蛋白质化学医学知识专家讲座.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2章 蛋白质化学,教学目标：,1.熟悉蛋白质化学组成。,2.掌握常见氨基酸结构和性质。,3.掌握氨基酸和蛋白质一些主要理化性质。,4.了解蛋白质分子空间结构构象特点。,教学重点：,氨基酸和蛋白质化学性质。,1,蛋白质化学医学知识专家讲座,第1页,一 氨基酸结构与性质,1 蛋白质元素组成,蛋白质元素组成主要有,C、H、O、N、S,。有些蛋白质中还有P、Cu、Fe、Mn、Mo、Co、Zn、Mg、Ca等矿质元素。蛋白质元素组成一个主要特征是，,平均含N量为16%,。其倒数：100/16=6.25，即蛋白质换算系数，其含义为样品中每存在1 g元素N，说明含有6.25 g蛋白质。,假如能测定出样品中含N量，就可计算出样品中蛋白质含量：粗蛋白质%=N%6.25,2,蛋白质化学医学知识专家讲座,第2页,2 蛋白质水解,1)完全水解和不完全水解,3,蛋白质化学医学知识专家讲座,第3页,蛋白质分子在水解过程中改变依次为:蛋白质分子多肽寡肽二肽-氨基酸。,将蛋白质水解到不能再水解程度，得到-氨基酸混合液，这种水解作用称,完全水解,。,将蛋白质进行适度水解，得到各种水解中间产物与-氨基酸混合物，这种水解作用称,不完全水解,。,4,蛋白质化学医学知识专家讲座,第4页,酸水解,惯用6mol/L盐酸或4mol/L硫酸在105 110条件下进行水解,反应时间约20小时,蛋白质可完全水解。,此法优点是不轻易引发水解产物消旋化。缺点是色氨酸被沸酸完全破坏。,含有羟基氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有一小部分被分解;门冬酰胺和谷氨酰胺侧链酰胺基被水解成了羧基。,2)惯用蛋白质水解方法,5,蛋白质化学医学知识专家讲座,第5页,碱水解,普通用5mol/L NaOH,2mol/L Ba(OH),2,煮沸10小时以上,可使肽键完全水解。,因为水解过程中许多氨基酸都受到不一样程度破坏,产率不高。,部分水解产物发生消旋化。,该法优点是色氨酸在水解中不受破坏。,6,蛋白质化学医学知识专家讲座,第6页,酶水解,当前用于蛋白质肽链断裂蛋白水解酶(proteolytic enzyme)或称蛋白酶(proteinase)已经有十各种。,应用酶水解多肽,反应条件比较温和,不会破坏氨基酸,也不会发生消旋化。水解产物为较小肽段。有些蛋白酶具很强专一性。,最常见蛋白水解酶有:胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶、羧肽酶和氨肽酶等。,7,蛋白质化学医学知识专家讲座,第7页,3 氨基酸结构,L,-,-,氨基酸,不变部分,可变部分,氨基酸分子结构有两个共同特点,:都是,-,氨基酸;,除甘氨酸外都是L-型氨基酸。,各种氨基酸区分在于侧链R基不一样。参加蛋白质组成常见氨基酸有20种(见P,17,表2-2)。,除甘氨酸和脯氨酸外，其它均含有以下结构通式。8,蛋白质化学医学知识专家讲座,第8页,4 常见氨基酸分类,参加组成蛋白质常见氨基酸有20种。,依据R基团化学结构分为三类:脂肪族、芳香族和杂环族氨基酸。,依据R基团酸碱性质分为三类:中性、酸性和碱性氨基酸。,依据R基团电性质分为:疏水基团氨基酸、不带电荷极性R基团氨基酸和带电荷R基团氨基酸。,9,蛋白质化学医学知识专家讲座,第9页,1)蛋白质分子中稀有氨基酸,在天然蛋白质分子组成氨基酸中，除了上述20种常见基本氨基酸外，在少数蛋白质分子中有一些不常见氨基酸，称为,稀有氨基酸,。