02.第二章-蛋白质的结构与功能.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,第二章,蛋白质的结构与功能,(Structure and Function of Protein),一、什么是蛋白质?,蛋白质,(protein)是由氨基酸(amino acids)通过,肽键,(peptide bond)相连形成的高分子,含氮,化合物。,二、蛋白质的生物学功能,(一)蛋白质在生物体内的分布特征,1.,分布广,所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。,2.,含量高,蛋白质占人体干重的45，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80。,3.,种类多,人体中蛋白质种类达十万余种，每种蛋白质都有其特定的结构与功能。,1.作为生物催化剂（酶）,2.代谢调节作用,3.免疫保护作用,4.物质的转运和存储,5.运动与支持作用,6.参与细胞间信息传递,7.氧化供能,(二)蛋白质的生物学功能,三、蛋白质的分类,(一),根据蛋白质组成成分,1.单纯蛋白质,2.结合蛋白质=蛋白质部分+非蛋白质部分,(二),根据蛋白质形状,1.纤维状蛋白质,2.球状蛋白质,第一节,蛋白质的分子组成,一、,蛋白质的元素组成,主要有,C、H、O、N,和,S,。,有些蛋白质含有少量,磷,或金属元素,铁、铜、锌、锰、钴、钼,，个别蛋白质还含有,碘,。,(一),组成蛋白质的元素,(The Molecular Component of Protein),各种蛋白质的含氮量很接近，平均为,16,。,由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：,100克样品中蛋白质的含量(g,%,),=每克样品含氮克数 6.25100,1/16%,(二),蛋白质元素组成的特点,二、蛋白质的基本单位,氨基酸,存在自然界中的氨基酸有300余种，但有遗传密码的氨基酸仅有,20,种，且均属,L-,-,氨基酸,（甘氨酸除外）。,(一),氨基酸的通式,H,甘氨酸,CH,3,丙氨酸,L-氨基酸的通式,R,各种氨基酸的结构区别在于侧链（R基团）的不同，故具有不同的理化性质。,C,+,N,H,3,C,O,O,-,H,2.极性中性侧链氨基酸 (7种),色氨酸 tryptophan Try W 5.89,丝氨酸 serine Ser S 5.68,酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66,半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07,天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41,谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65,苏氨酸 threonine Thr T 5.60,CHCOOH,NH,2,-CH,2,NH,HO-CH,2,CHCOOH,NH,2,-CH,2,CHCOOH,NH,2,HO-,HS-CH,2,CHCOOH,NH,2,H,2,N-C-CH,2,CHCOOH,NH,2,O,CHCOOH,NH,2,H,2,N-C-CH,2,-CH,2,O,CHCOOH,NH,2,HO-CH,CH,3,中文名称 英文名称 缩写符号 结构式 等电点,中文名称 英文名称 缩写符号 结构式 等电点,3.酸性氨基酸 (2种),天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97,精氨酸 arginine Arg R 10.76,组氨酸 histidine His H 7.59,HOOC,-CH,2,CHCOOH,NH,2,谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22,CHCOOH,NH,2,HOOC,-CH,2,-CH,2,4.碱性氨基酸 (3种),中文名称 英文名称 缩写符号 结构式 等电点,赖氨酸 lysine Lys K 9.74,NH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CHCOOH,NH,2,CHCOOH,NH,2,NH,2,-CNHCH,2,CH,2,CH,2,NH,CHCOOH,NH,2,HC,CH,2,NH,C,N,C,H,1.含硫氨基酸 半胱氨酸和甲硫氨酸,半胱氨酸,+,-,H,H,-,CH,-,CH,-,NH,HOOC,-,CH,-,CH,2,-,SH,NH,2,HS,-,-,COOH,CH,-,CH,2,NH,2,半胱氨酸,-,CH,-,CH,-,NH,HOOC,-,CH,-,CH,2,-,S,NH,2,S,-,-,COOH,CH,-,CH,2,NH,2,二硫键,胱氨酸,(三)几种特殊氨基酸,2.芳香族氨基酸,3.