藥學(xué)第4章 蛋白質(zhì)的化學(xué)課件

1、 第 四 章 蛋白質(zhì)的化學(xué)Protein Chemistry 蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(amino acids)通過(guò)肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子含氮化合物。Whats Protein?第 一 節(jié) 蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分 分布廣:所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。 含量高:蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分子，占人體干重的45，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)80。1）作為生物催化劑（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用3）免疫保護(hù)作用4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)5）運(yùn)動(dòng)與支持作用6）參與細(xì)胞間信息傳遞二、蛋白質(zhì)具有多樣性的生物學(xué)

2、功能掌握1/16%100克樣品中蛋白質(zhì)的含量 ( g % )= 每克樣品含氮克數(shù) 6.25100N一、蛋白質(zhì)的元素組成：一、掌握二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位氨基酸掌握 非極性疏水性氨基酸 極性中性氨基酸 酸性氨基酸 堿性氨基酸 按理化性質(zhì)分為四類：（二）氨基酸的分類：含環(huán)氨基酸：Tyr、Trp、Phe、His、Pro（一）（二） 等電點(diǎn)(isoelectric point, pI) 在某一pH溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電中性，此時(shí)溶液的pH稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離子 陽(yáng)離子陰離子氨基酸茚三酮水

3、合物 藍(lán)紫色化合物其最大吸收峰在570nm處。意義：作為氨基酸的定量分析方法。與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物第 三 節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)The Molecular Structure of Protein一級(jí)結(jié)構(gòu)(primary structure)：基本結(jié)構(gòu)構(gòu)象二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondary structure)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiary structure)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternary structure)高級(jí)結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)最基本、最重要的分子結(jié)構(gòu)形式。一級(jí)結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)、分子形狀及功能。多肽鏈中氨基酸的排列順序。定義掌握（一）肽鍵和肽鏈、肽鍵+-HOH甘氨酰甘氨

4、酸肽鍵肽鍵(peptide bond)概念： 是由一個(gè)氨基酸的-羧基與另一個(gè)氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的酰胺鍵。重點(diǎn)主要的化學(xué)鍵肽鍵 （共價(jià)鍵 主鍵）有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵相關(guān)概念掌握 * 肽是由氨基酸通過(guò)肽鍵縮合而形成的化合物。* 兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽* 肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。* 由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。* 多肽鏈?zhǔn)侵冈S多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。氨基酸的兩端：氨基末端 ( N-端) 羧基末端

5、 ( C-端)主鏈 (C-N-C C-N-C ) 側(cè)鏈 R蛋白質(zhì)與多肽：氨基酸殘基 數(shù)目分子量50 蛋白質(zhì)50 多肽 10000 多肽10000 蛋白質(zhì)（二）生物活性肽維持紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定：消除氧化劑對(duì)紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞作用。參與氧化還原反應(yīng)：作為重要的還原劑，參與體內(nèi)多種氧化還原反應(yīng)；保護(hù)巰基酶的活性：使巰基酶的活性基團(tuán)-SH維持還原狀態(tài)；谷胱甘肽的生理功用：構(gòu)象空間結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的構(gòu)象蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象Robert Corey(1897-1971)1.參與組成肽鍵的6個(gè)原子C1、C、O、N、H、C2基本位于同一平面，此平面稱為肽單元（肽鍵平面、酰胺平面）

6、 。掌握肽鍵平面示意圖主要形式：-螺旋，-折疊，-轉(zhuǎn)角及無(wú)規(guī)卷曲2.鏈內(nèi)氫鍵 舉例： 羊毛、頭發(fā)、皮膚以及指甲中的-角蛋白是一個(gè)幾乎都是由-螺旋組成的纖維蛋白。 -角蛋白的基本結(jié)構(gòu)單位是由4個(gè)右手-螺旋組成的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)： 無(wú)規(guī)卷曲： 沒(méi)有確定規(guī)律性的肽鏈結(jié)構(gòu)。4.pro1- 4氫鍵核糖核酸酶分子中的二級(jí)結(jié)構(gòu)-螺旋-折疊-轉(zhuǎn)角無(wú)規(guī)卷曲 在蛋白質(zhì)分子中，若干具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段在空間上相互接近，形成具有特殊功能的結(jié)構(gòu)區(qū)域稱模體（motif)，也稱蛋白質(zhì)分子的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。（三）模體-超二級(jí)結(jié)構(gòu)形式：、等是介于二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域間的一種構(gòu)象。轉(zhuǎn)錄因子MyoD的螺旋-環(huán)-螺旋模體7、結(jié)構(gòu)域（domain）概念

