第2章蛋白质化学ppt课件.ppt

1、第2章 蛋白质化学蛋白质化学教学时数 4学时第二章第2章 蛋白质化学目的要求目的要求1.掌握蛋白质的分子组成与结构2.熟悉蛋白质的理化；常用分离、纯化技术的基本原理3.了解蛋白质分子结构与功能的关系；蛋白质的分类以及重要的活性肽第2章 蛋白质化学教学内容教学内容第一节第一节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成第二节第二节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构第三节第三节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系第四节第四节 蛋白质的理化性质与分离纯化蛋白质的理化性质与分离纯化第2章 蛋白质化学第一节第一节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成一、蛋白质元素组成一、蛋白质元素组成CHOS第2章 蛋白质

2、化学二、蛋白质的基本组成单位二、蛋白质的基本组成单位氨基酸氨基酸CHNH3+RC00-第2章 蛋白质化学氨基酸结构特点氨基酸结构特点 20种编码氨基酸种编码氨基酸 氨基酸的不同在于氨基酸的不同在于R侧链不同侧链不同 均为均为L-氨基酸氨基酸（甘氨酸、脯氨酸除外）（甘氨酸、脯氨酸除外）侧链决定氨基酸的化学结构和理化性质。第2章 蛋白质化学（二）氨基酸的分类1.非极性中性氨基酸非极性中性氨基酸 R基无极性，呈疏水性2.极性中性基氨基酸极性中性基氨基酸 R基有极性，但不带电，呈亲水性3.极性酸性氨基酸极性酸性氨基酸 R基有极性，电离后R基带正电荷4.极性碱性氨基酸极性碱性氨基酸 R基有极性，电离后R

3、基带负电荷第2章 蛋白质化学非非极极性性中中性性氨氨基基酸酸NHCH32CH2第2章 蛋白质化学极极性性中中性性氨氨基基酸酸Cys，第2章 蛋白质化学酸性氨基酸酸性氨基酸第2章 蛋白质化学碱性氨基酸碱性氨基酸H2N-C-NH=NH第2章 蛋白质化学（三）氨基酸的理化性质（三）氨基酸的理化性质氨基酸具有氨基酸具有氨基氨基、羧基羧基等等能电离能电离出出H H+而成而成COOCOO-具酸性具酸性1.1.两性电离和等电点两性电离和等电点第2章 蛋白质化学氨基酸的两性电离氨基酸的两性电离第2章 蛋白质化学2.2.茚三酮反应茚三酮反应 脯氨酸、羟脯氨酸与茚三酮反应生成脯氨酸、羟脯氨酸与茚三酮反应生成黄色化

4、合物黄色化合物第2章 蛋白质化学三三 氨基酸聚合形成多肽及蛋白质氨基酸聚合形成多肽及蛋白质（一）肽的形成和命名（一）肽的形成和命名 肽键的形成肽键的形成第2章 蛋白质化学肽键平面肽键平面第2章 蛋白质化学肽链结构第2章 蛋白质化学2.2.肽的形成与命名肽的形成与命名 肽、寡肽肽、寡肽(oligopeptide)(oligopeptide)、多肽、多肽(polypeptide)(polypeptide)多肽链（多肽链（polypeptide chainpolypeptide chain）主链骨架（主链骨架（backbonebackbone）侧链部分（侧链部分（side chainside cha

5、in）羧基末端或羧基末端或C-C-末端（末端（C-terminusC-terminus）氨基末端或氨基末端或N-N-末端（末端（N-terminusN-terminus）第2章 蛋白质化学多肽链的结构多肽链的结构 侧链侧链N-末端末端C-末端末端主链骨架主链骨架HOH第2章 蛋白质化学（二）体内重要的肽（二）体内重要的肽 谷胱甘肽（谷胱甘肽（GSH）的结构）的结构Glu-Cys-Gly 功能基：功能基：-SH-SH 解毒剂、抗氧化剂解毒剂、抗氧化剂第2章 蛋白质化学四 蛋白质的分类根据分子形状分：根据分子形状分：球状蛋白 纤维状蛋白根据分子组成分根据分子组成分 单纯蛋白质 结合蛋白质第2章 蛋

