生物化学蛋白质市公开课一等奖省课获奖课件

生物化学---蛋白质课件2023/10/10生物化学蛋白质课件第1页一、什么是蛋白质?蛋白质(protein)是由许多氨基酸(aminoacids)通过肽键(peptidebond)相连形成高分子含氮化合物。生物化学蛋白质课件第2页二、蛋白质生物学主要性1.蛋白质是生物体主要组成成份分布广：所有器官、组织都具有蛋白质；细胞各个部分都具有蛋白质。含量高：蛋白质是细胞内最丰富有机分子，占人体干重45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。生物化学蛋白质课件第3页1）作为生物催化剂（酶）2）代谢调整作用3）免疫保护作用4）物质转运和存放5）运动与支持作用6）参与细胞间信息传递2.蛋白质具有主要生物学功能3.氧化供能生物化学蛋白质课件第4页蛋白质分子组成

TheMolecularComponentofProtein第一节生物化学蛋白质课件第5页组成蛋白质元素主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白质具有少许磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还具有碘

。生物化学蛋白质课件第6页多种蛋白质含氮量很接近，平均为16％。由于体内含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中含氮量，就能够根据下列公式推算出蛋白质大体含量：100克样品中蛋白质含量(g%)=每克样品含氮克数×6.25×1001/16%蛋白质元素组成特点生物化学蛋白质课件第7页一、氨基酸——

组成蛋白质基本单位存在自然界中氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质氨基酸仅有20种，且均属L-氨基酸（甘氨酸除外）。生物化学蛋白质课件第8页H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸通式R生物化学蛋白质课件第9页非极性疏水性氨基酸极性中性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸（一）氨基酸分类*20种氨基酸英文名称、缩写符号及分类如下:生物化学蛋白质课件第10页甘氨酸

glycine

Gly

G5.97丙氨酸

alanineAlaA6.00缬氨酸

valineValV5.96亮氨酸

leucineLeuL5.98

异亮氨酸

isoleucineIleI6.02

苯丙氨酸

phenylalaninePheF5.48脯氨酸

prolineProP6.30非极性疏水性氨基酸生物化学蛋白质课件第11页色氨酸

tryptophanTryW5.89丝氨酸

serineSerS5.68酪氨酸

tyrosineTryY5.66

半胱氨酸

cysteineCysC5.07

蛋氨酸

methionine

MetM5.74天冬酰胺

asparagineAsnN5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ5.65

苏氨酸threonineThrT5.602.极性中性氨基酸生物化学蛋白质课件第12页天冬氨酸

asparticacidAspD2.97谷氨酸

glutamicacidGluE3.22赖氨酸

lysineLysK9.74精氨酸

arginineArgR10.76组氨酸

histidineHisH7.593.酸性氨基酸4.碱性氨基酸生物化学蛋白质课件第13页特殊氨基酸脯氨酸（亚氨基酸）生物化学蛋白质课件第14页

半胱氨酸+胱氨酸二硫键-HH生物化学蛋白质课件第15页（二）氨基酸理化性质1.两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液酸碱度。等电点(isoelectricpoint,pI)

在某一pH溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液pH值称为该氨基酸等电点。生物化学蛋白质课件第16页pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸兼性离子阳离子阴离子生物化学蛋白质课件第17页2.紫外吸取色氨酸、酪氨酸最大吸取峰在280nm

附近。大多数蛋白质具有这两种氨基酸残基，因此测定蛋白质溶液280nm光吸取值是分析溶液中蛋白质含量迅速简便办法。芳香族氨基酸紫外吸取生物化学蛋白质课件第18页二、肽*肽键(peptidebond)是由一种氨基酸

-羧基与另一种氨基酸

-氨基脱水缩合而形成化学键。（一）肽(peptide)生物化学蛋白质课件第19页+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键生物化学蛋白质课件第20页*肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成化合物。*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……*肽链中氨基酸分子由于脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。*由十个以内氨基酸相连而成肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多氨基酸相连形成肽称多肽(polypeptide)。生物化学蛋白质课件第21页N末端：多肽链中有自由氨基一端C末端：多肽链中有自由羧基一端多肽链有两端*多肽链(polypeptidechain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成一种构造。生物化学蛋白质课件第22页N末端C末端牛核糖核酸酶生物化学蛋白质课件第23页（二）生物活性肽

