生物化学第一章蛋白质ppt课件

1、 第一章第一章 蛋白质蛋白质Protein 主要内容：引见蛋白质的构件单位主要内容：引见蛋白质的构件单位氨基酸的构造、分类氨基酸的构造、分类、性质及肽的概念，重点讨论蛋白质的构造、性质以及构造、性质及肽的概念，重点讨论蛋白质的构造、性质以及构造和功能的相互关系。和功能的相互关系。第一节第一节 蛋白质的组成、分类及生物学功能蛋白质的组成、分类及生物学功能蛋白质主要元素组成：蛋白质主要元素组成：C C、H H、O O、N N、S S 微量元素：微量元素：P P、FeFe、CuCu、ZnZn、MoMo、I I、Se Se 等。等。 蛋白质平均含蛋白质平均含N N量为量为1616, ,这是凯氏定这是凯

2、氏定氮法测蛋白质含量的实际根据：氮法测蛋白质含量的实际根据： 蛋白质含量蛋白质含蛋白质含量蛋白质含N N量量6.256.25蛋白质的分类 根据分子外形分类： 根据化学组成分类：蛋白质主要功能：蛋白质主要功能：催化功能；催化功能； 构造功能；构造功能；调理功能；调理功能； 防御功能；防御功能；运动功能；运动功能； 运输功能；运输功能；信息功能；信息功能； 贮藏功能贮藏功能 第二节第二节 蛋白质的根本构件单位蛋白质的根本构件单位氨基酸氨基酸一、氨基酸的构造通式一、氨基酸的构造通式 -氨基酸的通式氨基酸的通式 二、氨基酸的分类二、氨基酸的分类 非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸 极性中性氨基酸极性

3、中性氨基酸 酸性氨基酸酸性氨基酸 碱性氨基酸碱性氨基酸一一氨基酸的分类氨基酸的分类* * 20 20种氨基酸的英文称号、缩写符号及分类如下种氨基酸的英文称号、缩写符号及分类如下: :非极性非极性R基团氨基酸基团氨基酸不带电荷极性不带电荷极性R基团氨基酸基团氨基酸带电荷带电荷R基团氨基酸基团氨基酸三、氨基酸的性质三、氨基酸的性质(1)(1)两性解离性质和等电点两性解离性质和等电点(PI) (PI) 氨基酸的两性解离性质及等电点氨基酸的两性解离性质及等电点pIpH = pI 净电荷净电荷=0 pH pI净电荷净电荷为负为负CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3+ + H+ OH

4、- + H+ OH-(pK 1)(pK 2) 当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极挪动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点(isoelctric point)。甘甘氨氨酸酸滴滴定定曲曲线线甘氨酸盐酸盐甘氨酸盐酸盐A+等电点甘氨酸等电点甘氨酸A甘氨酸钠甘氨酸钠A-一氨基一羧基一氨基一羧基AA的的等电点计算：等电点计算：pI=2pK 1+pK 2谷氨酸谷氨酸A和赖氨酸和赖氨酸B滴定曲线和等电点计算滴定曲线和等电点计算BApK1pK2pIpIpK3pK3pK2pK1参与的参与的OH-mL数数参与的参与的OH-mL数数pHpH

5、一氨基二羧基一氨基二羧基AA的的等电点计算：等电点计算：pI=2pK 1+pK 2二氨基一羧基二氨基一羧基AA的的等电点计算：等电点计算：pI=2pK 2+pK 32氨基酸光学活性氨基酸光学活性1、氨基酸的旋光性：除甘氨酸外，一切天然、氨基酸的旋光性：除甘氨酸外，一切天然-氨基酸都有不对氨基酸都有不对称碳原子，因此一切天然氨基酸都具有旋光性。称碳原子，因此一切天然氨基酸都具有旋光性。 有的是左旋，有的是右旋。有的是左旋，有的是右旋。2、紫外吸收光谱：、紫外吸收光谱： 参与蛋白质组成的参与蛋白质组成的20种氨基酸中色氨酸种氨基酸中色氨酸(Trp)、酪氨酸、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸和苯丙氨酸(P

