生物化学 蛋白质组成与结构

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,1,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一章 蛋白质的结构,与功能,如果把,DNA,比作我们生命的总导演的话，,那么,蛋白质就是我们生命舞台上的演员,！,本章,提纲,：,蛋白质的概念和生理功能,蛋白质的分子组成,蛋白质的结构,蛋白质的功能,蛋白质的性质,蛋白质的分类,什么是蛋白质,?,蛋白质,(protein),是由,氨基酸,(amino acids),构成的具有,特定空间结构,的大分子有机物。,6,机体的结构蛋白：,毛发、皮肤、肌肉、骨骼、内脏、大脑、血液、神经、内分泌,蛋白质在生命中的重要性,“生命是蛋白质的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白质的化学组成部分的不断的自我更新。”,可以看出，第一，,蛋白质是生命的物质基础,；第二，生命是物质运动的特殊形式，是蛋白质的存在方式；第三，这种存在方式的本质就是蛋白质与其外部自然界不断的新陈代谢。,生老病死，万物轮回,(,蛋白质层次,),生（诞生、生长） ：,在蛋白质（酶）控制（催化）下的老细胞计划性凋亡和新细胞的再生,（细胞新陈代谢）,、活细胞,物质的代谢,。,老？,蛋白质功能的普遍衰退。,病？,个别蛋白质的功能障碍,死？,蛋白质功能的全部停止,分解。,蛋白质的生理功能,蛋白质,是,构成组织细胞的最基本物质,身体的生长发育、衰老组织的更新、损伤组织的修复，都需要用蛋白质作为机体最重要的,“,建筑材料,”,年轻人的表皮,28,天更新一次,；,胃黏膜两三天就要全部更新,。,蛋白质,是生命活动的物质基础,蛋白质的生理功能,载体蛋白,在体内运载各种物质,白蛋白,调节渗透压、维持体液平衡,维持体液的酸碱平衡,强酸性,:,蛋黄、乳酪、白糖、西点、柿子、乌鱼子、柴鱼等中酸性,:,火腿、鸡肉、鲔鱼、猪肉、鳗鱼、牛肉、面包、小麦、奶油、马肉等。,弱酸性,:,白米、花生、啤酒、油炸豆腐、海苔、文蛤、章鱼、泥鳅等。,弱碱性,:,红豆、萝卜、苹果、甘蓝菜、豆腐等。,中碱性,:,萝卜干、大豆、胡萝卜、番茄、香蕉、橘子、番瓜、草莓、梅干、柠檬、菠菜等。,强碱性,:,葡萄、茶叶、海带、天然绿藻类。,免疫蛋白,白细胞、淋巴细胞、巨噬细胞、抗体、补体、干扰素等,酶,催化和调节功能,激素,调节体内各器官的生理活性,胶原蛋白,构成身体骨架,蛋白质的生理功能,供给能量,蛋白质,胃蛋白酶,多肽,胰酶,肠激酶,(+),寡肽,(,氨基酸,),氨基酸,氨基肽酶,二肽酶,蛋白质的消化,一、蛋白质的元素组成,二、蛋白质的分子组成,-,氨基酸,三、氨基酸的分类,第一节 蛋白质的化学组成,一、蛋白质的元素组成,蛋白质的组成元素必,含,C、H、O、N,，有些含有,S，,还有些蛋白质含有金属离子,Fe、Zn、Ca,等，个别含,P,、,I,。,这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：,碳,50-55,氢,6-7,氧,19-24,氮,13-19%,硫,0-4, 其他 微 量,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，就可以推算出蛋白质的大致含量。,蛋白质元素组成的特点,知识点,1,蛋白质,氮,蛋白质,氮,肌动蛋白（兔肌肉）,16.7,谷蛋白（小麦）,17.6,清蛋白（牛血）,16.07,血红蛋白（马）,16.8,清蛋白（鸡蛋白）,15.9,胰岛素,A（,牛肉）,15.88,-,淀粉酶,16.23,-,乳球蛋白（牛乳）,15.64,抗生物素蛋白（鸡蛋白）,14.80,溶菌酶（鸡蛋白）,18.80,全酪蛋白（牛乳）,15.63,肌球蛋白（兔肌肉）,16.70,胶原（蛋白）（牛皮）,18.70,木瓜蛋白酶（木瓜）,17.15,伴清蛋白（鸡蛋白）,16.6,玉米醇溶蛋白（玉米）,16.2,白明胶（小牛皮）,18.1,色氨酸合成酶,17.5,麦醇溶蛋白（小麦）,17.66,胰蛋白酶（牛胰）,16.95,球蛋白（南瓜籽）,18.55,一些蛋白质的含氮量（,g/100g）,无论蛋白质来源如何，其含氮量都约为16%，取其倒数6.25，称为,蛋白质换算系数,。,它是通过氮元素含量分析测定蛋白质大致含量的依据。