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1、生物化学辅导,蛋白质化学,一、蛋白质概述 二、蛋白质的基本结构单位 三、蛋白质结构 四、蛋白质结构和功能的关系 五、蛋白质化学性质,例题,二、蛋白质基本结构单位,1、氨基酸的结构和分类 2、 氨基酸性质 两性解离及等电点（pI） 光学性质 化学反应 3、基本结构单位间的连接键及特征 蛋白质：肽键 和肽,三、蛋白质的结构,2、 高级结构 （1）基本概念 构型和构象；维持构象的作用力； 蛋白质分子中的肽键、肽平面、肽单位和二面角,1、 一级结构 概念；链的走向规定； 一级结构的测定,生物大分子结构层次的划分,（2）蛋白质空间结构结构层次,蛋白质： 二级结构 超二级结构 结构域 三级结构 四级结构,
2、四、蛋白质结构和功能的关系,蛋白质复杂的组成和结构是其多种多样生物学功能的基础；而它们各自独特的性质和功能则是其结构的反映。它们的一级结构包含了其分子的所有信息，并决定其高级结构，高级结构和其功能密切相关。 蛋白质结构与功能的关系实例：,同功能蛋白质结构的种属差异与保守性 蛋白质前体的激活 核糖核酸酶的变性与复性 血红蛋白变构和输送氧的功能 血红蛋白异常病变镰刀型贫血病,五、蛋白质的化学性质,1 大分子特性 蛋白质的胶体性质和沉淀（盐析法，透析法） 2 两性解离性质 (pI) 3 紫外吸收 4 变性与复性 5 颜色反应 蛋白质：茚三酮反应；双缩脲反应：酚试剂反应,蛋白质主要元素组成：C、H、O
3、、N、S 及 P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se 等微量元素。,蛋白质平均含N量为16,这是凯氏定氮法测蛋白质含量的理论依据： 蛋白质含量蛋白质含N量6.25,例：称取25mg蛋白酶配成25ml溶液，取2ml溶液测得含蛋白氮0.2mg，另取0.1ml溶液测酶活力，结果每小时可以水解酪蛋白产生1500ug酪氨酸，假定1个酶活力单位定义为每分钟产生1ug酪氨酸的酶量，请计算：（1）酶溶液的蛋白浓度及比活力。（2）每克酶制剂的总蛋白含量及总活力,蛋白质的分类,结合蛋白质,根据组成分类,简单蛋白质,简单蛋白质分类,结合蛋白质分类,蛋白质的主要生理功能,蛋白质（protein）是生活细胞内含量最丰富、
4、功能最复杂的生物大分子，并参与了几乎所有的生命活动和生命过程。因此，研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本的命题。 生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的体现者，具有以下主要功能：,催化功能；结构功能；调节功能；防御功能；运动功能；运输功能；信息功能；储藏功能 ,蛋白质的基本结构单位氨基酸, 构成蛋白质的氨基酸的结构通式 蛋白质氨基酸、稀有的蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸的概念 常见的蛋白质氨基酸分类、结构及三字符号二十种,-氨基酸的通式,氨基酸的光学性质,氨基酸： 除甘氨酸外，所有天然-氨基酸都有不对称碳原子，因此所有天然氨基酸都具有旋光性。 参与蛋白质组成的20种氨基酸中色氨
5、酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区（220-300nm）显示特征的吸收谱带，最大光吸收（max）分别为279、278、和259nm。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量。,生物体内的氨基酸类别,蛋白质氨基酸： 蛋白质中常见的20种氨基酸 稀有的蛋白质氨基酸：蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。 非蛋白质氨基酸：生物体内呈游离或结合态的氨基酸。如瓜氨酸、鸟氨酸等。,二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结
