蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能課件

生物化學(xué)

第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

蛋白質(zhì)（protein）是一類重要的生物大分子，是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。

遵義醫(yī)專蛋白質(zhì)的生理功能：

蛋白質(zhì)是人體的基本成分，幾乎所有的組織都含有蛋白質(zhì)，是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，具有：物質(zhì)運(yùn)輸、物質(zhì)代謝的催化與調(diào)節(jié)、肌肉收縮、血液凝固、機(jī)體防御及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等生理功能。遵義醫(yī)專練習(xí)：測(cè)得10g蛋白質(zhì)樣品中含氮量為0.08g，該蛋白質(zhì)樣品的蛋白質(zhì)含量是多少？遵義醫(yī)專二、氨基酸組成蛋白質(zhì)的基本單位是氨基酸（aminoacid）。自然界存在300多種氨基酸,但是基因編碼的氨基酸只有20種。這些氨基酸屬于L--氨基酸。遵義醫(yī)專COOH│H2N

—C

—H│RL--氨基酸的結(jié)構(gòu)通式遵義醫(yī)專+H++OH-pH=pI兼性離子+OH-pH>pI陰離子+H+pH<pI陽離子遵義醫(yī)專根據(jù)R側(cè)鏈基團(tuán)解離性質(zhì)的不同，可將氨基酸分為兩大類：1.非極性氨基酸:側(cè)鏈主要為脂肪族疏水基團(tuán)。2.極性氨基酸

極性中性氨基酸：側(cè)鏈含有（—OH）或（—SH）等親水基團(tuán)。

酸性氨基酸——Glu，Asp；側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液中解離后帶負(fù)電荷。

堿性氨基酸——His，Arg，Lys；側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液中解離后帶正電荷。遵義醫(yī)專一、肽鍵與肽（一）肽鍵與肽鏈：

肽：氨基酸通過肽鍵連接起來形成的線性聚合物。肽鍵：一個(gè)氨基酸分子的-羧基與另一個(gè)氨基酸分子的-氨基脫水縮合形成的共價(jià)鍵。氨基酸殘基：肽中的氨基酸稱為氨基酸殘基。第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)遵義醫(yī)專肽鍵平面——由于肽鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，使肽鍵以及與之相連的兩個(gè)C共處同一平面上，這一平面稱為肽鍵平面（酰胺平面，肽單元）。遵義醫(yī)專遵義醫(yī)專多肽鏈具有方向性，頭端為氨基端（N端），尾端為羧基端（C端）。遵義醫(yī)專蛋白質(zhì)是由許多氨基酸單位通過肽鍵連接起來的，具有特定分子結(jié)構(gòu)的高分子化合物。由于蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，為了便于研究、描述和理解，人為將蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)劃分為一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)四個(gè)結(jié)構(gòu)層次。二、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)遵義醫(yī)專除一級(jí)結(jié)構(gòu)外，蛋白質(zhì)的二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)都屬于空間結(jié)構(gòu)，即空間構(gòu)象，是蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)。遵義醫(yī)專蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)（primarystructure）是指蛋白質(zhì)多肽鏈中通過肽鍵連接起來的氨基酸的排列順序，即多肽鏈的線狀結(jié)構(gòu)。維系蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵為肽鍵。遵義醫(yī)專蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)是指蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈盤曲、折疊所形成的空間結(jié)構(gòu)。三、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（一）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)遵義醫(yī)專二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式有α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角與無規(guī)卷曲。維系蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵是氫鍵。遵義醫(yī)專遵義醫(yī)專遵義醫(yī)專核糖核酸酶分子中的二級(jí)結(jié)構(gòu)α-螺旋β-折疊β-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲遵義醫(yī)專血紅蛋白(hemoglobin)的四級(jí)結(jié)構(gòu)遵義醫(yī)專蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)層次遵義醫(yī)專第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系是蛋白質(zhì)行使功能的基礎(chǔ)，決定蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)不同的蛋白質(zhì)，功能也不同；一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)，其功能也有所相似。分子病：由于蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)變異導(dǎo)致機(jī)體組織結(jié)構(gòu)和功能異常所造成的疾病。一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系遵義醫(yī)專鐮刀狀紅細(xì)胞貧血Hb-鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)的改變N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ鏈HbAβ鏈N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)6遵義醫(yī)專在鐮刀狀紅細(xì)胞貧血患者中，由于基因突變導(dǎo)致血紅蛋白-鏈第六位氨基酸殘基由谷氨酸改變?yōu)槔i氨酸，血紅蛋白的親水性明顯下降，從而發(fā)生聚集，使紅細(xì)胞變?yōu)殓牭稜?。遵義醫(yī)專蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象與其功能有密切關(guān)系，蛋白質(zhì)構(gòu)象改變，生物學(xué)功能也隨之改變。變構(gòu)效應(yīng)：生物體內(nèi)某些小分子物質(zhì)與蛋白質(zhì)作用，使其構(gòu)象改變而生物學(xué)功能也隨之改變，這種作用稱為變構(gòu)效應(yīng)。

