生化多媒体(蛋白质化学)

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1、绪论一 生物化学的涵义及其研究对象1.定义 构成生物机体的物质基础 2.研究对象 生命物质在生物机体中的运动规律 生命物质的结构、功能与生命现象的关系二 生物化学的主要任务和研究内容 三 生物化学的发展 我国生化研究最为出色的成果:世界上第一次人工合成了一个具有生物学活性的蛋白质-结晶牛胰岛素人工合成具有天然活性的酵母丙氨酸转移核糖核酸第一章 蛋白质的化学第一节 蛋白质的生物学意义 第二节 蛋白质组成和氨基酸的性质 一 蛋白质的元素组成 C 5055% H 68% O 2030% N 1518% S 04% 蛋白质中含N量相当接均值16% 氮元素的质量 蛋白质的质量 16%蛋白质的质量 氮元素

2、的质量 6.25二 蛋白质质的氨基酸组组成 氨基酸是蛋白质质的基本结结构单单位 构成蛋白质的氨基酸有20种（一）氨基酸结构上的共同特点1 除Pro外，其余19种氨基酸均为氨基酸 2 除Gly外，其余19种氨基酸上的碳原子都是手性碳原子分子具有手性 3 除Gly外，其余19种氨基酸分子具有不对称性，所以有光学活性 组成蛋白质的氨基酸都属L型（二）氨基酸的分类 1 根据组成蛋白质的20种氨基酸的侧链R基团的化学结构将其分四大类一氨基一羧基氨基酸脂肪族氨基酸 一氨基二羧基氨基酸及其酰胺 二氨基一羧基氨基酸芳香族氨基酸 杂环氨基酸 杂环亚氨基酸 2 按照氨基酸侧链R基团的极性，把20种AA分为两大类：

3、不带电荷（6种）极性氨基酸（11种） 带负电荷（2种） 带正电荷（3种） 非极性氨基酸（9种） （三）氨基酸的解离和两性性质1.等电点的定义：2.等电点的计算:两性离子两侧Pk值之和的一半3.性质: 溶解度最小（四）氨基酸的理化性质1 物理性质：2 化学性质： 与茚三酮的反应 除Pro(黄色)其余AA与之反应呈兰紫色 与HNO2反应反应应放出的N2，一半来自氨基酸-氨基，一半来自亚亚硝酸的氮 与甲醛醛的反应应： 与2，4-二硝基氟苯(DNFB)反应应 与异硫氰酸苯酯(PITC)的反应 第三节 蛋白质的结构 一 蛋白质质的一级结级结 构 （一）肽肽 1.定义: 一个氨基酸的-COOH可与另一个氨

4、基酸的-NH2缩缩合失去一分子水 ， 形成的酰酰胺键键称肽键肽键 ，其化合物称为肽为肽 2.命名3.举例:谷胱甘肽(GSH)（二）蛋白质的一级结构 1.定义: 肽链中氨基酸的排列顺序 2.稳定因素: 肽键(主要)、二硫键(次要)3.举例: 胰岛素分子量5700左右，牛胰岛素MW5734，由两条肽链组成。胰岛素 A链（21个氨基酸残基） 、B链（30个氨基酸残基）A6A7 三个二硫键 A7B7A20B19二 蛋白质分子的空间结构 指蛋白质分子中原子和基团在空间的排列分布和肽链的走向人为分为:二级结构、三级结构、四级结构肽键平面：肽键-CO-NH-中的四个原子以及和它相邻的两个-碳原子都在同一平面

5、内 （一）蛋白质的二级结构1.定义:是指蛋白质多肽链主链的折叠和盘绕方式2.表现形式：-螺旋结构、-折叠结构、-转角结构、无规则卷曲（自由回转）1 -螺旋结构基本要点： 这种-螺旋模型，每隔3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈。螺距是0.54nm，每个氨基酸残基的垂直距离是0.15nm。螺旋上升时，每个残基沿轴旋转100。-螺旋体中氨基酸残基侧链R基团伸向外侧，相邻的螺旋圈之间形成链内氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行。-螺旋有左手螺旋和右手螺旋两种，天然蛋白质的-螺旋绝大多数都是右手螺旋，仅在嗜热菌蛋白酶的晶体结构中发现226229位氨基酸残形 成左手螺旋。 稳定及影响因素:氢键多肽链中有Pro（或

