01.蛋白质化学-PPT课件.ppt
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- 01. 蛋白质 化学 PPT 课件
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1、什么是生物化学?什么是生物化学? 生物化学是研究生物化学是研究生命化学生命化学的科学,它在的科学,它在分子水平探讨生命的本质,即研究分子水平探讨生命的本质,即研究生物体的生物体的分子结构与功能、物质代谢与调节、及其在分子结构与功能、物质代谢与调节、及其在生命活动中的作用。生命活动中的作用。 绪绪 论论学习内容学习内容 生物大分子的结构与功能:生物大分子的结构与功能: 蛋白质化学、核酸化学、酶蛋白质化学、核酸化学、酶 物质代谢及其调节物质代谢及其调节 糖、脂、氨基酸、核苷酸代谢,糖、脂、氨基酸、核苷酸代谢, 生物氧化、代谢联系与调节生物氧化、代谢联系与调节 遗传信息的传递遗传信息的传递 DNAD
2、NA复制、复制、RNARNA转录、蛋白质生物合成、转录、蛋白质生物合成、 基因表达调控、基因重组与基因工程基因表达调控、基因重组与基因工程 专题篇专题篇 细胞信息传递、癌基因、抑癌基因与生长因子、细胞信息传递、癌基因、抑癌基因与生长因子、血液生化、肝胆生化血液生化、肝胆生化学习生化基本方法与要求学习生化基本方法与要求 基本概念要清楚基本概念要清楚 重点内容要掌握重点内容要掌握 章节之间会联系章节之间会联系 课后复习很重要课后复习很重要核蛋白是最简单的生命形式核蛋白是最简单的生命形式 烟草花叶病毒烟草花叶病毒阮病毒阮病毒分布广:分布广:所有器官、组织都含有蛋白质;所有器官、组织都含有蛋白质;细胞
3、的各个部分都含有蛋白质。细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高:含量高:蛋白质是细胞内蛋白质是细胞内最丰富最丰富的有机分的有机分子,占人体干重的子,占人体干重的45,某些组织含量更高,某些组织含量更高,例如脾、肺及横纹肌等高达例如脾、肺及横纹肌等高达80。1 1)生物催化剂:酶)生物催化剂:酶2 2)代谢调节作用:激素)代谢调节作用:激素 ,受体,受体,G G蛋白,等蛋白,等3 3)防御作用:免疫球蛋白)防御作用:免疫球蛋白 ,等,等4 4)物质转运:血红蛋白)物质转运:血红蛋白 ,等,等5 5)运动与支持:肌动蛋白,等)运动与支持:肌动蛋白,等6 6)营养和存储:酪蛋白,卵清蛋白,等)营养和存储
4、:酪蛋白,卵清蛋白,等7 7)结构蛋白)结构蛋白 :胶原蛋白,弹性蛋白,角蛋白:胶原蛋白,弹性蛋白,角蛋白 ,等,等8 8)其他:毒蛋白,甜味剂,等)其他:毒蛋白,甜味剂,等碳碳 50-5550-55氢氢 6-86-8氧氧 20-2320-23氮氮 15-1715-17硫硫 0-30-3其他其他 微微 量量1、主要元素:、主要元素:碳、氢、氧、氮和硫,有些蛋白碳、氢、氧、氮和硫,有些蛋白质还含有少量磷和金属元素。质还含有少量磷和金属元素。2、特点:、特点:各种蛋白质的含氮量很接近,平均含各种蛋白质的含氮量很接近,平均含氮量为氮量为16%。3、定氮法测定蛋白质含量:、定氮法测定蛋白质含量: 蛋白
5、质含量蛋白质含量6.25样品含氮量样品含氮量 1/16%小结二、结构单位二、结构单位氨基酸氨基酸(amino acid)(一)氨基酸的一般结构式(一)氨基酸的一般结构式存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300多种,但组成人多种,但组成人体蛋白质的氨基酸仅有体蛋白质的氨基酸仅有20余种,余种,绝大多数蛋白质绝大多数蛋白质只由只由20种种氨基酸组成,氨基酸组成,且属且属 L-氨基酸氨基酸(甘氨酸,(甘氨酸,脯氨酸除外)。脯氨酸除外)。水解水解水解水解酸酸/碱碱/酶酶H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H 脯氨酸脯氨酸(亚氨基酸)(亚氨基酸)
6、CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2 按其侧链按其侧链的结构和理化性质分类的结构和理化性质分类非极性、疏水氨基酸非极性、疏水氨基酸(非极性非极性R基氨基酸基氨基酸): Val, Leu, Ile(支链);(支链);Met(含硫);(含硫);Phe , Trp (芳香族);(芳香族);Pro(亚氨基);(亚氨基);Ala(脂肪烃(脂肪烃 )极性、中性氨基酸极性、中性氨基酸(不带电荷的极性不带电荷的极性R基氨基酸基氨基酸) : Ser, Thr(含羟基);(含羟基);Tyr(芳香族);(芳香族);Cys(含(含硫);硫);Gln, Asn(含酰氨)(含酰氨)