他们是在蛋白质分子合成之后，由对应常见氨基酸分子经酶促催化化学修饰而成衍生物。,10,蛋白质化学医学知识专家讲座,第10页,稀有氨基酸,11,蛋白质化学医学知识专家讲座,第11页,2)非蛋白质氨基酸,除了参加蛋白质组成20种氨基酸外，在生物体内还发觉200各种其它氨基酸，这些氨基酸多数是常见氨基酸衍生物，但有些是-、-、-氨基酸，有少数是D-型氨基酸。,-丙氨酸是维生素B,3,(泛酸)组成成份。-氨基丁酸是传递神经冲动化学介质。瓜氨酸和鸟氨酸是尿素循环中间产物。,12,蛋白质化学医学知识专家讲座,第12页,各种常见氨基酸均为无色结晶，结晶形状因氨基酸结构而异。,氨基酸分子都以内盐形式存在，熔点比对应羧酸或胺类高，普通在200300。,都能溶于水，但溶解度差异很大。均易溶于稀酸稀碱溶液中。,除甘氨酸外，每种氨基酸都有旋光性和特定比旋光度。,5 氨基酸物理性质,13,蛋白质化学医学知识专家讲座,第13页,氨基酸光吸收,组成蛋白质20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(p,I,时，氨基酸带负电荷，在电场中向正极移动。,pHp,I,时，氨基酸带正电荷，在电场中向负极移动。,pH与pI差值越大，氨基酸所带电荷数就越多，在电场中移动速度就越快。,20,蛋白质化学医学知识专家讲座,第20页,7 氨基酸化学反应,1)-羧基参加反应,形成酰卤反应,形成酯反应,脱羧反应,成酰胺反应,21,蛋白质化学医学知识专家讲座,第21页,2)-氨基参加反应,酰化反应,与亚硝酸反应,Sanger试剂,22,蛋白质化学医学知识专家讲座,第22页,3)-氨基和-羧基共同参加反应,用途：,是多肽和蛋白质生物合成基本反应,一个氨基酸a,-,氨基与另一个氨基酸a,-,羧基脱水缩合，生成酰胺化合物(肽)，其酰胺键称为肽键。,成肽反应,23,蛋白质化学医学知识专家讲座,第23页,4)茚三酮反应,用途：,惯用于氨基酸定性或定量分析,24,蛋白质化学医学知识专家讲座,第24页,8 氨基酸分离与测定,从蛋白质水解液中分离制备氨基酸或者分离分析氨基酸组成，需要分辩力很强分离技术。层析法是近代生化中非常有用效分离方法。层析技术由三个基本条件组成：,水不溶性惰性支持物。流动相能携带溶质沿支柱物流动。固定相是附着在支持物上水或离子基团，能对各种溶质流动产生不一样阻滞作用。,25,蛋白质化学医学知识专家讲座,第25页,依据分离机理，可将层析法分为吸附层析、离子交换层析、分配层析、分子筛过滤层析及离子交换与分子筛效应两种机理相结合层析等。对于分子大小不等化合物，宜用分子筛过滤分离；对于能溶于有机溶剂，难溶于水化合物，惯用吸附层析法分离；对于既溶于水也溶于有机溶剂化合物，宜用分配层析分离；电解质混合物则宜用离子交换层析分离。,对于混合液中氨基酸分离，分配层析和离子交换层析都能得到很好分离效果。,26,蛋白质化学医学知识专家讲座,第26页,二 蛋白质性质,蛋白质是由氨基酸组成，氨基酸许多理化性质在蛋白质上都有所表现，如两性解离、等电点、成酯反应、成盐反应、显色反应、光吸收性质等。但蛋白质含有氨基酸所不具备许多性质。主要有:,胶体性质、沉淀作用、变性作用,等。,27,蛋白质化学医学知识专家讲座,第27页,1 蛋白质两性解离和等电点,蛋白质分子中有很多酸性解离基团和碱性解离基团，为含有两性解离性质化合物。各种解离基团解离度与溶液pH相关，pH越低，碱性基团解离度越大，蛋白质带正电荷越多，pH升高则解离情况相反。,1)两性解离,28,蛋白质化学医学知识专家讲座,第28页,2)等电点,调整溶液pH可改变蛋白质分子带电情况，在特定pH条件下，某种蛋白质分子所带正负电荷数相等，净电荷为零，这一pH称为该蛋白质,等电点,(p,I,)。