第1章蛋白质的结构与功能.ppt

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1、第第章章蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 蛋白质蛋白质（protein）是由氨基酸构成的具是由氨基酸构成的具有特定空间结构的高分子有机化合物，是生有特定空间结构的高分子有机化合物，是生命的物质基础。命的物质基础。第节第节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成一、蛋白质的元素组成一、蛋白质的元素组成 主要成分：主要成分：C、H、O、N 。此外还有。此外还有S、P等及一些微量元素。等及一些微量元素。每克每克样品蛋白质含量样品蛋白质含量 =每克样品含氮量每克样品含氮量 6.25 6.25 蛋白质含氮量较恒定，平均为蛋白质含氮量较恒定，平均为16%，即，即1g蛋白氮相当于蛋白氮相当于6.25g蛋白质。

2、故分析生物样品时：蛋白质。故分析生物样品时：二、蛋白质的基本组成单位二、蛋白质的基本组成单位氨基酸氨基酸 组成蛋白质分子的基本单位是氨基酸组成蛋白质分子的基本单位是氨基酸（amino acid）。蛋白质里的氨基酸有。蛋白质里的氨基酸有20种种，除脯氨酸之外，除脯氨酸之外，其余均为其余均为氨基酸氨基酸。（一）氨基酸的结构特点一）氨基酸的结构特点 1.相同点：相同点：均为均为-aa 2.不同点：侧链不同点：侧链R不同不同 3.特殊点：特殊点：（1）除甘氨酸外，其余均为）除甘氨酸外，其余均为L-氨基酸氨基酸（2）脯氨酸是）脯氨酸是-亚氨基酸亚氨基酸-氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式H甘氨酸甘氨酸CH

3、3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式R根据氨基酸根据氨基酸R基团性质分类基团性质分类（1 1）非极性疏水性侧链氨基酸）非极性疏水性侧链氨基酸）非极性疏水性侧链氨基酸）非极性疏水性侧链氨基酸（2 2）极性中性侧链氨基酸）极性中性侧链氨基酸）极性中性侧链氨基酸）极性中性侧链氨基酸（3 3）酸性侧链氨基酸）酸性侧链氨基酸）酸性侧链氨基酸）酸性侧链氨基酸（4 4）碱性侧链氨基酸）碱性侧链氨基酸）碱性侧链氨基酸）碱性侧链氨基酸（二）氨基酸的分类（二）氨基酸的分类第节第节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构 通常将其分为一级结构、二通常将其分为一级结构、二级结构、三级结构及四级结构。级结构、三级结

4、构及四级结构。一级结构是基本结构，二级一级结构是基本结构，二级结构、三级结构及四级结构统称结构、三级结构及四级结构统称空间结构。空间结构。一、蛋白质的一级结构 蛋白质分子中氨基酸的连接方蛋白质分子中氨基酸的连接方式和排列顺序称为蛋白质的一级结式和排列顺序称为蛋白质的一级结构（构（primary structure）。）。氨基酸的连接方式氨基酸的连接方式 一个蛋白质分子所含氨基酸的一个蛋白质分子所含氨基酸的数目各有不同，少的几十个，多的数目各有不同，少的几十个，多的可达几万个乃至几十万个。氨基酸可达几万个乃至几十万个。氨基酸是是 如何连接？如何连接？肽键与肽肽键与肽 二肽再与第三个氨基酸分子缩合

5、就形成三肽。二肽再与第三个氨基酸分子缩合就形成三肽。以此类推，可以形成四肽、五肽以至多肽。多肽分以此类推，可以形成四肽、五肽以至多肽。多肽分子形态为链状，故称多肽链子形态为链状，故称多肽链。肽键肽键（peptide bond）一一个个氨氨基基酸酸的的氨氨基基与与另另一一个个氨氨基基酸酸的的羧羧基基之之间间失失水水形形成成的的酰酰胺胺键键称称为为肽键，所形成的化合物称为肽。肽键，所形成的化合物称为肽。在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序。种排列顺序称为氨基酸顺序。通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称氨基，称为氨基端或为氨基端或N-

