生化,第1章蛋白质的结构与功能ppt课件

1、生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department蛋白质的主要生理功能蛋白质的主要生理功能 蛋白质蛋白质proteinprotein是生活细胞内含量最丰富、功能最复是生活

2、细胞内含量最丰富、功能最复杂的生物大分子，并参与了几乎所有的生命活动和生命过程杂的生物大分子，并参与了几乎所有的生命活动和生命过程。因而，研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本的。因而，研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本的命题。命题。 生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的体现者，具有以下主要功能：的体现者，具有以下主要功能：催化功能；结构功能；调节功能；防御功能；催化功能；结构功能；调节功能；防御功能；运动功能；运输功能；信息功能；储藏功能运动功能；运输功能；信息功能；储藏功能 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生

3、物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department组成元素：组成元素：碳、氢、氧、氮、硫碳、氢、氧、氮、硫其他：磷、金属元素、碘其他：磷、金属元素、碘氮：氮：16%蛋白质含量蛋白质含量 = 氮量氮量100 蛋白质量蛋白质量=16 蛋白质量蛋白质量 = 100 氮量氮量含氮量含氮量 10016 = 含氮量含氮量 6.25生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology dep

4、artmentBiochemistry & molecular biology department 是蛋白质的基本组成单位。组成人体蛋白质的氨基酸是蛋白质的基本组成单位。组成人体蛋白质的氨基酸仅有仅有20种。种。CHCOOHNH2R分类的依据生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecula

5、r biology departmentBiochemistry & molecular biology department（1非极性、疏水性非极性、疏水性aa（2极性、中性极性、中性aa（3酸性酸性aa（4碱性碱性aa生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department 2个半胱氨酸通过脱氢后以二硫键相结合，形成胱个半胱氨酸通过脱氢后以二硫键相结合，形成胱氨酸。蛋白质中不少半胱氨酸氨酸。蛋白质中不

6、少半胱氨酸 以胱氨酸的形式存在。以胱氨酸的形式存在。非蛋白质氨基酸，修饰氨基酸。非蛋白质氨基酸，修饰氨基酸。生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology departmentpH = pI 净电荷净电荷=0 pH pI净电荷净电荷为负为负CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3+ + H+ OH- + H+ OH-1、两性电离及等电点：在某一、两性电离及等电点：在某一pH的溶液中，氨基的溶液中，氨基酸解离

7、成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的兼性离子，呈电中性，此时溶液的pH称为该氨基称为该氨基酸的等电点酸的等电点(isoelectric point，pI)。生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department2、紫外吸收性质：色、紫外吸收性质：色aa、酪、酪aa的最大吸收峰值在的最大吸收峰值在280nm附近，用于分析蛋白质含量。附近，

8、用于分析蛋白质含量。酪氨酸酪氨酸275nm 色氨酸色氨酸280nm生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department3、茚三酮反应：、茚三酮反应：aa和茚三酮反应可生成紫色化合和茚三酮反应可生成紫色化合物，最大吸收峰在物，最大吸收峰在570nm处。处。生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBioche

9、mistry & molecular biology department 氨基酸通过肽键氨基酸通过肽键peptide bond相连形成的链状化合相连形成的链状化合物称为肽。物称为肽。 2个氨基酸叫二肽，个氨基酸叫二肽，3个叫三肽个叫三肽 NH2 CHR1COOHNHCHR2COOHHNH2 CHR1COCNCHR2OOHH生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department残基残基多肽链主链多肽链主

10、链游离端游离端方向方向多与寡多与寡生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department 多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构

11、结构(primary structure)(primary structure)。这是蛋白质最基本的。这是蛋白质最基本的结构，是蛋白质高级结构和生物功能的基础。结构，是蛋白质高级结构和生物功能的基础。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构主要化学键：肽键主要化学键：肽键生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department核糖核酸酶核糖核酸酶A的一级结构的一级结构牛胰岛素的牛胰岛素的一级结构一级结构生物化学与