6、白质化学第二节第二节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构基本结构基本结构空间结构空间结构一级结构一级结构二级结构二级结构三级结构三级结构四级结构四级结构第2章 蛋白质化学蛋白质分子中的主要次级键蛋白质分子中的主要次级键 氢氢 键键 范德华力范德华力 第2章 蛋白质化学共价键作用 原子间通过共用电子对而形成的强烈相互作用。第2章 蛋白质化学非共价作用 无规则卷曲 氢键 疏水相互作用 离子键 范德华力非共价作用影响线性链的折叠，可以使一个线性链相距遥非共价作用影响线性链的折叠，可以使一个线性链相距遥远的不同部分集合在一起。远的不同部分集合在一起。第2章 蛋白质化学无规

7、则卷曲（random coil）一个自由旋转的链的三维构型称为无规则卷曲。这是一个有点紧凑的球状结构，这种结构由于可溶性分子的不断的碰撞，可以不断的改变形状。第2章 蛋白质化学氢键生物体中最普遍存在的非共价键方式。C=O.H-NC-OH.O=CN-H.N在RNA中，“键内”氢键引起多核苷酸链的折叠，长的单链分子折叠后有比原来更加紧凑的结构。在DNA中，“键内”氢键是双链螺旋结构形成的原因。在蛋白质中，键内氢键产生于一个肽键中与氮相连的氢原子和另一个邻近肽链的氧原子之间。第2章 蛋白质化学疏水相互作用 存在于不易溶于水的2个分子（或2个分子的一部分）之间。这2个分子（可以是不同的分子）在水中的溶

8、解度小，使它们倾向于聚集，自然的聚集使它们倾向于结合。作用：疏水相互作用使相距遥远的多肽链的疏水部分集合在一起。第2章 蛋白质化学离子键由不同种电荷之间的吸引力产生。如生理pH下，一些氨基酸链是电离的：羧基带负电荷（如天冬氨酸和谷氨酸），或氨基带正电荷。离子键倾向于把链中相距遥远的部分集合在一起。第2章 蛋白质化学范德华力 存在于所有的分子之间，是持久的偶极子和电子环流形成的。两个原子之间的吸引力与r-6成正比。当2个分子的形状互补时（0.10.2nm），它们才能通过范德华力结合在一起。第2章 蛋白质化学一、一级结构一、一级结构 概念：多肽链中氨基酸的组成与排列顺序概念：多肽链中氨基酸的组成与

9、排列顺序 主键：肽键主键：肽键 意义：决定蛋白质的空间结构意义：决定蛋白质的空间结构第2章 蛋白质化学胰岛素的一级结构胰岛素的一级结构A链链B链链第2章 蛋白质化学二、二级结构二、二级结构 （secondary structuresecondary structure）定义定义 蛋白质分子中由于肽键平面的相对旋转，构成蛋白质分子中由于肽键平面的相对旋转，构成的局部空间构象。的局部空间构象。第2章 蛋白质化学（一）二级结构的类型（一）二级结构的类型-螺旋螺旋-折叠折叠-转角转角无规则卷曲无规则卷曲第2章 蛋白质化学1.-螺旋（螺旋（-helix）0.50nm0.54nm氢键氢键-碳原子碳原子侧链

10、侧链第2章 蛋白质化学2.-折叠折叠（-sheet）平行平行俯视俯视侧视侧视反平行反平行俯视俯视侧视侧视第2章 蛋白质化学3.-转角（转角（-turn）第2章 蛋白质化学4 4无规卷曲无规卷曲 肽链的肽键平面不规则排列，形成松散的二级结肽链的肽键平面不规则排列，形成松散的二级结构。构。第2章 蛋白质化学（二）超二级结构与结构域（二）超二级结构与结构域 超二级结构（超二级结构（super secondary structure）二级结构单元进一步聚集和组合在一起二级结构单元进一步聚集和组合在一起模序模序（motif）如如、等等 亮氨酸拉链和锌指结构亮氨酸拉链和锌指结构 第2章 蛋白质化学（二）超

