生化蛋白質(zhì)化學(xué)PPT課件

1、1什么是生物化學(xué)？什么是生物化學(xué)？ 生物化學(xué)是用化學(xué)的原理和方法，生物化學(xué)是用化學(xué)的原理和方法，研究生物體的化學(xué)組成及其在體內(nèi)的代研究生物體的化學(xué)組成及其在體內(nèi)的代謝轉(zhuǎn)變規(guī)律，從而闡明生命現(xiàn)象本質(zhì)的謝轉(zhuǎn)變規(guī)律，從而闡明生命現(xiàn)象本質(zhì)的一門科學(xué)。一門科學(xué)。第1頁/共99頁2學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能：生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能： 蛋白質(zhì)化學(xué)、核酸化學(xué)、酶蛋白質(zhì)化學(xué)、核酸化學(xué)、酶物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié) 糖、脂、氨基酸、核苷酸代謝、糖、脂、氨基酸、核苷酸代謝、 生物氧化、代謝聯(lián)系與調(diào)節(jié)生物氧化、代謝聯(lián)系與調(diào)節(jié)遺傳信息的傳遞遺傳信息的傳遞 DNA復(fù)制、復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)生物合成、

2、轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)生物合成、 基因表達(dá)調(diào)控與基因工程基因表達(dá)調(diào)控與基因工程專題篇專題篇 肝膽生化、血液生化肝膽生化、血液生化第2頁/共99頁3生化學(xué)習(xí)方法與要求生化學(xué)習(xí)方法與要求基本概念要清楚基本概念要清楚勤于動手、善于思考、注意總結(jié)勤于動手、善于思考、注意總結(jié)課前認(rèn)真預(yù)習(xí)課前認(rèn)真預(yù)習(xí)課上認(rèn)真聽講課上認(rèn)真聽講課后及時(shí)、認(rèn)真復(fù)習(xí)課后及時(shí)、認(rèn)真復(fù)習(xí)第3頁/共99頁4參考書目l童坦君主編 生物化學(xué) 北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社，2003l查錫良主編.生物化學(xué) 7th 人衛(wèi)出版社,2008l賈弘禔主編.生物化學(xué) 1st 人衛(wèi)出版社,2005l賈弘禔主編.生物化學(xué) 3th 北大醫(yī)學(xué)出版社，2005lBerg JM, T

3、ymoczko JL & Stryer L. BIOCHEMISTRY 6th W. H. Freeman Co, 2007lNelson DL & Cox MM. Lehninger Principles of Biochemistry 4th W. H. Freeman Co, 2005中英文的生物化學(xué)均可參閱第4頁/共99頁5本課程的評估：實(shí)驗(yàn) 20分平時(shí)測驗(yàn) 10分考試 70分合計(jì) 100分第5頁/共99頁6核 酸：是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)第一篇 生物分子的結(jié)構(gòu)與功能酶：生物催化劑蛋白質(zhì)：是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)第6頁/共99頁7第一章 蛋白質(zhì)化學(xué)biochemistry of Pro

4、tein 蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子組成 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)第7頁/共99頁8什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(amino acids)通過肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子含氮化合物。第8頁/共99頁9 第一節(jié)蛋白質(zhì)在生命活動中的重要性 The importance of protein in the life生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)：生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)： 除水以外，機(jī)體組織中最多的是蛋白質(zhì)，占 人體干重的45%。多種生物學(xué)功能：多種生物學(xué)功能： 催化功能：酶催

5、化功能：酶 調(diào)節(jié)功能：多肽類激素調(diào)節(jié)功能：多肽類激素 收縮和運(yùn)動功能：肌肉蛋白收縮和運(yùn)動功能：肌肉蛋白 運(yùn)輸和儲存功能：血紅蛋白運(yùn)輸和儲存功能：血紅蛋白 防御功能：免疫球蛋白防御功能：免疫球蛋白 第9頁/共99頁10第二節(jié) 蛋白質(zhì)的分子組成 蛋白質(zhì)的元素組成 蛋白質(zhì)分子的基本結(jié)構(gòu)單位氨基酸 氨基酸的連接及連接產(chǎn)物：肽鍵和肽鏈 蛋白質(zhì)的分類第10頁/共99頁11平均16%一、主要元素組成C：50-55% H：6-8% O：19-24% N：13-19%S： 0-4%其他: P、Fe、Cu、Zn、 Mn、 Co、Mo、I等第11頁/共99頁12定氮法測量蛋白質(zhì)含量依據(jù)是：蛋白質(zhì)的平均含氮量為16每

