生物化學(xué)課件蛋白質(zhì)

上海市精品課程系列----生物化學(xué)第四章

蛋白質(zhì)第四章蛋白質(zhì)4.1

概述4.2

基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸4.3

肽4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)4.5

蛋白質(zhì)的性質(zhì)4.1

概述蛋白質(zhì)的概念蛋白質(zhì)的組成與分類蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能4.1

概述蛋白質(zhì)的概念兩種蛋白質(zhì)的氨基酸組成蛋白質(zhì)是以氨基酸為基本單位所構(gòu)成的、有特定結(jié)構(gòu)并具有一定生物學(xué)功能的一類重要的生物大分子。

4.1

概述蛋白質(zhì)的組成與分類組成主要組成元素：碳、氫、氧、氮（16％）

其它組成元素：硫、磷、碘或微量金屬元素元素組成特點(diǎn)：各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16%,1g氮相當(dāng)于6.25g蛋白質(zhì)。凱氏定氮法就是根據(jù)這個(gè)原理測定蛋白質(zhì)的含量。氨基酸是基本結(jié)構(gòu)單位4.1

概述分類簡單蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)根據(jù)蛋白質(zhì)的分子組成根據(jù)蛋白質(zhì)的溶解性和組成根據(jù)蛋白質(zhì)的分子形狀根據(jù)蛋白質(zhì)的生物功能簡單蛋白質(zhì)分為七類結(jié)合蛋白質(zhì)分為七類球狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)活性蛋白質(zhì)非活性蛋白質(zhì)4.1

概述蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能酶的催化功能

轉(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)存功能

運(yùn)動(dòng)功能

結(jié)構(gòu)支持作用

免疫作用

生物膜的功能

接受和傳遞信息

代謝調(diào)節(jié)功能

控制生長與分化

感染和毒性作用

4.2

基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的分類氨基酸的理化性質(zhì)氨基酸的制備4.2

基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)通式蛋白質(zhì)由20種氨基酸（編碼氨基酸）組成除脯氨酸外，都是a-氨基酸4.2

基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸構(gòu)型除甘氨酸外，都有不對稱碳原子甘油醛丙氨酸蛋白質(zhì)中所有氨基酸都是L構(gòu)型4.2

基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸氨基酸的分類根據(jù)R基側(cè)鏈的極性

根據(jù)側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)

疏水性（非極性）氨基酸親水性（極性）氨基酸

不帶電荷的極性帶正電荷的極性帶負(fù)電荷的極性

脂肪族類羥基類酰胺類含硫類芳香族類亞氨基酸類分類名稱符號結(jié)構(gòu)非極性氨基酸丙氨酸（alanine）Ala(A)纈氨酸（valine）Val(V)亮氨酸（leucine）Leu(L)異亮氨酸（isoleucine）Ile(I)分類名稱符號結(jié)構(gòu)非極性氨基酸脯氨酸（proline）Pro(P)苯丙氨酸（phenylalanine）Phe(F)色氨酸（tryptophan）Trp(W)蛋氨酸（methionine）Met(M)分類名稱符號結(jié)構(gòu)極性氨基酸不帶電荷的極性氨基酸甘氨酸（glycine）Gly(G)絲氨酸（serine）Ser(S)蘇氨酸（threonine）Thr(T)半胱氨酸（cysteine）Cys(C)分類名稱符號結(jié)構(gòu)極性氨基酸不帶電荷的極性氨基酸酪氨酸（tyrosine）Tyr(Y)天冬酰胺（asparagine）Asn(N)谷氨酰胺（glutamine）Gln(Q)分類名稱符號結(jié)構(gòu)極性氨基酸帶負(fù)電荷的酸性氨基酸天冬氨酸（asparate）Asp(D)谷氨酸（glutamate）Glu(E)帶正電荷的賴氨酸（lysine）Lys(K)分類名稱符號結(jié)構(gòu)極性氨基酸堿性氨基酸精氨酸（arginine）Arg(R)組氨酸（histidine）His(H)非編碼氨基酸胱氨酸羥脯氨酸羥賴氨酸非蛋白質(zhì)氨基酸

200多種或游離或結(jié)合方式存在于生物界4.2

基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸根據(jù)生物體的需要

必需氨基酸半必需氨基酸（Arg，His）非必需氨基酸必需氨基酸：指人體需要，但自身不能合成或者合成速度不能滿足機(jī)體需要的一類氨基酸。它們必需從膳食中攝入，以滿足人體正常生長發(fā)育的生理需要。包括

Lys，Val，Ile，Leu，phe，Met,Trp，Thr。4.2

基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸氨基酸的理化性質(zhì)一般物理性質(zhì)a-氨基酸為無色晶體，不同氨基酸其晶體形狀不相同。熔點(diǎn)一般在200-300℃。溶于水，但溶解度各不相同。能溶解于稀酸或稀堿中，但不能溶解于有機(jī)溶劑中。各種氨基酸有不同的味感，如甘氨酸具有甜味，谷氨酸呈酸味，其單鈉鹽呈鮮味。

