第1章蛋白质的结构与功能ppt课件

1、生生 物物 化化 学学 主讲：杨正久主讲：杨正久 遵义医药高等专遵义医药高等专科学校科学校蛋白质蛋白质proteinprotein是一类重要的生物大是一类重要的生物大分子，是生命的物质分子，是生命的物质根底。根底。l蛋白质的生理功能：蛋白质的生理功能：l 蛋白质是人体的根本成分，几乎一切的蛋白质是人体的根本成分，几乎一切的组织都含有蛋白质，是生命活动的物质根底，组织都含有蛋白质，是生命活动的物质根底，具有：物质运输、物质代谢的催化与调理、肌具有：物质运输、物质代谢的催化与调理、肌肉收缩、血液凝固、机体防御及信号转导等生肉收缩、血液凝固、机体防御及信号转导等生理功能。理功能。第一节第一节 蛋白质

2、的分子组成蛋白质的分子组成一、蛋白质的元素组成一、蛋白质的元素组成l组成蛋白质分子的主要化学元素包括：组成蛋白质分子的主要化学元素包括：C、H、O、N、S、P、Fe、I、Zn、Cu、Mo等。等。l其中，在不同蛋白质样品中，其中，在不同蛋白质样品中，N元素的含量相元素的含量相对稳定，约为对稳定，约为16%，故每克氮相当于，故每克氮相当于6.25100/16克蛋白质。克蛋白质。 l定氮法定氮法:样品中含蛋白质克数样品中含蛋白质克数=样品的含氮克数样品的含氮克数6.25l练习：l 测得10g蛋白质样品中含氮量为0.08g，该蛋白质样品的蛋白质含量是多少？二二 、氨基酸、氨基酸l组成蛋白质的根本单位是

3、氨基酸组成蛋白质的根本单位是氨基酸amino acid。自然界存在。自然界存在300多种氨基酸多种氨基酸,但是基但是基因编码的氨基酸只需因编码的氨基酸只需20种。这些氨基酸属于种。这些氨基酸属于L-氨基酸。氨基酸。COOHH2N C HRL-L- -氨基酸的构造通式氨基酸的构造通式氨基酸的解离氨基酸的解离-NH2 - NH3+H+-COOH - COO - + H+H+OH-pH=pI兼性离子兼性离子 CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-R+OH-pHpI阴离子阴离子CHNH2COO-R CHNH2COO-R+H+pHpI阳离子阳离子CH CO

4、OHRNH3+CH COOHRNH3+l根据根据R侧链基团解离性质的不同，可将氨基酸分侧链基团解离性质的不同，可将氨基酸分为两大类：为两大类：l 1.非极性氨基酸非极性氨基酸: 侧链主要为脂肪族疏水基团。侧链主要为脂肪族疏水基团。l 2. 极性氨基酸极性氨基酸l 极性中性氨基酸：侧链含有极性中性氨基酸：侧链含有OH或或SH等亲水基团。等亲水基团。l 酸性氨基酸酸性氨基酸Glu，Asp；侧链基团在中性；侧链基团在中性溶液中解离后带负电荷。溶液中解离后带负电荷。l 碱性氨基酸碱性氨基酸His，Arg，Lys；侧链基团；侧链基团在中性溶液中解离后带正电荷。在中性溶液中解离后带正电荷。一一 、肽键与肽

5、、肽键与肽一肽键与肽链：一肽键与肽链： 肽：氨基酸经过肽键衔接起来构成肽：氨基酸经过肽键衔接起来构成 的线性聚合的线性聚合 物。物。肽键：一个氨基酸分子的肽键：一个氨基酸分子的-羧基与另一个氨基酸羧基与另一个氨基酸 分子的分子的-氨基脱水缩合构成的共价键。氨基脱水缩合构成的共价键。氨基酸残基：肽中的氨基酸称为氨基酸残基。氨基酸残基：肽中的氨基酸称为氨基酸残基。第二节第二节 蛋白质的分子构造蛋白质的分子构造H2O肽键平面肽键平面由于肽键具有部分双键的性质，由于肽键具有部分双键的性质，使肽键以及与之相连的两个使肽键以及与之相连的两个C C共处同一平共处同一平面上，这一平面称为肽键平面酰胺平面，面上

6、，这一平面称为肽键平面酰胺平面，肽单元。肽单元。l多肽链具有方向性，头端为氨基端多肽链具有方向性，头端为氨基端N N端，尾端端，尾端为羧基端为羧基端C C端。端。二生物活性肽二生物活性肽l生物体内具有一定生物学活性的肽类物质称生物体内具有一定生物学活性的肽类物质称生物活性肽。生物活性肽。l重要的生物活性肽有谷胱甘肽重要的生物活性肽有谷胱甘肽GSH、神、神经肽、肽类激素等。经肽、肽类激素等。 蛋白质是由许多氨基酸单位经过肽键衔接蛋白质是由许多氨基酸单位经过肽键衔接起来的，具有特定分子构造的高分子化合物。起来的，具有特定分子构造的高分子化合物。由于蛋白质的分子构造非常复杂，为了便于研由于蛋白质的分