6、he)的的R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区显示特征的吸收谱带，最大光吸收光区显示特征的吸收谱带，最大光吸收max分别为分别为280、275、和、和257nm。 由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量。质含量。 蛋白质的最大吸收峰普通为蛋白质的最大吸收峰普通为:280nm .Try、Tyr、Phe的的 紫外紫外吸收吸收光谱光谱摩尔吸收系数摩尔吸收系数波长波长3氨基酸的重要化学反响氨基酸与茚三酮反响氨基酸与茚三酮反响+3H20茚三酮茚三酮(无色无色)NH

7、3CO2 RCHO+复原性茚三酮复原性茚三酮紫色化合物紫色化合物(弱酸弱酸)加热加热+ 2NH3 +复原性茚三酮复原性茚三酮复原性茚三酮复原性茚三酮氨基酸与氨基酸与2,42,4一二硝基氟苯一二硝基氟苯(DNFB)(DNFB)的反响的反响SangerSanger反响反响DNFBdinitrofluorobenzeneDNP-AA(黄色黄色)+ HF弱碱中弱碱中氨基酸氨基酸氨基酸与苯异硫氰酯氨基酸与苯异硫氰酯PITCPITC的反响的反响EdmanEdman反响反响PITCphenylisothiocyanate+苯乙内酰硫脲衍生物苯乙内酰硫脲衍生物(PTH-AA) phenylisothiohyd

8、antion-AA弱硷中弱硷中(40)(硝基甲烷硝基甲烷 40)H+第三节第三节 肽肽一、肽及其命名一、肽及其命名 肽(peptide)是氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水构成的聚合物。 肽的命名是根据肽中所含氨基酸的数目来进展的,由两个氨基酸构成的肽称为二肽,由三个氨基酸构成的肽称三肽,如此类推。 由多个氨基酸组成的肽称为多肽，多肽普通构成链状，常称为肽链( peptide chain) 。二、肽链的构造二、肽链的构造肽单位肽单位肽键肽键多肽链构造表示图多肽链构造表示图 肽单位肽基的肽基的C、O和和N原子间的共振相互作用原子间的共振相互作用共振产生的重要结果：共振产生的重要结果：限制绕

9、肽键的自在旋转限制绕肽键的自在旋转 构成酰胺平面构成酰胺平面 产生键的平均化产生键的平均化 肽键呈反式构型肽键呈反式构型sp2sp2sp2sp3共振杂化体共振杂化体三、重要的天然活性肽三、重要的天然活性肽 类别：激素、抗菌素、辅助因子类别：激素、抗菌素、辅助因子 实例：谷胱甘肽实例：谷胱甘肽(glutathione)(glutathione) 短杆菌肽短杆菌肽S S 促甲状腺素释放因子促甲状腺素释放因子TRHTRH 谷胱甘肽谷胱甘肽 谷胱甘肽在体内参与氧化复原过程，作为某些氧化复原酶的辅因子，或维护巯基酶，或防止过氧化物积累。短杆菌肽短杆菌肽SOrn: 鸟氨酸 由下丘脑分泌，其功能是促进腺垂体

10、释放促甲状腺由下丘脑分泌，其功能是促进腺垂体释放促甲状腺素素(调理糖代谢调理糖代谢)。第四节第四节 蛋白质的分子构造蛋白质的分子构造蛋蛋白白质质构构造造的的主主要要层层次次一级构造一级构造四级构造四级构造二级构造二级构造三级构造三级构造primary structureprimary structuresecondary structuresecondary structureTertiary structureTertiary structurequariernary structurequariernary structure超二级构造超二级构造构造域构造域 supersecondary

11、structure supersecondary structureStructure domanStructure doman一、蛋白质的一级构造一、蛋白质的一级构造多肽链中氨基酸的陈列顺序，包括二硫键的位置多肽链中氨基酸的陈列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白质的一级构造称为蛋白质的一级构造(primary structure)(primary structure)。 这是蛋白质最根本的构造，它决议蛋白质高级构这是蛋白质最根本的构造，它决议蛋白质高级构造和生物功能。造和生物功能。例：牛胰岛素的一级构造例：牛胰岛素的一级构造世界三大DNA序列和蛋白质序列的查询资料库： GenBank ncbi.

