生物化学-蛋白质化学课件

1、生物化学第四章 蛋白质化学 第四章 蛋白质化学氨基酸肽蛋白质的一级结构及其测定蛋白质的重要作用蛋白质的结构与功能蛋白质的性质及纯化2022/9/3蛋白质的重要作用 蛋白质组成与分类4.1 蛋白质在生命过程中的重要作用章首2022/9/3蛋白质的重要作用（一）酶的催化作用（二）转运和贮存功能（三）运动功能（四）结构支持作用（五）免疫作用支持文档节首2022/9/3（六）接受和传递信息（七）代谢调节功能（八）控制生长和分化支持文档蛋白质的重要作用节首2022/9/3蛋白质组成与分类组成基本单位氨基酸主要组成元素为碳、氢、氧、氮有的还含有硫、磷、碘或金属元素（如铁、铜、锌等）节首4.2 氨基酸指示:

2、删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:在 Word 中创建文档.返回 PowerPoint在“插入”菜单中选择“对象.”单击“从文件创建”定位“文件”框中的文件名确认选中“显示为图标”。单击“确定”选择图标从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置”单击“对象动作”，并选择“编辑”单击“确定”氨基酸的理化性质氨基酸的分离与分析氨基酸的制备和应用状况章首氨基酸的结构与分类 氨基酸的结构与分类指示:删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:在 Word 中创建文档.返回 PowerPoint在“插入”菜单中选择“对象.”单击“从文件创建”定位“文件”框中的文件名确认选中“显示为图标”。单击“

3、确定”选择图标从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置”单击“对象动作”，并选择“编辑”单击“确定”-氨基酸有两种构型:D构型和L构型 它们是与甘油醛或乳酸相比较而决定的。凡是与L甘油醛（或L乳酸）构型相同的，就定义为L氨基酸，反之为D氨基酸，生物体内的氨基酸都是L-氨基酸(甘氨酸除外)。节首 指示:删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:在 Word 中创建文档.返回 PowerPoint在“插入”菜单中选择“对象.”单击“从文件创建”定位“文件”框中的文件名确认选中“显示为图标”。单击“确定”选择图标从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置”单击“对象动作”，并选择“编辑”单击“确定”根据氨

4、基酸R基侧链的极性，可将氨基酸分为疏水性氨基酸（非极性氨基酸）亲水性氨基酸（极性氨基酸） 氨基酸的结构与分类要求记：不带电荷的极性氨基酸带负电荷的酸性氨基酸带正电荷的碱性氨基酸Asp GluLys ArgHisSer Thr TyrAsn Gln CysGlyAla Val IleLeu Pro Met phe Trp 节首 氨基酸的结构与分类节首 氨基酸的结构与分类节首 氨基酸的结构与分类节首 氨基酸的结构与分类节首 氨基酸的结构与分类节首非蛋白质氨基酸不是蛋白质的组成成分以游离或结合的形式存在于生物界大都是常见氨基酸的衍生物还有些是-,-,-, 和D-型氨基酸一些是代谢中间产物，如瓜氨酸、

5、鸟氨酸； -氨基丁酸等节首氨基酸的理化性质一般物理性质 氨基酸的酸碱性质氨基酸的光吸收性氨基酸的化学反应节首氨基酸的理化性质氨基酸的酸碱性质 氨基酸在水溶液中或在晶体状态时主要时以两性离子的形式存在。节首氨基酸的理化性质氨基酸的酸碱性质 氨基酸的等电点 PI当两性分子的净电荷为零时所处的pH值 氨基酸的可解离基团的pK值两个重要概念：节首1. 氨基酸的酸碱性的判断（）pH = pI等电点（）pH pI阴离子在等电点以上的任何pH，氨基酸带净负电荷，在电场中将向正极移动；在低于等电点的任何pH，氨基酸带净正电荷，在电场中将向负极移动。在一定pH范围内，氨基酸溶液的pH离等电点愈远，氨基酸所携带的

