沈陽藥科大學生物化學 蛋白質PPT課件

《沈陽藥科大學生物化學 蛋白質PPT課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《沈陽藥科大學生物化學 蛋白質PPT課件（61頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第一節(jié) 蛋白質是生命的物質基礎一、蛋白質是構成生物體的基本成份二、蛋白質具有多樣性的生物學功能第1頁/共61頁一、蛋白質是構成生物體的基本成份表表31人體部分組織器官中蛋白質含量（蛋白質人體部分組織器官中蛋白質含量（蛋白質g100g干組織）干組織）器官或組織器官或組織蛋白質含量蛋白質含量器官或組織器官或組織蛋白質含量蛋白質含量體液組織體液組織85心心60神經(jīng)組織神經(jīng)組織45肝肝57脂肪組織脂肪組織14胰胰47消化道消化道63腎腎72橫紋肌橫紋肌80脾脾84皮膚皮膚63肺肺82骨骼骨骼28第2頁/共61頁二、蛋白質具有多樣性的生物學功能1 1、生物催化作用2 2、代謝調節(jié)作用3 3、免疫保護作用

2、4 4、轉運和貯存的作用5 5、運動與支持作用6 6、控制生長和分化作用7 7、接受和傳遞信息的作用8 8、生物膜的功能第3頁/共61頁蛋白質的類型與舉例蛋白質的類型與舉例生物學功能生物學功能酶類：己糖激酶酶類：己糖激酶使葡萄糖磷酸化使葡萄糖磷酸化糖原合成酶糖原合成酶參與糖原合成參與糖原合成脂?；摎涿钢；摎涿钢岬难趸岬难趸D氨酶轉氨酶氨基酸的轉氨作用氨基酸的轉氨作用DNADNA聚合酶聚合酶DNA的復制與修復的復制與修復激素蛋白：胰島素激素蛋白：胰島素降血糖作用降血糖作用ACTHACTH調節(jié)腎上腺皮質激素合成調節(jié)腎上腺皮質激素合成防御蛋白：抗體防御蛋白：抗體免疫保護作用免疫保護作用纖

3、維蛋白原纖維蛋白原參與血液凝固參與血液凝固轉運蛋白：血紅蛋白轉運蛋白：血紅蛋白O2和和CO2的運輸?shù)倪\輸清蛋白清蛋白維持血漿膠體滲透壓維持血漿膠體滲透壓脂蛋白脂蛋白脂類的運輸脂類的運輸收縮蛋白：肌球蛋白、肌動蛋白收縮蛋白：肌球蛋白、肌動蛋白參與肌肉的收縮運動參與肌肉的收縮運動核蛋白核蛋白遺傳功能遺傳功能視蛋白視蛋白視覺功能視覺功能受體蛋白受體蛋白接受和傳遞調節(jié)信息接受和傳遞調節(jié)信息結構蛋白結構蛋白結締組織（纖維性）結締組織（纖維性）彈性蛋白彈性蛋白結締組織（彈性）結締組織（彈性）第4頁/共61頁第二節(jié) 蛋白質的化學組成一、蛋白質的元素組成 C C、H H、O O、N N 一切蛋白質都含有氮元素

4、，蛋白質含氮量一般為15151717，平均為1616， 蛋白質含量X16X16蛋白質含氮量 少量S S、P P、FeFe、MnMn、I I和ZnZn等第5頁/共61頁2020種基本氨基酸的結構通式：二、蛋白質結構的基本單位氨基酸（一）氨基酸的結構C COOHRHH2N特點：1、氨基酸，脯氨酸除外。2、不同的氨基酸，其R側鏈不同。3、 L氨基酸，甘氨酸除外。第6頁/共61頁表3-3 氨基酸的結構與分類第7頁/共61頁表3-3 氨基酸的結構與分類(續(xù))第8頁/共61頁（二） 氨基酸的分類1.1.非極性R R基氨基酸 脂肪族氨基酸五種(丙、纈、亮、異亮和蛋); 芳香族氨基酸一種(苯丙); 雜環(huán)氨基酸

