蛋白質(zhì)化學課件

蛋白質(zhì)化學蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)：生命的物質(zhì)根底⑴廣泛存在于一切生物體：動植物、微生物⑵含量最高的有機物質(zhì)：約45%⑶結(jié)構(gòu)和功能多樣性⑷蛋白質(zhì)組學⑸表達具有差異性：了解人不同發(fā)育、生長期和不同生理、病理條件下及不同細胞類型的基因表達，對于研究作用于特定靶分子的藥物有重要意義。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu){{單純蛋白質(zhì)：組蛋白綴合蛋白質(zhì)：糖蛋白、脂蛋白、核蛋白①組成細胞的根本結(jié)構(gòu)成分：膠原蛋白、膜蛋白②進行生化催化：酶③進行生物防御：免疫球蛋白、凝血酶④進行生物識別：膜蛋白、一些糖蛋白⑤組成生物體的營養(yǎng)物質(zhì)：卵清蛋白⑥收縮和運動功能：肌動蛋白⑦進行生物營養(yǎng)物質(zhì)的運輸：血紅蛋白⑧調(diào)節(jié)功能：胰島素、促生長素⑨調(diào)控信息傳遞和基因表達：DNA復制和RNA轉(zhuǎn)錄中的一系列蛋白質(zhì)因子⑩氧化供能蛋白質(zhì)的功能第一節(jié)蛋白質(zhì)的化學組成

1、蛋白質(zhì)的元素組成：C、H、O、N、S，有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘

。2：蛋白質(zhì)含量的測定：凱氏定氮法(測定氮的經(jīng)典方法)氮含量約為16%100克樣品中蛋白質(zhì)的含量(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×100

優(yōu)點：對原料無選擇性，儀器簡單,方法也簡單；缺點：易將無機氮(如核酸中的氮)都歸入蛋白質(zhì)中,不精確。二、蛋白質(zhì)的根本組成單位——氨基酸

生物界存在20種蛋白質(zhì)氨基酸和200多種非蛋白質(zhì)氨基酸氨基酸的通用性為在不同的生物體內(nèi)表達同一種蛋白質(zhì)，供醫(yī)學和藥學所用，提供理論根底。所有的蛋白質(zhì)AA，除脯氨酸和甘氨酸外，均為L-α-氨基酸，這是蛋白質(zhì)最大的共同點。歸納AA的通性，才能了解蛋白質(zhì)的性質(zhì)。思考題：如何得知蛋白質(zhì)由AA組成？1.氨基酸的結(jié)構(gòu)

COOHHH2N

RC

COOHH2NCH2HCHR

COOHN2HHC

R1.據(jù)R基團化學結(jié)構(gòu)或者R基團的極性進行分類

二、根本氨基酸的分類

COOHHN2H

RC2.根據(jù)氨基酸的酸堿性質(zhì)分類3.根據(jù)氨基酸的營養(yǎng)價值分類4.根據(jù)氨基酸的代謝途徑分類甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸

