生物化学蛋白质的结构与功能课件.ppt

1、蛋白质的含氮量平均为蛋白质的含氮量平均为16。蛋白质含量蛋白质含量(g%)=含氮量含氮量(g%)6.251/16%H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H 非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸 极性极性中中性氨基酸性氨基酸 酸性氨基酸酸性氨基酸 碱性氨基酸碱性氨基酸（一）氨基酸的分类（一）氨基酸的分类非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸HCHNH3COOH3CCHNH3COOCHCHNH3COOH3CH3CCH2CHNH3COOCHH3CH3CCHCHNH3COOCH2H3CH3CGlycine(Gly)Isoleucine(Ile)Leucine(L

2、eu)Valine(Val)Alanine(Ala)甘甘氨氨酸酸丙丙氨氨酸酸缬缬氨氨酸酸亮亮氨氨酸酸异异亮亮氨氨酸酸CH2CHNH3COO苯苯丙丙氨氨酸酸Phenylalanine (Phe)CHCOOH2NH2CCH2CH2脯脯氨氨酸酸Proline(Pro)2.极性中性氨基酸极性中性氨基酸Tryptophan(Try)Methionine (Met)Cysteine(Cys)Serine(Ser)色色氨氨酸酸丝丝氨氨酸酸酪酪氨氨酸酸半半胱胱氨氨酸酸蛋蛋氨氨酸酸CH2CHNH3COO天天冬冬酰酰胺胺Asparagine (Asn)谷谷氨氨酰酰胺胺Glutamine (Gln)NHCHCCH2

3、CHNH3COOHOCH2CHNH3COOHSCH2CHNH3COOTyrosine(Tyr)HOCH2CHNH3COOCH3SCH2CH2CHNH3COOCCHCHNH3COOH3CCH2CHNH3COOH2NOCH2CH2NOHO 苏苏氨氨酸酸Threonine (Thr)3.酸性氨基酸酸性氨基酸4.碱性氨基酸碱性氨基酸Aspartic acid (Asp)Glutamic acid(Glu)天天冬冬氨氨酸酸谷谷氨氨酸酸CH2CHNH3COOCH2CHNH3COOOOCOOC CH2Lysine(Lys)精精氨氨酸酸赖赖氨氨酸酸Arginine(Arg)组组氨氨酸酸CH2CHNH3COOC

4、H2CHNH3COONH2CH2CH2CH2CH2CHNH3COONH2CNHCH2CH2NHHCNCHNHCHistidine(His)NH2CHCOOHCH2NH2CHCOOHCH22Cys胱氨酸二硫键SHSSCH2CHNH2COOH2H*肽键肽键(peptide bond)：是由一个氨基是由一个氨基酸的酸的-羧基与另一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的-氨基氨基脱水缩合而形成的化学键。脱水缩合而形成的化学键。肽肽(peptide)H2N C CHR1OHO+N CHHHR2COOHH2OH2N CCHR1ONCHR2COOHH肽键多肽链多肽链 多肽链多肽链(polypeptide chain

5、)二肽，三肽二肽，三肽 寡肽寡肽(oligopeptide)，多肽，多肽(polypeptide)氨基酸残基氨基酸残基(residue)氨基末端（氨基末端（amino terminal）和羧基末端）和羧基末端（carboxyl terminal）主链和侧链主链和侧链结构结构:SH为活性为活性基团基团为为酸性酸性肽肽 是体内重要的是体内重要的还原剂还原剂GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+主要功能主要功能:蛋白质的分子结构包括：蛋白质的分子结构包括：一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(s

6、econdary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)高级结构高级结构定义：定义：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。的排列顺序。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构主要化学键：主要化学键：肽键肽键二硫键二硫键的位置属于一级结构研究范畴。的位置属于一级结构研究范畴。一级结构是蛋白质空间构象一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。和特异生物学功能的基础。胰岛素的一级结构胰岛素的一级结构3021二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构蛋白质分子中某

7、一段肽链的局部空蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象的构象。定义：定义：稳定因素稳定因素：氢键氢键 （一）肽键平面（一）肽键平面 形成肽键的形成肽键的C-N键具有部分双键的性质，键具有部分双键的性质，使得形成的酰胺键的四个原子及相邻的使得形成的酰胺键的四个原子及相邻的C处于同一平面上叫酰胺平面或肽键平处于同一平面上叫酰胺平面或肽键平面。它是蛋白质构象的基本结构单位。面。它是蛋白质构象的基本结构单位。肽单元肽单元RCCCOORNCN肽键平面肽键平面HHHH 蛋白

