生物化学——第一章蛋白质.ppt

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,*,第一,章,蛋 白 质,7,学时,Protein,第一节 蛋白质的生物学意义,体现两点：,1,、蛋白质是构成原生质的重要组成之一；,2,、是生物体赖以生存的物质基础，是生物体内一切生理机能的体现者。,一、蛋白质的生物学意义,蛋白质分布广泛、功能多样,1.,催化功能-酶（如：淀粉酶）,2.结构功能-皮、毛、骨、牙、细胞骨架,3.收缩和运载工具-血红蛋白-鞭毛、肌肉蛋白,4.免疫作用-免疫球蛋白,5.激素作用,6.贮藏功能-种子中的谷蛋白,7.接受、传递信息的受体作用-受体蛋白,8.,遗传信息的控制、细胞膜的通透性，以及高等动物的记忆、识别机构等等,1、元素的组成：,C、H、O、N、S,等,N,的含量一般为16%,凯氏定氮法测定蛋白质的含量：,蛋白质含量=蛋白氮,6.25,（6.25=1/16%）,2、,组成单位氨基酸,第二节 蛋白质的元素组成,第三节 蛋白质的氨基酸组成,除脯氨酸外，其他均具有如下,结构通式,。,-,氨基酸,可变部分,不变部分,B、,除了甘氨酸外，,其他均具有不对称碳原子,，,具有旋光性，,比旋光度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。,C、,从蛋白质水解得到的,-,氨基酸均为,L-,型氨基酸,2、分类,各种氨基酸的区别在于侧链,R,基的不同。,20种基本氨基酸按,R,的极性可分为：,（,1,）非极性氨基酸,（,2,）极性氨基酸,（不带电荷氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸）,（一）极性氨基酸,酸性氨基酸：含两个羧基，带负电荷,碱性氨基酸：含两个碱基，带正电荷,中性氨基酸：一氨基一羧基氨基酸,（二）非极性氨基酸,氨基酸分类（根据,R,性质）,（,1,）脂肪族氨基酸,（,2,）芳香族氨基酸,（,3,）杂环氨基酸,（,4,）杂环亚氨基酸,丙氨酸,Alanine,缬氨酸,Valine,亮氨酸,Leucine,异亮氨酸,Ileucine,脯氨酸,Proline,甲硫氨酸,Methionine,非极性氨基酸,丙氨酸,Alanine,缬氨酸,Valine,亮氨酸,Leucine,异亮氨酸,Ileucine,脯氨酸,Proline,甲硫氨酸,Methionine,非极性氨基酸,丙氨酸,Alanine,缬氨酸,Valine,亮氨酸,Leucine,异亮氨酸,Ileucine,脯氨酸,Proline,甲硫氨酸,Methionine,非极性氨基酸,丙氨酸,Alanine,缬氨酸,Valine,亮氨酸,Leucine,异亮氨酸,Ileucine,脯氨酸,Proline,甲硫氨酸,Methionine,非极性氨基酸,丙氨酸,Alanine,缬氨酸,Valine,亮氨酸,Leucine,异亮氨酸,Ileucine,脯氨酸,Proline,甲硫氨酸,Methionine,非极性氨基酸,吡咯,丙氨酸,Alanine,缬氨酸,Valine,亮氨酸,Leucine,异亮氨酸,Ileucine,脯氨酸,Proline,甲硫氨酸,Methionine,非极性氨基酸,硫醚,苯丙氨酸,Phenylalanine,色氨酸,Trytophan,非极性氨基酸,苯基,苯丙氨酸,Phenylalanine,色氨酸,Trytophan,非极性氨基酸,特点：难溶于水，具有很强的疏水聚合能力。,R,基团疏水性强，在蛋白质高级结构中形成疏水键，对稳定高级结构很重要。