6、构及三字符号,据R基团化学结构分类,脂肪族A （中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）,芳香族A(Phe、Tyr、Trp),杂环(His、Pro),据R基团极性分类,极性R基团AA,非极性R基团AA（种）,不带电荷（种）,据氨基、羧基数分类,一氨基一羧基,一氨基二羧基(Glu、Asp),二氨基一羧基(Lys、His、Arg),人的必需氨基酸 Lys Trp Phe Val Met Leu Ile Thr Arg、His,带电荷：正电荷（种）负电荷（种）,非极性R基团氨基酸,（CHNH2-COOH）,不带电荷极性R基团氨基酸,（CHNH2-COOH）,带电荷R基团氨基酸,甘氨酸 （Gly,G）,丙氨酸
7、 （Ala,A）,缬氨酸 （Val,V）,亮氨酸 （Lue,L）,异亮氨酸 （Ile,I）,中性脂肪族氨基酸,含羟基或硫脂肪族氨基酸,丝氨酸 （Ser,S）,苏氨酸 （Thr,T）,半胱氨酸 （Cys,C）,甲硫氨酸 （Met,M）,酸性氨基酸及酰胺,天冬氨酸 （Asp,D）,谷氨酸 （Glu,E）,天冬酰胺 （Asn,N）,谷氨酰胺 （Gln,Q）,碱性氨基酸,赖氨酸 （Lys,K）,精氨酸 （Arg,R）,组氨酸 （His,H）,杂 环氨基酸,杂环氨基酸,组氨酸 （His,H）,脯氨酸 （Pro,P）,芳香族氨基酸,苯丙氨酸 （Phe,F）,酪氨酸 （Tyr,Y）,色氨酸 （Trg,W）,
8、氨基酸的重要化学反应, 与茚三酮反应:用于氨基酸定量定性测定. 与2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反应（sanger反应）:用于蛋白质N-端测定. 与苯异硫氰酯（PITC）的反应（Edman反应），用于蛋白质N-端测定，蛋白质顺序测定仪设计原理的依据。 氨基酸的离子交换色谱法分离,氨基酸的两性解离性质及等电点（pI）,pH = pI 净电荷=0,pH pI 净电荷为正,pH pI 净电荷为负,(pK1),(pK2),当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点。,甘氨酸滴定曲线,甘氨酸盐
9、酸盐（A+）,等电点甘氨酸（A）,甘氨酸钠（A-）,谷氨酸（A）和赖氨酸（B）滴定曲线和等电点计算,B,TryTyrPhe的 紫外吸收光谱,摩尔吸收系数,波长,氨基酸与茚三酮反应,+,茚三酮(无色),紫色化合物,氨基酸与2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反应 （sanger反应）,DNFB（dinitrofiuorobenzene）,DNP-AA(黄色),+,+ HF,氨基酸,氨基酸与苯异硫氰酯（PITC）的反应 （Edman反应）,PITC（phenylisothiocyanate）,+,苯乙内酰硫脲衍生物(PTH-AA) （phenylisothiohydantion-AA）,蛋白质结构的主
10、要层次,一级结构,四级结构,二级结构,三级结构,primary structure,secondary structure,Tertiary structure,quariernary structure,肽和肽键的形成,肽单位,肽键,肽平面,谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程，作为某些氧化还原酶的辅因子，或保护巯基酶，或防止过氧化物积累。,重要的天然活性肽：谷胱甘肽,促甲状腺素释放因子 （TRH）,两种重要的天然活性肽,短杆菌肽S,蛋白质的空间结构,二级结构,超二级结构,结构域,三级结构,四级结构,蛋白质的一级结构,多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白质的一级结构(primary