,粗蛋白质,(g,）=氮元素含量（,g,）,凯氏定氮法,（,Kjeldahl）,测定化合物或混合物中,总氮,量的一种方法。即在有催化剂的条件下，用浓硫酸消化样品将,有机氮,都转变成无机铵盐，然后在碱性条件下将铵盐转化为氨，随水蒸气蒸馏出来并为过量的硼酸液吸收，再以标准盐酸滴定，就可计算出样品中的氮量。由于蛋白质含氮量比较恒定，可由其氮量计算蛋白质含量，故此法是经典的蛋白质定量方法。,凯氏定氮法,合格奶粉每,100g,中含蛋白质约,18g,。现测定某奶粉每,100g,中,N,元素的质量为,2g,，通过计算判断该奶粉是否合格？,计算题：,二、蛋白质的基本组成单位,氨基酸,蛋白质,氨基酸,强酸、强碱、蛋白水解酶,知识点,氨基酸,（,amino acid,）：含有氨基和羧基的一类有机化合物的通称。,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。,1.,氨基酸的,结构特点,结构通式：,与羧基相邻的,-,碳原子上都有一个氨基，因而称为,-,氨基酸。,氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是解离成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化,(-NH3,+,),形式存在，羧基是以解离状态,(-COO,-,),存在。,-,氨基酸的通式,三、氨基酸的分类,按,极性分类：,非极性疏水性氨基酸,(非极性R基氨基酸),极性中性氨基酸,(不带电荷的极性R基氨基酸),酸性氨基酸,（含有两个羧基）,碱性氨基酸,（含有两个以上氨基）,甘氨酸,glycine Gly G,丙氨酸,alanine Ala A,缬氨酸,valine Val V,亮氨酸,leucine Leu L,异亮氨酸,isoleucine Ile I,苯丙氨酸,phenylalanine Phe F,脯氨酸,proline Pro P,非极性疏水性氨基酸,天冬氨酸,aspartic acid Asp D,谷氨酸,glutamic acid Glu E,赖氨酸,lysine Lys K,精氨酸,arginine Arg R,组氨酸,histidine His H,3. 酸性氨基酸,（带负电荷）,4. 碱性氨基酸,（带正电荷）,按,R,侧链的结构分类：,脂肪族氨基酸,芳香族氨基酸,杂环族氨基酸,芳香族氨基酸,苯丙氨酸 （,Phe,F,）,酪氨酸 （,Tyr,Y,）,色氨酸,（,Trg,W,）,杂环氨基酸,组氨酸 （,His,H,）,脯氨酸 （,Pro,P,）,Company Logo,按,营养学角度分类：,必需氨基酸：,机体不能合成、必需从食物中摄取：苯丙、蛋、赖、苏、色、亮、异亮、缬氨酸（蛋白质的营养价值，取决于其含必需氨基酸种类及含量的多少）,半必需氨基酸,：机体虽能合成，但不能满足正常的需要。需要量随年龄增加而下降。（精、组氨酸，幼儿为必须）,非必需氨基酸,：体内可合成，不需从食物中获得氨基酸（酪、丙、半、丝、甘、,天、谷氨（酰胺）,、脯）,Company Logo,人体中必需的八种氨基酸记忆口诀,苯丙氨酸、甲硫氨酸（蛋氨酸）、赖氨酸、苏氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸,笨蛋来宿舍晾一晾鞋,Company Logo,Company Logo,氨基酸模式,(amino acid pattern),：是蛋白质中各种必需氨基酸的构成比例。计算方法是将该种蛋白质中的,色氨酸,含量定,为,l,，分别计算出其它必需氨基酸的相应比值，这一系列的比值就是该种蛋白质氨基酸模式。食物蛋白质氨基酸模式与人体蛋白质越接近时，必需氨基酸利用程度越高，食物蛋白质营养价值也相对越高。,Company Logo,完全蛋白质：,含必需氨基酸的种类齐全，数量充足，比例合适。在膳食中用这类蛋白质作为唯一的蛋白质来源时，可以维持成年人健康，并可促进儿童的正常生长发育，完全蛋白质是一种高质量的蛋白质，如乳类、蛋类以及瘦肉和大豆中的蛋白质均属于这种完全蛋白质。,Company Logo,半完全蛋白质：,所含的必需氨基酸种类不够齐全，数量多少不均，比例不太合适。食之虽然健康有益，但不够理想。如果将半完全蛋白质在膳食中作为唯一的蛋白质来源时，可以维持生命，但不能促进生长发育。属于半完全蛋白质的食物如米、面粉、土豆、干果中的蛋白质等。