同济机械原理protein学习教案

1、同济同济(tn j) 机械原理机械原理 protein第一页，共63页。自然界所有的生命物体都由三类物质组成水、无机离子和生物分子第1页/共63页第二页，共63页。第2页/共63页第三页，共63页。生素、氧生素、氧第3页/共63页第四页，共63页。（2）顺序排列。）顺序排列。（3）结构复杂：线性信息，）结构复杂：线性信息，三维信息三维信息第4页/共63页第五页，共63页。?蛋白质蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连(xin lin)形成的高分子含氮化合物。第5页/共63页第六页，共63页。第6页/共63页第七页，共63页。元素

2、(yun s)组成(干重计)元素 含量（%） 平均含量（%） C505552H6.97.77O212423N15.017.616S0.32.32P0.40.90.6有些蛋白质含有(hn yu)少量P或金属元素Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo，个别蛋白质还含有(hn yu) I各种蛋白质的含氮量很接近，平均含氮量为16%第7页/共63页第八页，共63页。生物样品中，每克氮大约表示该样品中含100/16=6.25g蛋白质蛋白质含量（质量(zhling)分数%）样品含氮质量(zhling)(g) 6.25凯式定氮法(容量法)负三价态含氮有机物硫酸加热消解硫酸(li sun)氢铵碱蒸馏氨，以硼酸(p

3、n sun)吸收甲基红-亚甲蓝标准硫酸滴定样品含氮量第8页/共63页第九页，共63页。NNNH2NNH2NH2第9页/共63页第十页，共63页。NNNH2NNH2NH2毒性： 目前三聚氰胺被认为毒性轻微，大鼠口服的半数致死量大于3克/公斤体重。据1945年的一个实验报道(bodo)：将大剂量的三聚氰胺饲喂给大鼠、兔和狗后没有观察到明显的中毒现象。动物长期摄入三聚氰胺会造成生殖、泌尿系统的损害，膀胱、肾部结石，并可进一步诱发膀胱癌。然而，2007年美国宠物食品污染事件的初步调查结果认为：掺杂了6.6%三聚氰胺的小麦蛋白粉是宠物食品导致中毒的原因，为上述毒性轻微的结论画上了问号。但为安全计，一般采

4、用三聚氰胺制造的食具都会标明“不可放进微波炉使用”。第10页/共63页第十一页，共63页。存在(cnzi)自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。CH3丙氨酸（Alanine,Ala,A）H甘氨酸（Glycine,Gly,G）第11页/共63页第十二页，共63页。1.非极性疏水性氨基酸2.极性中性氨基酸3.酸性(sun xn)氨基酸4.碱性氨基酸第12页/共63页第十三页，共63页。1.非极性疏水性(shuxng)氨基酸HCHNH3COOH3CCHNH3COOCHCHNH3COOH3CH3CCH2CHNH3COOCHH3CH3CCHC

5、HNH3COOCH2H3CH3CGlycine(Gly)Isoleucine (Ile)Leucine (Leu)Valine (Val)Alanine (Ala)甘甘氨氨酸酸丙丙氨氨酸酸缬缬氨氨酸酸亮亮氨氨酸酸异异亮亮氨氨酸酸CH2CHNH3COO苯苯丙丙氨氨酸酸Phenylalanine (Phe)CHCOOH2NH2CCH2CH2脯脯氨氨酸酸Proline (Pro)第13页/共63页第十四页，共63页。2. 极性中性(zhngxng)氨基酸Tryptophan (Try)Methionine (Met)Cysteine (Cys)Serine (Ser)色色氨氨酸酸丝丝氨氨酸酸酪酪氨氨

6、酸酸半半胱胱氨氨酸酸蛋蛋氨氨酸酸CH2CHNH3COO天天冬冬酰酰胺胺Asparagine (Asn)谷谷氨氨酰酰胺胺Glutamine (Gln)NHCHCCH2CHNH3COOHOCH2CHNH3COOHSCH2CHNH3COOTyrosine (Tyr)HOCH2CHNH3COOCH3SCH2CH2CHNH3COOCCHCHNH3COOH3CCH2CHNH3COOH2NOCH2CH2NOHO 苏苏氨氨酸酸Threonine (Thr)第14页/共63页第十五页，共63页。3. 酸性(sun xn)氨基酸4. 碱性(jin xn)氨基酸Aspartic acid (Asp)Glutamic