支链氨基酸,CH,3,CH,2,CH,CH,3,CHCOOH,NH,2,亮氨酸,CH,2,CHCOOH,NH,2,苯丙氨酸,CH,2,CHCOOH,NH,CH,2,CH,2,4.亚氨基酸,脯氨酸,(四),氨基酸的理化性质,1.两性解离及等电点,氨基酸是两性电解质，其解离方式取决于所处溶液的酸碱度。,等电点(isoelectric point,pI),在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的,pH值,称为该氨基酸的,等电点,。,pH=,pI,+OH,-,pH,pI,+H,+,+OH,-,+H,+,pH,pI,氨基酸的兼性离子,阳离子,阴离子,CH,NH,COOH,R,CH,NH,2,COOH,R,CH,NH,COO,R,CH,NH,2,COO,-,R,CH,NH,COO,R,CH,NH,3,COO,-,R,+,CH,NH,COOH,R,CH,NH,3,COOH,R,+,2.紫外吸收,色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在,280 nm,附近。,大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液,280nm,的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。,芳香族氨基酸的紫外吸收,240 250 260 270 280 290 300 310,光密度,色氨酸,酪氨酸,波长(nm),三、氨基酸在蛋白质分子中的连接方式,(一)肽键(peptide bond),是由一个氨基酸的,-羧基与另一个氨基酸的,-氨基脱水缩合而形成的化学键。,肽键,甘,氨,酸,+,H,NH,2,CH,C,O,OH,H,NH,CH,C,O,OH,H,甘,氨,酸,-,H,OH,甘氨酰甘氨酸,H,NH,2,CH,C,O,H,NH,CH,C,O,OH,1.,肽,是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。,2.两分子氨基酸缩合形成,二肽,，三分子氨基酸缩合则形成,三肽,(二)肽(peptide),3.由十个以内氨基酸相连而成的肽称为,寡肽，,由更多的氨基酸相连形成的肽称,多肽,。,4.,肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为,氨基酸残基,(residue),。,5.,多肽链,(polypeptide chain),是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。分别有：,N 末端：,多肽链中有,自由氨基,的一端，,C 末端：,多肽链中有,自由羧基,的一端。,+,H,3,N,Lys,Glu,Thr,Ala,Ala,Ala,Lys,Phe,Glu,Arg,1,10,Gln,His,Met,Asp,Ser,Ser,Thr,Ser,Ala,Ala,Ser,Ser,Tyr,Ser,Asn,Cys,Asn,Gln,Leu,Arg,Pro,Val,Leu,Val,Asn,Arg,30,Gln,His,Met,Asp,Gln,Val,Thr,Ser,Ala,Ala,Ser,Asn,Thr,Ser,Asn,Cys,Asn,20,Met,Lys,Lys,Lys,40,Thr,Val,Glu,50,Asp,Gln,Cys,Cys,Cys,Cys,60,Lys,Ala,Cys,Cys,Lys,Asn,Glu,Thr,Gln,Thr,70,Thr,Ser,Tyr,Ser,Asp,Thr,Ile,Ser,Met,80,Ser,Arg,Gly,Ser,Glu,Thr,90,Asn,Pro,Lys,Tyr,Tyr,Lys,Thr,Ala,Thr,100,Lys,Ile,Gln,His,Ala,Asn,Ala,Ile,Val,Ala,Asp,Phe,His,Val,Pro,Val,Tyr,Pro,Asn,Gly,Glu,110,120,Val,Ser,C,O,O,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,124,(三),几种生物活性肽,1.谷胱甘肽,(glutathione,GSH),COOH,H-C-NH,2,CH,2,H,2,C,H,2,C,C,O,N,H,CH,CH,2,SH,C,O,N,H,COOH,谷氨酸 半胱氨酸 甘氨酸,体内许多激素属寡肽或多肽。,2.多肽类激素,CH,O,N,C,O,N,H,CH,2,N,N,C,O,N,C,O,NH,2,焦谷氨酸 组氨酸 脯氨酰胺,促甲状腺素释放激素(TRH),(The Molecular Structure of Protein),蛋白质的分子结构包括：,一级结构(primary structure),二级结构(secondary structure),三级结构(tertiary structure),四级结构(quaternary structure),第二节,蛋白质的分子结构,空间结构,1.