7、子构造非常复杂，为了便于研讨、描画和了解，人为将蛋白质的分子构造划讨、描画和了解，人为将蛋白质的分子构造划分为一、二、三、四级构造四个构造层次。分为一、二、三、四级构造四个构造层次。二、蛋白质的一级构造二、蛋白质的一级构造 除一级构造外，蛋白质的二、三、四级构除一级构造外，蛋白质的二、三、四级构造都属于空间构造，即空间构象，是蛋白质的造都属于空间构造，即空间构象，是蛋白质的高级构造。高级构造。 蛋白质的一级构造蛋白质的一级构造primary structureprimary structure是指蛋白质多肽链中经过肽键衔接起来的氨基酸是指蛋白质多肽链中经过肽键衔接起来的氨基酸的陈列顺序，即多肽

8、链的线状构造。的陈列顺序，即多肽链的线状构造。 维系蛋白质一级构造的主要化学键为肽键。维系蛋白质一级构造的主要化学键为肽键。牛胰岛素的一级构造牛胰岛素的一级构造 蛋白质的二级构造蛋白质的二级构造(secondary structure)是是指蛋白质多肽链主链盘曲、折叠所构成的空间指蛋白质多肽链主链盘曲、折叠所构成的空间构造。构造。三、蛋白质的空间构造三、蛋白质的空间构造一蛋白质的二级构造一蛋白质的二级构造 二级构造的主要方式有二级构造的主要方式有-螺旋、螺旋、-折折叠、叠、 -转角与无规卷曲。转角与无规卷曲。 维系蛋白质二级构造的主要化学键是维系蛋白质二级构造的主要化学键是氢键。氢键。核糖核酸

9、酶分子中的二级构造核糖核酸酶分子中的二级构造-螺旋螺旋-折叠折叠-转角转角无规卷曲无规卷曲二蛋白质的三级与四级构造二蛋白质的三级与四级构造 蛋白质的三级构造是指整条多肽链一切原子的空蛋白质的三级构造是指整条多肽链一切原子的空间排布位置，也就是一条多肽链的完好的三维构造。间排布位置，也就是一条多肽链的完好的三维构造。 蛋白质的四级构造指许多蛋白质含有蛋白质的四级构造指许多蛋白质含有2 2条以上具有条以上具有独立三级构造的多肽链，这些多肽链经过非共价键衔独立三级构造的多肽链，这些多肽链经过非共价键衔接构成的构造称为蛋白质的四级构造。接构成的构造称为蛋白质的四级构造。l维系蛋白质三级、四级构造的化学

10、键是氢键、维系蛋白质三级、四级构造的化学键是氢键、离子键、范氏引力、疏水键等非共价键。离子键、范氏引力、疏水键等非共价键。l亚基亚基subunit就是指参与构成蛋白质四级就是指参与构成蛋白质四级构造的、每条具有三级构造的多肽链。构造的、每条具有三级构造的多肽链。血红蛋白(hemoglobin)的四级构造蛋白质分子的构造层次第三节第三节 蛋白质构造与功能的关系蛋白质构造与功能的关系 是蛋白质行使功能的根底，决议蛋白质的高是蛋白质行使功能的根底，决议蛋白质的高级构造级构造 一级构造不同的蛋白质，功能也不同；一级一级构造不同的蛋白质，功能也不同；一级构造类似的蛋白质，其功能也有所类似。构造类似的蛋白

11、质，其功能也有所类似。 分子病：由于蛋白质一级构造变异导致机体分子病：由于蛋白质一级构造变异导致机体组织构造和功能异常所呵斥的疾病。组织构造和功能异常所呵斥的疾病。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镰刀状红细胞贫血镰刀状红细胞贫血Hb Hb - -链一级构造的改动链一级构造的改动N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 链链HbA 链链N-val his leu thr pro val glu C(146)6l在镰刀状红细胞贫血患者中，在镰刀状红细胞贫血患者中，由于基因突变导致血红蛋白由于基因突变导致血红蛋白- -链第六位氨基酸

12、残基由谷链第六位氨基酸残基由谷氨酸改动为缬氨酸，血红蛋氨酸改动为缬氨酸，血红蛋白的亲水性明显下降，从而白的亲水性明显下降，从而发生聚集，使红细胞变为镰发生聚集，使红细胞变为镰刀状。刀状。 蛋白质的空间构象与其功能有亲密关蛋白质的空间构象与其功能有亲密关系，蛋白质构象改动，生物学功能也随之系，蛋白质构象改动，生物学功能也随之改动。改动。 变构效应：生物体内某些小分子物质与变构效应：生物体内某些小分子物质与蛋白质作用，使其构象改动而生物学功能蛋白质作用，使其构象改动而生物学功能也随之改动，这种作用称为变构效应。也随之改动，这种作用称为变构效应。 二、蛋白质分子构象与功能的关系二、蛋白质分子构象与功

