生物化学蛋白质省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章,蛋白质结构与功效,一、概述,二、蛋白质基本组成单位氨基酸解,),三、蛋白质结构,四、蛋白质结构与功效关系,五、蛋白质主要性质、分离纯化与判定,1/92,了解蛋白质元素组成；掌握蛋白质基本结构单位氨基酸基本结构；了解氨基酸分类；了解稀有氨基酸和非蛋白质氨基酸；掌握氨基酸各种理化性质；掌握肽键、肽链和蛋白质一级结构概念，同时了解蛋白质一级结构表示方法；掌握二肽及多肽形成过程；了解蛋白质一级结构测定方法。,。,2/92,思索题,1.,蛋白质分为哪些类型？各行使何种功效？,2.,自然界存在氨基酸种类、结构、性质？,3.,肽键有何特点？对蛋白质构象形成有何,影响？,4.,何谓蛋白质一、二、三、四级结构？维,系蛋白质构象作用力有哪些？,5.,何谓蛋白质超二级结构和结构域？,6.,试述蛋白质一级结构和高级结构与功效,关系。,7.,何谓蛋白质变性作用与复性作用？,3/92,一、概述,（一）蛋白质生物学意义和元素组成,（二）蛋白质分类,4/92,（一）蛋白质生物学意义和元素组成,1.蛋白质生物学意义,（1）蛋白质生物学功效,多样性,酶催化功效、控制生长和分化、代谢调整功效、运动功效、运输作用、免疫保护作用、接收和传递信息、贮存营养功效、结构支持作用,。,（2）蛋白质生物学功效,复杂性,某一功效发挥往往受到各种原因影响与调整。,5/92,2.蛋白质元素组成,普通含有：,碳,（5055,）,、,氮,（1518）、,氧,（2023）、,氢,（68）、,硫,（04）。,在一些蛋白质中，还含有一些,微量元素,如：磷、铁、铜、钼、碘、锌等。,蛋白质元素组成一个特点：,各种蛋白质氮含量比较恒定，平均值为16左右,。,用,凯氏定氮法,测定氮含量，计算蛋白质含量（由氮含量乘以6.25）出来。,6/92,（二）蛋白质分类,1.按蛋白质构象分类,2.按蛋白质功效分类,3.,按蛋白质组成和溶解性分类,7/92,1.,按蛋白质构象分类,分为,球状蛋白质,和,纤维状蛋白质,。,球状蛋白质,（,globular,protein,）,血红蛋白、肌红,蛋白等。,8/92,纤维状蛋白质（,fibroue protein,）,胶原蛋白、弹性 蛋白、角蛋白、丝心蛋白等。,9/92,催化蛋白（酶）,调整蛋白,结构蛋白,运输蛋白,贮藏蛋白,运动蛋白,防御蛋白,电子传递蛋白,2.按蛋白质功效分类,10/92,3.,按蛋白质组成和溶解性分类,单纯蛋白质,（,simple protein,）,结合蛋白质,（,complex protein,）,11/92,二、蛋白质基本组成单位,氨基酸,（一）氨基酸结构,（二）氨基酸分类,（三）氨基酸性质,12/92,（一）氨基酸结构,蛋白质基本结构单位,-,氨基酸结构通式,侧链,13/92,脯氨酸,亚氨基,14/92,（二）氨基酸分类,1,.,编码氨基酸,2.非编码氨基酸,3.,非蛋白质氨基酸,15/92,氨基酸名称,符号,R,基化学结构,等电点,分类,H,3,C,H,3,C,Ala,(,alanine,),CH,CH,3,H,3,C,CH,CH,3,CH,2,H,3,C,CH,CH,3,CH,2,H,3,C,CH,2,N,CH,2,CH,2,CH,2,S,CH,2,H,2,C,H,2,C,CH,N,COOH,H,缬氨酸,亮氨酸,苯丙氨酸,色氨酸,蛋氨酸,脯氨酸,Val,Pro,Trp,Met,Leu,Ile,Phe,异亮氨酸,(,valine),(,leucine),(,phenylalanine),(,tryptophan),(,methionine),(,proline),(,isoleucine),6.02,5.97,5.98,6.02,5.48,5.89,5.75,6.30,非极性氨基酸,（8种）,丙氨酸,1.,编码氨基酸,16/92,17/92,第,21,种氨基酸,硒代半胱氨酸,18/92,2.,非编码氨基酸,没有对应三联体遗传密码。