奥赛辅导---蛋白质.pptx

蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第第 一一 章章第二页，共三十二页。一、什么是蛋白质一、什么是蛋白质?蛋蛋白白质质(protein)是是由由许许多多氨氨基基酸酸(amino acids)通通过过肽肽键键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。相连形成的高分子含氮化合物。组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素主要有主要有C、H、O、N和和S。有些蛋白质含有少量有些蛋白质含有少量磷磷或金属元素或金属元素铁、铜、锌、锰、铁、铜、锌、锰、钴、钼钴、钼，个别蛋白质还含有，个别蛋白质还含有碘碘。第三页，共三十二页。1、蛋白质的元素组成：氮的含量在多种的蛋白质比较接近，平均为16%，因此用凯氏kjelahl法定N，受检物质中含蛋白质量为N含量的6.25倍。蛋白质含量的测定：蛋白质含量的测定：凯氏定氮法凯氏定氮法(测定氮的经典方法测定氮的经典方法)优点：对原料无选择性，仪器简单，方法也简单；优点：对原料无选择性，仪器简单，方法也简单；缺点：易将无机氮缺点：易将无机氮,都归入蛋白质中都归入蛋白质中,不精确。不精确。样品含氮量平均在样品含氮量平均在16%，取其倒数，取其倒数100/16=6.25，即为蛋白质换，即为蛋白质换算系数，其含义是样品中每存在算系数，其含义是样品中每存在1g元素氮，就说明含有元素氮，就说明含有6.25g 蛋白质；蛋白质；故：故：蛋白质含量蛋白质含量=氮的量氮的量100/16第四页，共三十二页。一、氨基酸一、氨基酸 组成蛋白质的根本单位组成蛋白质的根本单位存存在在自自然然界界中中的的氨氨基基酸酸有有300余余种种，但但组组成成人人体蛋白质的氨基酸仅有体蛋白质的氨基酸仅有20种种.必需氨基酸和非必需氨基酸：必需氨基酸和非必需氨基酸：必需氨基酸包括亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨必需氨基酸包括亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、蛋氨酸甲硫氨酸、色氨酸、赖氨酸、苯丙酸、蛋氨酸甲硫氨酸、色氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸等氨酸等8种。精氨酸和组氨酸为半必需氨基酸。种。精氨酸和组氨酸为半必需氨基酸。第五页，共三十二页。2 2、蛋白质的氨基酸组成、蛋白质的氨基酸组成1 1氨基酸的结构天然蛋白质中存在的氨基酸都是氨基酸的结构天然蛋白质中存在的氨基酸都是L-a-L-a-氨基酸氨基酸 COOH|NH2 C H|R L-a-氨基酸 一种为脯氨酸脯氨酸，它也有类似结构，但侧链与氮原子相接形成亚氨基酸。除甘氨酸外，蛋白质中的氨基酸都具有不对称碳原子，都有L型与D一型之分，为区别两种构型，通过与甘油醛的构型相比较，人为地规定一种为L型，另种为D一型。当书写时NH2写在左边为L型，NH2在右为D一型。能看出天然蛋白质中的氨基酸都属L型。第六页，共三十二页。1.非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸7甘丙缬亮异苯脯甘丙缬亮异苯脯2.极性中性氨基酸极性中性氨基酸8色丝酪半蛋天谷苏色丝酪半蛋天谷苏3.酸性氨基酸酸性氨基酸2天谷天谷4.碱性氨基酸碱性氨基酸3赖精组赖精组一氨基酸的分类一氨基酸的分类第七页，共三十二页。二氨基酸的理化性质二氨基酸的理化性质1.两性解离及等电点两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。处溶液的酸碱度。等电点等电点(isoelectric point,pI)在在某某一一pH的的溶溶液液中中，氨氨基基酸酸解解离离成成阳阳离离子子和和阴阴离离子子的的趋趋势势及及程程度度相相等等，成成为为兼兼性性离离子子，呈呈电电中中性性。此此时时溶溶液液的的pH值值称称为为该该氨氨基基酸酸的的等等电点电点。