第一章-蛋白质化学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,一,章 蛋白质,化学,本章主要内容,蛋白质,功能概述,蛋白质的,分子组成,蛋白质的,分子,结构,蛋白质的理化性质和分,类,第一节,蛋白质,功能概述,生物催化作用：酶,运输作用：如血红蛋白、转铁蛋白,调节作用：如胰岛素、生长激素,运动作用：如肌动蛋白和肌球蛋白,防御功能：如免疫球蛋白、凝血因子,营养功能：如卵清蛋白、酪蛋白,结构蛋白：如胶原蛋白、角蛋白,能量转换蛋白：如细胞色素,基因调节蛋白：如阻遏蛋白,蛋白质在机体内的生物学功能,第二节,蛋白质的,分子,组成,一、,蛋白质的元素组成,所有蛋白质均含有：,C 50%-55%,H 6%-8%,O 20%-23%,N 15%-17%,某些蛋白质含有：S 0.3%-2.5%以及P,少数蛋白质含有：Fe,Cu，Zn，Mo和I等元素,蛋白质中N的平均含量约16%，因此食物与饲料中蛋白质的含量可以通过凯氏定N（Kjeldahl法）进行大致估计。,二、,蛋白质的基本结构单位氨基酸,1 氨基酸的基本结构和构型,存在于自然界的氨基酸有300种。动物机体的蛋白质经强酸水解之后可以得到20种氨基酸，并且均为L-氨基酸（除了甘氨酸），含不对称的-碳原子。它们之间的差别在于有不同的侧链基团 R。,氨基酸的结构通式,氨基酸与甘油醛的构型,2 氨基酸的分类,在中性pH条件下,按其R侧链极性和所带电荷的不同，分为四大类,不带电荷极性氨基酸：Gly,Ser,Thr,Cys,Thr,Asn,Gln,带负电荷极性氨基酸：Asp,Glu,带正电荷极性氨基酸：His,Arg,Lys,非极性氨基酸：Ala,Val,Leu,Ile,Pro,Phe,Trp,Met,含非极性侧链基团,含极性侧链基团,Ser,S Thr,T Cys,C,Pro,P Asn,N Gln,Q,Gly,G Ala,A Val,V,Leu,L Met,M Ile,I,含芳香基团,含碱性侧链基团（带正电荷）,Phe,F;Tyr,Y;Trp,W,Lys,K;Arg,R;His,H,含酸性侧链基团（带负电荷）,Asp,D;Glu,E,3,氨基酸的主要理化性质,各种氨基酸在可见区都没有光吸收。,在紫外光区,芳香族氨基酸在280nm处有最大吸收峰,（色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸的最大吸收波长分别为279、278、259nm）,光吸收特性,氨基酸的两性解离,实验证明，氨基酸在水溶液中或晶体状态时主要是以两性离子的形式存在，在同一氨基酸分子上既有能放出质子的-NH,3,+,正离子，又有能接受质子的-COO,-,负离子。,氨基酸的等电点,对某一种氨基酸而言，当溶液在某一个特定的pH，氨基酸以两性离子的形式存在，并且其所带的正电荷数与负电荷数相等，即净电荷为零。在直流电场中，它既不向正极，也不向负极移动。此时溶液的pH称为这种氨基酸的等电点（pI）。,由于静电作用，在等电点时，氨基酸的溶解度最小，容易沉淀，因而利用调节等电点的方法，可以制备某些氨基酸。,氨基酸的,化学反应,氨基酸能与某些化学试剂发生反应，如-氨基酸与水合茚三酮溶液一起加热，生成蓝紫色物质，此反应非常灵敏，可定量和定性测定氨基酸,。,三、肽,1 肽键（peptide bond）和肽（peptide）,肽键：指蛋白质分子中，由一个氨基酸的,-COOH和另一个氨基酸的,-NH,2,之间脱水缩合而成的酰胺键，它是蛋白质结构中的主要共价键。