除甘氨酸外，每種氨基酸都有旋光性和一定的比旋光度。4.2

基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸酸堿性質(zhì)氨基酸在水溶液中或在晶體狀態(tài)時(shí)主要時(shí)以兩性離子的形式存在。4.2

基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸等電點(diǎn)：使氨基酸凈電荷為零時(shí)溶液的pH值，以pI表示，是氨基酸的一個(gè)特征值。pH>pI

氨基酸帶負(fù)電，在電場中向正極移動(dòng)

pH=pI

氨基酸不帶電，在電場中不移動(dòng)

pH<pI

氨基酸帶正電，在電場中向負(fù)極移動(dòng)+-pH>pI

pH<pI

pH=pI

pH=3pH=9+-pH梯度+-pH梯度pH=pI

pH=pI

pH=pI

在一定pH值范圍內(nèi)，氨基酸溶液的pH值離等電點(diǎn)愈遠(yuǎn)，氨基酸攜帶的凈電荷數(shù)愈大。4.2

基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸甘氨酸的滴定曲線陽離子兩性離子陰離子pI=?(pKn+pKn+1)=?(2.34+9.60)=5.974.2

基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸光學(xué)性質(zhì)芳香族氨基酸的紫外吸收譜280nm吸收值的測定是蛋白質(zhì)定量最常用的方法。4.2

基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸化學(xué)反應(yīng)用于氨基酸的定量分析與熒光胺反應(yīng)（熒光物質(zhì)，熒光分光光度計(jì)）與甲醛反應(yīng)（a-氨基，釋放H+用NaOH滴定）與亞硝酸反應(yīng)（a-氨基N2）與茚三酮反應(yīng)（a-氨基酸藍(lán)紫色化合物，570nm，

CO2生成量）4.2

基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸氨基酸的制備從蛋白質(zhì)水解液中分離提?。ㄟm宜于中小規(guī)模的生產(chǎn)）應(yīng)用發(fā)酵法大規(guī)模生產(chǎn)氨基酸利用酶反應(yīng)直接制取各種氨基酸有機(jī)合成法4.3

肽肽的基本概念肽的結(jié)構(gòu)和表示法生物活性肽4.3

肽肽的基本概念一個(gè)氨基酸的a-羧基與另一個(gè)氨基酸的a-氨基脫水縮合而成的化合物叫做肽。氨基酸之間的酰胺鍵稱為肽鍵。性質(zhì)相當(dāng)于雙鍵

寡肽：10個(gè)以下氨基酸

多肽：10-50個(gè)氨基酸4.3

肽四肽的形成4.3

肽肽的結(jié)構(gòu)和表示法氨基端

或N端羧基端

或C端肽鍵酰胺平面多肽鏈中的氨基酸單位稱為氨基酸殘基主鏈：氨基酸由肽鍵連接成的長鏈骨架側(cè)鏈：各氨基酸殘基的R基團(tuán)4.3

肽

中文表示法：從肽鏈的N端開始，對氨基酸殘基逐一命名，殘基稱氨酰，如：甲硫氨酰天冬氨酰亮氨酰酪氨酸

三字母表示法：Met-Asp-Leu-Tyr或Met.Asp.Leu.Tyr

單字母表示法：MDLY4.3

肽生物活性肽指對生物機(jī)體的生命活動(dòng)有益或具有生理作用的肽類化合物，又稱功能肽。

含量微量，功能顯著吸收機(jī)制優(yōu)于氨基酸與生物的生長、發(fā)育、細(xì)胞分化、大腦活動(dòng)、腫瘤病變、免疫防御、生殖控制、抗衰老、生物鐘規(guī)律及分子進(jìn)化等相關(guān)。是機(jī)體內(nèi)傳遞信息、調(diào)節(jié)代謝和協(xié)調(diào)器官活動(dòng)的重要化學(xué)信使。如谷胱甘肽、神經(jīng)肽、抗菌肽等4.3

肽重要的三肽——谷胱甘肽（GSH）組成：谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸維護(hù)蛋白質(zhì)活性中心的巰基參與二硫化合物相互轉(zhuǎn)化作為某些酶的輔酶參與氧化還原反應(yīng)g-肽鍵4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分為四大層次一級結(jié)構(gòu)初級結(jié)構(gòu)（共價(jià)結(jié)構(gòu)）二級結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)（空間結(jié)構(gòu)）超二級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)及其測定蛋白質(zhì)的分子構(gòu)象蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)及其測定指蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的連接方式和排列順序。包括肽鏈的數(shù)目、端基的組成、氨基酸的排列和二硫鍵的位置等。表示法三字母表示法

