蛋白质医学宣教专家讲座.pptx

,*,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18章 蛋白质,目标要求,掌握蛋白质元素组成和理化性质，了解,蛋白质分类。,2.掌握蛋白质一级和二级结构概念。,3.熟悉蛋白质三级和四级结构概念。,蛋白质医学宣教专家讲座,第1页,本章详细应掌握内容提要,1.蛋白质元素组成与分类,蛋白质是生物高分子，天然蛋白质经元素分析，其主要元素百分组成为：C 5055%，H 68%，O 2023%，N 1517%，S 04%；生物样品中惯用蛋白质内含氮量平均值16%来作为测量标准，即每克氮相当于6.25 g蛋白质。,2.蛋白质结构,为了认识和说明上方便，通常将蛋白质结构分为几个不一样级别加以研究。,蛋白质分子中氨基酸残基在肽链中排列次序称为一级结构，肽键是一级经过中连接氨基酸残基地化学键。不一样有机体中实现同一功效蛋白质，其一级结构也可能是不一样，说明蛋白质一级结构与生命种族特异性有直接关系。,蛋白质医学宣教专家讲座,第2页,蛋白质二级结构主要是肽链按一定方式盘绕、折叠而形成空间构象，它是由一级结构决定，主要包含,-螺旋、,-折叠、,-转角和无规卷曲四种形式，氢键是二级结构主要副键。,一条含有二级结构多肽链可深入按一定方式盘波折叠形成更复杂三维空间伸展排布，即形成三级结构。三级结构是经过侧链之间形成副键维系，副键包含盐键、氢键、二硫键、酯键、疏水作用力。,蛋白质四级结构是由两条或多条含有三级结构多肽链组成更大、更复杂分子，每一条三级结构多肽链称为一个亚基，几个亚基经过副键缔合而组成一定空间结构。,蛋白质一级结构又称为初级结构和基本结构，二级以上结构属于构象范围，称为高级结构。蛋白质生物功效决定于它高级结构，高级结构是由一级结构即氨基酸次序决定，蛋白质生物学功效是蛋白质分子天然构象所含有性质。,蛋白质医学宣教专家讲座,第3页,3.蛋白质性质,蛋白质性质取决于蛋白质分子组成和结构特征，首先含有与一些氨基酸相同性质，另外又含有一些高分子化合物性质。,(1)两性解离和等电点 蛋白质是由氨基酸组成，在蛋白质分子链中一样存在游离碱性基团和酸性基团，如氨基、羧基、胍基、咪唑基等，所以一样存在两性解离和等电点。,(2)胶体性质 蛋白质相对分子质量很大，其分子大小已到达1100 nm 胶粒范围，其溶液属于胶体分散系。因为蛋白质分子表面有许多极性基团，如COO,、NH,3,+,、OH、SH、CONH,2,等，天然蛋白质常以稳定亲水胶体溶液形式存在，蛋白质分子周围双电层和水化层是稳定蛋白质胶体系统主要原因。,蛋白质医学宣教专家讲座,第4页,(3)蛋白质沉淀 蛋白质沉淀是指破坏其水化膜和消除电荷后，蛋白质在溶液中下沉析出，常采取盐析、加脱水剂、加重金属离子和加有机酸等使蛋白质沉淀。,(4)蛋白质变性 蛋白质受到一些物理或化学原因作用时，引发生物活性丧失及其它理化性质改变，这种改变称为蛋白质变性。变性本质是副键被破坏引发蛋白质天然构象解体而造成生物功效丧失，并未包括共价键破裂。变性有可逆变性和不可逆变性之分。蛋白质变性和沉淀反应概念不一样，但又相互联络，沉淀时可变性，也可不变性；变性可表现为沉淀，也可表现为溶解状态。,(5)蛋白质颜色反应 蛋白质与一些试剂作用可发生颜色反应，惯用来做蛋白质定性和定量分析，如缩二脲反应、茚三酮反应等。,蛋白质医学宣教专家讲座,第5页,三、提议课时,2课时左右(因生物化学中会详细讲解),四、详细讲授内容,蛋白质医学宣教专家讲座,第6页,第18 章 蛋白质,18.1,蛋白质元素组成与分类,18.2,蛋白质结构,18.3,蛋白质性质,蛋白质医学宣教专家讲座,第7页,蛋白质,(protein)存在于全部生物细胞中，是组成生物体最基本结构物质和功效物质。,蛋白质是生命活动物质基础，它参加了几乎全部生命活动过程。,蛋白质和多肽都是由,20种L-,-氨基酸,以肽键结合而成高聚物，通常将分子量在1万以上称蛋白质，1万以下称多肽。,人体内约有10万种以上蛋白质，其质量约占人体干重45。,蛋白质医学宣教专家讲座,第8页,18.1蛋白质元素组成与分类,1、蛋白质元素组成,蛋白质是一类含氮有机化合物,，除了含有碳、氢、氧、氮以外，大多数含有S，少数含有P、Fe、Cu、Mn、Zn，个别蛋白质还含有I或其它元素。