蛋白质和核酸化学

1、整理ppt1第二章 (Structure and Function of Protein)蛋白质蛋白质(protein)是由许多氨基酸是由许多氨基酸(amino acids)肽键肽键(peptide bond)相连相连形成的高分子形成的高分子含氮含氮化合物。化合物。整理ppt2蛋白质的生物学功能蛋白质在生物体内的分布特征蛋白质在生物体内的分布特征1.分布广分布广 所有器官、组织都含有蛋白所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。质；细胞的各个部分都含有蛋白质。2.含量高含量高 蛋白质占人体干重的蛋白质占人体干重的45，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等某些组织含量更高，例如脾

2、、肺及横纹肌等高达高达80。3.种类多种类多 人体中蛋白质种类达十万余人体中蛋白质种类达十万余种，每种蛋白质都有其特定的结构与功能。种，每种蛋白质都有其特定的结构与功能。整理ppt31.作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2.代谢调节作用代谢调节作用3.免疫保护作用免疫保护作用4.物质的转运和存储物质的转运和存储5.运动与支持作用运动与支持作用6.参与细胞间信息传递参与细胞间信息传递7.氧化供能氧化供能蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能整理ppt4（一）蛋白质的化学组成 主要元素：主要元素：碳、氢、氧、氮碳、氢、氧、氮，有些蛋白质还含有，有些蛋白质还含有少量少量硫硫、磷磷和金属元素。和金

3、属元素。 特点：特点：各种蛋白质的含氮量很接近，平均含氮量各种蛋白质的含氮量很接近，平均含氮量为为16%，这是蛋白质元素组成的一个特点。，这是蛋白质元素组成的一个特点。 定氮法测定蛋白质含量：定氮法测定蛋白质含量： 100g样品中蛋白质含量样品中蛋白质含量(g%)6.25每克样品每克样品中含氮克数中含氮克数100 式中6.25，即16%的倒数，为1克氮所代表的蛋白质质量（克数）。整理ppt5（二）蛋白质的组成单位 在酸、碱、酶的作用下，蛋白质可水解产在酸、碱、酶的作用下，蛋白质可水解产生游离氨基酸。生游离氨基酸。 蛋白质的基本组成单位蛋白质的基本组成单位氨基酸氨基酸（amino acid） 自

4、然界中的氨基酸有自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体余种，但组成人体的氨基酸仅有的氨基酸仅有20种，且均属种，且均属L-型氨基酸型氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。整理ppt6（二）蛋白质的组成单位1.氨基酸的结构特点氨基酸的结构特点 除脯氨酸外，其余氨基酸均属-氨基酸，其化学结构式具有共同的特点，即连接羧基的-碳原子上有一个氨基，称为-氨基酸。-氨基酸的结构通式，R为侧链基团。整理ppt7H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R 各种氨基酸的结构区别在于侧链（各种氨基酸的结构区别在于侧链（R基团）的不基团）的不同，故具有不同的理化性质。同，故具有不同的理化性

5、质。C+NH3COO-H整理ppt8（二）蛋白质的组成单位2.氨基酸的分类根据氨基酸侧链R基的结构和性质分为四类： 非极性疏水性氨基酸 极性中性氨基酸 酸性氨基酸1.碱性氨基酸整理ppt9整理ppt10整理ppt11整理ppt12（二）蛋白质的组成单位3.蛋白质分子中氨基酸之间的链接方式蛋白质分子中氨基酸之间的链接方式肽键的概念：肽键的概念： 肽键肽键(peptide bond)：一个-氨基酸的-羧基与另一个-氨基酸的-氨基 脱水缩合脱水缩合 形成的化学键化学键(-CO-NH-)，称为肽键或酰胺键肽键或酰胺键。整理ppt13整理ppt14肽键整理ppt15整理ppt16生物活性肽 生物活性肽：

6、体内存在许多具有生物活性生物活性肽：体内存在许多具有生物活性的低分子量肽，在代谢调节、神经传导等的低分子量肽，在代谢调节、神经传导等方面具有重要的作用，称为生物活性肽。方面具有重要的作用，称为生物活性肽。 如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。整理ppt17整理ppt18整理ppt19整理ppt20二. 蛋白质的分子结构和功能（一）蛋白质分子的一级结构（一）蛋白质分子的一级结构(primary structure)一级结构：一级结构：蛋白质多肽链中氨基酸的氨基酸的排列顺序排列顺序称为蛋白质的一级结构。 主要靠肽键