6、净电荷愈大。3、紫外吸收：Trp、Tyr和Phe在280nm波长附近具有最大吸收峰，其中Trp的最大吸收最接近280nm氨基酸的理化性质氨基酸的化学反应 （1）与茚三酮反应-氨基酸与合茚三酮试剂共热，可发生反应生成蓝紫化合物。节首氨基酸的理化性质氨基酸的化学反应 （2）与亚硝酸反应含游离-氨基的氨基酸能与亚硝酸起反应，定量地放出氮气，氨基酸被氧化成羟酸。含亚氨酸的脯氨酸则不能与亚硝酸反应。节首氨基酸的理化性质氨基酸的化学反应 测定N2 的体积，即可算出氨基酸的含量。Van Slyke 氨基氮测定法就是根据此反应原理。节首有机物中的胺根在强热和CuSO4，浓H2SO4 作用下，硝化生成（NH4）

7、2SO4反应式为：CuSO4 +2NH2+H2S04+2H+(NH4)2S042.在凯氏定氮器中与碱作用，通过蒸馏释放出NH3 ，收集于H3BO3 溶液中反应式为: (NH4)2SO4+2NaOH2NH3+2H2O+Na2SO42NH3+4H3BO3(NH4)2B4O7+5H2O3. 用已知浓度的H2SO4（或HCI）标准溶液滴定，根据HCI消耗的量计算出氮的含量，然后乘以相应的换算因子，既得蛋白质的含量反应式为： (NH4)2B4O7+H2SO4+5H2O(NH4)2SO4+4H3BO3(NH4)2B4O7+2HCl+5H2O2NH4Cl+4H3BO3 凯氏定氮原理H2NCHCOOH + R

8、NCH3CH3O=S=OCl5-二甲氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）pH9.7 40NCH3CH3O=S=OHNCHCOOH RDNS-氨基酸保护氨基，在蛋白质人工合成中有重要作用。酰化反应成肽反应一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。 (一)氨基酸的制备 制备氨基酸有4种途径：从蛋白质水解液中分离提取； 应用发酵法生产；应用酶的催化反应生成氨基酸；有机合成法。适宜于中小规模的生产可大规模生产节首氨基酸的制备和应用状况 （二）氨基酸的用途蛋白质的基本组

9、成对生物体具有其他特殊的生理作用，参与许多代谢作用，不少已用来治疗疾病。用于食品调味剂、着色剂、甜味剂和增味剂用于饲料添加剂调节皮肤pH值和保护皮肤的功能节首氨基酸的制备和应用状况返回1纸层析法2薄层层析法3离子交换柱层析法4高效液相层析法 5纸电泳 节首氨基酸的分离与分析4.3 肽指示:删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:在 Word 中创建文档.返回 PowerPoint在“插入”菜单中选择“对象.”单击“从文件创建”定位“文件”框中的文件名确认选中“显示为图标”。单击“确定”选择图标从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置”单击“对象动作”，并选择“编辑”单击“确定”章首肽的基本概

10、念肽命名动植物体内重要的肽谷胱甘肽（简称GSH）肽类的应用和发展前景名肽的基本概念 一分子氨基酸的-羧基与另一分子氨基酸-氨基脱水缩合的化合物叫做肽，氨基酸之间通过酰胺键（蛋白质化学中将这类酰胺键专称为肽键）连接而成。指示:删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:在 Word 中创建文档.返回 PowerPoint在“插入”菜单中选择“对象.”单击“从文件创建”定位“文件”框中的文件名确认选中“显示为图标”。单击“确定”选择图标从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置”单击“对象动作”，并选择“编辑”单击“确定”节首肽命名 多肽化合物的名称，通常按照肽内氨基酸残基的排列顺序，以残基名称（如某

11、某氨酰）从N端依次阅读到C端，并以C端残基全名结束肽的名称。指示:删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:在 Word 中创建文档.返回 PowerPoint在“插入”菜单中选择“对象.”单击“从文件创建”定位“文件”框中的文件名确认选中“显示为图标”。单击“确定”选择图标从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置”单击“对象动作”，并选择“编辑”单击“确定”节首命名举例氨基末端羧基末端下列五肽命名为丙氨酰谷氨酰亮氨酰缬氨酰组氨酸：节首谷胱甘肽 由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸组成它的分子中有一个特殊的肽键，是由谷氨酸的羧基与半胱氨酸的氨基缩合而成。由于GSH中含有一个活泼的巯基很容易氧化，二分子G