5、兩種(脯和色)。2.2.極性不帶電荷R R基氨基酸 含羥基氨基酸三種(絲、蘇和酪); 酰氨類氨基酸兩種(天胺和谷胺); 含巰基半胱氨酸 甘氨酸。3.3.帶負電荷的R R基氨基酸 谷、天。4.4.帶正電荷的R R基氨基酸 賴、精和組第9頁/共61頁第三節(jié) 蛋白質的分子結構 一級結構：基礎，決定蛋白質的空間結構 二級結構 三級結構 空間結構 四級結構第10頁/共61頁一、蛋白質的一級結構（一）肽鍵和肽鏈蛋白質是由氨基酸構成，氨基酸之間通過肽鍵相連。肽鍵（peptide bond)：是蛋白質分子中基本的化學鍵，它是由是由一分子氨基酸的羧基和另一分子氨基酸的氨基脫水縮合而成的，也稱酰胺鍵。第11頁/共

6、61頁幾個名詞肽：氨基酸通過肽鍵相連的化合物二肽：由兩個氨基酸組成的肽稱為二肽。三肽：三個氨基酸組成的肽，稱為三肽。寡肽：一般把十個氨基酸以下的肽，稱為寡肽。多肽（或多肽鏈）：十個氨基酸以上的肽，稱為多肽或多肽鏈。第12頁/共61頁幾個名詞（續(xù)）氨基酸殘基：多肽鏈中的氨基酸，由于參與肽鍵的形成，不是原來完整的分子，稱為氨基酸殘基。共價主鏈：多肽鏈中的骨架是由氨基酸的羧基與氨基形成的肽鍵部分規(guī)則地重復排列而成，稱為共價主鏈。側鏈：R基部分，稱為側鏈。第13頁/共61頁多肽鏈的方向性一條多肽鏈有兩個末端，含有自由 氨基一端稱為氨基末端或N末端；含有 羧基一端稱為羧基末端或C末端。多肽鏈書寫時將N端

7、寫在左邊，C端寫在右邊。肽的命名也是從N端到C端。第14頁/共61頁蛋白質一級結構的概念蛋白質是由不同的氨基酸種類、數(shù)量和排列順序，通過肽鍵而構成的高分子有機含氮化合物。蛋白質一級結構中除了肽鍵之外，有些還含有少量的二硫鍵。二硫鍵是由兩分子半胱氨酸殘基的巰基脫氫而生成的。二硫鍵可以存在與肽鏈內，也可以存在于肽鏈間。多肽鏈的一級結構存在三種形式，即無分支的的開鏈多肽、分枝多肽和環(huán)狀多肽。第15頁/共61頁二、蛋白質的構象( (一）維持蛋白質構象的化學鍵1 1、氫鍵2 2、疏水鍵3 3、鹽鍵4 4、配位鍵5 5、二硫鍵6 6、范德華引力第16頁/共61頁( (二）蛋白質的二級結構 螺旋 折疊 折角

8、 無規(guī)則線團第17頁/共61頁1 1、肽單位 肽鍵與相鄰的兩個碳原子所組成的基團，稱為肽單位或肽平面。（1）肽鍵具有部分雙鍵性質，不能自由旋轉。（2）肽單位是剛性平面（3）肽單位中與CN相連的氫和氧原子與兩個碳原子呈反向分布第18頁/共61頁肽單位的平面結構第19頁/共61頁（1）右手螺旋，每3.6個氨基酸旋轉一周，螺距為0.54nm，每個氨基酸殘基的高度為0.15nm，肽鍵平面與長軸平行。（2）氫鍵是螺旋穩(wěn)定的主要次級鍵。（3）肽鏈中氨基酸殘基的R基側鏈分布在螺旋的外側，其形狀、大小及電荷均影響螺旋的形成和穩(wěn)定性。2 2、螺旋第20頁/共61頁螺旋空間填充模型抹香鯨肌紅蛋白中的一個片段綠色：

