蛋白质结构功能(医学)课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章,蛋白质的结构与功能,第一节,蛋白质的生物学功能与分类,第二节,蛋白质的化学组成,第三节,肽,第四节,蛋白质的分子结构,第五节 蛋白质结构与功能的关系,第六节,蛋白质的理化性质,（Structure and Function of Protein）,第三章 蛋白质的结构与功能 第一节 蛋白质的生物学功能与分,1,定义：,蛋白质是由许多不同的氨基酸通过肽键缩合而成的生物大分子。,蛋白质是信息大分子，是DNA的遗传信息的体现者。在生命活动过程中发挥了极其重要的作用。,第一节,蛋白质的生物学功能与分类,定义：蛋白质是由许多不同的氨基酸通过肽键缩合而成的生物大分子,2,1. 蛋白质是生物体重要组成成分,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。,一、蛋白质的生物学意义,1. 蛋白质是生物体重要组成成分一、蛋白质的生物学意义,3,1）作为生物催化剂（酶）,2）代谢调节作用,3）物质的转运,4）参与细胞间信息传递,5）运动作用,6）免疫保护作用,7）营养与贮存,8）保护与支持,2. 蛋白质具有重要的生物学功能,3. 氧化供能,1）作为生物催化剂（酶）2. 蛋白质具有重要的生物学功能3.,4,二、,蛋白质的分类,* 根据蛋白质组成成分,单纯蛋白质,结合蛋白质 = 蛋白质部分 + 非蛋白质部分,* 根据蛋白质形状,纤维状蛋白质,球状蛋白质,二、蛋白质的分类 * 根据蛋白质组成成分 单纯蛋白质结合蛋,5,单纯蛋白质按溶解度分类,蛋白质分类,举例,溶解度,白蛋白,血清白蛋白,溶于水、稀盐、稀酸、稀碱，,不溶于饱和硫酸铵溶液,球蛋白,血清球蛋白、纤维蛋白原,溶于稀盐、稀酸、稀碱，,不溶于水、半饱和硫酸铵溶液,谷蛋白,麦谷蛋白,溶于稀酸、稀碱；,不溶于水、稀盐。,醇溶蛋白,醇溶谷蛋白、醇溶玉米蛋白,溶于70-80%乙醇中；,不溶于水,硬蛋白,角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白,不溶于水、稀中性盐、稀酸、稀碱和一般不机溶剂,组蛋白,胸腺组蛋白,溶于水、稀酸；,不溶于稀氨水,精蛋白,鱼精蛋白,溶于水，稀酸，,不溶稀氨水,单纯蛋白质按溶解度分类蛋白质分类举例溶解度白蛋白血清白蛋白溶,6,结合蛋白质按化学成分分类,蛋白质,分类,举例,非蛋白成分,（辅基）,核蛋白,病毒核蛋白，染色体蛋白,核酸,糖蛋白,免疫球蛋白、粘蛋白，蛋白多糖,糖类,脂蛋白,乳糜微粒、极低密度脂蛋白、低度密度脂蛋白、高密度脂蛋白,各种脂类,磷蛋白,酪蛋白、卵黄磷酸蛋白,磷酸,色蛋白,血红蛋白、黄素蛋白,色素,金属蛋白,铁蛋白、铜兰蛋白,金属离子,结合蛋白质按化学成分分类蛋白质举例非蛋白成分核蛋白病毒核蛋白,7,第二节,蛋白质的化学组成,一、,蛋白质的元素组成,主要,有碳（,50%55%,）氢（,6%8%,）氧（,20%23%,）氮（,15%17%,）硫（,0.3%4%,）,有些蛋白质还含有少量磷、硒或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼等，个别蛋白质还含有碘 。,第二节 蛋白质的化学组成一、 蛋白质的元素组成,8,各种蛋白质的含氮量很接近，平均为,16,。,由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以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 ( g,%,),= 每克样品含氮克数 6.25100,1/16%,蛋白质元素组成的特点,各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。 由于体内的含氮物,9,二、氨基酸,蛋白质是高分子化合物，可以受酸、碱或蛋白酶作用彻底水解，最终产生各种氨基酸。因此，蛋白质的基本组成单位为氨基酸,（一）氨基酸分类,1、 常见氨基酸,基本结构与构型,组成蛋白质的20种常见氨基酸都是-氨基酸（脯氨酸为-亚氨基酸）。除脯氨酸外，其余氨基酸可以用下面的结构通式表示。,二、氨基酸蛋白质是高分子化合物，可以受酸、碱或蛋白酶作用彻底,10,H,R C COOH,NH,2,共同的结构，即：一个羧基（,-COOH,）、一个氨基,(-NH,2,),和一个氢原子与碳原子相连，结构的差异表现在,R,基的不同。,除甘氨酸（,R,为,H）,外，其他氨基酸的,碳原子都是手性碳原子，故具有旋光异构现象，存在L-型和D-型两种异构体，组成天然蛋白质的氨基酸均为L-型,COOH COOH,NH,2,C H H C NH,2,R R,L-a-氨基酸 D-a-氨基酸,H,11,常见,氨基酸的分类,原则：,20种常见氨基酸根据R侧链极性和带电荷的不同，可将氨基酸分为四类。,优点：,有利于反映不同氨基酸在蛋白质中可能发挥的作用。