12、SH脱氢以二硫键相连成氧化型的谷胱甘肽（GSSG）。节首肽类应用研究和发展前景节首激素抗生素活性肽应用及展望激素return节首 抗生素return节首活性肽生物的生长、发育、细胞分化、大脑活动、肿瘤病变、免疫防御、生殖控制、抗衰老、生物钟规律及分子进化等均涉及到活性肽。生物活性肽是机体内传递信息、调节代谢和协调器官活动的重要化学信使。return节首肽的应用及发展 近年来，多肽的分离纯化、结构分析、化学合成、生物、放射免疫测定、免疫细胞化学以及遗传工程等新技术的应用，新的活性肽不断发现，对活性肽功能认识不断增长，促使这一领域迅速发展。return节首4、蛋白质的基本结构形式：多肽链 (NHC

13、HCONHCHCO)多肽链的方向性：从N末端指向C末端。4.4 蛋白质分子的一级结构及其测定 一级结构组成多肽链的氨基酸残基的连接方式和排列顺序二硫键章首蛋白质分子的一级结构测定方法一.氨基酸组成分析 二氨基酸末端分析 三.蛋白质中肽链的拆离四.肽链的部分降解 及肽片断的分离五肽段氨基酸顺序测定及肽段重叠六.二硫键与酰胺基的定位 章首N-末端分析C-末端分析氨基酸末端分析节首N-末端分析二硝基氟苯法（FDNB法）二甲基氨基萘磺酰氯法（DNS-Cl法）异硫氰酸笨酯法（Edman法）氨基酸末端分析节首return二硝基氟苯法（FDNB法）1945年由Sanger发明此法曾用此方法测定了胰岛素的N

14、-末端。氨基酸末端分析节首return二甲基氨基萘磺酰氯法（DNS-Cl法）1956年hartley等提出灵敏度较高（比FDNB法提高100倍）样品量小于1毫微摩尔DNS-氨基酸稳定性较高此法优点氨基酸末端分析节首return异硫氰酸苯酯法（Edman法）氨基酸末端分析节首returnC-末端分析肼解法还原法羧肽酶法氨基酸末端分析节首return肼解法氨基酸末端分析节首return还原法氨基酸末端分析节首return羧肽酶法主要方法根据氨基酸释放的动力学曲线，可确定该肽链的C端氨基酸顺序。氨基酸末端分析节首return羧肽酶法A-B氨基酸末端分析节首return非共价键连接的多肽链温和条件下可

15、以解离通过二硫键连接的多肽链需要较强的条件将二硫键切断还原法氧化法蛋白质中肽链的拆离节首化学裂解法酶水解法溴化氰法羟胺法 肽链的部分降解 及肽片断的分离节首酶水解法常用的酶有:胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶嗜热菌蛋白酶等优越性:较高专一性 水解产率较高肽链的部分降解 及肽片断的分离节首return4.6、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构是指多肽链骨架中原子的局部空间排列，不涉及侧链的构象，也就是该肽段主链骨架原子的相对空间位置，主要有-螺旋、-折叠、-转角和无规则卷曲。维持二级结构的力量为氢键。指示:删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:在 Word 中创建文档.返回 PowerPoin

16、t在“插入”菜单中选择“对象.”单击“从文件创建”定位“文件”框中的文件名确认选中“显示为图标”。单击“确定”选择图标从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置”单击“对象动作”，并选择“编辑”单击“确定”（二）二级结构的基本构象（一）多肽主链的基本结构节首肽链构象节首return肽平面(peptide unit)：由肽键中的四个原子和与之相邻的两个碳原子共同构成的刚性平面。（CCONHC） （二）二级结构的基本构象指示:删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:在 Word 中创建文档.返回 PowerPoint在“插入”菜单中选择“对象.”单击“从文件创建”定位“文件”框中的文件名确认选中“

