护理生物化学蛋白质的结构与功能.pptx

第二章第二章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能蛋白质是一切生物体的重要组成成分蛋白质是一切生物体的重要组成成分从高等动植物到低等微生物从高等动植物到低等微生物从最复杂的人类到最简单的病毒从最复杂的人类到最简单的病毒例：蛋白质在生物体中占干重为例：蛋白质在生物体中占干重为 人体：人体：45%横纹肌：横纹肌：80%心脏：心脏：60%细菌：细菌：5080%酵母：酵母：46.6%病毒：病毒：小麦：约小麦：约9%大豆：约大豆：约36%花生：花生：26%1、催化作用、催化作用几乎所有的酶都是蛋白质几乎所有的酶都是蛋白质蛋白质功能的多样性蛋白质功能的多样性膜膜蛋蛋白白2、生物体的结构成分、生物体的结构成分3、运输和储存、运输和储存血红蛋白在血中输送氧血红蛋白在血中输送氧肌红蛋白在肌肉中输送氧肌红蛋白在肌肉中输送氧膜蛋白起运输作用膜蛋白起运输作用4、运动作用：、运动作用：动物的肌肉收缩、细菌的鞭毛运动动物的肌肉收缩、细菌的鞭毛运动5、免疫保护作用、免疫保护作用抗抗体体第一节第一节 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：蛋白质的元素组成：C、H、O、N 及少量的及少量的 S 特点：特点：N 在各种蛋白质中的平均含量为在各种蛋白质中的平均含量为16%，即即1克氮相当于含克氮相当于含6.25克蛋白质克蛋白质 用定氮法可测定蛋白质含量：用定氮法可测定蛋白质含量：蛋白质含量蛋白质含量(g)=蛋白质含氮量（蛋白质含氮量（g）6.25例题：测得某一蛋白质样品的氮含量为040g，此样品约含蛋白质多少？答：0.46.25=2.5(g)二、氨基酸二、氨基酸(amino acid)的结构通式的结构通式(一）氨基酸的结构特点一）氨基酸的结构特点 除除脯脯氨氨酸酸（亚亚氨氨基基酸酸）外外，其其他他1919种种均均具具有有如下结构通式：如下结构通式：蛋白质是由蛋白质是由蛋白质是由蛋白质是由2020种基本氨基酸组成的种基本氨基酸组成的种基本氨基酸组成的种基本氨基酸组成的CCOOHHRNH2v有机物中和有机物中和官能团官能团直接相连的碳原子叫做直接相连的碳原子叫做-碳原子。碳原子。v例如，丁酸（例如，丁酸（CH3-CH2-CH2-COOH）中，第）中，第三个碳原子和羧基直接相连，称为三个碳原子和羧基直接相连，称为碳原子，碳原子，第二个碳原子是第二个碳原子是碳原子，以此类推碳原子，以此类推 L-丙氨酸丙氨酸D-丙氨酸丙氨酸 蛋白质中发现的氨基酸都是蛋白质中发现的氨基酸都是L-型的。型的。（二（二）.氨基酸的分类氨基酸的分类根据氨基酸侧链根据氨基酸侧链(-R)的结构和理化性质分类的结构和理化性质分类1.非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸;2.极性中性氨基酸极性中性氨基酸;3.芳香族氨基酸芳香族氨基酸;4.酸性氨基酸酸性氨基酸;5.碱性侧链氨基酸碱性侧链氨基酸例：芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸 （Phe,F）酪氨酸酪氨酸 （Tyr,Y）色氨酸色氨酸 （Trp,W）（三）、氨基酸的重要理化性质（三）、氨基酸的重要理化性质1、物理性质、物理性质2、两性电离性质、两性电离性质pH=pI 净电荷净电荷=0 pH pI净电荷为负净电荷为负CHRCOONH2CHRCOOHNH3+CHRCOONH3+H+（酸（酸性）性）+OH-+H+OH-（碱性）（碱性）在在一一定定pH条条件件下下,氨氨基基酸酸分分子子中中所所带带的的正正电电荷荷数数和和负负电电荷荷数数相相等等,即即净净电电荷荷为为零零,在在电电场场中中既既不不向向阳阳极极也也不不向向阴阴极极移移动动,此此时时溶溶液液的的pH值值称称为为该种氨基酸的等电点该种氨基酸的等电点(isoelectric point，pI)。