临床医学生物化学高起本专升本教案01第01章-蛋白质的结构与功能-5课件.ppt
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- 临床医学 生物化学 教案 01 蛋白质 结构 功能 课件
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1、目录目录蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第一章第一章Structure and Function of Protein目录目录 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成(掌握)(掌握)蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构(掌握)(掌握)蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系(了解)(了解)蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质(掌握)(掌握)蛋白质的分离、纯化蛋白质的分离、纯化(了解)(了解)与结构分析与结构分析(了解)(了解)本本 章章 主主 要要 内内 容容学时:学时:5 5目录目录n什么是蛋白质什么是蛋白质?蛋白质蛋白质(protein)是由许多氨基酸是由许多氨基酸(amino acids)通过
2、肽键通过肽键(peptide bond)相连相连形成的高分子含氮化合物。形成的高分子含氮化合物。目录目录n蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性分布广:分布广:所有器官、组织都含有蛋白质;细所有器官、组织都含有蛋白质;细胞的各个部分都含有蛋白质。胞的各个部分都含有蛋白质。含量高:含量高:蛋白质是生物体中含量最丰富的生蛋白质是生物体中含量最丰富的生物大分子,约占人体固体成分的物大分子,约占人体固体成分的45%45%,而在,而在细胞中可达细胞干重的细胞中可达细胞干重的70%70%以上。以上。1.蛋白质是生物体重要组成成分蛋白质是生物体重要组成成分目录目录2.蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重
3、要的生物学功能3.氧化供能氧化供能proteins生物催化生物催化运动、支持运动、支持免疫防御免疫防御代谢调节代谢调节转运、贮存转运、贮存控制生长和分化控制生长和分化信息接受和传递信息接受和传递组成生物膜组成生物膜目录目录蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein第一节第一节目录目录 元素组成元素组成:C(5055%)H(67%)O(1924%)N(1319%)S (04%)各种蛋白质的含氮量很接近,平均为各种蛋白质的含氮量很接近,平均为1616。蛋白质的含量蛋白质的含量=蛋白质含氮量蛋白质含氮量 6.251/16*100三聚氰胺三聚氰
4、胺目录目录一、组成人体蛋白质的一、组成人体蛋白质的20种种L-氨基酸氨基酸C+NH3COO-HR RL-氨基酸的通式氨基酸的通式碳原子碳原子组成蛋白质的氨基酸都是组成蛋白质的氨基酸都是L-L-氨基酸(甘氨酸例外)氨基酸(甘氨酸例外)组成蛋白质的氨基酸都是组成蛋白质的氨基酸都是-氨基酸(氨基酸(脯氨酸例外脯氨酸例外)目录目录目录目录非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸极性中性氨基酸极性中性氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸二、氨基酸二、氨基酸可根据侧链结构和理化可根据侧链结构和理化性质进行分类性质进行分类目录目录(一一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族侧链含
5、烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸氨基酸目录目录Hydrophobic interactions(expelling by water,hydrophobic attractions)Interactions between Rgroups of non-polar amino acids疏水作用疏水作用疏水作用疏水作用目录目录(二二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸中性氨基酸甲硫氨酸目录目录(三三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸TrpTyr目录目录(四四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸侧链含负性解
6、离基团的氨基酸是酸性氨基酸目录目录(五五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸氨基酸目录目录n几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸(亚氨基酸)(亚氨基酸)CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2目录目录目录目录三、三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质种氨基酸具有共同或特异的理化性质(一)氨基酸具有两性解离的性质(一)氨基酸具有两性解离的性质目录目录pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pH motif 每个结构域都是一个功能单位,具有独立的功能。每个结构域都是一个功能单位,具有独立的功能。例如:例如:脂肪
7、酸合酶脂肪酸合酶具有具有7个结构域,分别催化不同的反应。个结构域,分别催化不同的反应。DNA 结合蛋白至少含有两个结构域,结合蛋白至少含有两个结构域,DNA结合域和转结合域和转录激活域。录激活域。目录目录(三)(三)蛋白质的多肽链须折叠成正确的空间构象蛋白质的多肽链须折叠成正确的空间构象分子伴侣分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从而通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象。加速蛋白质折叠成天然构象。分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开,如此重复进行可防止错误的聚集发生,后松开,如此重复进行可防止错误的聚集发生,使肽链正