第八页，共三十二页。pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子移阳离子移向阴极向阴极阴离子移向阴离子移向阳极阳极第九页，共三十二页。2.紫外吸收紫外吸收 色氨酸色氨酸Trp W、酪氨酸酪氨酸 Try Y 的的最大吸收峰在最大吸收峰在 280 nm 附附近。近。大大多多数数蛋蛋白白质质含含有有这这两两种种氨氨基基酸酸残残基基，所所以以测测定定蛋蛋白白质质溶溶液液280nm的的光光吸吸收收值值是是分分析析溶溶液液中中蛋蛋白白质质含含量的快速简便的方法。量的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收第十页，共三十二页。3.茚三酮反响茚三酮反响 氨氨基基酸酸与与茚茚三三酮酮水水合合物物共共热热，可可生生成成蓝蓝紫紫色色化化合合物物，其其最最大大吸吸收收峰峰在在570nm处处。由由于于此此吸吸收收峰峰值值与与氨氨基基酸酸的的含含量量存存在在正正比比关关系系，因因此此可作为氨基酸定量分析方法。可作为氨基酸定量分析方法。第十一页，共三十二页。氨基酸氨基酸 代谢库代谢库食物蛋白质食物蛋白质消化吸收消化吸收 组织组织蛋白质蛋白质分解分解 体内合成氨基酸体内合成氨基酸(非必需氨基酸非必需氨基酸)-酮酸酮酸 脱氨基作用脱氨基作用 酮 体氧化供能 糖胺胺 类类脱羧基作用脱羧基作用氨 尿素代谢转变代谢转变其它含氮化合物其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等嘌呤、嘧啶等)合成合成 氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况第十二页，共三十二页。一、氨基酸的脱氨基作用一、氨基酸的脱氨基作用脱氨基方式：脱氨基方式：氧化脱氨基氧化脱氨基 转氨基作用转氨基作用 联合脱氨基联合脱氨基 非氧化脱氨基非氧化脱氨基 转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联第十三页，共三十二页。一、氧化脱氨基作用一、氧化脱氨基作用 L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶+H2O+NH3NAD(P)NAD(P)+NAD(P)H+HNAD(P)H+H+COOHCOOHCHCH2 2CHCH2 2C=OC=OCOOHCOOHCOOHCOOHCHCH2 2CHCH2 2CH NHCH NH2 2COOHCOOH*L-谷氨酸脱氢酶：谷氨酸脱氢酶：活性强，分布于肝、肾及脑组织活性强，分布于肝、肾及脑组织 辅酶为辅酶为NADNAD+或或NADPNADP+专一性强，只作用于谷氨酸专一性强，只作用于谷氨酸第十四页，共三十二页。二、转氨基作用二、转氨基作用(transamination)(transamination)特点：特点：*没有游离的氨产生，但改变了氨基酸代谢库中各种氨基酸没有游离的氨产生，但改变了氨基酸代谢库中各种氨基酸的比例。的比例。*大多数氨基酸可参与转氨基作用，但大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸酸除外。除外。第十五页，共三十二页。谷丙转氨酶谷丙转氨酶GPTGPT谷草转氨酶谷草转氨酶(GOT)(GOT)谷丙转氨酶谷丙转氨酶GPTGPT和谷草转氨酶和谷草转氨酶GOTGOT第十六页，共三十二页。氨基酸氨基酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 H2O+NAD+转氨酶转氨酶 NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 *此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需非必需氨基酸氨基酸的主要方式。的主要方式。*主要在肝、肾组织进行。主要在肝、肾组织进行。1 1、转氨基偶联氧化脱氨基作用转氨基偶联氧化脱氨基作用第十七页，共三十二页。