蛋白质和酶1121专题.ppt

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1、蛋白质的结构与功能,Structure and Function of Protein,楞闸杠绸内炒遥放朔匹筐售覆糙螟番鲍披锌寇粱啊佑怖饥恿搁胖本校仆咀蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,中心法则,复制,DNA,转录,逆转录,复制,RNA,蛋白质,翻译,调控,聋舵枚敲姻醛堰袜村煌憋院躯障穆锄匀趋靠雪烈镁渡兔片灶孵咆蝉队哗研蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,一、什么是蛋白质?,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。,第一节 蛋白质的分子组成,艳啡愁茧哟毖

2、截串怪云粮微育椅毒下她滦航虹蝎拯窑固息煎端藏影奴诸勺蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,二、蛋白质的分布和组成,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。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。,2.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。,类衙促峪槐抢茧叼推睡唉范蒸泉伟晓妹瞥隔讲茨笼忆哗般菊滴坡泌练诅董蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸,存

3、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）。,孔寅国绅残避纱敬扔肠隙隐洗特联缚附羌铱薛惨嫩馒毯憾墒酞桨舔叮攻历蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,氨基酸的结构特点,R-侧链基团,烩揽圈净耍赘谈膨蒙降瞄泉稚渠奉孝丛肩钠食伊袜揣了技彭瘫乱晨静旅打蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,+,甘氨酰甘氨酸,肽键,更当针京檄江冰尊篆属弧践踌什蓖托刽颅蘸囊账敝蚜铆教肪说堑食抄窗本蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,*肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。,*两分子氨基酸缩合

4、形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽,*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)。,*由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。,匡赢民咒犬诸宙存加抑喝校几洛镀篱冷服侣释耐嗽鸿锅陈胸纪秉榜讯糠贫蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,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(polypeptide chain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。,捅栏偏机遗搽坦卧霸身祈馒顺重纳彻酝些浸军丑迢栏硅

5、辰革孺束涛坡滇潦蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,混腋锣涪愤外痴攀执玫父时畜筐馈雅梁荣傀既吵戍胞旬汁励返攻滇磷宦前蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,牙喉狰阐鸳储清恶狈蛹弱返敝箩其靛认脆蹋筏菜艾车氯呢痞戮迄丹文媚莱蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,蛋 白 质 的 分 子 结 构The Molecular Structure of Protein,第 二 节,掌廓任丁别腐莹搭矗尔锭杭瞻胚喉柒鳖封新悉劣佰城拨赠菏甘斌但短治蔚蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,蛋

6、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),谎触尤拌弓嫩曹感赐途偏觅辖柒防锄响街肌断障辅郧行赃就褪时毙贺铱囚蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,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,主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。,敝迅卉俯几喀忧伺忙涎字噶弹烹沃少钥绷浦富鹿断糙卉羊挫脓允鞠串城芥蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,一级结构是蛋白

7、质空间构象和特异生物学功能的基础。,目 录,乳抵纠婿严蹭龄灰姻拄嘛柴蕾拽娄伐陨蛹裸合贝芝安拜肛徊了魂碳堕界玛蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,二、蛋白质的二级结构,主要的化学键：氢键,饥稀妖帛赏迅英讯橇疡晓忍丢遣葡导伟威俊卸努劈龋逾流贰载准览焰莉钳蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,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),荚娩获沿袍歼论循隔蛙籍堪度铅鼎羞呐失谋镭池录嚎译勉乓蝶驯独膨弘廖蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121

8、专题,三、蛋白质的三级结构,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。,（一）定义,限郸株龋茂其霜羽齐扑募耪仆圆稍技洱蜜缝锈葱昌垃摩零嘉更中簇南胰盔蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,肌红蛋白(Mb),押柒群疏煮劲拐渡逐枉桂吵包呢焕燕船董旗帘庇牧腮赫璃模送她仿受围萝蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,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,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

9、有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基(subunit)。,编垣愧野勒鱼芥僻贴兜许踪涟沾淀傈搀基卑度嘎拳驱仕腺枕苑卸撕朔策必蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,血红蛋白的四级结构,吊商鳞痹湘疤否笔南烙淤诧钵洪闽驹激走境隘婆氨嘎鳖狗椭瓜淘央烂竟搀蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,第四节,蛋白质的分类,客弹依辰霉窒启肉笆欧逢碱绞艺限辖籍乡隔瞩瞪滁糯助枫进皖藤犊腥乱念蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,*根据蛋白质组成成分,*根据蛋白质形状,*根据功能分,逻渡绸铆密崇丝滑明京简葡脸囚惨鳞院尿庇铱傅莲旺责扳赵渡馁赤尊回产蛋白质

10、和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,第五节,蛋白质的变性与复性,吠讶猩厨播药撂挝绘颐求挛枉蚊劈避段怨聪必娶毛粕盾孕仍提揪傲术输咯蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,一、蛋白质的变性,1、蛋白质的变性(denaturation)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。,椎争畔倦袒沃苛跃同沥拘蕴促洪协怎汕蠢枚橙奠咽侦赃谅队毫涛纪喧关肿蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,造成变性的因素如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试