11、二级结构与结构域（二）超二级结构与结构域结构域（结构域（domain）超二级结构的进一步组合、折叠形成的球状区域。超二级结构的进一步组合、折叠形成的球状区域。是蛋白质的功能部位是蛋白质的功能部位第2章 蛋白质化学免疫球蛋白结构域免疫球蛋白结构域 重链重链轻链轻链结构域结构域第2章 蛋白质化学三、三级结构三、三级结构（tertiary structure）定义：定义：在二级结构基础上，所有原子（主链在二级结构基础上，所有原子（主链+侧链）相互侧链）相互作用形成的空间构象作用形成的空间构象 第2章 蛋白质化学三、三级结构三、三级结构（tertiary structure）化学键化学键-氢键、疏水键

12、、离子键、二硫键等次级键氢键、疏水键、离子键、二硫键等次级键-亲水基团：分子表面；疏水基团：分子内部亲水基团：分子表面；疏水基团：分子内部第2章 蛋白质化学三级结构示意图三级结构示意图二硫键二硫键极性基团极性基团 离子键离子键 第2章 蛋白质化学四、四级结构四、四级结构（quaternary structre）亚亚基基第2章 蛋白质化学血红蛋白四级结构示意图血红蛋白四级结构示意图4个亚基构成个亚基构成2-亚基亚基2-亚基亚基第2章 蛋白质化学 蛋白质一、二、三、四级结构示意图蛋白质一、二、三、四级结构示意图第2章 蛋白质化学第三节第三节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 蛋白质的一

13、级结构决定其高级结构蛋白质的一级结构决定其高级结构 蛋白质的空间构象决定蛋白质的生物学蛋白质的空间构象决定蛋白质的生物学功能功能第2章 蛋白质化学一、一级结构与功能的关系一、一级结构与功能的关系 某些蛋白质的一级结构加工后，才具有生物学活性某些蛋白质的一级结构加工后，才具有生物学活性 如胰岛素原（如胰岛素原（proinsulinproinsulin）的一级结构加工）的一级结构加工 第2章 蛋白质化学 一级结构的改变可引起某些疾病的发生一级结构的改变可引起某些疾病的发生 由于蛋白质分子的变异或缺失而产生的疾病，称为由于蛋白质分子的变异或缺失而产生的疾病，称为分子病（分子病（molecular d

14、iseasemolecular disease）如镰状红细胞性贫血如镰状红细胞性贫血 一、一级结构与功能的关系一、一级结构与功能的关系 第2章 蛋白质化学二、空间结构与功能的关系二、空间结构与功能的关系 空间构象决定蛋白质功能空间构象决定蛋白质功能 构象改变，功能改变构象改变，功能改变第2章 蛋白质化学血红蛋白结合氧前后构象的变化血红蛋白结合氧前后构象的变化 当血红蛋白结合氧以后，当血红蛋白结合氧以后，1 11 1与与2 22 2两个二聚两个二聚体彼此滑动体彼此滑动1515，其构象由，其构象由T T（tensetense）型转变为）型转变为R R（relaxedrelaxed）型。）型。Hb(

15、T态态)HbO2(R态态)112215第2章 蛋白质化学任何一个亚基接受任何一个亚基接受氧氧分子后，会增进其它亚基吸附分子后，会增进其它亚基吸附氧氧分子的能力分子的能力环境氧浓度高时环境氧浓度高时Hb快速吸收氧分子快速吸收氧分子环境氧浓度低时环境氧浓度低时Hb快速释出氧分子快速释出氧分子动脉动脉静脉静脉血红蛋白对氧的运输血红蛋白对氧的运输第2章 蛋白质化学第四节第四节 蛋白质的理化性质与分离纯化蛋白质的理化性质与分离纯化 第2章 蛋白质化学一、蛋白质的理化性质一、蛋白质的理化性质（一）蛋白质的一般性质（一）蛋白质的一般性质 1.蛋白质的紫外吸收特征蛋白质的紫外吸收特征蛋白质（色氨酸、酪氨酸）（