7、：多肽鏈上相鄰的超二級(jí)結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系，進(jìn)一步折疊形成一個(gè)或多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的致密的三維實(shí)體，即為結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域具有獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)和一定的生物學(xué)功能。是介于超二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)間的構(gòu)象形式。（四）結(jié)構(gòu)域纖連蛋白(fibronectin)分子的結(jié)構(gòu)域(部分序列)各個(gè)結(jié)構(gòu)域分別執(zhí)行一種功能： 有可與細(xì)胞、膠原、DNA和肝素等配體結(jié)合（五）蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)一整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。即肽鏈中所有原子或基團(tuán)在三維空間的排布位置。掌握疏水作用、離子鍵、氫鍵等。 主要的化學(xué)鍵次級(jí)鍵舉例： 肌紅蛋白是第一個(gè)被確定具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)亞基之間的結(jié)合力主要是氫鍵、離子鍵（六）蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)定義：二條或多

8、條具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈非共價(jià)鍵締合 ，形成的空間結(jié)構(gòu)。每條具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈，稱為亞基 (subunit)。掌握同二聚體與異二聚體概念：同二聚體：由2個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，亞基分子結(jié)構(gòu)相同。異二聚體：亞基分子結(jié)構(gòu)不同含有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，單獨(dú)的亞基一般沒(méi)有生物學(xué)功能只有完整的四級(jí)結(jié)構(gòu)寡聚體才有生物學(xué)功能？胰島素舉例：Hb蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)層次考 考 你？問(wèn)題1：是不是所有的蛋白質(zhì)都有四級(jí) 結(jié)構(gòu)？問(wèn)題2：一條多肽鏈最高級(jí)結(jié)構(gòu)是幾級(jí) 結(jié)構(gòu)？ 問(wèn)題3：具有生物活性的蛋白質(zhì)至少要 具備幾級(jí)結(jié)構(gòu)？（答案：不是）（答案：三級(jí)）（答案：三級(jí)）第 四 節(jié) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能Structure

9、and Function of Protein一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1、一級(jí)結(jié)構(gòu)不同、生物學(xué)功能各異如加壓素與催產(chǎn)素均是9肽激素，只有兩個(gè)氨基酸的差異。2、一級(jí)結(jié)構(gòu)中“關(guān)鍵”部分相同，其功能也相同如促腎上腺皮質(zhì)激素的124位氨基酸3、一級(jí)結(jié)構(gòu) “關(guān)鍵”部分變化，其生物活性也改變例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽鏈HbA 肽 鏈N-val his leu thr pro val glu C(146)4、一級(jí)結(jié)構(gòu)的變化與疾病的關(guān)系在鐮刀狀紅細(xì)胞貧血患者中，由于基因突變導(dǎo)致血紅蛋白-鏈第六位氨基酸殘基由Glu改變?yōu)閂al，血

10、紅蛋白的親水性明顯下降，從而發(fā)生聚集，使紅細(xì)胞變?yōu)殓牭稜睢?鐮狀細(xì)胞貧血(sickle cell anemia)由遺傳突變引起的蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。二、蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象與功能的關(guān)系1、蛋白質(zhì)前體的活化如酶原的激活、胰島素原的活化等2、蛋白質(zhì)的變構(gòu)現(xiàn)象概念：一些蛋白質(zhì)由于受到某些因素的影響，其一級(jí)結(jié)構(gòu)不變而空間構(gòu)象發(fā)生一定的變化，導(dǎo)致其生物學(xué)功能的改變，稱為蛋白質(zhì)的變構(gòu)現(xiàn)象或別構(gòu)現(xiàn)象。 Hb的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系掌握肌紅蛋白和血紅蛋白的氧解離曲線Mb-直角雙曲線HbS形曲線氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)* 協(xié)同效應(yīng)(cooperativity) 蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，

11、能影響其另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)。 正協(xié)同效應(yīng)(positive cooperativity) 促進(jìn)作用 負(fù)協(xié)同效應(yīng)(negative cooperativity) 抑制作用O2血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動(dòng)。0.075nm血紅蛋白的變構(gòu)（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病 蛋白構(gòu)象疾病：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯(cuò)誤，盡管其一級(jí)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)致疾病發(fā)生。例：瘋牛病PrPc PrPSc 三、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與生物進(jìn)化有害有利：功能更完善疾病死亡從細(xì)胞色素C的一級(jí)結(jié)構(gòu)看生物進(jìn)化第 五 節(jié) 蛋白質(zhì)的性質(zhì)1

12、、概念：掌握*蛋白質(zhì)的變性(denaturation) 在某些物理和化學(xué)因素作用下，蛋白質(zhì)特定的空間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。二、蛋白質(zhì)的變性造成變性的因素:如加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子及生物堿試劑等 。 破壞次級(jí)鍵,空間結(jié)構(gòu)改變，但不涉及一級(jí)結(jié)構(gòu)的破壞，即肽鍵不斷裂）1.變性的本質(zhì): 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(wú)活性核糖核酸酶的變性與復(fù)性2.變性的結(jié)果： 生物學(xué)活性喪失（主要改變）； 理化性質(zhì)改變 溶解度降低；粘度增加；結(jié)晶能力消失；易被蛋白酶水解在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈會(huì)相互纏繞繼而