7、 ;Gly(无旋光异构)(无旋光异构)(二)氨基酸的分类(二)氨基酸的分类 酸性氨基酸(含有两个羧基):酸性氨基酸(含有两个羧基): Glu(含(含羧基)、羧基)、Asp(含(含羧基)羧基) 碱性氨基酸(含有两个以上氨基):碱性氨基酸(含有两个以上氨基): Arg(胍基)、(胍基)、His(咪唑基)、(咪唑基)、Lys(氨基)氨基)含硫氨基酸:含硫氨基酸:Met、Cys芳香族氨基酸:芳香族氨基酸:Phe、Tyr、Trp1. 非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸2. 极性中性氨基酸极性中性氨基酸3. 酸性氨基酸酸性氨基酸4. 碱性氨基酸碱性氨基酸n蛋白质基本结构单位:蛋白质基本结构单位:L 氨基
8、酸氨基酸 氨基酸:脯氨酸(亚氨基酸)除外氨基酸:脯氨酸(亚氨基酸)除外 L氨基酸:甘氨酸(无不对称氨基酸:甘氨酸(无不对称C)除外)除外n 氨基酸结构通式:氨基酸结构通式:RCH(NH2)COOHn 常见氨基酸种类:常见氨基酸种类:20种。种。小结(zwitterion)pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+三、氨基酸的理化性质三、氨基酸的理化性质
9、1、两性解离、两性解离pH pI正电荷正电荷 两性离子两性离子 负电荷负电荷负极移动(电场中)负极移动(电场中) 不移动不移动 正极移动正极移动n等电点(等电点(isoelectric point, pI):在某一):在某一pH环境中,环境中,氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等,所带氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等,所带净电荷为零净电荷为零,在电场中不泳动。此时,氨基酸所处环,在电场中不泳动。此时,氨基酸所处环境的境的pH值值称为该氨基酸的等电点。称为该氨基酸的等电点。2、紫外吸收:、紫外吸收:nTrp、Tyr和和Phe在在280nm波波长附近具有最大长附近具有最大吸收峰,其中吸
10、收峰,其中Trp的最大吸收的最大吸收最接近最接近280nm3、显色反应:、显色反应:(1)茚三酮反应)茚三酮反应氨基酸与茚三酮水合物共热,生成氨基酸与茚三酮水合物共热,生成蓝紫色蓝紫色化合物,其最大吸收峰化合物,其最大吸收峰为为570nm,可用于氨基酸定量分析。,可用于氨基酸定量分析。例外:例外:Pro黄色;黄色;Asn棕色棕色n等电点(等电点(isoelectric point, pI):在某一):在某一pH环境中,环境中,氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等,所带净电氨基酸解离成阳性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,氨基酸所处环境的荷为零,在电场中不泳动。
11、此时,氨基酸所处环境的pH值称为该种氨基酸的等电点值称为该种氨基酸的等电点(pI)。等电点计算:两性离子两边的等电点计算:两性离子两边的pK值的算术平均值值的算术平均值。带电状态判定:带电状态判定: pI-pH (正数带正电,负数带负电)(正数带正电,负数带负电)n紫外吸收:紫外吸收:Trp、Tyr和和Phe在在280nm波长附近具有最大波长附近具有最大吸收峰,其中吸收峰,其中Trp的最大吸收最接近的最大吸收最接近280nm小结 (一)氨基酸的成肽反应(一)氨基酸的成肽反应 -羧基和羧基和-氨基之间脱去一分子水形成的酰胺氨基之间脱去一分子水形成的酰胺键,是蛋白质中氨基酸间最基本的连接方式。键,
