2006-8,第四章 蛋白质化学,1,第四章 蛋白质化学 （Chemistry of Protein),2006-8,第四章 蛋白质化学,2,导 学,掌握蛋白质的分子组成与结构 熟悉蛋白质的理化；常用分离、纯化技术的基本原理 了解蛋白质分子结构与功能的关系；蛋白质的分类以及重要的活性肽2006-8,第四章 蛋白质化学,3,教学内容,,蛋白质的分子组成 蛋白质的分子结构 蛋白质的理化性质与分离纯化 蛋白质的分类,2006-8,第四章 蛋白质化学,4,第一节 蛋白质的分子组成,蛋白质含量=样品所含氮量×6.25,一、蛋白质元素组成：,C,H,O,N,S,2006-8,第四章 蛋白质化学,5,二、蛋白质的基本组成单位—氨基酸,（一）氨基酸的结构,α,,共同结构,2006-8,第四章 蛋白质化学,6,氨基酸结构特点：,20种编码氨基酸 氨基酸的不同在于R侧链不同 均为L-α-氨基酸 （甘氨酸、脯氨酸除外）,2006-8,第四章 蛋白质化学,7,（二）氨基酸的分类,非极性中性氨基酸 极性中性基氨基酸 极性酸性氨基酸 极性碱性氨基酸,根据R基极性大小分：,R基有极性，但不带电，呈亲水性,R基无极性，呈疏水性,R基有极性，电离后R基带负电荷,R基有极性，电离后R基带正电荷,2006-8,第四章 蛋白质化学,8,非极性中性氨基酸,2006-8,第四章 蛋白质化学,9,极性中性氨基酸,2006-8,第四章 蛋白质化学,10,酸性氨基酸,2006-8,第四章 蛋白质化学,11,碱性氨基酸,2006-8,第四章 蛋白质化学,12,（三）氨基酸的理化性质,氨基酸具有氨基、羧基等,能接受H+而成——NH3+ 具碱性,,能电离出H+而成——COO- 具酸性,,两性电离和等电点,2006-8,第四章 蛋白质化学,13,氨基酸的两性电离,pHpI,等电点： 氨基酸所带正负电荷相等时溶液的pH （pI） 值即该氨基酸的等电点,2006-8,第四章 蛋白质化学,14,2.茚三酮反应,2006-8,第四章 蛋白质化学,15,三、肽,（一）肽的形成和命名,1. 肽键,2006-8,第四章 蛋白质化学,16,肽键平面,2006-8,第四章 蛋白质化学,17,2.肽的形成与命名,肽、寡肽(oligopeptide)、多肽(polypeptide) 多肽链（polypeptide chain） 主链骨架（backbone） 侧链部分（side chain） 羧基末端或C-末端（C-terminus） 氨基末端或N-末端（N-terminus）,2006-8,第四章 蛋白质化学,18,多肽链的结构,2006-8,第四章 蛋白质化学,19,（二）体内重要的肽,功能基：-SH 解毒剂、抗氧化剂,2006-8,第四章 蛋白质化学,20,第二节 蛋白质的分子结构,蛋白质的分子结构,一级结构,,2006-8,第四章 蛋白质化学,21,一、一级结构,概念：多肽链中氨基酸的组成与排列顺序 主键：肽键 意义：决定蛋白质的空间结构,2006-8,第四章 蛋白质化学,22,胰岛素的一级结构,2006-8,第四章 蛋白质化学,23,二、二级结构 （secondary structure）,定义 蛋白质分子中由于肽键平面的相对旋转，构成的局部空间构象。
2006-8,第四章 蛋白质化学,24,,（一）二级结构的类型,α-螺旋 β-折叠 β-转角 无规则卷曲,2006-8,第四章 蛋白质化学,25,1.α-螺旋（α-helix）,右手螺旋 每周含3.6个残基 螺距0.54nm 作用键：氢键,2006-8,第四章 蛋白质化学,26,2. β-折叠 （β-sheet）,锯齿状 顺向平行、逆向平行 作用键：氢键,2006-8,第四章 蛋白质化学,27,3.β-转角（ β-turn）,2006-8,第四章 蛋白质化学,28,4．