1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)生物化学蛋白质课件第24页GSH过氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH还原酶NADPH+H+NADP+生物化学蛋白质课件第25页三、蛋白质分类*根据蛋白质组成成份单纯蛋白质结合蛋白质=蛋白质部分+非蛋白质部分*根据蛋白质形状纤维状蛋白质球状蛋白质生物化学蛋白质课件第26页蛋白质分子结构

TheMolecularStructureofProtein

第二节生物化学蛋白质课件第27页蛋白质分子构造包括

一级构造(primarystructure)二级构造(secondarystructure)三级构造(tertiarystructure)四级构造(quaternarystructure)高级构造生物化学蛋白质课件第28页定义蛋白质一级构造指多肽链中氨基酸排列次序。一、蛋白质一级构造主要化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。生物化学蛋白质课件第29页一级构造是蛋白质空间构象和特异生物学功能基础。生物化学蛋白质课件第30页二、蛋白质二级构造蛋白质分子中某一段肽链局部空间构造，即该段肽链主链骨架原子相对空间位置，并不包括氨基酸残基侧链构象

。定义

主要化学键：

氢键

生物化学蛋白质课件第31页蛋白质二级构造主要形式

-螺旋(

-helix)

-折叠(

-pleatedsheet)

-转角(

-turn)无规卷曲(randomcoil)

生物化学蛋白质课件第32页（一）

-螺旋生物化学蛋白质课件第33页（二）

-折叠生物化学蛋白质课件第34页（三）

-转角和无规卷曲

-转角无规卷曲是用来论述没有确定规律性那部分肽链构造。

生物化学蛋白质课件第35页（四）模体在许多蛋白质分子中，可发觉二个或三个具有二级构造肽段，在空间上互相接近，形成一种特殊空间构象，被称为模体(motif)。生物化学蛋白质课件第36页钙结合蛋白中结合钙离子模体锌指构造生物化学蛋白质课件第37页三、蛋白质三级构造疏水键、离子键、氢键和VanderWaals力等。

主要化学键整条肽链中所有氨基酸残基相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间排布位置。（一）定义生物化学蛋白质课件第38页生物化学蛋白质课件第39页肌红蛋白(Mb)N端C端生物化学蛋白质课件第40页纤连蛋白分子构造域

（二）构造域大分子蛋白质三级构造常可分割成一种或数个球状或纤维状区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为构造域(domain)。生物化学蛋白质课件第41页（三）分子伴侣分子伴侣(chaperon)通过提供一种保护环境从而加速蛋白质折叠整天然构象或形成四级构造。*分子伴侣可逆地与未折叠肽段疏水部分结合随后松开，如此反复进行可避免错误聚集发生，使肽链正确折叠。

*分子伴侣也可与错误聚集肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。*

分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键正确形成起了主要作用。

生物化学蛋白质课件第42页亚基之间结协力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。四、蛋白质四级构造蛋白质分子中各亚基空间排布及亚基接触部位布局和互相作用，称为蛋白质四级构造。有些蛋白质分子具有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整三级构造，称为蛋白质亚基(subunit)。生物化学蛋白质课件第43页血红蛋白四级构造

生物化学蛋白质课件第44页蛋白质构造与功能关系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三节生物化学蛋白质课件第45页（一）一级构造是空间构象基础

一、蛋白质一级构造与功能关系牛核糖核酸酶一级构造二硫键生物化学蛋白质课件第46页

天然状态，有催化活性

尿素、β-巯基乙醇

清除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性牛核糖核酸酶生物化学蛋白质课件第47页（二）一级构造与功能关系例：镰刀形红细胞贫血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)

(谷氨酸）HbSβ肽链HbAβ肽链N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)

（缬氨酸）

这种由蛋白质分子发生变异所造成疾病，称为“分子病”。生物化学蛋白质课件第48页（一）肌红蛋白与血红蛋白构造二、蛋白质空间构造与功能关系生物化学蛋白质课件第49页Hb与Mb同样能可逆地与O2结合，Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb百分数（称百分饱和度）随O2浓度变化而变化。（二）血红蛋白构象变化与结合氧生物化学蛋白质课件第50页肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)氧解离曲线生物化学蛋白质课件第51页*协同效应(cooperativity)一种寡聚体蛋白质一种亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一种亚基与配体结合能力现象，称为协同效应。假如是促进作用则称为正协同效应(positivecooperativity)假如是抑制作用则称为负协同效应

