護(hù)理生物化學(xué)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

1、第二章第二章 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)是一切生物體的重要組成成分蛋白質(zhì)是一切生物體的重要組成成分從高等動(dòng)植物到低等微生物從高等動(dòng)植物到低等微生物從最復(fù)雜的人類到最簡單的病毒從最復(fù)雜的人類到最簡單的病毒例：蛋白質(zhì)在生物體中占干重為例：蛋白質(zhì)在生物體中占干重為 人體：人體：45% 橫紋?。簷M紋肌：80% 心臟：心臟：60% 細(xì)菌：細(xì)菌：5080% 酵母：酵母：46.6% 病毒：病毒： 小麥：約小麥：約9% 大豆：約大豆：約36% 花生：花生：26%1、催化作用幾乎所有的酶都是蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)功能的多樣性膜蛋白2、生物體的結(jié)構(gòu)成分3、運(yùn)輸和儲存血紅蛋白在血中輸送氧肌紅蛋白在肌肉中輸送氧

2、膜蛋白起運(yùn)輸作用4、運(yùn)動(dòng)作用： 動(dòng)物的肌肉收縮、細(xì)菌的鞭毛運(yùn)動(dòng)5、免疫保護(hù)作用抗體第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子組成一、蛋白質(zhì)的元素組成： C、H、O、N 及少量的 S 特點(diǎn)：N 在各種蛋白質(zhì)中的平均含量為16%，即1克氮相當(dāng)于含6.25克蛋白質(zhì) 用定氮法可測定蛋白質(zhì)含量： 蛋白質(zhì)含量(g) = 蛋白質(zhì)含氮量（g）6.25例題：測得某一蛋白質(zhì)樣品的氮含量為040g，此樣品約含蛋白質(zhì)多少？ 答：0.46.25=2.5(g)二、氨基酸 (amino acid) 的結(jié)構(gòu)通式( (一）氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一）氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 除脯氨酸（亞氨基酸）外，其他除脯氨酸（亞氨基酸）外，其他1919種均

3、具有種均具有如下結(jié)構(gòu)通式：如下結(jié)構(gòu)通式：CCOOHHRNH2 有機(jī)物中和官能團(tuán)直接相連的碳原子叫做-碳原子。 例如，丁酸（CH3-CH2-CH2-COOH）中，第三個(gè)碳原子和羧基直接相連，稱為碳原子，第二個(gè)碳原子是碳原子，以此類推 L-丙氨酸D-丙氨酸 蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的氨基酸都是L-型的。（二 ）.氨基酸的分類根據(jù)氨基酸側(cè)鏈(-R)的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)分類1.非極性脂肪族氨基酸;2.極性中性氨基酸;3.芳香族氨基酸;4.酸性氨基酸;5.堿性側(cè)鏈氨基酸例：芳香族氨基酸苯丙氨酸 （Phe,F）酪氨酸 （Tyr,Y）色氨酸 （Trp,W）（三）、氨基酸的重要理化性質(zhì)1、物理性質(zhì)2、兩性電離性質(zhì)pH = p

4、I 凈電荷=0 pH pI凈電荷為負(fù)CHRCOONH2CHRCOOHNH3+CHRCOONH3+ + H+（酸性）+ OH- + H+ OH-（堿性） 在一定pH條件下, 氨基酸分子中所帶的正電荷數(shù)和負(fù)電荷數(shù)相等, 即凈電荷為零, 在電場中既不向陽極也不向陰極移動(dòng), 此時(shí)溶液的pH值稱為該種氨基酸的等電點(diǎn)(isoelectric point，pI )。 氨基酸的等電點(diǎn)是它呈現(xiàn)電中性時(shí)所處環(huán)境的pH值.2、紫外吸收特性 A280nm 3、茚三酮反應(yīng)：可做氨基酸的定性、定量測定。一、多肽的結(jié)構(gòu)（一）肽鍵由一個(gè)氨基酸的-氨基與另一個(gè)氨酸的-羧基脫水縮合生成的化學(xué)鍵。（二）肽肽 ：氨基酸通過肽鍵相連接