无规卷曲（random coil）,肽链的肽键平面不规则排列，形成松散的二级结构2006-8,第四章 蛋白质化学,29,（二）超二级结构与结构域,超二级结构（super secondary structure） 二级结构单元进一步聚集和组合在一起——模序（motif） 如αα、βαβ、βββ等 亮氨酸拉链和锌指结构,2006-8,第四章 蛋白质化学,30,（二）超二级结构与结构域,结构域（domain） 超二级结构的进一步组合、折叠形成的球状区域 是蛋白质的功能部位,2006-8,第四章 蛋白质化学,31,免疫球蛋白结构域,2006-8,第四章 蛋白质化学,32,三、三级结构 （tertiary structure）,定义： 在二级结构基础上，所有原子（主链+侧链）相互作用形成的空间构象,2006-8,第四章 蛋白质化学,33,三、三级结构 （tertiary structure）,化学键 --氢键、疏水键、离子键、二硫键等次级键 --亲水基团：分子表面；疏水基团：分子内部,2006-8,第四章 蛋白质化学,34,三级结构示意图,2006-8,第四章 蛋白质化学,35,四、四级结构 （quaternary structre）,,定义：两个或两个以上独立三级结构的多肽链 通过次级键结合而形成的空间结构,亚基,2006-8,第四章 蛋白质化学,36,血红蛋白四级结构示意图,4个亚基构成 2α-亚基 2β-亚基,2006-8,第四章 蛋白质化学,37,蛋白质一、二、三、四级结构示意图,2006-8,第四章 蛋白质化学,38,五、维持蛋白质分子空间构象的主要化学键,氢键、疏水键、离子键、范德华力、二硫键等,2006-8,第四章 蛋白质化学,39,蛋白质分子中的主要次级键,,,,,,2006-8,第四章 蛋白质化学,40,六、蛋白质结构与功能的关系,蛋白质的一级结构决定其高级结构 蛋白质的空间构象决定蛋白质的生物学功能。
2006-8,第四章 蛋白质化学,41,（一）一级结构与功能的关系,某些蛋白质的一级结构加工后，才具有生物学活性 如胰岛素原（proinsulin）的一级结构加工,2006-8,第四章 蛋白质化学,42,（一）一级结构与功能的关系,一级结构的改变可引起某些疾病的发生 由于蛋白质分子的变异或缺失而产生的疾病，称为分子病（molecular disease） 如镰状红细胞性贫血,2006-8,第四章 蛋白质化学,43,（二）空间结构与功能的关系,空间构象决定蛋白质功能 构象改变，功能改变,2006-8,第四章 蛋白质化学,44,血红蛋白结合氧前后构象的变化,当血红蛋白结合氧以后，α1β1与α2β2两个二聚体彼此滑动15°，其构象由T（tense）型转变为R（relaxed）型2006-8,第四章 蛋白质化学,45,2006-8,第四章 蛋白质化学,46,第三节 蛋白质的理化性质与分离纯化,2006-8,第四章 蛋白质化学,47,一、蛋白质的理化性质,（一）蛋白质的一般性质 1.蛋白质的紫外吸收特征,蛋白质（色氨酸、酪氨酸）（苯丙氨酸） λ=280nm λ=260nm 紫外吸收（与蛋白质浓度成正比）,,,2006-8,第四章 蛋白质化学,48,蛋白质的紫外吸收,2006-8,第四章 蛋白质化学,49,2.蛋白质的两性电离和等电点,与氨基酸的两性电离、等电点相同,,2006-8,第四章 蛋白质化学,50,,双缩脲反应： Cu2+ 蛋白质 紫色络合物 OH-,3.蛋白质的呈色反应,,颜色反应→光吸收→定量分析,2006-8,第四章 蛋白质化学,51,3.蛋白质的呈色反应,颜色反应→光吸收→定量分析,,酚试剂反应： 磷钨酸 蛋白质 蓝色化合物 磷钼酸,,2006-8,第四章 蛋白质化学,52,,米伦试剂反应： 米伦试剂 蛋白质 红色沉淀 △,,3.蛋白质的呈色反应,颜色反应→光吸收→定量分析,2006-8,第四章 蛋白质化学,53,,,考马斯亮蓝反应： 考马斯亮蓝 蛋白质 （R-250）红蓝色 （G-250）蓝绿色,,3.