12、是蛋白质中氨基酸间最基本的连接方式。三、肽键和多肽链三、肽键和多肽链 肽分类、命名肽分类、命名* * 肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。* * 两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽,三分子氨基酸缩合,三分子氨基酸缩合则形成则形成三肽三肽* * 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全,肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全,被称为被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。* * 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽寡肽(oligopeptide),由更多的氨基酸相连形成的肽称由更多的氨基酸相连形成的
13、肽称多肽多肽(polypeptide)。甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO 多肽链多肽链蛋白质的基本结构形式蛋白质的基本结构形式n多肽链多肽链 (NHCHCONHCHCO)n多肽链的方向性:从多肽链的方向性:从N末端指向末端指向C末端。末端。(二)生物活性肽:(二)生物活性肽:n谷胱甘肽谷胱甘肽n神经肽:脑啡肽、内神经肽:脑啡肽、内啡肽、强啡肽、啡肽、强啡肽、P物质、物质、Y肽肽n肽类激素:催产素、肽类激素:催产素、加压素等加压素等n其他:生长因子;短其他:生长因子;短杆菌杆菌S;甜味肽等;甜味肽等 体内许多激素属寡
14、肽或多肽体内许多激素属寡肽或多肽1、连接方式:、连接方式:肽键肽键n肽键肽键(peptide bond):一个氨基酸的羧基与另一氨基酸:一个氨基酸的羧基与另一氨基酸的氨基缩水而成的酰胺键称为肽键。(的氨基缩水而成的酰胺键称为肽键。(CONH)n肽平面肽平面(peptide unit):由肽键中的四个原子(:由肽键中的四个原子(-CO-NH-)和与之相邻的两个和与之相邻的两个 碳原子共同构成的刚性平面碳原子共同构成的刚性平面(CCONHC)。)。2、生物活性肽:、生物活性肽:n谷胱甘肽:谷胱甘肽:Glu-Cys-Gly,Glu以以羧基形成肽键羧基形成肽键 3、蛋白质的基本结构形式:多肽链、蛋白质
15、的基本结构形式:多肽链n多肽链多肽链 (NHCHCONHCHCO)n多肽链的方向性:从多肽链的方向性:从N末端指向末端指向C末端。末端。小结四、蛋白质的分类四、蛋白质的分类1、按照组成分类:、按照组成分类:单纯蛋白、结合蛋白单纯蛋白、结合蛋白n单纯蛋白:只有氨基酸组分单纯蛋白:只有氨基酸组分n结合蛋白:氨基酸组分其他组分(辅基)结合蛋白:氨基酸组分其他组分(辅基)2、按照结构分类:、按照结构分类:单体蛋白、寡聚蛋白单体蛋白、寡聚蛋白n单体蛋白:只有一条多肽链单体蛋白:只有一条多肽链n寡聚蛋白:数条多肽链非共价相互作用寡聚蛋白:数条多肽链非共价相互作用n超家族(超家族(super-)、家族()、
16、家族(family)、亚家族()、亚家族(sub-) 3、按照生物功能分类:、按照生物功能分类:酶、调节蛋白、转运蛋白、运动酶、调节蛋白、转运蛋白、运动蛋白、防御蛋白、营养蛋白、储存蛋白、结构蛋白、毒蛋白蛋白、防御蛋白、营养蛋白、储存蛋白、结构蛋白、毒蛋白4、根据形状分类:、根据形状分类:纤维蛋白、球状蛋白纤维蛋白、球状蛋白一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)纤维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质一
17、、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构(primary structure) 多肽链中氨基酸的排列顺序。多肽链中氨基酸的排列顺序。-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶二二硫硫键键一级结构是指蛋白质的多肽链中氨基酸的排列顺序一级结构是指蛋白质的多肽链中氨基酸的排
18、列顺序n一级结构体现生物信息:一级结构体现生物信息:20n .多样多样n一级结构是空间结构及生物活性的基础一级结构是空间结构及生物活性的基础.特异特异n一级结构的连接键:肽键(主要)、二硫键一级结构的连接键:肽键(主要)、二硫键小结二、二级结构二、二级结构肽键具部分双键性,不能自由旋转肽键具部分双键性,不能自由旋转肽键中的四个原子(肽键中的四个原子(-CO-NH-)和与之相邻的两个)和与之相邻的两个碳原子碳原子(C 1、 C 2)位于同一刚性平面内位于同一刚性平面内,称为,称为肽单元肽单元 。肽键上肽键上H与与O的方向几乎总是相反,称的方向几乎总是相反,称反式肽单元(反式肽单元(trans-p