每种蛋白质都有特定等电点，等电点并非常数，因溶液中盐种类和离子强度而有所不一样。等电点与蛋白质分子中氨基酸组成相关。,29,蛋白质化学医学知识专家讲座,第29页,3)等电沉淀和蛋白电泳,在等电点pH时，蛋白质为电中性，比较稳定。其物理性质，如导电性、溶解度、粘度、渗透压等都表现为最低值，易发生絮结沉淀。等电点性质常被用于蛋白质分离制备。溶液pH值不等于等电点时，蛋白质分子显电性，在电场中向其所带电荷相反电极泳动。不一样蛋白质分子因其大小、形状、所带电荷性质和数量各不相同，在电场中泳动方向、速率也各不相同。可用电泳技术进行蛋白质分离。,30,蛋白质化学医学知识专家讲座,第30页,2 蛋白质胶体性质,蛋白质是生物大分子，相对分子质量在1万100万之间，其颗粒大小属于胶体粒子范围。在蛋白质分子表面有许多极性基团，亲水性很强，轻易与水成为稳定亲水胶体溶液。,1)蛋白质胶体溶液稳定性,31,蛋白质化学医学知识专家讲座,第31页,表面电荷,在非等电点条件下，蛋白质分子表面带有同性电荷，因吸附溶液中异性电荷而形成双电层，将分子颗粒包住，彼此相互排斥，不致发生聚集絮凝。,水化膜,蛋白质分子表面亲水基团吸附大量水分子而形成一层厚厚水化膜，水化膜将蛋白质分子隔离开，彼此不再发生碰撞絮结。,32,蛋白质化学医学知识专家讲座,第32页,2)蛋白质膜过滤分离纯化,半透膜是指允许溶液中小分子物质透过，大分子物质不能透过一个薄膜，如羊皮纸、火棉纸、玻璃纸、肠衣等。蛋白质含有半透膜不透过性，可用透析法进行蛋白质分离提纯。分离提纯蛋白质时，将含有小分子杂质蛋白质溶液装在半透膜袋内，流水冲洗，小分子物质透过膜被冲走，大分子蛋白质留在袋内。,33,蛋白质化学医学知识专家讲座,第33页,3 蛋白质沉淀作用,破坏蛋白质水化膜和表面电荷，蛋白质亲水胶体便失去稳定性而发生沉淀，称为蛋白质沉淀作用。实践中进行蛋白质沉淀，一是为了分离制备有活性天然蛋白质制品，如酶制剂、抗体蛋白、细胞色素类蛋白等，这类沉淀方法，为天然蛋白质沉淀，或称不变性沉淀。二是为了从生物制品中除去杂蛋白或者制备失去活性蛋白质制品，这类沉淀方法要使蛋白质变性失活，或生成不溶性盐，沉淀蛋白质不能再恢复天然状态和生物活性，属于变性沉淀。,34,蛋白质化学医学知识专家讲座,第34页,沉淀蛋白质方法,盐析法,有机溶剂沉淀法,重金属盐沉淀法,生物碱试剂沉淀法,热凝固沉淀法,35,蛋白质化学医学知识专家讲座,第35页,盐析法,在蛋白质溶液中加入中性盐，如NaCl、KCl、(NH,4,),2,SO,4,、Na,2,SO,4,等，可产生盐溶或盐析现象。,在盐浓度很稀范围内，伴随盐浓度增加，蛋白质溶解度亦随之增加，这种现象称,盐溶,。盐溶作用是因为蛋白质表面电荷吸附盐离子后，增加了蛋白质与水亲和力而促进蛋白质溶解。,当盐浓度提升到一定饱和度时，蛋白质溶解度降低，分子发生絮结而沉淀析出，这种现象称之为,盐析,。(NH,4,),2,SO,4,是盐析法中惯用中性盐。,36,蛋白质化学医学知识专家讲座,第36页,有机溶剂沉淀法,水溶性有机溶剂如丙酮、乙醇等，含有介电常数比较小，与水亲和力大，能以任何百分比与水相溶等特点。向水中加入适量这类溶剂时，能夺取蛋白质颗粒表面水化膜，还能降低水介电常数，增加蛋白质颗粒间静电相互作用，造成蛋白质分子聚集絮结沉淀。乙醇为有机溶剂沉淀法最惯用沉淀剂。有机溶剂长时间作用于蛋白质会引发蛋白质变性，此法操作时要注意：低温操作，有机溶剂与蛋白质接触时间不能过长。