蛋白质的结构与功能1(药学).ppt

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1、莆田学院生化教研室莆田学院生化教研室第一章第一章 绪绪 论论发发 展展 简简 史史研研 究究 对象和内对象和内 容容生物化学与医学课程生物化学与医学课程古代：公元前古代：公元前21世纪前世纪前近代：盛行欧洲近代：盛行欧洲1903 年引用年引用“生物化学生物化学”生物化学与药学的关系生物化学与药学的关系公元前公元前21世纪前：酒曲（酶）制酒世纪前：酒曲（酶）制酒公元前公元前12世纪前：酿酒、制醋世纪前：酿酒、制醋汉代汉代 ：刘安制豆腐：刘安制豆腐公元公元7世纪：孙思邈用猪肝治夜盲症世纪：孙思邈用猪肝治夜盲症北宋沈括记载：用皂汁沉淀法从尿中提取性激素北宋沈括记载：用皂汁沉淀法从尿中提取性激素 制剂

2、制剂明末宋应星记载：用石灰沉清法制糖明末宋应星记载：用石灰沉清法制糖吴宪：制血滤液、血糖测定、蛋白质变性吴宪：制血滤液、血糖测定、蛋白质变性1965年结晶牛胰岛素年结晶牛胰岛素1981年酵母丙氨酸年酵母丙氨酸tRNA生物化学：生物化学：指运用物理、化学的理论和方法，从分指运用物理、化学的理论和方法，从分子水平上来研究生命现象的一门科学子水平上来研究生命现象的一门科学（一）、对象：生物（一）、对象：生物（二）、内容（二）、内容1、叙述生化（物质组成和结构）、叙述生化（物质组成和结构）2、动态生化（物质代谢与调节）、动态生化（物质代谢与调节）3、机能代谢（物质的生理功能）、机能代谢（物质的生理功能

3、）4、基因信息的传递以及调控机制、基因信息的传递以及调控机制 物质代谢物质代谢能量代谢能量代谢合成合成分解分解第二章第二章 蛋白质的化学蛋白质的化学CHONPS氨氨 基基酸酸蛋白质蛋白质元素元素生生命命 第一节第一节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成 只有只有2020种哟！种哟！自然界有大约自然界有大约300多种多种氨基酸、百亿种蛋白质，氨基酸、百亿种蛋白质，但是，组成人体蛋白的但是，组成人体蛋白的氨基酸氨基酸。-CH3,-SH-COOH,-CH2OH-NH2,-CONH2氨基酸氨基酸结构通式结构通式COOHC NH2HR NHN氨基酸的结构特点氨基酸的结构特点1、除脯氨酸外都为、除脯氨酸外都

4、为-氨基酸氨基酸COOHC NH2HR2、除甘氨酸外都为、除甘氨酸外都为L-氨基酸氨基酸COOHC NH2RCOOHCH RNH2HL-氨氨基基酸酸氨基酸的分类氨基酸的分类极性侧链氨基酸极性侧链氨基酸非极性侧链氨基酸非极性侧链氨基酸电离的极性侧链氨基酸电离的极性侧链氨基酸非电离的极性侧链氨基酸非电离的极性侧链氨基酸指中性溶液中不电离指中性溶液中不电离包括包括2个酸性氨基酸和个酸性氨基酸和3个碱性氨基酸个碱性氨基酸根据侧链的结构和理化性质根据侧链的结构和理化性质谷氨酸、谷氨酸、谷氨酸、谷氨酸、天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸赖赖氨氨酸酸精精氨氨酸酸组组氨氨酸酸肽，肽键肽，肽键N-N-端端C-C-

5、端端氨基酸残基氨基酸残基OHCN肽键肽键蛋白质的分类蛋白质的分类 蛋白质的形状蛋白质的形状蛋白质组成成分蛋白质组成成分 结合蛋白质结合蛋白质 单纯蛋白质单纯蛋白质 球状蛋白质球状蛋白质 纤维状蛋白质纤维状蛋白质 第二节第二节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构一级结构一级结构高级结构高级结构蛋白质一级结构蛋白质一级结构123 n蛋白质分子中氨基酸的排列顺序蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。蛋白质的空间结构蛋白质的空间结构蛋白质的空间结构：指蛋白质分子内各原蛋白质的空间结构：指蛋白质分子内各原子围绕某些共价键的旋转而形成的各种子围绕某些共价键的旋转而形成的各种空间排布及相互关系。空间排布及相互关系。肽