,Company Logo,不完全蛋白质：,这类蛋白质中缺少若干种必需氨基酸，更谈不上合适的比例。如果膳食中用这类蛋白质作为唯一的蛋白质来源时，既不能维持生命，更不能促进生长发育。如玉米、豌豆、肉皮、蹄筋中的蛋白质均属于不完全蛋白质。,Company Logo,蛋白质的互补作用,医药工业,氨基酸输液,必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸,半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是幼儿所必需的。,氨基酸的用,途,治疗药剂,精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇有效果；,天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。,半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于治疗秃发症；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等；,组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，心功能不全等疾病的治疗,食品工业,营养强化剂；,谷氨酸钠味精；,天冬氨酸钠：可用于清凉饮料，能增加清凉感并使香味浓厚爽口；,天冬氨酰苯丙氨酸甲酯,-,甜味素（阿斯巴甜）,味精的是非 ？,“,中国餐馆症候群”,从头到上肢有麻木感和全身倦怠的特定症状等。,WHO,用双盲法进行了严密的检查。其结果是，摄取了,3,克味精的人群未发现任何症状。,一般每人每日摄入量以不超过,6,克为宜，过多可使血液中谷氨酸钠含量增高，引起短时的头痛、心跳加快、恶心、口干等症状。,由于味精在,155,时可生成焦谷氨酸钠而失去鲜味，并产生毒性。,化妆品工业,氨基酸能调节皮肤,pH,的变动，对细菌的防护作用，也可作为皮肤、毛发的营养成分，增加皮肤、毛发的光泽。,防止皮肤干燥的自然保湿因子的主要成分是甘氨酸、羟基丁氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、丝氨酸等游离氨基酸。,在化妆品中添加天冬氨酸或其衍生物以及一些维生素，可防止皮肤老化。,第二节 蛋白质的分子结构,蛋白质的分子结构包括,一级结构 基本结构,二级结构,三级结构,四级结构,空间结构,（高级结构）,一、蛋白质的一级结构,：,1,、肽键：,2,、肽,3,、一级结构,一个氨基酸的,-,羧基,与,另一个氨基,酸的,-,氨基,脱水,缩合,所形成的,化学键。,知识点,1,、,肽键,+,-,H,2,O,肽键,2,、,肽（肽链）,是,氨基酸,通过,肽键,连接而,成的化合物,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,由十个以内氨基酸相连而成的肽称为,寡肽,，由更多的氨基酸相连形成的肽称,多肽,。,组成多肽的氨基酸单元称为,氨基酸残基,。,通常在肽链的一端含有一个游离的氨基，称为氨基端或,N-,端；在另一端含有一个游离的羧基，称为羧基端或,C-,端。,肽链简式：,N,末端，写在左侧,C,末端，写在右侧,肽链中顺序编号从,N,端开始,Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu,谷胱甘肽,(glutathione, GSH),重要的多肽,体内许多激素属寡肽或多肽,多肽类激素及神经肽,脑啡肽：,为五肽，具有镇痛作用，它们在中枢神经系统中形成，是体内自己产生的一类鸦片剂。,Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu,催产素与加压素,：,均为九肽，分子中含有一对二硫键，两者结构类似。前者第八位为,Leu,，后者为,Arg,。前者可刺激子宫的收缩，促进分娩。后者可促进小动脉收缩，使血压升高，也有抗利尿作用，参与水、盐代谢的调节,。,蛋白质与多肽的区别：,氨基酸数目？,稳定的空间结构？,100,蛋白质,100,多肽,不稳定的空间结构,多肽,稳定的空间结构,蛋白质,3,、一级结构,(,稳定,),1969年国际纯粹与应用化学联合会（,IUPAC）,的定义为：,一级结构：蛋白质肽链中氨基酸的排列顺序。