6、克樣品的蛋白質(zhì)含量（克） = 每克樣品的含氮量 6.25（100/16）題：已知一樣品的含氮量為0.04g克樣品, , 請計(jì)算出此樣品的蛋白質(zhì)含量。 答案：每克樣品中蛋白質(zhì)的含量： 0.04g16%=0.04g 0.16=0.25g 0.04g X 6.25=0.25g第12頁/共99頁13二、蛋白質(zhì)分子的基本結(jié)構(gòu)單位：二、蛋白質(zhì)分子的基本結(jié)構(gòu)單位：氨基氨基酸酸 自然界中氨基酸有300300多種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸只有2020種，且均屬 L- - 氨基酸（甘氨酸除外）。（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)(amino acid， aa)第13頁/共99頁14 HOHCRNHO2CH OCRNHOC3+_氨

7、基酸結(jié)構(gòu)通式： 或第14頁/共99頁15甘氨酸不屬于L-氨基酸，無不對稱的C原子20第15頁/共99頁16（二）氨基酸的分類（P4 表1-1） 非極性疏水性氨基酸：具有非極性R側(cè)鏈，呈疏水 性，包括脂肪族和芳香族氨基酸。（8種） 不帶電荷的極性氨基酸：具有極性R側(cè)鏈，呈親水 性，通常含羥基、巰基、酰胺基等。 （7種）帶正電荷的堿性氨基酸：精氨酸、賴氨酸、組氨酸（含氨基） （3種）帶負(fù)電荷的酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸（含羧基） （2種）第16頁/共99頁171. 非極性疏水性氨基酸非極性疏水性氨基酸第17頁/共99頁182.不帶電荷的極性氨基酸不帶電荷的極性氨基酸不帶電荷的極性氨基酸 第18頁

8、/共99頁19天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97谷氨酸谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22賴氨酸賴氨酸 lysine Lys K 9.74精氨酸精氨酸 arginine Arg R 10.76組氨酸組氨酸 histidine His H 7.593. 酸性氨基酸酸性氨基酸4. 堿性氨基酸堿性氨基酸目目 錄錄第19頁/共99頁20幾種特殊氨基酸幾種特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亞氨基酸）（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2第20頁/共99頁21-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-C

9、OO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫鍵二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3第21頁/共99頁22n蛋蛋白質(zhì)的元素組成白質(zhì)的元素組成: 含含N量量 16%n蛋白質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單位：蛋白質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單位：L 氨基酸氨基酸n L氨基酸：甘氨酸（無不對稱氨基酸：甘氨酸（無不對稱C）除外）除外n 氨基酸結(jié)構(gòu)通式：氨基酸結(jié)構(gòu)通式：RCH(NH2)COOHn 常見氨基酸種類：常見氨基酸種類：20種。種。小結(jié)第22

10、頁/共99頁23氨基酸分類： 酸性氨基酸：谷、天冬氨酸 堿性氨基酸：組、賴、精氨酸 不帶電荷的極性氨基酸：7 甘、絲、蘇、酪 （羥基）、半胱氨酸（巰基）、 谷氨酰胺、天冬酰胺 非極性疏水性氨基酸：8 脂肪烴側(cè)鏈：丙、纈、亮、異亮氨酸 芳香環(huán)側(cè)鏈：苯丙、色氨酸 含S：蛋氨酸（甲硫氨酸） 亞氨基：脯氨酸第23頁/共99頁24（三）氨基酸的理化性質(zhì)1、兩性解離及等電點(diǎn) 氨基酸是兩性電解質(zhì)，既可解離成陽離子，也可解離成陰離子，解離方式取決于溶液的酸堿度。兩性解離兩性解離紫外吸收紫外吸收茚三酮反應(yīng)茚三酮反應(yīng)第24頁/共99頁25等電點(diǎn)：isoelectric point, pI在某種pH環(huán)境中，氨基酸不