氨基酸的等电点是它呈现电中性时所处环境的氨基酸的等电点是它呈现电中性时所处环境的pH值值.2、紫外吸收特性、紫外吸收特性 A280nm 3、茚三酮反应茚三酮反应：可做氨基酸的定性、定量测定。：可做氨基酸的定性、定量测定。第二节第二节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构一、多肽的结构一、多肽的结构（一）肽键（一）肽键由一个氨基酸的由一个氨基酸的-氨基与另一个氨酸的氨基与另一个氨酸的-羧基脱水缩合生成羧基脱水缩合生成的化学键。的化学键。（二）肽（二）肽肽肽：氨基酸通过肽键相连接而形成的化合物氨基酸通过肽键相连接而形成的化合物(有二肽、有二肽、三肽、寡肽和多肽等三肽、寡肽和多肽等)。寡肽：寡肽：一般一般10肽以下肽以下多肽：多肽：一般一般10肽以上肽以上多肽链：多肽链：由肽键连接各氨基酸残基形成的长链骨架结构。由肽键连接各氨基酸残基形成的长链骨架结构。氨基酸残基：氨基酸残基：多肽链中的氨基酸，由于参与肽键的形成，已非原来完整多肽链中的氨基酸，由于参与肽键的形成，已非原来完整的分子，称为的分子，称为。多肽链有两端：多肽链有两端：N末端（氨基末端）、末端（氨基末端）、C末端（羧基末端）末端（羧基末端）生物活性肽生物活性肽 类别：激素、抗菌素、辅助因子类别：激素、抗菌素、辅助因子 实例：谷胱甘肽实例：谷胱甘肽 催产素催产素降钙素降钙素 脑啡肽脑啡肽谷胱甘肽谷胱甘肽 谷谷胱胱甘甘肽肽在在体体内内参参与与氧氧化化还还原原过过程程，作作为为某某些些氧氧化化还还原酶的辅因子，或保护巯基酶，或防止过氧化物积累。原酶的辅因子，或保护巯基酶，或防止过氧化物积累。蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构 高级结高级结构构 蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构 （空间构象）（空间构象）由一条肽链形成的蛋白质只有一、二、三级结构，由一条肽链形成的蛋白质只有一、二、三级结构，由二条或二条以上多肽链形成的蛋白质才可能有由二条或二条以上多肽链形成的蛋白质才可能有四级结构。四级结构。二、蛋白质的一级结构二、蛋白质的一级结构1、蛋白质的一级结构：蛋白质的一级结构：蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序。蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序。2、蛋白质中氨基酸排列顺序由、蛋白质中氨基酸排列顺序由遗传物质遗传物质决定。决定。3、维持蛋白质一级结构的主要化学键是、维持蛋白质一级结构的主要化学键是肽键肽键，有时还含有，有时还含有二硫键。二硫键。三、蛋白质的空间结构三、蛋白质的空间结构（一）蛋白质的二级结构（一）蛋白质的二级结构1、概念：概念：蛋白质分子中各段多肽链主链原子的空间分布状蛋白质分子中各段多肽链主链原子的空间分布状态，亦即主链的空间构象，不涉及氨基酸残基的侧链构象。态，亦即主链的空间构象，不涉及氨基酸残基的侧链构象。主链与侧链主链与侧链 由肽键和由肽键和-碳原子构成的多肽链骨架称为主链，伸展在碳原子构成的多肽链骨架称为主链，伸展在外的外的R R基团称为侧链。基团称为侧链。2、主要形式：主要形式：-螺旋螺旋,-折叠，折叠，-转角，无规则卷曲。转角，无规则卷曲。3、主要维系键：主要维系键：氢键氢键-螺旋螺旋结构特点：结构特点：右手螺旋：右手螺旋：3.6 个氨基酸个氨基酸/圈，螺距圈，螺距0.54nm。氢键维持稳定。氢键维持稳定。侧链伸向螺旋外侧。侧链伸向螺旋外侧。侧链基团影响螺旋的形成和稳定。侧链基团影响螺旋的形成和稳定。(带同种电荷，侧链大的带同种电荷，侧链大的R基或基或Pro存在均妨碍存在均妨碍-螺旋形成螺旋形成)-折叠折叠-折叠片中，相邻多肽链平行或反平行（较稳定）。NNCNNCCC平行平行反平行反平行-转角转角核糖核酸酶分子中的二级结构核糖核酸酶分子中的二级结构-螺旋螺旋-折叠折叠-转角转角无规卷曲无规卷曲（二）蛋白质的三级结构（二）蛋白质的三级结构(tertiary structure)1.