医学生物化学课件.ppt
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生物化学BIOCHEMISTRY王泽平王泽平生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第第11章章StructureandFunctionofProteinn什么是蛋白质什么是蛋白质?
蛋白质(protein)是由许多氨基酸(aminoacids)通过肽键(peptidebond)相连形成的高分子含氮化合物。
n蛋白质蛋白质研究研究的的历史历史18331833年年,从从麦麦芽芽中中分分离离淀淀粉粉酶酶;随随后后从从胃胃液液中中分离到类似胃蛋白酶的物质。
分离到类似胃蛋白酶的物质。
18641864年,血红蛋白被分离并结晶。
年,血红蛋白被分离并结晶。
1919世世纪纪末末,证证明明蛋蛋白白质质由由氨氨基基酸酸组组成成,并并合合成成了多种短肽。
了多种短肽。
2020世世纪纪初初,发发现现蛋蛋白白质质的的二二级级结结构构;完完成成胰胰岛岛素一级结构测定。
素一级结构测定。
2020世世纪纪中中叶叶,各各种种蛋蛋白白质质分分析析技技术术相相继继建建立立,促进了蛋白质研究迅速发展;促进了蛋白质研究迅速发展;19621962年,确定了血红蛋白的四级结构。
年,确定了血红蛋白的四级结构。
2020世世纪纪9090年年代代,功功能能基基因因组组与与蛋蛋白白质质组组研研究究地地展开。
展开。
n蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性分分布布广广:
所所有有器器官官、组组织织都都含含有有蛋蛋白白质质;细细胞胞的各个部分都含有蛋白质。
的各个部分都含有蛋白质。
含含量量高高:
蛋蛋白白质质是是细细胞胞内内最最丰丰富富的的有有机机分分子子,占占人人体体干干重重的的4545,某某些些组组织织含含量量更更高高,例例如如脾、肺及横纹肌等高达脾、肺及横纹肌等高达8080。
1.蛋白质是生物体重要组成成分蛋白质是生物体重要组成成分作为生物催化剂(酶)作为生物催化剂(酶)代谢调节作用代谢调节作用免疫保护作用免疫保护作用物质的转运和存储物质的转运和存储运动与支持作用运动与支持作用参与细胞间信息传递参与细胞间信息传递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.氧化供能氧化供能蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成TheMolecularComponentofProtein第一节第一节n组成蛋白质的元素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近,平均为各种蛋白质的含氮量很接近,平均为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克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数每克样品含氮克数6.251001/16%n蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点一、组成人体蛋白质的一、组成人体蛋白质的20种氨基酸种氨基酸均属于均属于L-氨基酸氨基酸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,且均属L-氨基酸(甘氨酸除外)。
H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸极性中性氨基酸极性中性氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸二、氨基酸二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质可根据侧链结构和理化性质进行分类进行分类(一一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸氨基酸(二二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸中性氨基酸(三三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸(四四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸(五五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸氨基酸n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)CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2半胱氨酸半胱氨酸+胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3三、三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质种氨基酸具有共同或特异的理化性质n两性解离及等电点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。
处溶液的酸碱度。
等电点等电点(isoelectricpoint,pI)在在某某一一pH的的溶溶液液中中,氨氨基基酸酸解解离离成成阳阳离离子子和和阴阴离离子子的的趋趋势势及及程程度度相相等等,成成为为兼兼性性离离子子,呈呈电电中性。
此时溶液的中性。
此时溶液的pH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。
(一)氨基酸具有两性解离的性质
(一)氨基酸具有两性解离的性质pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子阳离子阳离子阴离子阴离子
(二)含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质
(二)含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸的色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在最大吸收峰在280nm附近附近。
大大多多数数蛋蛋白白质质含含有有这这两两种种氨氨基基酸酸残残基基,所所以以测测定定蛋蛋白白质质溶溶液液280nm的的光光吸吸收收值值是是分分析析溶溶液液中中蛋蛋白白质质含含量量的的快速简便的方法。
快速简便的方法。
芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收(三)氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物(三)氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物氨氨基基酸酸与与茚茚三三酮酮水水合合物物共共热热,可可生生成成蓝蓝紫色紫色化合物,其最大吸收峰在化合物,其最大吸收峰在570nm处。