,常见氨基酸的分类,12,非极性R基氨基酸,色氨酸,tryptophan Try W,5.89,丙氨酸,alanine Ala A,6.00,缬氨酸,valine Val V,5.96,亮氨酸,leucine Leu L,5.98,异亮氨酸,isoleucine Ile I,6.02,苯丙氨酸,phenylalanine Phe F,5.48,蛋氨酸,methionine,Met M,5.74,脯氨酸,proline Pro P,6.30,非极性R基氨基酸色氨酸 tryptophan,13,丝氨酸,serine Ser S,5.68,酪氨酸,tyrosine Try Y,5.66,半胱氨酸,cysteine Cys C,5.07,天冬酰胺,asparagine Asn N,5.41,谷氨酰胺,glutamine Gln Q,5.65,苏氨酸,threonine Thr T,5.60,极性中性R基氨基酸,甘氨酸,glycine,Gly,G,5.97,丝氨酸 serine Ser,14,天冬氨酸,aspartic acid Asp D,2.97,谷氨酸,glutamic acid Glu E,3.22,赖氨酸,lysine Lys K,9.74,精氨酸,arginine Arg R,10.76,组氨酸,histidine His H,7.59,酸性氨基酸,碱性氨基酸,天冬氨酸 aspartic acid Asp,15,非极性氨基酸,其侧链为烃基、吲哚环或甲硫基等非极性疏水基团，共有8种。,不带电荷的极性氨基酸,其侧链上有羟基、巯基或酰胺基等极性基团，这些基团有亲水性，在水溶液中不带电荷,碱性氨基酸,侧链上有氨基、胍基或咪唑基，在水溶液中能结合,H,+,而带正电荷。,酸性氨基酸,侧链上有羧基，在水溶液中能释放,H,+,而带负电荷。,非极性氨基酸 其侧链为烃基、吲哚环或甲硫基等非极性疏水基团,16,2、稀有氨基酸,4-羟脯氨酸,胱氨酸,二硫键,HO,蛋白质中含量较少的氨基酸。,2、稀有氨基酸 4-羟脯氨酸 胱氨酸二硫键HO蛋白质中含量,17,3、非蛋白质的氨基酸,不参与蛋白质的组成，而是以游离的状态存在于生物体之中。,3、非蛋白质的氨基酸不参与蛋白质的组成，而是以游离的状态存在,18,（二）氨基酸的理化性质,1. 紫外吸收,色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在,280 nm,附近。苯丙氨酸的最大吸收峰为260nm,大多数蛋白质含有这些氨基酸残基，测定蛋白质溶液,280nm,的光吸收值是分析溶液蛋白质含量的快捷的方法。,芳香族氨基酸的紫外吸收,（二）氨基酸的理化性质1. 紫外吸收色氨酸、酪氨酸的最大吸收,19,2. 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的酸碱度。,等电点(isoelectric point, pI),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值,称为该氨基酸的,等电点,。,2. 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,20,pH=,pI,+OH,-,pH,pI,+H,+,+OH,-,+H,+,pHpI+H+OH-+H+pHpI氨,21,3、茚三酮反应(ninhydrin reaction),茚三酮 氨基酸 茚三酮(还原型) 醛,茚三酮 蓝色或紫色化合物,2,氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成,蓝紫色,化合物，其最大吸收峰在570nm处。可作为氨基酸定量分析方法。,3、茚三酮反应(ninhydrin reaction)茚三酮,22,4、Sanger反应,与2，4二硝基氟苯（DNFB）反应生成相应的DNP-氨基酸（黄色）,应用：该反应常用于多肽链或蛋白质的N端氨基酸的分析。,4、Sanger反应与2，4二硝基氟苯（DNFB）反应生成相,23,N,H,2,N,C,H,R,1,C,N,O,H,C,H,R,2,C,N,O,H,C,H,R,3,C,N,O,H,C,H,R,1,C,N,O,H,C,H,R,2,C,N,O,H,C,H,R,3,C,N,O,H,H,N,C,S,N,H,C,N,H,C,N,C,S,O,R,1,H,H,2,N,C,H,R,2,C,N,O,H,C,H,R,3,C,N,O,H,多,肽,(,氨,基,酸,=,n,),异,硫,氰,酸,苯,酯,苯,氨,基,硫,甲,酰,多,肽,苯,乙,内,酰,硫,脲,衍,生,物,6,m,o,l,/,L,H,C,l,多,肽,(,氨,基,酸,=,n,-,1,),重,复,下,一,轮,反,应,C,S,荧,光,时间,5、 Edman反应,NH2NCHR1CNOHCHR2CNOHCHR3CNOHCH,24,一、基本概念,肽:,是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物,。,肽键：,一个Aa的-羧基与另一个氨基酸分子的-氨基缩合脱掉一分子的H,2,O而形成的化学键叫肽键（酰胺键）,第三节 肽,一、基本概念第三节 肽,25,+,-,H,OH,甘氨酰甘氨酸,肽键,+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键,26,*,两分子氨基酸缩合形成,二肽,，三分子氨基酸缩合则形成,三肽,*,多肽链：,许多Aa残基通过肽键彼此连接而成的链状多肽,*,由几个到十几个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),。,* 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽,27,氨基酸残基(residue) ：,肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而成为不完整的分子形式。,主链骨架（main chain backbone）,由许多氨基酸残基通过肽键连接而成的长链，不包括侧链R。,N末端,肽链中有游离的氨基的一端。