Transcript 蛋白质的结构与功能
第二单元 蛋白质的结构与功能 第一节 蛋白质的化学组成 学习目标 掌握：蛋白质的含氮特点，肽键的概念； 熟悉：氨基酸的结构特点，肽、多肽链的末端； 了解：氨基酸分类，重要的活性肽。 蛋白质是重要的生物分子 核酸：遗传信息的载体 核酸 脂肪 蛋白质 糖 维生素 水 无机盐 …… 糖 脂类 蛋白质：遗传信息的执行者 六大营养素 无机盐 水 蛋白质的生物学功能 1.执行遗传信息 1）酶--催化剂 2）激素--代谢调节 3）抗体--免疫保护作用 4）载体--物质的转运和存储 5）运动与支持作用 6）参与细胞间信息传递 2.氧化供能 一、蛋白质的元素组成 都含有 所有蛋白质 都含有 大多数蛋白质 都含有 有些蛋白质 都含有 少数蛋白质 个别蛋白质 都含有 碳、氢、氧、氮 硫 磷 铁、铜、锰、锌 碘 特征性元素：氮 100/16 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。 每克N相当于6.25克蛋白质 样品中蛋白质的含量 = 样品含氮量×6.25 凯氏定氮法测定食品蛋白含量 2 1 5 4 3 10 6 9 8 测定食品中氮量，换算 成蛋白质量 乳类为6.38， 7 大米为5.95， 花生为5.46 等 换算系数都是6.25吗？ 凯氏定氮法有何缺陷？ 三鹿奶粉事件 三聚氰胺的结构 中主要含有哪种 元素？ 不法分子添加三 聚氰胺的目的？ 二、蛋白质的基本单位——氨基酸 种类：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。 （一）氨基酸的结构特点 1.均为L-α-氨基酸(甘氨酸、脯氨酸除外）； 2.甘氨酸不分型；脯氨酸是亚氨基酸。 H R C COOH NH2 氨基酸通式 H H C COOH NH2 甘氨酸 H2C CH2 H2C CH COOH NH 脯氨酸 （二）氨基酸的分类 1. 非极性侧链氨基酸 1. 非极性侧链氨基酸 甘氨酸 glycine Gly G 丙氨酸 alanine Ala A 缬氨酸 valine Val V 亮氨酸 leucine Leu 异亮氨酸 isoleucine Ile L 3. 酸性氨基酸 天冬氨酸 aspartic acid 2.97 Asp D glutamic acid Glu E 赖氨酸 lysine Lys K 9.74 精氨酸 arginine Arg R 10.76 组氨酸 histidine His H 7.59 谷氨酸 3.22 4. 碱性氨基酸 4. 碱性侧链氨基酸 6.00 5.96 5.98 I 6.02 苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48 脯氨酸 P 6.30 proline Pro 2. 非电离极性侧链氨基酸 3. 酸性侧链氨基酸 5.97 2. 非电离极性氨基酸 色氨酸 tryptophan Try W 丝氨酸 serine Ser S 酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66 半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 methionine Met M 5.74 天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 苏氨酸 threonine Thr T 5.60 蛋氨酸 5.89 5.68 （四）氨基酸在蛋白质分子中的连接方式 * 肽键：是由一个氨基酸的-羧基与另一个 氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学 键。 O O NH2-CH-C + NH-CH-C R1 OH H R2 OH -H2O O O NH2-CH-C N-CH-C R1 H R2 OH 肽键 二肽 肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸 缩合则形成三肽…… 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽，由 更多的氨基酸相连形成的肽称多肽。 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全， 被称为氨基酸残基。 * 多肽链：是指许多氨基酸之间以肽键连 接而成的一种结构。 多肽链有两端 N 末端：多肽链中有自由氨基的一端 C 末端：多肽链中有自由羧基的一端 多肽主链： 多肽侧链： 主 链 O H2N CH C R1 O N H CH C R2 O N H CH C R3 NH ...... CH COOH Rn 羧基末端 氨基末端 侧链 N末端 C末端 牛核糖核酸酶 （五） 生物活性肽 1. 