蛋白质结构与功能ppt课件

1、生物化学生物化学本科研讨生命化学的科学研讨生命化学的科学 分子生物学在分子程度讨论生命的本质在分子程度讨论生命的本质 研讨生物体的分子构造与功能、物质代谢与研讨生物体的分子构造与功能、物质代谢与调理及其在生命活动中的作用。调理及其在生命活动中的作用。n三、分子生物化学阶段三、分子生物化学阶段2020世纪末世纪末n DNA DNA双螺旋构造发现、双螺旋构造发现、DNADNA克隆、基因克隆、基因组学及其他组学的研讨组学及其他组学的研讨n第二节生物化学研讨的主要内容生物分子的构造与功能生物分子的构造与功能2物质代谢及其调物质代谢及其调理理3. 基因信息传送及其调控基因信息传送及其调控授授 课课 教教

2、 师：盛师：盛 健健一、什么是蛋白质一、什么是蛋白质?蛋白质蛋白质(protein)(protein)是由许多氨基酸经过肽是由许多氨基酸经过肽键相连构成的高分子含氮化合物。键相连构成的高分子含氮化合物。二、蛋白质的生物学重要性二、蛋白质的生物学重要性1. 1. 是生物体重要组成成分是生物体重要组成成分分布广分布广含量高含量高2. 2. 具有重要的生物学功能具有重要的生物学功能 1 1作为生物催化剂酶作为生物催化剂酶 2 2代谢调理作用代谢调理作用 3 3免疫维护作用免疫维护作用 4 4物质的转运和存储物质的转运和存储 5 5运动与支持作用运动与支持作用 6 6参与细胞间信息传送参与细胞间信息传

3、送3. 3. 氧化供能氧化供能组成元素组成元素主要有主要有C C、H H、O O、N N和和S S 少量磷、硒、铁、铜、锌、锰、钴、钼，少量磷、硒、铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。个别蛋白质还含有碘。元素组成的特点元素组成的特点一、氨基酸一、氨基酸(amino (amino acid)acid)一氨基酸的构造特点一氨基酸的构造特点20种种 L-氨基酸甘氨酸除外氨基酸甘氨酸除外H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H二、氨基酸的分类二、氨基酸的分类( (一一) ) 非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸( (二二) ) 极性中性氨基酸极性中

4、性氨基酸( (三三) ) 芳香族氨基酸芳香族氨基酸( (四四) )酸性氨基酸酸性氨基酸( (五五) )碱性氨基酸碱性氨基酸目目 录录CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3三、氨基酸的理化性质三、氨基酸的理化性质1. 两性解离及等电

5、点两性解离及等电点等电点等电点(pI) (pI) 在某一在某一pHpH的溶液中，氨基酸解离成阳离子的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的子，呈电中性。此时溶液的pHpH值称为该氨值称为该氨基酸的等电点。基酸的等电点。CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+3.3.氨基酸与茚三酮反响生成蓝紫色化合物氨基酸与茚三酮反响生成蓝紫色化合物氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝氨基酸与茚

6、三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在紫色化合物，其最大吸收峰在570nm570nm处。处。四、肽四、肽NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHON末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶二二 生物活性肽生物活性肽谷胱甘肽谷胱甘肽(-GSH)GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH GSH复原酶复原酶NADPH+H+ NADP+ nGSH与与GSSG间

7、的转换间的转换 神经肽神经肽多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽空间构象空间构象 - -螺旋特征是：螺旋特征是：为右手螺旋为右手螺旋( (氨基酸侧链伸向螺旋外侧氨基酸侧链伸向螺旋外侧) )；每螺旋圈包含每螺旋圈包含3.63.6个氨基酸残基，螺距为个氨基酸残基，螺距为0.54nm0.54nm；氢键稳定氢键稳定螺旋构造，氢键的方向与螺旋长轴根螺旋构造，氢键的方向与螺旋长轴根本平行。本平行。2 2、- -折叠折叠 - -折叠的特征：折叠的特征：较伸展，呈锯齿状构造，氨基酸残基侧链交较伸展，呈锯齿状构造，氨基酸残基侧链交替位置于锯齿状构造的上下方；替位置于锯齿状构造的上下方；两条以上肽链构造可平行陈列

8、，走向可一样，两条以上肽链构造可平行陈列，走向可一样，也可相反；也可相反；肽链间的氢键稳定其构造。肽链间的氢键稳定其构造。 3 3、转角转角 常发生于肽链进展常发生于肽链进展180回折时的转角上。回折时的转角上。 4 4 、无规卷曲：没有确定规律性的肽链、无规卷曲：没有确定规律性的肽链构造。构造。 由由4个氨基酸残基组成，个氨基酸残基组成，氢键维系稳定氢键维系稳定三模体三模体(motif)(motif)在许多蛋白质分子中，二个或三个具有二级构造的肽段，在许多蛋白质分子中，二个或三个具有二级构造的肽段，在空间上相互接近，构成一个具有特殊功能的空间构象。在空间上相互接近，构成一个具有特殊功能的空间

9、构象。在许多蛋白质分子中，二个或三个具有二级构造的肽在许多蛋白质分子中，二个或三个具有二级构造的肽段，在空间上相互接近，构成一个有规那么的二级构造组合。段，在空间上相互接近，构成一个有规那么的二级构造组合。二级构造组合方式有：二级构造组合方式有：， 。超二级构造超二级构造模体模体-是具有特殊功能的超二级构造是具有特殊功能的超二级构造 钙结合蛋白中结钙结合蛋白中结合钙离子的模体合钙离子的模体 锌指构造锌指构造 肌红蛋白肌红蛋白 (Mb) N 端端 C端端纤连蛋白分子的构造域纤连蛋白分子的构造域 三分子伴侣三分子伴侣经过提供一个维护环境从而协助新生多肽链经过提供一个维护环境从而协助新生多肽链正确折

