蛋白质的结构与功能案例

1、会计学1蛋白质的结构与功能案例蛋白质的结构与功能案例蛋白质是生物体的重要组成成分蛋白质是生物体的重要组成成分蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性v蛋白质的种类多：大肠杆菌约含蛋白质大肠杆菌约含蛋白质3 0003 000种，种，人体内含蛋白质人体内含蛋白质1010万余种。万余种。v分布广：分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。的各个部分都含有蛋白质。v含量高：含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的占人体干重的4545，某些组织含量更高，例如，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达脾、肺

2、及横纹肌等高达8080。蛋白质是生命的物质基础（蛋白质是生命的物质基础（重要的生物学功能生物学功能）氧化供能氧化供能蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性 第一节第一节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein 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 16%，1g 氮相当于氮相当于 6.25g 蛋白质。蛋白质。 生物体内的含氮物质主要是蛋白质，因此只生物体内的含氮物质主要是蛋白质，因此只要测定生物样品的含氮量就可按下式计算出其蛋要测定生物样品的含氮量就可按下式计算出其蛋白质大致含量：白质大致含量：100g样

3、品中蛋白质的含量（样品中蛋白质的含量（g%） 每克样品中含氮克数每克样品中含氮克数6.25100COOHCOOHC CH HN NH H2 2C CH H3 3-氨基丙酸（丙氨酸）-氨基丙酸（丙氨酸）（二）氨基酸的结构特点（二）氨基酸的结构特点R代表氨基酸侧链代表氨基酸侧链氨基酸的结构通式可用下式表示：氨基酸的结构通式可用下式表示：H2NCHRCOOHCOO-C CHRH3N N+ +或 2.2.组成人体蛋白质的氨基酸都是组成人体蛋白质的氨基酸都是 L 型，即型，即L-氨基酸氨基酸。 不同的氨基酸其侧链不同，除甘氨酸外，其余不同的氨基酸其侧链不同，除甘氨酸外，其余 氨基酸的氨基酸的-碳原子分别

4、连接碳原子分别连接 4 个不同原子或基团，个不同原子或基团， 是手性碳原子，有两种不同的构型，即是手性碳原子，有两种不同的构型，即L型和型和D型。型。L-氨基酸L-氨基酸D-氨基酸D-氨基酸C CN NH H2 2R RCOOHCOOHH HC CH HR RCOOHCOOHN NH H2 2 1.1.非极性疏水氨基酸非极性疏水氨基酸 侧链为烃基、吲哚环、侧链为烃基、吲哚环、甲硫基等疏水性基团。这类氨基酸在水中的溶解度甲硫基等疏水性基团。这类氨基酸在水中的溶解度小于极性中性氨基酸。小于极性中性氨基酸。 2.2.极性中性氨基酸极性中性氨基酸 侧链为羟基、巯基、或酰侧链为羟基、巯基、或酰氨基等极性

5、基团，有亲水性，但在中性水溶液中不氨基等极性基团，有亲水性，但在中性水溶液中不电离的氨基酸。电离的氨基酸。 3. 3.酸性氨基酸酸性氨基酸 侧链上有羧基，在水溶液中侧链上有羧基，在水溶液中能释放出能释放出H+ + 而带负电荷的氨基酸。有而带负电荷的氨基酸。有谷氨酸谷氨酸、天天冬氨酸冬氨酸。 4. 4.碱性氨基酸碱性氨基酸 侧链上有氨基、胍基或咪唑基，侧链上有氨基、胍基或咪唑基，在水溶液中能结合在水溶液中能结合H+ + 而带正电荷的氨基酸。有而带正电荷的氨基酸。有赖赖氨酸氨酸、精氨酸精氨酸和和组氨酸组氨酸等。等。N NC CC C O OH HR R2 2O OH HH HH H+ +肽键肽键-

6、H-H2 2O ON NH H2 2C CC CN NC CCOOHCOOHR R1 1R R2 2O OH HH HH HN NC CC C O OH HR R1 1O OH HH HH H 氨基酸通过肽键连接形成的化合物称为氨基酸通过肽键连接形成的化合物称为肽肽。 由两个氨基酸形成的肽称为由两个氨基酸形成的肽称为二肽二肽，由三个氨，由三个氨基酸形成的肽称基酸形成的肽称三肽三肽，以此类推。通常将，以此类推。通常将1010个以个以内内的氨基酸形成的肽称为的氨基酸形成的肽称为寡肽寡肽，十肽以上者称为，十肽以上者称为多肽。多肽。 多肽分子中的氨基酸相互连接形成长链，称多肽分子中的氨基酸相互连接形成

