蛋白質(zhì)和酶20111121專題課件

1、蛋白質(zhì)和酶20111121專題1 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 Structure and Function of Protein 蛋白質(zhì)和酶20111121專題2 中心法則中心法則 復(fù)制 DNA 轉(zhuǎn)錄 逆轉(zhuǎn)錄 復(fù)制 RNA 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 翻譯 調(diào)控 蛋白質(zhì)和酶20111121專題3 一、什么是蛋白質(zhì)一、什么是蛋白質(zhì)? 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(protein)是由許多是由許多氨基酸氨基酸(amino acids)通過通過肽鍵肽鍵(peptide bond)相連形成的高相連形成的高 分子含氮化合物。分子含氮化合物。 第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子組成 蛋白質(zhì)和酶20111121專題4

2、二、蛋白質(zhì)的分布和組成二、蛋白質(zhì)的分布和組成 1.分布廣：分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細胞的各所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細胞的各 個部分都含有蛋白質(zhì)。個部分都含有蛋白質(zhì)。 含量高：含量高：蛋白質(zhì)是細胞內(nèi)最豐富的有機分子，占人體蛋白質(zhì)是細胞內(nèi)最豐富的有機分子，占人體 干重的干重的45，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋 肌等高達肌等高達80。 2. 組成蛋白質(zhì)的元素：組成蛋白質(zhì)的元素：主要有主要有C、H、O、N和和S。有。有 些蛋白質(zhì)含有少量些蛋白質(zhì)含有少量磷磷或金屬元素或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鐵、銅、鋅、錳、鈷、 鉬鉬，個別蛋白質(zhì)還含有，個別

3、蛋白質(zhì)還含有碘碘 。 蛋白質(zhì)和酶20111121專題5 二、二、蛋白質(zhì)的基本組成單位蛋白質(zhì)的基本組成單位-氨基酸氨基酸 存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余種，但組余種，但組 成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬種，且均屬 L- 氨基酸（甘氨酸除外）。氨基酸（甘氨酸除外）。 蛋白質(zhì)和酶20111121專題6 H 甘氨酸甘氨酸 CH3 丙氨酸丙氨酸 L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式 R C +NH3 COO- H 氨基酸的結(jié)構(gòu)特點氨基酸的結(jié)構(gòu)特點 R-側(cè)鏈基團 蛋白質(zhì)和酶20111121專題7 NH2-CH-C H O OH 甘甘氨氨酸酸 NH2-CH-

4、C H O OH 甘甘氨氨酸酸 NH-CH-C H OH O O H 甘甘氨氨酸酸 + -HOH 甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸 肽鍵 NH2-CH-C-N-CH-C O OHHHH O NH2-CH-C-N-CH-C O OHHHH O 蛋白質(zhì)和酶20111121專題8 * * 肽肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化 合物。合物。 * * 兩分子氨基酸縮合形成兩分子氨基酸縮合形成二肽二肽，三分子氨，三分子氨 基酸縮合則形成基酸縮合則形成三肽三肽 * * 肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團 不全，被稱為不全，被稱為氨基酸殘基氨基酸殘

5、基(residue)。 * * 由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡寡 肽肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連由更多的氨基酸相連 形成的肽稱形成的肽稱多肽多肽(polypeptide)。 蛋白質(zhì)和酶20111121專題9 N 末端：多肽鏈中有末端：多肽鏈中有自由氨基自由氨基的一端的一端 C 末端：多肽鏈中有末端：多肽鏈中有自由羧基自由羧基的一端的一端 多肽鏈有兩端多肽鏈有兩端 * 多肽鏈多肽鏈(polypeptide chain)是指許多氨基是指許多氨基 酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。 蛋白質(zhì)和酶20111121專題

6、10 蛋白質(zhì)和酶20111121專題11 N末端末端 C末端末端 牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶 蛋白質(zhì)和酶20111121專題12 蛋蛋 白白 質(zhì)質(zhì) 的的 分分 子子 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) The Molecular Structure of ProteinThe Molecular Structure of Protein 第第 二二 節(jié)節(jié) 蛋白質(zhì)和酶20111121專題13 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括 一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)(primary structure) 二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)(secondary structure) 三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)(tertiary structure) 四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)