13、聚集，因而從溶液中析出。蛋白質(zhì)沉淀變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，但沉淀的蛋白質(zhì)不一定變性。若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，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。*復(fù)性 (renaturation)3.變性的程度（分類）： 可逆性變性-除去變性因素可恢復(fù)活性 不可逆性變性-蛋白質(zhì)變性后，不能復(fù)性。4.變性作用的意義滅菌消毒分離、制備生物活性物質(zhì)（保護(hù)蛋白質(zhì)、保證其生物活性）三、蛋白質(zhì)的兩性電離與等電點(diǎn) 四、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)+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+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)的聚沉茚三酮反應(yīng)

14、 (ninhydrin reaction) 蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應(yīng)。 六、蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)藍(lán)紫色化合物雙縮脲反應(yīng) (biuret reaction) 蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應(yīng)稱為。 雙縮脲反應(yīng)可用來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。思考：氨基酸有無(wú)此反應(yīng)？第六節(jié)蛋白質(zhì)的分離與純化的基本原理二、蛋白質(zhì)的分離純化原則：將蛋白質(zhì)提取分離出來(lái)，防止其生物活性的喪失。 凝膠過(guò)濾法（gel filtration)分子篩效應(yīng)：大分子先洗脫下來(lái)小分子后洗脫下來(lái)蛋白質(zhì)分子在一定pH的溶液中可帶凈的負(fù)電荷或帶凈的正電荷，故可在電場(chǎng)中發(fā)生移動(dòng)。不同蛋白質(zhì)分子所帶

15、電荷量不同，且分子大小也不同，故在電場(chǎng)中的移動(dòng)速度也不同，據(jù)此可互相分離。-+-清蛋白-球蛋白1-球蛋白2-球蛋白-球蛋白血 清 蛋 白 電 泳 圖 譜第七節(jié) 蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類繁多、分類方法也有多種。（一）按組成分類分子組成特點(diǎn)不同單純蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)全部由氨基酸組成包括清蛋白、精蛋白、硬蛋白、組蛋白結(jié)合蛋白質(zhì)=單純蛋白質(zhì)+輔基按輔基不同，分為：核蛋白、 糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白、 金屬蛋白及色蛋白六大類（二）按分子形狀組成分類球狀蛋白：長(zhǎng)短軸比小于10：1，多為具有生物活性的蛋白。 如E、Ig、受體、運(yùn)輸?shù)鞍住＠w維狀蛋白：分子長(zhǎng)條狀，長(zhǎng)短軸比在10 ：1以上。多為結(jié)構(gòu)蛋白，例

16、如：膠原蛋白、彈性蛋白、角蛋白。（四）按功能分類（三）按溶解度分類可溶性蛋白醇溶性蛋白不溶性蛋白活性蛋白質(zhì)非活性蛋白質(zhì)單選題1、關(guān)于構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的敘述，下列哪項(xiàng)是正確的 A除Gly外均為D構(gòu)型 B除Gly外均為L(zhǎng)構(gòu)型 C只含有氨基和羧基 D均有極性側(cè)鏈 E均能與雙縮脲試劑呈紫色反應(yīng)2、下列氨基酸中，只含非必需氨基酸的是 A堿性氨基酸 B含硫氨基酸 C支鏈氨基酸 D芳香族氨基酸 E酸性氨基酸 3、在以下混合蛋白質(zhì)溶液中，各種蛋白質(zhì)的pI分別為4.3、5.0、5.4 、6.5、7.4，電泳時(shí)欲使其都泳向正極，緩沖溶液的pH應(yīng)該是 ApH4.1 BpH5.2 CpH6.0 DpH7.4 EpH

17、8.14、維持蛋白質(zhì)分子中-螺旋 的化學(xué)鍵是 A肽鍵 B疏水鍵 C氫鍵 D二硫鍵 E離子鍵5、蛋白質(zhì)變性 A由肽鍵斷裂而引起 B都是不可逆的 C可使其生物活性喪失 D可增加其溶解度 E以上都不對(duì)6、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指 A蛋白質(zhì)中的無(wú)規(guī)卷曲 B蛋白質(zhì)分子的無(wú)規(guī)卷曲 C蛋白質(zhì)分子內(nèi)氨基酸以肽鍵相連接 D蛋白質(zhì)分子內(nèi)氨基酸的排列順序 E蛋白質(zhì)分子內(nèi)的二硫鍵7、蛋白質(zhì)中次級(jí)鍵不包括 A疏水鍵 B二硫鍵 C離子鍵 D氫鍵 E鹽鍵 8、蛋白質(zhì)對(duì)紫外線的最大吸收波長(zhǎng)是 A320nm B260nm C280nm D190nm E220nm9、對(duì)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)進(jìn)行分析時(shí)A只有一個(gè)自由的-羧基和一個(gè)自由的-氨基 B只有自由的-羧基，沒(méi)有自由的-氨基C沒(méi)有自由的-羧基，只有自由的-氨基D既沒(méi)有自由的-羧基，又沒(méi)有自由的-氨基E有