7、长链，称为为多肽链多肽链。 肽链中的氨基酸因脱水缩合已不是完整的氨肽链中的氨基酸因脱水缩合已不是完整的氨基酸，故称为基酸，故称为氨基酸残基氨基酸残基。 氨基酸由肽键连接成的长链骨架，称为氨基酸由肽键连接成的长链骨架，称为主主链链，而各氨基酸残基的，而各氨基酸残基的R R基团统称为基团统称为侧链侧链。 多肽链有两端多肽链有两端 有自由氨基的一端称为氨基末端或有自由氨基的一端称为氨基末端或 N 端端，通常写在多肽链的左侧。通常写在多肽链的左侧。 有自由羧基的一端称为羧基末端或有自由羧基的一端称为羧基末端或 C 端端，通常写在多肽链的右侧。通常写在多肽链的右侧。 N NH H2 2C C CONHC

8、ONH C C CONHCONH C C CONHCONH C C COOHCOOHR R1 1R R4 4R R2 2R R3 3H HH HH HH H主主链链侧链侧链N端N端C端C端 多肽链中氨基酸残基的顺序编号从多肽链中氨基酸残基的顺序编号从N端端开始。肽的命开始。肽的命名也从名也从N端端开始，如由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的开始，如由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽称为谷氨酰半胱氨酰甘氨酸，简称为谷胱甘肽三肽称为谷氨酰半胱氨酰甘氨酸，简称为谷胱甘肽( (GSH) )。 SH 为为活性基活性基团团为酸性肽为酸性肽GSH过氧过氧化物酶化物酶NADPH+H+ NADP+ H2O2 2G

9、SH GSH还原酶还原酶2H2O GSSG 3.3.其他其他 催产素、升压素：催产素、升压素：9 9肽肽 脑肽：种类多，其中脑啡肽重要，为脑肽：种类多，其中脑啡肽重要，为5 5肽肽 胆囊收缩素：胆囊收缩素：3333肽，与消化有关肽，与消化有关 胰高血糖素：胰高血糖素：2929肽，促进血糖浓度增大肽，促进血糖浓度增大 第二节第二节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构 The Molecular Structure of Protein 一级结构是决定蛋白质空间构象一级结构是决定蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象唯一因素。定蛋白质空间构象唯

10、一因素。 肽键平面肽键平面(肽单元肽单元 peptide unit) 形成肽键的形成肽键的C-N键具有部分双键的性键具有部分双键的性质，使得形成的酰胺键的四个原子及相邻质，使得形成的酰胺键的四个原子及相邻的的C处于同一平面上叫酰胺平面或肽键平处于同一平面上叫酰胺平面或肽键平面。它面。它是蛋白质构象的基本结构单位。是蛋白质构象的基本结构单位。肽肽单单 元元RCCCOORNCN肽键平面肽键平面（1 1）-螺旋螺旋 ( ( -helix) ) 最常见最常见（3 3）-转角转角（turn） （4 4）无规卷曲）无规卷曲（nonregular coil）蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构（

11、三）蛋白质的四级结构（三）蛋白质的四级结构 (quaternary structure)v一级结构：一级结构：肽键、二硫键肽键、二硫键（都属于共价键）（都属于共价键）v 二级结构：二级结构：氢键氢键（主链上（主链上C=OC=O和和NHNH之之 间形成）间形成）v 三、四级结构：三、四级结构：次级键次级键（氢键、疏水键、（氢键、疏水键、 离子键、范德华力、配位键）离子键、范德华力、配位键） 氢键氢键范德华氏范德华氏（van der Waals)引力引力 原子之间存在的相互作用力原子之间存在的相互作用力正常细胞正常细胞 镰刀形细胞镰刀形细胞 血液中大量出现镰刀血液中大量出现镰刀 型红细胞，患者因此

