《蛋白质化学》课件

1、蛋白质化学蛋白质的功能蛋白质：生命的物质基础广泛存在于一切生物体：动植物、微生物含量最高的有机物质：约45%结构和功能多样性蛋白质组学表达具有差异性：了解人不同发育、生长期和不同生理、病理条件下及不同细胞类型的基因表达，对于研究作用于特定靶分子的药物有重要意义。蛋白质的结构和功能蛋白质的结构 单纯蛋白质：组蛋白缀合蛋白质：糖蛋白、脂蛋白、核蛋白组成细胞的基本结构成分：胶原蛋白、膜蛋白进行生化催化：酶进行生物防御：免疫球蛋白、凝血酶进行生物识别：膜蛋白、一些糖蛋白组成生物体的营养物质： 卵清蛋白收缩和运动功能： 肌动蛋白进行生物营养物质的运输：血红蛋白调节功能： 胰岛素、促生长素调控信息传递和基

2、因表达：DNA复制和RNA转 录中的一系列蛋白质因子氧化供能蛋白质的功能第一节 蛋白质的化学组成1、蛋白质的元素组成：C、H、O、N、S，有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘 。2：蛋白质含量的测定：凯氏定氮法(测定氮的经典方法) 氮含量约为16% 100克样品中蛋白质的含量 ( g % )= 每克样品含氮克数 6.25100 优点：对原料无选择性，仪器简单,方法也简单； 缺点：易将无机氮(如核酸中的氮)都归入蛋白质中,不精确。1.氨基酸的结构 COOHHH2N RC COOHH2NCH2H CH R COOHN2HHC R 1.据R基团化学结构或者R基团的

3、极性进行分类 二、基本氨基酸的分类 COOHHN2H RC2.根据氨基酸的酸碱性质分类3.根据氨基酸的营养价值分类4.根据氨基酸的代谢途径分类色氨酸 tryptophan Try W 5.89丝氨酸 serine Ser S 5.68酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66 半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 蛋氨酸 methionine Met M 5.74天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 苏氨酸 threonine Thr T 5.602. 非电离极性側链氨基酸目 录天冬氨酸 aspartic ac

4、id Asp D 2.97谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22赖氨酸 lysine Lys K 9.74精氨酸 arginine Arg R 10.76组氨酸 histidine His H 7.593. 酸性氨基酸4. 碱性氨基酸目 录非极性疏水AA，常位于蛋白质的分子内核。极性中性AA：常位于蛋白质分子表面。酸性AA：酸性蛋白质含有此类AA较多。碱性AA：碱性蛋白质含有此类AA较多。必需氨基酸 ： 在氨基酸代谢中，根据氨基酸代谢的途径和产物，可将氨基酸分为生酮AA和生糖AA。蛋白质的营养价值取决于含的必需氨基酸的种类和数量。 氨基酸的功能（一）苯丙氨酸的浓度，在临床上常

5、用来诊断苯丙酮尿症。甲硫氨酸是体内甲基的主要供体。半胱氨酸摄入不足时对胰岛素合成有影响，也是体内形成二硫键的主要供体。精氨酸对尿素的形成很重要，人体创伤后对精氨酸的需要量加大。几种重要的不常见氨基酸：比如4-羟基脯氨酸、5-羟基赖氨酸、N-甲基赖氨酸等，常常行使重要的生理功能。思考体：如何对蛋白质中的某个氨基酸的功能进行研究？ 氨基酸的功能（二）氨基酸在医疗中的应用：AA在医药上主要用来制备复方氨基酸输液，在现代静脉营养输液以及“要素饮食”疗法中占有非常重要的地位，维持危重病人的营养，抢救患者生命起积极作用； 也用作治疗药物和用于合成多肽药物。动物蛋白质和植物蛋白质来源不同，营养价值不同，富含

6、酪蛋白的动物蛋白比植物蛋白的营养价值高，但是动物蛋白所含胆固醇高，将米面蛋白和富含赖氨酸的豆类蛋白结合后其营养价值和动物蛋白基本一样，适合糖尿病病人。蛋白粉：多种AA的混合物，对于孕妇、幼儿、大病初愈的病人和其他在特殊时期急需大量AA的人来说，是不错的选择。奶粉：衡量奶粉的一个标准是必需AA和必需脂肪酸含量和种类的多少。 二.氨基酸的理化性质 1.一般物理性质 常见氨基酸均为无色结晶,其形状因构型而异溶解性：各种在水中的溶解度差别很大，并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶剂，比如酒精。 (2) 熔点：氨基酸的熔点极高，一般在200以上。(3) 味感：其味随不同氨基酸有所不同，有的无味、有

