蛋白质一级结构教材课件.ppt
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1、蛋白质一级结构(学时)v蛋白质的一结构是指蛋白质多肽链中的氨基酸的排蛋白质的一结构是指蛋白质多肽链中的氨基酸的排列顺序。在基因编码的蛋白质中,这种序列是由列顺序。在基因编码的蛋白质中,这种序列是由mRNA中的核苷酸序列决定的即中的核苷酸序列决定的即DNA分子中核苷酸的序分子中核苷酸的序列决定的。列决定的。v蛋白质的一结构是蛋白质最基本的结构。蛋白质的一结构是蛋白质最基本的结构。v其表示方法与多肽相同:从左到右,从其表示方法与多肽相同:从左到右,从N-末端写到末端写到C-末端,写出组成多肽链的氨基酸的三个字母或单末端,写出组成多肽链的氨基酸的三个字母或单个字母的简写符号,氨基酸残基之间用个字母的
2、简写符号,氨基酸残基之间用“-”或或“”连接。连接。v多肽链中氨基酸之间的连接键主要是肽键多肽链中氨基酸之间的连接键主要是肽键(peptide bonde),),另外有的还有二硫键另外有的还有二硫键(disulfide bond),有链间和链内二硫键之,有链间和链内二硫键之分。分。v二硫键起着稳定空间结构的作用,二硫键二硫键起着稳定空间结构的作用,二硫键越多越称稳定,而且往往与生物活性有关。越多越称稳定,而且往往与生物活性有关。v胰岛素是动物胰脏中胰岛胰岛素是动物胰脏中胰岛细胞分泌的一种细胞分泌的一种分子量较小(分子量较小(5 700)的激素蛋白质;)的激素蛋白质;v其主要功能是促进糖原的合成
3、和加速葡萄其主要功能是促进糖原的合成和加速葡萄糖的氧化,从而使体内血糖浓度降低,即糖的氧化,从而使体内血糖浓度降低,即低血糖效应。低血糖效应。v分泌不足时,组织中的糖利用发生障碍,分泌不足时,组织中的糖利用发生障碍,肝糖原分解加速,并从尿中排而患糖尿病,肝糖原分解加速,并从尿中排而患糖尿病,因此,临床上胰岛素可用来治疗糖尿病。因此,临床上胰岛素可用来治疗糖尿病。v胰岛素的一级结构是由英国的胰岛素的一级结构是由英国的Sanger(桑格桑格)等于等于1953年首先完成的,花费了年首先完成的,花费了10年时间,年时间,这是蛋白质化学研究史上一项重大成就。这是蛋白质化学研究史上一项重大成就。蛋白质的氨
4、基酸组成一般用每mol蛋白质中含氨基酸残基的mol数表示,或用每100g蛋白质中含有的氨基酸克数表示。C-末端氨基酸可用FDNB法或DNS法以及层析技术进行鉴定。蛋白质的一结构是蛋白质最基本的结构。注意,在肼解中,Gln,Asn,Cys,等被破坏,不易测出,Arg转变为Orn-链 1 2 3 4 5 6 7由此引起三级结构多一疏水键,四级结构发生线性缔合,导致红细胞发生溶血,不易透过毛细血管,血流速度减慢。羧肽酶B:CH(R)CONHaa(Arg,Lys)3 蛋白质一级结构的测定(主要内容)3 蛋白质一级结构的测定(主要内容)1 一级结构测定的一般步骤(或策略)DNP-氨基酸为黄色,然后用有机
5、溶剂(如已酸已酯)抽提出来,1)胰岛素由A、B二条链组成,A链21个氨基酸残基(含4个Cys),B链30个氨基酸残基(含2个Cys)2 几个重要的测定步骤(内容)同源蛋白质的氨基酸序列中有许多位置的氨基酸残基对所有已研究过的物种来说都是相同的,这样的aa残基称为不变残基(invariant residue),对生物功能起决定作用;通常称这些特定部位为功能区。-链 1 2 3 4 5 6 7HGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH*由于蛋白质分子发生变异所导致的疾病