谷胱甘肽(G-SH) H2O2 2G-SH G-SH过 氧化物酶 2H2O G-S-S-G NADP+ G-SH还原 酶 NADPH+H+ 食物蛋白如何转变为人体蛋白 合成人体蛋白 氨基酸 消化 蛋白质有种属特异性吗？ 氨基酸有种属特异性吗？ 课后作业 简述蛋白质的元素组成特点 氨基酸的结构特点 第二节 蛋白质的分子结构 学习目标 掌握：蛋白质一级结构的概念和化学键， 二级结构的形式和维持力； 熟悉：蛋白质的三、四级结构特点； 了解：蛋白质的结构与功能的关系。 蛋白质的分子结构包括 一级结构: 基本结构 二级结构 空间 三级结构 结构 四级结构 一、蛋白质的一级结构 定义 蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列 顺序。 主要的化学键 肽键（主键），有些蛋白质还包括二硫键。 胰岛素的加工过程 C N B 肽 信号肽 C 肽 A 肽 信号肽酶 胰岛素原 B 肽 C 肽 A 肽 C 肽 S A链 S S S B链 S S 胰岛素 前胰岛素原 二、蛋白质的空间结构 二级结构 三级结构 四级结构 （一）蛋白质的二级结构 定义 蛋白质分子中主链的局部空间结构， 不涉及侧链的构象 。 主要的化学键： 氢键 1.肽单元 参与肽键的4个原子C、O、 N、H与相邻的两个C位于同一 平面，构成了一个肽单元 又称 肽键平面。 2.蛋白质二级结构的主要形式 • -螺旋 • -折叠 • -转角 • 无规卷曲 （1） -螺旋 目录 （2）-折叠 （3）-转角 -转角 （4） 无规卷曲 无规卷曲是指多肽链主链部分形成的无 规律的卷曲构象。 （二）蛋白质的三级结构 1. 定义 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。 即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。 主要的化学键 疏水键、离子键、氢键和 范德华力等非共价键 和二硫键（共价键）。 统称为次级键。 （三）蛋白质的四级结构 概念：由两条或两条以上具有独立三级结 构的多肽链通过非共价键结合所形成的多聚体 结构。 每一条多肽链都有完整的三级结构，称为 蛋白质的亚基。亚基单独存在时，无生物学活 性。 亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次 是氢键和离子键。 血 红 蛋 白 的 四 级 结 构 练习：根据描述判断蛋白质空间 结构形式 胰蛋白酶具有1条多肽链，推测其最高级 空间结构。 血红蛋白有4条多肽链，每条链都可以形 成三级结构，多肽链之间以非共价键结 合，推测其最高级空间结构。 由教材P10胰岛素一级结构图，推测其最 高级空间结构。 蛋白质具有生物活性的形式是其最高 级空间结构形式。 三、蛋白质结构与功能的关系 （一）蛋白质一级结构与功能的关系 1.一级结构不同的蛋白质功能不同 血管升压素 H2N-半胱-酪-苯丙-谷胺-天胺-半胱-脯-精-甘-COOH 催产素 H2N-半胱-酪-异亮-谷胺-天胺-半胱-脯-亮-甘-COOH 2.一级结构相似的蛋白质功能相似 ACTH H2N-丝-酪-丝-蛋-谷-组-苯丙-精-色-甘-赖-组-缬......苯丙-COOH MSH H2N-丝-酪-丝-蛋-谷-组-苯丙-精-色-甘-赖-组-缬-CONH2 O C CH3 (13肽) (39肽) 3.一级结构改变与疾病的关系 镰刀形红细胞贫血患者血红蛋白β-链第6位氨基酸 发生改变。 N-缬-组-亮-苏-脯-谷-谷-赖……-C （正常人） N-缬-组-亮-苏-脯-缬-谷-赖……-C （镰状红细胞贫血患者） 这种由基因突变导致蛋白质一级结构改变 而引起的遗传性疾病，称为“分子病”。 （二）蛋白质空间结构与功能的关系 蛋白质的空间结构决定其生物学功 能，若构象改变，则生物学活性也随之发 生改变。 天然状态， 有催化活性 去除尿素、 β-巯基乙醇 尿素、 β-巯基乙醇 非折叠状态，无活性 蛋白制品保 存在冰箱中 用酒精进行皮肤消毒 熟食的营养价 值高于生食 高压蒸汽灭菌 作 业 名词：蛋白质的一级结构 蛋白质的二级结构的形式和化学键 第三节蛋白质的理化性质 The Physical and Chemical Characters of Protein 学习目标 掌握蛋白质等电点的概念和蛋白质带电 情况的判断。 掌握稳定蛋白质亲水胶体稳定的因素， 熟悉蛋白质的高分子性质。 熟悉沉淀蛋白质的方法。 掌握蛋白质变性的概念、本质，熟悉常 见变性因素。 了解变性与凝固的关系。 一、蛋白质的两性解离和等电点 1.蛋白质是两性电解质 （1）两性基团 ① 酸 性 基 团 ： -COOH; ② 碱 性 基 团 :-NH2 和 =NH （2）基团所在部位 A.N端和C端 B.R侧链上 （3）两性解离 -COOH -COO H 酸性解离： -NH2 H NH3 碱性解离： 2. 