7、(quaternary structure) 高級高級 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)和酶20111121專題14 定義定義 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列 順序。順序。 一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) 主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵 肽鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。 蛋白質(zhì)和酶20111121專題15 一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué) 功能的基礎(chǔ)。功能的基礎(chǔ)。 目目 錄錄 蛋白質(zhì)和酶20111121專題16 二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間蛋白質(zhì)分

8、子中某一段肽鏈的局部空間 結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空主鏈骨架原子的相對空 間位置間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象 。 定義定義 主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵： 氫鍵氫鍵 蛋白質(zhì)和酶20111121專題17 蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式 - -螺旋螺旋 ( -helix ) - -折疊折疊 ( -pleated sheet ) - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( -turn ) 無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲 ( random coil ) 蛋白質(zhì)和酶20111121專題18 三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 疏水鍵、離子鍵、氫鍵和疏水鍵、離

9、子鍵、氫鍵和 Van der Waals力等。力等。 主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵 整條肽鏈中整條肽鏈中全部氨基酸殘基全部氨基酸殘基的相對空間位置。的相對空間位置。 即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。 （一）（一） 定義定義 蛋白質(zhì)和酶20111121專題19 肌紅蛋白肌紅蛋白 (Mb) N N 端端 C C 端端 蛋白質(zhì)和酶20111121專題20 亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次 是氫鍵和離子鍵。是氫鍵和離子鍵。 四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接蛋白質(zhì)分子中各亞基的空

10、間排布及亞基接 觸部位的布局和相互作用，稱為觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級蛋白質(zhì)的四級 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。 有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈， 每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白 質(zhì)的質(zhì)的亞基亞基 (subunit)。 蛋白質(zhì)和酶20111121專題21 血紅蛋白血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)的四級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)和酶20111121專題22 第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的分類 蛋白質(zhì)和酶20111121專題23 * * 根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分 單純蛋白質(zhì)單純蛋白質(zhì) 結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì) = = 蛋白質(zhì)部分

11、蛋白質(zhì)部分 + + 非蛋白質(zhì)部分非蛋白質(zhì)部分 * * 根據(jù)蛋白質(zhì)形狀根據(jù)蛋白質(zhì)形狀 纖維狀蛋白質(zhì)：如血紅蛋白、胰島素、酶等纖維狀蛋白質(zhì)：如血紅蛋白、胰島素、酶等 球狀蛋白質(zhì)：角蛋白、膠原蛋白和彈性蛋白等球狀蛋白質(zhì)：角蛋白、膠原蛋白和彈性蛋白等 * * 根據(jù)功能分根據(jù)功能分 活性蛋白質(zhì)：酶、受體蛋白、運輸和儲存蛋白等活性蛋白質(zhì)：酶、受體蛋白、運輸和儲存蛋白等 非活性蛋白質(zhì)：非活性蛋白質(zhì)：角蛋白、膠原蛋白等角蛋白、膠原蛋白等 蛋白質(zhì)和酶20111121專題24 第五節(jié)第五節(jié) 蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性 蛋白質(zhì)和酶20111121專題25 一、蛋白質(zhì)的變性一、蛋白質(zhì)的變性 1、 蛋白質(zhì)的變

12、性蛋白質(zhì)的變性(denaturation) 在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的 空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無 序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生 物活性的喪失。物活性的喪失。 蛋白質(zhì)和酶20111121專題26 造成變性的因素造成變性的因素 如如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、 重金屬離子及生物堿試劑等重金屬離子及生物堿試劑等 。 變性的本質(zhì)變性的本質(zhì) 破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白 質(zhì)的一

13、級結(jié)構(gòu)。質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。 2 2、變性蛋白質(zhì)的特征、變性蛋白質(zhì)的特征 蛋白質(zhì)和酶20111121專題27 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及 滅菌。滅菌。 此外此外, , 防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì) 制劑（如疫苗等）的必要條件。制劑（如疫苗等）的必要條件。 3 3、變性的應(yīng)用、變性的應(yīng)用 蛋白質(zhì)和酶20111121專題28 若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素 后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu) 象和功能，稱為象和功能，稱為復(fù)性復(fù)

