生物化學-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu).ppt

第二章 蛋白質(zhì)化學,生物化學之,上海理工大學 醫(yī)療器械與食品學院,肽是氨基酸的線性聚合物，也常稱肽鏈； 蛋白質(zhì)是由一條或多條多肽鏈以特殊方式結(jié)合而成的生物大分子。 蛋白質(zhì)與多肽并無嚴格的界線，通常是將相對分子質(zhì)量為6000以上的多肽稱為蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量變化范圍很大, 人為規(guī)定從大約6000到1000000甚至更大。,第二節(jié) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),一、基本問題-肽 一個氨基酸的氨基與另一個氨基酸的羧基之間失水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化合物稱為肽。,由兩個氨基酸組成的肽稱為二肽，由多個氨基酸組成的肽則稱為多肽。組成多肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基。,1.多肽,多肽鏈中氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基酸序列。 通常在多肽鏈一端含有一個游離-氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個游離-羧基，稱為羧基端或C-端。氨基酸序列是從N-端氨基酸殘基開始，以C-端氨基酸殘基為終點的排列順序。如五肽可表示為： Ser-Val-Tyr-Asp-Gln,2、肽單位,肽鍵與相鄰的兩個碳原子所組成的基團，稱為肽單位或肽平面（peptide unit） 肽平面 肽平面,肽單位的特性,（1）氮原子上的孤對電子與羰基具有明顯的共軛作用。肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。,（2）肽單位的六個原子同處于一個平面,(3)肽平面內(nèi)兩個C一般處于反式構(gòu)型,空間位阻效應(yīng)，反式構(gòu)型比順式穩(wěn)定,蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是指由不同種類、數(shù)量的氨基酸，通過肽鍵而構(gòu)成的排列順序。,一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu),肽鏈的氨基酸順序； 組成蛋白質(zhì)的多肽鏈數(shù)目； 多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。 其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ)。,包括：,二級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈的主鏈骨架中若干肽單位，各自沿一定的軸盤旋或折迭，并以氫鍵為主要的次級鍵而形成有規(guī)則的構(gòu)象，如螺旋、折迭和轉(zhuǎn)角等。 它只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵。 不涉及側(cè)鏈部分的構(gòu)象。 主要有-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角。,二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),1. -螺旋：（helix),左手和右手螺旋,(1)多個肽鍵平面通過碳原子旋轉(zhuǎn)，緊密盤曲成螺旋狀，有左、右手螺旋之分，常見右手螺旋； (2)主鏈呈螺旋上升，每3.6個氨基酸殘基上升一圈，相當于0.54nm； (3)每一個氨基酸殘基中的NH和前面相隔三個殘基的CO之間形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與中心軸平行； (4)氨基酸側(cè)鏈R在螺旋外側(cè)，其形狀、大小及電荷影響螺旋的形成。,-螺旋的特點,2、-折疊,-折疊的特點,1）由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列而成；主鏈呈鋸齒狀折疊，相鄰肽鍵平面間呈110角。 2）-碳原子總處于折疊的角上，R基團處于折疊棱角上并與其垂直，在鋸齒的上方或下方。 3）穩(wěn)定力：氫鍵。 4）方向：平行或反平行。,3、-轉(zhuǎn)角的結(jié)構(gòu)特征,多肽鏈180回折部分所形成的一種二級結(jié)構(gòu) 主鏈骨架本身以大約180回折; 回折部分通常由四個氨基酸殘基構(gòu)成; 構(gòu)象依靠第一殘基的-CO基與第四殘基的-NH基之間形成氫鍵來維系。,4)無規(guī)卷曲 (random coil),沒有確定規(guī)律性的部分肽鏈構(gòu)象，肽鏈中肽鍵平面不規(guī)則排列，屬于松散的無規(guī)卷曲。,超二級結(jié)構(gòu)：在多肽鏈內(nèi)順序上相互鄰近的二級結(jié)構(gòu)常常在空間折疊中靠近，彼此相互作用，形成規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)聚集體。