写在肽链的左边,C末端,肽链中有游离的羧基的一端。写在肽链的右边,氨基酸残基(residue) ：肽链中的氨基酸分子因为脱水缩,28,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,N末端C末端牛核糖核酸酶,29,肽单位与二面角,肽单位（piptide unit）,是主链骨架的重复单位，C-CONHC。,肽平面：,肽单位上的六个原子都位于同一个刚性平面称肽平面。,肽单位与二面角,30,结构特点,1,、肽键具有双键性质，不能自由旋转,2,、肽单位,6,个原子位于同一个刚性平面，酰胺平面,3,、方式排布：,C=O,与,N,H,或者,C,a,C,与,C,a,N,4,、一定的键长和键角,结构特点,31,二面角：,二面角决定多肽链主链置架的构象,二面角：,32,二、,几种生物活性肽,概念,生物体内很多以游离状态存在，相对分子质量小于6000，在构象上较松弛、并且具有多种生物学功能的小肽。,二、 几种生物活性肽 概念 生物体内很多以游离状态存在,33,GSH,过氧化物酶,H,2,O,2,2GSH,2H,2,O,GSSG,GSH,还原酶,NADPH,+,H,+,NADP,+,1. 谷胱甘肽,(glutathione, GSH),GSH过氧化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSS,34,体内许多激素属寡肽或多肽,神经肽(neuropeptide),2. 多肽类激素及神经肽,体内许多激素属寡肽或多肽 神经肽(neuropeptide,35,表 一些生物活性肽的结构与功能,下丘脑分泌，促腺垂体分泌促甲状腺素,焦谷,组,脯-NH,2,促甲状腺素释放激素,胰岛,-细胞分泌的激素，调节糖代谢,H,组,丝,谷胺,甘,苏,苯丙,苏,丝,天,酪,丝,赖,酪,亮,天,丝,精,精,丙,谷胺,天,苯丙,缬,谷胺,色,亮,蛋,天胺,苏,OH,胰高血糖素（牛）,神经递质,H,精,脯,赖,脯,谷胺,苯丙,甘,亮,蛋,OH,P物质,血管疏张肽,H,精,脯,脯,甘,苯丙,丝,脯,苯丙,精,OH,血浆缓激肽（牛）,垂体后叶分泌，促进肾保留水,H,半,酪,苯丙,谷胺,天胺,半,脯,精,甘,NH,2,抗利尿激素（加压,素）,升高血压，刺激肾上腺皮质分泌醛固酮,H,天,精,缬,酪,异,组,脯,苯丙,OH,血管紧张素-II（牛）,脑内存在的抑制疼痛的阿片样肽,H,酪,甘,甘,苯丙,蛋,OH,蛋氨酸脑啡肽,生理活性,分 子 结 构,生物活性肽,S,S,表 一些生物活性肽的结构与功能下丘脑分泌，促腺垂体分泌促甲状,36,一、概述,蛋白质分子,是指蛋白质中具有完整生物功能的最小结构单位。,构象与构型,构型,是指在具有相同分子式的立体异构体中取代基团在空间的相对取向。构型的改变需要共价键的变化。,构象,是指具有相同结构式和相同构型的分子在空间里可能的多种形态。是由单键的旋转而产生的。,第四节 蛋白质的分子结构,一、概述第四节 蛋白质的分子结构,37,研究蛋白质分子构象的主要方法,X射线衍射技术,测定晶体蛋白质分子构象。,光谱技术,测定溶液中蛋白质分子构象。包括紫外光谱、荧光光谱、核磁共振。,研究蛋白质分子构象的主要方法,38,蛋白质分子的结构层次,一级结构,（ 多肽链Aa排列顺序）,二级结构,（ 多肽链主链骨架的局部空间结构）,超二级结构（二级结构单位的集合体）,结构域 （structural domain二级结构或超 二级结构形成相对独立的区域）,三级结构,（一条多肽链所有原子的空间排布）,四级结构,（ 亚基缔合而成）,蛋白质分子的结构层次,39,二、蛋白质的一级结构,(primary structure),（一）、概念,蛋白质的一级结构,是指多肽链中各种氨基酸残基的排列顺序，即氨基酸序列。,主要的化学键,肽键，有些蛋白质还包括二硫键。,二、蛋白质的一级结构(primary structure)主,40,Ser,Gly,Ile,Val,Glu,Gln,Cys,Cys,Thr,Ile,Cys,Ser,Leu,Tyr,Gln,Leu,Glu,Asn,Tyr,Cys,Asn,Phe,Val,Asn,Gln,His,Leu,Cys,Gly,Ser,His,Leu,Val,Glu,Ala,Leu,Tyr,Leu,Val,Cys,Gly,Gly,Glu,Arg,Phe,Phe,Tyr,Thr,Pro,Lys,Thr,NH,2,1,5,10,15,20,COOH,A链,NH,2,1,5,10,15,20,25,30,HOOC,B链,一级结构是蛋白质的基本结构，是空间结构的基础，是在分子水平上阐述蛋白质结构与其功能关系的基础。,SerGlyIleValGluGlnCysCysThrIle,41,（二）多肽链的氨基酸序列分析,1、测序前的准备,测定蛋白质的分子量及氨基酸组成,N端分析以确定蛋白质的多肽链数目,断裂二硫键,分离单一多肽链,2、多肽链的氨基酸序列测定和重叠组合,对多肽链进行限制性水解成小片段,Edman降解法进行小片段肽段的序列分析,对各片段序列进行比较叠加，拼出完整的 多肽序列,确定二硫键的位置,（二）多肽链的氨基酸序列分析1、测序前的准备,42,氨基酸的组成分析：,2苯、6丙、3蛋、4甘、2精、1赖、3亮、1酪、2丝、1苏、1天、1缬、1异、1组,多肽链的N端和C端的确定：,H-甘，天-OH,多肽的水解和肽段的测序：,胰蛋白酶水解：,甘-丙-丙-苏-蛋-组-酪-苯-精,甘-丙-丝-蛋-丙-亮-异-赖,苯-甘-亮-蛋-丙-缬-丝-精,亮-甘-丙-天,溴化氰水解：,甘-丙-丙-苏-蛋,组-酪-苯-精-甘-丙-丝-蛋,丙-亮-异-赖-苯-甘-亮-蛋,丙-缬-丝-精-亮-甘-丙-天,多肽段的组合叠加：,甘-丙-丙-苏-蛋-组-酪-苯-精,甘-丙-丙-苏-蛋,组-酪-苯-精-甘-丙-丝-蛋,甘-丙-丝-蛋-丙-亮-异-赖,丙-亮-异-赖-苯-甘-亮-蛋,苯-甘-亮-蛋-丙-缬-丝-精,丙-缬-丝-精-亮-甘-丙-天,亮-甘-丙-天,H-甘-丙-丙-苏-蛋-组-酪-苯-精-甘-丙-丝-蛋-丙-亮-异-赖-苯-甘-亮-蛋-丙-缬-丝-精-亮-甘-丙-天-OH,两种水解作用所得肽链的测序与组合,氨基酸的组成分析：2苯、6丙、3蛋、4甘、2精、1赖、3亮、,43,三、蛋白质二级结构(secondary structure),定义,是指多肽链主链骨架中局部空间结构，不包括侧链的构象。