蛋白质的呈色反应,颜色反应→光吸收→定量分析,2006-8,第四章 蛋白质化学,54,（二）蛋白质的高分子性质,1.蛋白质的胶体性质 蛋白质分子的直径在胶体颗粒的范围(1~100nm) 蛋白质溶液是稳定亲水胶体溶液 稳定因素：水化膜、同种电荷,2006-8,第四章 蛋白质化学,55,碱 碱 酸 酸,2006-8,第四章 蛋白质化学,56,2.蛋白质的扩散与沉降,蛋白质分子大，扩散速度慢 沉降：通过超速离心克服布朗运动使 蛋白质颗粒下沉的现象 沉降系数（S）可粗略反映蛋白质分子大小,2006-8,第四章 蛋白质化学,57,3.蛋白质的变性与复性,变性剂,蛋白质空间构象破坏,生物学活性丧失 理化性质改变,,,2006-8,第四章 蛋白质化学,58,复性：去除变性因素，蛋白质恢复空间构象 与生物学活性的过程,3.蛋白质的变性与复性,2006-8,第四章 蛋白质化学,59,核糖核酸酶的变性与复性示意图,2006-8,第四章 蛋白质化学,60,某些蛋白质在发生热变性后，松散的多肽链相互缠绕在一起，变成固体状态，称为蛋白质的凝固（coagulation）。
2006-8,第四章 蛋白质化学,61,二、蛋白质的分离纯化鉴定技术,蛋白质在细胞内常与核酸、多糖、脂类及其它小分子物质结合在一起，需要对其进行分离、纯化与鉴定2006-8,第四章 蛋白质化学,62,（一）离心,原理：分子大小、密度不同→沉降速度不同 分类： 普通离心：3~10 kr/min 高速离心：10~25 kr/min 超速离心：＞25 kr/min 常用S值表示蛋白质分子质量相对大小,2006-8,第四章 蛋白质化学,63,（二）透析 (dialysis),用透析袋（半透膜）把大分子和小分子分开的方法,2006-8,第四章 蛋白质化学,64,（三）沉淀(precipitation),定义：蛋白质分子相互聚集从溶液中析出的现象 原理：破坏同种电荷和水化膜,2006-8,第四章 蛋白质化学,65,（三）沉淀(precipitation),方法： 盐析法 有机溶剂沉淀法 重金属盐沉淀法 生物碱试剂沉淀法,2006-8,第四章 蛋白质化学,66,1.盐析（salting out）法,定义：高浓度中性盐使蛋白质从溶液中析出沉淀的方法 原理：破坏水化膜、中和电荷 特点：蛋白质不变性 分段盐析：不同浓度的中性盐分离不同蛋白质,2006-8,第四章 蛋白质化学,67,2.有机溶剂沉淀蛋白质,原理：破坏水化膜 条件：pH=pI 特点：常在低温下进行 常用有机溶剂：乙醇、丙酮等,2006-8,第四章 蛋白质化学,68,3.重金属盐沉淀蛋白质,原理：中和负电荷 条件：pH＞pI 特点：蛋白质变性,2006-8,第四章 蛋白质化学,69,4.生物碱试剂与某些酸类沉淀蛋白质,原理：中和正电荷 条件：pH＜pI 特点：蛋白质变性 常用酸类：苦味酸、鞣酸、钨酸、三氯醋酸、硝酸、过氯酸等,2006-8,第四章 蛋白质化学,70,（四）蛋白质层析 （chromatography）,定义：待分离的液体（流动相mobile phase ）经过一个固态物质（固定相solid phase)后所发生的各组分在两相中分布的变化。
原理：根据混合物溶液中蛋白质分子的大小、形状、极性、亲和力等差异而加以分离2006-8,第四章 蛋白质化学,71,类型： 离子交换层析（ion exchange chromatography） 凝胶过滤层析(gel filtration chromatography) 亲和层析(affinity chromatography),（四）蛋白质层析 （chromatography）,2006-8,第四章 蛋白质化学,72,（五）电泳 （electrophoresis）,定义： 带电颗粒在电场中将向与自身电荷相反的电极移动，从而到达分离的方法。