02第二讲蛋白质结构与功能(一)剖析课件

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,*,上堂课复习：,如何理解蛋白质工程？其研究体系的主线是什么？,蛋白质工程诞生和标志？,1983年，美国GENE公司Dr.UlmerScience发表了,“,Peotein engineering,”专论，标志“-”诞生了,蛋白质工程和基因工程的关键区别？,阐述蛋白质工程的理论基础与基本设计原理。,蛋白质工程基本途径和主要操作程序。,第二讲 蛋白质的结构和功能（一）,按预期的结构和功能,设计、新型蛋白质,基因修饰或基因合成,定向改造蛋白质,空间三维结构,结构与功能关系,基 础,符合需要,性能优良,功能强大,蛋白质工程,天然蛋白质,新型蛋白质,蓝 图,生命活动的基础,蛋白质：生命活动的执行者，如：新陈代谢、生长繁殖（生老病死）,造福人类,结构决定功能结构和功能关系蛋白质工程的重要研究,内容,和,基础,第一节 蛋白质组成和基本结构,蛋白质：,-氨基酸按一定顺序，以肽键链接形成的、具有一定,空间结构,、执行,生物功能,的高分子化合物或,生物大分子,。天然,20种 L型,-氨基酸,是生命活动的重要的物质基础,。,功能：,结构与支架，运动，防御和保护，催化，调节，运输，信息传递等,蛋白质类别,（性状、结构和溶解度）,纤维状蛋白质：胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白、丝蛋白、血纤蛋白等,球状蛋白质：大多数蛋白（免疫球蛋白、多种酶蛋白、转铁蛋白apoTF运铁机制）,膜蛋白质：跨膜蛋白、膜内蛋白、锚定蛋白等,蛋白质多样性,：组成、多层次结构和结构单元、空间构象,（复杂性和多样性）,20种 L型,-氨基酸,组成的天然蛋白质,结构多样性是功能多样性基础,揭示蛋白质结构和功能关系，,阐明生命活动的基础,-淀粉酶的蛋白质立体结构图,蛋白质的应用,纺织,洗涤酶制剂：蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶过氧化物酶,食品,（焙烤酶制剂，增加面包体积改善面团性质和瓤结构）,酿酒饲料造纸医药农业（应用广泛）,例：聚,-谷基酸：,水凝胶,、,絮凝剂,、重金属,吸附剂,、饲料,添加剂,、骨质疏松,预防药物,、医用,生物粘合剂,、,酶固定剂、防冻剂,、生物,可降解的塑料。,例：聚天冬氨酸：,冷却水处理系统的,水垢处理,剂、环境温和的,去垢剂,、金属,抗腐蚀剂,、矿浆,液化剂,、皮革,鞣制剂,、化妆品,添加剂,。,人工合成，已经大规模生产,如：重组集落刺激因子（CSF）、促红细胞生成素（EPO）、白细胞介素（IL）、,干扰素、生长激素等,元素,比例（%）,C,5055,H,67,O,1924,N,1319,（16）,S,04,P、Fe、Zn、Cu、Mn、Co、Mo,样品中蛋白质,含量,估算=样品中,含氮量,6.25,凯氏定氮,一、蛋白质的分子组成,1、蛋白质元素组成,磷脂蛋白,2、蛋白质的基本单位（？）,-氨基酸,氨基酸,蛋白质分子,基本化学单位,常见20种,L-,-AA,氨基酸机构通式,1、氨基酸包括：,天然,蛋白质,氨基酸、,非天然蛋白质氨基酸,2、组成蛋白质氨基酸,20种L型氨基酸,名称及简写符号（三字母和单字母）,3、基本结构（手性分子）,非天然蛋白质氨基酸：,不参与构成蛋白质的氨基酸，约150种，包括,一些是D-氨基酸或、-氨基酸。