第01章蛋白质的结构与功能PPT讲稿.ppt
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1、第01章蛋白质的结构与功能第1页,共105页,编辑于2022年,星期一学习要求学习要求掌握:生物化学、生物大分子和分子生物学的概念。蛋白质元素组成及掌握:生物化学、生物大分子和分子生物学的概念。蛋白质元素组成及其特点;蛋白质基本组成单位其特点;蛋白质基本组成单位-氨基酸的种类、基本结构及主要特点;氨基酸的种类、基本结构及主要特点;蛋白质的分子结构;蛋白质结构与功能的关系;蛋白质的主要理化性质蛋白质的分子结构;蛋白质结构与功能的关系;蛋白质的主要理化性质及其应用;蛋白质分离纯化的方法及其基本原理。及其应用;蛋白质分离纯化的方法及其基本原理。熟悉:当代生物化学研究的主要内容。各种氨基酸的结构;蛋白
2、熟悉:当代生物化学研究的主要内容。各种氨基酸的结构;蛋白质的分类。质的分类。了解:生物化学的发展简史、生物化学与医学的关系。多肽链氨了解:生物化学的发展简史、生物化学与医学的关系。多肽链氨基酸序列分析;蛋白质空间结构测定。基酸序列分析;蛋白质空间结构测定。第2页,共105页,编辑于2022年,星期一n什么是蛋白质什么是蛋白质?蛋蛋白白质质(protein)(protein)是是由由许许多多氨氨基基酸酸(amino(amino acids)acids)通通过过肽肽键键(peptide(peptide bond)bond)相相连连形形成成的的高高分子含氮化合物。分子含氮化合物。第3页,共105页,
3、编辑于2022年,星期一n蛋白质研究的历史蛋白质研究的历史18331833年年,从从麦麦芽芽中中分分离离淀淀粉粉酶酶;随随后后从从胃胃液液中中分分离到类似胃蛋白酶的物质。离到类似胃蛋白酶的物质。18641864年,血红蛋白被分离并结晶。年,血红蛋白被分离并结晶。1919世世纪纪末末,证证明明蛋蛋白白质质由由氨氨基基酸酸组组成成,并并合合成成了了多种短肽。多种短肽。2020世世纪纪初初,发发现现蛋蛋白白质质的的二二级级结结构构;完完成成胰胰岛岛素素一一级结构测定。级结构测定。第4页,共105页,编辑于2022年,星期一2020世世纪纪中中叶叶,各各种种蛋蛋白白质质分分析析技技术术相相继继建建立立
4、,促促进进了了蛋蛋白质研究迅速发展;白质研究迅速发展;19621962年,确定了血红蛋白的四级结构。年,确定了血红蛋白的四级结构。2020世纪世纪9090年代,功能基因组与蛋白质组研究地展开。年代,功能基因组与蛋白质组研究地展开。第5页,共105页,编辑于2022年,星期一n蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性分布广: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。1.1.蛋白质是生物体重要组成成分蛋白质是生物体重要组成成分第6页,共105页,编辑于2022年,星期一作为生物催
5、化剂(酶)作为生物催化剂(酶)代谢调节作用代谢调节作用免疫保护作用免疫保护作用物质的转运和存储物质的转运和存储运动与支持作用运动与支持作用参与细胞间信息传递参与细胞间信息传递2.蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能3.氧化供能氧化供能第7页,共105页,编辑于2022年,星期一蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein第一节第一节第8页,共105页,编辑于2022年,星期一n组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素主要有主要有C C、H H、O O、N N和和 S S。有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、有些蛋白质含有少量磷或
6、金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼,个别蛋白质还含有碘锌、锰、钴、钼,个别蛋白质还含有碘 。第9页,共105页,编辑于2022年,星期一 各种蛋白质的含氮量很接近,平均为各种蛋白质的含氮量很接近,平均为16。由由于于体体内内的的含含氮氮物物质质以以蛋蛋白白质质为为主主,因因此此,只只要要测测定定生生物物样样品品中中的的含含氮氮量量,就就可可以以根根据据以以下公式推算出蛋白质的大致含量: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克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16%n蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点第10页,共105页,编辑于2
7、022年,星期一一、组成人体蛋白质的一、组成人体蛋白质的20种氨基酸均种氨基酸均属于属于L-氨基酸氨基酸 存存在在自自然然界界中中的的氨氨基基酸酸有有300300余余种种,但但组组成成人人体体蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸仅仅有有2020种种,且且均均属属 L-L-氨基酸氨基酸(甘氨酸除外)。(甘氨酸除外)。第11页,共105页,编辑于2022年,星期一H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H第12页,共105页,编辑于2022年,星期一非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸极性中性氨基酸极性中性氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸碱性氨
8、基酸碱性氨基酸二、氨基酸二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质进可根据侧链结构和理化性质进行分类行分类第13页,共105页,编辑于2022年,星期一(一一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸第14页,共105页,编辑于2022年,星期一(二二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸性氨基酸第15页,共105页,编辑于2022年,星期一(三三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸第16页,共105页,编辑于2022年,星期一(四四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸侧链含负
9、性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸第17页,共105页,编辑于2022年,星期一(五五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸基酸第18页,共105页,编辑于2022年,星期一n几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸(亚氨基酸)(亚氨基酸)CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2第19页,共105页,编辑于2022年,星期一 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-C