11、structure)。这是蛋白质最基本的结构，它内寓着决定蛋白质高级结构和生物功能的信息。一级结构的走向规定为N-端 C-端。,例：牛胰岛素的一级结构,蛋白质一级结构测定,基本战略：片段重叠法氨基酸顺序直测法 要点： 测定蛋白质的分子量及其氨基酸组分 测定肽键的N末端和C末端 应用两种或两种以上的肽键内切酶分别在多肽键的专一位点上断裂肽键；也可用溴化氰法专一性地断裂甲硫氨酸位点，从而得到一系列大小不等的肽段。 分离提纯所产生的肽段，并分别测定它们的氨基酸顺序 将这些肽段的顺序进行跨切口重叠，进行比较分析，推断出蛋白质分子的全部氨基酸序列。,蛋白质顺序测 定基本战略,片段重叠法确定肽段在多肽链中
12、顺序示意,所得资料： 氨基末端残基 H 羧基末端残基 S 第一套肽段 第二套肽段 OUS SEO PS WTOU EOVE VERL RLA APS HOWT HO,借助重叠肽确定肽段次序：,末端残基 H S 末端肽段 HOWT APS 第一套肽段 HOWT OUS EOVE RLA PS 第二套肽段 HO WTOU SEO VERL APS 推断全顺序 HOWTOUSEO VERLAPS,三、 蛋白质的空间构象和维持构象的作用力,(1) 蛋白质的构象（conformation） (2) 多肽链折叠的空间限制因素 肽平面和二面角 基团间的相互作用 水分子的作用 (3) 稳定蛋白质构象的作用力,
13、松散肽段,肽单位,肽基的C、O和N原子间的共振相互作用,共振产生的重要结果：限制绕肽键的自由旋转 形成酰胺平面 产生键的平均化 肽键呈反式构型,sp2,sp2,sp2,sp3,共振杂化体,二面角,二面角 两相邻酰胺平面之间，能以共同的C为定点而旋转，绕C-N键旋转的角度称角，绕C-C键旋转的角度称角。和称作二面角，亦称构象角。,Ramachandran 构象图,完全伸展的多肽主链构象,-碳原子,酰胺平面,=1800，=1800,=00，=00的多肽主链构象,酰胺平面,=00，=00,侧链,非键合原子接触半径,多肽链,维持蛋白质分子构象的作用力 a.盐键 b.氢键 c.疏水键 d.范得华力 e.
14、二硫键,蛋白质的二级结构, 螺旋（helix）:-角蛋白,胶原蛋白 折叠（-pleated sheet）:-角蛋白 转角（-turn） 无规则卷曲（nonregular coil）,蛋白质的二级结构（secondary structure）指肽链主链不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，是蛋白质结构的构象单元主要有以下类型：,特征：1、 每隔3.6个AA残基螺旋上升一圈，螺距0.54nm;两个氨基酸之间的轴心距0.15 nm; 2 、 螺旋体中所有氨基酸残基R侧链都伸向外侧，链中的全部C=0 和N-H几乎都平行于螺旋轴; 3、每个氨基酸残基的N-H与前面
15、第四个氨基酸残基的C=0形成氢键，肽链上所有的肽键都参与氢键的形成。,螺旋（helix）,形成因素：与组成和排列顺序直接相关。 多态性：多数为右手（较稳定），亦有少数左手螺旋存在（不稳定）；存在尺寸不同的螺旋。,折叠（-pleated sheet）,特征：两条或多条伸展的多肽链（或一条多肽链的若干肽段）侧向集聚，通过相邻肽链主链上的N-H与C=O之间有规则的氢键，形成锯齿状片层结构，即折叠片。两个氨基酸之间的轴心距0.35 nm 类别：平行 反平行,转角（-turn）,特征：多肽链中氨基酸残基n的羰基上的氧与残基（n+3）的氮原上的氢之间形成氢键，肽键回折1800 。,无规则卷曲示意图,无规则卷曲,细胞色素C的三级结构,蛋白质的超二级结构,蛋白质中相邻的二级结构单位（即单个螺旋或折叠或转角）组合在一起，形成有规则的、在空间上能辩认的二级结构组合体称为蛋白质的超二级结构（ supersecondary structure). 主要组合方式： ； ,超