14、性(renaturation) 。 4 4、復(fù)性、復(fù)性 蛋白質(zhì)和酶20111121專題29 蛋白質(zhì)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系蛋白質(zhì)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系 由于各種原因（物理、化學(xué)、生物基因突變等）導(dǎo) 致的蛋白質(zhì)分子在結(jié)構(gòu)或合成量上產(chǎn)生異常，從而引起機 體一系列病理改變，并產(chǎn)生功能障礙，從而引發(fā)某些疾病 產(chǎn)生。如血紅蛋白?。ㄧ犘渭毎氀Y、地中海貧血癥）、 血漿蛋白病（血友?。?、受體病（家族性高膽固醇血癥）、 結(jié)構(gòu)蛋白缺陷病（假肥大型營養(yǎng)不良）、膜轉(zhuǎn)運蛋白病 （肝豆狀核變性）等分子病。 蛋白質(zhì)和酶20111121專題30 (Enzyme) 蛋白質(zhì)和酶20111121專題31 蛋白質(zhì)和酶20111121專題32 二、酶的

15、不同形式二、酶的不同形式 蛋白質(zhì)和酶20111121專題33 1.輔助因子類型輔助因子類型 (1) 輔酶輔酶 (coenzyme)：與酶蛋白結(jié)合與酶蛋白結(jié)合疏松疏松 (2) 輔基輔基 (prosthetic group)：與酶蛋白結(jié)合：與酶蛋白結(jié)合緊密緊密 結(jié)合酶的酶蛋白與輔助因子協(xié)同作用才能發(fā)揮結(jié)合酶的酶蛋白與輔助因子協(xié)同作用才能發(fā)揮 催化作用。催化作用。（如果基因突變導(dǎo)致酶蛋白改變，則該酶與輔酶的相（如果基因突變導(dǎo)致酶蛋白改變，則該酶與輔酶的相 互作用受損，會引起相應(yīng)的遺傳?。┗プ饔檬軗p，會引起相應(yīng)的遺傳?。?蛋白質(zhì)和酶20111121專題34 1.習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法推薦名稱推薦名稱 (

16、1) 依據(jù)酶所催化的底物命名，如淀粉酶等。依據(jù)酶所催化的底物命名，如淀粉酶等。 (2) 依據(jù)催化反應(yīng)類型命名，如脫氫酶、轉(zhuǎn)氨酶等。依據(jù)催化反應(yīng)類型命名，如脫氫酶、轉(zhuǎn)氨酶等。 (3) 綜合上述兩項原則命名，如乳酸脫氫酶等。綜合上述兩項原則命名，如乳酸脫氫酶等。 2. 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法系統(tǒng)名稱系統(tǒng)名稱 蛋白質(zhì)和酶20111121專題35 (二二) 酶的分類酶的分類 蛋白質(zhì)和酶20111121專題36 (一一)酶的活性酶的活性 (三三)酶的活性單位酶的活性單位 1. 國際單位國際單位(IU) 在特定的條件下，每分鐘催在特定的條件下，每分鐘催 化化1mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為一個國際底物轉(zhuǎn)化

17、為產(chǎn)物所需的酶量為一個國際 單位。單位。 2. 催量單位催量單位 催量催量(kat)是指在特定條件下，每是指在特定條件下，每 秒鐘使秒鐘使mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量。底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量。 3. kat與與IU的換算的換算： 1 IU=16.6710-9 kat 蛋白質(zhì)和酶20111121專題37 蛋白質(zhì)和酶20111121專題38 酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高1081020 倍，比一般催化劑高倍，比一般催化劑高1071013倍。倍。 二、高度的特異性二、高度的特異性 蛋白質(zhì)和酶20111121專題39 三、酶催化活性的可調(diào)節(jié)性三、酶催化活性的可調(diào)節(jié)性