16、苯丙氨酸）蛋白质（色氨酸、酪氨酸）（苯丙氨酸）=280nm =260nm 紫外吸收（与蛋白质浓度成正比）紫外吸收（与蛋白质浓度成正比）第2章 蛋白质化学蛋白质的紫外吸收蛋白质的紫外吸收10,000100010010 200 250 300波长（波长（nm）TrpPheTyr摩尔吸光度（摩尔吸光度（M-1cm-1）第2章 蛋白质化学2.2.蛋白质的两性电离和等电点蛋白质的两性电离和等电点 与氨基酸的两性电离、等电点相同与氨基酸的两性电离、等电点相同第2章 蛋白质化学 双缩脲反应：双缩脲反应：Cu2+蛋白质蛋白质 紫色络合物紫色络合物 OH-3.3.蛋白质的呈色反应蛋白质的呈色反应 第2章 蛋白质

17、化学3.3.蛋白质的呈色反应蛋白质的呈色反应 酚试剂反应：酚试剂反应：磷钨酸磷钨酸 蛋白质蛋白质 蓝色化合物蓝色化合物 磷钼酸磷钼酸第2章 蛋白质化学 米伦试剂反应：米伦试剂反应：米伦试剂米伦试剂 蛋白质蛋白质 红色沉淀红色沉淀 3.3.蛋白质的呈色反应蛋白质的呈色反应 第2章 蛋白质化学 考马斯亮蓝反应：考马斯亮蓝反应：考马斯亮蓝考马斯亮蓝 蛋白质蛋白质 （R-250）红蓝色红蓝色 （G-250）蓝绿色蓝绿色3.3.蛋白质的呈色反应蛋白质的呈色反应 第2章 蛋白质化学（二）蛋白质的高分子性质（二）蛋白质的高分子性质 1.1.蛋白质的胶体性质蛋白质的胶体性质 蛋白质分子的直径在胶体颗粒的范围蛋

18、白质分子的直径在胶体颗粒的范围(1(1100nm)100nm)蛋白质溶液是稳定亲水胶体溶液蛋白质溶液是稳定亲水胶体溶液 稳定因素：水化膜、同种电荷稳定因素：水化膜、同种电荷第2章 蛋白质化学碱碱 碱碱酸酸 酸酸 第2章 蛋白质化学2.2.蛋白质的扩散与沉降蛋白质的扩散与沉降蛋白质分子大，扩散速度慢蛋白质分子大，扩散速度慢沉降：通过超速离心克服布朗运动使沉降：通过超速离心克服布朗运动使 蛋白质颗粒下沉的现象蛋白质颗粒下沉的现象 沉降系数（沉降系数（S）可粗略反映蛋白质分子大小可粗略反映蛋白质分子大小第2章 蛋白质化学3.3.蛋白质的变性与复性蛋白质的变性与复性 第2章 蛋白质化学复性：去除变性因

19、素，蛋白质恢复空间构象复性：去除变性因素，蛋白质恢复空间构象 与生物学活性的过程与生物学活性的过程3.3.蛋白质的变性与复性蛋白质的变性与复性第2章 蛋白质化学核糖核酸酶的变性与复性示意图核糖核酸酶的变性与复性示意图8M尿素或尿素或-巯基乙醇巯基乙醇透析透析第2章 蛋白质化学某些蛋白质在发生热变性后，松散的多肽链相某些蛋白质在发生热变性后，松散的多肽链相互缠绕在一起，变成固体状态，称为蛋白质的互缠绕在一起，变成固体状态，称为蛋白质的凝固凝固（coagulation）第2章 蛋白质化学4 4、透析、透析(dialysis)用透析袋（半透膜）把大分子和小分子分开的方法用透析袋（半透膜）把大分子和小