7、维系；主要靠肽键维系；整理ppt21蛋白质的一级结构整理ppt22蛋白质的一级结构整理ppt23蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构：是指蛋白质分子中某一段多肽键的局部空间结构，即该段多肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。包括包括-螺旋螺旋(-helix)、-折叠折叠(-pleated sheet)和和-转角转角(-turn)及无规则卷曲。及无规则卷曲。整理ppt24蛋白质的二级结构1.-螺旋螺旋(-helix) 蛋白质分子为右手-螺旋。整理ppt25整理ppt26蛋白质的二级结构 -折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的

8、。肽链的主链呈锯齿桩折叠构象。 - -折叠折叠整理ppt27-折叠整理ppt28蛋白质的二级结构3. -转角转角( -turn) 在-转角部分，由四个氨基酸残基组成; 这类结构主要存在于球状蛋白分子中。脯氨酸脯氨酸残基经常出现在-转角中。整理ppt29蛋白质的三级结构 蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构( (Tertiary Structure) )是指在是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。主链和侧链构象在内的特征三维结构。整理ppt

9、30蛋白质的三级结构整理ppt31此类蛋白质只有完整四级结构才有生物学活性整理ppt32(一一)一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系 （分子病）（分子病） 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HSSHSHHSHSSHHSHS26110958472655840261109584725840651.核糖核酸酶一级结构与核糖核酸酶一级结构与功能的关系功能的关系 二硫键破坏二硫键破坏后，生物学活性后，生物学活性丧失。丧失。 (1)将将A链链N端的第端的第1个氨基酸残基切去，其活性个氨基

10、酸残基切去，其活性只剩只剩210，再将第，再将第24位氨基酸残基切去，其位氨基酸残基切去，其活性完全丧失。活性完全丧失。 (2) 将将A、B两链间的二硫键还原，两链间的二硫键还原，A、B两链即两链即分离，胰岛素的功能完全消失。分离，胰岛素的功能完全消失。 (3) 将将B链第链第2830位氨基酸残基切去，其活性仍位氨基酸残基切去，其活性仍能维持能维持100%。2.胰岛素一级结构与功能的关系胰岛素一级结构与功能的关系整理ppt343.血红蛋白一级结构与功能的关系血红蛋白一级结构与功能的关系例：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

11、) HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146) 这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为称为“分子病分子病”。整理ppt35镰刀型贫血症与分子病整理ppt36(二二)蛋白质空间结构与功能的关系（构象病）蛋白质空间结构与功能的关系（构象病） 1血红蛋白空间结构与功能的关系血红蛋白空间结构与功能的关系 Hb未结合未结合O2时，时，4个亚基结构紧密个亚基结构紧密,称称紧张态紧张态(T态态)。随着。随着O2 的结合的结合,空间结构发生空间结构发生变化，使结构相对松变化，使结构相对松弛，称松弛态弛，称

12、松弛态(R态态)。T态对氧亲和力低态对氧亲和力低,R态对氧亲合力高，是态对氧亲合力高，是Hb结合结合O2 的形式。的形式。肺毛细血管肺毛细血管O2 分压高分压高,促使促使T态转变成态转变成R态态,组织毛细血管组织毛细血管, O2 分分压低压低,促使促使R态转变成态转变成T态。态。 整理ppt37例：疯牛病中的蛋白质构象改变例：疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起引起的一组人和动物神经退行性病变。的一组人和动物神经退行性病变。正常正常PrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPc。在某种未知蛋。在某种未知蛋白质作用下转变成为白

13、质作用下转变成为-折叠的折叠的PrPsc，从而致病。，从而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病蛋白质构象疾病包括：人纹状体脊髓变性病、蛋白质构象疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。老年痴呆症、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。2朊病毒蛋白空间结构与功能的关系朊病毒蛋白空间结构与功能的关系整理ppt38(The Physical and Chemical Characters of Protein)一、蛋白质的两性解离和等电点一、蛋白质的两性解离和等电点 (一一) 两性解离两性解离 蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，蛋白质分子除两端的氨基和羧基