,肽：,由肽键形成的化合物（二肽、三肽、寡肽、多肽）,2,多肽（polypeptide）和多肽链（polypeptide chain）,在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为,氨基酸序列，多肽链上不完整的氨基酸，称为,氨基酸残基(amino acid residue),上图为：丝氨酰-甘氨酰-酪氨酰-丙氨酰-异亮氨酸,（N-端）,（C-端）,一、,蛋白质的一级结构,一级结构,（primary structure）：即蛋白质的化学结构，是指多肽链,上各种氨基酸残基的种类和排列顺序，也包括二硫键的数目。,第三节,蛋白质的,分子结构,1.主链 在多肽链的分子结构中，肽键与-碳原子形成多肽链的骨架，称为主链。,2.侧链 在多肽链的分子结构中，氨基酸的R基团则称为R侧链。,3.氨基末端 蛋白质多肽链末端有自由氨基的末端叫氨基末端或N-端，书写时通常写在左边。,4.羧基末端 蛋白质多肽链末端有自由羧基的末端叫羧基末端或C-端，书写时通常写在右边。,维持蛋白质一级结构的化学键是肽键。有些蛋白质分子中还含有二硫键。,牛胰岛素,一级结构由51个氨基酸残基组成，分为A、B两条链。A链是由21个氨基酸残基组成的21肽，B链是由30个氨基酸残基组成的三十肽。A、B两条链之间通过两个二硫键联结在一起，A链中另有一个链内二硫键。一般二硫键的数目越多，蛋白质结构的稳定性也越强，生物体内起着保护作用的皮、角、毛、发的蛋白质中二硫键最多。,二、,蛋白质的,空间,结构,指一条或数条多肽链上所有原子和基团在三维空间上的排布，即构象,（conformation）,或空间结构。,构象,由单键旋转产生的各种立体结构，而,构型,（configuration）是通过改变共价键形成的结构。,蛋白质的高级结构,有,明显的结构层次。,一级结构是空间结构的基础。,蛋白质结构层次,蛋白质结构极其复杂，但具有明显的结构层次,一级结构（多肽链上的氨基酸排列顺序）,二级结构（多肽链主链骨架的局部空间结构）,三级结构（多肽链上所有原子和基团的空间排布）,四级结构（由球状亚基或分子缔合而成的集合体）,（一）,二级结构,二级结构,（secondary structure）：指多肽链主链在一级结构的基础上进一步的盘旋或折叠，形成的周期性构象，维系二级结构的力是氢键。,二级结构主要形式,：-螺旋、-折叠、-转角、无规卷曲,肽平面（peptide plane）：,肽链主链的肽键C-N具有双键的性质，因而不能自由的旋转，使连接在肽键上的六个原子共处于一个平面上，此平面称为肽单位平面，又称酰胺平面。,-,螺旋（,-helix,）,多肽链的主链围绕一个中心轴螺旋上升，上升一圈包含3.6个氨基酸残基，螺距0.54nm，每个氨基酸残基上升0.15nm，每个氨基酸残基旋转100。,R侧链在-螺旋的外侧。,氢键是维系-螺旋的主要作用力。,天然蛋白质中的-螺旋大多数是右手螺旋。,-,折叠（,-sheet,）,平,行,结,构,反,平,行,结,构,存在于丝心蛋白、角蛋白。呈平行的和反平行的比较伸展的构象。主链之间形成H键，侧链基团R交替地位于片层的上、下。,-,转角（,-turn,）,肽链180,0,的回折,无规,卷曲（,random coil,）,两种主要类型的-转角,指蛋白质的肽链中没有确定规律性的那部分肽段构象。,（二）,三级结构,三级结构,（tertiary structure）：指一条多肽链在二级结构的基础上，进一步盘绕、折叠而成的具有特定肽链走向的紧密球状结构,或者说三级结构是指多肽链中所有原子和基团在三维空间的排布。,肌红蛋白的三级结构,三级结构的稳定主要靠非共价相互作用,氨基酸亲水的基团倾向于分布在分子的表面，疏水的基团在分子的内部。,（三）,四级结构,四级结构,（quaternary structure）：多个具有三级结构的多肽链（称,亚基,，Subunit）的聚合。或者说四级结构指亚基的种类、数目及各个亚基在寡聚蛋白中的空间排布和亚基之间的相互作用。,血红蛋白的四级结构,四级结构的稳定主要靠是疏水作用力，另外还有离子键、氢键、范德华引力等。,血红蛋白由4个亚基组成（,2,2,）,，,每个亚基都与肌红蛋白非常相似。