11、解離或解離成陰、陽離子的程度及趨勢相等，靜電荷為0，此pH為該氨基酸的等電點(diǎn)。R-CH-COOHNH2R-CH-COO NH3 +R-CH-COO NH2R-CH-COOHNH3 +氨基酸的兼性離子pH = pI陽離子pH pIOH H +OH H +第25頁/共99頁26問題 某氨基酸的等電點(diǎn)是5.1，它在PH=8.0的溶液中帶何種電荷？在PH=2.0的溶液中帶何種電荷？ 答：在PH=8.0的溶液中帶負(fù)電；（pHpI） 在PH=2.0的溶液中帶正電 。 (pHpI)第26頁/共99頁27 等電點(diǎn)的計(jì)算： R為非極性基團(tuán)（ R為非游離基團(tuán)） pI=1/2（pK1 + pK2） 如：甘氨酸pK-

12、COOH=2.34，pK-NH2 =9.60 pI=1/2（2.34+9.6）=5.97第27頁/共99頁28R為極性基團(tuán)為極性基團(tuán) 酸性酸性aa：pI=1/2（pK-COOH + pKR）如：天冬氨酸如：天冬氨酸 pI= （pK-COOH + pKR） = （2.09 +3 .86）=2.98 堿性堿性aa：pI=1/2（ pK-NH2 + pKR）如：賴氨酸如：賴氨酸 pI= （ pK-NH2 + pKR） = （8.95 + 10.53）=9.74第28頁/共99頁292、紫外吸收性質(zhì) ： 280 nm色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸在280nm280nm波長附近具有最大吸收峰常用于蛋白質(zhì)含量測

13、定第29頁/共99頁303、茚三酮反應(yīng)氨基酸定量分析（A570）加熱第30頁/共99頁31三、肽鍵和多肽鏈 1. 肽鍵peptide bond ： 一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的氨基脫一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的氨基脫水縮合形成的鍵稱為水縮合形成的鍵稱為肽鍵肽鍵 (共價(jià)鍵共價(jià)鍵)。也稱酰胺鍵。 NH2 CH C OHOH-NH CH C OHO + NH2 CH C NH-CH-C-OHR1OOR 2R 2R1H2O（一）. 氨基酸的成肽反應(yīng)第31頁/共99頁322. 肽：氨基酸借肽鍵相互連接形成的化合物兩個(gè)aa組成的肽叫二肽三個(gè)aa組成的肽叫三肽多個(gè)aa組成的肽叫多肽氨基酸借肽鍵連成長

14、鏈，成為多肽鏈寡肽 （氨基酸殘基 10）（肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合，基團(tuán)不全稱為氨基酸殘基）（肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合，基團(tuán)不全稱為氨基酸殘基）第32頁/共99頁333. 肽鏈兩端: 氨基末端（ N-terminal, N末端）羧基末端（C-terminal, C末端）4. 肽鏈中的aa的排列順序，一般-NH2端開始，N C，即多肽鏈有方向性，N端為頭，C端為尾 NH2 CH C OHOH-NH CH C OHO+NH2 CH C NH-CH-C-OHR1OOR 2R 2R1H2O第33頁/共99頁34NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-C

15、H-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO第34頁/共99頁35（二（二). 生物活性肽生物活性肽glutathione（GSH）谷胱甘肽）谷胱甘肽谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸作用：體內(nèi)重要的還原劑第35頁/共99頁36 多肽類激素、神經(jīng)肽 催產(chǎn)素（9肽） 加壓素（9肽） 促腎上腺皮質(zhì)激素（39肽） 腦啡肽（5肽） 強(qiáng)啡肽（17肽） -內(nèi)啡肽（31肽）第36頁/共99頁37四、蛋白質(zhì)分類 單純蛋白質(zhì)（只含氨基酸）： 白蛋白，球蛋白，組蛋白，精蛋白白蛋白，球蛋白，組蛋白，精蛋白 結(jié)合蛋白質(zhì)（除氨基