9、C C原子藍色：N原子紅色：O原子白色：H原子黃色：側鏈第21頁/共61頁3 3、 折疊折疊又稱片層結構，多肽鏈的肽平面之間呈手風琴狀折疊。此結構具有下列特征： (l) (l) 肽鍵平面之間一般折疊成鋸齒狀。(2) (2) 氫鍵是維持這種結構的主要次級鍵。(3)(3)肽鏈平行的走向有順式和反式兩種 (4)(4)肽鏈中氨基酸殘基的R R側鏈分布在片層的上下第22頁/共61頁4 4、 折角伸展的肽鏈形成1800的回折，即U型轉折結構。它是由四個連續(xù)氨基酸殘基構成。第一個氨基酸殘基的羧基與第四個氨基酸殘基的亞氨基之間形成氫鍵以維持其構象。第23頁/共61頁5 5、無規(guī)則線團 蛋白質二級結構中除上述有

10、規(guī)則的構象外，尚存在因肽鍵平面不規(guī)則排列的無規(guī)律構象，稱為自由折疊或無規(guī)線團。第24頁/共61頁表3-5 部分蛋白質中螺旋量蛋白質名稱蛋白質名稱螺旋螺旋 折疊（）折疊（）血紅蛋白血紅蛋白780細胞色素細胞色素C390溶菌酶溶菌酶4012羧肽酶羧肽酶3817核糖核酸酶核糖核酸酶2635凝乳蛋白酶凝乳蛋白酶1445第25頁/共61頁（三）超二級結構 超二級結構(super-secondary structure)是指在多肽內順序上相鄰的二級結構常常在空間折疊中靠近，彼此相互作用，形成有規(guī)則的二級結構聚集體。第26頁/共61頁（四）結構域 在較大的蛋白質分子中，由于多肽鏈上相鄰的超二級結構緊密聯(lián)系，

11、進一步折疊形成一個或多個相對獨立的致密的三維實體，即結構域。第27頁/共61頁（五）蛋白質的三級結構在一條多肽鏈中所有原子或基團在三維空間的整體排布稱為三級結構。穩(wěn)定三級結構的主要化學鍵：疏水鍵、氫鍵和鹽鍵等次級鍵。第28頁/共61頁（六）蛋白質的四級結構 由兩個或兩個以上的亞基之間相互作用，彼此以非共價鍵相連而形成更復雜的構象，稱為蛋白質的四級結構。1、亞基：亞基一般由一條多肽鏈組成，也有由兩條或更多的多肽鏈組成。亞基本身各具有一、二、三級結構。一般亞基多無活性，當它們構成具有完整四級結構的蛋白質時，才表現(xiàn)出生物學活性。2、亞基間的結合力：維持蛋白質四級結構的主要化學鍵是疏水鍵，它是由亞基間

12、氨基酸殘基的疏水基相互作用而形成的。第29頁/共61頁圖3-12 3-12 蛋白質一、二、三、四級結構示意圖第30頁/共61頁第四節(jié) 蛋白質的結構與功能一、蛋白質的一級結構與功能的關系 蛋白質分子的一級結構是形成空間結構的物質基礎，而蛋白質的生物功能是蛋白質分子特定的天然構象所表現(xiàn)的性質或具有的屬性。1、一級結構不同，生物學功能各異 不同蛋白質和多肽具有不同的功能，根本的原因是它們的一級結構各異。第31頁/共61頁2、一級結構中“關鍵”部分相同，其功能也相同例1：1.24.33.39 ACTH活性必需部分 種屬特異性 31 33 人 絲 谷 豬 亮 谷 牛 絲 谷胺第32頁/共61頁例2： 活