alanineAlaA

6.00纈氨酸

valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98異亮氨酸

isoleucineIleI

6.02苯丙氨酸

phenylalaninePheF

5.48脯氨酸

prolineProP

6.30非極性側(cè)鏈氨基酸目錄色氨酸

tryptophanTryW

5.89絲氨酸

serineSerS

5.68酪氨酸

tyrosineTryY

5.66

半胱氨酸

cysteineCysC

5.07

蛋氨酸

methionine

MetM

5.74天冬酰胺

asparagineAsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65

蘇氨酸

threonineThrT5.602.非電離極性側(cè)鏈氨基酸目錄天冬氨酸

asparticacidAspD

2.97谷氨酸

glutamicacidGluE

3.22賴氨酸

lysineLysK

9.74精氨酸

arginineArgR

10.76組氨酸

histidineHisH

7.593.酸性氨基酸4.堿性氨基酸目錄非極性疏水AA，常位于蛋白質(zhì)的分子內(nèi)核。極性中性AA：常位于蛋白質(zhì)分子外表。酸性AA：酸性蛋白質(zhì)含有此類AA較多。堿性AA：堿性蛋白質(zhì)含有此類AA較多。必需氨基酸：在氨基酸代謝中，根據(jù)氨基酸代謝的途徑和產(chǎn)物，可將氨基酸分為生酮AA和生糖AA。蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值取決于含的必需氨基酸的種類和數(shù)量。氨基酸的功能〔一〕苯丙氨酸的濃度，在臨床上常用來診斷苯丙酮尿癥。甲硫氨酸是體內(nèi)甲基的主要供體。半胱氨酸攝入缺乏時對胰島素合成有影響，也是體內(nèi)形成二硫鍵的主要供體。精氨酸對尿素的形成很重要，人體創(chuàng)傷后對精氨酸的需要量加大。幾種重要的不常見氨基酸：比方4-羥基脯氨酸、5-羥基賴氨酸、N-甲基賴氨酸等，常常行使重要的生理功能。思考體：如何對蛋白質(zhì)中的某個氨基酸的功能進行研究？氨基酸的功能〔二〕氨基酸在醫(yī)療中的應用：AA在醫(yī)藥上主要用來制備復方氨基酸輸液，在現(xiàn)代靜脈營養(yǎng)輸液以及“要素飲食〞療法中占有非常重要的地位，維持危重病人的營養(yǎng)，搶救患者生命起積極作用；也用作治療藥物和用于合成多肽藥物。動物蛋白質(zhì)和植物蛋白質(zhì)來源不同，營養(yǎng)價值不同，富含酪蛋白的動物蛋白比植物蛋白的營養(yǎng)價值高，但是動物蛋白所含膽固醇高，將米面蛋白和富含賴氨酸的豆類蛋白結(jié)合后其營養(yǎng)價值和動物蛋白根本一樣，適合糖尿病病人。蛋白粉：多種AA的混合物，對于孕婦、幼兒、大病初愈的病人和其他在特殊時期急需大量AA的人來說，是不錯的選擇。奶粉：衡量奶粉的一個標準是必需AA和必需脂肪酸含量和種類的多少。

二.氨基酸的理化性質(zhì)1.一般物理性質(zhì)常見氨基酸均為無色結(jié)晶,其形狀因構(gòu)型而異溶解性：各種在水中的溶解度差異很大，并能溶解于稀酸或稀堿中，但不能溶解于有機溶劑，比方酒精。(2)熔點：氨基酸的熔點極高，一般在200℃以上。(3)味感：其味隨不同氨基酸有所不同，有的無味、有的味甜、有的味苦，谷氨酸的單鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。旋光性：能使偏振光平面向左或向右旋轉(zhuǎn)，左旋者通常用〔-〕表示，右旋者用〔+〕表示。(5)光吸收：構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸在遠紫外區(qū)(<220nm)均有光吸收。在近紫外區(qū)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。

酪氨酸

max＝275nm苯丙氨酸

max＝257nm色氨酸

max＝280nm思考體：一般蛋白質(zhì)的吸光度在多少nm檢測？

氨基酸在水溶液中，離解成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質(zhì)子化(-NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)(-COO-)存在。在不同的pH條件下，兩性離子的狀態(tài)會發(fā)生變化，因此，AA對酸和堿比較敏感。PH1710凈電荷+10-1正離子兩性離子負離子

等電點PI2.氨基酸的離解性質(zhì)當溶液濃度為某一pH值時，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-數(shù)目正好相等，凈電荷為0。這一pH值即為氨基酸的等電點，簡稱pI。在等電點時，氨基酸既不向正極也不向負極移動。

思考題：請用AA的解離性質(zhì)推測蛋白質(zhì)在溶液中是否解離？

4.氨基酸的化學性質(zhì)(1)與茚三酮的反響〔顏色反響〕A.該反響由NH2與COOH共同參與B.該反響非常靈敏，測定范圍：0.5~50μg/mlC.AA與茚三酮，生成的藍紫色化合物，在570nm測定吸光值D.脯氨酸與茚三酮生成黃色物質(zhì)，在440nm處測吸光值應用：A.氨基酸定量分析〔紙層析法或者薄膜層析法別離〕B.氨基酸自動分析儀*