,-螺旋 (,-helix ),-,折叠,(,-pleated sheet ),-,转角 (,-turn ),无规卷曲 ( random coil ),二级结构的基本形式,主要化学键,氢键,三、蛋白质二级结构(secondary structure),44,1、,-,螺旋,指多肽链中肽平面通过,-,碳原子的相对旋转，沿长轴方向，按规律盘绕形成的一种紧密螺旋构象，又称,3.6,13,-,螺旋,特点,a,、沿中心轴一圈一圈地上升，形成一个螺旋式的构象。每一圈包括,3.6,个氨基酸残基，非整数，螺距0.54nm。,1、-螺旋,45,b,、两个螺旋之间形成链内氢键，羰基氧与其前第三个肽平面氨基上的氢生成氢键，氢键封闭环内有,13,个原子，,-,螺旋仅靠氢键维持。,c,、,R侧链，位于-螺旋的外侧，对螺旋的形成与稳定有较大影响。,d、有右手螺旋和左手螺旋之分，蛋白质中几乎都是右手螺旋。,b、两个螺旋之间形成链内氢键，羰基氧与其前第三个肽平面氨基上,46,2、-折叠,-折叠股：多肽链中一段较伸展的周期性折叠成的锯齿形的主链构象。,-折叠片：两条-折叠股彼此平行排列，以氢键相连，从而形成-折叠片。R基团交错伸向锯齿状结构的上下方。,有顺向平行和逆向平行两种。,2、-折叠,47,3、-转角,一条,多肽链,的主链发生180的转弯，这种回折角处就是-转角。由4个氨基酸残基构成，由第一个肽单位的,羧基碳上的氧与第三个肽单位氨基上的氢生成氢键。,型,稳定,型,不稳定,R,R,O,O,C,C,C,C,C,H,H,N,N,O,C,C,H,N,3、-转角 型 稳定RROOCCCCCHHNN,48,4、无规卷曲,主链骨架某些片段中，大多数的二面角（,、,）都不相同，其构象不规则。,4、无规卷曲 主链骨架某些片段中，大多数的二面角（、）,49,四、超,二级结构和结构域,超二级结构,在蛋白质中，相邻二级结构单位组合在一起，相互作用，从而形成有规则的二级结构集合体，充当更高层级的构件。,四、超二级结构和结构域超二级结构,50,结构域,一条长的多肽链，在超二级结构的基础上组装成,n,个相对独立的，且具有一定生物学功能的球状区域，称为结构域。,具有特定的生物学功能。,磷酸丙糖异构酶,丙酮酸激酶结构域1,结构域 磷酸丙糖异构酶丙酮酸激酶结构域1,51,五、 三级结构(tertiary structure),定义,一条多肽链，通过各种二级结构组装，借助非共价键的作用形成了紧密的球状构象，这种球状构象、就是蛋白质分子三级结构（适用于球蛋白）,广义的三级结构是指：多肽链中所有原子在三维空间中的排布。,主要的化学键,主要是疏水作用力，另外，还有氢键、盐键、配位键,五、 三级结构(tertiary structure),52,主键：肽键,副键,共价键：配位键、二硫键,非共价键,氢键,离子键,范德华引力,疏水键,维持蛋白质分子构象的化学键,主键：肽键维持蛋白质分子构象的化学键,53,牛胰核糖核酸酶,N 端,C端,肌红蛋白 (Mb),牛胰核糖核酸酶N 端 C端肌红蛋白 (Mb),54,六、四级结构,(quaternary structure),1、寡聚蛋白：,由二条或几条多肽链通过非共价键组成的蛋白质。,2、多聚蛋白：,由几十条、甚至更多多肽链聚合而成的蛋白质。,3、亚基：,蛋白质中具有独立三级结构的多肽链。,4、蛋白质四级结构：,由相同或不同的亚基（或分子）按照一定的排布方式聚合而成的聚合体。包括亚基的种类，数目、空间排布及相互作用。,5、作用力：,亚基之间的结合力主要是疏水作用力、其次是氢键和离子键等。,六、四级结构(quaternary structure),55,血红蛋白,的四级结构,血红蛋白的四级结构,56,Hb与Mb一样能可逆地与O,2,结合， Hb与O,2,结合后称为,氧合Hb,。氧合Hb占总Hb的百分数（称,百分饱和度,）随O,2,浓度变化而改变。,七、血红蛋白与肌红蛋白氧合能力,Hb与Mb一样能可逆地与O2结合， Hb与O2结合后称为氧合,57,肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线,肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线,58,蛋白质结构功能(医学)课件,59,第五节,蛋白质结构与功能关系,蛋白质特定的功能都是由其特定的构象决定的，蛋白质特定的构象又是由其一级结构决定的。,一、蛋白质的一级结构与功能关系,（一）、同功能蛋白质结构的种属差异和保守性。,同功能蛋白质,是指来源于不同生物的具有同一生物学功能的蛋白质。又称同源蛋白质。,守恒Aa残基,同功能蛋白质的一级结构中始终不变的氨基酸残基。,第五节 蛋白质结构与功能关系 蛋白质特,60,表中九种动物之间胰岛素分子一级结构中存在的氨基酸残基组成,的差异不影响胰岛素的生物活性。