还含有少许硫。氮占生物组织中全部含氮物质绝大部分。所以，能够将生物组织含氮量近似地看作蛋白质含氮量。,因为大多数蛋白质含氮量靠近于16%,，,所以，能够依据生物样品中含氮量来计算蛋白质大约含量：,蛋白质含量（克%）=每克生物样品中含氮克数,6.25,蛋白质医学宣教专家讲座,第9页,2、蛋白质分类,（1）依据蛋白质分子形状分类,按照蛋白质外形可分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。,球状蛋白质：globular protein,外形靠近球形或不规则椭圆形，往往溶于水和稀盐酸，大多数蛋白质属于这一类。如血红蛋白、肌红蛋白、卵清蛋白和大多数酶。,纤维状蛋白质,：,fibrous protein,分子类似细棒状纤维。依据其在水中溶解度不一样，可分为,可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质,。,许多肌肉结构和血纤维蛋白原等属于可溶性纤维状蛋白质，不溶性纤维状蛋白质包含弹性蛋白、胶原蛋白、角蛋白和丝心蛋白等。,蛋白质医学宣教专家讲座,第10页,（2）依据蛋白质化学组成份类,按照蛋白质化学组成，能够分为,简单蛋白(simple protein),和结合蛋白(conjugated protein),。,蛋白质医学宣教专家讲座,第11页,简单蛋白,又称为单纯蛋白质；,这类蛋白质只含由,-氨基酸组成肽链,，不含其它成份。,1.清蛋白和球蛋白：,albumin and globulin,广泛存在于动物组织中。清蛋白易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。,2.谷蛋白(,glutelin,)和醇溶谷蛋白(,prolamin),：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者可溶于7080乙醇中。,3.精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在与细胞核中。,4.硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。,蛋白质医学宣教专家讲座,第12页,结合蛋白,由,简单蛋白,与其它,非蛋白成份,结合而成，非蛋白部分称为,辅基,。,色蛋白：辅基为色素，,如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。,糖蛋白：辅基为糖，,如细胞膜中糖蛋白、免疫球蛋白等。,脂蛋白：辅基为脂类，,如血清,-，,-脂蛋白、乳糜蛋白等。,核蛋白：辅基为核酸，,如细胞核中核糖核蛋白等。,金属蛋白,：,辅基为金属离子，,如铁蛋白、铜蛋白、激素等,蛋白质医学宣教专家讲座,第13页,（3）依据蛋白质生理功效分类,按照蛋白质功效，能够分为,活性蛋白质(active protein)：,在生命运动中含有生物活性蛋白质和它们前体，如酶蛋白、转运蛋白、运动蛋白、保护和防御蛋白、激素蛋白、受体蛋白、营养和储存蛋白和毒蛋白等,结构蛋白质(structural protein)：,担负着生物保护或支持作用蛋白质，如角蛋白、弹性蛋白和胶原蛋白等,蛋白质医学宣教专家讲座,第14页,任何一个蛋白质分子在天然状态下均含有独特而稳定构象，这是蛋白质分子在结构上最显著特点。为了表示蛋白质分子不一样层次结构，常,将蛋白质分子结构分为一级、二级、三级和四级,。一级结构又称为初级结构或基本结构，二级结构以上属于构象范围，称为高级结构。并非全部蛋白质均含有四级结构。由一条多肽链形成蛋白质只有二、三级结构。由两条以上肽链形成蛋白质才可能有四级结构。,18.2蛋白质结构,蛋白质医学宣教专家讲座,第15页,1.一级结构（primary structure）,蛋白质一级结构包含组成蛋白质,多肽链数目,多肽链氨基酸次序,以及多肽链内或链间,二硫键数目和位置,肽键,是一级结构中连接氨基酸残基主要化学键，任何特定蛋白质都有其稳定氨基酸排列次序,它是蛋白质生物功效基础。