12、l 全称为：全称为：the National Center for Biotechnology Information at the National Library of Medicine at the National Institutes of Health. govl是指是指U.S government的一个分支机构。的一个分支机构。 EMBL cbi.ac.uk/ 它位于英国剑桥欧洲生物信息它位于英国剑桥欧洲生物信息研讨所研讨所EBI。 DDBJ ddbj.nig.ac.jp the DNA Data Bank of Japan. 由日本国立遗传学研讨所承办。由

13、日本国立遗传学研讨所承办。根本战略：根本战略： 片段重叠法氨基酸顺序直测法片段重叠法氨基酸顺序直测法 根本步骤：根本步骤： (1) (1) 蛋白质样品预处置：纯化、测分子量、断开二硫蛋白质样品预处置：纯化、测分子量、断开二硫键、断开非共价键。键、断开非共价键。 蛋白质一级构造测定蛋白质一级构造测定胰岛素胰岛素 -巯基乙巯基乙醇醇碘乙酸碘乙酸二二硫硫键键的的断断裂裂 2分析每一条多肽链的氨基酸组成：蛋分析每一条多肽链的氨基酸组成：蛋白质水解白质水解+氨基酸自动分析仪运用。氨基酸自动分析仪运用。 (3)鉴定多肽链鉴定多肽链N末端、末端、C末端氨基酸末端氨基酸残基；残基； 多肽多肽N、C-末端氨基酸

14、的测定末端氨基酸的测定N端端 Sanger法法二硝基氟苯反响二硝基氟苯反响 DNS法法丹磺酰氯反响丹磺酰氯反响 Edman法法苯异硫氰酸脂反苯异硫氰酸脂反响响 氨肽酶法氨肽酶法 C端端 肼解法肼解法 复原法复原法 羧肽酶法羧肽酶法4专注性部分裂解多肽链成较小的片段；专注性部分裂解多肽链成较小的片段；每种样品至少用两种方法裂解，产生两套每种样品至少用两种方法裂解，产生两套以上的片段。以上的片段。 a、胰蛋白酶：水解由Lys or Arg的羧基构成的肽键。 b、胰凝乳蛋白酶：水解由芳香族氨基酸Phe,Trp or Tyr)的羧基构成的肽键。Leu,Met,His的羧基构成的肽键水解较慢。 Pro的

15、氨基构成的肽键不被水解。 c、嗜热菌蛋白酶：水解疏水性强的氨基酸的氨基构成的肽键。Leu,Ile,Phe,Trp,Val,Tyr,or Met) Pro or Gly的氨基构成的肽键不被水解。 d、溴化氰：水解由Met 的羧基构成的肽键。消化道内几种蛋白酶的专注性消化道内几种蛋白酶的专注性Phe.Tyr.TrpArg.Lys脂肪族脂肪族胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶Phe. Trp5肽片段的分别纯化肽片段的分别纯化 6测定各肽段的氨基酸顺序；测定各肽段的氨基酸顺序；氨基酸序列测定氨基酸序列测定 根本方法：根本方法

16、： Sanger法法 Edman降解法降解法 DNS-Edman测序法测序法 蛋白质顺序仪测序蛋白质顺序仪测序7片段重叠法重建完好多肽链一级构造；片段重叠法重建完好多肽链一级构造；8确定半胱氨酸残基间构成二硫键交联桥确定半胱氨酸残基间构成二硫键交联桥的位置。的位置。将肽段顺序进展叠联以确定完好的顺序将肽段顺序进展叠联以确定完好的顺序 将肽段分别并测出顺序将肽段分别并测出顺序专注性裂解专注性裂解末端氨基酸测定末端氨基酸测定二硫键拆开二硫键拆开纯蛋白质纯蛋白质蛋白质顺序测定蛋白质顺序测定根本方法道路根本方法道路片段重叠法确定肽段在多肽链中顺序表示片段重叠法确定肽段在多肽链中顺序表示 所得资料：所得