临床上曾经应用猪和牛的胰岛素治,疗人的糖尿病，取得了显著的疗效。,胰岛素分子中氨基酸残基的差异部分,来 源,氨基酸残基的差异部分,A8 A9 A10 B30,人 Thr Ser Ile Thr,猪 The Ser Ile Ala,狗 Thr Ser Ile Ala,兔 Thr Ser Ile Ser,牛 Ala Ser Val Ala,羊 Ala Gly Val Ala,马 Thr Gly Ile Ala,抹香鲸 Thr Ser Ile Ala,鲸 Ala Ser Thr Ala,表中九种动物之间胰岛素分子一级结构中存在的氨,61,动物体细胞色素C一级结构的进化树,图中的数字表示该类动物与其祖先相比细胞色素C一级结构氨基酸残基的差异数,动物体细胞色素C一级结构的进化树,62,（二）、一级结构变异与分子病,所谓,分子病,是指由于基因突变导致合成了异常蛋白质或丧失合成蛋白质的能力，而引起的疾病。,例：镰刀形红细胞贫血,N-val his leu thr pro ,glu, glu C(146),HbS,肽链,HbA,肽 链,N-val his leu thr pro ,val, glu C(146),（二）、一级结构变异与分子病例：镰刀形红细胞贫血N-val,63,（一）、蛋白质的变性与复性,变性,（denaturation）,在某些物理或化学因素的作用下，维系蛋白质空间结构的次级键断裂，天然构象被破坏，从而引起理化性质改变，生物学活性丧失。,二、蛋白质分子构象与功能关系,变性蛋白质的特性,1、 生物功能丧失,2、 物理性质发生了改变,3、 化学性质发生改变,（一）、蛋白质的变性与复性 二、蛋白质分子构象与功能关系,64,复性(renaturation),蛋白质的变性有些是可逆的，除去变性因素后，在适宜的条件下，变性蛋白质可以从伸展态恢复到折迭态，并恢复所有的生物活性。这种现象称之为复性。,造成变性的因素,加热、乙醇等有机溶剂、 强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等 。,变性的本质,破坏非共价键和二硫键，不改,变蛋白质的一级结构。,复性(renaturation) 造成变性的因素 加,65,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,天然状态，有催化活性 尿素、 去除尿素、非折叠,66,（二）,变构效应(,allosteric effect,),如果是促进作用则称为,正协同效应,(positive cooperativity),如果是抑制作用则称为,负协同效应,(negative cooperativity),一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后发生构象的改变，引起相邻亚基发生构象的改变，从而影响寡聚体中其它亚基与配体结合能力发生改变的现象，称为,变构,效应（协同效应cooperativity）,。,（二）变构效应(allosteric effect) 如,67,蛋白质组,(proteome),：一个组织或一个细胞中基因组所表达的全部蛋白质，或在特定条件下，一个细胞内所存在的所有蛋白质,蛋白质组学,(proteomics),研究和阐述在不同条件下，蛋白质组中全部蛋白质的结构、性质与功能，影响因素及其相互联系。,蛋白质组(proteome)：一个组织或一个细胞中基因组所表,68,一、蛋白质的两性解离和等电点,蛋白质是由氨基酸组成的，其分子中除多肽链两端的-氨基和-羧基外，侧链上还有一些可解离R基团，既有能解离出H,+,的酸性基团，又有能结合H,+,的碱性基团，因此蛋白质是多价的两性电解质。,第六节 蛋白质的理化性质,一、蛋白质的两性解离和等电点第六节 蛋白质的理化性质,69,* 蛋白质的等电点( isoelectric point, pI),当溶液处于某一,pH,值时，蛋白质分子所带正、负电荷相等，即静电荷为零，呈兼性离子状态，此时溶液的,pH,称为该,蛋白质的等电点（pI）,* 蛋白质的等电点( isoelectric point,70,电泳,在,直流电场,中，带电粒子（蛋白质分子）向相反电极移动的现象。电泳的速度和方向，取决于它所带电荷的性质、数目及蛋白质分子的大小和形状。,几种重要的蛋白质电泳,*SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,，常用于蛋白质分子量的测定。,*等电聚焦电泳,，通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白质的电泳方法。,*双向凝胶电泳,是蛋白质组学研究的重要技术。,电泳几种重要的蛋白质电泳,71,二、蛋白质的胶体性质,蛋白质是生物大分子,分子量610,3,10,6,之间，其水溶液颗粒大小已达胶粒,1100nm,范围之内，可以形成水化膜，故蛋白质具有胶体性质。,* 蛋白质胶体稳定的因素,颗粒表面电荷；水化膜,二、蛋白质的胶体性质* 蛋白质胶体稳定的因素 颗粒表面电荷,72,+,+,+,+,+,+,+,带正电荷的蛋白质,带负电荷的蛋白质,在等电点的蛋白质,水化膜,+,+,+,+,+,+,+,+,带正电荷的蛋白质,带负电荷的蛋白质,不稳定的蛋白质颗粒,酸,碱,酸,碱,溶液中蛋白质的聚沉,酸,碱,脱水作用,脱水作用,脱水作用,+带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白,73,三、蛋白质的沉淀,1、,盐折,：,高浓度的中性盐,（如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等）破坏蛋白质的胶体性质使蛋白质从水溶液中沉淀出来。