定义,蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。,一、蛋白质的一级结构,2.主要的化学键,肽键,，有些蛋白质还包括二硫键。,二、蛋白质的二级结构,1.定义,蛋白质分子中某一段肽链的局部空间 结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象,。,2.主要的化学键,氢键,(一)定义与主要化学键,(二)蛋白质二级结构的主要形式,-螺旋(,-helix),-,折叠,(,-pleated sheet),-,转角(,-turn),无规卷曲(random coil),三、蛋白质的三级结构,疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。,2.主要的化学键,整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。,1.,定义,H,2,N,H,3,N,+,N,b,H,COO,-,O,a,C,C,COOH,S,S,H,O,H,O,CH,2,O,a,a,CH,CH,3,CH,CH,3,CH,3,CH,2,CH,3,CH,3,CH,3,c,c,c,O,O,C,c,CH,2,OH,CH,2,OH,b,NH,2,+,H,2,N,C,O,C,O,-,a,b,c,氢键,离子键,疏水键,维持蛋白质分子构象的各种化学键,肌红蛋白(Mb),N 端,C端,2.主要化学键,亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。,四、蛋白质的四级结构,1.定义,蛋白质分子中各,亚基,的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为,蛋白质的四级结构,。,有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的,亚基(subunit)。,血红蛋白是由含有血红素的2个亚基和2个亚基组成的四聚体。,血红蛋白的四级结构,(一)一级结构与功能的关系,五、蛋白质结构与功能的关系,天然状态，有催化活性,尿素、,-,巯基乙醇,去除尿素、,-,巯基乙醇,非折叠状态，无活性,HS,SH,SH,HS,HS,SH,HS,HS,26,110,95,84,72,65,58,40,26,110,95,84,72,58,40,65,核糖核酸酶一级结构与功能的关系,2.血红蛋白一级结构与功能的关系,例：镰刀形红细胞贫血,N,-val his leu thr pro,glu,glu ,C,(146),HbS,肽链,HbA,肽 链,N,-val his leu thr pro,val,glu ,C,(146),这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”,。,这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。,蛋白的结构功能关系,整体的构象决定功能；,一级结构决定特定环境下的构象；,酶是蛋白质,有一、二、三、四级结构,影响蛋白质结构和功能的因素均能影响酶活性,第三节 蛋白质的理化性质,(The Physical and Chemical Characters of Protein),一、蛋白质的两性解离和等电点,(一),两性解离,蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团，故称两性解离。,当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为,蛋白质的等电点。,(二)蛋白质的等电点,三、蛋白质的变性、沉淀和凝固,在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。,1.,变性的本质,即破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质,肽链的一级结构。,(一),蛋白质的变性(denaturation),2.导致变性的因素,如高温、高压、强酸、强碱、有机溶剂、重金属离子、生物碱试剂及辐射等因素,。,3.应用举例,临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。,天然状态，有催化活性,尿素、,-,巯基乙醇,去除尿素、,-,巯基乙醇,非折叠状态，无活性,4.复性,(renaturation),若蛋白质变性程度较轻，去除,变性因素后，蛋白质仍可恢复,或部分恢复其原有的构象,和功能，称为,复性,。,HS,SH,SH,HS,HS,SH,HS,HS,26,110,95,84,72,65,58,40,26,110,95,84,72,58,40,65,四、蛋白质的紫外吸收,由于蛋白质分子中含有酪氨酸和色氨酸，因此在,280nm,波长处有特征性吸收峰。蛋白质的OD,280,与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。,