13、性必需的氨基酸順序 11 17動物-MSH N-MSH N蛋谷組苯丙精色甘 22 22肽 7 137 13 -MSH N -MSH N蛋谷組苯丙精色甘 18 18肽 4 104 10人 -MSH N-MSH N蛋谷組苯丙精色甘 13 13肽第33頁/共61頁3、一級結構“關鍵”部分變化，其生物活性也改變表表37 多肽或蛋白質中氨基酸的變化與活性多肽或蛋白質中氨基酸的變化與活性多肽或蛋白質多肽或蛋白質氨基酸位置氨基酸位置相對活性相對活性腦啡肽（腦啡肽（5肽）肽）甘甘2 蛋蛋51.01.0衍生物衍生物D-丙丙 蛋蛋-CO-NH210.0促黃體生成釋放素（促黃體生成釋放素（10肽）肽）色色3 絲絲4

14、 甘甘6 甘甘101.0衍生物衍生物苯丙苯丙 0.04苯丙苯丙 D-色色 甘甘-NH-C2H5144.0生長抑素（生長抑素（14肽）肽）苯丙苯丙6 色色8 蘇蘇10 絲絲131.0衍生物衍生物 D-絲絲0.01 D-色色 8.0胰島素（胰島素（51肽）肽）A-甘甘1 天胺天胺21 B- 組組10 苯丙苯丙251.0衍生物衍生物 X 0.05 天天 2.5腫瘤壞死因子（腫瘤壞死因子（157肽）肽）纈纈1蘇蘇7 脯脯8 絲絲9 天天10 亮亮1571.0衍生物衍生物XXX 精精 賴賴 精精 苯丙苯丙10.0第34頁/共61頁4、一級結構的變化與疾病的關系分子?。河蛇z傳突變引起的，在分子水平上僅存在

15、微觀差異而導致的疾病，稱之為分子病。例一：鐮刀狀紅細胞貧血 1 2 3 4 5 6 7 8 HbA 鏈 H2N-纈-組-亮-蘇-脯-谷-谷-賴- HbA 鏈 H2N-.纈.例二：糖尿病胰島素分子病 21 22 23 24 25 26 27 正常人胰島素鏈 -谷-精-甘-苯丙-苯丙-酪-蘇- 異常人胰島素鏈 -.亮.第35頁/共61頁二、蛋白質的空間構象與功能的關系1、蛋白質前體的活化第36頁/共61頁2、蛋白質的變構現(xiàn)象 一些蛋白質由于受某些因素的影響，其一級結構不變而空間構象發(fā)生一定的變化，導致其生物學功能的改變，稱為蛋白質的變構效應或別構作用(allosteric effect)。第37頁

16、/共61頁三、蛋白質的結構與生物進化第38頁/共61頁第五節(jié) 蛋白質的性質一、蛋白質的分子大小、形狀及分子量測定1、蛋白質分子量一般為1104 1106 D或更高 表表3-9一些蛋白質的分子資料一些蛋白質的分子資料 蛋白質蛋白質分子量分子量氨基酸殘基數(shù)氨基酸殘基數(shù)多肽鏈數(shù)多肽鏈數(shù)牛胰島素牛胰島素人細胞色素人細胞色素C牛胰糜蛋白酶牛胰糜蛋白酶人血紅蛋白人血紅蛋白人免疫球蛋白人免疫球蛋白E.coli RNA聚合酶聚合酶人載脂蛋白人載脂蛋白B牛肝谷氨酸脫氫酶牛肝谷氨酸脫氫酶5733130002160064500145000450000513000100000051104241574132041004

17、6368300213445140第39頁/共61頁2、蛋白質的分子形狀 球形、橢圓形、纖維狀等。3、蛋白質的分子量測定 分子篩層析法 SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE） 生物質譜第40頁/共61頁二、蛋白質的變性蛋白質的變性作用： 某些物理的和化學的因素使蛋白質分子的空間構象發(fā)生改變或破壞，導致其生物活性的喪失和一些理化性質的改變，這種現(xiàn)象稱為蛋白質的變性作用。1 1、變性的本質 蛋白質變性作用的本質是形成與穩(wěn)定蛋白質分子空間構象的次級鍵遭到破壞，從而導致蛋白質分子空間構象改變或破壞，而不涉及一級結構的改變或肽鍵的斷裂。第41頁/共61頁2、變性作用的特征（1）生物活性的喪失（2）