,吲哚,精氨酸,Argini,赖氨酸,Lysine,组氨酸,Histidine,碱性,氨基酸,胍基,碱性氨基酸在,pH,值7.0时侧链基团带正电荷,精氨酸,Arginine,赖氨酸,Lysine,组氨酸,Histidine,碱性,氨基酸,碱性氨基酸在,pH,值7.0时侧链基团带正电荷,精氨酸,Arginine,赖氨酸,Lysine,组氨酸,Histidine,碱性,氨基酸,咪唑基,组氨酸在,pH,值7.0时侧链基团带部分正电荷,天冬氨酸,Aspartate,谷氨酸,Glutamate,酸性,氨基酸,酸性氨基酸在,pH,值7.0时侧链基团带负电荷,天冬氨酸,Aspartate,谷氨酸,Glutamate,酸性,氨基酸,酸性氨基酸在,pH,值7.0时侧链基团带负电荷,丝氨酸,Serine,苏氨酸,Threonine,天冬酰胺,Asparagine,谷氨酰胺,Glutamine,半胱氨酸,Cysteine,甘氨酸,Glycine,极性不带电荷氨基酸,羟基,比非极性,R,基氨基酸易溶于水，侧链中含有不,解离的极性基。,丝氨酸,Serine,苏氨酸,Threonine,天冬酰胺,Asparagine,谷氨酰胺,Glutamine,半胱氨酸,Cysteine,甘氨酸,Glycine,极性不带电荷氨基酸,比非极性,R,基氨基酸易溶于水，侧链中含有不,解离的极性基。,丝氨酸,Serine,苏氨酸,Threonine,天冬酰胺,Asparagine,谷氨酰胺,Glutamine,半胱氨酸,Cysteine,甘氨酸,Glycine,极性不带电荷氨基酸,酰胺,比非极性,R,基氨基酸易溶于水，侧链中含有不,解离的极性基。,丝氨酸,Serine,苏氨酸,Threonine,天冬酰胺,Asparagine,谷氨酰胺,Glutamine,半胱氨酸,Cysteine,甘氨酸,Glycine,极性不带电荷氨基酸,比非极性,R,基氨基酸易溶于水，侧链中含有不,解离的极性基。,丝氨酸,Serine,苏氨酸,Threonine,天冬酰胺,Asparagine,谷氨酰胺,Glutamine,半胱氨酸,Cysteine,甘氨酸,Glycine,极性不带电荷氨基酸,巯基,比非极性,R,基氨基酸易溶于水，侧链中含有不,解离的极性基。,丝氨酸,Serine,苏氨酸,Threonine,天冬酰胺,Asparagine,谷氨酰胺,Glutamine,半胱氨酸,Cysteine,甘氨酸,Glycine,极性不带电荷氨基酸,比非极性,R,基氨基酸易溶于水，侧链中含有不,解离的极性基。,二、氨基酸的理化性质,1、一般物理性质,无色结晶,，,熔点：均大于200，味道，溶解性：溶解于水，特别是稀酸稀碱溶液，不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂。,构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(20S,（,2,）沉降系数,S,与分子量没有正比关系。,（,3,）沉降系数相加没有意义：,两个亚基单独测定分别为20,S、60S，,但聚合体测定并不等于80,S，,20,S+60S 80S,沉降速度（沉降系数）：,单位（,cm）,离心场里的沉降速度，用,S,表示。,一个,S,单位，为110,-13,秒,二、蛋白质的紫外吸收光谱,蛋白质在远紫外光区（200-230,nm）,有较大的吸收，在280,nm,有一特征吸收峰，可利用这一特性对蛋白质进行定性定量鉴定。