6、键平面：肽键平面：肽键中的四个原子与相邻的两肽键中的四个原子与相邻的两个碳原子处在同一平面称为。个碳原子处在同一平面称为。蛋白质二级结构蛋白质二级结构多肽链中主链骨架原子在局部空间的排列多肽链中主链骨架原子在局部空间的排列分布状况，分布状况，并不涉及各并不涉及各R R侧链的空间排布。侧链的空间排布。肽单元肽单元/肽键平肽键平面面ONHOCRNH2COOHCCCCCCOHHNNHHHHRRR肽肽链链的的主主链链原原子子中中CC和和CN之之间间的的单单键键可可以以旋旋转转，此此单单键键的的旋旋转转决决定定两两个个肽肽键键平平面面的的相相对对关关系系。肽肽键键平平面面的的相相对旋转，使主链可以多种对

7、旋转，使主链可以多种构象构象出现。出现。围绕肽键围绕肽键C原子和原子和N原子的三个键角之和均为原子的三个键角之和均为360。，说明肽键及其相连的四个原子共处一个平面说明肽键及其相连的四个原子共处一个平面肽键的肽键的C-NC-N键长，比单键短，比双键长，键长，比单键短，比双键长，具有部分双键的性质，不能自由旋转。具有部分双键的性质，不能自由旋转。-螺旋螺旋-折叠折叠-转角转角无规卷曲无规卷曲二级结构的形式二级结构的形式C OOOOOOCCOCCCCCCNNNNNNNNHHHHHHHOH特点特点：右手螺旋。右手螺旋。氨基酸侧链伸向螺旋外侧。氨基酸侧链伸向螺旋外侧。每每3.63.6个氨基酸残基螺旋上

8、升一圈，螺距为个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距为0.54nm0.54nm。主链中每个肽键的亚氨基与后面第四个肽键平面的羰基主链中每个肽键的亚氨基与后面第四个肽键平面的羰基氧构成氧构成氢键氢键。影响影响-螺旋形成的因素：螺旋形成的因素：2、侧链的大小、侧链的大小1、酸性氨基酸、碱性氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸3、脯氨酸、脯氨酸CHNCCCCNNNNHHHHOOOOO-折叠结构折叠结构 特点特点:相邻两肽键平面间折叠成锯齿状。相邻两肽键平面间折叠成锯齿状。氨基酸残基侧链位于锯齿状结构的上下氨基酸残基侧链位于锯齿状结构的上下 方。方。两条以上两条以上肽链或一条肽链的若干肽段的锯肽链或一条肽链的若干肽

9、段的锯 齿状结构可平行排列，两条肽链走向可齿状结构可平行排列，两条肽链走向可 相同（顺向平行），也可相反（反向平相同（顺向平行），也可相反（反向平 行）。行）。稳定因素是链间肽键的羰基与亚氨基形成稳定因素是链间肽键的羰基与亚氨基形成 的的氢键氢键.影响因素：侧链大小影响因素：侧链大小蛋白质三级结构蛋白质三级结构一条多肽链中所有原子在空间的整体排布。一条多肽链中所有原子在空间的整体排布。结构域：结构域：蛋白质分子中具有相对独立结构和功能的区域。蛋白质分子中具有相对独立结构和功能的区域。蛋白质四级结构蛋白质四级结构亚基亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，

10、但不包括亚基内部的空间结构。互作用，但不包括亚基内部的空间结构。具有独立三级具有独立三级 结构的多肽链。结构的多肽链。总结表总结表讨论讨论1、对于所有蛋白质是否都要具有四级、对于所有蛋白质是否都要具有四级结构才能体现生物学活性？结构才能体现生物学活性？2、具有两条或两条以上多肽链的蛋白、具有两条或两条以上多肽链的蛋白质是否都有四级结构？请举例说明。质是否都有四级结构？请举例说明。第三节第三节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系一级结构一级结构决定决定高级结构高级结构！高级结构决定蛋白质的活性！高级结构决定蛋白质的活性！蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质一级结构与功能的关系如：胰岛素如：

11、胰岛素 细胞色素细胞色素分子病分子病DNARNA蛋白质多肽链蛋白质多肽链（一级结构）（一级结构）蛋白质高级结构蛋白质高级结构（活性蛋白质）（活性蛋白质）由于遗传基因的改变，引由于遗传基因的改变，引起基因密码的变化，导致起基因密码的变化，导致所编码的蛋白质的一级结所编码的蛋白质的一级结构异常，最终产生蛋白质构异常，最终产生蛋白质功能异常引起的疾病。功能异常引起的疾病。分子病的典型例子分子病的典型例子镰刀形红细胞贫血镰刀形红细胞贫血-亚亚基基-亚基亚基血红蛋白血红蛋白（2 2）亲水的谷氨酸亲水的谷氨酸疏水的缬氨酸疏水的缬氨酸6正常正常Hb(水溶性水溶性)异常异常Hb(聚集成丝聚集成丝)正常人正常人