苹果酸苹果酸 腺苷酸腺苷酸代琥珀酸代琥珀酸次黄嘌呤次黄嘌呤 核苷酸核苷酸 (IMP)(IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶-酮戊酮戊 二酸二酸氨氨基基酸酸 谷氨酸谷氨酸-酮酸酮酸 转氨酶 1草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸转氨酶 2腺苷酸脱氢酶H2ONH3延胡索酸延胡索酸腺嘌呤腺嘌呤核苷酸核苷酸(AMP)(AMP)2 2、转氨基偶联嘌呤核苷酸循环、转氨基偶联嘌呤核苷酸循环第十八页，共三十二页。二、血氨的去路二、血氨的去路 在肝内合成尿素在肝内合成尿素 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物合成非必需氨基酸及其它含氮化合物 合成谷氨酰胺合成谷氨酰胺 肾小管泌氨：肾小管泌氨：分泌的分泌的NHNH3 3酸性条件下生成酸性条件下生成NHNH4 4+，随尿排出。，随尿排出。谷氨酸谷氨酸 +NH3谷氨酰胺谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi第十九页，共三十二页。尿素的生成尿素的生成1 1、生成部位：、生成部位：主要在肝细胞的主要在肝细胞的线粒体线粒体及及胞液胞液中。中。2 2、生成过程、生成过程 尿素的生成过程由尿素的生成过程由Hans Krebs Hans Krebs 和和Kurt Henseleit Kurt Henseleit 提出，称为提出，称为鸟氨酸循环鸟氨酸循环(orinithine cycle)(orinithine cycle)，又称，又称尿素尿素循环循环(urea cycle)(urea cycle)或或Krebs-HenseleitKrebs-Henseleit循环循环。第二十页，共三十二页。鸟氨酸循环鸟氨酸循环2ADP+PiCO2+NH3+H2O氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸Pi鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸氨基酸氨基酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸-酮戊酮戊 二酸二酸谷氨酸谷氨酸-酮酸酮酸精氨酸代精氨酸代 琥珀酸琥珀酸瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPiAMP+PPi鸟氨酸鸟氨酸尿素尿素线粒体胞 液*原料：原料：2 2 分子氨，一个来自分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自于游离氨，另一个来自AspAsp天冬氨酸；天冬氨酸；*过程：先在线粒体中进行，过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行；再在胞液中进行；*耗能：耗能：3 3 个个ATPATP，4 4 个高能个高能磷酸键。磷酸键。第二十一页，共三十二页。蛋白质的结构蛋白质的结构一级结构一级结构(1)组成蛋白质的多肽链数目组成蛋白质的多肽链数目.(2)多肽链的氨基酸顺序，多肽链的氨基酸顺序，(3)多肽链内或链间二硫键的数目和位置。多肽链内或链间二硫键的数目和位置。其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能的根底。蛋白质生物功能的根底。第二十二页，共三十二页。蛋白质的结构蛋白质的结构二级结构二级结构-螺旋：多肽链中氨基酸残基以螺旋：多肽链中氨基酸残基以1000的角度的角度围绕螺旋轴心盘旋上升，每围绕螺旋轴心盘旋上升，每3.6个残基就旋转个残基就旋转一圈，螺距为一圈，螺距为0.54nm；右手旋转；多肽链内；右手旋转；多肽链内的氢键由肽链中一个肽键的的氢键由肽链中一个肽键的-CO的氧原子与的氧原子与第四个肽键的第四个肽键的-NH的氢原子组成，每个氢键的氢原子组成，每个氢键所形成的环内共有所形成的环内共有13个原子，这种螺旋称为个原子，这种螺旋称为3.613-折叠：平行式、反平行式。邻近两链以相折叠：平行式、反平行式。