生物化学第一章蛋白质化学课件

生物化学第一章蛋白质化学一、什么是蛋白质？蛋白质〔Protein〕是由19中氨基酸和1种亚氨酸组成的、具有复杂构造和特定功能的大分子物质。二、蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物体重要组成成分分布广含量高第一节

蛋白质的分子组成TheMolecularComponentofProtein碳(C)50%~55%氢(H)6%~8%氧(O)19%~24%氮(N)13%~19%硫(S)0%~4%少量的磷(P)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)和碘(I)等

组成蛋白质的元素：主要元素组成：蛋白质元素组成特点：各种蛋白质含氮量很接近，平均为16％故可根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：样品中蛋白质的含量〔g〕＝每克样品含氮克数×6.25×1/16%H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R氨基酸(aminoacid)——蛋白质的根本构成单位构成蛋白质的20种氨基酸(aa)的构造特点:1.均为L－α氨基酸，各种aa的R侧链各不一样2.α－碳原子上均连有一个氨基(脯氨酸除外)3.α-碳原子为不对称(手性)碳原子(甘氨酸除外〕〔一〕氨基酸的分类根据氨基酸侧链基团(Ｒ)的构造和理化性质，将其分为4类：1.非极性疏水性氨基酸2.极性中性氨基酸3.酸性氨基酸4.碱性氨基酸1.非极性疏水性氨基酸包括8个：色氨酸〔Gly〕、丙氨酸〔Ala〕、缬氨酸〔Val〕、亮氨酸〔Leu〕、异亮氨酸〔Ile〕、苯丙氨酸〔Phe〕脯氨酸〔Pro〕、蛋氨酸(Met)2.极性中性氨基酸R-基含有极性基团；酪氨酸(Tyr)生理pH条件下不解离。甘氨酸(Trp)、丝氨酸(Ser)、半胱氨酸(Cys)、天冬酰胺(Asn)、谷氨酰胺(Gln)、苏氨酸(Thr)包括7个：3.酸性氨基酸R-基有COOH(COO-)带负电荷4.碱性氨基酸R-基有NH2(NH3+)赖氨酸(Lys)、精氨酸(Arg)、组氨酸(His)带正电荷精氨酸〔Arg〕组氨酸〔His〕胍基咪唑基蛋白质的分类〔一〕按组成分类：单纯蛋白结合蛋白〔二〕按分子形状分类：球形蛋白质纤维状蛋白质第二节蛋白质的分子构造TheMolecularstructureofProtein〔一〕肽键〔peptidebond〕一、蛋白质的一级构造

肽键（peptidebond）是由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱去一分子水缩合而形成的化学键。+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键在肽键中，与Ｃ－Ｎ相连的氧原子和氢原子呈反式构型〔反式〕〔顺式〕CNOHCNOH肽键的特点：肽键的特点：C—N单键为0.149nmC=N双键为0.127nm具有局部双键性质不能自由旋转肽键中Ｃ－Ｎ键长为0.132nmCNOH肽单元〔肽平面〕：肽键的6个原子Cα1、C、N、O、H、Cα2位于同一平面，构成所谓的肽单元肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物MetPhe二肽LysMetPhe三肽CysThrLysMetPhe五肽二、肽〔peptide〕寡肽(oligopeptide)由10个以内氨基酸连成的小肽多肽(polypeptide)由许多氨基酸连成的肽多肽链〔polypeptidechain〕是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种构造。多肽链有两端：

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CysMetPheLysSerThrValNH2COOH氨基末端(Ｎ－端)羧基末端(C－端)氨基酸残基(aminoacidresidue)是指氨基酸在形成肽链时丧失了一分子水，肽链中的氨基酸分子已不完整，故称～CysMetPheLysSerThrValNH2COOH氨基酸序列书写：以氨基末端开场~羧基末端完毕，依次编1、2、3………蛋白质与多肽的区别：Peptide空间构象不稳定氨基酸残基数较少Protein空间构象相对稳定氨基酸残基数较多〔二〕生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione，GSH)构成第一个肽键的羧基是谷氨酸的r－羧基由谷氨酸(Glu)、半胱氨酸(Cys)和甘氨酸(Gly)组成的三肽GluCysGly(1)组成(2)功能GSH是体内重要的复原剂GSH过氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSGGSH复原酶NADPH+H+NADP+一级构造〔primarystructure〕二级构造〔secondarystructure〕三级构造〔tertiarystructure〕四级构造〔quaternarystructure〕高级构造或空间构象蛋白质分子构造包括一、蛋白质的一级构造定义：蛋白质的一级构造指多肽链中氨基酸的排列顺序。主要的化学键：肽键，有些蛋白质还包括二硫键