10、H-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3第20页,共105页,编辑于2022年,星期一三、三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质种氨基酸具有共同或特异的理化性质n两性解离及等电点两性解离及等电点氨基酸是两性电解质,其解离程度取决于所处溶液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。的酸碱度。等电点等电点(isoelectric point,pI)在在某某一一pH的的溶溶液液中中,氨氨基基酸酸解解离离成成阳阳离离子子和和阴阴离离子子的的趋趋势势及及程程度度相相等等,成成为为兼兼性性离离子子,呈
11、呈电电中中性性。此此时时溶溶液的液的pH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。(一)氨基酸具有两性解离的性质(一)氨基酸具有两性解离的性质第21页,共105页,编辑于2022年,星期一pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子第22页,共105页,编辑于2022年,星期一(二)含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质(二)含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸的色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在最大吸收峰在 280 nm 附近。附近。大大多多数数蛋蛋白白质质含含有有这这两两种种氨氨基基酸酸残残基基,所所以以测测定定蛋蛋白
12、白质质溶溶液液280nm的的光光吸吸收收值值是是分分析析溶溶液液中中蛋蛋白白质质含含量量的的快快速速简简便便的的方法。方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收第23页,共105页,编辑于2022年,星期一(三)氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物(三)氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物氨氨基基酸酸与与茚茚三三酮酮水水合合物物共共热热,可可生生成成蓝蓝紫紫色色化化合物,其最大吸收峰在合物,其最大吸收峰在570nm处。处。由由于于此此吸吸收收峰峰值值与与氨氨基基酸酸的的含含量量存存在在正正比比关系,因此可作为氨基酸定量分析方法。关系,因此可作为氨基酸定量分析方法。第24页,共105页,编辑
13、于2022年,星期一四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成 的多肽链的多肽链肽肽键键(peptide bond)是是由由一一个个氨氨基基酸酸的的-羧羧基基与另一个氨基酸的与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。氨基脱水缩合而形成的化学键。(一)(一)氨基酸通过肽键连接而形成肽氨基酸通过肽键连接而形成肽(peptide)第25页,共105页,编辑于2022年,星期一+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键第26页,共105页,编辑于2022年,星期一肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。两两分分子子氨氨基基酸酸缩缩合合形形成
14、成二二肽肽,三三分分子子氨氨基基酸缩合则形成三肽酸缩合则形成三肽肽肽链链中中的的氨氨基基酸酸分分子子因因为为脱脱水水缩缩合合而而基基团团不不全全,被称为被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。由由十十个个以以内内氨氨基基酸酸相相连连而而成成的的肽肽称称为为寡寡肽肽(oligopeptide),由由更更多多的的氨氨基基酸酸相相连连形形成成的的肽肽称称多多肽肽(polypeptide)。第27页,共105页,编辑于2022年,星期一N 末端:多肽链中有末端:多肽链中有游离游离-氨基氨基的一端的一端C 末端:多肽链中有末端:多肽链中有游离游离-羧基羧基的一端的一端n多肽链有两端及其方向性多肽链
15、有两端及其方向性:多多肽肽链链(polypeptide chain)是是指指许许多多氨氨基基酸酸之间以肽键连接而成的一种结构。之间以肽键连接而成的一种结构。第28页,共105页,编辑于2022年,星期一N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶第29页,共105页,编辑于2022年,星期一(二)(二)体内存在多种重要的生物活性肽体内存在多种重要的生物活性肽 1.谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)第30页,共105页,编辑于2022年,星期一GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+nGSH与与GSSG间的转换
16、间的转换 第31页,共105页,编辑于2022年,星期一 体内许多激素属寡肽或多肽体内许多激素属寡肽或多肽 神经肽神经肽(neuropeptide)2.多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽第32页,共105页,编辑于2022年,星期一蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构The Molecular Structure of Protein 第二节第二节第33页,共105页,编辑于2022年,星期一n蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括:高级高级结构结构一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary
17、 structure)四级结构四级结构(quaternary structure)第34页,共105页,编辑于2022年,星期一定义定义:蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从指在蛋白质分子从N-端至端至C-端端的的氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序。一、一、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构n主要的化学键主要的化学键:肽键肽键,有些蛋白质还包括二硫键。,有些蛋白质还包括二硫键。第35页,共105页,编辑于2022年,星期一一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础功能的基础,但不是决定蛋白质空间构象的但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素唯一因素。第36