18、某些理化性質的改變3、變性作用的因素和程度（1）引起蛋白質變性的因素：A、物理因素：高溫、紫外線、X射線、超聲波和劇烈振蕩等。B、化學因素：強酸、強堿、尿素、去污劑、重金屬（Hg2，Ag2 ，Pb2 ）、三氯醋酸和濃乙醇等。（2）可逆變性與不可逆變性： 除去變性因素后，蛋白質構象可以恢復的稱為可逆變性，反之，稱為不可逆變性。4、變性作用的意義第42頁/共61頁三、蛋白質的兩性電離與等電點蛋白質的解離ProCOOHNH3+ProCOONH3+ProCOONH2OHOHOHOHH HH HpH pIpH pIpH pIProCOOHNH2蛋白質的等電點 使蛋白質所帶正負電荷相等，靜電荷為零時的溶液

19、的pH值，稱為蛋白質的等電點。第43頁/共61頁四、蛋白質的膠體性質蛋白質形成親水膠體的兩個基本穩(wěn)定因素： 蛋白質表面具有水化層 蛋白質表面具有同性電荷第44頁/共61頁五、蛋白質的沉淀反應蛋白質的沉淀： 蛋白質分子聚集而從溶液中析出的現(xiàn)象。中性鹽沉淀反應有機溶劑沉淀反應加熱沉淀反應重金屬鹽沉淀反應生物堿試劑沉淀反應第45頁/共61頁1、中性鹽沉淀反應鹽溶作用： 低鹽濃度可以使蛋白質溶解度增加。因為低鹽濃度可以使蛋白質表面吸附某種離子，導致其顆粒表面同性電荷增加而增強排斥，同時與水分子作用增強，從而提高了蛋白質的溶解度。鹽析作用： 高鹽濃度時，因為破壞蛋白質水化層并且中和電荷，促使蛋白質顆粒相

20、互聚集而沉淀。沉淀出的蛋白質不發(fā)生變性。第46頁/共61頁在蛋白質溶液中加入一定量的與水互溶的有機溶劑（如乙醇、丙酮和甲醇等）能使蛋白質表面失去水化層相互聚集而沉淀。有時可以引起蛋白質的變性，這與有機溶劑的濃度、與蛋白質接觸的時間，以及沉淀的溫度有關。2、有機溶劑沉淀反應第47頁/共61頁3、加熱沉淀反應加熱可以使蛋白質變性而沉淀。第48頁/共61頁4、重金屬鹽沉淀反應 pHpI時，蛋白質溶液帶有負離子，可以與重金屬離子（Cu 2+ 、Hg 2+ 、Pb 2+ 、Ag+等）結合成不溶性的鹽而沉淀。應用：臨床上搶救重金屬鹽中毒病人ProCOO-NH3+ProCOO-NH2ProCOOAgNH2p

21、H pIpH pIAgAg第49頁/共61頁5、生物堿試劑沉淀反應pHpI時，蛋白質溶液帶有正離子，可以與一些生物堿試劑（苦味酸、磷鎢酸、磷鉬酸、鞣酸、三氯醋酸、磺基水楊酸等）結合成不溶性的鹽而沉淀。ProCOO-NH3+ProCOOHNH3+ProCOOHNH3CClCOO-pH pIpH pICClCCl3 3COOCOO- -第50頁/共61頁蛋白質沉淀與變性之間關系 蛋白質變性和沉淀是兩個不同的概念，二者有聯(lián)系但是又不完全一致。蛋白質變性時有時可以表現(xiàn)為沉淀，也可以表現(xiàn)為溶解狀態(tài)；同樣，蛋白質沉淀有時可以是變性，也可以是不變性，這取決于沉淀的蛋白質空間構象有無破壞而定第51頁/共61頁