單字母表示法

標(biāo)注二硫鍵蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)牛胰島素4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定蛋白質(zhì)制劑的純化活性蛋白質(zhì)（未變性蛋白質(zhì)）分子量測定活性蛋白質(zhì)肽鏈數(shù)的測定和分離氨基酸序列測定氨基酸定量組成測定肽鏈末端分析，包括N端和C端肽鏈的部分裂解及肽片段的分離確定各個(gè)肽段在多肽鏈中的次序確定蛋白質(zhì)分子中二硫鍵和酰胺基的位置4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)氨基酸組成分析全自動(dòng)氨基酸分析儀4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)氨基酸末端分析N-末端分析

C-末端分析二硝基氟苯法（DNFB）法二甲基氨基萘磺酰氯法（DNS-Cl法）異硫氰酸苯酯法（Edman法）肼解法羧肽酶法主要的多肽測序方法4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)中肽鏈的拆離

非共價(jià)連接：溫和條件解離共價(jià)連接：較強(qiáng)條件切斷還原法氧化法4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)肽鏈的部分降解和肽片段的分離化學(xué)裂解法：溴化氰法、羥胺法

酶水解法：胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胃蛋白酶、嗜熱菌蛋白酶肽段氨基酸序列的測定及肽段的重疊Edman降解法是用于序列分析最主要的方法4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)肽鏈的降解與肽片段的測定排序4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)推導(dǎo)氨基酸序列4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子構(gòu)象（空間結(jié)構(gòu)）由許多酰胺平面組成，平面之間以Ca相隔。

多肽主鏈的基本結(jié)構(gòu)氨基端

或N端羧基端

或C端線性的多肽鏈在空間中折疊成特定的三維結(jié)構(gòu)，即蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)或分子構(gòu)象。

這對二面角決定了相鄰的兩個(gè)酰胺平面所有原子在空間上的相對位置，就決定了肽鏈的構(gòu)象。

4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)（a-螺旋）b-折疊轉(zhuǎn)角（b-轉(zhuǎn)角）無規(guī)則卷曲多肽主鏈骨架有規(guī)則的盤曲折疊所形成的構(gòu)象，不涉及側(cè)鏈基團(tuán)的空間排布。

4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)a-螺旋螺距＝0.54nm每一圈包含3.6個(gè)氨基酸R基團(tuán)伸向外側(cè)相鄰螺旋間形成鏈內(nèi)氫鍵，取向與螺旋軸幾乎平行氫鍵4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)左手螺旋和右手螺旋右手螺旋較穩(wěn)定天然蛋白質(zhì)中主要是右手螺旋4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

肽鏈幾乎完全伸展呈鋸齒狀，按層平行排列，肽平面呈片狀，稱為折疊片相鄰肽鏈形成氫鍵，氫鍵幾乎垂直于肽鏈肽鏈的R基團(tuán)在肽平面的上下交替出現(xiàn)反平行式的b-折疊平行式的b-折疊氫鍵4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

出現(xiàn)在肽鏈180°回折處的特殊結(jié)構(gòu)，由4個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)通常負(fù)責(zé)各種二級結(jié)構(gòu)單元之間的連接作用對于確定肽鏈的走向起著決定性的作用。b-轉(zhuǎn)角4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)無規(guī)則卷曲多肽鏈主鏈不規(guī)則隨機(jī)盤曲形成的構(gòu)象

球蛋白分子中，往往含有較多的無規(guī)卷曲，它使蛋白質(zhì)肽鏈從整體上形成球狀構(gòu)象4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)aa（a-螺旋組合）bXbbbb

（b-折疊組合）指二級結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)單位相互聚集，形成有規(guī)律、空間上能辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)的聚集體，充當(dāng)三級結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)bab環(huán)右手交連的b折疊反平行b折疊桶4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域由相鄰二級結(jié)構(gòu)單元聯(lián)系而成的局部性區(qū)域，是多肽鏈的獨(dú)立折疊單位，不同的結(jié)構(gòu)域往往具有不同的功能。常見的結(jié)構(gòu)域大小在100-200個(gè)殘基之間。免疫球蛋白IgG的12個(gè)結(jié)構(gòu)域4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)指一條多肽鏈中所有原子的空間排列，即由一條多肽鏈所形成的在三維空間的整體排列。肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)肽鏈盤繞成緊密的球狀結(jié)構(gòu)大多數(shù)非極性側(cè)鏈埋在分子內(nèi)部形成疏水核極性側(cè)鏈在分子表面形成親水面分子表面的裂隙常常是蛋白質(zhì)的活性中心4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中兩條或兩條以上各自獨(dú)立具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈（亞基）之間，通過次級鍵相互締合而形成的排列有序的空間構(gòu)象。包括亞基數(shù)目、類型、排列及相互作用。寡聚蛋白：由兩個(gè)或以上亞基組成的蛋白質(zhì)。亞基一般以a、b、g……命名。脫氧血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)a2b2a1b14.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的作用力氫鍵疏水鍵范德華力離子鍵二硫鍵4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的種屬差異與同源性蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的變異與分子病蛋白質(zhì)前體的激活和一級結(jié)構(gòu)細(xì)胞色素C血紅蛋白異常病變——鐮刀型貧血癥