14、可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团，故称件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团，故称两性解离。两性解离。 整理ppt39一.蛋白质的两性解离及应用蛋白质的等电点蛋白质的等电点( (Isoelectric point pIsoelectric point pI) I)当溶液浓度为某一当溶液浓度为某一pHpH值时，氨基酸分子值时，氨基酸分子中所含的中所含的-NH-NH3 3+ +和和-COO-COO- -数目正好相等，数目正好相等，净电荷为净电荷为0 0。这一。这一pHpH值即为氨基酸的等电值即为氨基酸的

15、等电点，简称点，简称p pI I。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。整理ppt40蛋白质的两性解离在pH=pI时，蛋白质为兼性离子，带有相等的正、负电荷，呈中性微粒，此时蛋白质不稳定而容易从溶液中沉淀析出。COO-CHH3N+R-pK1+H+H+COOHCHH3N+RH+H+pK2-COO-CHH2NRPH 1 7 10净电荷净电荷 +1 0 -1正离子正离子 两性离子两性离子 负离子负离子 等电点等电点PI整理ppt41蛋白质的电泳分离 蛋白质能够发生两性离解，也有等电点。蛋白质能够发生

16、两性离解，也有等电点。在等电点时在等电点时(Isoelectric point pI)(Isoelectric point pI)，蛋，蛋白质的溶解度最小，容易沉淀析出。白质的溶解度最小，容易沉淀析出。 溶液中带电粒子在电场中向电性相反的电溶液中带电粒子在电场中向电性相反的电极移动的现象，称为蛋白质电泳极移动的现象，称为蛋白质电泳( (ElectrophoresisElectrophoresis) )。整理ppt42 电泳电泳蛋白质的电泳分离和分子量测定 蛋白质在等电蛋白质在等电点点pIpI条件下，条件下，不发生电泳现不发生电泳现象。利用蛋白象。利用蛋白质的电泳现象，质的电泳现象，可以将蛋白质

17、可以将蛋白质进行分离纯化。进行分离纯化。整理ppt43蛋白质的胶体性质及应用 蛋白质属于生物大分子，分子量到达蛋白质属于生物大分子，分子量到达1 1万万- -100100万之巨，其直径可达万之巨，其直径可达1-100nm1-100nm，为胶体，为胶体范围之内。范围之内。 蛋白质溶液是亲水胶体溶液，其稳定因素蛋白质溶液是亲水胶体溶液，其稳定因素主要有主要有 蛋白质分子表面的水化膜蛋白质分子表面的水化膜 电荷层电荷层整理ppt44蛋白质的胶体性质及应用 透析：透析：小分子杂质从半透膜中透出，大分小分子杂质从半透膜中透出，大分子蛋白质留于半透膜内，使蛋白质得以纯子蛋白质留于半透膜内，使蛋白质得以纯化

18、，这种分离方法称为化，这种分离方法称为透析透析。 人体中的细胞膜、线粒体膜和毛细血管壁人体中的细胞膜、线粒体膜和毛细血管壁等都具有半透膜性质，有助于体内各种蛋等都具有半透膜性质，有助于体内各种蛋白质有规律地分布在膜的内外，对维持细白质有规律地分布在膜的内外，对维持细胞内外的水和电解质平衡具有重要的生理胞内外的水和电解质平衡具有重要的生理意义。意义。整理ppt45三.蛋白质的沉淀、变性、凝固及其应用蛋白质从溶液中析出的现象，称为沉淀。蛋白质从溶液中析出的现象，称为沉淀。1.1.盐析：盐析：在蛋白溶液中加入大量中性盐，蛋白质表面的水化膜即被破坏，其所带电荷也被中和，蛋白质胶粒失去这两种稳定因素而沉淀，这种沉淀过程称为盐析(salting out)。整理ppt46三.蛋白质的沉淀、变性、凝固及其应用2.2.重金属盐沉淀蛋白质重金属盐沉淀蛋白质重金属离子如Ag+、Hg2+、Cu2+、Pb2+等，在pHpI的环境中，可与蛋白质负离子结合，形成不溶性蛋白盐沉淀。临床应用：临床应用：抢救重金属盐中毒病人。给病人口服大量酪蛋白、清蛋白等，然后再用催吐剂将结合的重金属盐呕出以解毒。整理ppt47三.蛋白质的沉淀、变性、凝固及其应用3.3.生物碱试剂与某些沉淀蛋