同濟機械原理protein學習教案

1、同濟同濟(tn j) 機械原理機械原理 protein第一頁，共63頁。自然界所有的生命物體都由三類物質組成水、無機離子和生物分子第1頁/共63頁第二頁，共63頁。第2頁/共63頁第三頁，共63頁。生素、氧生素、氧第3頁/共63頁第四頁，共63頁。（2）順序排列。）順序排列。（3）結構復雜：線性信息，）結構復雜：線性信息，三維信息三維信息第4頁/共63頁第五頁，共63頁。?蛋白質蛋白質(protein)是由許多氨基酸(amino acids)通過肽鍵(peptide bond)相連(xin lin)形成的高分子含氮化合物。第5頁/共63頁第六頁，共63頁。第6頁/共63頁第七頁，共63頁。元素

2、(yun s)組成(干重計)元素 含量（%） 平均含量（%） C505552H6.97.77O212423N15.017.616S0.32.32P0.40.90.6有些蛋白質含有(hn yu)少量P或金屬元素Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo，個別蛋白質還含有(hn yu) I各種蛋白質的含氮量很接近，平均含氮量為16%第7頁/共63頁第八頁，共63頁。生物樣品中，每克氮大約表示該樣品中含100/16=6.25g蛋白質蛋白質含量（質量(zhling)分數(shù)%）樣品含氮質量(zhling)(g) 6.25凱式定氮法(容量法)負三價態(tài)含氮有機物硫酸加熱消解硫酸(li sun)氫銨堿蒸餾氨，以硼酸(p

3、n sun)吸收甲基紅-亞甲藍標準硫酸滴定樣品含氮量第8頁/共63頁第九頁，共63頁。NNNH2NNH2NH2第9頁/共63頁第十頁，共63頁。NNNH2NNH2NH2毒性： 目前三聚氰胺被認為毒性輕微，大鼠口服的半數(shù)致死量大于3克/公斤體重。據(jù)1945年的一個實驗報道(bodo)：將大劑量的三聚氰胺飼喂給大鼠、兔和狗后沒有觀察到明顯的中毒現(xiàn)象。動物長期攝入三聚氰胺會造成生殖、泌尿系統(tǒng)的損害，膀胱、腎部結石，并可進一步誘發(fā)膀胱癌。然而，2007年美國寵物食品污染事件的初步調(diào)查結果認為：摻雜了6.6%三聚氰胺的小麥蛋白粉是寵物食品導致中毒的原因，為上述毒性輕微的結論畫上了問號。但為安全計，一般采

4、用三聚氰胺制造的食具都會標明“不可放進微波爐使用”。第10頁/共63頁第十一頁，共63頁。存在(cnzi)自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質的氨基酸僅有20種，且均屬 L-氨基酸（甘氨酸除外）。CH3丙氨酸（Alanine,Ala,A）H甘氨酸（Glycine,Gly,G）第11頁/共63頁第十二頁，共63頁。1.非極性疏水性氨基酸2.極性中性氨基酸3.酸性(sun xn)氨基酸4.堿性氨基酸第12頁/共63頁第十三頁，共63頁。1.非極性疏水性(shuxng)氨基酸HCHNH3COOH3CCHNH3COOCHCHNH3COOH3CH3CCH2CHNH3COOCHH3CH3CCHC

5、HNH3COOCH2H3CH3CGlycine(Gly)Isoleucine (Ile)Leucine (Leu)Valine (Val)Alanine (Ala)甘甘氨氨酸酸丙丙氨氨酸酸纈纈氨氨酸酸亮亮氨氨酸酸異異亮亮氨氨酸酸CH2CHNH3COO苯苯丙丙氨氨酸酸Phenylalanine (Phe)CHCOOH2NH2CCH2CH2脯脯氨氨酸酸Proline (Pro)第13頁/共63頁第十四頁，共63頁。2. 極性中性(zhngxng)氨基酸Tryptophan (Try)Methionine (Met)Cysteine (Cys)Serine (Ser)色色氨氨酸酸絲絲氨氨酸酸酪酪氨氨

6、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)NHCHCCH2CHNH3COOHOCH2CHNH3COOHSCH2CHNH3COOTyrosine (Tyr)HOCH2CHNH3COOCH3SCH2CH2CHNH3COOCCHCHNH3COOH3CCH2CHNH3COOH2NOCH2CH2NOHO 蘇蘇氨氨酸酸Threonine (Thr)第14頁/共63頁第十五頁，共63頁。3. 酸性(sun xn)氨基酸4. 堿性(jin xn)氨基酸Aspartic acid (Asp)Glutamic