20、分子分开的方法第2章 蛋白质化学5 5、沉淀、沉淀(precipitation)(precipitation)定义：定义：蛋白质分子相互聚集从溶液中析出的现象蛋白质分子相互聚集从溶液中析出的现象 原理：原理：破坏同种电荷和水化膜破坏同种电荷和水化膜第2章 蛋白质化学蛋白质的沉淀示意图蛋白质的沉淀示意图第2章 蛋白质化学4 4、沉淀、沉淀(precipitation)方法：方法：盐析法盐析法 有机溶剂沉淀法有机溶剂沉淀法 重金属盐沉淀法重金属盐沉淀法 生物碱试剂沉淀法生物碱试剂沉淀法第2章 蛋白质化学1.1.盐析（盐析（salting out）法）法 定义：高浓度中性盐使蛋白质从溶液中析出沉淀定

21、义：高浓度中性盐使蛋白质从溶液中析出沉淀的方法的方法 原理：破坏水化膜、中和电荷原理：破坏水化膜、中和电荷 特点：蛋白质不变性特点：蛋白质不变性 分段盐析：不同浓度的中性盐分离不同蛋白质分段盐析：不同浓度的中性盐分离不同蛋白质第2章 蛋白质化学2.2.有机溶剂沉淀蛋白质有机溶剂沉淀蛋白质 原理：破坏水化膜原理：破坏水化膜 条件：条件：pH=pIpH=pI 特点：常在低温下进行特点：常在低温下进行 常用有机溶剂：乙醇、丙酮等常用有机溶剂：乙醇、丙酮等第2章 蛋白质化学3.3.重金属盐沉淀蛋白质重金属盐沉淀蛋白质 原理：中和负电荷原理：中和负电荷 条件：条件：pHpHpIpI 特点：蛋白质变性特点

22、：蛋白质变性第2章 蛋白质化学4.生物碱试剂与某些酸类沉淀蛋白质生物碱试剂与某些酸类沉淀蛋白质 原理：中和正电荷原理：中和正电荷 条件：条件：pHpHpIpI 特点：蛋白质变性特点：蛋白质变性 常用酸类：苦味酸、鞣酸、钨酸、三氯醋酸、硝常用酸类：苦味酸、鞣酸、钨酸、三氯醋酸、硝酸、过氯酸等酸、过氯酸等第2章 蛋白质化学the end第2章 蛋白质化学D-D-型、型、L-L-型氨基酸结构型氨基酸结构第2章 蛋白质化学甘氨酸与脯氨酸结构甘氨酸与脯氨酸结构 COOH|H2CCH CH2|NCH2 脯氨酸脯氨酸 COOH|H2NCH|H 甘氨酸甘氨酸第2章 蛋白质化学 第2章 蛋白质化学亮氨酸拉链亮氨酸拉链 锌指结构锌指结构第2章 蛋白质化学胰岛素胰岛素A链链B链链胰岛素原胰岛素原C-肽肽前胰岛素原前胰岛素原信号肽信号肽胰岛素的转变生成过程胰岛素的转变生成过程第2章 蛋白质化学镰状红细胞性贫血镰状红细胞性贫血 正常正常链链 H-缬缬组组亮亮苏苏脯脯谷谷谷谷 镰状红细胞性镰状红细胞性 贫血贫血链：链：H-缬缬组组亮亮苏苏脯脯缬缬谷谷第2章 蛋白质化学 对于某一特定蛋白质颗粒，其沉降速度在单对于某一特定蛋白质颗粒，其沉降速度在单位离心力场强度下为一常数，称为蛋白质的位离心力场强度下为一常数，称为蛋白质的沉降系数，沉降系数，用用S（Svedberg，1S=10-13秒）秒）表示。表示。