蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-課件

第2章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

(StructureandFunctionofProtein)

1ppt課件蛋白質(zhì)(protein)蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性:生物體重要組成成分重要的生物學(xué)功能物質(zhì)氧化供能物質(zhì)2ppt課件第1節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成

一、蛋白質(zhì)的組成元素

1、主要元素：

碳（50～55%）、氫（6%～7%）、氧（19%～24%）、氮（13%～19%）、硫（0～4%）

3ppt課件2、元素組成特點：

各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16%。樣品中蛋白質(zhì)含量(%)=

樣品的含氮量(g/g)×6.25×100

4ppt課件二、蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸

蛋白質(zhì)可以受酸、堿或蛋白酶的作用而水解產(chǎn)生小分子的游離的氨基酸(aminoacid)。存在于自然界中的氨基酸有300多種，但構(gòu)成人體組織蛋白質(zhì)的氨基酸只有20種。

5ppt課件（一）氨基酸結(jié)構(gòu)特點1.組成天然蛋白質(zhì)的氨基酸為α-氨基酸，其結(jié)構(gòu)通式如下：2.氨基酸存在L-型和D-型兩種立體構(gòu)型，組成天然蛋白質(zhì)的氨基酸都是L-型的。L-α-氨基酸D-α-氨基酸6ppt課件（二）氨基酸的分類按R基團的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的不同，我們將組成人體蛋白質(zhì)的20種氨基酸分為5類：①非極性脂肪族氨基酸②極性中性氨基酸③芳香族氨基酸④酸性氨基酸⑤堿性氨基酸7ppt課件組成蛋白質(zhì)的20種編碼氨基酸中文名英文名三字符結(jié)構(gòu)式等電點甘氨酸glycineGly5.97丙氨酸alanineAla6.00纈氨酸valineVal5.96亮氨酸leucineLeu5.98異亮氨酸isoleucineIso6.02脯氨酸prolinePro6.301.非極性脂肪族氨基酸8ppt課件絲氨酸serineSer5.68半胱氨酸cysteineCys5.07蛋氨酸methionineMet5.74天冬酰胺asparagineAsn5.41谷氨酰胺glutamineGln5.65蘇氨酸t(yī)hreonineThr5.602.極性中性氨基酸9ppt課件苯丙氨酸phenylalaninePhe5.48色氨酸t(yī)ryptophanTrp5.89酪氨酸t(yī)yrosineTyr5.663.芳香族氨基酸10ppt課件天冬氨酸AsparticacidAsp2.97谷氨酸glutamicacidGlu3.224.酸性氨基酸11ppt課件賴氨酸lysineLys9.74精氨酸arginineArg10.76組氨酸histidineHis7.595.堿性氨基酸12ppt課件三、氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的連接方式

（一）肽與肽鍵

肽鍵:一個氨基酸的α-羧基與另一個氨基酸的α-氨基脫水縮合形成的酰胺鍵。圖2-1肽鍵的生成與肽13ppt課件

構(gòu)成肽鍵的4個原子C、O、N、H及其相鄰的兩個α碳原子（Cα）位于同一平面，這個平面被稱為肽鍵平面。肽鍵平面圖2-2肽鍵平面14ppt課件第2節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)是由多肽鏈構(gòu)成的生物大分子，具有三維空間結(jié)構(gòu)。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序，也是蛋白質(zhì)最基本的結(jié)構(gòu)。維持一級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵：肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。15ppt課件

胰島素由A、B兩條多肽鏈組成，共有51個氨基酸殘基。圖2-3牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)16ppt課件二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（一）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)：多肽鏈中主鏈盤曲折疊形成的空間結(jié)構(gòu)，不涉及側(cè)鏈部分的構(gòu)象。17ppt課件1.α-螺旋（α-helix）α-螺旋的結(jié)構(gòu)特點如下：①多肽鏈主鏈以肽鍵平面為單位，α碳原子為轉(zhuǎn)折點按順時針方向盤曲形成右手螺旋。②螺旋中每3.6個氨基酸殘基上升一圈，螺距為0.54nm。③相鄰兩圈螺旋之間形成鏈內(nèi)氫鍵④肽鏈中氨基酸側(cè)鏈R基團分布在螺旋外側(cè)。18ppt課件2.β-折疊（β-pleatedsheet）

多肽鏈主鏈以肽鍵平面為單位，折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)稱為β-折疊。圖2-4蛋白質(zhì)分子的α-螺旋（A）和β-片層結(jié)構(gòu)（B）19ppt課件

3.β-轉(zhuǎn)角（β-turn）蛋白質(zhì)分子中肽鏈出現(xiàn)180°的回折。

4.無規(guī)則卷曲（randomcoil）

部分肽鏈的構(gòu)象沒有規(guī)律性，肽鏈中肽鍵平面排列不規(guī)則。穩(wěn)定蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵：氫鍵20ppt課件模序（motif）在許多蛋白質(zhì)分子中可發(fā)現(xiàn)有2～3個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互靠近，形成具有特殊功能的空間結(jié)構(gòu)。模序是具有特征性的氨基酸序列，能發(fā)揮特殊的功能。

圖2-5鋅指結(jié)構(gòu)21ppt課件(二)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)的整條多肽鏈中全部氨基酸殘的相對空間位置。