,2、,有机溶剂沉淀：,可与,水混溶的有机溶剂,如乙醇、丙酮等，能破坏蛋白质颗粒的水化膜。,三、蛋白质的沉淀,74,3、,重金属沉淀：,碱性条件下，重金属离子如,Ag,+,、,Hg,2+,、,Cu,2+,、,Pb,2+,等，可与蛋白质负离子结合，形成不溶性的蛋白盐沉淀。,4,、生物碱试剂沉淀反应,：鞣酸、苦味酸、钨酸和三氯醋酸等均可使生物碱沉淀，故称为,生物碱试剂,。一般为酸性物质，可与蛋白质正离子结合，变成不溶性的盐而沉淀，条件为,pHpI。,3、 重金属沉淀：碱性条件下，重金属离子如Ag+、Hg2+,75,四、蛋白质呈色反应,蛋白质分子中的肽键及组成氨基酸的各种特殊基团可以和有关试剂呈现一定的颜色反应。可用于蛋白质的定性、定量分析。,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，呈现紫色或红色，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。,四、蛋白质呈色反应茚三酮反应(ninhydrin reac,76,五、蛋白质紫外吸收光谱特征,由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰。蛋白质的OD,280,与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。,五、蛋白质紫外吸收光谱特征由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨,77,六、蛋白质相对分子量的测定,测定蛋白质的相对分子量常用方法:,沉降速度法,凝胶过滤法,SDS,聚丙烯酰胺凝胶电泳法,六、蛋白质相对分子量的测定测定蛋白质的相对分子量常用方法:,78,（一） 凝胶过滤,(gel filtration),又称分子筛层析,层析,(chromatography),的原理,待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使待分离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的 。,（一） 凝胶过滤(gel filtration)又称分子筛层,79,凝胶过滤（gel filtration）,凝胶过滤又称分子筛层析，在层析柱内填充惰性的微孔胶粒（如交联葡聚糖），将蛋白质溶液加入柱上部后，小分子物质通过胶粒的微孔进入胶粒，向下流动的路径加长，移动缓慢；大分子物质不能或很难进入胶粒内部，通过胶粒间的空隙向下流动，其流动的路径短，,移动速度较快，从而达到按不同分子量将溶液中各组分分开的目的,凝胶过滤（gel filtration）,80,蛋白质结构功能(医学)课件,81,（二）SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,常用于蛋白质分子量的测定。,十二烷基硫酸钠,（二）SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳十二烷基硫酸钠,82,蛋白质结构功能(医学)课件,83,END,END,84,第三章蛋白质,（多选题）,第三章蛋白质（多选题）,85,一、A型题（1-32),1.使蛋白质和酶分子显示巯基的氨基酸是,A.蛋氨酸,B.胱氨酸,C.半胱氨酸,D.谷氨酸,E.赖氨酸,一、A型题（1-32),86,2.蛋白质分子引起280nm光吸收的最主要,成分是,A.肽键,B.半胱氨酸的-SH基,C.苯丙氨酸的苯环,D.色氨酸的吲哚环,E.组氨酸的咪唑环,2.蛋白质分子引起280nm光吸收的最主要,87,3.天然蛋白中,不,存在的氨基酸是,A.半胱氨酸,B.瓜氨酸,C.脯氨酸,D.蛋氨酸,E.丝氨酸,蛋白质结构功能(医学)课件,88,4.以下哪一种氨基酸,不,具备不对称碳原子,A.甘氨酸,B.丝氨酸,C.半胱氨酸,D.苏氨酸,E.丙氨酸,蛋白质结构功能(医学)课件,89,5.维系蛋白质一级结构的化学键是,A.氢键,B.肽键,C.盐键,D.疏水键,E.范德华力,5.维系蛋白质一级结构的化学键是,90,6.下列氨基酸,不,含极性侧链的是,A.丝氨酸,B.苏氨酸,C.亮氨酸,D.酪氨酸,E.半胱氨酸,6.下列氨基酸不含极性侧链的是,91,7.下列对氨基酸的叙述,错误,的是,A.赖氨酸和精氨酸都是碱性氨基酸,B.谷氨酸和天冬氨酸各含两个氨基,C.丝氨酸和酪氨酸均含羟基,D.缬氨酸和亮氨酸属支链氨基酸,E.苯丙氨酸和酪氨酸均含苯环,7.下列对氨基酸的叙述错误的是,92,8.下列含有两个羧基的氨基酸是,A.丙氨酸,B.酪氨酸,C.赖氨酸,D.甘氨酸,E.谷氨酸,8.下列含有两个羧基的氨基酸是,93,9.组成蛋白质的基本单位是,A.L-氨基酸,B.D-氨基酸,C.L-氨基酸,D.L,D-氨基酸,E.D-氨基酸,9.组成蛋白质的基本单位是,94,10.下列哪一物质不属于生物活性肽,A.胰高血糖素,B.短杆菌素S,C.催产素,D.胃泌素,E.血红素,10.下列哪一物质不属于生物活性肽,95,11.变性蛋白质的特点是,A.粘度下降,B.丧失原有的生物活性,C.颜色反应减弱,D.溶解度增加,E.不易被胃蛋白酶水解,11.变性蛋白质的特点是,96,12.蛋白质变性是由于,A.蛋白质一级结构改变,B.蛋白质空间构象的改变,C.辅基的脱落,D.蛋白质水解,E.