18、页,共105页,编辑于2022年,星期一二、二、蛋白质二级结构蛋白质二级结构蛋蛋白白质质分分子子中中某某一一段段肽肽链链的的局局部部空空间间结结构构,即即该该段段肽肽链链主主链链骨骨架架原原子子的的相相对对空空间间位位置置,并并不不涉涉及及氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链的的构构象象。n定义定义:n主要的化学键主要的化学键:氢键氢键 第37页,共105页,编辑于2022年,星期一(一)参与肽键形成的(一)参与肽键形成的6个原子在同一平面上个原子在同一平面上参参与与肽肽键键的的6个个原原子子C 1、C、O、N、H、C 2位位于于同同一一平平面面,C 1和和C 2在在平平面面上上所所处处的的位位置置为
19、为反反式式(trans)构构型型,此此同同一一平平面面上上的的6个原子构成了所谓的个原子构成了所谓的肽单元肽单元(peptide unit)。第38页,共105页,编辑于2022年,星期一(一)参与肽键形成的(一)参与肽键形成的6个原子在同一平面上个原子在同一平面上参参与与肽肽键键的的6个个原原子子C 1、C、O、N、H、C 2位位于于同同一一平平面面,C 1和和C 2在在平平面面上上所所处处的的位位置置为为反反式式(trans)构构型型,此此同同一一平平面面上上的的6个原子构成了所谓的个原子构成了所谓的肽单元肽单元(peptide unit)。第39页,共105页,编辑于2022年,星期一
20、-螺旋螺旋 (-helix)-折叠折叠 (-pleated sheet)-转角转角 (-turn)无规卷曲无规卷曲 (random coil)(二)(二)-螺旋结构是常见的蛋白质二级结构螺旋结构是常见的蛋白质二级结构n蛋白质二级结构蛋白质二级结构第40页,共105页,编辑于2022年,星期一n-螺旋螺旋第41页,共105页,编辑于2022年,星期一(三)(三)-折叠使多肽链形成片层结构折叠使多肽链形成片层结构第42页,共105页,编辑于2022年,星期一(四)(四)-转角和无规卷曲在蛋白质分子中转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在普遍存在-转角转角无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽无规
21、卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。链结构。第43页,共105页,编辑于2022年,星期一(五)模体(五)模体是具有特殊功能的超二级结构是具有特殊功能的超二级结构在许多蛋白质分子中,可发现二个或三个具有二级在许多蛋白质分子中,可发现二个或三个具有二级结构的肽段,在空间上相互接近,形成一个结构的肽段,在空间上相互接近,形成一个有规则的二有规则的二级结构组合,被称为级结构组合,被称为超二级结构超二级结构。二级结构组合形式有二级结构组合形式有3 3种:种:,。第44页,共105页,编辑于2022年,星期一二个或三个具有二级结构的肽段,在空间上二个或三个具有二级结构的肽段,在空间上相互接近,
22、形成一个特殊的空间构象,称为相互接近,形成一个特殊的空间构象,称为模体模体(motif)。模体是具有特殊功能的超二级结构。模体是具有特殊功能的超二级结构。第45页,共105页,编辑于2022年,星期一钙结合蛋白中结合钙离钙结合蛋白中结合钙离子的模体子的模体锌指结构锌指结构-螺旋螺旋-转角(或环)转角(或环)-螺旋模体螺旋模体链链-转角转角-链模体链模体链链-转角转角-螺旋螺旋-转转角角-链模体链模体n模体常见的形式模体常见的形式第46页,共105页,编辑于2022年,星期一(六)氨基酸残基的(六)氨基酸残基的侧链对侧链对二二级结级结构形成的影响构形成的影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一
23、蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋或螺旋或-折折叠,它就会出现相应的二级结构。叠,它就会出现相应的二级结构。第47页,共105页,编辑于2022年,星期一三、三、蛋白质三级结构蛋白质三级结构疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力力等。等。n主要的化学键主要的化学键: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。链中所有原子在三维空间的排布位置。n定义定义:(一)三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残(一)三级结构是
24、指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置基的相对空间位置第48页,共105页,编辑于2022年,星期一第49页,共105页,编辑于2022年,星期一 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端第50页,共105页,编辑于2022年,星期一纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域(二)结构域(二)结构域是三级结构层次上的局部折叠区是三级结构层次上的局部折叠区分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密的区域,并各行其功能,称为密的区域,并各行其功能,称为结构域结构域(domain)。第51页,共105页,编辑于2022年,星期一(三)分子伴侣(三)分子伴侣
25、参与蛋白质折叠参与蛋白质折叠分子伴侣分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从而加速蛋通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。白质折叠成天然构象或形成四级结构。分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开,如此重复进行可防止错误的聚集发生,使肽链正开,如此重复进行可防止错误的聚集发生,使肽链正确折叠。确折叠。分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合,使之解聚后,再分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合,使之解聚后,再诱导其正确折叠。诱导其正确折叠。分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二
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- 01 蛋白质 结构 功能 PPT 讲稿
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