,由,编码氨基酸,经羟基化、甲基化、磷酸化等修饰形成衍生物。,比如：胶原蛋白和弹性蛋白中,4-羟脯氨酸,、,5-,羟赖氨酸等,。,19/92,3.,非蛋白质氨基酸,在生物体内，还发觉,150,各种不参加蛋白质组成氨基酸。,这些非蛋白质氨基酸多是,主要代谢物前体或代谢中间产物,。,20/92,1.,氨基酸两性解离及等电点,氨基酸是,两性电解质,（,ampholyte）,C,H,COOH,R,NH,2,（三）氨基酸性质,21/92,氨基酸两性解离,R,COOH,C,H,NH,2,R,COO,C,H,NH,3,+,-,中性分子形式,两性离子形式,22/92,R,COOH,C,H,NH,3,R,COO,-,C,H,NH,3,+,R,COO,-,C,H,NH,2,+,OH,-,H+,23/92,对某种氨基酸来讲，当溶液在某一特定,pH,时，氨基酸所带净电荷为零（即正电荷数与负电荷数相等），在电场中，既不向正极移动，也不向负极移动。这时，溶液,pH,称为该氨基酸等电点,(isoelectric point),，用,pI,表示。,两性解离物质所带静电荷为零时溶液,pH。,氨基酸等电点,24/92,（1）不一样氨基酸，因为,R,基团结构不一样，有不一样等电点。在一定试验条件下，等电点是,氨基酸特征常数,。,（2）当氨基酸处于等电点状态时，其,溶解度最小,，轻易发生沉淀。,利用这一特征，能够从各种氨基酸混合物溶液中，分离制取某种氨基酸,。,氨基酸等电点作用,25/92,（,1,）氨基酸构型,除,甘氨酸以外,，其余 20 种氨基酸,C,都是不对称碳原子（手性）。,2.,氨基酸光学活性与吸收光谱,26/92,甘氨酸结构式,27/92,参加蛋白质组成氨基酸在,可见光区都没有光吸收,；,在,紫外光区,只,有色氨酸、酪氨酸,和,苯丙氨酸,有吸收光能力。其最大吸收波长(,),分别为,280,nm,、275,nm,、257,nm,；,是,利用紫外分光光度计，,在280,nm,波优点，,测定蛋白质浓度基础。,（,2,）吸收光谱,28/92,三、蛋白质结构,（一）蛋白质一级结构,（二）蛋白质三维结构,29/92,蛋白质结构层次,30/92,一级结构（,primary structure,）；,二级结构（,secondary structure）；,超二级结构（,supersecondary,structure）；,结构域（,structural domain）；,三级结构（,tertiary structure）；,四级结构（,quarternary structure）,蛋白质结构层次,31/92,（一）蛋白质一级结构,概念：,多肽链上各种,氨基酸残基,排列次序，即氨基酸序列称为蛋白质一级结构（,primary structure,）。,（51,Aa，5733 u）,32/92,1.,肽和肽键,肽,由,氨基酸组成线形聚合物,称为肽（,peptide）。,二个氨基酸分子缩合而成肽，称为二肽（,dipeptide）,。,N,H,C,O,C,N,H,C,O,C,OH,H,H,R,1,R,2,H,33/92,34/92,肽键,（,peptide bone）,多肽链,（,polypeptide chain）,肽键氮氧原子共振产生：,（1）部分双键性质；（2）多肽主链酰胺平面；（3）,C,处于顺式或反式构型；（4）二面角；（5）偶极性（,N,末端，,C,末端）,。