以上都不是,12.蛋白质变性是由于,97,13.下列有关蛋白质片层结构的叙述正确,的是,A.主链骨架呈锯齿状,B.两个相邻的肽平面呈折纸状,C.片层结构是一种较伸展的肽链结构,D.若干矩齿状肽链骨架平行或反平行排,列，链间靠氢键维系,E.以上都正确,13.下列有关蛋白质片层结构的叙述正确,98,14.可用于蛋白质定量的测定方法有,A.双缩脲法,B.紫外吸收法,C.Folin酚试剂法,D.凯氏定氮法,E.以上都可以,14.可用于蛋白质定量的测定方法有,99,15.蛋白质多肽链具有的方向性是,A.从,3,端到,5,端,B.从,5,端到3端,C.从,C,端到,N,端,D.从,N,端到,C,端,E.以上都不是,15.蛋白质多肽链具有的方向性是,100,16.血浆蛋白质的pI大多为pH5-6，它们在血液中的主要存在形式是,A.兼性离子,B.带负电荷,C.带正电荷,D.非极性分子,E.疏水分子,16.血浆蛋白质的pI大多为pH5-6，它们在血液中的主要存,101,17.蛋白质分子中的螺旋和片层都属于,A.一级结构,B.二级结构,C.三级结构,D.域结构,E.四级结构,17.蛋白质分子中的螺旋和片层都属于,102,18.螺旋每上升一圈相当于氨基酸残,基的个数是,A.4.5,B.3.6,C.3.0,D.2.7,E.2.5,18.螺旋每上升一圈相当于氨基酸残,103,19. 维持蛋白质二级结构的主要化学键是,A.疏水键,B.盐键,C.肽键,D.氢键,E.二硫键,19. 维持蛋白质二级结构的主要化学键是,104,20.关于蛋白质分子三级结构的描述，其中错,误的是,A.具有三级结构的多肽链都具有生物学活性,B.天然蛋白质分子均有这种结构,C.三级结构的稳定性主要是次级键维系,D.亲水基团多聚集在三级结构的表面,E.决定盘曲折叠的因素是氨基酸残基,20.关于蛋白质分子三级结构的描述，其中错,105,21.在生理pH 下，下列哪一种是带正电荷,的氨基酸,A.半胱氨酸,B.谷氨酸,C.赖氨酸,D.色氨酸,E.缬氨酸,21.在生理pH 下，下列哪一种是带正电荷,106,22.蛋白质的一级结构及高级结构决定于,A.亚基,B.分子中盐键,C.氨基酸组成和顺序,D.分子内部疏水键,E.分子中氢键,22.蛋白质的一级结构及高级结构决定于,107,23.蛋白质溶液的稳定因素是,A.蛋白质溶液的粘度大,B.蛋白质在溶液中有布朗运动,C.蛋白质分子表面带有水化膜和同种电荷,D.蛋白质溶液有分子扩散现象,E.蛋白质分子带有电荷,23.蛋白质溶液的稳定因素是,108,24.有关血红蛋白(Hb)和肌红蛋白(Mb),的叙述,不,正确的是,A.都可以和氧结合,B.Hb和Mb都含铁,C.都是含辅基的结合蛋白,D.都具有四级结构形式,E.都属于色蛋白类,24.有关血红蛋白(Hb)和肌红蛋白(Mb),109,25.下面哪一种氨基酸是前体掺入多肽后,才合成的,A.脯氨酸,B.赖氨酸,C.羟脯氨酸,D.谷氨酸,E.丝氨酸,25.下面哪一种氨基酸是前体掺入多肽后,110,26.有一蛋白质水解产物在pH 6用阳离子,交换柱层析时，第一个被洗脱下来的,氨基酸是,A.Val(pI5.96),B.Lys(pI9.74),C.Asp(pI2.77),D.Arg(pI10.76),E.Tyr(pI5.66),26.有一蛋白质水解产物在pH 6用阳离子,111,27.经测定，一血清标本的含氮量为10g/L ，,那么，蛋白质的浓度是多少,A. 52.5g/L,B. 57.5g/L,C. 62.5g/L,D. 67.5g/L,E. 72.5g/L,27.经测定，一血清标本的含氮量为10g/L ，,112,二、B型选择题(33-52),A.碱性氨基酸,B.亚氨基酸,C.芳香族氨基酸,D.含硫氨基酸,E.含羟基氨基酸,33.脯氨酸,34.色氨酸,35.蛋氨酸,36.丝氨酸,37.组氨酸,二、B型选择题(33-52),113,A一级结构,B二级结构,C三级结构,D四级结构,E超二级结构,38.蛋白质变性，何结构未破坏,39.亚基具有几级结构,40.有活性的血红蛋白,A一级结构,114,A.凝胶过滤,B.离子交换层析,C.亲和层析,D.超速离心,E.聚丙烯酰胺凝胶电泳,41.根据蛋白质的密度与形态来分离蛋白质,42.根据蛋白质的生物学特性来分离蛋白质,43.根据蛋白质分子量和所携带的电量来分,离蛋白质,A.凝胶过滤,115,A.胰蛋白酶,B.8mol/L 尿素,C.溴化氰,D.2-巯基乙醇,E.过甲酸,44.削弱或断裂氢键,45.还原二硫键,46.水解赖氨酸或精氨酸羧基侧肽键,A.胰蛋白酶,116,A.盐键,B.二硫键,C.肽键,D.疏水键,E. 3,5,-,磷酸二酯键,47.连接蛋白质一级结构的键为,48.连接核酸一级结构的键为,49.在蛋白质分子中谷氨酸和精氨酸侧,链之间可形成,A.盐键,117,A.-巯基乙醇,B.盐酸胍,C.碘乙酸,D.SDS,E.以上都不是,50.能与蛋白质半胱氨酸的-SH反应生成羧甲基,衍生物的是,51.使蛋白质亚基解聚和变性但不向蛋白质分子,中引入负电荷的是,52.SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测定蛋白质分子量,时可用作去污剂的是,A.-巯基乙醇,118,第七节蛋白质组与蛋白质组学,蛋白质组,(proteome),：一个组织或一个细胞中基因组所表达的全部蛋白质，或在特定条件下，一个细胞内所存在的所有蛋白质,蛋白质组与基因组的差别：,基因组：,代表一个生物细胞内的全部基因和染色体的核苷酸组成。同一个体的所有体细胞均具有均一的基因组，不受机体状态的影响。