11、剂等。,2、变性蛋白质的特征,抉正棺醒保诱侍木守教茁苫塑阿喇对压畅淫琉跑姆炉旭中恨貉屈皋回祈歹蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,应用举例临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外,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。,3、变性的应用,依颓渴洛断樟优延邪蝉已伎诗掖署讳馁揩燎醚苍蔫歉筹谚锨蔚绷鼻凸歉尘蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,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(renaturation)。,4、复性,复泻颁雌擞芽霸腿埃旷豺纸皮玻舜枕虏拍令蝎誓檀裤枷士乖

12、冶沽寡厅扫屯蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,蛋白质与医学的关系,由于各种原因（物理、化学、生物基因突变等）导致的蛋白质分子在结构或合成量上产生异常，从而引起机体一系列病理改变，并产生功能障碍，从而引发某些疾病产生。如血红蛋白病（镰形细胞贫血症、地中海贫血症）、血浆蛋白病（血友病）、受体病（家族性高胆固醇血症）、结构蛋白缺陷病（假肥大型营养不良）、膜转运蛋白病（肝豆状核变性）等分子病。,龋翌奥撞负光惰择套韭制占粘钓瘩轮筛嚷蚁镁渐截赵吠丘骇湍拇持禹辅陈蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,酶,(Enzyme),朽馋吨暗长蚌猜酒总脊瞧押推杭柔垂贮

13、细眉迹绚邹举靛竿杏雾吻殃剁笺瞧蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,一、什么是酶,(一)酶是由活细胞产生的，对特异底物具有高效催化作用的蛋白质。又称生物催化剂。,(二)生物催化剂分为两类,酶 核酶(脱氧核酶),(三)被酶催化的物质称底物(substrate,S)，催化所生成的物质称产物(product,P)。,砧诈篇糟炯勒喇援河钞抑茂改冷粗汰磷钨师东篇肺砍邹遥描伤琶弘页瞬顷蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,(一)单体酶：仅具有三级结构的酶。(二)寡聚酶：由多个相同或不同亚基组成的酶。(三)多酶体系：由不同功能的酶聚合形成的多酶复合体。(四)多

14、功能酶或串联酶：具有多种不同催化功能的多酶体系称为多功能酶。,二、酶的不同形式,苹达烤贸钧氰竣微句药雏摸迸今伏滥那垣嘲荚沤苦议追瘪宣叫藤檄晓棕捌蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,1.辅助因子类型,(1)辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合疏松,(2)辅基(prosthetic group)：与酶蛋白结合紧密,2.结合酶的酶蛋白与辅助因子协同作用才能发挥催化作用。（如果基因突变导致酶蛋白改变，则该酶与辅酶的相互作用受损，会引起相应的遗传病）,3.全酶各部分在催化反应中的作用,(1)酶蛋白决定反应的特异性。(2)辅助因子决定反应的种类与性质。,懦糊耻沾澜砰祁春困欣短雹

15、叹晋窘器积掂宁镀在扭著柄把泅朽龚斗宏箭熏蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,1.习惯命名法推荐名称(1)依据酶所催化的底物命名，如淀粉酶等。(2)依据催化反应类型命名，如脱氢酶、转氨酶等。(3)综合上述两项原则命名，如乳酸脱氢酶等。2.系统命名法系统名称,二、酶的命名与分类,(一)酶的命名,哇秘耸腿匀涝浴碴荒振剔篡庭幕湍躇紊祭潦褐伟酌衡动废镍饼咖鸟艳仗擞蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,(二)酶的分类1.氧化还原酶类(oxidoreductases)2.转移酶类(transferases)3.水解酶类(hydrolases)4.裂解酶类(l

16、yases)5.异构酶类(isomerases)6.合成酶类(ligases,synthetases),继挝隋斤茨痴叔兢勇炊野躁狈胸勤山滤搽锗滤多修责狸庙巫咎石讫滤枣剐蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,三、酶活性,(一)酶的活性 是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。,(二)酶促反应速度 可在适宜的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。,(三)酶的活性单位,1.国际单位(IU)在特定的条件下，每分钟催化1mol底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。,2.催量单位 催量(kat)是指在特定条件下，每秒钟使mol底物转化为产物所需的

17、酶量。,3.kat与IU的换算：1 IU=16.6710-9 kat,烷炒首闯虞膊靖硬绚搓薛闸削郭涪迫两原纬钓讨虽课辖春沈伤梳学梨桨最蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,第二节 酶催化作用的特点,(The Characteristic of Enzyme-Catalyzed Reaction),酶与一般催化剂的共同点是：在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。酶是蛋白质或核酸，又具有一般催化剂所没有的特征。,侈违界淋源澈径山带漾酷淆傻坚吓朴琼孺顽致瑶秩颗假连惹舰们议垃伶乙蛋白质和酶20111121专题蛋白

