生物化学课件之蛋白质

目录蛋白质的结构与功能第三章StructureandFunctionofProtein目录主要内容[教学时数]4学时[掌握内容]：蛋白质的基本组成单位和平均含氮量。20种氨基酸的名称及三字母英文缩写符号。氨基酸的理化性质。蛋白质一级结构的定义及维系的键、蛋白质二级结构的定义及维系的键，肽单元和蛋白质二级结构的主要类型，模体的概念。蛋白质三级结构的定义及维系的键，结构域的定义。蛋白质四级结构的定义及维系的键，亚基的定义。蛋白质变性的定义及影响因素，蛋白质沉淀及维持蛋白质胶体溶液的稳定因素。蛋白质等电点的定义。[熟悉内容]：氨基酸的分类，肽的概念基本结构，蛋白质一级结构和空间结构与蛋白质功能之间的关系。氨基酸和蛋白质的紫外吸收作用。蛋白质的分离和纯化。[了解内容]：生物活性肽，蛋白质的模序结构，分子病的定义。[自学内容]：蛋白质分类，多肽链中氨基酸的序列分析、蛋白质空间结构测定目录第一节蛋白质是生命的物质基础蛋白质(protein)是由许多氨基酸(aminoacids)通过肽键(peptidebond)相连形成的高分子含氮化合物。一、什么是蛋白质?目录二、蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物体重要组成成分分布广：普遍存在于生物界，动物、植物、微生物主要是由蛋白质构成。所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。目录1）作为生物催化剂（酶）2）代谢调节作用（激素）3）免疫保护作用（抗体）4）物质的转运和存储（血红蛋白、血浆运铁蛋白）5）运动与支持作用（肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白、肌原蛋白）6）控制生长和分化（核蛋白）7）参与细胞间信息传递（受体蛋白）8)生物膜9)识别和记忆2.蛋白质具有重要的生物学功能3.氧化供能目录蛋白质的分子组成TheMolecularComponentofProtein第二节目录一、组成蛋白质的元素主要有C、H、O、N和S。有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。目录各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数×6.25×1001/16%蛋白质元素组成的特点目录二、氨基酸——组成蛋白质的基本单位存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属L-氨基酸（甘氨酸除外）。目录H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H（一）氨基酸的结构特点1.为a氨基酸（脯氨酸除外为a亚氨基酸）。2.是L型氨基酸（甘氨酸除外）。3.不同的氨基酸，其R侧链不同，对蛋白质的理化性质和空间结构有影响。目录1.非极性疏水性氨基酸：脂肪族、芳香族、杂环1.极性中性氨基酸：羟基、酰胺、含巯基半胱氨酸、甘氨酸3.酸性氨基酸：羧基4.碱性氨基酸：氨基、胍基、咪唑基（二）氨基酸的分类*20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:亲水性氨基酸目录甘氨酸glycineGlyG5.97丙氨酸alanineAlaA6.00缬氨酸valineValV5.96亮氨酸leucineLeuL5.98异亮氨酸isoleucineIleI6.02苯丙氨酸phenylalaninePheF5.48脯氨酸prolineProP6.301.非极性疏水性氨基酸目录目录色氨酸tryptophanTryW5.89丝氨酸serineSerS5.68酪氨酸tyrosineTryY5.66半胱氨酸cysteineCysC5.07蛋氨酸methionineMetM5.74天冬酰胺asparagineAsnN5.41谷氨酰胺glutamineGlnQ5.65苏氨酸threonineThrT5.602.极性中性氨基酸目录目录天冬氨酸asparticacidAspD2.97谷氨酸glutamicacidGluE3.22赖氨酸lysineLysK9.74精氨酸arginineArgR10.76组氨酸histidineHisH7.593.酸性氨基酸4.碱性氨基酸目录目录几种特殊氨基酸•脯氨酸（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2目录-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3半胱氨酸+胱氨酸二硫键-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3目录（二）氨基酸的理化性质1.两性解离性质2.紫外吸收性质3.茚三酮反应目录pH=pI+OH-pHpI+H++OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子阳离子阴离子CHNH2COOHRCHNH2COOHRCHNH3+COO-RCHNH3+COO-RCHNH2COO-RCHNH2COO-RCHCOOHRNH3+CHCOOHRNH3+氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。1.两性解离及等电点目录等电点(isoelectricpoint,pI)在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。除碱性氨基酸外，其余氨基酸的等电点均小于pH7目录2.紫外吸收色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸的最大吸收峰在280nm附近。大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收目录3.茚三酮反应氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。