(negativecooperativity)生物化学蛋白质课件第52页变构效应(allostericeffect)蛋白质空间构造变化伴随其功能变化，称为变构效应。生物化学蛋白质课件第53页（三）蛋白质构象变化与疾病蛋白质构象疾病：若蛋白质折叠发生错误，尽管其一级构造不变，但蛋白质构象发生变化，仍可影响其功能，严重时可造成疾病发生。生物化学蛋白质课件第54页蛋白质构象变化造成疾病机理：有些蛋白质错误折叠后互相聚集，常形成抗蛋白水解酶淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，体现为蛋白质淀粉样纤维沉淀病理变化。此类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。生物化学蛋白质课件第55页疯牛病中蛋白质构象变化疯牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引发一组人和动物神经退行性病变。正常PrP富含α-螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质作用下可转变成全为β-折叠PrPsc，从而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折叠正常疯牛病生物化学蛋白质课件第56页第四节蛋白质理化性质与分离纯化ThePhysicalandChemicalCharactersandSeparationandPurificationofProtein生物化学蛋白质课件第57页（一）蛋白质两性电离一、理化性质蛋白质分子除两端氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷基团。

*蛋白质等电点(isoelectricpoint,pI)当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液pH称为蛋白质等电点。生物化学蛋白质课件第58页（二）蛋白质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，其分子直径可达1～100nm，为胶粒范围之内。

*蛋白质胶体稳定原因颗粒表面电荷水化膜生物化学蛋白质课件第59页+++++++带正电荷蛋白质－－－－－－－－带负电荷蛋白质在等电点蛋白质水化膜++++++++带正电荷蛋白质－－－－－－－－带负电荷蛋白质不稳定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聚沉生物化学蛋白质课件第60页（三）蛋白质变性、沉淀和凝固*蛋白质变性(denaturation)在某些物理和化学原因作用下，其特定空间构象被破坏，也即有序空间构造变成无序空间构造，从而造成其理化性质变化和生物活性丧失。生物化学蛋白质课件第61页造成变性原因如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等。

变性变质——破坏非共价键和二硫键，不变化蛋白质一级构造。生物化学蛋白质课件第62页

应用举例临床医学上，变性原因常被应用来消毒及灭菌。另外,避免蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）必要条件。

若蛋白质变性程度较轻，清除变性原因后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有构象和功能，称为复性(renaturation)。生物化学蛋白质课件第63页

天然状态，有催化活性

尿素、β-巯基乙醇

清除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性牛核糖核酸酶生物化学蛋白质课件第64页*蛋白质沉淀在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会互相缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变性蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。*蛋白质凝固作用(proteincoagulation)蛋白质变性后絮状物加热可变成比较结实凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。

生物化学蛋白质课件第65页二、蛋白质分离和纯化（一）透析及超滤法*透析(dialysis)利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开办法。*超滤法

应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量超滤膜，达成浓缩蛋白质溶液目标。生物化学蛋白质课件第66页（二）丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀*使用丙酮沉淀时，必须在0～4℃低温下进行，丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积。蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。*盐析(saltprecipitation)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，造成蛋白质沉淀。生物化学蛋白质课件第67页*

免疫沉淀法：将某一纯化蛋白质免疫动物可取得抗该蛋白特异抗体。利用特异抗体识别对应抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物性质，可从蛋白质混合溶液中分离取得抗原蛋白。生物化学蛋白质课件第68页（三）电泳蛋白质在高于或低于其pI溶液中为带电颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达成分离多种蛋白质技术,称为电泳(elctrophoresis)

。根据支撑物不一样，可分为薄膜电泳、凝胶电泳等。

生物化学蛋白质课件第69页蛋白质电泳办法*SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，常用于蛋白质分子量测定。*等电聚焦电泳，通过蛋白质等电点差异而分离蛋白质电泳办法。*双向凝胶电泳是蛋白质组学研究主要技术。生物化学蛋白质课件第70页（四）层析层析(chromatography)分离蛋白质原理待分离蛋白质溶液（流动相）通过一种固态物质（固定相）时，根据溶液中待分离蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使待分离蛋白质组分在两相中反复分派，并以不一样速度流经固定相而达成分离蛋白质目标。生物化学蛋白质课件第71页蛋白质分离常用层析办法*离子交换层析：利用各蛋白质电荷量及性质不一样进行分离。*凝胶过滤(gelfiltration)又