17、资料： 氨基末端残基氨基末端残基 H 羧基末端残基羧基末端残基 S 第一套肽段第一套肽段 第二套肽段第二套肽段 QNS SEQ PS WTQN EQVE VERL RLA APS HQWT HQ 借助重叠肽确定肽段次序：借助重叠肽确定肽段次序：末端残基末端残基 H S末端肽段末端肽段 HQWT APS第一套肽段第一套肽段 HQWT QNS EQVE RLA PS第二套肽段第二套肽段 HQ WTQN SEQ VERL APS 推断全顺序推断全顺序 HQWTQNSEQ VERLAPS二、蛋白质的构象和维持构象的作用力一构型与构象构型configuration：立体异构体中取代原子或基团在空间的取向

18、；一个碳原子和四个不同的基团相连时，只能够有两种不同的空间陈列，这两种不同的空间陈列叫做不同的构型。这两种构型假设没有共价键的破裂是不能互变的。 构象构象conformation：是指取代基团当：是指取代基团当单键旋转时能够构成的不同的立体构造。单键旋转时能够构成的不同的立体构造。这种空间位置的改动并不涉及共价键的破这种空间位置的改动并不涉及共价键的破裂。裂。二维持蛋白质构象的作用力R R基团间的相互作用及稳定蛋白质三维构象的作用力基团间的相互作用及稳定蛋白质三维构象的作用力a.a.盐键盐键 b. b.氢键氢键 c. c.疏水键疏水键 d. d.范得华力范得华力 e.e.二硫键二硫键多肽链多肽

19、链三、蛋白质的二级构造 蛋白质的二级构造蛋白质的二级构造secondary structure指肽链主链不同区段经过本身的相互作用，指肽链主链不同区段经过本身的相互作用，构成氢键，沿某一主轴盘旋折叠而构成的构成氢键，沿某一主轴盘旋折叠而构成的部分空间构造，是蛋白质构造的构象单元。部分空间构造，是蛋白质构造的构象单元。一一肽单元肽单元参与肽键的参与肽键的6个原子个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一位于同一平面，平面，C1和和C2在平面上所在平面上所处的位置为反式处的位置为反式(trans)构型，构型，此同一平面上的此同一平面上的6个原子构成了个原子构成了所谓的肽单元所谓的肽单元 (pepti

20、de unit) 。酰胺平面与酰胺平面与-碳原子的二面角碳原子的二面角 和和 二面角二面角 两相邻酰胺平面之间，能以共同的两相邻酰胺平面之间，能以共同的C为定点为定点而旋转，绕而旋转，绕C-N键旋转的角度称键旋转的角度称角，绕角，绕C-C键旋转的角度称键旋转的角度称角。角。和和称作二面角，称作二面角，亦称构象角。亦称构象角。 当当或或旋转使旋转健两侧的主链原子处于顺旋转使旋转健两侧的主链原子处于顺式构型时，规定式构型时，规定=0，或，或=0。从从C沿健轴的方向察看，顺时针旋转的沿健轴的方向察看，顺时针旋转的和和角度为角度为+，逆时针时旋转的为，逆时针时旋转的为-。完全伸展的多肽主链构象完全伸展

21、的多肽主链构象-碳原子碳原子酰胺平面酰胺平面=1800，=1800=00，=00的多肽主链构象的多肽主链构象酰胺平面酰胺平面=00，=00侧链侧链非键合原子非键合原子接触半径接触半径( () ) 螺旋螺旋helixhelix( () ) 折叠折叠-pleated sheet-pleated sheet( () ) 转角转角-turn-turn( () ) 无规那么卷曲无规那么卷曲nonregular coilnonregular coil二二蛋白质二级构造的构象单元蛋白质二级构造的构象单元特征：特征：1 1、 每隔每隔3.63.6个个AAAA残残基 螺 旋 上 升 一 圈 ， 螺 距基 螺 旋

22、 上 升 一 圈 ， 螺 距0.54nm;0.54nm;相邻两个氨基酸残相邻两个氨基酸残基平移间隔为基平移间隔为0.15nm0.15nm。 2 2 、 螺旋体中一螺旋体中一切氨基酸残基切氨基酸残基R R侧链都伸向侧链都伸向外侧，链中的全部外侧，链中的全部C=O C=O 和和N-HN-H几乎都平行于螺旋轴几乎都平行于螺旋轴; ; 3 3、每个氨基酸、每个氨基酸残基的残基的N-HN-H与前面第四个氨与前面第四个氨基酸残基的基酸残基的C=OC=O构成氢键，构成氢键，肽链上一切的肽键都参与氢肽链上一切的肽键都参与氢键的构成。键的构成。 螺旋helix 构成要素：与组成和陈列顺序直接相构成要素：与组成和