以肽鍵相連接,肽鍵(peptidebond)是由一個氨基酸的

-羧基上的羥基與另一個氨基酸的

-氨基上的氫原子脫水縮合而形成的化學鍵,如圖示:四.氨基酸在蛋白質(zhì)中的連接方式+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵H2NCC

OHR1HN

HCCOOH

R2CNOHOH*肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。*由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽為寡肽，兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合那么形成三肽……*由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽。*

肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全，被稱為氨基酸殘基。N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端多肽鏈書寫方向為N端到C端思考題：DNA的書寫方向是什么？

多肽鏈有兩端*多肽鏈是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。幾種生物活性肽1.谷胱甘肽(GSH)GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSGGSH復原酶NADPH+H+NADP+谷胱甘肽(GSH)與維生素C,維生素E構(gòu)成抗氧化系統(tǒng),保護許多含巰基的蛋白質(zhì)和酶以及生物膜等免于氧化而喪失正常的生化功能。

體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽2.多肽類激素及活性肽抗利尿素與催產(chǎn)素(9肽)、胰高血糖素〔29肽〕、腦啡肽〔5肽〕、降鈣素〔32肽〕、ACTH〔39肽〕、胰島素〔51肽〕肌肽〔2肽〕、P物質(zhì)〔10肽、屬神經(jīng)肽類〕、β內(nèi)啡肽〔31肽〕蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

第二節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要層次一級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)

-折疊片

-螺旋體

松散肽段亞基三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象示意圖概念：蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)主要的化學鍵(主鍵)肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。方向:N

C;

或

NH2末端COOH末端一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學功能的根底。一級結(jié)構(gòu)由遺傳密碼決定,其上有酶切位點,一級結(jié)構(gòu)可被測定,不同種屬間同一蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)具有同源性。目錄蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性：

第一：蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)的多樣性：假設(shè)一個多肽由20個AA組成，那么其可能的多肽鏈組成:2021=2*1018種第二：蛋白質(zhì)可有一條或多條肽鏈組成，比方說是由4條肽鏈組成，那么蛋白質(zhì)的多肽鏈可能組成為4*3*2*2021=48*1018第三：蛋白質(zhì)具有不同的空間結(jié)構(gòu)，在不同的環(huán)境影響下空間結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化思考題：DNA結(jié)構(gòu)的多樣性？一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的根底牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)二硫鍵二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)分子空間的三維結(jié)構(gòu),即立體,空間的構(gòu)象，在蛋白質(zhì)分子中各元素圍繞某些化學鍵進行旋轉(zhuǎn),從而形成各種空間排布及相互關(guān)系。2.二級結(jié)構(gòu)A.概念:一條多肽鏈中局部原子的空間排布B.二級結(jié)構(gòu)的根本形式〔1〕-螺旋〔2〕-折疊

〔3〕-轉(zhuǎn)角〔4〕不規(guī)那么卷曲

-螺旋目錄

-折疊

-折疊NCNCNCNC維系力:鏈內(nèi)或鏈間氫鍵

-轉(zhuǎn)角β-轉(zhuǎn)角①180°的轉(zhuǎn)角部位②由4個氨基酸殘基構(gòu)成③由第一個殘基的羰基氧〔O〕與第四個殘基的氨基氫〔H〕可形成氫鍵④多含脯氨酸和甘氨酸不規(guī)那么卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那局部肽鏈結(jié)構(gòu)。相對沒有規(guī)律性的排布，但是其同樣表現(xiàn)重要生物學功用。二級結(jié)構(gòu)的維系力:氫鍵氨基酸殘基的側(cè)鏈對二級結(jié)構(gòu)形成的影響一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成-螺旋或β-折疊或其他二級結(jié)構(gòu)，它就會出現(xiàn)相應的二級結(jié)構(gòu)。所以，蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是以一級結(jié)構(gòu)為根底的。(二)、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)一條多肽鏈中全部氨基酸殘基(全部元素)的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。包括主鏈，側(cè)鏈的全部內(nèi)容。1.概念