概念概念:每一条多肽链上的所有原子的空间排布，是在二级结构每一条多肽链上的所有原子的空间排布，是在二级结构基础上，由侧链基团相互作用，进一步折叠盘绕而成的。基础上，由侧链基团相互作用，进一步折叠盘绕而成的。2.维系键维系键:疏水键疏水键、离子键、氢键、离子键、氢键、Vander Waals力等次级键。力等次级键。疏水键：疏水键：v非非极极性性物物质质在在含含水水的的极极性性环环境境中中存存在在时时，会会产产生生一一种种相相互互聚聚集集的的力力，这这种种力力称称为为疏疏水水键键或或疏疏水水作作用力用力。(三）蛋白质的四级结构三）蛋白质的四级结构1.概念概念:蛋白质分子中各个亚基的空间排布。蛋白质分子中各个亚基的空间排布。蛋白质分子中每条具独立三级结构的多肽链称为蛋白质分子中每条具独立三级结构的多肽链称为亚基。亚基。2.维系键维系键:疏水键、氢键、离子键等。疏水键、氢键、离子键等。（一）、蛋白质的一级结构与功能的关系（一）、蛋白质的一级结构与功能的关系 一级结构一级结构 空间构象空间构象 功能功能1.一级结构中一级结构中“关键关键”部分相同部分相同,其蛋白质功能相同。其蛋白质功能相同。如：不同动物来源的胰岛素如：不同动物来源的胰岛素 一级结构中一级结构中“关键关键”部分变化部分变化,其蛋白质功能也改变。其蛋白质功能也改变。如：镰刀状红细胞性贫血如：镰刀状红细胞性贫血另：非另：非“关键关键”部位改变，不会影响蛋白质功能。部位改变，不会影响蛋白质功能。四、蛋白质分子结构与功能的关系四、蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质一级结构变化与疾病的产生蛋白质一级结构变化与疾病的产生-分子病分子病镰刀状红细胞性贫血镰刀状红细胞性贫血 血红蛋白：血红蛋白：第六位的谷氨酸被缬氨酸取代第六位的谷氨酸被缬氨酸取代（二）蛋白质空间结构与功能的关系（二）蛋白质空间结构与功能的关系若蛋白质一级结构不变，仅特定的构象发生改变若蛋白质一级结构不变，仅特定的构象发生改变,其生物学活其生物学活性也随之改变。性也随之改变。如：核糖核酸酶如：核糖核酸酶（一）按分子组成分类：（一）按分子组成分类：单纯蛋白质：完全由氨基酸构成单纯蛋白质：完全由氨基酸构成 结合蛋白质：单纯蛋白质结合蛋白质：单纯蛋白质+非蛋白质部分（辅基）非蛋白质部分（辅基）（二）按分子形状分类：（二）按分子形状分类：球状蛋白质：长短轴之比球状蛋白质：长短轴之比10（三）按功能分类（三）按功能分类 活性蛋白质：在生命活动中起重要作用活性蛋白质：在生命活动中起重要作用 非活性蛋白质：起支持和保护作用非活性蛋白质：起支持和保护作用五、蛋白质的分类五、蛋白质的分类第三节第三节 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质一、蛋白质的两性解离与等电点蛋白质的两性解离与等电点蛋白质分子中氨基酸残基的蛋白质分子中氨基酸残基的侧链侧链上存在游离的上存在游离的氨基氨基和和羧基羧基，因此蛋白质与氨基酸一样具有两性，因此蛋白质与氨基酸一样具有两性解离性质，具有特定的解离性质，具有特定的等电点等电点（pI）。溶液溶液pHpI时时，蛋白质所带正负电荷相等；，蛋白质所带正负电荷相等；pHpI时时，蛋白质带净负电荷；，蛋白质带净负电荷；pHpI时时，蛋白质带净正电荷。，蛋白质带净正电荷。&等电点时特点等电点时特点：（1）净电荷为零）净电荷为零（2）多数蛋白质在水中等电点偏酸）多数蛋白质在水中等电点偏酸 体内大多数蛋白质的PI接近于5（4）导电性、溶解度、黏度及渗透压都最小。）导电性、溶解度、黏度及渗透压都最小。电泳：电泳：带电粒子在电场中向电性相反的方向移动带电粒子在电场中向电性相反的方向移动 带电粒子的移动速度与净电荷量、分子大小、分子形状等有关二、蛋白质胶体性质二、蛋白质胶体性质1、蛋白质溶液中形成的颗粒直径在、蛋白质溶液中形成的颗粒直径在1-100nm，属于胶体范围。