形成和穩(wěn)定蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵：主要靠次級鍵，包括氫鍵、疏水鍵、鹽鍵（離子鍵）、范德華力(Vander

Waals力)以及二硫鍵等。22ppt課件圖2-6蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)中的次級鍵圖2-7肌紅蛋白三級結(jié)構(gòu)23ppt課件

在較大的蛋白質(zhì)分子中，三級結(jié)構(gòu)?？梢哉郫B成多個相對獨立的區(qū)域，每個區(qū)域具有不同的生物學(xué)功能。

結(jié)構(gòu)域(domain)24ppt課件(三)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)：具有兩條或兩條以上具有獨立結(jié)構(gòu)的多肽鏈，通過非共價鍵相互組合而形成的空間結(jié)構(gòu)。亞基：四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)中每個具有獨立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈單位。25ppt課件圖2-8蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)--血紅蛋白的四個亞基示意圖26ppt課件三、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定其性質(zhì)，而它的性質(zhì)又決定它的功能，結(jié)構(gòu)與功能是密切相關(guān)的。

（一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，也是蛋白質(zhì)行使功能的基礎(chǔ)。27ppt課件表2-2不同哺乳動物胰島素一級結(jié)構(gòu)的差別

氨基酸位置物種A5A10B30人ThrIleThr牛AlaValAla豬ThrIleAla28ppt課件圖2-10鐮刀狀紅細胞性貧血血紅蛋白遺傳信息的異常29ppt課件

（二）蛋白質(zhì)空間構(gòu)象與功能活性的關(guān)系蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象與各種蛋白質(zhì)多種多樣的功能密切相關(guān)30ppt課件第3節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)一、蛋白質(zhì)的兩性解離和等電點蛋白質(zhì)分子兩端有可以的游離氨基和羧基，另外側(cè)鏈中還有一些解離基，這些基團可以進行酸性或堿性電離，使蛋白質(zhì)分子呈現(xiàn)兩性電離的性質(zhì)。31ppt課件圖2-11蛋白質(zhì)的解離狀態(tài)蛋白質(zhì)的等電點(isoelectricpoint,pI)：

當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)游離成正、負離子的趨勢相等，成為兼性離子，凈電荷為0，此時溶液的pH值稱蛋白質(zhì)的等電點。32ppt課件電泳：

帶電粒子在電場中向相反電極移動的現(xiàn)象33ppt課件二、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)

蛋白質(zhì)分子量大，直徑已達到膠粒1～100nm范圍，具有膠體溶液的一般性質(zhì)。蛋白質(zhì)表面的水化膜和同種電荷是使蛋白質(zhì)水溶液穩(wěn)定的兩個因素，去除這兩個穩(wěn)定因素，蛋白質(zhì)極易從溶液中沉淀析出。34ppt課件圖2-12蛋白質(zhì)膠體顆粒的沉淀35ppt課件

透析：蛋白質(zhì)分子粘度大，擴散速度慢，不易透過半透膜，我們可以利用蛋白質(zhì)的這一性質(zhì)來分離提純蛋白質(zhì)，這種方法稱為透析。圖2-13利用蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)進行血液透析示意圖36ppt課件三、蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性：在某些物理或化學(xué)因素作用下，維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的次級鍵斷裂，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變或破壞，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性喪失的現(xiàn)象。37ppt課件圖2-14核糖核酸酶的變性與復(fù)性38ppt課件四、蛋白質(zhì)的沉淀蛋白質(zhì)沉淀：蛋白質(zhì)分子凝聚從溶液中析出的現(xiàn)象引起蛋白質(zhì)沉淀的主要方法有下述幾種：

(一)鹽析

鹽析：在蛋白質(zhì)溶液中加入大量的中性鹽，破壞蛋白質(zhì)的膠體穩(wěn)定性而使其沉淀鹽析沉淀的蛋白質(zhì)仍保持蛋白質(zhì)的活性。39ppt課件(二)有機溶劑沉淀法有機溶劑如酒精、甲醇、丙酮等，能破壞蛋白質(zhì)顆粒的水化膜，在等電點時使蛋白質(zhì)沉淀。在常溫下，有機溶劑沉淀蛋白質(zhì)往往引起變性，例如酒精消毒滅菌就是如此。在低溫條件下（0～4℃），變性進行較緩慢，可用于分離制備各種血漿蛋白質(zhì)。40ppt課件(三)重金屬鹽沉淀法蛋白質(zhì)在堿性溶液（pH大于等電點）中帶負電，易與帶正電的重金屬離子如汞、鉛、銅、銀等結(jié)合成鹽沉淀。重金屬沉淀的蛋白質(zhì)常是變性的（四)生物堿試劑沉淀法蛋白質(zhì)可與某些酸(如三氯醋酸、過氯酸等)結(jié)合成不溶性的鹽沉淀。41ppt課件蛋白質(zhì)的變性、沉淀、凝固相互之間有很密切的關(guān)系。1.變性蛋白質(zhì)一般易于沉淀，但蛋白質(zhì)變性后并不一定沉淀。2.變性蛋白質(zhì)只在等電點附近才沉淀。3.沉淀的變性蛋白質(zhì)也不一定凝固。

42ppt課件五、蛋白質(zhì)的紫外吸收性質(zhì)六、蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)

蛋白質(zhì)可以發(fā)生呈色反應(yīng)例如與茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生藍色、與雙縮脲試劑反