5、而形成的化合物(有二肽、三肽、寡肽和多肽等)。寡肽：一般10肽以下多肽：一般10肽以上多肽鏈：由肽鍵連接各氨基酸殘基形成的長鏈骨架結(jié)構(gòu)。氨基酸殘基：多肽鏈中的氨基酸，由于參與肽鍵的形成，已非原來完整的分子，稱為。 多肽鏈有兩端： N末端（氨基末端）、C末端（羧基末端）生物活性肽 類別：激素、抗菌素、輔助因子 實(shí)例：谷胱甘肽 催產(chǎn)素降鈣素 腦啡肽谷胱甘肽 谷胱甘肽在體內(nèi)參與氧化還原過程，作為某些氧化還原酶的輔因子，或保護(hù)巰基酶，或防止過氧化物積累。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)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 高級結(jié)構(gòu)高級結(jié)

6、構(gòu) 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) （空間構(gòu)象）（空間構(gòu)象） 由一條肽鏈形成的蛋白質(zhì)只有一、二、三級結(jié)構(gòu)，由一條肽鏈形成的蛋白質(zhì)只有一、二、三級結(jié)構(gòu)， 由二條或二條以上多肽鏈形成的蛋白質(zhì)才可能有由二條或二條以上多肽鏈形成的蛋白質(zhì)才可能有四級結(jié)構(gòu)。四級結(jié)構(gòu)。二、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)1、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序。2、蛋白質(zhì)中氨基酸排列順序由遺傳物質(zhì)決定。3、維持蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵是肽鍵，有時(shí)還含有二硫鍵。三、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（一）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)1、 概念：蛋白質(zhì)分子中各段多肽鏈主鏈原子的空間分布狀態(tài)，亦即主鏈的空間構(gòu)象，不涉及氨基酸殘基的側(cè)鏈構(gòu)象。主鏈與側(cè)鏈主鏈與側(cè)

7、鏈 由肽鍵和由肽鍵和-碳原子構(gòu)成的多肽鏈骨架稱為主鏈，伸展在碳原子構(gòu)成的多肽鏈骨架稱為主鏈，伸展在外的外的R R基團(tuán)稱為側(cè)鏈?；鶊F(tuán)稱為側(cè)鏈。2、 主要形式： -螺旋,-折疊，-轉(zhuǎn)角，無規(guī)則卷曲。3、 主要維系鍵：氫鍵-螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：右手螺旋：3.6 個(gè)氨基酸/圈，螺距0.54nm 。氫鍵維持穩(wěn)定。側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)。側(cè)鏈基團(tuán)影響螺旋的形成和穩(wěn)定。 (帶同種電荷，側(cè)鏈大的R基或Pro存在均妨礙-螺旋形成)-折疊-折疊片中，相鄰多肽鏈平行或反平行（較穩(wěn)定）。NNCNNCCC平行反平行 -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角核糖核酸酶分子中的二級結(jié)構(gòu)核糖核酸酶分子中的二級結(jié)構(gòu)-螺旋螺旋-折疊折疊-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲（二）蛋

8、白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)(tertiary structure)1. 概念:每一條多肽鏈上的所有原子的空間排布，是在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，由側(cè)鏈基團(tuán)相互作用，進(jìn)一步折疊盤繞而成的。2. 維系鍵:疏水鍵、離子鍵、氫鍵、Vander Waals力等次級鍵。疏水鍵：疏水鍵： 非極性物質(zhì)在含水的極性環(huán)境中存在時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種相互聚集的力，這種力稱為疏水鍵或疏水作用力。 (三）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)1. 概念:蛋白質(zhì)分子中各個(gè)亞基的空間排布。蛋白質(zhì)分子中每條具獨(dú)立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈稱為亞基。2. 維系鍵:疏水鍵、氫鍵、離子鍵等。（一）、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 一級結(jié)構(gòu) 空間構(gòu)象 功能1.一級結(jié)構(gòu)中“關(guān)鍵”部分相同,其蛋白質(zhì)

