蛋白质的结构与功能--ppt课件

第二章蛋白质的结构与功能(StructureandFunctionofProtein)一、什么是蛋白质?蛋白质(protein)是由氨基酸(aminoacids)通过肽键(peptidebond)相连形成的高分子含氮化合物。二、蛋白质的生物学功能(一)蛋白质在生物体内的分布特征1.分布广所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。2.含量高蛋白质占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。3.种类多人体中蛋白质种类达十万余种，每种蛋白质都有其特定的结构与功能。1.作为生物催化剂（酶）2.代谢调节作用3.免疫保护作用4.物质的转运和存储5.运动与支持作用6.参与细胞间信息传递7.氧化供能(二)蛋白质的生物学功能三、蛋白质的分类(一)根据蛋白质组成成分1.单纯蛋白质2.结合蛋白质=蛋白质部分+非蛋白质部分(二)根据蛋白质形状1.纤维状蛋白质2.球状蛋白质第一节蛋白质的分子组成一、蛋白质的元素组成主要有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。(一)组成蛋白质的元素(TheMolecularComponentofProtein)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%(二)蛋白质元素组成的特点二、蛋白质的基本单位——氨基酸存在自然界中的氨基酸有300余种，但有遗传密码的氨基酸仅有20种，且均属L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。(一)氨基酸的通式H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R各种氨基酸的结构区别在于侧链（R基团）的不同，故具有不同的理化性质。C+NH3COO-H1.非极性侧链氨基酸(8种)水溶性小。其侧链为非极性疏水基团。2.极性中性侧链氨基酸(7种)易溶于水，但色氨酸微溶于水。其侧链具有亲水性(除外色氨酸)。3.酸性氨基酸(2种)侧链上有羧基，在水溶液中能释放出H+而带负电荷。4.碱性氨基酸（3种）侧链上有氨基、胍基、咪唑基等，在水溶液中能接受H+而带正电荷。(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:缬氨酸valineValV5.961.非极性侧链氨基酸(8种)甘氨酸glycineGlyG5.97丙氨酸alanineAlaA6.00亮氨酸leucineLeuL5.98异亮氨酸isoleucineIleI6.02苯丙氨酸phenylalaninePheF5.48脯氨酸prolineProP6.30中文名称英文名称缩写符号结构式等电点CHCOOHNH2HCH3CH3-CHCH3CH3-CH-CH2CH3CH3-CH2-CHCH3CHCOOHNH2CHCOOHNH2CHCOOHNH2CHCOOHNH2-CH2CHCOOHNH2CH2CHCOOHNHCH2CH2蛋氨酸methionineMetM5.74CH3SCH2CH2CHCOOHNH22.极性中性侧链氨基酸(7种)色氨酸tryptophanTryW5.89丝氨酸serineSerS5.68酪氨酸tyrosineTryY5.66半胱氨酸cysteineCysC5.07天冬酰胺asparagineAsnN5.41谷氨酰胺glutamineGlnQ5.65苏氨酸threonineThrT5.60CHCOOHNH2-CH2NHHO-CH2CHCOOHNH2-CH2CHCOOHNH2HO-HS-CH2CHCOOHNH2H2N-C-CH2CHCOOHNH2OCHCOOHNH2H2N-C-CH2-CH2OCHCOOHNH2HO-CHCH3中文名称英文名称缩写符号结构式等电点中文名称英文名称缩写符号结构式等电点3.酸性氨基酸(2种)天冬氨酸asparticacidAspD2.97精氨酸arginineArgR10.76组氨酸histidineHisH7.59HOOC-CH2CHCOOHNH2谷氨酸glutamicacidGluE3.22CHCOOHNH2HOOC-CH2-CH24.碱性氨基酸(3种)中文名称英文名称缩写符号结构式等电点赖氨酸lysineLysK9.74NH2CH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2CHCOOHNH2NH2-CNHCH2CH2CH2NHCHCOOHNH2HCCH2NHCNCH1.含硫氨基酸半胱氨酸和甲硫氨酸半胱氨酸+-HH-CH-CH-NHHOOC-CH-CH2-SHNH2HS--COOHCH-CH2NH2半胱氨酸-CH-CH-NHHOOC-CH-CH2-SNH2S--COOHCH-CH2NH2二硫键胱氨酸(三)几种特殊氨基酸2.芳香族氨基酸3.支链氨基酸CH3CH2CHCH3CHCOOHNH2亮氨酸CH2CHCOOHNH2苯丙氨酸CH2CHCOOHNHCH2CH24.亚氨基酸脯氨酸(四)氨基酸的理化性质1.两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，其解离方式取决于所处溶液的酸碱度。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。pH=pI+OH-pHpI+H++OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子阳离子阴离子CHNHCOOHRCHNH2COOHRCHNHCOORCHNH2COO-RCHNHCOORCHNH3COO-R+CHNHCOOHRCHNH3COOHR+2.紫外吸收色氨酸、酪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240250260270280290300310光密度色氨酸酪氨酸波长(nm)三、氨基酸在蛋白质分子中的连接方式(一)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。肽键甘氨酸+HNH2CHCOOHHNHCHCOOHH甘氨酸-HOH甘氨酰甘氨酸HNH2CHCOHNHCHCOOH1.肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。2.两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽……(二)肽(peptide)3.由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽。4.肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。5.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。分别有：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。+H3NLysGluThrAlaAlaAlaLysPheGluArg110GlnHisMetAspSerSerThrSerAlaAlaSerSerTyrSerAsnCysAsnGlnLeuArgProValLeuValAsnArg30GlnHisMetAspGlnValThrSerAlaAlaSerAsnThrSerAsnCysAsn20MetLysLysLys40ThrValGlu50AspGlnCysCysCysCys60LysAlaCysCysLysAsnGluThrGlnThr70ThrSerTyrSerAspThrIleSerMet80SerArgGlySerGluThr90AsnProLysTyrTyrLysThrAlaThr100LysIleGlnHisAlaAsnAlaIleValAlaAspPheHisValProValTyrProAsnGlyGlu110120ValSerCOON末端C末端牛核糖核酸酶124(三)几种生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)COOHH-C-NH2CH2H2CH2CCONHCHCH2SHCONHCOOH谷氨酸半胱氨酸甘氨酸体内许多激素属寡肽或多肽。2.多肽类激素CHONCONHCH2NNCONCONH2焦谷氨酸组氨酸脯氨酰胺促甲状腺素释放激素(TRH)(TheMolecularStructureofProtein)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)第二节蛋白质的分子结构空间结构1.定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。一、蛋白质的一级结构2.主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。二、蛋白质的二级结构1.定义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。2.主要的化学键氢键(一)定义与主要化学键(二)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)三、蛋白质的三级结构疏水键、离子键、氢键和VanderWaals力等。2.主要的化学键整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。1.定义H2NH3N+NbHCOO-OaCCCOOHSSHOHOCH2OaaCHCH3CHCH3CH3CH2CH3CH3CH3cccOOCcCH2OHCH2OHbNH2+H2NCOCO-abc氢键离子键疏水键维持蛋白质分子构象的各种化学键肌红蛋白(Mb)N端C端2.主要化学键亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。四、蛋白质的四级结构1.定义蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基(subunit)。血红蛋白是由含有血红素的2个α亚基和2个β亚基组成的四聚体。血红蛋白的四级结构(一)一级结构与功能的关系五、蛋白质结构与功能的关系天然状态，有催化活性尿素、β-巯基乙醇去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性HSSHSHHSHSSHHSHS2611095847265584026110958472584065核糖核酸酶一级结构与功能的关系2.血红蛋白一级结构与功能的关系例：镰刀形红细胞贫血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽链HbAβ肽链N-val·his·leu·thr·pro·val·glu·····C(146)这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。蛋白的结构功能关系整体的构象决定功能；一级结构决定特定环境下的构象；酶是蛋白质,有一、二、三、四级结构影响蛋白质结构和功能的因素均能影响酶活性第三节蛋白质的理化性质(ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein)一、蛋白质的两性解离和等电点(一)两性解离蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团，故称两性解离。当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。(二)蛋白质的等电点三、蛋白质的变性、沉淀和凝固在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。1.变性的本质即破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质肽链的一级结构。(一)蛋白质的变性(denaturation)2.导致变性的因素如高温、高压、强酸、强碱、有机溶剂、重金属离子、生物碱试剂及辐射等因素。3.应用举例①临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。②防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。天然状态，有催化活性尿素、β-巯基乙醇去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活