16、酸，還有輔基：糖、脂、磷酸、金屬離子等） 核蛋白，色蛋白，糖蛋白，脂蛋白，磷蛋白，金屬蛋白。核蛋白，色蛋白，糖蛋白，脂蛋白，磷蛋白，金屬蛋白。（一）按組分分類（二）按形狀或空間構(gòu)象分類 纖維狀蛋白質(zhì)（水溶性差，多為結(jié)構(gòu)蛋白） 球狀蛋白質(zhì)（易溶于水，多為功能蛋白）第37頁/共99頁38第三節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) 高級結(jié)構(gòu)或空間結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)第38頁/共99頁39一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) primary structure概念 ： 蛋白質(zhì)分子中氨基酸的組成和排列順序?；窘Y(jié)構(gòu)鍵：肽鍵 peptide bond ，有些還有二硫鍵 disulfide bridges人胰島素一級

17、結(jié)構(gòu)：A鏈（21aa)、B鏈（30aa)H2N-甘-異-纈-谷-谷胺-半-半-蘇-絲-異-半-絲-亮-酪-谷胺-亮-谷-天胺-酪-半-天胺-COOHH2N-苯-纈-天胺-谷胺-絲-亮-半- 甘 - 絲 - 組 - 亮 - 纈 - 谷 -丙 -亮-酪-亮-纈-半-甘-谷 -精-甘-苯-苯-酪-蘇-脯-賴-蘇-COOHSSABSSSS第39頁/共99頁40 二. 蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)Secondary Structure三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)Tertiary Structure四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)Quaternary Structure第40頁/共99頁41（一）（一） 、蛋白質(zhì)分子的二級結(jié)

18、構(gòu)、蛋白質(zhì)分子的二級結(jié)構(gòu) 指多肽鏈骨架原子的局部空間排列，指多肽鏈骨架原子的局部空間排列，不涉及側(cè)鏈構(gòu)象不涉及側(cè)鏈構(gòu)象穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵氫鍵 蛋白質(zhì)主鏈以肽鍵平面為基本單位，經(jīng)折疊或盤曲所形成的局部空間構(gòu)象，蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式： -螺旋 -折疊（ -片層） - 轉(zhuǎn)角 無規(guī)卷曲第41頁/共99頁42 肽鍵（CO-NH）具有雙鍵性質(zhì), 參與形成肽鍵的4個(gè)原子（C，O，N，H）和相鄰的兩個(gè) 碳原子位于同一平面，構(gòu)成一個(gè)肽單元。1 1、 肽鍵平面（也稱肽單元） peptide unit CN，半雙鍵性（，半雙鍵性（partial double-bond character），不能旋轉(zhuǎn)），不能旋

19、轉(zhuǎn)C C、 N C ，真正單鍵（，真正單鍵（pure single bond），可以旋轉(zhuǎn)），可以旋轉(zhuǎn)第42頁/共99頁43第43頁/共99頁442 2、 - -螺旋螺旋 （-Helix ） (Pauling, Corey,1951) 特點(diǎn) -螺旋與 -折疊是蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要 形式n右手螺旋：多肽鏈主鏈圍繞中心軸螺旋式上升右手螺旋：多肽鏈主鏈圍繞中心軸螺旋式上升n3.6個(gè)個(gè)AA/圈，螺距圈，螺距0.54nm；n氫鍵維系：鏈內(nèi)氫鍵（氫鍵維系：鏈內(nèi)氫鍵（AA1AA4），平行長），平行長軸；軸；n側(cè)鏈伸出，在螺旋外側(cè)側(cè)鏈伸出，在螺旋外側(cè)第44頁/共99頁4549第45頁/共99頁46 特點(diǎn)n 多肽

20、鏈充分伸展，肽平面折疊成鋸齒狀；多肽鏈充分伸展，肽平面折疊成鋸齒狀；n 氫鍵維系：氫鍵的方向垂直長軸；氫鍵維系：氫鍵的方向垂直長軸；n 側(cè)鏈伸出、位于側(cè)鏈伸出、位于“鋸齒鋸齒”狀結(jié)構(gòu)的上下方；狀結(jié)構(gòu)的上下方；n 由一條多肽鏈形成，也可由多條肽鏈順平行或反平行形成。由一條多肽鏈形成，也可由多條肽鏈順平行或反平行形成。3. -折疊（ -片層， -pleated sheets） (Pauling, 1951)第46頁/共99頁47第47頁/共99頁48第48頁/共99頁494、 -轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲 -轉(zhuǎn)角（ -bend or - turn )： 蛋白質(zhì)分子中，肽鏈進(jìn)行1800回折時(shí)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。無規(guī)卷曲

