《{生物科技管理}生物化学讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《{生物科技管理}生物化学讲义（107页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、生物化学课件 (供临床医学专业使用),蛋白质的结构与功能,第 一 章,Structure and Function of Protein,一、什么是蛋白质?,蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。,概述,二、蛋白质的生物学重要性,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。,1）作为生物催化剂（酶） 2）代谢调节作用 3）免疫保护作用 4）物质
2、的转运和存储 5）运动与支持作用 6）参与细胞间信息传递,2. 蛋白质具有重要的生物学功能,3. 氧化供能,蛋 白 质 的 分 子 组 成The Molecular Component of Protein,第 一 节,一、 组成蛋白质的元素,.主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘 。,各种蛋白质的含氮量很接均为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
3、组成的特点,二、蛋白质的基本单位-氨基酸(一)氨基酸的结构(通式),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(20-22)，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）如图示。,C H,COOH,R,R:H 甘AA; R:CH3 丙AA R:CH-OH 苏AA CH3,H2N,非极性側链氨基酸 非电离极性側链氨基酸 酸性氨基酸 碱性氨基酸,(二）氨基酸的分类,* 20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:,甘氨酸 glycine Gly G 5.97,丙氨酸 alanine Ala A 6.00,缬氨酸 valine Val V 5.96,亮氨酸 leucine Leu L
4、5.98,异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02,苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48,脯氨酸 proline Pro P 6.30,非极性側链氨基酸,目 录,色氨酸 tryptophan Try W 5.89,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,蛋氨酸 methionine Met M 5.74,天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41,谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65,苏氨酸 threonine Thr T 5.60,2
5、. 非电离极性側链氨基酸,目 录,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 7.59,3. 酸性氨基酸,4. 碱性氨基酸,目 录,几种特殊氨基酸,脯氨酸 （亚氨基酸）, 半胱氨酸,+,胱氨酸,二硫键,-HH,* 以肽键相连接,肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的-羧基上的羟基与另一个氨基酸的-氨基上的氢原子脱水缩合而形成的化学键,如图示:,三. 氨基酸在蛋白质中的连接方式,+
6、,-HOH,甘氨酰甘氨酸,肽键,H2N,C,C,OH,R1,H N H,C,COOH,R2,C,N,O,H,O,H,* 肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。,* 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,* 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。,* 由十个以内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)。,N 末端：多肽链中有自由氨基的一端 C 末端：多肽链中有自由羧基的一端,多肽链有两端,* 多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而
7、成的一种结构。,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,. 几种生物活性肽,1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH),GSH过氧化物酶,GSH还原酶,NADPH+H+,NADP+,体内许多激素属寡肽或多肽,神经肽(neuropeptide),2. 多肽类激素及活性肽,抗利尿素与催产素(9肽)、胰高血糖素（29肽）、脑啡肽（5肽）、 降钙素（32肽）、 ACTH（39肽）、胰岛素（51肽）肌肽（2肽）、 P物质（10肽、属神经肽类）、内啡肽（31肽）,蛋 白 质 的 分 子 结 构The Molecular Structure of Protein,第 二 节,蛋白质的分子结构包括 一级结构(p
8、rimary structure) 二级结构(secondary structure) 三级结构(tertiary structure) 四级结构(quaternary structure),.概念： 蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。,一、蛋白质的一级结构,.主要的化学键(主键) 肽键，有些蛋白质还包括二硫键。,方向: N C; 或 NH2末端 羧基末端,.提示：一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。它由遗传密码决定,其上有酶切位点,一级结构可测定,并不同种属间有同源性.,目 录,二、蛋白质的空间结构,参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，此同一平面上
9、的6个原子构成了所谓的肽单元 (peptide unit) 。,肽键平面形成二级结构的基础,有关对肽键平面的描述？,2.二级结构的概念与基本形式 A.概念:一条多肽链中局部原子的空间排佈 B.二级结构的基本形式,（1） -螺旋 ( -helix ) （2） -折叠 ( -pleated sheet ) （3） -转角 ( -turn ) （4）不规则卷曲 ( random coil ),（1）、螺旋特点 、 （2）、折叠特点 、 （3）、 转角 （4）、无规则卷曲,-螺旋,目 录,R,R,R,R,R,R,R,R,R,-折叠,-折叠,N,C,N,C,N,C,N,C,维系力:链内或链间氢键,N,C
10、,-转角,-转角,转角,含4个AA,3个肽键平面?,-转角 180的转角部位由4个氨基酸残基构成由第一个残基的羰基氧（O）与第四个残基的氨基氢（H）可形成氢键多含脯氨酸和甘氨酸,不规则卷曲,环或卷曲结构 ：无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。 相对没有规律性的排布，但是其同样表现重要生物学功用。 C.二级结构的维系力:氢键,.模体,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，形成一个特殊的空间构象，被称为模体(motif)。,钙结合蛋白中结合钙离子的模体,锌指结构,N,C,N,C,.氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响,蛋白质二级结构是以一级结构为基
11、础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋或-折叠，它就会出现相应的二级结构。,(二)、蛋白质的三级结构,一条多肽链中全部氨基酸残基(全部元素)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。包括主链，側链的全部内容,1. 概念,为非共价键，次级键,（盐键）,目 录,肌红蛋白 (Mb),肌红蛋白为单肽链蛋白质，含153个氨基酸残基，它含有8个螺旋区，依次称为A到H螺旋，并含有转角及环-卷曲等二级结构。,2.维系力 亚基之间的结合力有疏水作用， Van der Waals力以及氢键和离子键,还有二硫键。,（三）蛋白质的四级结构,(或蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互
12、作用，称为蛋白质的四级结构。),1.概念 有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的四级结构.而每条多肽链被称为亚基 (subunit)。,.蛋白质的四级结构,具有四级结构蛋白质,review,Summary,三、 蛋白质结构与功能的关系,(一)、蛋白质的一级结构与功能的关系 (二)、蛋白质的空间结构与功能的关系,.一级结构是空间构象的基础,(一)、蛋白质一级结构与功能的关系,.一级结构与功能的关系,例：镰刀形红细胞贫血,这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。,（谷AA）,（颉AA）,S S,S S,S S,N,N,A链、21AA,B链、3
13、0AA,胰岛 素 A5 A6 A10 B30 人 Thr Ser Ile Thr 猪 Thr Ser Ile Ala,.肌红蛋白与血红蛋白的结构,(二)、蛋白质空间结构与功能的关系,目 录,Hb与Mb一样能可逆地与O2结合， Hb与O2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O2浓度变化而改变。,.血红蛋白的构象变化与结合氧,肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线,* 协同效应(cooperativity),一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。 如果是促进作用则称为正协同效应 (positive
14、cooperativity) 如果是抑制作用则称为负协同效应 (negative cooperativity),O2,血红素与氧结合后，铁原子半径变小，就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链位置的变动。,变构效应(allosteric effect),蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为变构效应。,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,.蛋白质构象改变与疾病,蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。,蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常
15、形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。,这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。,疯牛病中的蛋白质构象改变 疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。 正常的PrP富含-螺旋，称为PrPc。 PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为-折叠的PrPsc，从而致病。,第三节,蛋白质的理化性质 The Physical and Chemical Characters of Protein,蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。,* 蛋白质的等电点( isoelectric point, pI) 当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。,一、蛋白质两性解离和等电点,Pr,COOH,NH3+,OH-,H+,P