,37,蛋白质化学医学知识专家讲座,第37页,重金属盐沉淀法,当溶液pH大于等电点时，蛋白质颗粒带负电荷，易与重金属离子如Hg,2+,、Cu,2+,、Ag,+,等结合，生成不溶性盐类，沉淀析出。误服重金属盐病人，大量口服牛奶、豆浆或蛋清能够排毒，就是因为这些食物中民重金属离子形成了不溶性盐，后者经催吐剂呕吐排出体外，到达解毒目标。,38,蛋白质化学医学知识专家讲座,第38页,当溶液pH低于等电点时，蛋白质颗粒带正电荷，易与生物碱试剂如苦味酸、鞣酸，磷钨酸、磷钼酸及三氯醋酸等作用，生成不溶性盐沉淀，并伴随发生蛋白质分子变性。试验室中惯用这些试剂定性检验蛋白质及去除杂蛋白。在啤酒生产工艺中将麦芽汁加啤酒花煮沸，目标是借酒花中单宁类物质与变性蛋白成盐沉淀，以澄清麦汁，预防成品啤酒产生蛋白混浊。,生物碱是生物尤其是植物产生一个复杂含N化合物。凡是能生物碱成沉淀反应或显色反应试剂称为生物碱试剂。,生物碱试剂沉淀法,39,蛋白质化学医学知识专家讲座,第39页,热凝固沉淀法,蛋白质受热变性后，在有少许盐类存在或将pH调至等电点，则很轻易发生凝固沉淀。其原因可能因为变性蛋白质空间结构解体，疏水基团外露，水化膜破坏，同时因为破坏了带电状态等发生絮结沉淀。我国传统做豆腐工艺是将豆浆煮沸，点入少许盐卤(MgCl,2,)或石膏(CaSO,4,)，或者点入酸浆或葡萄糖酸内酯将pH调至等电点，热变性大豆蛋白便很快絮结沉淀，经过滤成型则成为豆腐。,40,蛋白质化学医学知识专家讲座,第40页,4 蛋白质变性作用,天然蛋白质分子受到一些理化原因作用，其有序空间结构被破坏而丧失生物活性，并伴随一些理化性质改变，但其一级结构没改变，这种现象称为蛋白质变性作用。,能破坏次级键理化原因都可造成蛋白质变性。,变性蛋白质主要表现为：理化性质发生改变，如旋光性改变、粘度增加、光吸收增强、溶解度降低、易沉淀，颜色反应增强等。生化性质发生改变，变性蛋白比天然蛋白质易被蛋白酶水解。生物活性丧失。,41,蛋白质化学医学知识专家讲座,第41页,5 蛋白质颜色反应,蛋白质分子能与各种化合物发生特异化学反应。蛋白质除具备氨基酸所具备化学性质之外，最惯用还有双缩脲反应。双缩脲能够与碱性硫酸铜作用，产生兰色铜双缩脲络合物，称为双缩脲反应。含有两个以上肽键多肽，含有与双缩脲相同结构特点，也能发生双缩脲反应，生成紫红色或蓝紫色络合物。可对多肽进行定量测定。,42,蛋白质化学医学知识专家讲座,第42页,三 蛋白质共价结构,1 肽结构,一个氨基酸氨基与另一个氨基酸羧基之间失水形成酰胺键称为,肽键,，所形成化合物称为肽。由两个氨基酸组成肽称为,二肽,，由多个氨基酸组成肽则称为,多肽,。组成多肽氨基酸单元称为氨基酸残基。在多肽链中，氨基酸残基按一定次序排列，这种排列次序称为氨基酸次序。通常在多肽链一端含有一个游离,-氨基，称为,氨基端,或N-端；在另一端含有一个游离,-羧基，称为,羧基端,或C-端。氨基酸次序是从N-端氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点排列次序。,43,蛋白质化学医学知识专家讲座,第43页,肽键特点是氮原子上孤对电子与羰基含有显著共轭作用。,组成肽键原子处于同一平面。,44,蛋白质化学医学知识专家讲座,第44页,下述五肽可表示为：,Ser-Val-Tyr-Asp-Gln,45,蛋白质化学医学知识专家讲座,第45页,46,蛋白质化学医学知识专家讲座,第46页,在生物体中，多肽最主要存在形式是作为蛋白质亚单位。,有许多分子量比较小多肽以游离状态存在。这类多肽通常都含有特殊生理功效，常称为活性肽。