,蛋白质医学宣教专家讲座,第16页,牛胰岛素分子一级结构,牛胰岛素由A和B两条多肽链共51个氨基酸残基组成。A链含有11种共21个氨基酸残基，N-端为甘氨酸，C-端为天冬酰胺；B链含有16种共30个氨基酸残基，N-端为苯丙氨酸，C-端为丙氨酸。A链内有一链内二硫键，A链和B链之间借两条链间二硫键相互连接。,蛋白质医学宣教专家讲座,第17页,(1)氢键,蛋白质分子中存在两种氢键，一个是在主链之间形成氢键，另一个是在侧链R基团间形成氢键,(4)疏水作用力,R上非极性基团为避开水相而聚积在一起聚协力,(5)盐键,COO,与 NH,3,依靠,静电引力,形成,(6),范德华力,偶极力、取向力、色散力,(7),配位键,金属离子经过配位键与肽键结合,2、维持蛋白质空间构象化学键,(2),二硫键,为共价键，键较牢靠，,它可将不一样肽链或同一肽链不一样肽段连接起来,(3),酯键,普通由氨基酸残基羟基与二羧酸,-或,-羧基脱水而成,蛋白质医学宣教专家讲座,第18页,氢键、盐键、疏水作用力、Van der Waals力等分子间作用力比共价键弱得多，但数量多，故在维持蛋白质空间构象中起着主要作用。,图18-2 蛋白质分子中维持构象次级键,a.盐键；,b.,氢键；,c.,二硫键；,d.,疏水作用力,蛋白质医学宣教专家讲座,第19页,指多肽链主链骨架在空间盘波折叠形成方式，并不包括侧链R构象。,各种蛋白质主链骨架均相同，但连接在-C上R结构和性质都不一样，它们与主链各原子间相互影响使肽链平面相对旋转出现不一样角度，从而造成主链骨架在空间形成不一样构象，包含,-螺旋、-折叠层、-转角,和,无规卷曲,等几个类型。,3、二级结构(secondary structure),蛋白质医学宣教专家讲座,第20页,多肽链中各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升距离即螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间距离为0.15nm;,肽链内形成,氢键,，氢键取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基酰胺基团CO,基与第四个氨基酸残基酰胺基团 NH基形成氢键。,蛋白质分子为,右手,-螺旋,。,（1）,-螺旋,(,-helix),蛋白质医学宣教专家讲座,第21页,-折叠是由两条或多条几乎完全伸展肽链平行排列，经过链间氢键交联而形成。肽链主链呈锯齿桩折叠构象,-折叠结构,氢键,主要是由两条肽链之间形成；也能够在同一肽链不一样部分之间形成。几乎全部肽键都参加链内氢键交联，氢键与链长轴靠近垂直。,-折叠有两种类型。一个为,平行式,，即全部肽链N-端都在同一边。另一个为,反平行式,，即相邻两条肽链方向相反。,（2）,-折叠,(,-pleated sheet),蛋白质医学宣教专家讲座,第22页,多肽链主链骨架呈180,o,回折而呈发夹状,在,-转角部分，由四个氨基酸残基组成,弯曲处第一个氨基酸残基-C=O 和第四个残基 N-H 之间形成,氢键,，形成一个不很稳定环状结构。,这类结构主要存在于球状蛋白分子中。,（3）,-转角,-turn,蛋白质医学宣教专家讲座,第23页,多肽链中一些肽段，因为氨基酸残基相互影响，使肽键平面不规则排列以致形成,无一定规律构象，称为“无规卷曲”,。,在蛋白质分子中，能够同时存在上述几个二级结构或以某种二级结构为主结构形式，这取决于各种残基在形成二级结构时含有不一样倾向或能力。如谷、蛋、丙残基易形成-螺旋；缬、异亮残基最有可能形成-折叠层；脯、甘、丝、天酰残基常见于-转角。,（4）,无规卷曲,(random coil),蛋白质医学宣教专家讲座,第24页,4、三级结构(tertiary structure),蛋白质三级结构是指在二级结构基础上，肽链不一样区段侧链基团相互作用在空间深入盘绕、折叠形成包含,主链和侧链构象在内特征三维结构。,维系这种特定结构力主要有,氢键、疏水键、离子键和范德华力等,。尤其是疏水键，在蛋白质三级结构中起着主要作用。