各种蛋白质的根本差异在于一级构造的不同二、蛋白质二级构造氢键疏水键——是维持蛋白质三、四级机构最主要的化学键。盐键二硫键范德华力氢键负电性很强的原子〔如氧或氮〕和与氧或氮共价结合的氢原子相互吸引，这种作用力称为氢键。疏水相互作用由非极性基团受到水分子排斥相互聚集在一起的作用力疏水作用示意图离子键由异性电荷间的静电吸引形成的键。

范德华力

这是一种普遍存在的作用力，是一个原子的原子核吸引另一个原子外围电子所产生的作用力。它是一种比较弱的、非特异性的作用力二、蛋白质二级构造定义：多肽链主链骨架中假设干肽单位各自沿着一定的轴盘旋或折叠，并以氢键为主要次级键而形成的有规那么的构象。主要的化学键：氢键主链骨架由：

N(氨基氮)-C-Co重复排列而成〔二〕蛋白质的二级构造类型α－螺旋构造β－折叠构造β-转角无规那么卷曲α－螺旋

(α－helix)由肽键平面盘旋形成的螺旋状构象1.概念2.α－螺旋的构造特征(1)以肽键平面为单位,以α－碳原子为转折盘旋形成右手螺旋左手和右手螺旋(2)每3.6个氨基酸残基绕成一个螺圈(3600)螺距为0.54nm每个氨基酸上升0.15nm肽键平面与中心轴平行(3)主链原子构成螺旋的主体,侧链在其外部(4)肽键的CO和NH

都形成氢键是稳定螺旋的主要作用力氢键的方向与中心轴大致平行,β－折叠(β－pleatedsheet)-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。肽链的主链呈锯齿状折叠构象。在-折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直。β－折叠构造特点(１)相邻肽键平面的夹角为1100

，呈锯齿状排列；侧链Ｒ基团交织地分布在片层平面的两侧。(３)由氢键维持稳定。其方向与折叠的长轴接近垂直。(２)２～５条肽段平行排列构成，肽段之间可顺向平行(均从N-C)，也可反向平行。b-折叠的同向与反向平行转角β－转角(β－turn)肽链出现1800回折的转角处构造称为β－转角。1.概念2.构造特征*第一个残基的C=O与第四个残基的N-H形成氢键.*常见于球状蛋白质分子外表.无规卷曲(randomcoil)概念没有确定规律性的肽键构象常见于球状蛋白质分子中，在其它类型二级构造肽段之间起活节作用，有利于整条肽链盘曲折叠H2NCOOH三、蛋白质的三级构造〔一〕定义

整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。主要的化学键疏水键、离子键、氢键、范德华力等肌红蛋白〔Mb〕维系蛋白质构造的作用力1.肽键共价键2.二硫键共价键3.次级键非共价键维系蛋白质空间构造维系蛋白质一级构造维系蛋白质三级构造次级键的种类：氢键、疏水相互作用、离子键和范德华力四、蛋白质的四级构造

(quaternarystructure)蛋白质分子由两条或两条以上肽链组成，每条肽链各自形成了独立的三级构造，分子中的每一个具有独立三级构造肽链,称为亚基(subunit)。亚基间的空间排布、亚基间相互作用与接触部位的布局，不包括亚根本身的空间构造，称为蛋白质的四级构造。亚基间以次级键相连，绝无共价键。亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。三、蛋白质构造与功能的关系TheRelationofStructureandFunctionofProtein〔一〕一级构造是空间构象的根底一、蛋白质一级构造与功能的关系以124个氨基酸残基组成的牛胰核糖核酸酶〔4对二硫键〕为例说明牛胰核糖核酸酶的变性与复性β-巯基乙醇尿素或盐酸胍透析有活性无活性1.一级构造相似的蛋白质功能相似一级构造不同的蛋白质功能不同胰岛素的一级构造及种属差异〔二〕一级构造与功能的关系ACTH促肾上腺素皮质激素MSH