8、确折叠。使肽链正确折叠。分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合,使之解聚分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合,使之解聚后,再诱导其正确折叠。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的正确分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。形成起了重要的作用。目录目录亚基之间的结合主要是亚基之间的结合主要是氢键和离子键氢键和离子键等非等非共价键。共价键。四、四、含有二条以上多肽链的蛋白质含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构具有四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用,称为触部位的布局和相互作用,称为蛋白质的四级蛋白
9、质的四级结构结构。许多功能性蛋白质分子含有许多功能性蛋白质分子含有2 2条或条或2 2条以上条以上多肽链。每一条多肽链都有完整的三级结构,多肽链。每一条多肽链都有完整的三级结构,称为蛋白质的称为蛋白质的亚基亚基 (subunit)。目录目录由由2个亚基组成的蛋白质四级结构中,若亚基分子个亚基组成的蛋白质四级结构中,若亚基分子结构相同,称之为结构相同,称之为同二聚体同二聚体(homodimer),若亚基分子,若亚基分子结构不同,则称之为结构不同,则称之为异二聚体异二聚体(heterodimer)。血红蛋白的血红蛋白的四级结构四级结构目录目录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
10、四级结构定义定义肽键肽键氨基酸残基氨基酸残基基本单位基本单位主要键主要键备注备注模体模体肽单元肽单元整条肽链整条肽链亚基亚基氢键氢键疏离氢疏离氢VanVan离氢离氢结构域结构域亚基亚基蛋蛋白白质质结结构构层层次次比比较较目录目录目录目录五、蛋白质的分类五、蛋白质的分类n根据蛋白质组成成分根据蛋白质组成成分:单纯蛋白质单纯蛋白质结合蛋白质结合蛋白质 =蛋白质部分蛋白质部分 +非蛋白质部分非蛋白质部分n根据蛋白质形状根据蛋白质形状:纤维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质目录目录蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系The Relation of Structure and Functi
11、on of Protein第三节第三节目录目录(一)一级结构是空间构象的基础(一)一级结构是空间构象的基础一、蛋白质一级结构一、蛋白质一级结构是高级结构是高级结构与功能的基础与功能的基础目录目录剩剩2-10 丧失活性丧失活性 活性仍活性仍100 2.2.一级结构中一级结构中“关键关键”部位相同,其功能也相同部位相同,其功能也相同目录目录例:镰刀形红细胞贫血例:镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146)3.3.一级结构中一级结构中“关键关键”部位
12、不同,其生物学活性也改变部位不同,其生物学活性也改变这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病,称为这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病,称为“分子病分子病”目录目录Sickle-cell anemia 镰刀型镰刀型红细胞红细胞贫血贫血这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病,称为这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病,称为“分子病分子病”Crescent-shaped erythrocytes(lack of blood)目录目录目录目录The sickled cells are fragile.Their The sickled cells are fragile.Their breakdown le
13、ads to an anemia breakdown leads to an anemia that leaves the victim susceptible that leaves the victim susceptible to infections and diseases.to infections and diseases.The elongated cells tend The elongated cells tend to block capillaries,to block capillaries,causing inflammation causing inflammat
14、ion and considerable painand considerable pain 目录目录 镰刀型贫血症在非洲发病率较高镰刀型贫血症在非洲发病率较高携带者携带者(杂合体杂合体)表现为轻度贫血,但表现为轻度贫血,但对恶性疟疾有较强的对恶性疟疾有较强的抵抗力,由于自然选抵抗力,由于自然选择的结果,使这一基择的结果,使这一基因在非洲恶性疟疾猖因在非洲恶性疟疾猖獗的地区较多保留了獗的地区较多保留了下来。下来。杂合体的红细胞杂合体的红细胞目录目录二、蛋白质的功能依赖特定空间结构二、蛋白质的功能依赖特定空间结构 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
15、、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,无活性目录目录n肌红蛋白肌红蛋白/血红蛋白血红蛋白含有血红素辅基含有血红素辅基血红素结构血红素结构 (一)血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似(一)血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似目录目录n肌红蛋白肌红蛋白(myoglobin,Mb)肌红蛋白是一个只有三级肌红蛋白是一个只有三级结构的单链蛋白质,有结构的单链蛋白质,有8 8段段-螺螺旋结构。旋结构。血红素分子中的两个丙酸血红素分子中的两个丙酸侧链以侧链以离子键离子键形式与肽链中的形式与肽链中的两个碱性氨基酸侧链上的正电两个碱性氨基酸侧链上的正电荷相连,加之肽链中的荷相连,加之肽链中的F8F8组
16、氨组氨酸残基还与酸残基还与FeFe2+2+形成配位结合形成配位结合,所以血红素辅基与蛋白质部,所以血红素辅基与蛋白质部分稳定结合。分稳定结合。目录目录n血红蛋白血红蛋白(hemoglobin,Hb)血红蛋白具有血红蛋白具有4个亚个亚基组成的四级结构,基组成的四级结构,每每个亚基可结合个亚基可结合1 1个血红素个血红素并携带并携带1 1分子氧分子氧。Hb亚基之间通过亚基之间通过8对盐键,使对盐键,使4个亚基紧密个亚基紧密结合而形成亲水的球状结合而形成亲水的球状蛋白。蛋白。目录目录 The iron atom in the center of the heme group Two bonding
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