,一些氨基酸是重要的代谢物前体或中间产物，如：,瓜氨酸,和,鸟氨酸,是合成,精氨酸,的中间产物，,-,丙氨酸是是泛酸，辅酶A前体等的前体,-氨基丁酸,是神经传递的化学介质,非极性,中性,氨基酸,：R基,不带电荷,或 极性极微弱，具有,疏水性,（9种）,甘氨酸、,丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸。,极性,中性,氨基酸,：R基 极性,亲水,，但不解离或极弱解离,（6种）,丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨,酰胺,、天门冬,酰胺,。,含有,羟基、巯基和酰胺基,等。,酸性氨基酸,：R,基 极性 解离,，水溶液中呈酸性，,带,负,电荷,，,亲水,性强。（2种）,天门冬氨酸、谷氨酸,。,（羧基）,碱性氨基酸,：R基,极性 解离,，水溶液中显碱性，,带,正,电荷,，,亲水,性强。（3种）,组氨酸、赖氨酸、精氨酸。,（氨基或亚氨基）,蛋白质分类（按R侧链结构）,丙氨酸,Ala,蛋氨酸,Met,脯氨酸,Pro,缬氨酸,Val,亮氨酸,Leu,异亮氨酸,Ile,苯丙氨酸,Phe,甘氨酸,Gly,色氨酸,Trp,丝氨酸,Ser,组氨酸,His,半胱氨酸,Cys,苏氨酸,Thr,天冬酰胺,Asn,谷胺酰胺,Gln,酪氨酸,Tyr,天冬氨酸,Asp,谷氨酸,Glu,赖氨酸,Lys,精氨酸,Arg,20种氨基酸（复习），要求记忆三字符缩写,构型,构型,一个分子中原子的特定空间排布方式,不同构型分子间除镜面对称外，不能以任何方式重合,一种构型改变为另一种构型，必须有,共价键,的断链和,重新形成,；,L-型,D-型,构象,组成分子的原子或基团，,绕,单键,旋转，,形成的不同,空间排布,当一种构象转变为另一种构象时,不要求,有共价键的断链和重新形成,构象,构型和构象的差异？,氨基酸的立体异构,D、L是一种相对构型，,不,表示旋光性，即与其旋光性（+）、（-）无关。,旋光性用（）或（）表示。,（+）及（-）甘油醛作为其他旋光性异构体物质的构型的比较标准，,并人为地规定。,在费歇尔投影式中，手性碳上的,OH排在横线右边的为右旋甘油醛作为,D型,，手性碳上的OH排在,横线左边,的为,左旋甘油醛,作为,L型,。,氨基酸的光吸收,构成蛋白质的20种氨基酸,在,可见光,区,都,没有,光吸收，但在,远紫外区,(220nm),均有光吸收。Why？,在,近紫外,区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。Why？,酪氨酸,max,275nm，,275,=1.4x10,3,;,苯丙氨酸 ,max,257nm，,257,=2.0 x10,2,;,色氨酸 ,max,280nm，,280,=5.6x10,3,;,定量关系 A=abc,苯丙氨酸（Phe）,二、肽和多肽链,肽键/酰胺键,寡肽：12-20,多肽：大于20,多肽链的,构型,：反式（tran）/顺式（cis）,多肽链的,构象,（C-N扭角,C-C扭角,）,序列读法：左,右，N,C，氨基端羧基端,肽单位和多肽链,氨基酸,多肽链,肽键,一个氨基酸的,羧基,与下一个氨基酸的,氨基,经过缩合反应形成的,共价键,天然蛋白质,通过,肽键,将多个氨基酸连接在一起构成,多肽链,折叠,一个氨基酸的,氨基,与另一个氨基酸的,羧基,之间失水形成的,酰胺键,称为,肽键,，所形成的化合物称为,肽,。,多肽的结构,由两个氨基酸组成的肽称为,二肽,，由多个氨基酸组成的肽则称为,多肽,。,氨基酸,残基,？,氨基酸连接成多肽时，由氨基酸的主链和侧链组成的一个,基本单位,。