12、镰刀形红细胞贫血镰刀形红细胞贫血红细胞形状改变，相互红细胞形状改变，相互粘结，脆性增加。粘结，脆性增加。氧结合能力大大降低氧结合能力大大降低溶血性贫血溶血性贫血 蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质空间结构与功能的关系R型型（疏松型）（疏松型）肺肺T型型（紧密型）（紧密型）组织组织O2CO2 第四节第四节 蛋白质的理化性质及其分离纯化蛋白质的理化性质及其分离纯化蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质 蛋白质的两性解离蛋白质的两性解离 电泳：带电粒子在电场作用下向电极相电泳：带电粒子在电场作用下向电极相反的电极移动的现象反的电极移动的现象pHpICOO-NH2负极负极不移动不移动正极正极颗粒所带电荷的性质

13、决定泳动颗粒所带电荷的性质决定泳动方向方向，决定泳动决定泳动速度速度的因素：电荷数目、颗粒大小和形状的因素：电荷数目、颗粒大小和形状等电点（等电点（PI）：在某一）：在某一PH溶液中，某物质所带正、负溶液中，某物质所带正、负电荷相等，即净电荷为零，此时溶液的电荷相等，即净电荷为零，此时溶液的PH值称为值称为。胶体性质（直径胶体性质（直径1 100nm）稳定因素：稳定因素：水化膜、电荷水化膜、电荷亲水胶体亲水胶体亲水胶体亲水胶体亲水胶体亲水胶体脱水脱水脱水脱水脱水脱水不沉淀不沉淀不沉淀不沉淀沉淀沉淀蛋白质的变性蛋白质的变性活性蛋白质活性蛋白质变性的蛋白质变性的蛋白质作用机制：二硫键、非共价键破坏

14、作用机制：二硫键、非共价键破坏结构基础：蛋白质构象的破坏结构基础：蛋白质构象的破坏主要表现：生物活性的丧失主要表现：生物活性的丧失在某些理化因素作用下，蛋白质的空间构象被破坏，在某些理化因素作用下，蛋白质的空间构象被破坏，导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，称为蛋导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，称为蛋白质的变性。白质的变性。变性的意义变性的意义蛋白质沉淀蛋白质沉淀蛋白质的复性蛋白质的复性色氨酸、酪氨酸色氨酸、酪氨酸280nm紫外吸收性质紫外吸收性质呈色反应呈色反应茚三酮反应茚三酮反应双缩脲反应双缩脲反应酚试剂反应酚试剂反应 -氨基肽键肽键酪酪蛋白质的免疫学特性蛋白质的免疫学特性1、盐析

15、：破坏水化膜并抑制电离、盐析：破坏水化膜并抑制电离作用：分离纯化蛋白质作用：分离纯化蛋白质特点：不发生变性特点：不发生变性2、有机溶剂：夺取水化膜、有机溶剂：夺取水化膜特点：低温下不变性特点：低温下不变性沉淀蛋白质的方法：沉淀蛋白质的方法：3、重金属盐、重金属盐(PH PI)特点：变性特点：变性4、生物碱试剂（、生物碱试剂（PH PI）COOPrNH2PrCOOAgNH2Ag+COOHCCl3COOPrPrNH3+NH3+ooCCl3CCOOH特点：变性特点：变性讨论讨论沉淀的蛋白质一定发生变性，变性的蛋白沉淀的蛋白质一定发生变性，变性的蛋白质一定会沉淀，对吗？质一定会沉淀，对吗？蛋白质的分离

16、纯化及鉴定一、蛋白质的提取：利用超声波、电动搅一、蛋白质的提取：利用超声波、电动搅拌器、匀浆器等到方法破碎组织和细胞拌器、匀浆器等到方法破碎组织和细胞 二、分离纯化蛋白质二、分离纯化蛋白质蛋白质的分离和纯化蛋白质的分离和纯化丙酮（有机）沉淀丙酮（有机）沉淀及盐析及盐析电泳电泳透析透析层析层析分子筛分子筛超速离心超速离心04、10V硫酸铵、硫酸钠、氯化钠硫酸铵、硫酸钠、氯化钠带电荷的蛋白质分子在电场中移动的现象。带电荷的蛋白质分子在电场中移动的现象。利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。物分开的方法。离子交换层析、亲和层析离子交换层析、亲和层析/凝胶过滤凝胶过滤