13、能的关系第四节第四节 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质一、蛋白质的紫外吸收一、蛋白质的紫外吸收l蛋白质分子普遍含有酪氨酸残基和色氨酸残基蛋白质分子普遍含有酪氨酸残基和色氨酸残基分子构造中含有共轭双键，在紫外光分子构造中含有共轭双键，在紫外光280nm280nm处有特征吸收峰，其吸收值与浓度成处有特征吸收峰，其吸收值与浓度成正比。正比。l由于蛋白质分子中氨基酸残基的侧链上存在游离的氨由于蛋白质分子中氨基酸残基的侧链上存在游离的氨基和游离的羧基，另外，多肽链的基和游离的羧基，另外，多肽链的N端和端和C端分别有游端分别有游离的离的-氨基和氨基和-羧基，因此蛋白质具有两性解离的性羧基，因此蛋白质具有两

14、性解离的性质。质。l等电点等电点pI：当蛋白质溶液处于某一：当蛋白质溶液处于某一pH值时，蛋白值时，蛋白质解离成阴、阳离子的趋势相等，蛋白质为兼性离子，质解离成阴、阳离子的趋势相等，蛋白质为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的净电荷为零，此时溶液的pH称为该蛋白质的等电点称为该蛋白质的等电点 pI。一蛋白质的两性解离与等电点：一蛋白质的两性解离与等电点：二、蛋白质的等电点与电泳二、蛋白质的等电点与电泳蛋白质的两性解离与等电点pHpI pH=pI pHpI 阳离子 兼性离子 阴离子 当溶液pHpI时，蛋白质所带正、负电荷相等；当溶液pHpI时，蛋白质带净负电荷；当溶液pHpI时，蛋白质带净正电荷。二

15、电泳 带电颗粒在电场中向电性相反的电极挪动的景象称带电颗粒在电场中向电性相反的电极挪动的景象称为电泳为电泳electrophoresis。l不同蛋白质分子所带电荷量不同，且分子大小不同蛋白质分子所带电荷量不同，且分子大小及外形也不同，故在电场中的挪动速度也不同，及外形也不同，故在电场中的挪动速度也不同，据此可对蛋白质进展分别和鉴定。据此可对蛋白质进展分别和鉴定。l血浆蛋白质血浆蛋白质pIpI在在pH5.0pH5.0左右，正常血浆左右，正常血浆pHpH为为7.47.4，血浆蛋白以阴离子存在带负电，故可在电，血浆蛋白以阴离子存在带负电，故可在电场中向阳极挪动。场中向阳极挪动。三、蛋白质的胶体性质三

16、、蛋白质的胶体性质l蛋白质分子的颗粒直径已达蛋白质分子的颗粒直径已达1100nm1100nm，处于，处于胶体颗粒的范围。因此，蛋白质溶液属于胶体胶体颗粒的范围。因此，蛋白质溶液属于胶体溶液。溶液。l稳定蛋白质亲水溶胶的两个重要要素是蛋白质稳定蛋白质亲水溶胶的两个重要要素是蛋白质分子外表的水化膜和同种电荷。分子外表的水化膜和同种电荷。 蛋白质颗粒的外表电荷和水化膜+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+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脱水作用脱水作用脱

17、水作用脱水作用脱水作用脱水作用三、蛋白质的变性、沉淀和凝固：三、蛋白质的变性、沉淀和凝固：l 在某些物理或化学要素的作用下，蛋白质在某些物理或化学要素的作用下，蛋白质严厉的空间构造被破坏不包括肽键的断裂，严厉的空间构造被破坏不包括肽键的断裂，从而引起蛋白质的理化性质改动和生物学功能从而引起蛋白质的理化性质改动和生物学功能丧失的景象，称为蛋白质的变性丧失的景象，称为蛋白质的变性(denaturation)(denaturation)。l引起蛋白量变性的要素有：引起蛋白量变性的要素有：l 物理要素：高温、高压、紫外线、电离辐物理要素：高温、高压、紫外线、电离辐射、超声波等；射、超声波等；l 化学要

18、素：强酸、强碱、有机溶剂、重金化学要素：强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐等。属盐等。l蛋白量变性的可逆性：蛋白量变性的可逆性：l 蛋白质的复性：轻度变性蛋白质在去除蛋白质的复性：轻度变性蛋白质在去除变性要素后，可以全部或部分恢复原有的构变性要素后，可以全部或部分恢复原有的构象和生物活性，这一过程称为复性。象和生物活性，这一过程称为复性。l蛋白质分子相互聚集而从溶液中析出的景象蛋白质分子相互聚集而从溶液中析出的景象称为沉淀称为沉淀precipitation。l变性后的蛋白质由于变性后的蛋白质由于疏水基团的暴露而易疏水基团的暴露而易于沉淀，但沉淀的蛋于沉淀，但沉淀的蛋白质不一定都是变性白质不一定都是变性后的蛋白质。后的蛋白质。 沉淀蛋白质的方法有沉淀蛋白质的方法有盐析法盐析法有机溶剂沉淀法有机溶剂沉淀法生物碱试剂法生物碱试剂法重金属盐沉淀法重金属盐沉淀法l加热使蛋白量变性并凝聚成块状称为凝固加热使蛋白量变性并凝聚成块状称为凝固coagulation。l因此，凝固的蛋白质一定发生变性。因此，凝固的蛋白质一