6、称为分子病。1同源蛋白质的物种差异与生物进化该法也可用业测定短肽的氨基酸序列,是多肽氨基酸自动测序仪的原理HGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH15102015A链711621HPhe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr Leu-Val-Cys-GlyGlu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-AlaOHB链157101519 20212530SSSS
7、SSv1)胰岛素由)胰岛素由A、B二条链组成,二条链组成,A链链21个氨基酸个氨基酸残基(含残基(含4个个Cys),),B链链30个氨基酸残基个氨基酸残基(含含2个个Cys)v2)有)有3个二硫键:个二硫键:A6-A11(链内);链内);A7-B7;A20-B19(链间)链间)v3)没有)没有Trp,Met,(,(Asp都以都以Asn形式存在,共形式存在,共有有17种氨基酸)种氨基酸)a.使人们从根本上认识由于使人们从根本上认识由于20种氨基酸的排列种氨基酸的排列顺序不同而组成不同的蛋白,并具有各种不同顺序不同而组成不同的蛋白,并具有各种不同的生物学功能。的生物学功能。b.许多先天性疾病是由于
8、某一种重要的蛋白的许多先天性疾病是由于某一种重要的蛋白的一级结构发生改变而引起的,所以测定蛋白的一级结构发生改变而引起的,所以测定蛋白的一级结构有助于临床医学上对疾病的诊断。一级结构有助于临床医学上对疾病的诊断。c.因为蛋白质的一级结构中氨基酸的排列顺序因为蛋白质的一级结构中氨基酸的排列顺序是由遗传密码所决定的,氨基酸的改变最根本是由遗传密码所决定的,氨基酸的改变最根本的原因是的原因是DNA上的核苷酸顺序发生改变所致,上的核苷酸顺序发生改变所致,研究蛋白质的一级结构可以从分子水平上诊断研究蛋白质的一级结构可以从分子水平上诊断和治疗遗传病。和治疗遗传病。v3.1 一级结构测定的一般步骤一级结构测
9、定的一般步骤(或策略或策略)v3.2 几个重要的测定步骤几个重要的测定步骤v3.3 蛋白质序列数据库蛋白质序列数据库v1)测定蛋白质分子中多肽链的数目;)测定蛋白质分子中多肽链的数目;v2)拆分蛋白质分子的多肽链;)拆分蛋白质分子的多肽链;v3)断开多肽链内的二硫键;)断开多肽链内的二硫键;v4)分析测定每一多肽链的氨基酸组成()分析测定每一多肽链的氨基酸组成(amino acid composition););v5)鉴定多肽链的)鉴定多肽链的N-末端和末端和C-末端的氨基酸;末端的氨基酸;v6)裂解多肽链成较小片段;)裂解多肽链成较小片段;v7)测定各肽段的氨基酸序列;)测定各肽段的氨基酸序
10、列;v8)确定肽段在多肽链中的次序,即重建完确定肽段在多肽链中的次序,即重建完整多肽链的一级结构;整多肽链的一级结构;v9)确定多肽链中二硫键的位置。)确定多肽链中二硫键的位置。N-末端;C-末端S-S-的断裂)v1)N-末端分析 二硝基氟苯(DNFB,或Sanger)法 丹磺酰氯(DNS)法苯异硫氰酸酯(PITC,或Edman降解)法氨肽酶(amino peptidase)法v2)C-末端分析肼解法还原法羧肽酶法多肽链的游离NH2与DNFB(又称为Sanger试剂)反应后,生成DNP-多肽,酸水解生成DNP-氨基酸衍生物和其它游离氨基酸,DNP-氨基酸为黄色,然后用有机溶剂(如已酸已酯)抽提
11、出来,用纸层析、薄层层析或高效液相层析法(HPLC)进行定性、定量测定。v该法原理与DNFB相同,只是将DNS代替DNFB试剂;vDNS具有强烈的荧光,灵敏度比DNFB法高100倍,并且水解后的DNS-氨基酸不需要提取,可直接用纸电泳或薄层层析或荧光光度计检测。PITC(Edman试剂)与多肽的氨基端反应生成PTC-多肽,在酸性有机溶剂中加热时生成PTH-氨基酸和少一个氨基酸的多肽,(PTC基只使第一个肽键的稳定性下降),然后用有机溶剂抽提干燥后,用薄层层析、气相色谱或HPLC等分析鉴定。该法也可用业测定短肽的氨基酸序列,是多肽氨基酸自动测序仪的原理氨肽酶是专门水解肽链N-末端氨基酸的一类外切