,35/92,氨基酸残基,（,amino acid residue）,H,OH,36/92,蛋白质一级结构表示法,肽键,H,2,N,CO,H,CH,3,S,COOH,NH,C,CO,H,NH,C,CO,H,NH,C,CO,H,NH,C,H,H,CH,2,C,H,CH,2,OH,CH,2,CH,2,汉字氨基酸残基命名法：,酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙,氨酰甲硫氨酸,三字母符号表示法,：,TyrGlyGlyPheMet,单字母,符号表示法,：,YGGFM,37/92,谷胱甘肽,脑啡肽（5肽,）,短杆菌肽,S（10,肽,）,肽类激素,3.天然活性肽,38/92,（二）蛋白质三维结构,蛋白 质三维结构,指是,蛋白质分子中全部原子和基团相互间立体关系，包含全部原子和基团排列、分布及肽链走向。,又称为蛋白质高级结构、空间结构或构象，可分为,二级,、,超二级,、,结构域,、,三级,和,四级结构,。,39/92,1,.,蛋白质二级结构,2.蛋白质超二级结构和结构域,3.蛋白质三级结构,4,.,蛋白质四级结构,5,.,稳定蛋白质构象作用力,40/92,蛋白质结构层次,41/92,1.基本知识,（1）构型与构象,构型（,configuration）,构象（,conformation）1969,年，,IUPAC,（2）,蛋白质立体结构原理,肽单位与二面角,将多肽链基本结构中，-,C,-CO-NH-C,-,这一主链骨架重复单位叫,肽单位,（,Pauling,和,Corey,在1951年依据,X-,射线衍射结果，提出蛋白质,肽单位平面标准,3,）,。,42/92,肽单位平面结构,N,H,C,O,C,N,H,C,O,C,OH,H,H,R,1,R,2,H,43/92,肽单位立体结构,44/92,45/92,二面角（,dihedral angle）,肽平面1 围绕,C,2,N,1,单键旋转，其旋转角度用,表示；,肽平面2 也能够围绕,C,2,C,2,单键旋转，其旋转角度用,表示。,(,右为正,左为负,),N1,C,2,C2,46/92,多肽链主链骨架构象是由每个,C,成对二面角,（,，,）,所决定。,非键合原子间最小接触距离,在相邻两个肽单位构象中，非键合原子间靠近有没有障碍，是否符合,标准接触距离,，,即能量是否到达最低,，,也是肽链构象能否稳定存在主要,立体化学标准,。,47/92,2.,二级结构,概 念,指多肽链主链在一级结构基础上，一些肽段借助氢键深入盘旋或折叠，从而形成有规律构象。,主要类型,-,螺旋、,-,折叠片、,-,转角、无规卷曲。,48/92,（,1,）,-,螺旋,即每个氨基酸残基（,n）,CO,与另一个氨基酸残基（,n+4）,NH,形成氢键。,Pauling,和,Corey,于1951 年提出蛋白质,-,螺旋,（,-helix,）,结构模型,。,羊毛等纤维状蛋白质中，球状蛋白中也广泛存在。它是蛋白质主链一个经典结构形式,.,49/92,每隔,3.6,个氨基酸残基，螺旋上升一圈，每圈间距,0.54nm.,氢键环内包含,13,个主链原子，所以称这种螺旋为,3.6,13,螺旋。,50/92,51/92,52/92,53/92,电子显微镜下人体头发,54/92,（,2,）,-,折叠,（,a）Antiparallel,-,折叠：,伸展多肽链靠氢键联结而成锯齿状片层结构，存在于纤维蛋白，球状蛋白也有。,又称为,-,折叠片（,-pleated sheet）,。,55/92,反平行式较为稳定，比如在丝心蛋白中存在稳定反平行,折叠。,56/92,（,3,）,-,转角,蛋白质分子中连接不一样结构单位180,o,转弯结构称为,-,转角（,-turn）,。,由氨基酸残基（,n）,CO,与另一个氨基酸残基（,n+3）,NH,形成氢键。,57/92,（,4,）无规卷曲,没有规律性多肽主链骨架构象，就是,无规卷曲,（,random coil,，,、,角度,不定）；球蛋白分子中，往往含有较多无规卷曲；无规卷曲,往往,有利于多肽链形成灵活、含有特异生物活性构象。