,第七节蛋白质组与蛋白质组学蛋白质组(proteome)：一,119,不能从基因组简单地推导出一个细胞的蛋白质组组成，这是因为：,细胞不是对所有的基因同时表达；表达的基因因为表达的mRNA不同，可以翻译出不同的蛋白；同一蛋白质前体经不同的剪接表现出不同的蛋白质；同一种蛋白质在不同的代谢调节条件下可以表现出不同的构象和不同的修饰。,同一个体的不同发育期因基因的开关，同一组织或细胞中的蛋白质组组成不同；同一生长时期的不同组织的细胞中基因表达不同，产生具有不同的蛋白质组；不同的生理状况不同的基因表达出不同的蛋白质组组成；不同的病理条件下不同的基因开放而表达出不同的蛋白质组；环境因素均可影响细胞内蛋白质组的组成。,不能从基因组简单地推导出一个细胞的蛋白质组组成，这是因为,120,蛋白质组学,(proteomics),研究和阐述在不同条件下，蛋白质组中全部蛋白质的结构、性质与功能，影响因素及其相互联系。,生理功能蛋白质组学（,functional proteomics,）,结构蛋白质组学,(structural proteomics),亚细胞结构蛋白质组学,(subcellular proteomics),疾病的蛋白质组学（,disease proteomics,）,蛋白质组学(proteomics) 生理功能蛋白质组学（fu,121,第八节 蛋白质的分离和纯化,一、透析及超滤法,* 透析(dialysis),利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。,* 超滤法,应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的。,第八节 蛋白质的分离和纯化一、透析及超滤法* 透析(dia,122,二、丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀,*,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。,*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。,二、丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀 *使用丙酮沉淀时，必须,123,*,免疫沉淀法：,将某一纯化蛋白质免疫动物可获得抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗体识别相应的抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质，可从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白。,* 免疫沉淀法：将某一纯化蛋白质免疫动物可获得抗该蛋白的特异,124,三、电泳,蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术, 称为,电泳,(elctrophoresis),。,根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝胶电泳等。,三、电泳蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的颗粒，在电场,125,几种重要的蛋白质电泳,*SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,，常用于蛋白质分子量的测定。,*等电聚焦电泳,，通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白质的电泳方法。,*双向凝胶电泳,是蛋白质组学研究的重要技术。,几种重要的蛋白质电泳,126,四、层析,层析,(chromatography),分离蛋白质的原理,待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使待分离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的 。,四、层析层析(chromatography)分离蛋白质的原理,127,蛋白质分离常用的层析方法,* 离子交换层析：,利用各蛋白质的电荷量及性质不同进行分离。,* 凝胶过滤,(gel filtration),又称分子筛层析，,利用,各,蛋白质分子大小不同分离。,蛋白质分离常用的层析方法,128,蛋白质结构功能(医学)课件,129,蛋白质结构功能(医学)课件,130,五、超速离心,* 超速离心法,(ultracentrifugation),既可以用来分离纯化蛋白质也可以用作测定蛋白质的分子量。,*蛋白质在离心场中的行为用,沉降系数(sedimentation coefficient, S),表示,沉降系数与蛋白质的密度和形状相关 。,五、超速离心* 超速离心法(ultracentrifugat,131,因为沉降系数S大体上和分子量成正比关系，故可应用超速离心法测定蛋白质分子量，但对分子形状的高度不对称的大多数纤维状蛋白质不适用。,因为沉降系数S大体上和分子量成正比关系，故可应用超速离心法测,132,思考题,1、氨基酸有何共同的结构特点？,2、什么是氨基酸的等电点？,3、蛋白质各级结构的概念及维持各种结构的化学键,4、蛋白质的一级结构、高级结构及功能的关系,5、什么是蛋白质的变性,思考题1、氨基酸有何共同的结构特点？,133,蛋白质结构功能(医学)课件,134,