7、的味甜、有的味苦，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。旋光性：能使偏振光平面向左或向右旋转，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+）表示。(5)光吸收：构成蛋白质的20种氨基酸在远紫外区(220nm)均有光吸收。在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。 氨基酸在水溶液中，离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。在不同的pH条件下，两性离子的状态会发生变化，因此，AA对酸和碱比较敏感。PH 1 7 10净电荷 +1 0 -1 正离子 两性离子 负离子 等电点PI2.氨基酸的离解性质当溶液浓度为某

8、一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点，简称pI。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动。 思考题：请用AA的解离性质推测蛋白质在溶液中是否解离？ 4.氨基酸的化学性质(1)与茚三酮的反应（颜色反应）A.该反应由NH2与COOH共同参与B.该反应非常灵敏， 测定范围：0.550g/ml C. AA与茚三酮，生成的蓝紫色化合物，在570nm测定吸光值D.脯氨酸与茚三酮生成黄色物质，在440nm处测吸光值应用：A.氨基酸定量分析（纸层析法或者薄膜层析法分离）B.氨基酸自动分析仪+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键H2NCC OHR1H

9、N HCCOOH R2CNOHOH* 肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。*由十个以内氨基酸相连而成的肽为寡肽，两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽* 由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽。* 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基。N 末端：多肽链中有自由氨基的一端C 末端：多肽链中有自由羧基的一端多肽链书写方向为N端到C端思考题：DNA的书写方向是什么？ 多肽链有两端* 多肽链是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。 几种生物活性肽 1. 谷胱甘肽( GSH )GSH过氧化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶NADPH+H+ NA

10、DP+ 谷胱甘肽(GSH)与维生素C ,维生素E构成抗氧化系统,保护许多含巯基的蛋白质和酶以及生物膜等免于氧化而丧失正常的生化功能。 体内许多激素属寡肽或多肽2. 多肽类激素及活性肽蛋 白 质 的 分 子 结 构 第 二 节蛋白质结构的主要层次一级结构四级结构二级结构三级结构概念：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。一、蛋白质的一级结构主要的化学键(主键)肽键，有些蛋白质还包括二硫键。 方向: N C; 或 NH2末端 COOH末端一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。一级结构由遗传密码决定,其上有酶切位点,一级结构可被测定, 不同种属间同一蛋白质的一级结构具有同源性。目 录

11、蛋白质结构的多样性：第一：蛋白质分子一级结构的多样性：假如一个多肽由20个AA组成，则其可能的多肽链组成 : 2020=2*1018种第二：蛋白质可有一条或多条肽链组成，比如说是由4条肽链组成，则蛋白质的多肽链可能组成为4*3*2* 2020=48*1018第三：蛋白质具有不同的空间结构，在不同的环境影响下空间结构会发生变化思考题：DNA结构的多样性？一级结构是空间构象的基础 牛核糖核酸酶的一级结构二硫键二、蛋白质的空间结构指蛋白质分子空间的三维结构,即立体,空间的构象，在蛋白质分子中各元素围绕某些化学键进行旋转,从而形成各种空间排布及相互关系。2.二级结构A.概念:一条多肽链中局部原子的空间

12、排布B.二级结构的基本形式（1） -螺旋（2） -折叠 （3） -转角 （4）不规则卷曲 -螺旋目 录-折叠-折叠NCNCNCNC维系力: 链内或链间氢键-转角-转角 180的转角部位 由4个氨基酸残基构成 由第一个残基的羰基氧（O）与第四个残基的氨 基氢（H）可形成氢键 多含脯氨酸和甘氨酸不规则卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。 相对没有规律性的排布，但是其同样表现重要生物学功用。 二级结构的维系力:氢键氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋或-折叠或其他二级结构，它就会出现相应的二级结构。 所以，蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。(二)、