，属于胶体范围。2、蛋白质胶体稳定的因素、蛋白质胶体稳定的因素:蛋白质颗粒表的蛋白质颗粒表的水化膜水化膜 蛋白质颗粒表面带蛋白质颗粒表面带同种电荷同种电荷去除这两个稳定因素去除这两个稳定因素,蛋白质极易沉淀。如：盐析蛋白质极易沉淀。如：盐析3、蛋白质不能透过半透膜，可用透析法纯化蛋白。、蛋白质不能透过半透膜，可用透析法纯化蛋白。盐析：将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使盐析：将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。淀。透析：利用半透膜把大分子蛋白质与小分子化合物分开的透析：利用半透膜把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。方法。三、蛋白质的变性、沉淀和凝固三、蛋白质的变性、沉淀和凝固（一）蛋白质的变性（一）蛋白质的变性1、概念：在某些理化因素的作用下，蛋白质空间结构被破、概念：在某些理化因素的作用下，蛋白质空间结构被破坏，从而导致其理化性质改变和坏，从而导致其理化性质改变和生物学功能丧失生物学功能丧失。2、引起变性的因素：、引起变性的因素：物理因素：加热、高压、紫外线、超声波、剧烈震荡等物理因素：加热、高压、紫外线、超声波、剧烈震荡等 化学因素：强酸、强碱、重金属离子、尿素、乙醇、丙酮等化学因素：强酸、强碱、重金属离子、尿素、乙醇、丙酮等3、变性的本质：蛋白质分子空间构象的改变或破坏（二硫、变性的本质：蛋白质分子空间构象的改变或破坏（二硫键和非共价键破坏），不涉及一级结构改变或肽键的断裂。键和非共价键破坏），不涉及一级结构改变或肽键的断裂。4.变性后的蛋白质：溶解度降低，粘度增加，结晶能力消失，变性后的蛋白质：溶解度降低，粘度增加，结晶能力消失，易被蛋白酶水解。易被蛋白酶水解。5.变性作用的应用举例：变性作用的应用举例：变性因素应用于消毒及灭菌变性因素应用于消毒及灭菌制备、保存蛋白质制剂需防止变性。制备、保存蛋白质制剂需防止变性。6.复性：去除变性因素后，有些变性程度较轻的蛋白质仍可复性：去除变性因素后，有些变性程度较轻的蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能。恢复或部分恢复其原有的构象和功能。许多蛋白质的变性为不可逆变性。许多蛋白质的变性为不可逆变性。变性的蛋白质易于沉淀，而沉淀的蛋白质不一定发生变性。变性的蛋白质易于沉淀，而沉淀的蛋白质不一定发生变性。核糖核酸酶变性与复性作用核糖核酸酶变性与复性作用三级结构（有活性）三级结构（有活性）一级结构（变性失活）一级结构（变性失活）三级结构（有活性）三级结构（有活性）变性变性复性复性（二）蛋白质的沉淀与凝固作用（二）蛋白质的沉淀与凝固作用1 1、蛋白质分子相互聚集从溶液中析出的现象称、蛋白质分子相互聚集从溶液中析出的现象称为蛋白质沉淀为蛋白质沉淀2、常用的沉淀方法、常用的沉淀方法（1）盐析法）盐析法（2）有机溶剂沉淀：乙醇）有机溶剂沉淀：乙醇、甲醇、丙酮等甲醇、丙酮等（3）重金属盐沉淀：）重金属盐沉淀：Hg2+，Ag+，Cu2+（4）生物碱试剂沉淀）生物碱试剂沉淀3、蛋白质的凝固作用、蛋白质的凝固作用 天然蛋白质变性后，变性蛋天然蛋白质变性后，变性蛋白质分子互相凝集或相互穿插缠白质分子互相凝集或相互穿插缠绕在一起的现象成为蛋白质的凝绕在一起的现象成为蛋白质的凝固。固。凝固作用分两个阶段：凝固作用分两个阶段：F 首先是变性；首先是变性；F 其次失去规律性的肽链聚集缠绕在一起而凝固或结絮其次失去规律性的肽链聚集缠绕在一起而凝固或结絮;四、四、蛋白质的紫外线吸收性质蛋白质的紫外线吸收性质 A280nm五、蛋白质颜色反应（可做定性或定量测定）五、蛋白质颜色反应（可做定性或定量测定）（一）双缩脲反应（一）双缩脲反应 氨基酸无此反应氨基酸无此反应（二）茚三酮反应（二）茚三酮反应（三）福林试剂反应（三）福林试剂反应 灵敏度高灵敏度高