12、型红细胞，患者因此 缺氧窒息；缺氧窒息； 它是最早认识的一种它是最早认识的一种 分子病。流行于非洲，分子病。流行于非洲，死亡率极高，大部分患死亡率极高，大部分患者童年时就夭折者童年时就夭折,活过活过童年的寿命也不长，它童年的寿命也不长，它是由于遗传基因突变导是由于遗传基因突变导致血红蛋白分子致血红蛋白分子 结构的突变。结构的突变。第三节第三节 蛋白质的理化性质The Physical and Chemical Characters of Protein1 1. . 蛋白质是两性电解质蛋白质是两性电解质 蛋白质分子中可解离的基团蛋白质分子中可解离的基团 多肽两端游离的多肽两端游离的-氨基和氨基和

13、-羧基羧基 多肽侧链多肽侧链R上解离的基团上解离的基团 决定蛋白质解离成正负离子的因素决定蛋白质解离成正负离子的因素 蛋白质所含酸性和碱性基团的数目蛋白质所含酸性和碱性基团的数目 蛋白质所在溶液的蛋白质所在溶液的PH值值 利用蛋白质两性电离的性质，可通过电泳、利用蛋白质两性电离的性质，可通过电泳、 离子交换层析、等电聚焦等技术分离蛋白质。离子交换层析、等电聚焦等技术分离蛋白质。PrNH3+COOHPrNH3+COO- -PrNH2COO- -OH- -H +OH- -H +兼性离子pH=pI阳离子pHpIA：染色后显示的蛋白质区带：染色后显示的蛋白质区带 B：光密度扫描定量分析：光密度扫描定量

14、分析v变性的概念变性的概念 在某些物理或化学因素的作用下，蛋白质特在某些物理或化学因素的作用下，蛋白质特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性丧失，称为蛋白质的变性。和生物活性丧失，称为蛋白质的变性。v变性的实质变性的实质 次级键断裂，空间结构破坏次级键断裂，空间结构破坏, ,不改变蛋白质不改变蛋白质的一级结构。的一级结构。 v引起变性的因素引起变性的因素 物理因素物理因素 高温、高压、紫外线、电离辐射、超声高温、高压、紫外线、电离辐射、超声波等。波等。 化学因素化学因素 强酸、强碱、有机溶剂、尿素、重金属强酸、强碱、有机溶剂、尿素、重金

15、属盐等。盐等。v变性蛋白质的特点变性蛋白质的特点 A.A.生物学活性丧失生物学活性丧失 B. B.溶解度降低，易于沉淀溶解度降低，易于沉淀 C.C.粘度增加粘度增加 D.D.结晶能力消失结晶能力消失 E.E.易被蛋白酶水解易被蛋白酶水解v 蛋白质变性的应用蛋白质变性的应用v 蛋白质的复性蛋白质的复性 (renaturation) 大多数蛋白质变性后，空间构象严重破坏，大多数蛋白质变性后，空间构象严重破坏，不能恢复其天然状态，称为不可逆性变性；若蛋不能恢复其天然状态，称为不可逆性变性；若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素，有些可恢复白质变性程度较轻，去除变性因素，有些可恢复其天然构象和生物活性其天

16、然构象和生物活性, ,称为蛋白质的复性。称为蛋白质的复性。 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 加热使蛋白质变性并凝聚成块状称为加热使蛋白质变性并凝聚成块状称为凝固凝固。此凝块不溶于强酸或强碱中。此凝块不溶于强酸或强碱中。凝固实际上是蛋凝固实际上是蛋白质变性后进一步发展的不可逆的结果。白质变性后进一步发展的不可逆的结果。(四) 蛋白质变性与沉淀之间的关系v沉淀的蛋白质沉淀的蛋白质易发生变性，但并易发生变性，但并不一定变性，不一定变性，如盐析作用如盐析作用v变性的蛋白质变性的蛋白质易于沉淀，但易于沉淀，但也不一定沉淀，如也不一定沉淀，如牛奶加热沸腾牛奶加热沸腾v凡凝固的蛋白质一定发生变性。凡凝固的蛋白质一定发生变性。 蛋白质分子中含有共蛋白质分子中含有共轭双键的轭双键的酪氨酸酪氨酸和色氨酸和色氨酸残基，具有紫外吸收能力，残基，具有紫外吸收能力，在在280nm处有最大处有最大吸收峰吸收峰。蛋白质的蛋白质的OD280与其浓度与其浓度呈正比关系，因此可作蛋呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。白质定量测定。 第四节第四节 蛋白质的分类蛋白质的分类人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