12、酶(exopeptidase),它们能从多肽链的N-末端逐个地向里切。根据不同的反应时间测出酶水解所释放的氨基酸种类和数量,按反应时间和残基释放量作动力学曲线,就能知道该多肽链的N-末端氨基酸是什么。此法测定有很多困难,因酶对肽键的敏感性不同,常很难判断哪个残基在前,哪个在后。亮氨酸氨肽酶(leucine amino peptidase,LAP)是最常用的氨肽酶,其作用位点是:(N-端)Leu(或非极性aa)CONHaa(除Pro,Hyp外)是测定C-末端最重要的化学方法,多肽同肼(联氨)在无水条件下加热,C-末端aa被切割下来以游离形式存在,而其他的aa转变为相应的氨基酸酰肼化合物;氨基酸酰
13、肼可与苯甲醛作用变为非水溶性化合物,从而与水溶性的C-末端氨基酸分开,1C-末端氨基酸可用FDNB法或DNS法以及层析技术进行鉴定。1注意,在肼解中,Gln,Asn,Cys,等被破坏,不易测出,Arg转变为Orn由此引起三级结构多一疏水键,四级结构发生线性缔合,导致红细胞发生溶血,不易透过毛细血管,血流速度减慢。肽链C-末端氨基酸能被硼氢化锂还原为-氨基醇,*有时蛋白质中某个或某几个氨基酸残基改变,并不影响蛋白质的功能。二硝基氟苯(DNFB,或Sanger)法嗜热菌蛋白酶(thermolysin)1、AF AFGR同源蛋白质的氨基酸序列中有许多位置的氨基酸残基对所有已研究过的物种来说都是相同的
14、,这样的aa残基称为不变残基(invariant residue),对生物功能起决定作用;羧肽酶A:CH(R)CONHaa(除Pro,Arg,Lys外)多肽链的游离NH2与DNFB(又称为Sanger试剂)反应后,生成DNP-多肽,然后用有机溶剂抽提干燥后,用薄层层析、气相色谱或HPLC等分析鉴定。羧肽酶B:CH(R)CONHaa(Arg,Lys)3 蛋白质一级结构的测定(主要内容)多肽链中氨基酸之间的连接键主要是肽键(peptide bonde),另外有的还有二硫键(disulfide bond),有链间和链内二硫键之分。7)测定各肽段的氨基酸序列;HGly-Ile-Val-Glu-Gln-
15、Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH5)鉴定多肽链的N-末端和C-末端的氨基酸;1同源蛋白质的物种差异与生物进化羧肽酶Y:CH(R)CONHaa(任何氨基酸)通常称这些特定部位为功能区。1)测定蛋白质分子中多肽链的数目;-链 1 2 3 4 5 6 7肽链C-末端氨基酸能被硼氢化锂还原为-氨基醇,肽链完全水解后,代表原来C-末端氨基酸的-氨基醇,可用层析法鉴定。Sanger早期就是采用此法鉴定胰岛素A,B链的C-末端氨基酸的。v羧肽酶法是最为有效、最常用的方法;v羧肽酶是一类肽链外切酶,它专一地从肽链
16、C-末端开始逐个降解,释放出游离氨基酸。羧肽酶A:CH(R)CONHaa(除Pro,Arg,Lys外)羧肽酶B:CH(R)CONHaa(Arg,Lys)羧肽酶C:CH(R)CONHaa(除Hyp,二肽外)羧肽酶Y:CH(R)CONHaa(任何氨基酸)v二硫键的断裂有过甲酸氧化法和巯基化合物还原法。v用过量的巯基已醇处理,同时加变性剂如8M尿素或6M盐酸胍,然后用烷基化试剂如碘已酸保护-SH,以防止重新被氧化。用过量的巯基已醇处理,同时加变性剂如8M尿素或6M盐酸胍,然后用烷基化试剂如碘已酸保护-SH,以防止重新被氧化。细胞色素c是广泛存在于生物体的一类同源蛋白,一条肽链含有血红素辅基。3、KW
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