四川大学生物化学-第1章蛋白质09.ppt

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第 一 篇,生 物 大 分 子 的 结 构 与 功 能,Part I.Structure&function of biologic macromolecules,Protein,:structural molecule,functional molecule,Nucleic acid,:genetic material,Enzyme,:biocatalyst,第一章 蛋白质的结构与功能,Chapter 1.Structure&function of protein,蛋白质是组成生物体最基本的成分,蛋白质的分子结构分成不同的四个层次,蛋白质的种类和功能具有多样性,不同蛋白质的功能取决于其组成和结构的差异,第一节.蛋白质的分子组成,Section 1.,Molecular compose of protein,(,一,),、结构,组成蛋白质的,20,种氨基酸均为,-,氨基酸,通常处于电离状态,构型均为,L-,型,组成蛋白质的元素主要有,C,H,O,N,S,某些蛋白还含有,P,Fe,Cu,Zn,Mn,Co,Mo,等元素,其中,N,含量恒定,平均为,16%,蛋白质的基本,组,成单位是,氨基酸,一、氨 基 酸,(amino acid),100g样品中蛋白质含量(g%)=每克样品含氮克数1006.25,根据侧链,R,在水溶液中的性质可分为：,1.,非极性疏水性氨基酸:侧链为链烃,2.,极性的中性氨基酸：侧链含有,O、N,或,S,原子组成的非电离极性基团，如羟基、巯基、酰胺基等,3.,酸性氨基酸,:,Asp,Glu,4.,碱性氨基酸,:,Lys,Arg,His,两种特殊氨基酸,A.,脯氨酸,(Pro):,亚氨基酸,B.,半胱氨酸,(Cys):,常以胱氨酸形式存在,(,二,),、氨基酸的分类,1.,两性电离及等电点,(,三,),、氨基酸的理化性质,氨基酸可结合或解离质子，进行两性解离,解离方式取决于其所处的酸碱度,使某一氨基酸呈电中性的,pH,称为该氨基酸等电点,(isoelectric,point,pI,),2.,紫外吸收性质,芳香族氨基酸,(,含苯环,),均对紫外光有特定吸收，最大吸收波长为,280nm,用于快速测定蛋白的含量,两性电离及等电点,2.紫外吸收,色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸的最大吸收峰在280nm波长附近,3.,茚三酮反应,是鉴定氨基酸,(,蛋白质,),的特殊颜色反应,可用于氨基酸,(,蛋白质,),的定量分析,1.,肽键,(peptide bond),氨基酸与氨基酸之间的连接方式,二、肽,(peptide),(,一,),、肽,肽 键,2.,肽链,(polypeptide chain),由若干氨基酸通过肽键首尾相连而成的链状结构,主链:由肽键原子及相邻的,C,所构成的长链骨架,侧链:各氨基酸侧链,残基,(,residue):,组成肽链的氨基酸已不完整,3.,多肽与蛋白质,均是氨基酸组成的多肽链,人为地将肽链较短的称为多肽，而把肽链较长的称为蛋白质,4.,肽链的方向性,N-,末端,(N-terminal),和,C-,末端,(C-terminal),书写方向通常为:,N-,端在左,C-,端在右,1.,谷胱甘肽,(glutathione,GSH),(,二,),、生物活性肽,结构特点,功能特性,:,-SH,的还原性和嗜核性,主要作为体内的氧化保护剂和解毒剂,2.,多肽类激素与神经肽,下丘脑,-,垂体,-,肾上腺皮质轴的多种激素,神经肽,1.,根据组成成分,单纯蛋白,结合蛋白:其中非蛋白成分称为,辅基,可以是金属离子、色素、寡糖、脂类、磷酸或核酸等,2.,根据形状,三、蛋白质的分类,(classification of proteins),纤维蛋白:长轴/短轴,10,呈纤维状,多数不溶于水,为结构蛋白,球状蛋白:长轴/短轴 10,多聚体,亚基有自己独立的一、二、三级结构，但无完整的功能,亚基可以相同,均一四级结构,亚基亦可不相同,非均一四级结构,四、蛋白质的四级结构,(quaternary structure),3.,主要维系力：疏水作用,Summary,第三节.蛋白质结构与功能的关系,Section 3.Relationships between structure and functions of protein,一、蛋白质一级结构与功能的关系,(primary structure&function),一级结构一旦确定，就决定了其空间结构的排布,但一级结构并不是决定空间结构的唯一因素,(,一,).,一级结构是空间结构的基础,(,二,).,一级结构与功能的关系,1.,不同的一级结构决定不同的生理功能,2.,一级结构中只有少数氨基酸残基与功能直接相关,即功能基团,或称关键部位,(key,-,part),3.,非功能基团对维持功能基团的构象有重要作用,关键部位相同，则功能可能相同或相似。如,Insulin,Cyt,c,关键部位不同，即便是一个氨基酸残基的改变，也可导致功能的完全改变或丧失.如镰刀型血红蛋白,镰刀形血红蛋白,在HbS中，由于带负电的极性亲水谷氨酸被不带电的非极性疏水缬氨酸所代替，致使血红蛋白的溶解度下降。在氧张力低的毛细血管区，HbS形成管状凝胶结构(如棒状结构)，导致红细胞扭曲成镰刀状(即镰变)。这种僵硬的镰状红细胞不能通过毛细血管，加上HbS的凝胶化使血液的黏滞度增大，阻塞毛细血管,引起局部组织器官缺血缺氧，产生脾肿大、胸腹疼痛(又叫做“镰形细胞痛性危象”)等临床表现。