目录蛋白质的分子结构TheMolecularStructureofProtein第三节目录蛋白质的分子结构包括一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)高级结构目录定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的种类、数量和排列顺序。一、蛋白质的一级结构主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。目录（一）、肽键*肽键(peptidebond)是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。是氨基酸的连接方式.目录NH2-CH-CHOOH甘氨酸NH2-CH-CHOOH甘氨酸NH-CH-CHOHOOH甘氨酸+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO目录氨基酸残基氨基酸在形成肽链时丢失了一分子水，肽链中的氨基酸分子已不完整,称为氨基酸残基(aminoacidresidue)。目录（二）肽（peptidepeptide）氨基酸借肽键相连而形成的化合物称肽。根据氨基酸的组成个数可以依次称为二肽、三肽、四肽……寡肽(oligopeptideoligopeptide)由10个以内氨基酸连成的小肽多肽(polypeptide)由更多氨基酸连成的肽蛋白质(protein)就是由许多氨基酸残基组成的多肽链目录N末端：多肽链中有自由氨基的一端C末端：多肽链中有自由羧基的一端多肽链有两端*多肽链(polypeptidechain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。CCNCCNCCNCCNCCH2CHCH2CH2CH2COO-OHCO2HCH2CONH2OHCH3H3N+OOOOHHHHHHHHHSerValTyrAspGlnCH3N-端C-端肽键目录（三）多肽链有方向性NH2MetPhePheCysSerThrValCOOH氨基末端(Ｎ－端)羧基末端(C－端)书写多肽链时一般把氨基端放在左侧，羧基端放在右侧。蛋-苯丙-苯丙-半胱-丝-苏-缬目录主链：多肽链中由肽键连接成的长链侧链：各氨基酸残基的侧链基团所构成的短链一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。目录目录（一）维持蛋白质构象的化学键1氢键2疏水键3盐键4配位键5二硫键6范德华力二、蛋白质的构象目录氢键负电性很强的原子（如氧或氮）和与氧或氮共价结合的氢原子相互吸引，这种作用力称为氢键。目录疏水相互作用由非极性基团受到水分子排斥相互聚集在一起的作用力。目录离子键由异性电荷间的静电吸引形成的。目录目录目录（二）蛋白质的二级结构蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。定义主要的化学键：氢键目录蛋白质二级结构的主要形式•-螺旋(-helix)•-折叠(-pleatedsheet)•-转角(-turn)•无规卷曲(randomcoil)目录1.肽单元参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元(peptideunit)。蛋白质空间结构的基本组成单位—肽键平面（肽单元）（peptideunit)目录肽单元（肽键平面、酰胺平面）肽键中的Ｃ＝Ｏ和Ｃ－Ｎ均不能自由旋转，肽键(-CONH-)中的４个原子和２个α碳原子(Cα)被约束在一个刚性平面（即肽键平面）上，构成一个肽单元(peptideunit)。目录肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。C-N具有双键性质，不能自由旋转组成肽键的原子处于同一平面。肽单位是刚性平面C-N相连的氢和氧与两个a碳原子反向分布2.-螺旋目录以肽键平面为单位,以α-碳原子为转折盘旋形成右手螺旋目录a.以肽键平面为单位,以α-碳原子为转折盘旋形成右手螺旋b.主链原子构成螺旋的主体,侧链(R基团）在其外部。c.每3.6个氨基酸旋转一周，螺距为0.54nm，每两个氨基酸之间的垂直距离为0.15nm，肽键平面与螺旋长轴平行。d.氢键是a-螺旋稳定的主要次级键，一个肽单位N上的氢原子与第四个肽单位羰基上的氧原子形成氢键，所有的肽键都可以形成氢键。作用：增强了机械强度，具有弹性目录d.α-螺旋参数：每3.6个氨基酸残基绕成一个螺圈(3600)螺距为0.540.54nmnm每个氨基酸残基上升0.54/3.6=0.150.15nmnm目录2.β-折叠（β-pleatedsheetsheet）肽键平面呈伸展的锯齿状排列形成的结构称β－折叠。目录-折叠结构特点：1.形状2.稳定键3.R基团影响目录3.β-转角(β-turn)肽链出现1800回折的转角处结构称为β-转角。*常见于球状蛋白质分子表面*第一个残基的C=O与第四个残基的N-H形成氢键*第二个残基常为脯氨酸Pro目录4.无规卷曲(randomcoil)没有确定规律性的肽键构象常见于球状蛋白质分子中，在其它类型二级结构肽段之间起活节作用，有利于整条肽链盘曲折叠目录（三）超二级结构在多肽链内顺序上相邻的二级结构常常在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成有规则的二级结构聚集体，被称为超二级结构（模体(motif)）。主要有三种形式α螺旋组合（αα），β折叠组合（βββ），α螺旋组合β折叠组合（βαβ）。主要是侧链残基作用的结果。目录钙结合蛋白中结合钙离子的模体锌指结构目录纤连蛋白分子的结构域（四）结构域大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为结构域(domain)。目录一级结构对二级结构侧链原子的影响的影响R基的电荷性质-多个带相同电荷的氨基酸在肽链中连续出现（polyLys，polyGlu）R基的基团大小-侧链基团较大的氨基酸残基的集中部位(polyIle)脯氨酸，羟脯氨酸都会妨碍α-螺旋的形成β－折叠要求氨基酸残基的侧链较小目录（五）蛋白质的三级结构疏水键、离子键、氢键和Vande