7、 acid (Glu)天天冬冬氨氨酸酸谷谷氨氨酸酸CH2CHNH3COOCH2CHNH3COOOOCOOC CH2Lysine (Lys)精精氨氨酸酸赖赖氨氨酸酸Arginine (Arg) 组组氨氨酸酸CH2CHNH3COOCH2CHNH3COONH2CH2CH2CH2CH2CHNH3COONH2CNHCH2CH2NHHCNCHNHCHistidine (His)第15页/共63页第十六页，共63页。第16页/共63页第十七页，共63页。第17页/共63页第十八页，共63页。修饰氨基酸：蛋白质合成后通过修饰加工生成的氨基酸。没有(mi yu)相应的编码。如：胱氨酸、羟脯氨酸（Hyp）、羟赖氨

8、酸（Hyl）。非生蛋白氨基酸：蛋白质中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鸟氨酸、同型半胱氨酸，是代谢途径中产生的。 第18页/共63页第十九页，共63页。n蛋白质基本结构单位(dnwi)：L氨基酸n 氨基酸：脯氨酸（亚氨基酸）除外n L氨基酸：甘氨酸（无不对称C）除外n 氨基酸结构通式：RCH(NH2)COOHn 常见氨基酸种类：20种。小结(xioji)第19页/共63页第二十页，共63页。1. 两性(lingxng)解离及等电点2. 紫外吸收(xshu) 3. 茚三酮反应(fnyng) 第20页/共63页第二十一页，共63页。第21页/共63页第二十二页，共63页。等电点（isoelectric

9、 point, pI）：在某一pH环境中，氨基酸解离成阳性(yngxng)离子及阴性离子的趋势相等，所带净电荷为零，在电场中不泳动。此时，氨基酸所处环境的pH值称为该种氨基酸的等电点(pI)。第22页/共63页第二十三页，共63页。n等电点计算n侧链为非极性基团或虽为极性基团但不解(b ji)离的氨基酸：pI=(pK1+pK2) n酸性氨基酸(Glu、Asp)及Cys：pI=(pK1+pKR)n碱性氨基酸(赖、精、组)：pI=(pK2+pKR)n带电状态判定(pndng)n pI-pH0 .带正电n pI-pH0 .不带电第23页/共63页第二十四页，共63页。nTrp、Tyr和Phe在280

10、nm波长附近(fjn)具有最大吸收峰，其中Trp的最大吸收最接近280nm第24页/共63页第二十五页，共63页。茚三酮反应(fnyng)n其他反应(fnyng)：荧光胺反应(fnyng)、侧链特异基团反应(fnyng)第25页/共63页第二十六页，共63页。第26页/共63页第二十七页，共63页。第27页/共63页第二十八页，共63页。其他生物学功能：营养蛋白(dnbi)，结构，毒蛋白(dnbi)第28页/共63页第二十九页，共63页。第29页/共63页第三十页，共63页。* 肽键(peptide bond)：是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合(suh)而形成的化学键。（一

11、）肽(peptide)H2N C CHR1OHO+N CHHHR2COOHH2OH2N CCHR1ONCHR2COOHH肽键第30页/共63页第三十一页，共63页。多肽(du ti)链(polypeptide chain)二肽，三肽寡肽(oligopeptide)，多肽(du ti)(polypeptide)氨基酸残基(residue)氨基末端（amino terminal）和羧基末端（carboxyl terminal）主链和侧链第31页/共63页第三十二页，共63页。第32页/共63页第三十三页，共63页。第33页/共63页第三十四页，共63页。结构(jigu):谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组

12、成(z chn)的三肽谷氨酸的-羧基(su j)形成肽键活性基团酸性肽第34页/共63页第三十五页，共63页。第35页/共63页第三十六页，共63页。第36页/共63页第三十七页，共63页。一级结构(jigu) (primary structure)二级结构(jigu) (secondary structure)三级结构(jigu) (tertiary structure)四级结构(jigu) (quaternary structure)高级结构第37页/共63页第三十八页，共63页。定义：蛋白质的一级结构(jigu)指多肽链中氨基酸的排列顺序。主要(zhyo)化学键：肽键二硫键的位置属于一级