21、：指沒有確定性規(guī)律的肽鏈結(jié)構(gòu)。 -轉(zhuǎn)角分類：I型，中間肽單元的氧原子與側(cè)鏈R2、R3呈反式位置。II型，中間肽單元的氧原子與側(cè)鏈R2、R3呈順式位置第49頁/共99頁50第50頁/共99頁51（二）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 指一條多肽鏈中所有原子在三維空間的整體排布，稱為三級結(jié)構(gòu)，是包括主、側(cè)鏈在內(nèi)的空間排列。主要化學(xué)鍵：疏水鍵、離子鍵、氫鍵、范德華引力、二硫鍵 尤其是疏水鍵，在蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)中起著重要作用。第51頁/共99頁52特點(diǎn)：特點(diǎn)：n 空間長度縮短，呈球狀、棒狀、纖維狀空間長度縮短，呈球狀、棒狀、纖維狀n 三級結(jié)構(gòu)主要靠次級鍵（非共價(jià)鍵）維系固定：三級結(jié)構(gòu)主要靠次級鍵（非共價(jià)鍵）維系固定：疏

22、水鍵疏水鍵、離子鍵、氫鍵、離子鍵、氫鍵、范德華力；二硫鍵（共價(jià)鍵）也參與維系三級結(jié)構(gòu)范德華力；二硫鍵（共價(jià)鍵）也參與維系三級結(jié)構(gòu)n 疏水基團(tuán)在分子內(nèi)部，親水基團(tuán)在分子表面疏水基團(tuán)在分子內(nèi)部，親水基團(tuán)在分子表面n 功能區(qū)形成：三級結(jié)構(gòu)形成后，生物學(xué)活性必需基團(tuán)靠近，形成活性中功能區(qū)形成：三級結(jié)構(gòu)形成后，生物學(xué)活性必需基團(tuán)靠近，形成活性中心或部位心或部位。第52頁/共99頁53第53頁/共99頁54 肌紅蛋白（Mb）153aa, 單個(gè)肽鏈， 8個(gè)螺旋區(qū)第54頁/共99頁55（三）蛋白質(zhì)的四級結(jié)（三）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)構(gòu) 具有獨(dú)立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈單位，稱為具有獨(dú)立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈單位，稱為亞基亞基或或

23、亞單位亞單位，亞基可以相同，亦可以不同。亞基可以相同，亦可以不同。 次級鍵包括離子鍵、氫鍵等次級鍵包括離子鍵、氫鍵等 單獨(dú)亞基，多無生物學(xué)功能，具有完整四級結(jié)構(gòu)的蛋單獨(dú)亞基，多無生物學(xué)功能，具有完整四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，白質(zhì)， 才有生物學(xué)功能。才有生物學(xué)功能。二個(gè)或二個(gè)以上具有獨(dú)立的三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈，彼此借次級鍵相連，成為有一定立體排布和空間關(guān)系的結(jié)構(gòu)，稱為四級結(jié)構(gòu)第55頁/共99頁56 血紅蛋白（Hb）兩個(gè)鏈與兩個(gè)鏈組成的四聚體 鏈：鏈：141aa； 鏈：鏈：146aa; 每條鏈每條鏈各含一個(gè)血紅素輔基各含一個(gè)血紅素輔基鏈鏈鏈鏈第56頁/共99頁57第57頁/共99頁58小結(jié)小結(jié)高級結(jié)構(gòu)或空間構(gòu)

24、象四級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)氨基酸的理化性質(zhì)氨基酸的理化性質(zhì)第58頁/共99頁59氨基酸的理化性質(zhì)：氨基酸的理化性質(zhì)：等電點(diǎn)等電點(diǎn)紫外吸收紫外吸收等電點(diǎn)（isoelectric point, pI）：在某種pH環(huán)境中，氨基酸不解離或解離成陰、陽離子的程度及趨勢相等，靜電荷為0，此pH為該氨基酸的等電點(diǎn)。第59頁/共99頁60 一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸的組成和是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸的組成和 排列順序?；窘Y(jié)構(gòu)鍵：肽鍵，還有二硫鍵排列順序?；窘Y(jié)構(gòu)鍵：肽鍵，還有二硫鍵 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)： 多肽鏈骨架中原子的局部空間排列，不涉及側(cè)鏈構(gòu)象，主要有主要有-螺旋、螺旋