（氨基酸在形成肽键以后保留的部分）,组成多肽的氨基酸,单元,称为,氨基酸,残基,。,若称为氨基酸，一种省略的读法，不准确？,多肽链,第一个氨基酸具有自由的,NH,2,称为,氨基端,或N端,主链（肽键连接部分）,最末一个氨基酸具有自由的,-COOH,称为,羧基端,或C端,多肽链,氨基酸顺序：,在多肽链中，氨基酸,残基,按一定的顺序排列的顺序。,末端,：通常在多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,。,氨基酸的顺序,读写,是从,N-端的,氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：,Ser-Val-Tyr-Asp-Gln,肽键-1,肽键-2,特点：氮原子的,孤对电子,与,羰基,具有明显的,共轭作用,。,肽键中的C-N键具有,部分双键性质,，,不能,自由旋转。,肽平面：组成,肽键的原子（6个）,处于,同一平面,。,在大多数情况下，以,反式结构,存在（分子内原子间的斥力）。,肽键-3,肽键具有局部双键性质，,具有,反式,和,顺式,两种,构型,肽键平面二级结构的基础,肽单元呈刚性平面（肽键平面）,R,H,C,C,O,N,由于局部双键性质，,肽键连接的基团处于同一平面,，具有确定的键长和键角，是多肽链中的,刚性结构,。,（C-N扭角,C-C扭角）,在生物体中，,多肽,最重要的存在形式是作为蛋白质的,亚单位,。,许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。具有特殊的生理功能，常称为,活性肽,。,如：脑啡肽；激素类多肽；胸腺肽；肽类抗生素；,谷胱甘肽；蛇毒多肽等。,天然存在的重要多肽,小结,蛋白质分子组成,20种L-型氨基酸及其分类,肽和多肽,肽键和肽平面,I 蛋白质的结构层次,一级结构：,二级结构：,-螺旋，-折叠，回折，环肽链，,无规则卷曲,超二级结构（膜体）：,-,结构域：,三级结构：,四级结构：,氨基酸残基在蛋白质多肽链中的排列顺序.,组成蛋白质的20种,氨基酸,，按,遗传密码,编码,的,顺序,，通过,肽键,连接起来的,多肽链,。,R,H,C,C,O,N,一、蛋白质一级结构,核糖核酸酶的氨基酸排列顺序,一级结构的,重要性,决定高级结构,决定生物学活性,Anfinsen原理：,即蛋白质一级结构和高级结构的关系,一级结构指氨基酸的排列顺序，是高级结构的基础。,一级结构蕴含着多肽链的折叠密码，决定多肽链的折叠方式和高级结构。,不能完全了解蛋白质分子的生物学活性和理化性质。,二、蛋白质的二级结构,蛋白质的二级结构,：,指多肽链,主链,构象（,主链,的排列方式）；,多肽链,本身,折叠或盘曲,所形成的,局部,空间构象,；,多肽链,主链,中,各原子,（,不涉及侧链和其它部分,）,在,局部,的空间排布。,一段连续的肽单位-,氢键,排列成的具有,周期性结构,的构象。,蛋白质,二级结构,主要作用力,氢键,种类：,-螺旋、-折叠、转角和无规则卷曲等,基本组件：,一螺旋、,-折叠、,转角,蛋白质,空间构象,的作用力,次级作用力,(主要作用力),氢键：,二级结构,的主要作用力,范德华力,疏水作用,库仑力,（静电引力）,化学键,二硫键,：,稳定构象，,多在,转角附近形成,配位键,（金属离子作为辅基的蛋白）,维系空间构象,的作用力有哪些？,二、蛋白质的二级结构,思考题：,20种氨基酸的三字缩写,哪些氨基酸在近紫外区有吸收，为什么？,什么是肽键、肽平面、为何呈刚性结构？,肽链的氨基酸序列读写的起始端是什么？,构型和构象有何不同，举例说明？,