9、功能相同。 如：不同動(dòng)物來源的胰島素 一級結(jié)構(gòu)中“關(guān)鍵”部分變化,其蛋白質(zhì)功能也改變。 如：鐮刀狀紅細(xì)胞性貧血另：非“關(guān)鍵”部位改變，不會(huì)影響蛋白質(zhì)功能。四、蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)變化與疾病的產(chǎn)生-分子病鐮刀狀紅細(xì)胞性貧血 血紅蛋白： 第六位的谷氨酸被纈氨酸取代（二）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系若蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)不變，僅特定的構(gòu)象發(fā)生改變,其生物學(xué)活性也隨之改變。如：核糖核酸酶（一）按分子組成分類： 單純蛋白質(zhì)：完全由氨基酸構(gòu)成 結(jié)合蛋白質(zhì)：單純蛋白質(zhì)+非蛋白質(zhì)部分（輔基）（二）按分子形狀分類： 球狀蛋白質(zhì)：長短軸之比10（三）按功能分類 活性蛋白質(zhì)：在生命活動(dòng)中起重要作用 非活

10、性蛋白質(zhì)：起支持和保護(hù)作用五、蛋白質(zhì)的分類第三節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)一、一、蛋白質(zhì)的兩性解離與等電點(diǎn)蛋白質(zhì)的兩性解離與等電點(diǎn)蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的側(cè)鏈上存在游離的氨基和羧基，因此蛋白質(zhì)與氨基酸一樣具有兩性解離性質(zhì)，具有特定的等電點(diǎn)等電點(diǎn)（pI）。溶液pHpI時(shí)，蛋白質(zhì)所帶正負(fù)電荷相等； pHpI時(shí)，蛋白質(zhì)帶凈負(fù)電荷； pHpI時(shí)，蛋白質(zhì)帶凈正電荷。& 等電點(diǎn)時(shí)特點(diǎn)等電點(diǎn)時(shí)特點(diǎn)：（1）凈電荷為零（2）多數(shù)蛋白質(zhì)在水中等電點(diǎn)偏酸 體內(nèi)大多數(shù)蛋白質(zhì)的PI接近于5（4）導(dǎo)電性、溶解度、黏度及滲透壓都最小。電泳：帶電粒子在電場中向電性相反的方向移動(dòng) 帶電粒子的移動(dòng)速度與凈電荷量、分子大小、分子形

11、狀等有關(guān)二、蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)二、蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)1、蛋白質(zhì)溶液中形成的顆粒直徑在、蛋白質(zhì)溶液中形成的顆粒直徑在1-100nm，屬于膠體范圍。，屬于膠體范圍。2、蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素、蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:蛋白質(zhì)顆粒表的蛋白質(zhì)顆粒表的水化膜水化膜 蛋白質(zhì)顆粒表面帶蛋白質(zhì)顆粒表面帶同種電荷同種電荷去除這兩個(gè)穩(wěn)定因素去除這兩個(gè)穩(wěn)定因素,蛋白質(zhì)極易沉淀。如：鹽析蛋白質(zhì)極易沉淀。如：鹽析3、蛋白質(zhì)不能透過半透膜，可用透析法純化蛋白。、蛋白質(zhì)不能透過半透膜，可用透析法純化蛋白。鹽析：將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，使鹽析：將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)表面電荷被中和以及水化膜被破

12、壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉蛋白質(zhì)表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀。淀。透析：利用半透膜把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開的透析：利用半透膜把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開的方法。方法。三、蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固（一）蛋白質(zhì)的變性1、概念：在某些理化因素的作用下，蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)被破壞，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物學(xué)功能喪失。2、引起變性的因素： 物理因素：加熱、高壓、紫外線、超聲波、劇烈震蕩等 化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子、尿素、乙醇、丙酮等3、變性的本質(zhì)：蛋白質(zhì)分子空間構(gòu)象的改變或破壞（二硫鍵和非共價(jià)鍵破壞），不涉及一級結(jié)構(gòu)改變或肽鍵的斷裂。4.變性后的蛋白質(zhì)：溶解度降低，粘度增加，結(jié)