12、分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department 某一段肽链的主链骨架的盘绕和折叠。某一段肽链的主链骨架的盘绕和折叠。主要：主要：- 螺旋、螺旋、- 折叠、折叠、- 转角、无规卷

13、曲转角、无规卷曲二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构（一二级结构（一二级结构(secondary structure)生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology departmen

14、t 多肽主链充分伸展多肽主链充分伸展，形成上下起伏的锯齿，形成上下起伏的锯齿状结构，称为状结构，称为折叠折叠。 两条以上的两条以上的折折叠多肽链或一条多肽叠多肽链或一条多肽链的若干肽段侧向集链的若干肽段侧向集聚、形成片层结构，即聚、形成片层结构，即称为称为-片层结构。片层结构。类别：平行类别：平行 反平行反平行生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department多肽链中肽段出现多肽链中肽段出现180回折时的结

15、构成为回折时的结构成为转角。转角。主链构象的规律不明显。主链构象的规律不明显。生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department5 5、模体、模体motifmotif） 几个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近、相互几个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近、相互作用，形成一个具有特殊功能的空间结构，称模体或模序作用，形成一个具有特殊功能的空间结构，称模体或模序超二级结构）。超二级结构）。二级结构的主要键：氢

16、键。二级结构的主要键：氢键。生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department 1、概念：在二级结构等结构基础上，由于侧链、概念：在二级结构等结构基础上，由于侧链R基基团的相互作用，整条肽链进行范围广泛的折叠和盘曲，团的相互作用，整条肽链进行范围广泛的折叠和盘曲，即整条肽链所有原子在三维空间的整体排布。即整条肽链所有原子在三维空间的整体排布。（二三级结构（二三级结构(tertiary structure)生

17、物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department 肌红蛋白由肌红蛋白由153个氨基个氨基酸构成，单链。含酸构成，单链。含1个血个血红素辅基。有红素辅基。有-H 8个螺个螺旋。两个螺旋之间有无规旋。两个螺旋之间有无规卷曲，脯氨酸位于转角处。卷曲，脯氨酸位于转角处。由于侧链的相互作用，整由于侧链的相互作用，整条肽链形成球状分子。条肽链形成球状分子。三级结构的主要键：三级结构的主要键：次级键。次级键。生物化学与分

18、子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department2 2、结构域、结构域domaindomain） 分子量大的蛋白质，其三级结构常可分割成一个或分子量大的蛋白质，其三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠的较为紧密，各行使其数个球状或纤维状的区域，折叠的较为紧密，各行使其功能，称为结构域。功能，称为结构域。 -螺旋螺旋 -转角转角 -折叠折叠二硫键二硫键结构域结构域1结构域结构域2卵溶菌酶的三级结构中的两个

19、结构域卵溶菌酶的三级结构中的两个结构域生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department 四级结构四级结构 (quaternary structure)：一个蛋白质：一个蛋白质由二条以上肽链组成，这些肽链彼此之间的排布及相由二条以上肽链组成，这些肽链彼此之间的排布及相互作用。每一条肽链叫做亚基互作用。每一条肽链叫做亚基subunit）（三蛋白质的四级结构（三蛋白质的四级结构生物化学与分子生物学教研室生物化学

20、与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department基本结构：一级结构基本结构：一级结构 多肽中氨基酸的排列顺序多肽中氨基酸的排列顺序 由肽键连接而成的结构由肽键连接而成的结构高级结构：多肽链的三维构象高级结构：多肽链的三维构象 二级结构二级结构 多肽链主链构象多肽链主链构象 主要动力：氢键主要动力：氢键 主要形式：螺旋，片层主要形式：螺旋，片层 三级结构三级结构 多肽链主链构象加侧链构象多肽链主链构象加侧链构象 主要动力：次级键主要动力：次