10、叠成天然构象或构成四级构造的蛋白质。正确折叠成天然构象或构成四级构造的蛋白质。 作用机制：与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开；作用机制：与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开；诱导错误聚集的肽段解聚；诱导二硫键的构成。诱导错误聚集的肽段解聚；诱导二硫键的构成。 伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用血红蛋白的四级构造血红蛋白的四级构造 纤连蛋白分子纤连蛋白分子 五、蛋白质的分类五、蛋白质的分类n根据蛋白质组成成分根据蛋白质组成成分:单纯蛋白质单纯蛋白质结合蛋白质结合蛋白质 = = 蛋白质部分蛋白质部分 + + 非蛋白质部分非蛋白质部分n根据蛋白质外形根据蛋白质外形:纤维状蛋白质纤

11、维状蛋白质-多为构造蛋白质多为构造蛋白质球状蛋白质球状蛋白质-多为具生理活性的蛋白质多为具生理活性的蛋白质一蛋白质组学根本概念一蛋白质组学根本概念蛋白质组是指一种细胞或一种生物所表达的全部蛋白质组是指一种细胞或一种生物所表达的全部蛋白质，即蛋白质，即“一种基因组所表达的全套蛋白质。一种基因组所表达的全套蛋白质。 二蛋白质组学研讨技术平台二蛋白质组学研讨技术平台 蛋白质组学是高通量，高效率的研讨蛋白质组学是高通量，高效率的研讨: :双向电泳分别样品蛋白质双向电泳分别样品蛋白质 蛋白质点的定位、切取蛋白质点的定位、切取 蛋白质点的质谱分析蛋白质点的质谱分析 三蛋白质组学研讨的科学意义三蛋白质组学研

12、讨的科学意义蛋白质构造与功能的关系蛋白质构造与功能的关系第第 三三 节节一一级构造是空间构象的根底一一级构造是空间构象的根底 一、蛋白质一级构造与功能的关系一、蛋白质一级构造与功能的关系 牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一级构造一级构造二二硫硫键键 天然形状，天然形状，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形状，无活性非折叠形状，无活性二一级构造类似的蛋白质具有类似的高级构造与功能二一级构造类似的蛋白质具有类似的高级构造与功能三氨基酸序列提供重要的生物化学信息三氨基酸序列提供重要的生物化学信息四重要蛋白质的氨基酸序列改动可引起疾病四重要

13、蛋白质的氨基酸序列改动可引起疾病n例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146) 由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病。分子病。n肌红蛋白肌红蛋白/ /血红蛋白血红蛋白含有血红素辅基含有血红素辅基血红素构造血红素构造 二、蛋白质的功能依赖于特定空间构造二、蛋白质的功能依赖于特定空间构造一血红蛋白亚基与肌红蛋白构造类似一血红蛋白亚基与肌红蛋白构造类似n肌红蛋白肌红蛋白(Mb) (

14、Mb) n血红蛋白血红蛋白(Hb)(Hb)二血红蛋白的构象变化与结合氧二血红蛋白的构象变化与结合氧 一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合才后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合才干的景象，称为协同效应。干的景象，称为协同效应。 正协同效应正协同效应 负协同效应负协同效应 变构效应变构效应(allosteric effect)蛋白质空间构造的改动伴随其功能蛋白质空间构造的改动伴随其功能的变化，称为变构效应。的变化，称为变构效应。三蛋白质构象改动与疾病三蛋白质构象改动与疾病 蛋白质的折叠发生错误，虽然其一级构蛋白质的

15、折叠发生错误，虽然其一级构造不变，但蛋白质的构象发生改动，影响其造不变，但蛋白质的构象发生改动，影响其功能，严重时导致疾病发生。功能，严重时导致疾病发生。包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。亨停顿舞蹈病、疯牛病等。疯牛病是由朊病毒蛋白引起的一组人和动物疯牛病是由朊病毒蛋白引起的一组人和动物神经退行性病变。神经退行性病变。正常的正常的PrPPrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPcPrPc。PrPcPrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为为-折叠的折叠的PrPscPrPsc，从而致病。，从而致

16、病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病n疯牛病中的蛋白质构象改动疯牛病中的蛋白质构象改动第四节第四节蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质一、蛋白质的两性电离一、蛋白质的两性电离 当蛋白质溶液处于某一当蛋白质溶液处于某一pHpH时，蛋白质解离成时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的荷为零，此时溶液的pHpH称为蛋白质的等电点。称为蛋白质的等电点。二、蛋白质的胶体性质二、蛋白质的胶体性质 分子量自分子量自1 1万至万至100100万，直径可达万，直径可达1 1100nm100nm，为胶粒范围之内。为

17、胶粒范围之内。 * * 蛋白质胶体稳定的要素蛋白质胶体稳定的要素颗粒外表电荷颗粒外表电荷水化膜水化膜+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在等电点的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜水化膜+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不稳定的蛋白质颗粒不稳定的蛋白质颗粒酸酸碱碱酸酸碱碱酸酸碱碱脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚沉溶液中蛋白质的聚沉举例举例临床医学上，变性要素常被运用来消毒及灭菌。临床医学上，变性要素常被运用来消毒及灭菌。此外此外, , 防止蛋白量变性也是有效保管蛋白质制防止蛋白量变性也是有效保管蛋白质制剂如疫苗等的必要条件。剂如疫苗等的必要条件。 天然形状，天然形状，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形状，无活性非折叠形状，无活性在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因此从溶液中析出。链融会相互缠绕继而聚集，因此从溶液中析出。变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。淀，但并不变性。 蛋白量变性后的