6、羟脯氨酸） 时螺旋中断多肽键中存在大量Gly、Ser、Thr大量存在也不利于形成-螺旋2 -折叠结构 -折叠结构与-螺旋结构的差异是：1. -螺旋肽链是卷曲棒状螺旋，而-折叠的肽链几乎是完全伸展的2. 都以氢键维持结构的稳定性 3. -折叠结构中每一残基间的垂直距离为0.35nm -折叠结构分为平行和反平行两种形式,从能量考虑,反平行更为稳定3-转角结构 4 自由回转（无规则卷曲） （二）蛋白质的三、四结构1 蛋白质的三级结构 (1)定义:由-螺旋、-折叠等二级结构之间相互配置而成的构象 (2)举例: 肌红蛋白肌红蛋白由一条多肽链构成，有153个氨基酸残基和一个血红素辅基，MW为17800，通

7、过X-射线衍射图谱测出其空间结构有下列特征： 整个分子中肽链有77%呈-螺旋体构象 分子是一个外圆中空的不对称结构，有8段长度为724个氨基酸残基的-螺旋体。在拐角处，-螺旋体受到破坏（Pro、Ile、Ser等出现在拐角处） 分子排列非常紧密，其内部留有的空间仅能容纳4个水分子 氨基酸残基的全部极性R基团几乎全部位于分子表面，并且呈水化状态 几乎全部非极性或疏水性R基团都位于分子内部，不与水接触。 对已被检查的不同种属的肌红蛋白而言，虽然其氨基酸组成稍有差别，但其多肽链的总构象完全是一致的，因此氨基酸顺序中保留或不变的残基，与决定弯折的位置和直的段节的走向有关2 蛋白质质的四级结级结 构 (1

8、)定义: 由两条或两条以上的具有三级结级结 构的多肽链肽链 聚合而成的特定构象(2)举例: 血红红蛋白的结结构： MW 65000 574个氨基酸残基组成 4个亚基组成（22） 每个亚在含有一个血红素辅基亚基含141个氨基酸残基亚基含146个氨基酸残基 血红红素辅辅基的铁为铁为 二价铁铁原子，但在输输氧时时，铁铁的价态态不变变 （三）蛋白质分子中的共价键与次级键稳定各级结构因素:一级结构:肽键（为主）、二硫键（为辅）二级结构：氢键三级结构和四级结构：非共价键（ 氢键、范德华力、盐键、疏水键、酯键酯键 ） 三 蛋白质质分子结结构与功能的关系 （一）蛋白质质一级结级结 构与功能的关系 1 种属差异

9、 2 一级结级结 构与分子病 分子病：某种蛋白质质分子一级结级结 构的氨基酸序列与正常有所不同的遗传遗传 病。镰镰刀型红细红细 胞性贫贫血病 （二）蛋白质质构象与功能的关系 第四节 蛋白质的理化性质一 蛋白质质的分子量 测测定蛋白质质的常用方法是 ： 渗透压法 简单、设备要求不高、灵敏度较差 超离心法 准确、可靠、设备要求高 凝胶过滤 仅测定近似值 聚丙烯酰胺凝胺电泳 仅测定近似值常用超离心法测测定分子量 S:单单位离心场场强度的沉降速度,称为为沉降系数,数值值一般在110-13- 20010-13秒范围围内,人们们通常将110-13秒称为为一个S,如某蛋白质质沉降 系数为为810-13秒可写

10、为为8S,沉降系数的大小基本上反映了蛋白质质分子量大小 二 蛋白质的两性电离及等电点蛋白质质也是两性电电解质质（N端含氨基、C端含羧基） 等电点时蛋白质性质的特殊性 总净电荷为零，无相互排斥作用，所以最不稳定，溶解度最小，极易借静电引力迅速结合成较大的聚集体，而沉淀出来，利用这一性质可以分离、提纯蛋白质。 粘度、渗透压、膨胀性以及电导均为最小实际应用： 缓冲作用 电泳分离 蛋白质的两性解离与植物根部吸收养分的关系三 蛋白质的胶体性质蛋白质水溶液是一种比较稳定的胶体，原因有二： 蛋白质颗粒表面形成一层水膜（水化膜） 在非等电点状态下（pHpI）蛋白质颗粒带同种电荷（同种电荷）四 蛋白质的变性、沉