,蛋白质医学宣教专家讲座,第25页,肌红蛋白三级结构,肌红蛋白含有,153,个氨基酸残基和一个血红素辅基，它主链是由,8,个比较直长短不等肽段组成，分子中几乎,80%,氨基酸残基处于,-,螺旋区内，在拐弯处,-,螺旋受到破坏形成涣散肽链。,蛋白质医学宣教专家讲座,第26页,5、四级结构(quaternary structure),蛋白质四级结构是指由多条各自含有一、二、三级结构肽链经过非共价键连接起来结构形式；各个亚基在这些蛋白质中空间排列方式及亚基之间相互作用关系,这种蛋白质分子中，最小单位通常称为,亚基,(,Subunit),，它普通由一条肽链组成，无生理活性,维持亚基之间化学键主要是,疏水作用力,由多个亚基聚集而成蛋白质经常称为寡聚蛋白,蛋白质医学宣教专家讲座,第27页,血红蛋白四级结构示意图,由4个亚基组成，其中2条链、2条链。每条肽链都卷曲成球状，都有一空穴容纳1个血红素。4个亚基经过侧链间次级键两两交叉紧密镶嵌形成一个含有四级结构球状血红蛋白分子.,蛋白质医学宣教专家讲座,第28页,1、蛋白质,胶体性质,蛋白质分子直径普通在1100nm，属胶体分散系，,蛋白质溶液是一个比较稳定亲水胶体溶液,，含有胶体溶液特征(如布朗运动、丁达尔效应、不能透过半透膜等)。这是因为蛋白质分子表面带有许多极性基(如-NH,3,、,COO,、OH、SH等)，可吸引水分子在它表面定向排列形成一层,水化膜,。水化膜形成使蛋白质颗粒均匀分散在水中难以聚集沉淀。蛋白质溶液在非等电状态时，其分子表面总是带有一定同种电荷，与周围反离子组成稳定,双电层结构,，而使蛋白质溶液稳定。,18.3蛋白质性质,蛋白质医学宣教专家讲座,第29页,蛋白质分子末端仍有-NH,3,和-COO,，同时组成肽链氨基酸残基侧链R上还有不一样数量可解离基团，所以蛋白质和氨基酸一样，也含有,两性解离,和,等电点,性质。,COO,Pr,NH,3,+,OH,-,H,+,OH,-,H,+,COO,Pr,NH,2,pHpI,阴离子,pHpI,两性离子,pHpI,阳离子,2、蛋白质两性解离和等电点,COOH,Pr,NH,3,+,蛋白质医学宣教专家讲座,第30页,3、蛋白质沉淀,若用物理或化学方法破坏蛋白质分子表面水化膜和所带电荷，则蛋白质分子将凝聚而沉淀，其方法有：,(1),盐析,：,向蛋白质溶液中加入高浓度中性盐，使之沉淀。惯用(NH,4,),2,SO,4,、Na,2,SO,4,、NaCl、MgSO,4,等.,机理：破坏蛋白质表面水化膜及中和其所带电荷。无机离子与蛋白质争夺水分子，结果破坏水化膜，同时中和蛋白质电荷。,(2),加脱水剂,：甲醇、乙醇、丙酮等亲水性溶剂也能破坏蛋白质颗粒水化膜使之沉淀。普通用较低浓度溶剂在低温下操作并尽快分离沉淀,，,以预防蛋白质变性而失活。,蛋白质医学宣教专家讲座,第31页,(3),重金属盐沉淀蛋白质,：,当蛋白质溶液pHpI时，Ag,+,、Cu,2+,、Pb,2+,等可与表面带负电荷蛋白质颗粒结合形成不溶性盐而沉淀,(4),生物碱试剂或一些酸沉淀蛋白质,：,当pHpI，蛋白质带正电。苦味酸、钨酸、三氯乙酸、磺基水杨酸等，可与带正电荷蛋白质结合，形成不溶性盐而沉淀。这类试剂往往引发蛋白质变性，不宜用于制备含有生物活性蛋白质，临床检验中惯用此法除去样品中有干扰蛋白质。,蛋白质医学宣教专家讲座,第32页,4、蛋白质变性,受理化原因影响，蛋白质分子中次级键被破坏，从而使空间结构改变(主要是空间构象改变，并不包括一级结构)、生物活性丧失以及理化性质改变现象称为,蛋白质变性,(denaturation)。物理原因包含加热、高压、紫外线、X-射线、超声波、猛烈搅拌等；化学原因包含强酸、强碱、胍、尿素、重金属盐、生物碱试剂和有机溶剂等。变性蛋白质水化作用减弱、溶解度降低、粘度增大、易被酶水解消化。,蛋白质医学宣教专家讲座,第33页,蛋白质变性作用可分为,可逆变性,和,不可逆变性,。当变性作用对副键破坏程度不是很大时，若除去变性原因后可恢复原有理化性质和生物功效，这就是可逆变性。若变性作用使副键大量破坏，并包括到较稳定二硫键时，则蛋白质难以恢复原有结构和性质，这就是不可逆变性。蛋白质凝固就是不可逆变性表现。,蛋白质变性在实际应用上含有主要意义。,蛋白质医学宣教专家讲座,第34页,