,往往会阻塞毛细血管，进一步导致疼痛、中风、心脏病发作、肾功能丧失、甚至早夭。,镰刀形红细胞贫血（sickle cell anemia）,Differences in amino acids sequence of insulin from human and animals.,Insulin A8 A9 A10 B30,human,Thr,Ser,Ile Thr,pig,Thr,Ser Ile,Ala,dog,Thr,Ser Ile,Ala,rabbit,Thr,Ser,Ile,Ser,cow,Ala,Ser,Val Ala,goat,Ala Gly Val Ala,horse,Thr,Gly,Ile,Ala,二、蛋白质空间结构与功能的关系,(conformation&function),(,一,).,肌红蛋白与血红蛋白的结构,Mb,储存氧气Hb运输氧气,蛋白质的空间结构与生理功能密切相关,以肌红蛋白和血红蛋白为例,含,153,个氨基酸残基的单链蛋白和一个血红素,(,heme,),辅基,空间结构上主要为,8,段,-,螺旋折叠为球状,heme,位于分子内部的袋形空穴中,1.,肌红蛋白,(myoglobin,Mb),由,4,个亚基组成，分别为,2,个,-,亚基和,2,个,-,亚基,每个亚基的结构与,Mb,极相似,4,个亚基共同围绕成紧密的球形，亚基之间以疏水作用和盐键维持稳定,2.,血红蛋白,(hemoglobin,Hb),(,二,).,血红蛋白的构象变化与结合氧,1.,结合氧特性,(,解离曲线,),Hb,与,O,2,的结合曲线呈,S,型,与,Mb,不同,(,直角双曲线,),4,个亚基与,4,个,O,2,结合时难易程度不同,先难后易,(,平衡常数,K,1,K,2,K,3,K,4,),具有正协同效应,(,positive,cooperativity,),2.,协同效应机理,变构效应,(allosteric effect),(1).,变构效应的概念,蛋白质与效应剂结合后引起蛋白质的构象改变,(,进而引起生物活性改变,),的现象，称为变构效应。,(2).Hb,的变构效应,未结合时处于紧张态,(T,态,),第一个,O,2,结合血红素后,该亚基,F,肽段位移,两个-亚基之间的盐键断裂,亚基间结合松弛,第二、第三亚基更易结合,O,2,三个亚基结合,O,2,以后，第四亚基的血红素已几乎完全暴露，极易结合,O,2,整个血红蛋白完全处于松弛态,(,R,态,),Summary,Mb:,三级结构，无变构效应,Hb:四级结构，有变构效应,（三）蛋白质构象改变与疾病,蛋白质的折叠发生错误，使蛋白质的构象发生改变，尽管其一级结构不变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生，此类疾病称为蛋白构象疾病。,例：疯牛病,PrP,C,PrP,SC,(,-helix)(-sheet),第四节.蛋白质理化性质及其分离纯化,Section 4.Physicochemical properties,separation and purification of protein,一、蛋白质的理化性质,(physicochemical properties),氨基酸两性电离的结果,蛋白质的两性电离还受侧链酸、碱性基团电离的影响,(,一,).,蛋白质的两性电离,(,二,).,蛋白质的胶体性质,分子量大，在水溶液中分子颗粒达,1200,nm,蛋白溶液的稳定因素：形成水化膜；表面电荷,概念：是指某些理化因素使蛋白质分子的空间构象发生改变或破坏，导致其理化性质的改变和生物活性的丧失。,本质为次级键的破坏，不涉及一级结构的改变,应用,:,消毒灭菌,(,三,).,蛋白质的变性、,1.,变性,(denaturation),变性因素:,加热,强酸、强碱,有机溶剂：乙醇,重金属离子：Hg2+,Pb2+,变性剂：SDS,尿素,还原剂：-巯基乙醇,蛋白质的变性与复性,(,四,).,蛋白质的紫外吸收,蛋白质的特征吸收光为,280nm,的紫外光,且其吸收值,(O.D),与蛋白质浓度呈正比，可用于蛋白质的定量,(,五,).,蛋白质的呈色反应,1.,茚三酮反应,(ninhydrin reaction),2.,双缩脲反应,(biuret reaction),二、蛋白质的分离纯化,(separation&purification),三、氨基酸序列分析,(sequencing of polypeptide),四、蛋白质空间结构测定,(determination of conformation),一、透析(dialysis),二、层析(chromatography),离子交换层析,凝胶过滤,亲和层析,离子交换层析(ion exchange chromatography),固定相离子交换树脂,阳离子：酸性基团，带负电，交换阳离子,阴离子：碱性基团，带正电，交换阴离子,原理：蛋白质所带电荷的性质和数量,凝胶过滤(gel filtration),固定相：凝胶颗粒多孔性的网络结构,原理：蛋白质分子大小不同（反筛效应）,三、超速离心(ultracentrifugation),原理：蛋白质密度不同,沉降系数(sedimentation coefficient,S)：与蛋白质密度和形状有关,球状蛋白质，S与分子量成正比,四.电泳,原理：由于蛋白质所带电荷、分子量及构象不同蛋白质在电场中的泳动速率不同,名解：,肽平面 模序（体）结构域,蛋白质变性,问答：,试述蛋白质结构与功能的关系,