,例,:,牛胰岛素的一级结构,半胱氨酸,+,胱氨酸,二硫键,-,H,H,弗雷德里克,桑格（,Frederick Sanger,是一位英国生物化学家，曾经在,1958,年及,1980,年,两度获得诺贝尔化学奖,，更关键的是，两次获奖理由都可归结为：测序。,1958,：,Sanger,发明酶法测定人胰岛素序列，从而确定胰岛素的分子结构，开创了蛋白质测序的领域。,1980,：,Sanger,荣获诺贝尔化学奖。,Sanger,法后来成为主流，并用于人类基因组计划（,HGP,）的测序。,作用：,是蛋白质空间结构和生物学功能（生理功能）的基础。,定义：,蛋白质中氨基酸 的排列顺序。包含了氨基酸的数目、种类以及氨基酸的顺序。,主要的化学键：,肽键，有些蛋白质还包括二硫键。,一级结构要点,知识点,二、蛋白质的二级结构,二、蛋白质的二级结构,定义 ：,多肽主链的局部折叠片段，即蛋白质分子中某一肽链的局部空间结构。,主要的化学键：,氢键,-,螺旋,(,最常见,),-,折叠,-,转角,无规卷曲,蛋白质二级结构的形式,肽平面,参与肽键的,6,个原子共处于同一平面,称为肽平面。,（一）,-,螺旋,蛋白质肽链骨架围绕一个轴形成的构象。,-,螺旋,结构要点,:,主链骨架：主链围绕中心轴呈顺时针螺旋上升，形成,右手螺旋,。,侧链：,侧链伸向螺旋外侧,。,每圈螺旋含,个氨基酸,，螺距为。,氢键,：肽键中的羰基,O,和氨基,H,之间形成氢键，氢键与螺旋长轴基本平行。,（二）,-,折叠,-,折叠,结构要点,:,主链骨架：主链比较伸展，折叠成锯齿状。,侧链：,侧链基团伸展在,-,折叠的上方或下方,。,折叠组成：,1,个,-,折叠可以由两条以上的,-,链组成，两条链走向可以相同也可以相反,。,氢键：,在两个肽链之间通过氢键形成,。,（三）,-,转角,-,转角,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。,（四）无规卷曲,无规卷曲,：没有确定规律性的那,部分肽链结构,-,螺旋,-,折叠,-,转角,无规卷曲,蚕 丝 蛋 白,胶 原 蛋 白,主要的化学键：肽键间的氢键,二级结构要点,知识点,主要形式：,-,螺旋、,-,折叠、,-,转角、无规 卷曲。,三、三级结构,（,Tertiary Structure）,是指蛋白质分子在一、二级结构基础上，进一步盘曲折叠，形成特定的近似球状的结构。,88,蚓激酶蛋白质三维结构,肌红蛋白三级结构,醇脱氢酶三级结构,四、四级结构,（,Quaternary Structure）,有些蛋白质分子是由两个或两以上的有三级结构的多肽链（亚基）组成的。蛋白质四级结构是指蛋白质分子中亚基与亚基间的立体排布。,血红蛋白有四级结构,肌红蛋白无四级结构,蛋白质的四级结构,定义：,四级结构是指由两个或两个以上具有三级结构的,多肽链,按一定方式聚合而成的特定结构。,(,各个,亚基,间的空间排布和相互作用,）,其中每条多肽链称为亚基。,知识点,亚基,(subunit),：就是指参与构成蛋白质四级结构的、每条具有三级结构的多肽链，单独存在时,一般无生物学活性,。,亚基可以相同或不同,.,血红蛋白的空间结构,第三节 蛋白质结构与功能的关系,蛋白质一级结构是空间结构的基础,蛋白质的空间结构决定其生理功能,一级结构相似的蛋白质具有相似的,空间结构与生理功能,分子病,指蛋白质分子一级结构（,AA,排列顺序）与正常蛋白质不同而发生的一种遗传病,(,基因突变造成的,),。,例：镰刀形细胞性贫血病,病因：,血红蛋白,AA,顺序的改变,蛋白质一级结构改变导致分子病,蛋白质空间结构改变导致构象病,蛋白质构象疾病,：,蛋白质的折叠错误,蛋白质的空间结构发生改变（尽管其一级结构不变） 影响其功能 导致疾病发生。,阿尔茨海默病,1.,蛋白质的两性解离,2.,蛋白质的胶体性质,3.,蛋白质的变性,4.,蛋白质的沉淀,第四节 蛋白质的理化性质,1,、蛋白质的两性电离,蛋白质分子两端的氨基和羧基可解离，在一定的溶液,pH,条件下可解离成带负电荷或正电荷的基团。,氨基电离得到阳离子（正电）,羧基电离得到阴离子（负电）,氨基与羧基同时电离得到两性离子（中性）,在同一环境下，只能选择一种电离方式,（,1,）蛋白质的等电点,(pI),在某一,pH,条件下，蛋白质解离成正、负离子的数量相等，静电荷为零，此时的,pH,称为蛋白质的等电点。