6、N-端；端；在另一端含有一个游离的-羧羧基，称为羧基端或基，称为羧基端或C-C-端。端。氨基酸的顺序是从N-N-端的氨基酸残基开始，以端的氨基酸残基开始，以C-C-端氨基酸残基为终点端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：Ser-Val-Tyr-Asp-Gln 天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽 在生物体中，多肽最重要的存在形式是作在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。为蛋白质的亚单位。但是，也有许多分子量比较小的多肽以游但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽。生理功能，常称

7、为活性肽。如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等谷胱甘肽；蛇毒多肽等。医学上重要的多肽医学上重要的多肽谷胱甘谷胱甘肽（肽（GSH）功能基团：功能基团：SH 多肽链是蛋白质分子的骨架，即主链。多肽链是蛋白质分子的骨架，即主链。从主链上伸出的一些基团，称侧链。一个从主链上伸出的一些基团，称侧链。一个蛋白质分子可以由一条多肽链组成，也可蛋白质分子可以由一条多肽链组成，也可以是由两条或两条以上的多肽链组成。以是由两条或两条以上的多肽链组成。维持蛋白质一级结构的主要化学维持蛋白质一级结构的主要化学键是肽键，有的蛋白质还包括二硫键。键是肽键，有的蛋

8、白质还包括二硫键。胰岛素的一级结构胰岛素的一级结构 二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构 空间结构又称构象（空间结构又称构象（空间结构又称构象（空间结构又称构象（conformationconformation），），），），是指蛋白质中所有原子在三维空间的排布。是指蛋白质中所有原子在三维空间的排布。是指蛋白质中所有原子在三维空间的排布。是指蛋白质中所有原子在三维空间的排布。（一）蛋白质的二级结构（一）蛋白质的二级结构 多肽链主链骨架原子在多个局部折叠、多肽链主链骨架原子在多个局部折叠、盘曲而形成的空间结构称为蛋白质的二级盘曲而形成的空间结构称为蛋白质的二级结构（结构（secondary

9、structure）。）。形成蛋白质二级结构基础是肽键平面（肽单元）。形成蛋白质二级结构基础是肽键平面（肽单元）。蛋白质二级结构的形式蛋白质二级结构的形式 -螺旋螺旋 -折叠折叠 -转角转角 无规则卷曲无规则卷曲 维持二级结构稳定的化学键是氢键维持二级结构稳定的化学键是氢键 1-螺旋：肽链的某段局部盘曲成螺旋结构。螺旋：肽链的某段局部盘曲成螺旋结构。2-折叠：为一种比较伸展、呈锯齿状的肽链结构。折叠：为一种比较伸展、呈锯齿状的肽链结构。3-转角：指多肽链中出现的一种转角：指多肽链中出现的一种180 度的转折。度的转折。4无规则卷曲：是指没有一定规律的松散无规则卷曲：是指没有一定规律的松散 肽链

10、结构。肽链结构。（二）蛋白质的三级结构（二）蛋白质的三级结构 蛋白质的三级结构（蛋白质的三级结构（tertiary structure）是指）是指整条多肽链所有原子的排布方式，包括多肽链的主链整条多肽链所有原子的排布方式，包括多肽链的主链及侧链的构象。稳定三级结构的次级键包括：氢键、及侧链的构象。稳定三级结构的次级键包括：氢键、盐键、疏水键和二硫键。盐键、疏水键和二硫键。三级结构对于蛋白质的分子形状及其功能活三级结构对于蛋白质的分子形状及其功能活性部位的形成起重要作用。具有三级结构的蛋白性部位的形成起重要作用。具有三级结构的蛋白质才有生物学活性，如肌红蛋白就是由一条多肽质才有生物学活性，如肌红

11、蛋白就是由一条多肽链构成的具有三级结构的蛋白质分子。链构成的具有三级结构的蛋白质分子。（三）蛋白质的四级结构（三）蛋白质的四级结构 两个或两个以上具有独立三级结构的多肽链，两个或两个以上具有独立三级结构的多肽链，通过非共价键结合而形成的空间结构称为蛋白质的通过非共价键结合而形成的空间结构称为蛋白质的四级结构（四级结构（quarternary structure）。维持四级结）。维持四级结构的次级键有氢键、疏水键和盐键。构的次级键有氢键、疏水键和盐键。血红蛋白四级结构示意图血红蛋白四级结构示意图 三、蛋白质结构与功能的关系三、蛋白质结构与功能的关系（一）蛋白质一级结构与功能的关系（一）蛋白质一级