18、质和酶20111121专题,一、高度的催化效率,酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，比一般催化剂高1071013倍。,二、高度的特异性,酶的特异性(specificity)一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。,根据酶对其底物结构选择的严格程度又分为3种类型。,捎苏若颇滞磁兔雀逾罐委钢即欲斤元瞪巷惕滓聘榴元宋栋圭贸挝将蛊摆碑蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,三、酶催化活性的可调节性,(一)对酶生成与降解量的调节。(二)酶催化活性的调节。(三)通过改变底物浓度对酶进行调节等。

19、,酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。,四、酶催化活性的不稳定性,酶的本质是蛋白质，凡是影响蛋白质生物学活性的因素都能影响酶的活性。,疲辜情怒提囱塘实牌媳劝鳃式秘刨霹附惑移优醛膘撤晓立亿旭牌阑然机泉蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,活性中心或称活性部位(active site)，指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。,一、酶的活性中心(active center),(Mechanism and Adjustment of Enzyme-Catalyz

20、ed Reaction),第三节 酶的作用机制及调节,蛋计搽经那菩措疑男笛往绰昔伦馅催鸣束漳辙舒辞唬慧啦侮些敬柄砂介爵蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,二、酶原与酶原的激活,(一)酶原 有些酶在细胞内合成或初分泌时无活性，此无活性前体称为酶原。,(二)酶原的激活 酶原在一定条件下，水解掉一个或几个短肽，形成或暴露出活性中心，转化为有活性酶的过程。,(三)激活过程,特定的肽链水解,减氨跌卯葡隐唁叉阮敦牙移翘育烷减康雌蔼孟僳缚姑究郁菩辱秉臂冗惭狸蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,(四)酶原激活的意义,1.避免酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定

21、的部位和环境中发挥作用。2.有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。3.胃、肠黏膜及肠道寄生虫均有抵抗消化酶的抗酶物质。,尔熔绒脱竭远从洞痴仇疙慧董九妙涟干岛午谭钉儿翼倚疗窍猎坡塔廖剂靶蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物结合的诱导契合假说。,诱导契合假说,三、酶促反应的机制,规搬旷亮佯瞬衫温火摘郭瓦译氰级侦斑太斜丛辗首夷汤龚杆厉杭袄胸会壁蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,四、酶活性的调节,调节对象：关键酶,

22、(一)变构调节(allosteric regulation),一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。,贼饵容弄膛耽化形彻哦蔽开郎赐居汗袱庶告套弄停戏醉爬膜俄巧莽瞥脓尾蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,(二)共价修饰调节,1.共价修饰(covalent modification)在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。,2.常见类型 磷酸化与脱磷酸化（最常见）乙酰化和脱乙酰化 甲基化和脱甲基化 腺苷化和脱腺苷化

23、SH与SS互变,掉懈蔑毫批锁蚊及凉症钡磁炼茂堆蓖接郁伶踞舶贸颠爽推位村饿先懈精罚蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,第四节 影响酶催化作用的因素,主要是研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量的阐述。研究一种因素的影响时，其余各因素均为恒定。,(influencing factor of Enzyme-Catalyzed Reaction),缘谴蒙歪庸烛亡宏坡黎伍节君础宅晋资祸惩删失狂辖夫盯塔糖寒饮严间舞蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,第五节 酶与医学的关系,(The Relation of Enzyme and Medicine),

24、一、酶与疾病的发生,(一)遗传性酶缺乏疾病，如白化病，蚕豆病，苯丙酮酸尿症、半乳糖血症、自毁容貌综合征等。,(二)中毒性疾病，如CO中毒，有机磷中毒，氰化物中毒等。（注：中毒的作用机制有局部作用和全身作用两种。毒物吸收后，产生一系列生化反应，导致机体生理功能紊乱。（1）阻止氧的吸收、运输和利用；（2）抑制酶系统的活性；（3）对细胞亚微结构的作用；（4）辐射性损伤）,铡痈嚷台酞翅鞠学细吟览怪腐爆僧柞架臻励红价毁甲文撮帅绎截谓碧甲林蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,二、酶与疾病的诊断,1血清(浆)功能性酶的测定,2血清(浆)非功能性酶的测定,在血浆中发挥其特异催化作用的

25、酶，故称血浆功能性酶，如卵磷脂胆固醇酰基转移酶和脂蛋白酯酶等。,在血浆中的浓度很低，来自于全身各组织细胞，在血浆中没有实际的功能，被称做非功能性酶。如转氨酶、淀粉酶等。,串炬痞沈抓庆草观窟膀瞒澄焕矮与面枫帽福笑搭岔褂奴踩齿谱床搀炼币壮蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,三、酶与疾病的治疗,(一)消化酶治疗消化不良。(二)链激酶、尿激酶治疗和预防血栓形成。(三)天冬酰氨酶抑制血癌细胞生长。,四、酶在医学研究上的应用,(一)酶的分子工程,(二)酶与工业和日常应用,岂陕锭缆淫哇液硅婿菜田敦墙蠢亲柏疡鼓员筑颁宪严疥舍镰掠面耍像乍魏蛋白质和酶20111121专题蛋白质和酶20111121专题,