,三、蛋白质两性解离性质和等电点,pH=pI,净电荷=0,pH,pI,净电荷为负,Pr,COOH,NH,3,+,+,H,+,+,OH,-,+,H,+,+,OH,-,Pr,COO,-,NH,2,Pr,COO,-,NH,3,+,当蛋白质溶液在某一定,pH,值时，使某特定蛋白质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,值即为该蛋白质的,等电点,（,isoelectric point，,pI,）。,1、蛋白质带电性的原因（酸、碱性）,肽链末端的,NH,3,+,、COO,侧链上还有许多可解离的基团,pI,通常在 6.0 左右,a.,等电点沉淀,溶解度最小,问题：如何将混合液中不同等电点的蛋白质分离？,调整溶液,pH，,使不同等电点的蛋白质在各自等电点,pI,处依次沉淀下来。,2,、蛋白质在,pI,时的性质,b.,电泳带电性质的应用,原理：利用不同蛋白质在非等电点时带有不同电荷，电场中的移动速度不同的分离方法。,带电颗粒在电场中移动的现象叫做,电泳,。,平板电泳,过甲酸,蛋白质是高分子化合物，由于分子量大，在水溶液中形成的颗粒直径在1100毫微米（,nm）,之间。,具有胶体溶液的特征：布朗运动、丁达尔现象、电泳现象、不能透过半透膜、并具有吸附能力等。,四、胶体性质,1、,透析：,提取蛋白质和酶时广泛采用,（,dialysis,）,2、亲水胶体：,大多数球状蛋白溶于水，能形成稳定的,胶体溶液,。,蛋白质胶体溶液稳定的原因是什么？,答案：,1.同种蛋白质带有同种电荷，相互排斥；,2.蛋白质颗粒表面带有很多极性基团，形成,水膜,(,水化层,),五、沉淀作用,蛋白质在水中形成了稳定的胶体，如果在蛋白质溶液中加入适当的试剂，破坏了蛋白质的水膜和电荷，则胶体就不稳定而出现沉淀。,蛋白质可因加入盐、有机溶剂、重金属、某些酸等试剂，破坏胶体稳定条件，而产生沉淀。,等电点沉淀的蛋白质溶液中,加入,NaCl,后沉淀溶解，也就是：,低浓度的中性盐可增加蛋白质的溶解度,盐溶,提问：,原因？,b.,盐溶盐析,分子在等电点时，相互吸引，聚合沉淀，加入少量盐离子后破坏了这种吸引力，使分子分散，溶于水中,盐溶,盐析,向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵后蛋白质会沉淀析出,提问：,原因？,1,、盐析（,NH,4,）,2,SO,4,）,蛋白质分子表面的疏水区域，都聚集许多水分子，高浓度盐,使得水分子被抽出，暴露出的疏水性区域相互结合，形成沉淀。,有机熔剂引起蛋白质沉淀的原因：,改变了介质的介电常数，水是高介电常数（,20,，,80,），有机溶剂的低介电常数（,20,，甲醇,33,，乙醇,24,）,介电常数的降低增加了两个相反电荷之间的吸引力，促进蛋白质的聚集和沉淀。,有机溶剂与蛋白质争夺水化膜，即作为脱水剂，破坏蛋白质分子周围的水化层，导致蛋白质沉淀析出。,2、,有机溶剂,4,、生物碱试剂,如：苦味酸，三氯乙酸，丹宁酸等生物碱试剂，可与蛋白质中带正电荷的基团生成不溶性的盐而析出。,3,、重金属离子,重金属离子可与蛋白质中带负电荷的基团形成不易,溶解的盐而沉淀。,六、,蛋白质的变性与复性,（一）变性作用（,denaturation,）,1、定义：,天然蛋白质因受到物理和化学的因素影响，使蛋白质严格的空间结构受到破坏，（但不包括肽键的裂解），从而引起蛋白质若干理化性质和生物学性质的改变，这种现象称为,蛋白质变性作用。,2、变性因素,a.,物理因素,加热（70100）、剧烈振荡或搅拌,例如：卤水（少量,MgCl,2,）,豆腐、煎炒烹炸,紫外线、,X,射线、超声波,例如：皮肤粗糙、白内障、杀菌,b.,化学因素,强酸、强碱、尿素、胍、去污剂、甲醛、重金属盐、三氯醋酸、磷钨酸、苦味酸、浓乙醇。