11、淀与凝固1.什么叫变变性作用？天然蛋白质质受理化因素的影响，分子内部原有的高度规规律性结结构发发生变变化，致使蛋白质质的理化性质质和生物学性质质都有所改变变，但并不导导致蛋白质质一级结级结 构的破坏，这这种现现象叫变变性作用，变变性后的蛋白质质称变变性蛋白质质。 2.引起蛋白质变质变 性的因素 化学因素 强酸、强碱、胍、去污剂、重金属离子、三氯乙酸磷钨酸、单宁酸（鞣酸）、浓乙醇等物理因素 加热热（70100）、剧剧烈振荡荡或搅搅拌、紫外线线、X-射线线 超声波等 3.变变性蛋白质质的特征 失去生物活性 Hb变性后失去运输O2的功能，酶无催化功能胰岛素失去调节血糖水平的生理机能溶解度降低、易沉淀

12、 （主要是疏水基团外露，失去水膜）结晶能力丧失粘度增加 球形（粘度小）线形（粘度大）变性蛋白质易被酶（水解酶）消化水解4.变变性机制 主要是由蛋白质质分子内部的结结构发发生改变变而引起的 5.蛋白质变质变 性的应应用 五 蛋白质质的沉淀反应应 1 盐盐析(可逆)因加入大量盐盐而使蛋白质质沉淀析出的现现象称盐盐析 原因:破坏水化膜及中和电荷血清 球蛋白或 加(NH4)2SO4至半饱和 + 白蛋白（清蛋白）蛋清 上清液 加(NH4)2SO4至饱和 +上清液2 加有机溶剂剂 (有条件可逆)原因:有机溶剂亲水性强,破坏水化膜3 加入重金属盐盐(不可逆)NH3+ NH3+Pr + Ag+ PrCOO-

13、COOAg4 加入某些酸类(不可逆)蛋白质的沉淀、变性和凝固的关系变性不一定不一定沉淀 凝固(变性+沉淀)一定六 蛋白质的紫外吸收 引起紫外吸收原因:共轭体系(单双键交替排列)Trp max = 279nm 强 (主要)Tyr max = 278nm 中 (主要)phe max = 259nm 弱 肽键肽键 max = 180-230nm 七 蛋白质质的呈色反应应 反应名称 试剂 呈现颜色 呈色反应的功能基团双缩脲反应 CuSO4(OH-) 红紫色max = 540nm 二个以上的肽键黄色反应 浓HNO3 白黄 Tyr、Trp米伦氏反应 Hg+HNO3(浓) 白红 Tyr（酚类）乙醛酸反应 乙

14、醛酸+浓H2SO4 紫色环 吲哚基（Trp）坂口反应 Br2(Cl2)+-萘酚(OH-) 红色 胍基（Arg）酚试剂反应 福林试剂 蓝色 酚基（Tyr）八 蛋白质质的分离与纯纯化一般原则：1 选材（应选择含量较高，易提取的材料）2 组织或细胞的破碎（使蛋白质从溶解的状态释放出来，并保持原有的天然状态，不失去生物活性）3 分离、提纯（要经常检查所需蛋白质的提纯程度）常见的一个例子：加工豆制品大豆 浸泡 粉碎 浆状物 过滤 生豆浆 加热 熟豆浆 加入石膏 静置 絮状物 浇模、压去水分 豆制品第五节 蛋白质的分类球状蛋白质（一般易溶于水，分子接近球状） 一 分子形状 纤维状蛋白质（X/Y 510,分子细而长）简单蛋白质（水解产物为-AA）二 分子组成 （根据溶解度又分为七类，具体见教材）结合蛋白质（水解产物除-AA外，还有非氨基酸成分）（根据辅基的不同又可分为五类）1 核蛋白 蛋白质 + 核酸2 糖蛋白与蛋白聚糖 蛋白（蛋白聚糖）由蛋白质和糖以共价键相连而成一般认为： 糖含量 蛋白质含量 称为蛋白聚糖3 脂蛋白 蛋白质部分（脱辅基蛋白或载脂蛋白）脂蛋白脂类 4 色蛋白色素 + 蛋白质5 磷蛋白 磷酸 + 蛋白质