13、结构研究范畴。 第38页/共63页第三十九页，共63页。一级结构是指蛋白质的多肽链中氨基酸的排列顺序；主要靠肽键(ti jin)维系。二四级结构称为蛋白质的空间结构，或空间构象；主要靠次级键维系，尤其是疏水键。n一级结构体现生物信息：20n .多样n一级结构是空间结构及生物活性的基础.特异n一级结构的连接(linji)键：肽键（主要）、二硫键第39页/共63页第四十页，共63页。一级结构是蛋白质空间构象(u xin)和特异生物学功能的基础。胰岛素的一级结构(jigu)3021第40页/共63页第四十一页，共63页。第41页/共63页第四十二页，共63页。蛋白质的二级结构是指多肽链骨架中原子(y

14、unz)的局部空间排列，也就是该肽段主链骨架原子(yunz)的相对空间位置，不涉及侧链的构象定义(dngy)：稳定因素(yn s)： 氢键 第42页/共63页第四十三页，共63页。 -螺旋 ( -helix ) -折叠 ( -pleated sheet ) -转角(zhunjio) ( -turn ) 无规卷曲 ( random coil ) 第43页/共63页第四十四页，共63页。n右手螺旋(luxun)：3.6个AA/圈，螺距0.54nmn氢键维系：链内氢键（AA1AA4），平行长轴；n侧链伸出螺旋(luxun)(-helix)第44页/共63页第四十五页，共63页。第45页/共63页第四

15、十六页，共63页。多肽链充分伸展(shnzhn)，相邻肽单元之间折叠成锯齿状结构，侧链位于锯齿结构的上下方。 两段以上的 -折叠结构平行排列 ，两链间可顺向平行，也可反向平行 。两链间的肽键之间形成氢键，以稳固 -折叠结构。氢键与螺旋长轴垂直。 第46页/共63页第四十七页，共63页。第47页/共63页第四十八页，共63页。第48页/共63页第四十九页，共63页。 肽链内形成(xngchng)180回折。含4个氨基酸残基，第一个氨基酸残基与第四个形成(xngchng)氢键。 第二个氨基酸残基常为Pro。第49页/共63页第五十页，共63页。第50页/共63页第五十一页，共63页。无规卷曲：没有

16、(mi yu)确定规律性的肽链结构。 第51页/共63页第五十二页，共63页。影响二级结构形成(xngchng)的因素影响-螺旋形成(xngchng)的因素：氨基酸侧链所带电荷 、大小及形状 -折叠(zhdi)形成条件：要求氨基酸侧链较小第52页/共63页第五十三页，共63页。疏水键、离子键、氢键(qn jin)和 Van der Waals力等。 稳定(wndng)因素：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，即一条多肽链中所有原子在三维空间的排布位置，包括主链和侧链。定义 第53页/共63页第五十四页，共63页。 肌红蛋白 (Mb) N 端 C端第54页/共63页第五十五页，共63页。第5

17、5页/共63页第五十六页，共63页。三级结构(jigu)三级结构的形成使得在序列中相隔较远的氨基酸侧链相互(xingh)靠近。 n长度缩短(sudun)：球形、椭球形、杆状，等n多数同时含有-螺旋和-折叠n氨基酸位置由侧链极性决定：非极性（内）、极性（表面，少数内部）、带电（表面）n次级键维系：疏水键、盐键、氢键、范德华力、二硫键n功能区：表面或特定部位第56页/共63页第五十七页，共63页。第57页/共63页第五十八页，共63页。亚基之间的结合力主要(zhyo)是氢键和离子键。蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触(jich)部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。每条具有完整(wnzhng)三级结构的多肽链，称为亚基 (subunit)。第58页/共63页第五十九页，共63页。血红蛋白(xuhng dnbi)（Hb）的四级结构第59页/共63页第六十页，共63页。第60页/共63页第六十一页，共63页。分子(fnz)伴侣 (chaperon)通过提供一个保护环境从而加速(ji s)蛋白质折叠成天