13、蛋白质的三级结构一条多肽链中全部氨基酸残基(全部元素)的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。包括主链，側链的全部内容。1. 概念 酵母己糖激酶的三级结构2.维系力 亚基之间的结合力有疏水作用， 范德华力以及氢键和离子键,还有二硫键。（三）蛋白质的四级结构1.概念 有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的四级结构。而每条多肽链被称为亚基。.蛋白质的四级结构血红蛋白三、 蛋白质结构与功能的关系(一)、蛋白质的一级结构与功能的关系 (二)、蛋白质的空间结构与功能的关系一级结构与功能的关系例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr p

14、ro glu glu C(146) HbS 肽链HbA 肽 链N-val his leu thr pro val glu C(146) 镰刀形红细胞贫血是由蛋白质分子结构发生变异而导致的疾病，故被称为“分子病”。（谷AA）（颉AA）S S S S S SNNA链、21AAB链、30AA胰岛素 A5 A6 A10 B30 人 Thr Ser Ile Thr 猪 Thr Ser Ile Ala 胰岛素2. 蛋白质一级结构测定的意义是推测蛋白质高级结构的分子依据是理解蛋白质生理功能的分子基础是阐明遗传疾病发生机理的分子手段是研究生物进化的分子佐证不同生物与人的Cytc的AA差异数目生物 与人不同的A

15、A数目黑猩猩 0恒河猴 1兔 9袋鼠 10牛、猪、羊、狗 11马 12鸡、火鸡 13响尾蛇 14海龟 15金枪鱼 21角饺 23小蝇 25蛾 31小麦 35粗早链孢霉 43酵母 44 协同效应：蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响另一个亚基与配体结合能力的现象。变构效应：蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化。 天然状态，有催化活性 尿素、 -巯基乙醇 去除尿素、-巯基乙醇非折叠状态，无活性空间结构与功能的关系蛋白质构象改变与疾病 若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病

16、、疯牛病等。疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒蛋白( PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的PrP富含-螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为-折叠的PrPsc，从而致病。PrPc-螺旋PrPsc-折叠正常疯牛病第三节 蛋白质的理化性质蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。 * 蛋白质的等电点( pI) 当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。一、蛋白质两性解离和等电点蛋白质等电点蛋白质

17、等电点Pepsin 1.0Urease 5.0Hemoglobin 6.8Chymotrypsinogen 9.5Lysozyme 11.0二.蛋白质的胶体性质 蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之巨，其分子的直径可达1100nm，为胶粒范围之内。 * 蛋白质胶体稳定的因素：颗粒表面电荷水化膜+带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜+带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒酸碱酸碱酸碱脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚合沉淀* 蛋白质的沉淀在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。中性盐沉淀（比如硫酸铵）有机

18、溶剂沉淀：乙醇法沉淀蛋白质 生物碱试剂：药检（三氯醋酸）蛋白质胶体分子大小不能通过半透膜，可以用透析法来分离纯化。三.蛋白质的变性* 蛋白质的变性：在某些理化因素作用下，蛋白质特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变、生物活性的丧失。若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性 。 天然状态，有催化活性 尿素、 -巯基乙醇 去除尿素、-巯基乙醇非折叠状态，无活性 引起变性的因素:理化或生物学因素 如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等 。 变性的本质 破坏非共价键（次级键）和二硫键，不

19、改变蛋白质的一级结构。变性蛋白质的特点: 粘度增加，溶解度降低，易沉淀，易被蛋白酶降解，丧失生物学活性。 应用举例临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。蛋白质变性，多种用途，比如制作豆腐。此外, 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。 四、蛋白质的紫外吸收由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。思考题：该法测定蛋白质含量的优点和缺点是？紫外吸收核酸应在多少nm波长处测定？五、 蛋白质的呈色反应茚三酮反应蛋白质经水解后产生的氨基酸可发生茚三酮反应。 双缩脲反应肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双缩脲反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。第四节 蛋白质的分离纯化一、根据蛋白质溶解度不同的分离方法二、根据蛋白质分子大小差别的分离方法三、根据蛋白质亲电性质进行分离四、根据蛋白质亲和性质进行分离（一）、根据蛋白质溶解度不同的分离方法*有机溶剂沉淀：使用丙酮、乙醇、异丙醇等有机溶剂沉淀蛋白质时，必须在低温下进行，试剂用量一般10倍于蛋白质溶液体积，沉淀后，应立即分离出蛋白质。 *盐析:是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。 等电点沉淀 利用各种蛋白质在等电点时，溶解