,（1）非共价键,氢键,离子键,范德瓦尔力,疏水作用,（2）S-S键,维持蛋白质空间结构中重要的化学键,三、,蛋白,质,结构与功能的关系,1 一级结构与功能的关系,氨基酸组成变化改变其功能,一级结构改变引起分子病,基因突变导致蛋白质一级结构的突变，导致蛋白质生物功能的下降或丧失，就会产生疾病，这种病称为,分子病（,molecular disease,）,。,最早从分子水平证,明的先天性遗传病,镰刀形红细胞贫血症,(,sickle-cell anemia,)。,镰刀形红细胞,正常血细胞,hemoglobin,6:G,A,A(Glu)-G,T,A(Val),疯牛病病牛的海绵样脑组织,疯牛病(BSE)可能是由于朊蛋白,（Pron protein，PrP）,的错误折叠引起的,2,空间,结构与功能的关系,蛋白质的空间结构决定蛋白质的功能，空间结构发生变化，其功能也随之改变，蛋白质的结构与功能是高度统一的。,第四节,蛋白质的理化性质,和分类,一、,蛋白质的,两性解离和等电点,蛋白质分子既含有氨基等碱性基团，又含有羧基等酸性基团，所以蛋白质是两性电解质。,调节蛋白质水溶液的pH，使蛋白质以两性离子的形式存在，所带净电荷为零，这时溶液的pH叫做该蛋白质的等电点（用pI表示）。,在等电点时，蛋白质的溶解度最小，极易借静电引力而结合成沉淀析出。,二、,蛋白质的,胶体性质,三、,蛋白质的,沉淀,蛋白质,胶体溶液是比较稳定的，原因有两个：一是球状大分子表面的水膜将各个大分子分隔开来；二是各个球状大分子带有相同的电荷，由于同性电荷的相互排斥，使大分子不能互相合成较大的颗粒。,如果在蛋白质溶液中加入适当的试剂，破坏了蛋白质的水膜或中和了蛋白质的电荷，则蛋白质就会凝聚下沉，这种现象叫做蛋白质的沉淀。,盐析,：,在蛋白质溶液中加大量中性盐使蛋白质沉淀的方法,。,重金属盐沉淀,：,当溶液pH值大于等电点时，蛋白质电离成阴离子，可与重金属离子结合，形成不溶性蛋白质盐沉淀。,生物碱试剂与某些酸沉淀,：,当溶液pH值小于等电点时，蛋白质电离成阳离子，可与生物碱试剂以及某些酸等结合，形成不溶性的蛋白盐沉淀,。,有机溶剂沉淀,：,可与水混溶的有机溶剂如乙醇、甲醇、丙酮等高浓度能使蛋白质沉淀析出。,四、,蛋白质的变性与复性,变性,（denaturation）是指一些理化因素，如热、光、机械力、酸碱、有机溶剂、重金属离子、变性剂（如尿素等），破坏了维持蛋白质空间构象的非共价作用力，使其空间结构发生改变，结果导致其生物活性的丧失。变性一般并不引起肽键的断裂，但蛋白质的溶解度可能降低，可能凝固和沉淀。,变性有时是可逆的。消除变性的因素，有些蛋白质的生物活性可能得以恢复，称为,复性,（renaturation）。,五、,蛋白质的,颜色反应,茚三酮反应,：,蛋白质分子与水合茚三酮发生反应，生成蓝紫色化合物。实践中常利用这一反应来检查蛋白质是否存在。,福林酚试剂反应,：,碱性条件下，蛋白质分子与酚试剂作用，生成蓝色化合物。可用于蛋白质定量测定。,双缩脲反应,：,蛋白质分子中的肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，生成紫色或红色化合物，双缩脲反应是蛋白质肽键特有的反应。可用于蛋白质定量测定。,米隆反应,：,米隆试剂为硝酸汞、硝酸和亚硝酸的混合物。蛋白质溶液加入米隆试剂后即产生白色沉淀，加热后沉淀变成砖红色。,按形状可将蛋白质分为：,纤维状蛋白质：多为结构蛋白。,球状蛋白质：具有广泛的生物学功能。如酶、蛋白类激素等。,按结构和功能可将蛋白质分为：,简单蛋白（simple protein）：仅有蛋白质组成的、结构简单的蛋白质。,结合蛋白（conjugated protein）：在蛋白质分子中除了含有氨基酸成,分外，还要有其他的成分的存在，才能保证其正常生物活性的蛋白质。,分子中包含蛋白质和非蛋白质两部分。,六、,蛋白质的分类,