蛋白质的等电点( pI) 当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、 负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零， 此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。 pH与pI处于不同关系时蛋白质所带的电性不同 生理条件下，大多数蛋白质阴离子形式存在 3.Pr带电情况的判断 COOH Pr NH3 OH H COO Pr NH3 H 当pH<pI时，蛋白质带正电荷，是阳离子； 当pH=pI时，蛋白质是兼性离子； 当pH>pI时，蛋白质带负电荷，是阴离子。 COO Pr NH2 3.电泳 概念：带电粒子在电场中向电性相反的电极泳动 的现象。 影响泳动速度的因素： A.分子大小 B.电荷多少 C.电场强度 血清蛋白醋膜电泳 二、蛋白质的胶体性质 1. 蛋白质可形成亲水胶体 蛋白质分子直径：1-100nm 在胶体范围 2. 蛋白质胶体稳定的因素 分子表面同种电荷 水化膜 水化膜 + + + + + + + 酸 碱 碱 酸 带正电荷的蛋白质 脱水作用 + + + + + + + + 带正电荷的蛋白质 在等电点的蛋白质 脱水作用 碱 － － － － － －－ － 带负电荷的蛋白质 脱水作用 酸 不稳定的蛋白质颗粒 溶液中蛋白质的聚沉 － － － － － －－ － 带负电荷的蛋白质 2.蛋白质不易透过半透膜 透析：用半透膜分离纯化蛋白质的方法。 沉降系数（S）： （三）蛋白质的变性和凝固 （一）蛋白质的变性 1. 蛋白质的变性的概念： 在某些物理和化学因素作用下，其特定的 空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和 生物活性的丧失。 2.变性的本质 次级键断裂，空间结构破坏， 肽键不断裂，一级结构完整。 3.造成变性的因素 物理因素：高温、射线、超声波、剧烈震荡等； 化学因素：强酸、强碱、重金属离子、有机溶剂。 4.变性蛋白质的特点： A、生物学活性丧失 B、溶解度降低，粘度增加 C、易被蛋白酶水解 天然状态， 有催化活性 去除尿素、 β-巯基乙醇 尿素、 β-巯基乙醇 非折叠状态，无活性 若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素 后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构 象和功能，称为复性。 5.应用举例 临床医学上，变性因素常被应用来消毒及 灭菌。 此外, 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质 制剂（如疫苗等）的必要条件。 （二）蛋白质的凝固 蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固 的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。 四、蛋白质的沉淀 1.概念： 蛋白质分子凝聚而从溶液中析出的现象。 沉淀蛋白质的方法： （一）盐析 不变性 分段盐析 （二）有机溶剂 变性 若低温、快速进行，则不变性。 （三）重金属盐 变性 条件：pH>PI （四）生物碱试剂 变性 条件：pH<PI （四）蛋白质的紫外吸收 由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸 和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收 峰。 蛋白质变性、沉淀、凝固的关系 变性的蛋白质不一定沉淀 沉淀的蛋白质不一定变性 变性的蛋白质不一定凝固 凝固的蛋白质一定变性 沉淀的蛋白质不一定凝固 凝固的蛋白质一定沉淀 （五）蛋白质的呈色反应 ⒈茚三酮反应 蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮 反应。 茚三酮反应不能区分蛋白质和氨基酸。 ⒉双缩脲反应 蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与 硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双 缩脲反应。 双缩脲反应可以区分蛋白质和氨基酸。 二肽不能进行双缩脲反应 3.Folin-酚试剂反应 蛋白质分子中的酪氨酸、色氨酸残基在 碱性条件下能与酚试剂（磷钨酸-磷钼酸） 反应生成蓝色化合物。 第四节 蛋白质的分类 按组成分类： 单纯蛋白质和结合蛋白质 按分子形状分类： 球状蛋白质和纤维状蛋白质 按功能分类： 活性蛋白质和非活性蛋白质