生化,第1章蛋白质的结构与功能.ppt
,第一章 蛋白质的结构与功能 (protein structure and function),第一节 蛋白质的分子组成,蛋白质的主要生理功能,蛋白质（protein）是生活细胞内含量最丰富、功能最复杂的生物大分子，并参与了几乎所有的生命活动和生命过程。因此，研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本的命题。 生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的体现者，具有以下主要功能：,催化功能；结构功能；调节功能；防御功能；运动功能；运输功能；信息功能；储藏功能 ,组成元素： 碳、氢、氧、氮、硫 其他：磷、金属元素、碘,氮：16%,蛋白质含量 =,氮量 100 蛋白质量,=,16× 蛋白质量 = 100 × 氮量,含氮量 ×100,16,= 含氮量 × 6.25,一、氨基酸（amino acid，aa）,是蛋白质的基本组成单位。组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种。,分类的依据,（一）aa的分类,（1）非极性、疏水性aa （2）极性、中性aa （3）酸性aa （4）碱性aa,2个半胱氨酸通过脱氢后以二硫键相结合，形成胱氨酸。蛋白质中不少半胱氨酸 以胱氨酸的形式存在。,非蛋白质氨基酸，修饰氨基酸。,pH = pI 净电荷=0,pH pI 净电荷为正,pH pI 净电荷为负,+ H+,+ OH-,+ H+,+ OH-,1、两性电离及等电点：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称为该氨基酸的等电点(isoelectric point，pI)。,（二）氨基酸的理化性质,2、紫外吸收性质：色aa、酪aa的最大吸收峰值在280nm附近，用于分析蛋白质含量。,酪氨酸275nm 色氨酸280nm,3、茚三酮反应：aa和茚三酮反应可生成紫色化合物，最大吸收峰在570nm处。,二、肽与肽键 (peptide),氨基酸通过肽键（peptide bond）相连形成的链状化合物称为肽。 2个氨基酸叫二肽，3个叫三肽,NH2,CH,R1,C,O,OH,NH,CH,R2,C,O,OH,H,NH2,CH,R1,C,O,C,N,CH,R2,O,OH,H,残基,多肽链主链,游离端,方向,多与寡,第二节 蛋白质的分子结构,多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构(primary structure)。这是蛋白质最基本的结构，是蛋白质高级结构和生物功能的基础。,一、蛋白质的一级结构,主要化学键：肽键,核糖核酸酶A的一级结构,牛胰岛素的一级结构,某一段肽链的主链骨架的盘绕和折叠。 主要：- 螺旋、- 折叠、- 转角、无规卷曲,二、蛋白质的空间结构,（一）二级结构(secondary structure),1、螺旋（helix）,2、折叠（-pleated sheet）,多肽主链充分伸展，形成上下起伏的锯齿状结构，称为折叠。 两条以上的折叠多肽链（或一条多肽链的若干肽段）侧向集聚、形成片层结构，即称为-片层结构。 类别：平行 反平行,3、转角（-turn）,多肽链中肽段出现180°回折时的结构成为转角。,4、无规卷曲（random coil）,主链构象的规律不明显。,5、模体（motif）,几个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近、相互作用，形成一个具有特殊功能的空间结构，称模体或模序（超二级结构）。,二级结构的主要键：氢键。,1、概念：在二级结构等结构基础上，由于侧链R基团的相互作用，整条肽链进行范围广泛的折叠和盘曲，即整条肽链所有原子在三维空间的整体排布。,（二）三级结构(tertiary structure),肌红蛋白由153个氨基酸构成，单链。含1个血红素辅基。有-H 8个螺旋。两个螺旋之间有无规卷曲，脯氨酸位于转角处。由于侧链的相互作用，整条肽链形成球状分子。,肌红蛋白的三级结构,三级结构的主要键：次级键。,2、结构域（domain）,分子量大的蛋白质，其三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠的较为紧密，各行使其功能，称为结构域。,-螺旋,-转角,-折叠,二硫键,结构域1,结构域2,卵溶菌酶的三级结构中的两个结构域,四级结构 (quaternary structure)：一个蛋白质由二条以上肽链组成，这些肽链彼此之间的排布及相互作用。每一条肽链叫做亚基（subunit）,血红蛋白四级结构,（三）蛋白质的四级结构,基本结构：一级结构 多肽中氨基酸的排列顺序 由肽键连接而成的结构 高级结构：多肽链的三维构象 二级结构 多肽链主链构象 主要动力：氢键 主要形式：螺旋，片层 三级结构 多肽链主链构象加侧链构象 主要动力：次级键 四级结构 有亚基聚合而成的蛋白质 动力：氢键、离子键、疏水作用等 一级结构决定高级结构，高级结构决定蛋白质的功能,蛋白质的结构层次,第三节 蛋白质结构与功能的关系,一、蛋白质一级结构与功能的关系,（一）一级结构是空间构象的基础,（二）一级结构是功能的基础,1、一级结构相似的多肽或者蛋白质具有相似的空间构象和功能。,2、一级结构中关键部位的氨基酸残基的改变会引起蛋白质功能的异常。,由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”,二、空间结构与功能的关系,（一）变性蛋白质功能丧失,1、变性及变性因素,在某些物理或化学因素的作用下，蛋白质特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物学功能丧失的现象，称为变性（denaturation）,二硫键和非共价键的破坏，没有肽键的破坏和氨基酸的改变。,化学因素、物理因素。,2、变性蛋白的特征,生物学活性丧失，容易被蛋白酶水解，溶解度降低，黏度增加，光吸收改变。,3、变性的可逆性,蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，有些蛋白质仍可能恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性（renaturation）,（二）变构蛋白质活性的调节方式,蛋白质与其配体结合后，其空间结构发生改变，使它适合于功能的需要，这种变化称为别构效应或变构效应（allosteric effect）,1、血红蛋白的结构,4个亚基，分别是2条链和2条链，每个亚基结合一个血红素，血红素可以与氧结合。,当第一个亚基与氧结合后，促进第二、第三个亚基与氧的结合，当第三个亚基结合氧后，有大大促进第四个亚基与氧的结合。这种一个亚基与其配体结合后，能影响另外的亚基与其配体结合能力的现象称为协同效应（cooperative effect）。 如果是促进正协同效应。 如果是抑制负协同效应。,2、血红蛋白的别构效应,机制：别构效应。,血红蛋白的氧合与构象改变,第四节 蛋白质的理化性质,一、蛋白质的理化性质,（一）蛋白质的两性电离,（二）蛋白质的高分子性质,1、分子大，吸引水，形成水化膜。,2、相同分子带相同电荷。,（三）蛋白质的沉淀,1、盐析（salt precipitation）：破坏水化膜，中和电荷。,2、有机溶剂：脱水剂，脱掉水化膜。,3、重金属：pH大于pI时，带正电的重金属离子结合蛋白，使之沉淀。,3、重金属：pH大于pI时，带正电的重金属离子结合蛋白，使之沉淀。,4、生物碱：pH小于pI。,（四）蛋白质的紫外吸收,（五）蛋白质的呈色反应,1、folin-酚试剂反应。 2、茚三酮反应。 3、双缩脲反应。,二、蛋白质的分离纯化,（一）丙酮沉淀、盐析,（二）电泳,（三）透析与超滤,（四）层析,（五）离心,
