谷胺 天胺天胺 半胱半胱-脯脯- 精精-甘甘-co-nh2缩宫素缩宫素h2n- 半胱半胱 酪酪- 亮亮- 谷胺谷胺 天胺天胺 半胱半胱-脯脯- 异亮异亮-甘甘-co-nh2一级结构中一级结构中关健部分相同，其功能相同关健部分相同，其功能相同acth -acth活性必需部分活性必需部分 -丝丝-酪酪-丝丝-24-丝丝-谷谷-

22、苯丙苯丙-coo-h3n+1 2 3 24 31 33 39 -丝丝-酪酪-丝丝-24-亮亮-谷谷-苯丙苯丙-coo-h3n+ -丝丝-酪酪-丝丝-24-丝丝-谷胺谷胺-苯丙苯丙-coo- h3n+-人人猪猪牛牛一级结构一级结构关键部分关键部分的变化，其生物活性也改变的变化，其生物活性也改变多肽或蛋白质多肽或蛋白质 氨基酸位置氨基酸位置 相对活性相对活性脑啡肽（脑啡肽（5肽）肽） 衍生物衍生物甘甘2 蛋蛋5d-丙丙 蛋蛋-co-nh21 11010p84一级结构的变化与一级结构的变化与疾病疾病的关系的关系例：镰刀形红细胞贫血n-val his leu thr pro glu glu c(146

23、)hbs 肽链肽链hba 肽肽 链链n-val his leu thr pro val glu c(146) 这种由遗传物质这种由遗传物质dnadna突变引起的、在分子水平上仅存突变引起的、在分子水平上仅存在微观差异而导致的疾病，称为在微观差异而导致的疾病，称为“分子病分子病”。镰刀形红镰刀形红细胞细胞正常红正常红细胞细胞二、蛋白质的空间构象与功能的关系二、蛋白质的空间构象与功能的关系1.蛋白质前体活化蛋白质前体活化 p85p852.蛋白质变构蛋白质变构3.蛋白质构象改变与疾病蛋白质构象改变与疾病2、蛋白质变构、蛋白质变构疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白( prp)引起的一组人和动物神

24、经退行引起的一组人和动物神经退行性病变。性病变。prpc-螺旋螺旋prpsc-折叠折叠 正常正常 疯牛病疯牛病生物生物 aaaa差异数目差异数目黑猩猩黑猩猩 0恒河猴恒河猴 1兔兔 9袋鼠袋鼠 10牛、猪、羊、狗牛、猪、羊、狗 11马马 12鸡、火鸡鸡、火鸡 13响尾蛇响尾蛇 14海龟海龟 15金枪鱼金枪鱼 21角饺角饺 23小蝇小蝇 25蛾蛾 31小麦小麦 35粗早链孢霉粗早链孢霉 43酵母酵母 44 三、蛋白质的结构与生物进化三、蛋白质的结构与生物进化第五节第五节蛋白质的性质蛋白质的性质一、蛋白质分子的大小、形状及分子量的测定一、蛋白质分子的大小、形状及分子量的测定分子量分子量10000

25、蛋白质；蛋白质； 10000 多肽多肽 p87胰岛素分子量为胰岛素分子量为54375437，习惯上称为蛋白质，习惯上称为蛋白质分子量测定常用方法分子量测定常用方法：分子筛层析法分子筛层析法 sds-sds-聚丙烯凝胶电泳（聚丙烯凝胶电泳（sds-pagesds-page） 生物质谱生物质谱. .分分子子筛筛层层析析法法测测定定蛋蛋白白质质分分子子量量大大小小凝胶颗粒凝胶颗粒收收集集蛋蛋白白质质管管蛋白质混合物蛋白质混合物大分子大分子从柱上面加缓冲溶液从柱上面加缓冲溶液小分子小分子洗脱体积（洗脱体积（ve）凝胶柱凝胶柱大分子大分子小分子小分子ve1ve2v0. sds-聚丙烯酰胺凝胶电泳测定蛋白

26、质分子量大小聚丙烯酰胺凝胶电泳测定蛋白质分子量大小二、蛋白质的变性二、蛋白质的变性 某些理化因素使蛋白质分子的空间构象发生改某些理化因素使蛋白质分子的空间构象发生改变或破坏，导致其生物活性的丧失和一些理化性变或破坏，导致其生物活性的丧失和一些理化性质的改变的现象。质的改变的现象。 变性的本质 破坏非共价键和二硫键，破坏非共价键和二硫键， 不改变蛋白质的一级结构不改变蛋白质的一级结构变性作用的因素变性作用的因素物理因素物理因素：高温、紫外线、高温、紫外线、x-射线、超声射线、超声波、剧烈振荡波、剧烈振荡等等化学因素化学因素：强酸、强碱、尿素、强酸、强碱、尿素、去污剂、重金属、去污剂、重金属、三氯

27、醋酸、浓酒精三氯醋酸、浓酒精等等变性作用的意义变性作用的意义变性的特征：变性的特征：生物活性的丧失生物活性的丧失某些理化因素某些理化因素的改变的改变溶解度降低，易沉淀溶解度降低，易沉淀不对称性增加不对称性增加粘度增加粘度增加扩散系数降低扩散系数降低分子结构松散，易被水解分子结构松散，易被水解 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性三、蛋白质的两性电离及等电点三、蛋白质的两性电离及等电点蛋白质是两性电解质，其解离程度取决于所处蛋白质是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。溶液的

28、酸碱度。l等电点等电点（pi） 在某一在某一ph的溶液中，蛋白质所带正负的溶液中，蛋白质所带正负电荷相等，净电荷为零，此时溶液的电荷相等，净电荷为零，此时溶液的ph值值称为该蛋白质的称为该蛋白质的等电点。等电点。 chnh2coohrph=pi+oh-phpi+h+nh3+coo- chnh2coo-r+oh-+h+phpich coohrnh3+蛋白质的兼性离子蛋白质的兼性离子阳离子阳离子阴离子阴离子r ch+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质水化膜水化膜水化膜水化膜蛋白质形成亲水胶体的因素：蛋白质形成亲水胶体的因素：蛋白质表面有水化层蛋白质表面有水化层蛋白质表

29、面具有同种电荷蛋白质表面具有同种电荷五、蛋白质的沉淀反应五、蛋白质的沉淀反应蛋白质分子从溶液中析出的现象，称为蛋白蛋白质分子从溶液中析出的现象，称为蛋白 质的沉淀。质的沉淀。1.1.中性盐沉淀：硫酸铵、氯化钠中性盐沉淀：硫酸铵、氯化钠2.2.有机溶剂沉淀反应：乙醇、苯酚有机溶剂沉淀反应：乙醇、苯酚3.3.加热沉淀反应：加热沉淀反应：4.4.重金属盐沉淀反应：重金属中毒重金属盐沉淀反应：重金属中毒5.5.生物碱试剂：药检（三氯醋酸生物碱试剂：药检（三氯醋酸）六、蛋白质的颜色反应六、蛋白质的颜色反应 p93p931.1.茚三酮反应：氨基茚三酮反应：氨基2.2.双缩脲反应：双缩脲反应：肽键肽键3.3.酚试剂反应：酪氨酸、酚试剂反应：酪氨酸、 色氨酸色氨酸超