,常见活性多肽有：脑啡肽，激素类多肽，抗生素类多肽，谷胱甘肽，蛇毒多肽等2 天然活性肽,47,蛋白质化学医学知识专家讲座,第47页,1)谷胱甘肽,动植物、微生物细胞中都含有一个还原型三肽：-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸，称为谷胱甘肽(GSH)。其巯基能发生可逆氧化还原反应，在细胞中是一些蛋白质和巯基酶缓冲剂，其还原型巯基可作为供氢体使酶活中心必需基团-SH保持还原状态。,48,蛋白质化学医学知识专家讲座,第48页,+,H,3,N-,Tyr-Gly-Gly-Phe,-Met-COO,-,Met-,脑啡肽,+,H,3,N-,Tyr-Gly-Gly-Phe,-Leu-COO,-,Leu-,脑啡肽,牛催产素 牛加压素,2)激素肽和神经肽,49,蛋白质化学医学知识专家讲座,第49页,3 蛋白质分类,依据蛋白质分子化学组成份为,单纯蛋白质,和,结合蛋白质,。,依据蛋白质分子形状分为,球状蛋白质,和,纤维状蛋白质,。,依据生理功效将蛋白质分为,生理活性蛋白质,和,非生理活性蛋白质,。,50,蛋白质化学医学知识专家讲座,第50页,1)形态学功效,生物体各种组织结构都有蛋白质参加组成，如动物角、毛、蹄、肉等形态结构干物质主要成份都是蛋白质。,4 蛋白质生物学功效,2)生理活性功效,生物体各种代谢活动和生理现象都有不一样功效蛋白质参加，如,酶,催化作用，蛋白类,激素,对代谢调整作用，,运载蛋白,输导作用，,细胞色素蛋白,传递电子作用，,糖蛋白,细胞识别作用，,免疫球蛋白,抗感染作用等。,51,蛋白质化学医学知识专家讲座,第51页,3)外源蛋白质含有营养功效,蛋白质是人和动物主要营养物质，也是许多微生物所需要营养物质。外源蛋白质经消化分解生成氨基酸，被细胞吸收主要作为合成本身蛋白质或其它含N化合物原料。有一部分氨基酸被细胞氧化分解作为能源。合理营养要求有10%左右能量由蛋白质氧化分解供给。,52,蛋白质化学医学知识专家讲座,第52页,5 蛋白质一级结构,蛋白质一级结构又称初级结构、化学结构或共价结构。一级结构即肽链中氨基酸排列次序。一级结构是高级结构化学基础；也是认识蛋白质分子生物功效，结构与生物进化关系，结构变异与分子病关系等许多复杂问题主要基础。一级结构研究内容包含：多肽数目，肽链末端残基种类，肽链氨基酸组成及排列次序，链内或链间二硫键配置等。,1)蛋白质氨基酸组成,53,蛋白质化学医学知识专家讲座,第53页,第一个被说明一级结构蛋白质是牛胰岛素。牛胰岛素分子(单体)由51个残基分A、B两条链组成，分子量5734，A链有21个残基，N端为甘氨酸(Gly)，C端为天冬酰胺(Asn)，链内有A6与A11间形成链内二硫键。B链有30个残基，N端为苯丙氨酸(Phe)，C端为丙氨酸(Ala)。A、B两链间有A7与B7，A20与B19间分别形成两个链间二硫键，将两条链连接在一起，组成完整一级结构。,54,蛋白质化学医学知识专家讲座,第54页,胰岛素是哺乳动物胰脏中-细胞分泌一个蛋白质激素，对糖代谢起调整作用，促进血糖利用和糖原合成，还有调整脂肪和蛋白质代谢功效。,55,蛋白质化学医学知识专家讲座,第55页,研究蛋白质分子一级结构与功效关系主要是研究多肽链中不一样部位残基与生物功效关系。在蛋白质一级结构中，有部位保守性很强，既不能缺失，也不能更换，不然就会丧失活性；有部位则能够改变，切除或更换别残基都不会影响生物活性；还有部位必须切除后才能显活性。不一样部位残基对功效影响，实质上是影响了蛋白质分子特定空间构象形成。,2)蛋白质结构与功效,56,蛋白质化学医学知识专家讲座,第56页,血红蛋白是由 2 个-亚基各141个残基，和 2 个-亚基各146 个残基组成四聚体。