处。
由由于于此此吸吸收收峰峰值值与与氨氨基基酸酸的的含含量量存存在在正正比关系,因此可作为氨基酸定量分析方法。
比关系,因此可作为氨基酸定量分析方法。
四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链的多肽链肽肽键键(peptidebond)是是由由一一个个氨氨基基酸酸的的-羧羧基基与与另另一一个个氨氨基基酸酸的的-氨氨基基脱脱水水缩缩合合而而形形成成的的化学键。
化学键。
(一)
(一)氨基酸通过肽键连接而形成肽氨基酸通过肽键连接而形成肽(peptide)+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键肽肽是是由由氨氨基基酸酸通通过过肽肽键键缩缩合合而而形形成成的的化化合物。
合物。
两两分分子子氨氨基基酸酸缩缩合合形形成成二二肽肽,三三分分子子氨氨基基酸缩合则形成三肽酸缩合则形成三肽肽肽链链中中的的氨氨基基酸酸分分子子因因为为脱脱水水缩缩合合而而基基团团不全,被称为氨基酸残基不全,被称为氨基酸残基(residue)。
由由十十个个以以内内氨氨基基酸酸相相连连而而成成的的肽肽称称为为寡寡肽肽(oligopeptide),由由更更多多的的氨氨基基酸酸相相连连形形成成的的肽肽称多肽称多肽(polypeptide)。
N末端:
多肽链中有末端:
多肽链中有游离游离-氨基氨基的一端的一端C末端:
多肽链中有末端:
多肽链中有游离游离-羧基羧基的一端的一端n多肽链有两端:
多肽链有两端:
多多肽肽链链(polypeptidechain)是是指指许许多多氨氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。
基酸之间以肽键连接而成的一种结构。
N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶
(二)
(二)体内存在多种重要的生物活性肽体内存在多种重要的生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O22GSH2H2OGSSGGSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+nGSH与与GSSG间的转换间的转换体内许多激素属寡肽或多肽体内许多激素属寡肽或多肽神经肽神经肽(neuropeptide)2.多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构TheMolecularStructureofProtein第二节第二节n蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括:
高级高级结构结构一级结构一级结构(primarystructure)二级结构二级结构(secondarystructure)三级结构三级结构(tertiarystructure)四级结构四级结构(quaternarystructure)n定义定义:
蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至端至C-端的端的氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序。
一、一、氨基酸的排列顺序决定蛋白质氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构的一级结构n主要的化学键主要的化学键:
肽键肽键,有些蛋白质还包括二硫键。
,有些蛋白质还包括二硫键。
一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能功能的基础的基础,但不是决定蛋白质空间构象的但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素唯一因素。
二、二、多肽链的局部主链构象为蛋白质多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构二级结构蛋蛋白白质质分分子子中中某某一一段段肽肽链链的的局局部部空空间间结结构构,即即该该段段肽肽链链主主链链骨骨架架原原子子的的相相对对空空间间位位置置,并并不不涉涉及及氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链的的构构象象。
n定义定义:
n主要的化学键主要的化学键:
氢键氢键
(一)参与肽键形成的
(一)参与肽键形成的6个原子在同一平面上个原子在同一平面上参参与与肽肽键键的的6个个原原子子C1、C、O、N、H、C2位位于于同同一一平平面面,C1和和C2在在平平面面上上所所处处的的位位置置为为反反式式(trans)构构型型,此此同同一一平面上的平面上的6个原子构成了所谓的个原子构成了所谓的肽单元肽单元(peptideunit)。
(一)参与肽键形成的
(一)参与肽键形成的6个原子在同一平面上个原子在同一平面上参参与与肽肽键键的的6个个原原子子C1、C、O、N、H、C2位位于于同同一一平平面面,C1和和C2在在平平面面上上所所处处的的位位置置为为反反式式(trans)构构型型,此此同同一一平面上的平面上的6个原子构成了所谓的个原子构成了所谓的肽单元肽单元(peptideunit)。
-螺旋螺旋(-helix)-折叠折叠(-pleatedsheet)-转角转角(-turn)无规卷曲无规卷曲(randomcoil)
(二)
(二)-螺旋结构是常见的蛋白质二级结构螺旋结构是常见的蛋白质二级结构n蛋白质二级结构蛋白质二级结构n-螺旋螺旋(三)(三)-折叠使多肽链形成片层结构折叠使多肽链形成片层结构(四)(四)-转角和无规卷曲在蛋白质分子中转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在普遍存在-转角转角无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。
分肽链结构。
(五)模体(五)模体是具有特殊功能的超二级结构是具有特殊功能的超二级结构在许多蛋白质分子中,可发现二个或三个具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,形成一有二级结构的肽段,在空间上相互接近,形成一个个有规则的二级结构组合,被称为有规则的二级结构组合,被称为超二级结构超二级结构。
二级结构组合形式有二级结构组合形式有33种:
种:
,。
二个或三个具有二级结构的肽段,在空间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,称为上相互接近,形成一个特殊的空间构象,称为模体模体(motif)。
模体是具有特殊功能的超二级结构。
模体是具有特殊功能的超二级结构。
钙结合蛋白中结合钙结合蛋白中结合钙离子的模体钙离子的模
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