18、(一一) 對酶生成與降解量的調(diào)節(jié)。對酶生成與降解量的調(diào)節(jié)。 (二二) 酶催化活性的調(diào)節(jié)。酶催化活性的調(diào)節(jié)。 (三三) 通過改變底物濃度對酶進行調(diào)節(jié)等。通過改變底物濃度對酶進行調(diào)節(jié)等。 酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機體酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機體 對不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動的需要。其對不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動的需要。其 中包括三方面的調(diào)節(jié)。中包括三方面的調(diào)節(jié)。 四、酶催化活性的不穩(wěn)定性四、酶催化活性的不穩(wěn)定性 酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，凡是影響蛋白質(zhì)酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，凡是影響蛋白質(zhì) 生物學(xué)活性的因素都能影響酶的活性。生物學(xué)活性的因素都能影響酶的活性。 蛋白質(zhì)和酶20111121專題4

19、0 活性中心活性中心或稱活性部位或稱活性部位(active site)，指指 必需基團在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有必需基團在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有 特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并 將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。 蛋白質(zhì)和酶20111121專題41 (一一)酶原酶原 有些酶在細胞內(nèi)有些酶在細胞內(nèi) 合成或初分泌時無合成或初分泌時無 活性，此無活性前活性，此無活性前 體稱為酶原。體稱為酶原。 (二二)酶原的激活酶原的激活 酶原在一定條件酶原在一定條件 下，下，水解掉一個或幾水解掉一個或幾 個短肽，形成或暴露個短肽，形成或暴露 出活性中心，出

20、活性中心，轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為 有活性酶的過程。有活性酶的過程。 (三三)激活過程激活過程 特定的肽鏈水解特定的肽鏈水解 酶酶 原原 分子構(gòu)象發(fā)生改變分子構(gòu)象發(fā)生改變 酶的活性中心形成酶的活性中心形成 在特定在特定 條件下條件下 蛋白質(zhì)和酶20111121專題42 (四四) 酶原激活的意義酶原激活的意義 1.避免酶對細胞進行自身消化，并使酶在特避免酶對細胞進行自身消化，并使酶在特 定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用。定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用。 2.有的酶原可以視為酶的儲存形式。在需要有的酶原可以視為酶的儲存形式。在需要 時，酶原適時地轉(zhuǎn)變成有活性的酶，發(fā)揮其催時，酶原適時地轉(zhuǎn)變成有活性的酶，發(fā)揮其催 化作用?；?/p>

21、作用。 3.胃、腸黏膜及腸道寄生蟲均有抵抗消化酶胃、腸黏膜及腸道寄生蟲均有抵抗消化酶 的抗酶物質(zhì)。的抗酶物質(zhì)。 蛋白質(zhì)和酶20111121專題43 酶底物復(fù)合物酶底物復(fù)合物 E + S E + P ES 酶與底物相互接近酶與底物相互接近 時，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、時，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、 相互變形和相互適應(yīng)，相互變形和相互適應(yīng)， 進而相互結(jié)合。這一過進而相互結(jié)合。這一過 程稱為程稱為酶酶- -底物結(jié)合的誘底物結(jié)合的誘 導(dǎo)契合假說導(dǎo)契合假說 誘導(dǎo)契合假說誘導(dǎo)契合假說 蛋白質(zhì)和酶20111121專題44 關(guān)鍵酶關(guān)鍵酶 一些代謝物可與某些酶分子一些代謝物可與某些酶分子活性中心外活性中心外的的 某部分可逆地結(jié)合，使某部分可逆地結(jié)合，使酶構(gòu)象改變酶構(gòu)象改變，從而改變，從而改變 酶的催化活性，此種調(diào)節(jié)方式稱變構(gòu)調(diào)節(jié)。酶的催化活性，此種調(diào)節(jié)方式稱變構(gòu)調(diào)節(jié)。 蛋白質(zhì)和酶20111121專題45 磷酸化與脫磷酸化（最常見）磷酸化與脫磷酸化（最常見） 蛋白質(zhì)和酶20111121專題46 (influencing factor of Enzyme-Catalyzed Reaction) 蛋白質(zhì)和酶20111121