二、蛋白質(zhì)分子構(gòu)象與功能的關(guān)系遵義醫(yī)專第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)一、蛋白質(zhì)的紫外吸收蛋白質(zhì)分子普遍含有酪氨酸殘基和色氨酸殘基（分子結(jié)構(gòu)中含有共軛雙鍵），在紫外光280nm處有特征吸收峰，其吸收值與濃度成正比。遵義醫(yī)專由于蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的側(cè)鏈上存在游離的氨基和游離的羧基，另外，多肽鏈的N端和C端分別有游離的α-氨基和α-羧基，因此蛋白質(zhì)具有兩性解離的性質(zhì)。等電點(diǎn)（pI）：當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH值時(shí)，蛋白質(zhì)解離成陰、陽離子的趨勢(shì)相等，蛋白質(zhì)為兼性離子，凈電荷為零，此時(shí)溶液的pH稱為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)（pI）。（一）蛋白質(zhì)的兩性解離與等電點(diǎn)：二、蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)與電泳遵義醫(yī)專蛋白質(zhì)的兩性解離與等電點(diǎn)pH﹤pIpH=pIpH﹥pI

陽離子

兼性離子陰離子當(dāng)溶液pH＝pI時(shí)，蛋白質(zhì)所帶正、負(fù)電荷相等；當(dāng)溶液pH＞pI時(shí)，蛋白質(zhì)帶凈負(fù)電荷；當(dāng)溶液pH＜pI時(shí)，蛋白質(zhì)帶凈正電荷。遵義醫(yī)專（二）電泳帶電顆粒在電場(chǎng)中向電性相反的電極移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電泳（electrophoresis）。遵義醫(yī)專不同蛋白質(zhì)分子所帶電荷量不同，且分子大小及形狀也不同，故在電場(chǎng)中的移動(dòng)速度也不同，據(jù)此可對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行分離和鑒定。血漿蛋白質(zhì)pI在pH5.0左右，正常血漿pH為7.4，血漿蛋白以陰離子存在帶負(fù)電，故可在電場(chǎng)中向陽極移動(dòng)。遵義醫(yī)專三、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)分子的顆粒直徑已達(dá)1~100nm，處于膠體顆粒的范圍。因此，蛋白質(zhì)溶液屬于膠體溶液。穩(wěn)定蛋白質(zhì)親水溶膠的兩個(gè)重要因素是蛋白質(zhì)分子表面的水化膜和同種電荷。

遵義醫(yī)專蛋白質(zhì)顆粒的表面電荷和水化膜+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用遵義醫(yī)專三、蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固：在某些物理或化學(xué)因素的作用下，蛋白質(zhì)嚴(yán)格的空間結(jié)構(gòu)被破壞（不包括肽鍵的斷裂），從而引起蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)改變和生物學(xué)功能喪失的現(xiàn)象，稱為蛋白質(zhì)的變性(denaturation)。遵義醫(yī)專引起蛋白質(zhì)變性的因素有：①物理因素：高溫、高壓、紫外線、電離輻射、超聲波等；②化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑、重金屬鹽等。遵義醫(yī)專蛋白質(zhì)變性的可逆性：

蛋白質(zhì)的復(fù)性：輕度變性蛋白質(zhì)在去除變性因素后，可以全部或部分恢復(fù)原有的構(gòu)象和生物活性，這一過程稱為復(fù)性。遵義醫(yī)專蛋白質(zhì)分子相互聚集而從溶液中析出的現(xiàn)象稱為沉淀（precipitation）。變性后的蛋白質(zhì)由于疏水基團(tuán)的暴露而易于沉淀，但沉淀的蛋白質(zhì)不一定都是變性后的蛋白質(zhì)。遵義醫(yī)專沉淀蛋白質(zhì)的方法有鹽析法有機(jī)溶劑沉淀法生物堿試劑法重金屬鹽沉淀法遵義醫(yī)專加熱使蛋白質(zhì)變性并凝聚成塊狀稱為凝固（coagulation）。因此，凝固的蛋白質(zhì)一定發(fā)生變性。遵義醫(yī)專五、蛋白質(zhì)分類按蛋白質(zhì)組成分為：按蛋白質(zhì)的分子形狀分為：按組成蛋白質(zhì)的肽鏈數(shù)分為：?jiǎn)渭兊鞍捉Y(jié)合蛋白