22、六、蛋白質的顏色反應1、茚三酮反應 在pH57時，蛋白質與茚三酮丙酮溶液加熱可以產(chǎn)生藍紫色。 此反應的靈敏度為1微克。 凡是具有氨基、能釋放出氨的化合物幾乎都有此反應，據(jù)此可以用多肽與蛋白質及氨基酸的定性和定量分析。第52頁/共61頁2、雙縮脲反應蛋白質在堿性溶液中可與Cu2產(chǎn)生紫紅色反應。這是蛋白質分子中肽鍵的反應，肽鍵越多反應顏色越深。氨基酸無此反應。此法可用于蛋白質的定性和定量。亦可用于測定蛋白質的水解程度，水解越完全則顏色越淺。第53頁/共61頁3、酚試劑反應在堿性條件下，蛋白質分子中的酪氨酸和色氨酸可以與酚試劑（含磷鎢酸和磷鉬酸化合物）生成藍色化合物。藍色的強度與蛋白質的量成正比.此

23、法是測定蛋白質濃度的常用方法。優(yōu)點：靈敏度高，可測定微克水平的蛋白質含量。缺點：不同的蛋白質所含酪氨酸、色氨酸不同而顯色有所差異。第54頁/共61頁第七節(jié) 蛋白質的分類一、根據(jù)分子形狀分類球狀蛋白纖維狀蛋白 蛋白質分子形狀的長短軸比小于10。生物界多數(shù)蛋白屬于球狀蛋白，一般為可溶性、有特異生物活性，如酶、免疫球蛋白等。 蛋白質分子形狀的長短軸比大于10。一般不溶于水，多為生物體組織的結構材料，如毛發(fā)中的角蛋白、結締組織中的膠原蛋白和彈性蛋白、蠶絲的絲心蛋白等。第55頁/共61頁二、根據(jù)組成分類單純蛋白結合蛋白蛋白質名稱蛋白質名稱輔基輔基舉例舉例核蛋白核蛋白核酸核酸染色體蛋白、病毒核蛋白染色體蛋

24、白、病毒核蛋白糖蛋白糖蛋白糖類糖類免疫球蛋白、粘蛋白免疫球蛋白、粘蛋白色蛋白色蛋白色素色素血紅蛋白、黃素蛋白血紅蛋白、黃素蛋白脂蛋白脂蛋白脂類脂類脂蛋白、脂蛋白脂蛋白、脂蛋白磷蛋白磷蛋白磷酸磷酸胃蛋白酶、酪蛋白胃蛋白酶、酪蛋白金屬蛋白金屬蛋白金屬離子金屬離子鐵蛋白、胰島素鐵蛋白、胰島素 其水解產(chǎn)物僅為氨基酸。如清蛋白（白蛋白）、球蛋白、組蛋白、精蛋白（硫酸魚精蛋白）、硬蛋白和植物谷蛋白等。 由單純蛋白和非蛋白部分組成。非蛋白部分稱為輔基，根據(jù)輔基不同可以分為下列幾類，見表313第56頁/共61頁三、根據(jù)溶解度分類可溶性蛋白 醇溶性蛋白 不溶性蛋白 可溶于水，稀的中性鹽和稀酸溶液，如，清蛋白、球蛋白、組蛋白和精蛋白等。 如醇溶谷蛋白，它不溶于水、稀鹽溶液，而溶于7080的乙醇。 指不溶于水、中性鹽、稀酸、堿和一般有機溶劑。如角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白等。第57頁/共61頁四、根據(jù)功能分類活性蛋白質 非活性蛋白質 大多數(shù)是球狀蛋白質，它們的特性在于都有識別功能（即它們與其他分子結合的功能），包括在生命活動過程中一切有活性的蛋白質以及它們的前體，絕大部分蛋白質都屬于此類。 主要包括一大類起保護和支持作用的蛋白質，實際上相當于按照分子形狀分類的纖維狀蛋白質和按照溶解度分類的不溶性蛋白質。第58頁/共61頁右手螺旋第59頁/共61頁 折疊第60頁/共61頁感謝您的觀看！第61頁/共61頁