,58/92,（,1,）超二级结构,相邻二级结构单元（主要是,螺旋和,折叠）组合在一起，形成有规则、空间上能够识别,二级结构组合体,，充当三级结构构件，称为,超二级结构（,supersecondary structure）,。,3.超二级结构和结构域,59/92,常见组合形式：,、,60/92,（,2,）结构域,多肽链在二级结构或超二级结构基础上，深入卷波折叠成为相对独立、近似球形三维实体称为,结构域（,structure domain）,，,是三级结构局部折叠区。,61/92,结构域之间经常只有一段肽链相连，形成所谓“,铰链区,”（,hinge region），,使结构域轻易发生相对运动。结构域之间这种,柔性,（,flexibility）,有利于如酶和抗体活性发挥。,62/92,4.三级结构,多肽链在二级结构、超二级结构和结构域基础上，,主链构象和侧链构象相互作用,，深入盘波折叠形成特定球状分子结构，称作三级结构,（tertiary,structure）,。,三级结构是指多肽链中全部原子空间排布。,肌红蛋白,myoglobin,63/92,5.,四级结构,由两条或两条以上含有三级结构多肽链聚合而成特定三维结构（构象）称为蛋白质四级结构,（quarter-nary struc-ture）,。,包括亚基种类、数目和亚基空间排布，包含亚基间接触位点和相互作用关系，但不包含亚基本身构象。,-,亚基,（,subunit）,血红蛋白,hemoglobin,-,亚基,血红素,（,haem,）,64/92,烟草花叶病毒（,TMV）,示意图,由2 130个相同亚基组成螺旋对称性柱形蛋白质外壳，紧密排列于一含有6 390个核苷酸单链,RNA,分子周围。解离,TMV,外壳亚基和,RNA，,在适当条件下能,自装配,成完整,TMV。,65/92,蛋白质结构层次,66/92,5,.,稳定蛋白质构象作用力,67/92,四、蛋白质结构与功效关系,（一）蛋白质一级结构与功效关系,（二）蛋白质构象与功效关系,68/92,1.一级结构变异与生物进化,在不一样生物体中行使相同或相同功效蛋白质，称为,同功效蛋白质,。,它们氨基酸序列含有显著相同性，这种现象称为,序列同源,，有显著序列同源蛋白质，也称,同源蛋白质,。,（一）蛋白质一级结构与功效关系,69/92,（1）同源蛋白质完全相同氨基酸残基，称,不变残基,，它们决定了蛋白质,空间结构与功效,。,（2）有相当大改变氨基酸残基，称为,可变残基,，它们差异表达了,种属特异性,。,所以，对不一样生物起源,同功效蛋白质,一级结构进行比较研究：,能够帮助我们了解哪些氨基酸对其活性是主要，哪些是不主要；可为生物进化提供新可靠依据。,同源蛋白质结构种属差异与保守性,70/92,2.,一级结构变异与分子病,（,1,）分子病,基因突变,Aa,变异 蛋白结构和功效改变引发遗传病。,（,2,）镰刀型红细胞贫血病,由,Hb,分子,亚基,N,末端序列一级结构改变引发,Hb,表面电荷和等电点改变，溶解度降低并出现不正常线形缔合。,71/92,正常红细胞和镰刀状红细胞扫描电镜图谱,？,72/92,一级结构相同，可能会有相同功效；一级结构有差异，功效会不一样。如,OX,与,ADH:,牛催产素,Cys.Tyr.,Ile,.Gln.Asn.Cys.Pro.,Leu,.Gly-NH,2,Cys.Tyr.,Phe,.Gln.Asn.Cys.Pro.,Arg,.Gly-NH,2,.,S,S,1,2,3,4,5,6,7,8,9,S,S,牛加压素,3.,多肽激素一级结构与功效,（,ADH,）,（,OX,）,73/92,不一样生物（哺乳动物、鸟类、鱼类）起源胰岛素分子一级结构，发觉组成,51,个氨基酸残基中，只有,24,个氨基酸残基一直保持不变，为不一样生物所共有，为维持高级结构和生物活性所必需。