,例如：,胃酸、硫酸铜杀菌、烈酒,3,、蛋白质变性的特征,生物学特性改变,：,丧失其生物活性，如酶失去催化活性，血红蛋白丧失载氧能力，调节蛋白丧失其调节功能,理化性质的改变：,溶解度降低，粘度增大，扩散系数变小（易沉淀）。分子形状改变，结晶能力丧失。,生化性质改变：,某些原来埋藏在蛋白质分子内部的疏水侧链基团暴露于变性蛋白质表面，导致光学性质的变化。分子结构松散，伸展，易为蛋白质水解酶水解。,吴宪提出蛋白质变性学说,蛋白质变性的实质：,蛋白质变性是由于蛋白质分子内部的结构发生改变而引起的，变性因素破坏了氢键等次级键，使蛋白质从原来有秩序的卷曲紧密结构变为无序的松散伸展状的结构，从而导致生物活性的丧失及物理化学性质的异常变化。,二级、三级以上的高级结构发生巨大改变或破坏，致使蛋白质分子表面的结构发生变化，亲水基团相对减少，原来埋藏在分子内部的疏水基团大量暴露在分子表面，使蛋白质颗粒失去水化层，易引起分子间聚集沉淀。,（二）复性（,renaturation,）,去除变性因素后，变性蛋白恢复原来的空间结构，恢复生物活性的现象。,本质,一级结构决定高级结构,提问：,是否所有的蛋白质变性都是可逆的？为什么？,理论上可以，但很难使外界因素完全复原,定义：变性的蛋白质恢复其天然活性的现象,第八节 蛋白质分类,根据蛋白质分子形状分：,球状蛋白质；纤维状蛋白质,根据蛋白质分子组成分为：,简单蛋白质；结合蛋白质,简单蛋白质分类,结合蛋白质分类,1,、糖蛋白质（,glycoprotein,）：,由蛋白质与糖共价结合而成，广泛存在。,具有酶或激素活性的糖蛋白：酵母蔗糖酶，核糖核酸酶,B,，促性腺激素，促卵泡激素。,具有转运金属和激素作用的糖蛋白：转铁蛋白，甲状腺素结合蛋白。,参与血液凝固作用的糖蛋白：凝血酶系，纤维蛋白等,作为保护剂和润滑剂的糖蛋白：粘蛋白，免疫球蛋白，抗冻蛋白等。,参与细胞与组织结构：胶原，纤粘蛋白等,在细胞识别中：包括细胞间粘着，细胞和间质的粘着，精细胞，与卵细胞的相互识别，病原体与寄主细胞之间的识别，胞外信号与质膜受体间的相互作用。,2,、脂蛋白（,lipoprotein,）,蛋白质,+,脂质,广泛存在于生物膜中，通过次级键与脂质相结合，有些脂蛋白中含有共价结合的脂酰基。,动物血浆中的载脂蛋白，是脂类的载体。,血液中游离脂肪酸,+,清蛋白,输送全身,三酰甘油、胆固醇、磷脂,+,球蛋白,脂蛋白复合物,血浆脂蛋白是由蛋白质、磷脂、胆固醇脂、胆固醇和三酰甘油所组成的复合物，复合物中含三酰甘油多者密度低，少者密度高。,按密度大小将血浆脂蛋白分为：,密度,/g/ml,三酰甘油,乳糜微粒,CM 0.95 88,极低密度脂蛋白,VLDL 0.951.006 55,低密度脂蛋白,LDL 1.0061.063 8,高密度脂蛋白,HDL 1.0631.210 10,3,、色蛋白（,chromoprotein,）,蛋白质与色素辅基的结合物,血红蛋白,=,珠蛋白,+,血红素（铁卟啉）,（金属蛋白）,色蛋白有的含类胡萝卜素，金属离子，兼属脂蛋白。,4,、核蛋白（,nucleoprotein,）,蛋白质,+,核酸,如：病毒，染色质，核糖体,5,、磷蛋白（,phosphoprotein,）,磷蛋白的,Ser,，,Thr,等残基上共价结合许多磷酸基团,胃蛋白酶,6,、金属蛋白（,metalloprotein,）,蛋白质与金属离子的结合物,含,Fe,蛋白：铁硫蛋白，铁氧还蛋白，细胞色素,含,Cu,蛋白：血浆铜蓝蛋白，细胞色素氧化酶,含,Zn,蛋白，羧肽酶，碳酸酐酶,含,Mo,蛋白，固,N,酶，硝酸还原酶,含,Ca,蛋白，肌浆钙蛋白，嗜热菌蛋白酶。,