镰刀型贫血症是-链N端第6位残基由谷氨酸(Glu)残基换成了缬氨,镰刀型贫血症,酸(Val)残基。Glu与Val差异很大，在生理pH条件下，GluR基团带负电荷，而Val显电中性。,57,蛋白质化学医学知识专家讲座,第57页,细胞色素C(Cyt c),细胞色素C是普遍存在于各种细胞中一个结合蛋白。由104个残基组成多肽链分子，每分子含一个血红素辅基，是呼吸链主要组员，起电子递体作用。象细胞色素C这么在不一样生物体中行使同一个功效蛋白质称为同源蛋白质。不一样生物同源蛋白质含有相同或近似多肽链结构。也有些同源蛋白质随物种不一样氨基酸组成改变很大，同源蛋白质氨基酸次序相同性称为次序同源现象。比较分析次序同源现象，可了解一级结构与功效关系，也可了解物种间进化关系。,58,蛋白质化学医学知识专家讲座,第58页,不一样生物细胞色素C氨基酸,差异数(以人Cyt c为基数),生物,残基,差异数,生物,残基,差异数,黑猩猩,0,响尾蛇,14,猴子,1,海龟,15,免,1,金枪鱼,21,猪牛羊,10,小蝇,25,狗,11,蛾,31,驴,11,小麦,35,马,12,链孢霉,43,鸡,13,酵母,44,59,蛋白质化学医学知识专家讲座,第59页,1 蛋白质二级结构,四 蛋白质三维结构,1)二级结构概念,蛋白质分子二级结构是指肽链主链有规则盘波折叠形成构象，或规则几何走向、旋转及折叠。只包括肽链主链,构象,及链内或链间形成,氢键,，不讨论侧链基团空间排布。主要有,-螺旋、-折叠、-转角和无规则卷曲。维系二级结构化学键主要是氢键。,60,蛋白质化学医学知识专家讲座,第60页,蛋白质分子空间结构是指分子构象而言。构象与构型都是立体化学结构概念，但含义不一样。构型是因为化合物分子中某一不对称碳原子上四种不一样取代基团空间排列所形成一个光学活性立体结构。一个不对称碳原子只能形成两种不一样构型。分子从一个构型变为一个构型必须发生共价键断裂。,2)构型与构象,61,蛋白质化学医学知识专家讲座,第61页,构象是分子内部全部原子或原子团空间全部排布而形成一个立体结构，这类立体结构不需要共价键断开，只要分子中发生C-C单键转动就能从一个构象变为另一个构象。天然蛋白质分子都有与其生物活性相关一个或少数几个特定构象，这种天然构象相当稳定。,62,蛋白质化学医学知识专家讲座,第62页,3)维系蛋白质分子构象化学键,蛋白质分子三维构象稳定性要靠大量化学键来维系，主要有氢键、离子键、二硫键、配位健等，另外还有疏水相互作用力、范德华力等。,63,蛋白质化学医学知识专家讲座,第63页,4)酰胺平面,X-衍射研究表明，肽键键长大于C=N双键，小于C-N单键，含有部分双键性质，不能自由转动。所以每个肽键6个原子都被酰键固定在同一个平面上，这个平面称为肽平面，也叫肽面。,64,蛋白质化学医学知识专家讲座,第64页,酰胺平面是刚性平面，6个碳原子相对位置都是固定不变，其羰基氧原子与亚氨基氢原子总是呈,反式排列,。在主链成链共价键中，肽键占1/3，且不能自由转动，这对肽链形成三维构象有很大约束作用，只能靠,-,碳原子两边单键，C,-,C和N,-,C,键转动，使酰胺平面相对位置发生改变，形成有限几个主链构象。,65,蛋白质化学医学知识专家讲座,第65页,5)二级结构基本构象,-螺旋是蛋白质分子中最常见很稳定一个构象，是由多肽主链围绕一个中心轴有规则地一圈一圈盘旋前进形成螺旋状构象。这是Pauling等在1951年经过X光衍射对纤维蛋白质-角蛋白(如毛、发、角、甲、爪等)进行构象分析证实一个主链，故称-螺旋。天然蛋白质分子中存在主要是右手螺旋，左手螺旋只在少数几个蛋白质中被发觉。左手-螺旋结构有以下特点。