25、、-折疊、折疊、-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲。轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲。 穩(wěn)定結(jié)構(gòu)鍵：主要為氫鍵。穩(wěn)定結(jié)構(gòu)鍵：主要為氫鍵。 o 肽鍵：一個(gè)氨基酸的肽鍵：一個(gè)氨基酸的羧基羧基和另一個(gè)氨基酸的氨基脫水縮合形成的鍵，也稱酰胺和另一個(gè)氨基酸的氨基脫水縮合形成的鍵，也稱酰胺鍵。鍵。o 多肽鏈的方向性：多肽鏈的方向性：N C 兩端兩端: N末端，末端，C末端末端第60頁/共99頁61特點(diǎn)：右手螺旋：特點(diǎn)：右手螺旋：3.6個(gè)個(gè)AA/圈，螺距圈，螺距0.54nm； 氫鍵維系：鏈內(nèi)氫鍵（氫鍵維系：鏈內(nèi)氫鍵（AA1AA4），平行長軸；），平行長軸； 側(cè)鏈伸出，在螺旋外側(cè)側(cè)鏈伸出，在螺旋外側(cè)1. -螺旋螺旋 （-Helix ）672

26、. -片層（ -pleated sheets），也稱 -折疊特點(diǎn)n 多肽鏈充分伸展，肽平面折疊成鋸齒狀；多肽鏈充分伸展，肽平面折疊成鋸齒狀；n 氫鍵維系：氫鍵的方向垂直長軸；氫鍵維系：氫鍵的方向垂直長軸；n 側(cè)鏈伸出、位于片層側(cè)鏈伸出、位于片層“鋸齒鋸齒”的上下方；的上下方；n 由一條多肽鏈形成，也可由多條肽鏈順平行或反平行形成。由一條多肽鏈形成，也可由多條肽鏈順平行或反平行形成。第61頁/共99頁62 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)：一條多肽鏈中所有原子在三維空間的整體排布，稱為三級結(jié)構(gòu)，是包括主、側(cè)鏈在內(nèi)的空間排列。 三級結(jié)構(gòu)主要靠次級鍵三級結(jié)構(gòu)主要靠次級鍵（非共價(jià)鍵）維系，主要是（非共價(jià)鍵）維系，主要

27、是疏水鍵疏水鍵 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)：二個(gè)或二個(gè)以上具有獨(dú)立的三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈，彼此借次級鍵相連，成為有一定立體排布和空間關(guān)系的結(jié)構(gòu)，稱為四級結(jié)構(gòu)。亞基之間以非共價(jià)鍵聯(lián)系，包括疏水鍵（主要）、鹽鍵、氫鍵、范德華亞基之間以非共價(jià)鍵聯(lián)系，包括疏水鍵（主要）、鹽鍵、氫鍵、范德華力力68第62頁/共99頁63第四節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系各種蛋白質(zhì)均有其特定功能蛋白質(zhì)功能由其空間結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu)由一級結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)均與蛋白質(zhì)的功能有關(guān)第63頁/共99頁64一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 Primary structure and funct

28、ion（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)，決定功能。 RNase是由是由124aa殘基組成的單肽鏈，分子中殘基組成的單肽鏈，分子中 8 個(gè)個(gè)Cys的的-SH構(gòu)成構(gòu)成4對二對二硫鍵，形成具有一定空間構(gòu)象的蛋白質(zhì)硫鍵，形成具有一定空間構(gòu)象的蛋白質(zhì)第64頁/共99頁65 天然狀態(tài)，有催化活性 尿素、 -巰基乙醇 去除尿素、-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性第65頁/共99頁66（二）一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)功能的基礎(chǔ) 1、相似結(jié)構(gòu)表現(xiàn)相似的功能、不同結(jié)構(gòu)具有不同功能： 抗利尿激素 H2N半胱酪苯丙谷天冬半胱脯精甘 催產(chǎn)素 H2N半胱酪異亮谷天冬半胱脯亮甘催產(chǎn)素對子宮平滑肌和乳腺導(dǎo)管的收縮作用抗利尿激素 催產(chǎn)素對血管平