12、结构与功能的关系 一级结构决定其空间结构，空间结构决定其功能。一级结构决定其空间结构，空间结构决定其功能。一级结构决定其空间结构，空间结构决定其功能。一级结构决定其空间结构，空间结构决定其功能。如：如：如：如：不同哺乳类动物胰岛素的比较不同哺乳类动物胰岛素的比较不同哺乳类动物胰岛素的比较不同哺乳类动物胰岛素的比较 镰状细胞贫血镰状细胞贫血镰状细胞贫血镰状细胞贫血（二）蛋白质空间构象与功能的关系（二）蛋白质空间构象与功能的关系 变构效应在体内普遍存在，对物质代谢调节和变构效应在体内普遍存在，对物质代谢调节和生理功能的变化是十分重要的。生理功能的变化是十分重要的。如如Hb在体内运输氧的功能就是通过

13、其分子构在体内运输氧的功能就是通过其分子构象的微妙变化而实现的。象的微妙变化而实现的。第节第节 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质一、蛋白质的两性解离一、蛋白质的两性解离蛋白质和氨基酸一样蛋白质和氨基酸一样,均为两性电解质均为两性电解质（ampholytes）蛋白质处于某一蛋白质处于某一pH值时，分子上正、负电荷值时，分子上正、负电荷相等，净电荷为零，蛋白质为兼性离子。此时溶相等，净电荷为零，蛋白质为兼性离子。此时溶液的液的pH值称为该蛋白质的等电点值称为该蛋白质的等电点（isoelectrc point,pI）。PrNH3+COO-PrPrCOOHNH2NH3+COO-OH-H+OH-H+电泳

14、电泳 蛋白质在等蛋白质在等电点电点pHpH条件条件下，不发生下，不发生电泳现象。电泳现象。利用蛋白质利用蛋白质的电泳现象，的电泳现象，可以将蛋白可以将蛋白质进行分离质进行分离纯化。纯化。指带电粒子在电场中向电性相反的电极移动的现象指带电粒子在电场中向电性相反的电极移动的现象二、蛋白质的胶体性质二、蛋白质的胶体性质 蛋白质是胶体物质，溶液是亲水蛋白质是胶体物质，溶液是亲水胶体胶体（hydrophilic colloid）溶液。溶液。稳定因素稳定因素水化膜水化膜同种电荷同种电荷 由于蛋白质的分子量很大，它在水中能由于蛋白质的分子量很大，它在水中能够形成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体溶够形成胶体溶液。

15、蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动液的典型性质，如丁达尔现象、布郎运动等。等。由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此可以应用透析法将非蛋白的小透膜，因此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去。分子杂质除去。蛋白质溶液在高速离心时，由于离心蛋白质溶液在高速离心时，由于离心力的作用，蛋白质会下沉，称蛋白质的沉力的作用，蛋白质会下沉，称蛋白质的沉降现象。降现象。三、蛋白质的沉淀三、蛋白质的沉淀（precipitation）、盐析法、盐析法:破坏水化层和电荷层破坏水化层和电荷层 不变性不变性、有机溶剂沉淀法、有机溶剂沉淀法:破坏水化层破坏水化层

16、 低温变性慢低温变性慢 、重金属盐沉淀法、重金属盐沉淀法:形成蛋白质盐形成蛋白质盐 变性变性、有机酸试剂沉淀法、有机酸试剂沉淀法:形成不溶性盐形成不溶性盐 变性变性蛋白质分子聚集从溶液中析出的现象蛋白质分子聚集从溶液中析出的现象四、蛋白质的变性与凝固四、蛋白质的变性与凝固蛋白质在某些理化因素影响下，其特定空间蛋白质在某些理化因素影响下，其特定空间蛋白质在某些理化因素影响下，其特定空间蛋白质在某些理化因素影响下，其特定空间结构破坏而导致理化性质改变和生物活性丧失，结构破坏而导致理化性质改变和生物活性丧失，结构破坏而导致理化性质改变和生物活性丧失，结构破坏而导致理化性质改变和生物活性丧失，这种现象