邻近两链以相反或相同方向平行排列成片层状。两个氨基反或相同方向平行排列成片层状。两个氨基酸残基之间的轴心距离为酸残基之间的轴心距离为0.35nm，-折叠结折叠结构的氢键是由两条肽链中的一条的构的氢键是由两条肽链中的一条的-CO基与基与另一条另一条-NH基之间所形成。基之间所形成。二级结构还有二级结构还有-转角、自由回转无规转角、自由回转无规卷曲卷曲第二十三页，共三十二页。蛋白质的结构蛋白质的结构三级结构：是指多肽链在二级结构、超二级结构、结构域的根三级结构：是指多肽链在二级结构、超二级结构、结构域的根底上，进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特底上，进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。征三维结构。四级结构：是指由两四级结构：是指由两 个或两个以上具有三级结构的亚基按一定个或两个以上具有三级结构的亚基按一定方式聚合而成的特定构象的蛋白质分子。方式聚合而成的特定构象的蛋白质分子。通常亚基只有一条多肽链，但有的亚基由两条或多条多肽链组通常亚基只有一条多肽链，但有的亚基由两条或多条多肽链组成，这些多肽链间多以二硫键相连。亚基单独存在时无生物学活成，这些多肽链间多以二硫键相连。亚基单独存在时无生物学活性。性。维系蛋白质一级结构的作用力：维系蛋白质一级结构的作用力：肽键、二硫键肽键、二硫键维系蛋白质二级结构的作用力：维系蛋白质二级结构的作用力：氢键氢键维系蛋白质三级结构的作用力：维系蛋白质三级结构的作用力：范德华力、盐键、氢键、疏水相互作用范德华力、盐键、氢键、疏水相互作用维系蛋白质四级结构的作用力：维系蛋白质四级结构的作用力：范德华力、盐键、范德华力、盐键、氢键、疏水键。其中疏水氢键、疏水键。其中疏水键是最主要的作用力。键是最主要的作用力。第二十四页，共三十二页。一蛋白质的两性电离一蛋白质的两性电离 一、理化性质一、理化性质 蛋蛋白白质质分分子子除除两两端端的的氨氨基基和和羧羧基基可可解解离离外外，氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链中中某某些些基基团团，在在一一定定的的溶溶液液pHpH条条件件下下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。都可解离成带负电荷或正电荷的基团。*蛋白质的等电点蛋白质的等电点(isoelectric point,pI)当当蛋蛋白白质质溶溶液液处处于于某某一一pH时时，蛋蛋白白质质解解离离成成正正、负负离离子子的的趋趋势势相相等等，即即成成为为兼兼性性离离子子，净净电电荷荷为为零零，此此时溶液的时溶液的pH称为称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。第二十五页，共三十二页。蛋白质的蛋白质的盐溶盐溶、盐析盐析、变性和、变性和复性复性盐盐溶溶是是指指蛋蛋白白质质溶溶液液中中由由于于参参加加低低浓浓度度的的中中性性盐盐后后，使使蛋白质溶解度增加的现象称为盐溶。蛋白质溶解度增加的现象称为盐溶。盐盐析析是是指指高高浓浓度度中中性性盐盐可可使使蛋蛋白白质质分分子子脱脱去去水水化化层层并并中中和和其其电电荷而使蛋白质从溶液中凝集出来的现象叫做盐析。荷而使蛋白质从溶液中凝集出来的现象叫做盐析。蛋蛋白白质质的的变变性性作作用用是是指指天天然然蛋蛋白白质质分分子子由由于于受受到到物物理理或或化化学学因因素素的的影影响响使使次次级级键键破破坏坏，引引起起天天然然构构象象的的改改变变，导导致致生生物物活活性性的的丧丧失失及及一一些些理理化化性性质质的的改改变变，但但未未引引起起肽肽键键的的断断裂裂，这这种现象叫做蛋白质的变性作用。种现象叫做蛋白质的变性作用。蛋蛋白白质质的的复复性性是是指指当当变变性性因因素素除除去去后后，变变性性蛋蛋白白又又可可重重新新回回复复到天然构象，这一现象叫蛋白质的复性。到天然构象，这一现象叫蛋白质的复性。第二十六页，共三十二页。