酵母己糖激酶的三級結(jié)構(gòu)2.維系力亞基之間的結(jié)合力有疏水作用，范德華力以及氫鍵和離子鍵,還有二硫鍵?！踩车鞍踪|(zhì)的四級結(jié)構(gòu)1.概念有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。而每條多肽鏈被稱為亞基。.蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)血紅蛋白三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系(一)、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

(二)、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系例：鐮刀形紅細胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)鐮刀形紅細胞貧血是由蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變異而導致的疾病，故被稱為“分子病〞?！补華A〕〔頡AA〕SSSSSSNNA鏈、21AAB鏈、30AA胰島素A5A6A10B30人ThrSerIleThr豬ThrSerIle

Ala

胰島素2.蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定的意義①是推測蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的分子依據(jù)②是理解蛋白質(zhì)生理功能的分子根底③是說明遺傳疾病發(fā)生機理的分子手段④是研究生物進化的分子佐證不同生物與人的Cytc的AA差異數(shù)目生物與人不同的AA數(shù)目黑猩猩0恒河猴1兔9袋鼠10牛、豬、羊、狗11馬12雞、火雞13響尾蛇14海龜15金槍魚21角餃23小蠅25蛾31小麥35粗早鏈孢霉43酵母44

協(xié)同效應：蛋白質(zhì)的一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響另一個亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象。變構(gòu)效應：蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化。天然狀態(tài)，有催化活性尿素、β-巰基乙醇去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病

假設(shè)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，嚴重時可導致疾病發(fā)生。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病是由朊病毒蛋白(PrP)引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病第三節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。*蛋白質(zhì)的等電點(pI)當?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點。一、蛋白質(zhì)兩性解離和等電點蛋白質(zhì)等電點蛋白質(zhì)

等電點Pepsin<1.0Urease5.0Hemoglobin6.8●Chymotrypsinogen9.5Lysozyme11.0二.蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。*蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素：顆粒外表電荷水化膜+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質(zhì)在等電點的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質(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)的聚合沉淀*蛋白質(zhì)的沉淀在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。中性鹽沉淀〔比方硫酸銨〕◎有機溶劑沉淀：乙醇法沉淀蛋白質(zhì)◎生物堿試劑：藥檢〔三氯醋酸〕蛋白質(zhì)膠體分子大小不能通過半透膜，可以用透析法來別離純化。◎三.蛋白質(zhì)的變性*蛋白質(zhì)的變性：在某些理化因素作用下，蛋白質(zhì)特定的空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導致其理化性質(zhì)改變、生物活性的喪失。假設(shè)蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復或局部恢復其原有的構(gòu)象和功能，稱為復性。天然狀態(tài)，有催化活性尿素、β-巰基乙醇去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性引起變性的因素:理化或生物學因素

如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等。

變性的本質(zhì)——破壞非共價鍵（次級鍵）和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。變性蛋白質(zhì)的特點:

粘度增加，溶解度降低，易沉淀，易被蛋白酶降解，喪失生物學活性。應用舉例臨床醫(yī)學上，變性因素常被應用來消毒及滅菌。蛋白質(zhì)變性，多種用途，比方制作豆腐。此外,防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑〔如疫苗等〕的必要條件。四、蛋白質(zhì)的紫外吸收由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。思考題：該法測定蛋白質(zhì)含量的優(yōu)點和缺點是？紫外吸收核酸應在多少nm波長處測定？五、蛋白質(zhì)的呈色反響⒈茚三酮反響蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸可發(fā)生茚三酮反響。⒉雙縮脲反響肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反響稱為雙縮脲反響，雙縮脲反響可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度。第四節(jié)蛋白質(zhì)的別離純化一、根據(jù)蛋白