29、滑肌的收縮效應(yīng)和利尿作用抗利尿激素 （1） 第66頁/共99頁67 2. 蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的種屬差異與分子進(jìn)化 對于不同種屬來源的同種蛋白質(zhì)進(jìn)行一級結(jié)構(gòu)測定和比較，發(fā)現(xiàn)存在種屬差異，這種差異可能是分子進(jìn)化的結(jié)果，但與活性和蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的氨基酸殘基高度保守第67頁/共99頁68第68頁/共99頁69分子?。?由于遺傳物質(zhì)（DNA）的突變，導(dǎo)致其編碼的蛋白 質(zhì)分子的氨基酸序列異常，而引起其功能改變的遺 傳性疾病。鐮刀形紅細(xì)胞貧血：1944年首先被發(fā)現(xiàn)并被稱為分子病。正常的紅細(xì)胞正常的紅細(xì)胞異常的紅細(xì)胞異常的紅細(xì)胞3、一級結(jié)構(gòu)的改變與分子病第69頁/共99頁70 正常：N-Val-His-L

30、eu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys- （谷） 病人：N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys- （纈）Hb 鏈鐮刀型紅細(xì)胞貧血病因：第70頁/共99頁71二、蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)是其生物學(xué)活性的基礎(chǔ)，構(gòu)象發(fā)生改變，其功能活性也隨之改變。例1：核糖核酸酶RNase是由124aa殘基組成的單肽鏈，分子中 8 個(gè)Cys的-SH構(gòu)成4對二硫鍵，形成具有一定空間構(gòu)象的蛋白質(zhì)。第71頁/共99頁72 天然狀態(tài)，有催化活性 尿素、 -巰基乙醇 去除尿素、-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性第72頁/共99頁73第一個(gè)亞基結(jié)合O2后，亞基的構(gòu)象會發(fā)生改變，可促

31、進(jìn)其它亞基與O2的結(jié)合例2：血紅蛋白（2 2 ）結(jié)構(gòu): 2 、2 功能:攜 O2，血紅素為輔基，攜帶O2 ，亞基之間及內(nèi)部有8對離子鍵，形成親水的球狀蛋白。第73頁/共99頁74HbHb的的4 4個(gè)亞基與個(gè)亞基與4 4個(gè)個(gè)O O2 2結(jié)合結(jié)合的平衡常數(shù)不同，通常第的平衡常數(shù)不同，通常第一個(gè)亞基結(jié)合一個(gè)亞基結(jié)合O O2 2后，可促進(jìn)其它亞基與后，可促進(jìn)其它亞基與O O2 2的結(jié)合。的結(jié)合。協(xié)同效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)劑變構(gòu)蛋白O2HbHb與與O O2 2后后HbHb的構(gòu)象變化的構(gòu)象變化第74頁/共99頁75蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病 蛋白質(zhì)構(gòu)象病蛋白質(zhì)構(gòu)象?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其

32、一級結(jié)構(gòu)不：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生。發(fā)生。第75頁/共99頁76瘋牛病由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起。PrP 分子量：33-35kD 正常含多個(gè) -螺旋（PrPc），致病PrP全變成 -折疊（PrPsc），導(dǎo)致神經(jīng)退行性變。疾病與DNA和RNA無關(guān)。第76頁/共99頁77第五節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及分離純化一、兩性解離和等電點(diǎn)體內(nèi)多數(shù)蛋白質(zhì)pI為pH5.0，體液pH7.4, 陰離子？陽離子?等電點(diǎn)（pI）：在某一pH溶液中，蛋白質(zhì)

33、不解離或解離成 陰、陽離子的程度和趨勢相等，成為兼性離子（ 正、負(fù)電荷正好相等），凈電荷為零，此pH值 稱為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。PNH3+COOHPNH3+COO PNH2COO OH-H+OH-H+pH pI第77頁/共99頁78依此進(jìn)行蛋白質(zhì)的分離依此進(jìn)行蛋白質(zhì)的分離純化：純化：l 等電點(diǎn)沉淀法等電點(diǎn)沉淀法l 電泳法電泳法l 離子交換層析離子交換層析82第78頁/共99頁79二、蛋白質(zhì)的高分子性質(zhì) 高分子化合物，在水溶液中呈膠體狀態(tài)， 擴(kuò)散慢 易沉降 粘度大 不能透過半透膜第79頁/共99頁801、維持蛋白質(zhì)膠體溶液穩(wěn)定的2要素: 水化膜 表面電荷 蛋白質(zhì)表面的親水基團(tuán)與水分子形成水化膜，使