,4.,不一样生物起源胰岛素一级结构比较,74/92,5.,一级结构断裂与功效激活,有些蛋白质常以无活性前体形式产生和贮存。在机体需要时，切去部分肽段之后，才变成有活性蛋白质。,如参加蛋白质消化各种蛋白酶、参加血液凝固凝血酶、凝血因子等。,激活,（,activation）：,使前体蛋白质变成活性蛋白质过程，称为激活,。,75/92,76/92,（二）蛋白质构象与功效关系,1,.,变构调整活性,2,.,变性丧失活性,77/92,血红蛋白,-,亚基,-,亚基,（,-,subunit）,血红素,（,haem,）,78/92,血红蛋白变构现象（变构时亚基移动）,79/92,血红蛋白和肌红蛋白氧合曲线不一样，前者是,S,形曲线，后者是双曲线。,-,亚基可与氧结合，而,-,亚基因为存在空间位阻，几乎不与氧结合。当,-,亚基与氧结合后，发生三级结构改变，此改变使相邻,-,亚基发生三级结构改变，与氧结合使血红蛋白结合氧能力在短时间内快速上升，从，而使,曲线程,S,形。,氧饱和度（,%,）,80/92,（一）蛋白质主要性质,（二）蛋白质分离纯化标准与方法,五、蛋白质主要性质、分离纯化与判定,81/92,1,.,蛋白质两性解离与等电点,2,.,蛋白质变性与复性,3,.,蛋白质呈色反应,（一）蛋白质主要性质,82/92,蛋白质等电点（,isoelectric point）,当溶液在某个,pH,时，使蛋白质分子所带正电荷数与负电荷数恰好相等，即净电荷为零，在直流电场中，既不向阳极移动，也不向阴极移动，此时溶液,pH,就是该蛋白质等电点,，,用,pI,表示。,两性解离物质所带静电荷为零时溶液,pH。,1.蛋白质两性解离与等电点,83/92,（,1,）蛋白质变性,天然蛋白质在变性原因作用之下，其,一级结构保持不变，但其高级结构发生了异常改变,，即由天然态（折叠态）变成了变性态（伸展态），从而,引发生物功效丧失，物理、化学性质也发生改变,，这种现象被称为,变性（,denaturation）,。,2.,蛋白质变性与复性,84/92,引发变性原因：,物理原因和化学原因。,1.热（60100）；2.,pH,；3.盐；4.有机溶剂；5.尿素与盐酸胍；6.去垢剂等,85/92,变性表现：,（1）物理性质改变：,溶解度下降；（,2）化学性质改变：,易被蛋白酶消化；（3）,生物功效改变：,酶丧失活性、激素蛋白丧失生理调整作用、抗体失去与抗原专一性结合能力。,变性机理：,破坏了蛋白质分子构象中次级键。,使原来埋藏在分子内部疏水集团大量暴露出来，使分子表面水化膜破坏，分子结合沉淀。,86/92,以天然蛋白质作对照，测定蛋白质,物理改变，观察蛋白质溶解度是否下,降，是否凝集、沉淀等；,测定蛋白质化学性质改变；,测定蛋白质比活性。,蛋白质变性判定方法,87/92,蛋白质变性有可逆变性和不可逆变性之分。,可逆变性,在除去变性原因之后，在适宜条件下，变性蛋白质能够从伸展态恢复到折叠态，并恢复全部生物活性现象，称之为,复性（,renaturation）。,（,2,）复性,88/92,3.,蛋白质呈色反应,蛋白质分子结构中自由 一,NH,2,、,一,COOH,和肽键，以及一些氨基酸侧链基团，能够与某种化学试剂发生反应，产生有色物质。,89/92,蛋白质主要呈色反应,90/92,1.,标准,2.,方法,（1）前处理,（2）沉淀分离,（3）分离纯化,（4）质量判定,（二）蛋白质分离纯化标准与方法,91/92,思索题,1.,蛋白质分为哪些类型？各行使何种功效？,2.,自然界存在氨基酸种类、结构、性质？,3.,肽键有何特点？对蛋白质构象形成有何,影响？,4.,何谓蛋白质一、二、三、四级结构？维,系蛋白质构象作用力有哪些？,5.,何谓蛋白质超二级结构和结构域？,6.,试述蛋白质一级结构和高级结构与功效,关系。,7.,何谓蛋白质变性作用与复性作用？,92/92,