19、eptide unit),该构型更稳定),该构型更稳定。CNHHHORRCNHHHORR1.肽单元肽单元2.2. - -螺旋螺旋存在于纤维状蛋白质(存在于纤维状蛋白质(角蛋白:皮肤、毛发、指角蛋白:皮肤、毛发、指甲、和角)和球状蛋白质中。甲、和角)和球状蛋白质中。3.-折叠折叠(-pleated sheet) - -转角转角一般由四个氨基酸组成,一般由四个氨基酸组成,常见氨基酸:常见氨基酸:Pro,Gly以主链间氢键维持稳定。以主链间氢键维持稳定。多肽链中多肽链中180180度回折处度回折处形成的特定构象。形成的特定构象。没有确定规律性的肽链结构,存在于球状蛋没有确定规律性的肽链结构,存在于球
20、状蛋白质中。(常常是酶的功能部位)白质中。(常常是酶的功能部位)1、-螺旋螺旋(-helix)n右手螺旋:右手螺旋:3.6个个AA/圈,螺距圈,螺距0.54nm;n氢键维系:链内氢键(氢键维系:链内氢键(AA1AA4),平行长轴;),平行长轴;n侧链伸出螺旋侧链伸出螺旋蛋白质的二级结构是指蛋白质的二级结构是指多肽链骨架多肽链骨架中原子的中原子的局部空局部空间间排列,排列,不涉及侧链不涉及侧链的构象,也就是该肽段主链骨架的构象,也就是该肽段主链骨架原子的相对空间位置,主要有原子的相对空间位置,主要有-螺旋、螺旋、-折叠、折叠、-转转角和无规则卷曲角和无规则卷曲。维持二级结构的力量为。维持二级结构
21、的力量为氢键氢键。小结2、-折叠折叠(-pleated sheet)n多肽链充分伸展,肽平面折叠成锯齿状;多肽链充分伸展,肽平面折叠成锯齿状;n侧链交错位于锯齿状结构的上下方;侧链交错位于锯齿状结构的上下方;n氢键维系:氢键的方向垂直长轴;氢键维系:氢键的方向垂直长轴;n可有顺平行片层和反平行片层结构。可有顺平行片层和反平行片层结构。3、其它、其它(1)肽链主链出现的)肽链主链出现的180回折部分称回折部分称-转角。转角。(2)蛋白质分子中那些没有确定规律性的部分肽)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。链构象称为无规卷曲。(三)蛋白质的三级结构(三)蛋白质的三级结构次级键
22、介导蛋白质高级结构形次级键介导蛋白质高级结构形成成1、疏水键、疏水键2、离子键、离子键3、范德华力、范德华力蛋白质的三级结构是指在一条多肽链中所有原子蛋白质的三级结构是指在一条多肽链中所有原子的整体空间排布,包括主链和侧链。三级结构的形的整体空间排布,包括主链和侧链。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。成使得在序列中相隔较远的氨基酸侧链相互靠近。 n长度缩短:球形、椭球形、杆状,等长度缩短:球形、椭球形、杆状,等n多数同时含有多数同时含有-螺旋和螺旋和-折叠折叠n氨基酸位置由侧链极性决定:非极性(内)、极性(表氨基酸位置由侧链极性决定:非极性(内)、极性(表面,少数内部)、
23、带电(表面)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:表面或特定部位功能区:表面或特定部位小结(四)、蛋白质的四级结构(四)、蛋白质的四级结构血红蛋白四聚体血红蛋白四聚体n亚基亚基(subunit):寡聚蛋白中的单条独立的多肽链,具有:寡聚蛋白中的单条独立的多肽链,具有独立的一、二、三级结构,单独存在时一般无生物学活性。独立的一、二、三级结构,单独存在时一般无生物学活性。亚基之间以非共价键联系,亚基可以相同或不同。亚基之间以非共价键联系,亚基可以相同或不同。n亚基之间以非共价键联系,包括疏水键(主要)
24、、盐键、亚基之间以非共价键联系,包括疏水键(主要)、盐键、氢键、范德华力氢键、范德华力n亚基可以相同或不同亚基可以相同或不同蛋白质一级结构是空间结构和生蛋白质一级结构是空间结构和生物功能的基础,一级结构决定空物功能的基础,一级结构决定空间结构;但一级结构并非决定空间结构;但一级结构并非决定空间结构的唯一因素。空间结构是间结构的唯一因素。空间结构是生物活性的直接体现。生物活性的直接体现。一、一级结构与功能的关系一、一级结构与功能的关系 天然状态,天然状态,有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态,无活性非折叠状态,无活性影响多肽链折
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