蛋白质的紫外吸收蛋白质的紫外吸收由由于于蛋蛋白白质质分分子子中中含含有有共共轭轭双双键键的的酪酪氨氨酸酸和和色色氨氨酸酸，因因此此在在280nm波波长长处处有有特特征征性性吸吸收收峰峰。蛋蛋白白质质的的OD280与与其其浓浓度度呈呈正正比比关关系系，因因此此可可作作蛋蛋白白质质定定量量测定。测定。第二十七页，共三十二页。蛋白质的呈色反响蛋白质的呈色反响茚三酮反响茚三酮反响(ninhydrin reaction)蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反响。酮反响。双缩脲反响双缩脲反响(biuret reaction)蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反响称为双酸铜共热，呈现紫色或红色，此反响称为双缩脲反响，双缩脲反响可用来检测蛋白质水缩脲反响，双缩脲反响可用来检测蛋白质水解程度。解程度。第二十八页，共三十二页。蛋白质的别离提纯技术蛋白质的别离提纯技术 一、根据分子大小不同进行别离纯化一、根据分子大小不同进行别离纯化1 1、透析和超过滤、透析和超过滤 透析和超过滤都是利用蛋白质分子不能通过半透析和超过滤都是利用蛋白质分子不能通过半透膜的性质，使蛋白质和其它小分子物质分开。透膜的性质，使蛋白质和其它小分子物质分开。超过滤是利用压力或离心力，强使水和其超过滤是利用压力或离心力，强使水和其它小分子溶液透过半透膜，而蛋白质留在膜上。它小分子溶液透过半透膜，而蛋白质留在膜上。第二十九页，共三十二页。蛋白质的别离提纯技术蛋白质的别离提纯技术 二、根据溶解度差异的别离方法二、根据溶解度差异的别离方法1.1.等电点沉淀和等电点沉淀和PHPH值控制值控制 利用各种蛋白质在等电点时，溶解度最小这一性质，利用各种蛋白质在等电点时，溶解度最小这一性质，可以通过调节蛋白质溶液的可以通过调节蛋白质溶液的PHPH值，将不同的蛋白质分开。值，将不同的蛋白质分开。2.2.蛋白质盐溶或盐析蛋白质盐溶或盐析 中性盐在低浓度时，可以增加蛋白质的溶解度，这中性盐在低浓度时，可以增加蛋白质的溶解度，这种现象叫盐溶。当溶液离子强度增加到一定数值时，种现象叫盐溶。当溶液离子强度增加到一定数值时，蛋白质的溶解度下降开始沉淀，这种现象叫盐析。蛋白质的溶解度下降开始沉淀，这种现象叫盐析。第三十页，共三十二页。蛋白质的别离提纯技术蛋白质的别离提纯技术 三、根据电荷不同的别离方法三、根据电荷不同的别离方法1.1.电泳电泳 在外界电场的影响下，如果蛋白质不处于等电点状态，它将在外界电场的影响下，如果蛋白质不处于等电点状态，它将向电极移动，这种现象称为电泳。纯化中应用最多的是聚丙烯向电极移动，这种现象称为电泳。纯化中应用最多的是聚丙烯酰胺凝胶电泳和等电聚焦电泳，它们既可以作为蛋白质纯度检酰胺凝胶电泳和等电聚焦电泳，它们既可以作为蛋白质纯度检验方法，也可以纯度、制备蛋白质。验方法，也可以纯度、制备蛋白质。2.2.层析层析 层析法是利用被别离样品混合物中各组分的化学性质的层析法是利用被别离样品混合物中各组分的化学性质的差异，使各组分以不同程度分布在两个差异，使各组分以不同程度分布在两个“相中，这两个相中，这两个相中的一个被固定在一定的支持介质上，成为固定相，另相中的一个被固定在一定的支持介质上，成为固定相，另一个是移动的，成为移动相。一个是移动的，成为移动相。根据层析法的原理与方式的不同，层析法有分配层析、吸附根据层析法的原理与方式的不同，层析法有分配层析、吸附层析、离子交换层析、亲和层析等不同类别。层析、离子交换层析、亲和层析等不同类别。第三十一页，共三十二页。内容总结生物化学局部知识结构。异化、核酸的异化。缺点：易将无机氮,都归入蛋白质中,不精确。当书写时NH2写在左边为L型，NH2在右为D一型。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。转氨基和氧化脱氨基偶联。*大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。*过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。-折叠：平行式、反平行式。2.层析第三十二页，共三十二页。