21、级键 四级结构四级结构 有亚基聚合而成的蛋白质有亚基聚合而成的蛋白质 动力：氢键、离子键、疏水作用等动力：氢键、离子键、疏水作用等一级结构决定高级结构，高级结构决定蛋白质的功能一级结构决定高级结构，高级结构决定蛋白质的功能蛋白质的结构层次蛋白质的结构层次生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecula

22、r biology departmentBiochemistry & molecular biology department一、蛋白质一级结构与一、蛋白质一级结构与功能的关系功能的关系（一一级结构是空间构象的基础（一一级结构是空间构象的基础（二一级结构是功能的基础（二一级结构是功能的基础1 1、一级结构相似的多肽或者蛋白质、一级结构相似的多肽或者蛋白质具有相似的空间构象和功能。具有相似的空间构象和功能。2 2、一级结构中关键部位的氨基酸残、一级结构中关键部位的氨基酸残基的改变会引起蛋白质功能的异常。基的改变会引起蛋白质功能的异常。生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室B

23、iochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department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”生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department二、空间结构与功能的关系二、空间结构与功能的关系（一变性（一变性蛋白质功能丧失蛋白

24、质功能丧失1 1、变性及变性因素、变性及变性因素 在某些物理或化学因素的作用下，蛋白质特定的空间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和生物学功能丧失构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物学功能丧失的现象，称为变性的现象，称为变性denaturation）二硫键和非共价键的破坏，没有肽键的破坏和氨基酸的二硫键和非共价键的破坏，没有肽键的破坏和氨基酸的改变。改变。化学因素、物理因素。化学因素、物理因素。生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBio

25、chemistry & molecular biology department2 2、变性蛋白的特征、变性蛋白的特征 生物学活性丧失，容易被蛋白酶水解，溶解度降低，生物学活性丧失，容易被蛋白酶水解，溶解度降低，黏度增加，光吸收改变。黏度增加，光吸收改变。3 3、变性的可逆性、变性的可逆性 蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，有些蛋白蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，有些蛋白质仍可能恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复质仍可能恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性性renaturation）生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry &

26、; molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department（二变构（二变构蛋白质活性的调节方式蛋白质活性的调节方式 蛋白质与其配体结合后，其空间结构发生改变，使它蛋白质与其配体结合后，其空间结构发生改变，使它适合于功能的需要，这种变化称为别构效应或变构效应适合于功能的需要，这种变化称为别构效应或变构效应allosteric effect）生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemis

27、try & molecular biology department1 1、血红蛋白的结构、血红蛋白的结构 4个亚基，分别是个亚基，分别是2条条链和链和2条条链，每个亚基结合一个链，每个亚基结合一个血红素，血红素可以与氧结合。血红素，血红素可以与氧结合。生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线活动肌肉毛细活动肌肉毛细血管中的血管中的P

28、O20 20 40 60 80 100肺泡中的肺泡中的PO2MyoglobinHemoglobin 当第一个亚基与氧结合当第一个亚基与氧结合后，促进第二、第三个亚基后，促进第二、第三个亚基与氧的结合，当第三个亚基与氧的结合，当第三个亚基结合氧后，有大大促进第四结合氧后，有大大促进第四个亚基与氧的结合。这种一个亚基与氧的结合。这种一个亚基与其配体结合后，能个亚基与其配体结合后，能影响另外的亚基与其配体结影响另外的亚基与其配体结合能力的现象称为协同效应合能力的现象称为协同效应cooperative effect）。）。如果是促进如果是促进正协同效应。正协同效应。如果是抑制如果是抑制负协同效应。负协

29、同效应。2 2、血红蛋白的别构效应、血红蛋白的别构效应生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology departmentO2HbHb- O2O2机制：别构效应。机制：别构效应。血红蛋白的氧合与构象改变血红蛋白的氧合与构象改变生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室Biochemistry & molecular biology departmentBiochemistry & molecular biology department第四节第四节 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质生物化学与分