34、蛋白質(zhì)分子相互隔開，不易沉淀； 在一定的pH溶液中，蛋白質(zhì)分子表面帶有同種電荷，使 蛋白質(zhì)分子相互排斥，防止聚集。+第80頁/共99頁81+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜水化膜+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的沉淀第81頁/共99頁822. 蛋白質(zhì)的分離純化蛋白質(zhì)的分離純化(1)dialysis(透析透析)與與ultrafiltration(超濾法超濾法)(2)ultracentrifugation超速離心超速離心 dx/dt沉降系數(shù)沉降系數(shù)S = - x 1013 2x第82頁/共99頁83三、蛋白質(zhì)

35、的沉淀：precipitation1、鹽析法 高濃度的中性鹽可以沉淀水溶液中的蛋白質(zhì)。 硫酸銨、硫酸鈉、亞硫酸鈉、氯化鈉 原理：破壞水化膜、中和電荷蛋白質(zhì)的分離純化 不同種類的蛋白質(zhì)鹽析時(shí)所需鹽濃度不同 飽和硫酸銨： 清蛋白半飽和硫酸銨：球蛋白、纖維蛋白原飽和氯化鈉： 纖維蛋白原例：分離血漿蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)從溶液中溶液中析出的現(xiàn)象。第83頁/共99頁842、重金屬鹽沉淀 Ag+ 、Hg2+ 、Cu2+、 Pb2+ 原理：中和負(fù)電荷（pH pI） 應(yīng)用：給重金屬中毒病人口服大量乳品或雞蛋清3、生物堿試劑與某些酸沉淀：苦味酸、鎢酸、鞣酸、三氯乙酸 、硝酸 應(yīng)用：臨床制備無蛋白血濾液4、有機(jī)溶劑沉淀 乙

36、醇、甲醇、丙酮 原理：破壞水化膜PCOO-NH+3OH-NHCOOP2-M+2COONHPMPNHCOOH3-3PCOONH+ H3+NH-COOPH+X+X-第84頁/共99頁85四、蛋白質(zhì)的變性 Denaturation 在某些理化因素的作用下，蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)改變，但一級結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變。天然蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變性蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)變性實(shí)質(zhì)：次級鍵斷裂 肽鍵不變第85頁/共99頁86變性因素：變性因素：1）物理因素：高溫、高壓、射線等）物理因素：高溫、高壓、射線等2）化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽等）化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽等 變性后的表現(xiàn)：變性后的表現(xiàn)：1

37、）理化性質(zhì)改變）理化性質(zhì)改變2）生物學(xué)活性喪失）生物學(xué)活性喪失變性的實(shí)際意義：變性的實(shí)際意義： 防止變性防止變性-低溫保存疫苗、酶等蛋白質(zhì)制品低溫保存疫苗、酶等蛋白質(zhì)制品 利用變性利用變性-消毒、滅菌、消毒、滅菌、血濾液制備第86頁/共99頁87五、蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng) 茚三酮反應(yīng) 蛋白質(zhì)溶液在pH57之間，與茚三酮溶液作用呈 藍(lán)紫色。 蛋白質(zhì)肽鍵OH-CuSO4紫紅色混合物肽鍵類似于雙縮脲結(jié)構(gòu)H2N-C-N-C-NH2OOH 雙縮脲反應(yīng) 酚試劑反應(yīng) 堿性條件下，蛋白質(zhì)分子中的酪氨酸、色氨酸可 與酚試劑反應(yīng)生成藍(lán)色化合物。常用于蛋白質(zhì)的定性與定量分析第87頁/共99頁88六、蛋白質(zhì)的紫外吸收特征蛋白質(zhì)溶液能吸收一定波長的紫外線原因：芳香族氨基酸，色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸在280nm280nm波