8、质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式 -螺旋螺旋(-helix)-折叠折叠(-pleated sheet)-转角转角(-turn)无规卷曲无规卷曲(random coil)（二）（二）-螺旋螺旋:多肽链主链围绕中心轴形成多肽链主链围绕中心轴形成右手螺旋右手螺旋，侧链侧链伸向螺旋外侧。伸向螺旋外侧。每圈螺旋含每圈螺旋含3.6个氨基酸个氨基酸，螺距为，螺距为0.54nm，即即0.15nm/氨基酸残基氨基酸残基。每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形成的氢键保持螺旋稳定。成的氢键保持螺旋稳定。氢键氢键与螺旋长轴基本平与螺旋长轴基本平行。行。（三）（三）-

9、折叠折叠多肽链充分伸展，相邻酰胺平面之间折叠成多肽链充分伸展，相邻酰胺平面之间折叠成锯齿状结构，侧链位于锯齿结构的上下方。锯齿状结构，侧链位于锯齿结构的上下方。两段以上的两段以上的-折叠结构平行排列折叠结构平行排列，两链间可，两链间可顺向平行，也可反向平行顺向平行，也可反向平行。两链间的肽键之间形成两链间的肽键之间形成氢键氢键，以稳固，以稳固-折叠折叠结构。氢键与螺旋长轴垂直。结构。氢键与螺旋长轴垂直。（四）（四）-转角和无规卷曲转角和无规卷曲-转角：转角：无规卷曲：没有确定规律性的肽链结构。无规卷曲：没有确定规律性的肽链结构。肽链内形成肽链内形成180180回折。回折。含含4 4个氨基酸残基

10、，第一个氨基酸残基与个氨基酸残基，第一个氨基酸残基与第四个形成氢键。第四个形成氢键。第二个氨基酸残基常为第二个氨基酸残基常为脯氨酸（脯氨酸（ProPro）。）。-转角：转角：疏水键疏水键、离子键、氢键和、离子键、氢键和 范德华力等。范德华力等。稳定因素：稳定因素：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。定义定义 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端亚基之间的结合力主要是亚基之间的结合力主要是氢键和离子键。氢键和离子键。四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构蛋白质分子中蛋白质

11、分子中两条或两条两条或两条亚基的空间排布亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白蛋白质的四级结构。质的四级结构。每条具有完整三级结构的多肽链，称为每条具有完整三级结构的多肽链，称为亚亚基基(subunit)。血红蛋白（血红蛋白（Hb）的四级结构）的四级结构蛋白质的理化性质与分离纯化（一）蛋白质的胶体性质（一）蛋白质的胶体性质 蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至万至100万之巨，其分子的直径可达万之巨，其分子的直径可达1100nm，为胶粒范围之内。，为胶粒范围之内。*蛋白质胶体稳定的因素蛋白质胶体稳定的

12、因素颗粒表面电荷颗粒表面电荷水化膜水化膜（二）蛋白质的变性、沉淀和凝固（二）蛋白质的变性、沉淀和凝固 *蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation)在某些物理和化学因素作用下，蛋白质分在某些物理和化学因素作用下，蛋白质分子的特定空间构象被破坏，从而导致其理化性子的特定空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。质改变和生物活性的丧失。造成变性的因素：造成变性的因素：如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、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重金属离子及生物碱试剂等。变性的本质：变性的本质：破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质

13、的一级结构。质的一级结构。应用举例应用举例临床医学上，变性因素常被应用来临床医学上，变性因素常被应用来消毒消毒及及灭菌。灭菌。防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂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。（如疫苗等）的必要条件。蛋白质变性后的性质改变：蛋白质变性后的性质改变：溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、生物活性丧失及易受蛋白酶水解。生物活性丧失及易受蛋白酶水解。若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素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后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为象和功能，称为复

14、性复性。复性复性(renaturation)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*蛋白质沉淀蛋白质沉淀在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽在一定条件下，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。链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。但并不变性。*蛋白质的凝固作用蛋白质的凝固作用(protein coagulation)蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固蛋白质

15、变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。蛋白质的沉淀蛋白质的沉淀-盐析盐析*盐析盐析(salt precipitation)是将硫酸铵、硫酸钠是将硫酸铵、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，导致蛋白质电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。沉淀。苦味酸，鞣酸。蛋白质的沉淀-生物碱试剂沉淀（三）蛋白质的呈色反应（三）蛋白质的呈色反应茚三酮反应茚三酮反应(ninhydrin reaction)蛋白质经水解后产生的蛋白质经水解后产生的氨基酸氨基酸也可发生茚也可发生茚三酮反应。三酮反应。