17、显示为图标”。单击“确定”选择图标从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置”单击“对象动作”，并选择“编辑”单击“确定”1螺旋结构2折叠3转角4突起5无规卷曲 6三股螺旋 节首return螺旋主要的结构特点右手型螺旋结构模型节首return1、-螺旋(-helix)右手螺旋：3.6个AA/圈，螺距0.54nm；氢键维系：链内氢键（AA1AA4），平行长轴；侧链伸出螺旋折叠结构平行折叠节首return折叠结构反平行折叠节首return2、-折叠(-pleated sheet)多肽链充分伸展，肽平面折叠成锯齿状；侧链交错位于锯齿状结构的上下方；氢键维系：氢键的方向垂直长轴；可有顺平行片层和反平行片层结

18、构。3、其它（1）肽链主链出现的180回折部分称-转角。（2）蛋白质分子中那些没有确定规律性的部分肽链构象称为无规卷曲。三、结构域结构域的定义 多肽链上由相邻二级结构单元联系而成的局部性区域是多肽链的独立折叠单位结构域的大小变化很大 常见的范围在100-200个残基之间节首结构域免疫球蛋白节首最突出的例子结构域木瓜蛋白酶内的2个结构域彼此很不相同节首四、蛋白质的三级结构节首蛋白质的三级结构指多肽链中所有氨基酸残基的空间关系，其具有二级结构、超二级结构或结构域肌红蛋白的三级结构节首五、三级结构的特点: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靠近。 长度缩短：球形、椭球形、杆状，等多数同

19、时含有-螺旋和-折叠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）次级键维系：疏水键、盐键、氢键、范德华力、二硫键功能区：表面或特定部位五、蛋白质的四级结构由两条或两条以上各自独立具有三级结构的多肽链通过次级键相互缔合而成的蛋白质结构节首蛋白质四级结构的定义六、维持蛋白质分子构象的化学键维持蛋白质分子构象的化学键有氢键疏水键范德华力盐键二硫键节首测定蛋白质在溶液中的整体或部分构象荧光光谱紫外差吸收光谱 近紫外圆二色性光谱分析蛋白质分子全部空间结构的测定X射线晶体衍射多维核磁共振方法(NMR)节首蛋白质构象的研究方法4.6 蛋白质结构与功能的关系蛋白质一级结构决定高

20、级结构章首核糖核酸酶的变性与复性章首核糖核酸酶的变性与复性章首镰刀型红细胞贫血的分子基础章首镰刀型红细胞贫血的分子基础HbA: Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-LysHbS: Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys链 1 2 3 4 5 6 7 8结果：荷负电的Glu变为疏水性的Val，使HbS分子表面的负电荷减少，亲水基团变为疏水基团，使HbS分子聚合，溶解度降低，红细胞变形，呈镰刀状，并易于破裂溶血。治疗：体外，KCNO共价修饰链N端Val残基，使亲水性增加，可防止HbS分子间的缔和章首肌红蛋白与血红蛋白章首肌红蛋白与血红蛋白的氧合曲线章首别

21、构效应（别位效应、变位效应，allosteric effect）：蛋白质分子的特定部位（调节部位）与小分子化合物（效应物）结合后，引起空间构象发生改变，从而促使生物学活性变化的现象称为变构效应。包括正协同、负协同效应【经典举例】血红蛋白（Hb）：由22四聚体组成，每个亚基含有1个血红素辅基；Hb的氧解离曲线呈“S”型。多种空间构象，多种活性状态4、蛋白构象疾病：疯牛病，由于朊病毒蛋白（PrP）构象改变导致蛋白质聚集，形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀。（二级结构及其它变化）正常动物PrPc （二级结构多为螺旋、对蛋白酶敏感、水溶性）致病蛋白PrPsc（一级结构相同，但二级结构全为折叠，抗蛋白酶、水溶性差、蛋白聚集成淀粉样沉淀）未知蛋白胶体性质1、透析 2、盐析 3、凝胶过滤章首电泳章首电泳章首（1）变性：在某些理化因素作用下，蛋白质的空间结构被破坏，从而导致其理化性质改变、生物活性丧失的现象称为变性。变性不涉及一级结构的变化。理化性质的变化：紫外吸收、化学活性及粘度上升，易被蛋白酶水解；溶解度下降、结