7、 acid (Glu)天天冬冬氨氨酸酸谷谷氨氨酸酸CH2CHNH3COOCH2CHNH3COOOOCOOC CH2Lysine (Lys)精精氨氨酸酸賴賴氨氨酸酸Arginine (Arg) 組組氨氨酸酸CH2CHNH3COOCH2CHNH3COONH2CH2CH2CH2CH2CHNH3COONH2CNHCH2CH2NHHCNCHNHCHistidine (His)第15頁/共63頁第十六頁，共63頁。第16頁/共63頁第十七頁，共63頁。第17頁/共63頁第十八頁，共63頁。修飾氨基酸：蛋白質合成后通過修飾加工生成的氨基酸。沒有(mi yu)相應的編碼。如：胱氨酸、羥脯氨酸（Hyp）、羥賴氨

8、酸（Hyl）。非生蛋白氨基酸：蛋白質中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鳥氨酸、同型半胱氨酸，是代謝途徑中產(chǎn)生的。 第18頁/共63頁第十九頁，共63頁。n蛋白質基本結構單位(dnwi)：L氨基酸n 氨基酸：脯氨酸（亞氨基酸）除外n L氨基酸：甘氨酸（無不對稱C）除外n 氨基酸結構通式：RCH(NH2)COOHn 常見氨基酸種類：20種。小結(xioji)第19頁/共63頁第二十頁，共63頁。1. 兩性(lingxng)解離及等電點2. 紫外吸收(xshu) 3. 茚三酮反應(fnyng) 第20頁/共63頁第二十一頁，共63頁。第21頁/共63頁第二十二頁，共63頁。等電點（isoelectric

9、 point, pI）：在某一pH環(huán)境中，氨基酸解離成陽性(yngxng)離子及陰性離子的趨勢相等，所帶凈電荷為零，在電場中不泳動。此時，氨基酸所處環(huán)境的pH值稱為該種氨基酸的等電點(pI)。第22頁/共63頁第二十三頁，共63頁。n等電點計算n側鏈為非極性基團或雖為極性基團但不解(b ji)離的氨基酸：pI=(pK1+pK2) n酸性氨基酸(Glu、Asp)及Cys：pI=(pK1+pKR)n堿性氨基酸(賴、精、組)：pI=(pK2+pKR)n帶電狀態(tài)判定(pndng)n pI-pH0 .帶正電n pI-pH0 .不帶電第23頁/共63頁第二十四頁，共63頁。nTrp、Tyr和Phe在280

10、nm波長附近(fjn)具有最大吸收峰，其中Trp的最大吸收最接近280nm第24頁/共63頁第二十五頁，共63頁。茚三酮反應(fnyng)n其他反應(fnyng)：熒光胺反應(fnyng)、側鏈特異基團反應(fnyng)第25頁/共63頁第二十六頁，共63頁。第26頁/共63頁第二十七頁，共63頁。第27頁/共63頁第二十八頁，共63頁。其他生物學功能：營養(yǎng)蛋白(dnbi)，結構，毒蛋白(dnbi)第28頁/共63頁第二十九頁，共63頁。第29頁/共63頁第三十頁，共63頁。* 肽鍵(peptide bond)：是由一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合(suh)而形成的化學鍵。（一

11、）肽(peptide)H2N C CHR1OHO+N CHHHR2COOHH2OH2N CCHR1ONCHR2COOHH肽鍵第30頁/共63頁第三十一頁，共63頁。多肽(du ti)鏈(polypeptide chain)二肽，三肽寡肽(oligopeptide)，多肽(du ti)(polypeptide)氨基酸殘基(residue)氨基末端（amino terminal）和羧基末端（carboxyl terminal）主鏈和側鏈第31頁/共63頁第三十二頁，共63頁。第32頁/共63頁第三十三頁，共63頁。第33頁/共63頁第三十四頁，共63頁。結構(jigu):谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組

12、成(z chn)的三肽谷氨酸的-羧基(su j)形成肽鍵活性基團酸性肽第34頁/共63頁第三十五頁，共63頁。第35頁/共63頁第三十六頁，共63頁。第36頁/共63頁第三十七頁，共63頁。一級結構(jigu) (primary structure)二級結構(jigu) (secondary structure)三級結構(jigu) (tertiary structure)四級結構(jigu) (quaternary structure)高級結構第37頁/共63頁第三十八頁，共63頁。定義：蛋白質的一級結構(jigu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。主要(zhyo)化學鍵：肽鍵二硫鍵的位置屬于一級