23、陈列顺序直接相关。由于脯氨酸的亚氨基参与构成肽键后，关。由于脯氨酸的亚氨基参与构成肽键后，氮原子上已没有氢原子，无法充任氢键供氮原子上已没有氢原子，无法充任氢键供体，致使体，致使螺旋中断，产生一个螺旋中断，产生一个“结节。结节。 假设肽段内带有一样电荷的残基过于密集，假设肽段内带有一样电荷的残基过于密集，彼此由于同性电荷的排斥，妨碍链内氢键彼此由于同性电荷的排斥，妨碍链内氢键的构成。也会导致的构成。也会导致螺旋中断。螺旋中断。折叠折叠-pleated sheet-pleated sheet特征：两条或多特征：两条或多条伸展的多肽链条伸展的多肽链侧向集聚，经过侧向集聚，经过相邻肽链主链上相邻肽链

24、主链上的的N-HN-H与与C=OC=O之间之间有规那么的氢键有规那么的氢键，构成锯齿状片，构成锯齿状片层构造，即层构造，即折叠片。折叠片。 类别：类别： 平行：平行：N端在同一方向。端在同一方向。 =-119，=+113 反平行：反平行：N端一顺一反交替陈列。端一顺一反交替陈列。 =-，=+ 转角-turn特 征 ： 多 肽特 征 ： 多 肽链 中 氨 基 酸链 中 氨 基 酸残基残基n n的羰基的羰基上 的 氧 与 残上 的 氧 与 残基基n+3n+3的的氮 原 上 的 氢氮 原 上 的 氢之 间 构 成 氢之 间 构 成 氢键 ， 肽 键 回键 ， 肽 键 回折折1800 1800 。构。

25、构成成1010个原子个原子组成的环。组成的环。 无无规规那那么么卷卷曲曲表表示示图图无规那么卷无规那么卷曲曲细胞色素细胞色素C的三级构造的三级构造超二级构造超二级构造 (super-secondary structure) 在蛋白质分子中，特别是球状蛋白质中，在蛋白质分子中，特别是球状蛋白质中，由假设干相邻的二级构造单元即由假设干相邻的二级构造单元即螺旋、螺旋、折叠片和折叠片和转角等彼此相互作用组合在一转角等彼此相互作用组合在一同，构成有规那么、在空间上能识别的二级构同，构成有规那么、在空间上能识别的二级构造组合体，充任三级构造的构件单元，称超二级造组合体，充任三级构造的构件单元，称超二级构造

26、。构造。超二级构造类型超二级构造类型1 2 3 4 5 5 2 3 4 1 -迂回迂回回形拓扑构造回形拓扑构造 -迂回迂回构造域构造域 (structure domail) 是在二级构造和超二级构造根底上构成并相是在二级构造和超二级构造根底上构成并相对独立的三级构造部分区域，是空间构造上对独立的三级构造部分区域，是空间构造上能识别的三维实体。能识别的三维实体。 构造域有三种不同而又相互联络的涵义构造域有三种不同而又相互联络的涵义: 1、独立的构造单位、独立的构造单位 2、独立的功能单位、独立的功能单位 3、独立的折叠单位。、独立的折叠单位。蚯蚓血红蛋白中四个蚯蚓血红蛋白中四个-螺旋组成的构造域螺旋组成的构造域两个铁原子两个铁原子六、六、 球状蛋白质与三级构造球状蛋白质与三级构造 三级构造 tertiary structure 是指球状蛋白质的多肽键在二级构造的根底上，经过侧链基团的相互作用进一步卷曲折叠，借助次级键维系使-螺旋、-折叠、-转角和无规那么卷曲等二级构造相互配置而构成特定的构象。三级构造的构成使肽链中一切的原子都到达空间上的重新排布。-螺旋螺旋特征：特征： 含多种二级构造单元；含多种二级构造单元； 有明显的折叠层次；有明显的折叠层次； 是严密