,蛋白质在等电点的溶液中溶解度最小,PH,PI,负,PHPI,PH=PI,两性,正,某一蛋白质在水中发现带负电，请问下列那个可能是该,蛋白质的等电点,A,：,7,B,：,C,：,10,D,：,（,2,）电泳,:,带电颗粒在电场的作用下，向着与其电性相反的电极移动，称为电泳。,正极,负极,带负电粒子,带正电粒子,3.,有一混合蛋白质溶液，各种蛋白质的,pI,为、，电泳时欲使其中四种泳向正极，缓冲液的,pH,应该是多少,?,A. 4.0,B. 5.0,C. 6.0,D. 7.0,蛋白质属于生物大分子,分子量介于一万到百万之间，体积较大，已达到胶粒范围（,1-100nm,）。,2.,蛋白质的胶体性质,特点：,不能透过半透膜,透析,：利用蛋白质不能透过半透膜，,而小分子杂质可以透过半透膜的性质，,来去除蛋白质中小分子杂质的方法,3,、蛋白质的,变性,?,3,、蛋白质的变性,(denaturation),定义：,在某些,物理,和,化学,因素作用下，蛋白质分子,空间结构,被破坏，,生物活性,丧失，,理化性质,改变的现象。,知识点,次级键,断裂,空间结构,被破坏,理化性质改变,生物学活性丧失,溶解度下降,易被酶水解,粘度增加,如：酶失去催化活性,激素失去调节功能,引起变性原因,变性本质,变性结果,蛋白变性,理化因素,临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。（细菌病毒的蛋白质变性失去活性）。,此外,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗、血清、抗原、酶等）的必要条件。,蛋白质变性的应用,豆腐是大豆蛋白质的浓溶液加热加盐而成的变性蛋白凝固体。,急救重金属盐中毒时，可给患者吃大量乳品或蛋清，其目的是：使乳品或蛋清中的蛋白质在消化道中与重金属离子结合成不溶解的变性蛋白质，从而阻止重金属离子被吸入体内，最后设法将沉淀物从肠胃中洗出。,蛋白质的沉淀,(,precipitation),蛋白质所形成的亲水胶体颗粒具有两种稳定因素，即颗粒表面的水化层和电荷。然而除掉这两个稳定因素,(,如调节溶液,pH,至等电点和加入脱水剂,),蛋白质便容易凝集析出,。,变性的蛋白质容易沉淀，但沉淀的蛋白质不一定变性,（如盐析）,。,蛋白质沉淀,1,、盐析法,4,、有机溶剂沉淀,3,、生物碱试剂沉淀,2,、重金属盐沉淀,5,、加热,变性,不变性,+,+,+,+,+,+,+,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,酸,碱,脱水 作用,溶液中蛋白质的聚沉,脱水 作用,脱水 作用,本 章 梳 理,组成蛋白质的元素,蛋白质元素组成的特点,氨基酸的分类,二十种氨基酸的结构、,分类及理化性质,几种重要氨基酸,等电点,重要的多肽,GSH,N,结构特点影响因素,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,-,螺旋,(,-helix ),-,折叠,(,-pleated sheet ),-,转角,(,-turn ),无规卷曲,( random coil ),蛋白质的分子结构,定义、特点 稳定因素,一级结构是空间构象的基础,一级结构与功能的关系,核糖核酸酶（,RNase),HbS,、胰岛素、分子病,蛋白质结构与功能的关系,蛋白质空间结构与功能的关系,变构效应,蛋白质的变性,蛋白质的理化性质,定义、变性因素、实质、 结果,4.,下列关于蛋白质结构叙述中，不正确的是,A.,一级结构是二、三级结构的基础,B.,二、三级结构决定四级结构,C.,三级结构即具有特定空间构象,D.,无规卷曲是在一级结构上形成的,螺旋又称为二级结构,7.,蛋白质的一级结构及高级结构主要决定于,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,蛋白质分子各级结构的特征及意义比较表,结构层次,含义,维系力,结构特征,一级,AA,的排列顺序,肽 键,线 性,二级,多肽链主链的局部空间结构。,氢 键,-,螺旋、,-,折叠，,-,转角、无规卷曲,模序,三级,全链的空间构象,氢键 离子键,疏水键、,二硫键分子间作用力,球状、 纤维状,四级,多亚基缔合的空间构象。,疏水键、,氢键,，,离子键,， 分子间作用力,球 状,习题：,1,、蛋白质结构与功能的关系？,2,、简述蛋白质的各级关系。,3,、什么是蛋白质变性？变性有何,临床应用？,