促黑激素一级构造不同的蛋白质功能不同

蛋白质分子中起关键作用的氨基酸残基缺失或被替代，将严重影响空间构象乃至生理功能。例子：镰刀状红细胞贫血这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病〞。HbS与HbA的区别Β-亚基第6位氨基酸正常人：Glu患者：Val二、蛋白质空间构造与功能的关系空间构造式蛋白质实现其功能的根底，空间构象改变，功能也随之发生相应的变化。蛋白质构象改变与疾病蛋白质构象疾病：假设蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级构造不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时各导致疾病发生。蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括：人文状体脊髓变性疾病，老年痴呆症，疯牛病等。疯牛病中的蛋白质构象改变:疯牛病是朊病毒蛋白〔prionprotein，PrP〕引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的PrP富含α－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。PrPCα－螺旋正常PrPSC-折叠疯牛病第3节蛋白质的理化性质ThePhysicalandChemicalCharacters一、蛋白质的理化性质〔一〕两性解离和等电点蛋白质是两性电解质。在溶液中的带电状况主要取决于溶液的pH值。PrCOOHNH3+PrCOO-NH3+PrCOO-NH2+OH-+H++OH-+H+pH=pIpH<pIpH>pI此时溶液的pH值称为蛋白质的等电点(pI)。等电点〔pI〕：在某一pH值溶液中，蛋白质酸性基团和碱性基团的解离程度相当蛋白质分子所带正负电荷相等，净电荷为零蛋白质分子颗粒大小1~100nm之间,属胶体颗粒范围，蛋白质的胶体原因：外表形成水化层外表同种电荷的斥力〔二〕蛋白质的高分子性在溶液中能形成稳定的胶体+++++++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沉〔三〕蛋白质的变性、沉淀与凝固变性后的蛋白称为变性蛋白质。1.蛋白质的变性〔denaturation〕在某些理化因素作用下，蛋白质的构象被破坏，失去其原有的性质和生物活性，称为蛋白质的变性作用。常见的变性因素：强酸、强碱、有机溶剂、尿素、胍、重金属生物碱、化学因素：物理因素：剧烈振荡热、紫外线、超声波、变性蛋白质的主要特征:〔2〕生物活性丧失。〔4〕变性蛋白质容易消化。〔1〕破坏非共价键和二硫键，空间构象被破坏，不改变蛋白质的一级构造——变性的本质〔3〕变性蛋白质的溶解度常降低除去变性因素后，有的变性蛋白质又可恢复其天然构象和生物活性，这一现象称为蛋白质的复性蛋白质的复性(renaturation)牛胰核糖核酸酶的变性与复性β-巯基乙醇尿素或盐酸胍透析有活性无活性

在一定条件下，疏水侧链暴露在外，肽链融汇相互缠绕而聚集，因而从溶液中析出，这一现象被称为沉淀。

变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。2.蛋白质的沉淀(pre-cipitation)3.蛋白质的凝固作用〔proteincoagulation)实际上是蛋白质变性后进一步开展的不可逆结果。蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较巩固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。四、沉淀法盐析法有机溶剂沉淀法加热沉淀法重金属盐沉淀法生物碱试剂沉淀法五、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。〔五〕蛋白质的呈色效应双缩脲反响〔biuretrection〕蛋白质和多肽分子中肽键在碱性溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色。因此双缩脲反响可检测蛋白质水解程度酚试剂反响〔蓝色化合物〕茚三酮反响〔蓝紫色化合物〕第四节蛋白质的功能一、蛋白质的生物学功能1〕生物催化剂〔酶〕2〕代谢调节(胰岛素)3〕免疫保护〔抗体〕4〕物质的转运和储存〔血红蛋白〕5〕运动和支持作用〔肌动蛋白〕6〕参与细胞间信息传递〔受体〕7〕控制生长和分化〔核蛋白〕8〕参与组成生物膜二、食物蛋白质的营样作用维持组织器官的生长，发育以及修补作为体内许多重要物质合成和更新的原料维持体内水分的正常分布氧化功能第5节蛋白质类药物的工业生产一、蛋白质的提取常用的方法主要是：超声波、电动搅拌器、匀浆器破坏动物组织和细胞，加研磨器、高压挤压、用纤维素酶破坏植物组织和细胞。二、别离纯化方法盐析法低温有机溶剂沉淀法等电点沉淀法〔等电点时，溶解度最小〕一〕以溶解度为依据二〕以分子大小和形状为依据透析法超滤法凝胶过滤法(一)透析和超滤法透析〔dialysis〕是利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜，到达浓缩的目的，称为超滤法。透析工作图半透膜原理三〕以电离性质为依据电泳法离子交换层析法四〕配基特异性为依据的别离纯化方法分类：根据支持物的不同，电泳电泳可分为：薄膜电泳、凝胶电泳。〔二〕电泳〔electrophoresis〕概念：带电颗粒在电场中向着所带电荷相反方向移动称为电泳。原理：不同的蛋白质的因构造、形状和带电量的不同而有不同的泳动速度，从而到达分析和别离蛋白质的目的。(四)层析(chromatography)别离蛋白质的原理待别离蛋白质溶液〔流动相〕经过一个固态物质〔固定相〕时，根据溶液中待别离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使待别离的蛋白质组