13、結構研究范疇。 第38頁/共63頁第三十九頁，共63頁。一級結構是指蛋白質的多肽鏈中氨基酸的排列順序；主要靠肽鍵(ti jin)維系。二四級結構稱為蛋白質的空間結構，或空間構象；主要靠次級鍵維系，尤其是疏水鍵。n一級結構體現(xiàn)生物信息：20n .多樣n一級結構是空間結構及生物活性的基礎.特異n一級結構的連接(linji)鍵：肽鍵（主要）、二硫鍵第39頁/共63頁第四十頁，共63頁。一級結構是蛋白質空間構象(u xin)和特異生物學功能的基礎。胰島素的一級結構(jigu)3021第40頁/共63頁第四十一頁，共63頁。第41頁/共63頁第四十二頁，共63頁。蛋白質的二級結構是指多肽鏈骨架中原子(y

14、unz)的局部空間排列，也就是該肽段主鏈骨架原子(yunz)的相對空間位置，不涉及側鏈的構象定義(dngy)：穩(wěn)定因素(yn s)： 氫鍵 第42頁/共63頁第四十三頁，共63頁。 -螺旋 ( -helix ) -折疊 ( -pleated sheet ) -轉角(zhunjio) ( -turn ) 無規(guī)卷曲 ( random coil ) 第43頁/共63頁第四十四頁，共63頁。n右手螺旋(luxun)：3.6個AA/圈，螺距0.54nmn氫鍵維系：鏈內(nèi)氫鍵（AA1AA4），平行長軸；n側鏈伸出螺旋(luxun)(-helix)第44頁/共63頁第四十五頁，共63頁。第45頁/共63頁第四

15、十六頁，共63頁。多肽鏈充分伸展(shnzhn)，相鄰肽單元之間折疊成鋸齒狀結構，側鏈位于鋸齒結構的上下方。 兩段以上的 -折疊結構平行排列 ，兩鏈間可順向平行，也可反向平行 。兩鏈間的肽鍵之間形成氫鍵，以穩(wěn)固 -折疊結構。氫鍵與螺旋長軸垂直。 第46頁/共63頁第四十七頁，共63頁。第47頁/共63頁第四十八頁，共63頁。第48頁/共63頁第四十九頁，共63頁。 肽鏈內(nèi)形成(xngchng)180回折。含4個氨基酸殘基，第一個氨基酸殘基與第四個形成(xngchng)氫鍵。 第二個氨基酸殘基常為Pro。第49頁/共63頁第五十頁，共63頁。第50頁/共63頁第五十一頁，共63頁。無規(guī)卷曲：沒有

16、(mi yu)確定規(guī)律性的肽鏈結構。 第51頁/共63頁第五十二頁，共63頁。影響二級結構形成(xngchng)的因素影響-螺旋形成(xngchng)的因素：氨基酸側鏈所帶電荷 、大小及形狀 -折疊(zhdi)形成條件：要求氨基酸側鏈較小第52頁/共63頁第五十三頁，共63頁。疏水鍵、離子鍵、氫鍵(qn jin)和 Van der Waals力等。 穩(wěn)定(wndng)因素：整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，即一條多肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置，包括主鏈和側鏈。定義 第53頁/共63頁第五十四頁，共63頁。 肌紅蛋白 (Mb) N 端 C端第54頁/共63頁第五十五頁，共63頁。第5

17、5頁/共63頁第五十六頁，共63頁。三級結構(jigu)三級結構的形成使得在序列中相隔較遠的氨基酸側鏈相互(xingh)靠近。 n長度縮短(sudun)：球形、橢球形、桿狀，等n多數(shù)同時含有-螺旋和-折疊n氨基酸位置由側鏈極性決定：非極性（內(nèi)）、極性（表面，少數(shù)內(nèi)部）、帶電（表面）n次級鍵維系：疏水鍵、鹽鍵、氫鍵、范德華力、二硫鍵n功能區(qū)：表面或特定部位第56頁/共63頁第五十七頁，共63頁。第57頁/共63頁第五十八頁，共63頁。亞基之間的結合力主要(zhyo)是氫鍵和離子鍵。蛋白質分子中各亞基的空間排布及亞基接觸(jich)部位的布局和相互作用，稱為蛋白質的四級結構。每條具有完整(wnzhng)三級結構的多肽鏈，稱為亞基 (subunit)。第58頁/共63頁第五十九頁，共63頁。血紅蛋白(xuhng dnbi)（Hb）的四級結構第59頁/共63頁第六十頁，共63頁。第60頁/共63頁第六十一頁，共63頁。分子(fnz)伴侶 (chaperon)通過提供一個保護環(huán)境從而加速(ji s)蛋白質折疊成天