,(1),-,螺旋,66,蛋白质化学医学知识专家讲座,第66页,多肽链中各个肽平面围绕同一轴旋转，形成左手螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升距离即螺距为0.54 nm，含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间距离为0.15 nm。,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。每个残基R基团都在,-,螺旋外侧，不影响螺旋稳定性。,67,蛋白质化学医学知识专家讲座,第67页,-,螺旋结构惯用S,N,表示，S代表每圈螺旋残基个数，N表示氢键封闭环本身原子数。经典左手-螺旋S为3.6，N为13，可表示为3.6,13,。,68,蛋白质化学医学知识专家讲座,第68页,(2),-折叠,-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。肽链主链呈锯齿状折叠构象。,在,-折叠中，,-碳原子总是处于折叠角上，氨基酸R,基团处于折叠棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间轴心距为0.35 nm。,69,蛋白质化学医学知识专家讲座,第69页,-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间氢键交联，氢键与主链长轴靠近垂直。,-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。,70,蛋白质化学医学知识专家讲座,第70页,-折叠,71,蛋白质化学医学知识专家讲座,第71页,(3),-,转角,-转角是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-NH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蛋白分子中。,72,蛋白质化学医学知识专家讲座,第72页,73,蛋白质化学医学知识专家讲座,第73页,球状蛋白质二级结构多元构象,74,蛋白质化学医学知识专家讲座,第74页,2 蛋白质分子三级结构,蛋白质分子在一、二级结构基础上，再进行三维空间多向性盘波折叠，形成特定近似球状构象，称为蛋白质分子三级结构。三级结构包含蛋白质分子主链和侧链全部原子或原子团空间排布关系。,1)三级结构涵义,75,蛋白质化学医学知识专家讲座,第75页,2)三级结构构象特点,三级构象近似球形。,分子中亲水基团相对集中在分子表面，疏水基团相对集中在分子内部。,疏水键在蛋白质三级结构中起着主要作用。氢键、疏水键、离子键和范德华力等次级键对三级结构构象稳定也有一定作用。,三级结构形成之后，蛋白质分子生物活性部位就形成了。在球形分子表面往往有一个很深裂隙，活性部位就在其中。,76,蛋白质化学医学知识专家讲座,第76页,3)活性部位,球蛋白分子活性部位，又称活性中心，是在三级构象中由少数必需基团组成负责完成生物功效一个空间小区域。三级结构是球状蛋白质分子生物活性所必须具备结构形式。,胰岛素分子与受体分子结合主要发生在一个表面部位，这个部位由B,24,、B,25,、B,26,、B,28,、A,19,等残基组成面积相当大疏水及分散在疏水区周围表面电荷和极性基团组成。其中Phe非常保守，被Leu或Ser取代后，活性严重丧失，仅剩1%左右。