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1、 第一章第一章 蛋白质蛋白质 (Proteins)(Proteins)内容内容 蛋白质的基本组成单位氨基酸及其连接方式蛋白质的基本组成单位氨基酸及其连接方式 蛋白质的一级、二级、三级、四级结构，模体、结构域蛋白质的一级、二级、三级、四级结构，模体、结构域 蛋白质一级结构与空间结构和功能的关系蛋白质一级结构与空间结构和功能的关系 蛋白质的理化性质及其提取、纯化的原理蛋白质的理化性质及其提取、纯化的原理 蛋白质组和蛋白质组学蛋白质组和蛋白质组学什么是蛋白质什么是蛋白质? ?蛋白质蛋白质(protein)(protein)是由许多氨基酸是由许多氨基酸(amino (amino acids)acids
2、)通过肽键通过肽键(peptide (peptide bond)bond)相连形成的高分子含氮化合物。相连形成的高分子含氮化合物。组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素主要有主要有C C、H H、O O、N N和和S S。有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘钼，个别蛋白质还含有碘 。蛋白质的分类蛋白质的分类 根据蛋白质组成成分根据蛋白质组成成分 单纯蛋白质单纯蛋白质结合蛋白质结合蛋白质 = = 蛋白质部分蛋白质部分 + + 非蛋白质部分非蛋白质部分根据蛋白质形状根据蛋白质形状 纤维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质球状蛋
3、白质每克每克样品中所含蛋白质的克数样品中所含蛋白质的克数= = 每克样品中的含氮量（克）每克样品中的含氮量（克） 6.25 6.25蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性1. 1. 蛋白质是生物蛋白质是生物 体重要组成成分体重要组成成分分布广：分布广：所有器官、组织都所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。有蛋白质。含量高：含量高：蛋白质是细胞内最蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的丰富的有机分子，占人体干重的4545，某些组织含量更高，例如脾、，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达肺及横纹肌等高达8080。1 1）作为生物催化剂（
4、酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调节作用）代谢调节作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质的转运和存储）物质的转运和存储5 5）运动与支持作用）运动与支持作用 6 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息传递2. 2. 蛋白质具有重要的蛋白质具有重要的生物学功能生物学功能3. 3. 氧化供能氧化供能一、蛋白质的基本组成单位一、蛋白质的基本组成单位氨基酸氨基酸存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300300余种，但余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有组成人体蛋白质的氨基酸仅有2020种，且均种，且均属属 L-L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。H甘氨酸CH3丙氨酸L
5、-氨基酸的通式R1.1.非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸2.2.极性中性氨基酸极性中性氨基酸3.3.酸性氨基酸酸性氨基酸4.4.碱性氨基酸碱性氨基酸（一）氨基酸的分类（一）氨基酸的分类* * 2020种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下: :甘氨酸甘氨酸 glycineglycine GlyGly G G 5.975.97丙氨酸丙氨酸 alaninealanine Ala A Ala A 6.006.00缬氨酸缬氨酸 valinevaline Val V Val V 5.965.96亮氨酸亮氨酸 leucineleucine LeuLeu L L 5
6、.985.98异亮氨酸异亮氨酸 isoleucineisoleucine IleIle I I 6.026.02苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine phenylalanine PhePhe F F 5.485.48脯氨酸脯氨酸 prolineproline Pro P Pro P 6.306.301. 1. 非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸目目 录录色氨酸 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 5.7
7、4天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65苏氨酸 threonine Thr T 5.602. 极性中性氨基酸目 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 7.593. 酸性氨基酸4. 碱性氨基酸目 录几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸 （亚氨基酸）（亚氨基酸） 半胱氨酸半胱氨酸 + +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键- -H HH
8、 H（二）氨基酸的理化性质1. 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。pH=pH=pIpI+OH+OH- -pHpHpIpI+H+H+ +OH+OH- -+H+H+ +pH50 000 rpm50 000 rpm透析(dialysis):磁力搅拌器透析前透析后透析袋通过透析，小分子通透透析袋，散布于透析液中，大分子量的蛋 白质不能通透透析袋，留在透析袋内。从而，蛋白质溶液中的小
9、分子 物质通过透析被分离除去。超超滤（滤（ultrafiltrationultrafiltration）: :在一定的压力下，使蛋白质溶液在通过一定孔径的在一定的压力下，使蛋白质溶液在通过一定孔径的 超滤膜时，小分子量物质滤过，而大分子量的蛋白质被超滤膜时，小分子量物质滤过，而大分子量的蛋白质被 截留，从而达到分离纯化的目的。这种方法既可以纯化截留，从而达到分离纯化的目的。这种方法既可以纯化 蛋白质，又可达到浓缩蛋白质溶液的目的。蛋白质，又可达到浓缩蛋白质溶液的目的。 磁力搅拌器待超滤的蛋白质溶液加压的氮气超滤膜凝胶凝胶过滤（过滤（gel filtrationgel filtration）：）
10、：凝胶过滤凝胶过滤又称分子筛层析，在层析柱内填充惰性的又称分子筛层析，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，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 分开的目的分开的目的 洗脱液
11、胶粒样品小分子大分子蛋白浓度洗脱体积各试管进行连续收集试管走行方向凝胶过滤分离蛋白质示意图凝胶过滤凝胶过滤分离蛋白质示意图根据各种蛋白质在一定的 根据各种蛋白质在一定的pHpH环境下所带电荷种环境下所带电荷种类与数量不同的特点，将不同蛋白质予以分离。类与数量不同的特点，将不同蛋白质予以分离。常用的方法有： 常用的方法有：离子交换层析 离子交换层析电泳 电泳等电聚焦。 等电聚焦。 （三）根据蛋白质电荷性质的分离方法（三）根据蛋白质电荷性质的分离方法低盐浓度洗脱液高盐浓度洗脱液各试管进行连续收集混合蛋白质离子交换层析柱+ + +离子交换层析分离蛋白质示意图离子交换层析分离蛋白质示意图试管走行方向离
12、子交换层析离子交换层析(ion exchange chromatography)(ion exchange chromatography)：离子交换层析分离蛋白质示意图原点带负电荷蛋白质的泳动方向滤纸、醋酸纤维素 薄膜或其他支持物阳极阴极 电极缓冲液电极缓冲液电泳示意图电泳（electrophoresis）：第五节 蛋白质组第五节 蛋白质组(proteome)(proteome) 与与蛋白质组学蛋白质组学(proteomics)(proteomics)蛋白质组：一个组织或一个细胞中基因组所表达的全部蛋白质组：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 蛋白质，
13、或在特定条件下，一个细胞内所存 在的所有蛋白质在的所有蛋白质. .蛋白质组与基因组的差别：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 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 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。 的基因组，不受机体状态的影响。蛋白质组：蛋白质组：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
14、mRNA不同，可以翻译出不同的蛋白质；同一蛋白质前体经不同的剪不同，可以翻译出不同的蛋白质；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。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中因基因的开关，同一组织或细胞中的 同一个体的不同发育期中因基因的开关，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器官的细胞中基因表蛋白质组组成不同；同一生长时期的不同组织器官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（饱食、禁食达不同，产生具有不同的蛋白质组；不同的生理状况（饱食、禁食、应激等）不同的基因表达出不同的蛋白质组组成；不同的病理（、应激等）不同的基因表达出不同的蛋白质组组成；不同的病理（肿瘤、炎症等）条件下不