17、称蛋白质变性这种现象称蛋白质变性这种现象称蛋白质变性这种现象称蛋白质变性（denaturationdenaturation）。实质：维系蛋白质空间结构的次级键破坏实质：维系蛋白质空间结构的次级键破坏实质：维系蛋白质空间结构的次级键破坏实质：维系蛋白质空间结构的次级键破坏 变性蛋白质的特点：A A、生物学活性生物学活性丧失丧失 B B、溶解度、溶解度降低降低，粘度，粘度增加增加 C C、易易被蛋白酶水解被蛋白酶水解蛋白质变性后，如设法将变性剂除去，该变蛋白质变性后，如设法将变性剂除去，该变性蛋白质恢复其活性，这称为蛋白质复性。性蛋白质恢复其活性，这称为蛋白质复性。变性蛋白是否可复性，主要取决于变

18、性程度，变性蛋白是否可复性，主要取决于变性程度，凝固蛋白是不可逆的。凝固蛋白是不可逆的。蛋白质经加热煮沸，多肽链相互缠绕，即蛋白质经加热煮沸，多肽链相互缠绕，即可变为较坚固的凝块，这种现象称蛋白质凝固可变为较坚固的凝块，这种现象称蛋白质凝固作用。作用。大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙氨大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。酸、酪氨酸和色氨酸。这三种氨基酸在这三种氨基酸在280nm 280nm 紫外光谱附近有紫外光谱附近有最大吸收峰值。因此，大多数蛋白质在最大吸收峰值。因此，大多数蛋白质在280nm 280nm 紫外光谱附近显示强的吸收。紫外光谱附近显示强的吸收。利用这个性质，可

19、以对蛋白质进行定性利用这个性质，可以对蛋白质进行定性鉴定。鉴定。五、蛋白质的紫外吸收性质五、蛋白质的紫外吸收性质六、蛋白质的呈色反应六、蛋白质的呈色反应 双缩脲反应：肽键与碱性铜试剂生成紫红色化合物双缩脲反应：肽键与碱性铜试剂生成紫红色化合物双缩脲反应：肽键与碱性铜试剂生成紫红色化合物双缩脲反应：肽键与碱性铜试剂生成紫红色化合物 茚三酮反应：游离氨基与茚三酮生成蓝紫色化合物茚三酮反应：游离氨基与茚三酮生成蓝紫色化合物茚三酮反应：游离氨基与茚三酮生成蓝紫色化合物茚三酮反应：游离氨基与茚三酮生成蓝紫色化合物 酚试剂反应：酪氨酸的酚基与酚试剂生成蓝色化合物酚试剂反应：酪氨酸的酚基与酚试剂生成蓝色化合

20、物酚试剂反应：酪氨酸的酚基与酚试剂生成蓝色化合物酚试剂反应：酪氨酸的酚基与酚试剂生成蓝色化合物蛋白质分子中的肽键及某些氨基酸残基的化蛋白质分子中的肽键及某些氨基酸残基的化学基团可与某些化学试剂反应显色学基团可与某些化学试剂反应显色第节第节蛋白质的分类蛋白质的分类一、按组成分类一、按组成分类 单纯蛋白质：仅由氨基酸组成单纯蛋白质：仅由氨基酸组成单纯蛋白质：仅由氨基酸组成单纯蛋白质：仅由氨基酸组成 结合蛋白质：除蛋白部分外还有非蛋白部分结合蛋白质：除蛋白部分外还有非蛋白部分结合蛋白质：除蛋白部分外还有非蛋白部分结合蛋白质：除蛋白部分外还有非蛋白部分 二、按分子形状分类二、按分子形状分类 球状蛋白质：外形接近球形或椭圆球状蛋白质：外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶。形，溶解性较好，能形成结晶。纤维状蛋白质：分子类似纤维或细纤维状蛋白质：分子类似纤维或细棒。棒。大多难溶于水大多难溶于水。三、按功能分类三、按功能分类 活性蛋白质活性蛋白质 非活性蛋白质非活性蛋白质