,77,蛋白质化学医学知识专家讲座,第77页,胰岛素分子中与受体结合表面部位,78,蛋白质化学医学知识专家讲座,第78页,4)结构域,较大球状蛋白质分子或亚基，常先由几个二级结构单元组合在一起形成超二级结构，以此作为形成三级结构实体，这些二级结构实体称为结构域。结构域深入缔合形成近似球形三级结构。如卵清溶菌酶三级结构是由两个结构域缔合而成。这两个结构域经过共价键转动调整相互之间位置，形成大裂隙，酶活性中心即在这一部位，这种结构有利于酶与底物发生诱导楔合作用或进行变构调整作用。,79,蛋白质化学医学知识专家讲座,第79页,80,蛋白质化学医学知识专家讲座,第80页,3 亚基缔合与四级结构,有些球状蛋白质分子由两个或两个以上三级结构单位缔合而成，称寡聚蛋白。其中每个三级结构单位称为亚基。四级结构就是寡聚蛋白质分子中亚基与亚基间立体排布及相互作用关系。亚基数目和类型属四级结构研究内容，不包括亚基本身构象。四级结构稳定性主要靠亚基间疏水作用维系，盐键、氢键、范德华力等次级键也有一定作用。寡聚蛋白亚基单独存在时，生物活性很低或没有，各亚基缔合成完整四级结构后才能发挥正常活性功效。,1)四级结构涵义,81,蛋白质化学医学知识专家讲座,第81页,82,蛋白质化学医学知识专家讲座,第82页,83,蛋白质化学医学知识专家讲座,第83页,血红蛋白四级结构,84,蛋白质化学医学知识专家讲座,第84页,2)寡聚蛋白质分子亚基组成,亚基类别组成有两种类型，一个是由相同亚基组成均一寡聚蛋白，如过氧化物酶是由四个相同亚基组成四聚体。另一类是由结构不一样亚基组成非均一寡聚蛋白，如血红蛋白(,2,2,)。,85,蛋白质化学医学知识专家讲座,第85页,3)变构蛋白概念,血红蛋白各个亚基功效相同运输O,2,和CO,2,。肺中O,2,分压高，血红素亚铁原子以配位键与O,2,结合成为氧合血红蛋白，同时释放出CO,2,。组织中O,2,分压低，血红素释放出O,2,，同时每个亚基N-末端氨基结合一个CO,2,，成为氨基甲酸血红蛋白。亚基对O,2,亲和力比亚基大，而先与O,2,结合发生构象改变，进而影响亚基构象改变使其活性增加。,86,蛋白质化学医学知识专家讲座,第86页,在寡聚蛋白分子中，由一个亚基与底物结合时发生构象改变，引发其它亚基也发生相当构象和活性改变产生协同变构作用，称为协同效应，具协同变构性质蛋白质称为变构蛋白。,87,蛋白质化学医学知识专家讲座,第87页,提 要,蛋白质元素组成主要有C、H、O、N和少许S等，,平均含N量为16%,。,蛋白质是由20种基本氨基酸组成，其共同特点为:,都是,-氨基酸；除甘氨酸外都是L-型氨基酸。,氨基酸为两性电解质，每种氨基酸都有其特定等电点(p,I,)。在高于其等电点pH条件下带负电荷，在低于等电点时带正电荷。,氨基酸分子中,-氨酸、-羧,基及,R,基团能分别发生各种化学反应。,88,蛋白质化学医学知识专家讲座,第88页,蛋白质生物学作用主要有：形态学功效，生理活性功效，外源蛋白质有营养功效。,蛋白质亲水胶体稳定性，主要取决于表面电荷和水化膜。,蛋白质是具两性解离化合物，有特定等电点。,有各种原因引发蛋白质变性，变性后生物活性和理化性质等发生改变。,蛋白质在不一样浓度中性盐溶液中可发生盐溶或盐析作用。,89,蛋白质化学医学知识专家讲座,第89页,蛋白质一级结构主要是指肽链中氨基酸次序。肽链阅读方向是从N端到C端。,蛋白质二级结构是指肽链主链有规则盘波折叠所形成构象，主要包含a-螺旋、b-折迭、b-转角和无规则卷曲。,蛋白质三级结构是在一、二级结构基础上进行三维空间多向性盘波折迭而形成球状构象，包含主链和侧链全部原子或原子团空间排布。,蛋白质四级结构是指寡聚蛋白质分子中亚基与亚基间立体排布及相互作用关系。,90,蛋白质化学医学知识专家讲座,第90页,