13、晶能力消失，易被蛋白酶水解。5.變性作用的應(yīng)用舉例：變性因素應(yīng)用于消毒及滅菌制備、保存蛋白質(zhì)制劑需防止變性。6.復(fù)性：去除變性因素后，有些變性程度較輕的蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能。許多蛋白質(zhì)的變性為不可逆變性。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，而沉淀的蛋白質(zhì)不一定發(fā)生變性。核糖核酸酶變性與復(fù)性作用核糖核酸酶變性與復(fù)性作用三級結(jié)構(gòu)（有活性）一級結(jié)構(gòu)（變性失活）三級結(jié)構(gòu)（有活性）變性復(fù)性（二）蛋白質(zhì)的沉淀與凝固作用（二）蛋白質(zhì)的沉淀與凝固作用1 1、蛋白質(zhì)分子相互聚集從溶液中析出的現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)沉淀2、常用的沉淀方法（1）鹽析法（2）有機(jī)溶劑沉淀：乙醇、甲醇、丙酮等（3）重金屬鹽沉淀：Hg2+

14、， Ag+， Cu2+（4）生物堿試劑沉淀3、蛋白質(zhì)的凝固作用、蛋白質(zhì)的凝固作用 天然蛋白質(zhì)變性后，變性蛋白質(zhì)分子互相凝集或相互穿插纏繞在一起的現(xiàn)象成為蛋白質(zhì)的凝固。凝固作用分兩個(gè)階段：凝固作用分兩個(gè)階段：F 首先是變性；首先是變性；F 其次失去規(guī)律性的肽鏈聚集纏繞在一起而凝固或結(jié)絮其次失去規(guī)律性的肽鏈聚集纏繞在一起而凝固或結(jié)絮;四、 蛋白質(zhì)的紫外線吸收性質(zhì) A280nm五、蛋白質(zhì)顏色反應(yīng)（可做定性或定量測定）（一）雙縮脲反應(yīng) 氨基酸無此反應(yīng)（二）茚三酮反應(yīng)（三）福林試劑反應(yīng) 靈敏度高蛋白質(zhì)是一切生物體的重要組成成分蛋白質(zhì)是一切生物體的重要組成成分從高等動(dòng)植物到低等微生物從高等動(dòng)植物到低等微生

15、物從最復(fù)雜的人類到最簡單的病毒從最復(fù)雜的人類到最簡單的病毒例：蛋白質(zhì)在生物體中占干重為例：蛋白質(zhì)在生物體中占干重為 人體：人體：45% 橫紋?。簷M紋肌：80% 心臟：心臟：60% 細(xì)菌：細(xì)菌：5080% 酵母：酵母：46.6% 病毒：病毒： 小麥：約小麥：約9% 大豆：約大豆：約36% 花生：花生：26%3、運(yùn)輸和儲存血紅蛋白在血中輸送氧肌紅蛋白在肌肉中輸送氧膜蛋白起運(yùn)輸作用例題：測得某一蛋白質(zhì)樣品的氮含量為040g，此樣品約含蛋白質(zhì)多少？ 答：0.46.25=2.5(g)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)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 高級結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) （空間構(gòu)象）（空間構(gòu)象） 由一條肽鏈形成的蛋白質(zhì)只有一、二、三級結(jié)構(gòu)，由一條肽鏈形成的蛋白質(zhì)只有一、二、三級結(jié)構(gòu)， 由二條或二條以上多肽鏈形成的蛋白質(zhì)才可能有由二條或二條以上多肽鏈形成的蛋白質(zhì)才可能有四級結(jié)構(gòu)。四級結(jié)構(gòu)。三、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（一）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)1、 概念：蛋白質(zhì)分子中各段多肽鏈主鏈原子的空間分布狀態(tài)，亦即主鏈的空間構(gòu)象，不涉及氨基酸殘基的側(cè)鏈構(gòu)象。主鏈與側(cè)鏈主鏈與側(cè)鏈 由肽鍵和由肽鍵和-碳原子構(gòu)成的多肽鏈骨架稱為主鏈，伸展在碳原子構(gòu)成的