胰島素原的激活4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)細(xì)胞色素C分子的空間結(jié)構(gòu)不變的AA殘基

參與維持分子構(gòu)象參與電子傳遞參與識別并結(jié)合細(xì)胞色素還原酶和氧化酶4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

-鏈N端氨基酸排列順序12345678

Hb-A（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…

Hb-S（患者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…正常紅細(xì)胞鐮刀形紅細(xì)胞負(fù)電荷的Glu變?yōu)槭杷缘腣al，使HbS分子表面的負(fù)電荷減少，親水基團(tuán)變?yōu)槭杷鶊F(tuán)，使HbS分子聚合，溶解度降低，紅細(xì)胞變形，呈鐮刀狀，并易于破裂溶血。4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)胰島素原的激活切除C肽后，形成成熟的胰島素分子胰島素原CNS－SSSSSA鏈B鏈C鏈胰島素SSSSNNCCA鏈B鏈4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)決定功能蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)破壞，功能喪失蛋白質(zhì)在表現(xiàn)生物功能時(shí)構(gòu)象發(fā)生一定變化核糖核酸酶的可逆變性血紅蛋白的變構(gòu)效應(yīng)

4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)天然核糖核酸酶天然核糖核酸酶變性復(fù)性變性核糖核酸酶核糖核酸酶的可逆變性4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)名稱肌紅蛋白血紅蛋白組成一條多肽鏈和一個(gè)血紅素輔基構(gòu)成由四個(gè)亞基組成（2個(gè)a鏈，2個(gè)b鏈，a2b2），每條肽鏈含一個(gè)血紅素輔基大小分子量16700，含153個(gè)氨基酸殘基分子量64000，a鏈141個(gè)殘基，b鏈146個(gè)殘基功能在哺乳動(dòng)物肌肉細(xì)胞中運(yùn)輸和儲(chǔ)存氧，為生物氧化直接提供O2紅細(xì)胞的主要成分，是紅細(xì)胞運(yùn)輸O2和CO2的載體結(jié)構(gòu)包含8個(gè)a-右手螺旋，許多疏水側(cè)鏈存在于分子內(nèi)部，形成疏水的空穴。每一個(gè)亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似氧合曲線雙曲線S形4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)又稱鐵卟啉，是肌紅蛋白、血紅蛋白及許多其它血紅素蛋白質(zhì)的輔基，由卟啉環(huán)與一個(gè)Fe(II)離子組成。

4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)肌紅蛋白血紅蛋白b亞基4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)肌紅蛋白的氧合曲線血紅蛋白的氧合曲線雙曲線S形曲線高氧分壓下能結(jié)合同樣數(shù)量的O2。低氧分壓下，肌紅蛋白容易吸收氧，血紅蛋白容易釋放氧。4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)變構(gòu)效應(yīng)（別構(gòu)效應(yīng)）：蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與效應(yīng)物結(jié)合后發(fā)生構(gòu)象改變，引起相鄰亞基的構(gòu)象變化，從而使蛋白質(zhì)的生物活性改變（提高或降低）的效應(yīng)。變構(gòu)蛋白：具有變構(gòu)效應(yīng)的蛋白質(zhì)。血紅蛋白就是典型的變構(gòu)蛋白。協(xié)同效應(yīng)正協(xié)同效應(yīng)（激活）負(fù)協(xié)同效應(yīng)（抑制）4.4

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)S形氧合曲線的生理意義氧分壓較大變化不會(huì)引起血液中的氧飽和度太大變化，即存在較多氧合血紅蛋白。氧分壓不大的變化會(huì)引起血液中的氧飽和度較大下降，即氧合血紅蛋白能較多地釋放氧，滿足生物氧化的需要。4.5

蛋白質(zhì)的性質(zhì)膠體性質(zhì)酸堿性質(zhì)蛋白質(zhì)的紫外吸收蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)膠體性質(zhì)4.5

蛋白質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)水溶液是一種比較穩(wěn)定的親水膠體。

蛋白質(zhì)分子表面的水化層和同性電荷是親水膠體穩(wěn)定的因素。去掉這兩個(gè)因素，則蛋白質(zhì)從溶液中析出而產(chǎn)生沉淀。透析用于分離純化蛋白質(zhì)鹽析和有機(jī)溶劑沉淀法的基本原理酸堿性質(zhì)4.5

蛋白質(zhì)的性質(zhì)