生物化学蛋白质的结构与功能课件.ppt

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1、蛋白质的结构与功能,Structure and Function of Protein,蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。,蛋白质的功能,1.蛋白质是生物体的重要组成成分2.蛋白质具有重要的生物学功能1）作为生物催化剂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3.氧化供能,蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein,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P或金属元素Fe、Cu、Zn、Mn

2、、Co、Mo等,蛋白质的含氮量平均为16。,通过样品含氮量计算蛋白质含量的公式：,蛋白质含量(g%)=含氮量(g%)6.25,蛋白质元素组成的特点,1/16%,氨基酸 蛋白质的基本组成单位,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）。,非极性疏水性氨基酸极性中性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸,（一）氨基酸的分类,非极性疏水性氨基酸,2.极性中性氨基酸,3.酸性氨基酸,4.碱性氨基酸,几种特殊氨基酸甘氨酸Gly：无手性碳原子。半胱氨酸Cys：可形成二硫键。,*肽键(peptide bond)：是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水

3、缩合而形成的化学键。,肽(peptide),多肽链,多肽链(polypeptide chain)二肽，三肽寡肽(oligopeptide)，多肽(polypeptide)氨基酸残基(residue)氨基末端（amino terminal）和羧基末端（carboxyl terminal）主链和侧链,多肽链,几种生物活性肽,1.谷胱甘肽(glutathione,GSH),结构:,SH为活性基团,为酸性肽,是体内重要的还原剂,GSH过氧化物酶,GSH还原酶,NADPH+H+,NADP+,主要功能:,蛋 白 质 的 分 子 结 构The Molecular Structure of Protein,蛋

4、白质的分子结构包括：一级结构(primary structure)二级结构(secondary structure)三级结构(tertiary structure)四级结构(quaternary structure),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,主要化学键：肽键二硫键的位置属于一级结构研究范畴。,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。,胰岛素的一级结构,30,21,二、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：,稳定因素：氢键,（一）肽键平面,形成肽

5、键的C-N键具有部分双键的性质，使得形成的酰胺键的四个原子及相邻的C处于同一平面上叫酰胺平面或肽键平面。它是蛋白质构象的基本结构单位。,肽键平面,H,H,H,H,蛋白质二级结构的主要形式,-螺旋(-helix)-折叠(-pleated sheet)-转角(-turn)无规卷曲(random coil),（二）-螺旋,结构要点:多肽链主链围绕中心轴形成右手螺旋，侧链伸向螺旋外侧。每圈螺旋含3.6个氨基酸，螺距为0.54nm，即0.15nm/氨基酸残基。每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形成的氢键保持螺旋稳定。氢键与螺旋长轴基本平行。,（三）-折叠,多肽链充分伸展，相邻酰胺平面之间折叠成锯齿状结

6、构，侧链位于锯齿结构的上下方。两段以上的-折叠结构平行排列，两链间可顺向平行，也可反向平行。两链间的肽键之间形成氢键，以稳固-折叠结构。氢键与螺旋长轴垂直。,（四）-转角和无规卷曲,-转角：,无规卷曲：没有确定规律性的肽链结构。,肽链内形成180回折。含4个氨基酸残基，第一个氨基酸残基与第四个形成氢键。第二个氨基酸残基常为脯氨酸（Pro）。,-转角：,三、蛋白质的三级结构,疏水键、离子键、氢键和 范德华力等。,稳定因素：,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。,定义,肌红蛋白(Mb),亚基之间的结合力主要是氢键和离子键。,四、蛋白质的四级结构,蛋白质分子

7、中两条或两条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。,每条具有完整三级结构的多肽链，称为亚基(subunit)。,血红蛋白（Hb）的四级结构,蛋白质的理化性质与分离纯化,（一）蛋白质的胶体性质,蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之巨，其分子的直径可达1100nm，为胶粒范围之内。,*蛋白质胶体稳定的因素颗粒表面电荷水化膜,（二）蛋白质的变性、沉淀和凝固,*蛋白质的变性(denaturation)在某些物理和化学因素作用下，蛋白质分子的特定空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。,造成变性的因素：如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金

8、属离子及生物碱试剂等。,应用举例临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。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。,蛋白质变性后的性质改变：溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、生物活性丧失及易受蛋白酶水解。,若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性。,复性(renaturation),天然状态，有催化活性,尿素、-巯基乙醇,去除尿素、-巯基乙醇,非折叠状态，无活性,*蛋白质沉淀在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。,*蛋白质的凝固

9、作用(protein coagulation)蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。,蛋白质的沉淀-盐析,*盐析(salt precipitation)是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。,蛋白质的沉淀-有机溶剂沉淀,*使用丙酮沉淀时，必须在04低温下进行，丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积。蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。,蛋白质的沉淀-重金属盐类沉淀,Cu2+、Hg2+、Ag 2+,苦味酸，鞣酸。,蛋白质的沉淀-生物碱试剂沉淀,（三）蛋白质的呈色反应,茚三酮反应(ninhydrin reaction)蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。,双缩脲反应(biuret reaction)蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色，此反应称为双缩脲反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。,（五）蛋白质的呈色反应,蛋白质的分类,按照分子的形状 球状蛋白质、纤维状蛋白质按照组成成分 单纯蛋白质、结合蛋白质按照溶解度 可溶性、醇溶性、不溶性,