已知有3種基本形式：、。,三 、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域, ,結(jié)構(gòu)域:在多肽鏈上由二級結(jié)構(gòu)元件或超二級結(jié)構(gòu)形成的相對獨立的緊密球狀實體，是三級結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)。較小的球狀蛋白質(zhì)或亞基是單結(jié)構(gòu)域，而較大的球狀蛋白質(zhì)或亞基是多結(jié)構(gòu)域。 結(jié)構(gòu)域之間常形成裂隙，比較松散，往往是蛋白質(zhì)優(yōu)先被水解的部位。酶的活性中心往往位于兩個結(jié)構(gòu)域的界面上。 結(jié)構(gòu)域之間由“鉸鏈區(qū)”相連，使分子構(gòu)象有一定的柔性，通過結(jié)構(gòu)域之間的相對運動，使蛋白質(zhì)分子實現(xiàn)一定的生物功能。 在蛋白質(zhì)分子內(nèi)，結(jié)構(gòu)域可作為結(jié)構(gòu)單位進行相對獨立的運動，水解出來后仍能維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，甚至保留某些生物活性。,四、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)(Tertiary Structure)是指在一條多肽鏈中所有原子或基團在三維空間的整體排布。 是一條多肽鏈的完整的三維結(jié)構(gòu)。,五、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu),指由多條各自具有一、二、三級結(jié)構(gòu)的肽鏈通過非共價鍵連接起來的結(jié)構(gòu)形式； 在此蛋白質(zhì)分子中，最小的單位為亞基或亞單位Subunit，它一般由一條肽鏈構(gòu)成，無生理活性。 由多個亞基聚集而成的蛋白質(zhì)才具有生理活性。 維持亞基之間的化學鍵主要是疏水力。,血紅蛋白(hemoglobin)的四級結(jié)構(gòu),維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素,一級結(jié)構(gòu)：肽鍵，二硫鍵 二級結(jié)構(gòu)：氫鍵 三級結(jié)構(gòu)：主要有氫鍵、疏水鍵、 離子鍵和范德華力等 四級結(jié)構(gòu)：疏水鍵,a鹽鍵（離子鍵 ） b氫鍵 c疏水相互作用力 d 范德華力 e二硫鍵,第三節(jié) 蛋白質(zhì)的性質(zhì),一、蛋白質(zhì)的分子大小 蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量很大，一般在6000到數(shù)百萬。,蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量的主要測定方法： 沉降速度法 凝膠過濾法 SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法,二、蛋白質(zhì)的兩性離解和等電點,具兩性離解性質(zhì)； 在不同的pH環(huán)境下，蛋白質(zhì)的電學性質(zhì)不同。 pHpI:帶負電荷，在電場中向陽極移動。 利用蛋白質(zhì)的電泳現(xiàn)象，可以將蛋白質(zhì)進行分離純化。 電泳技術(shù)目前主要有自由界面電泳、凝膠電泳、等電聚焦電泳、毛細管電泳等,三、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì),蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量很大，它在水中能夠形成膠體溶液，具有膠體溶液的典型性質(zhì)，如丁達爾現(xiàn)象、布朗運動、不能透過半透膜等。利用蛋白質(zhì)不能通過半透膜的性質(zhì)，可用透析法將非蛋白的小分子雜質(zhì)除去。 蛋白質(zhì)膠體溶液穩(wěn)定的原因： 1）水化作用 2）電荷相互作用,四、蛋白質(zhì)的沉淀作用,破壞使蛋白質(zhì)膠體溶液穩(wěn)定的條件，蛋白質(zhì)將會沉淀。有可逆沉淀和不可逆沉淀之分。 1.可逆沉淀 溫和條件下，通過改變?nèi)芤旱膒H或電荷狀況，可使蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但此時蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都沒有發(fā)生變化，適當?shù)臈l件下可重新溶解形成溶液。 可逆沉淀是分離和純化蛋白質(zhì)的基本方法，如等電點沉淀法、鹽析法和有機溶劑沉淀法等。,2.不可逆沉淀 在強烈沉淀條件下，不僅破壞了蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性，而且也破壞了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，產(chǎn)生的蛋白質(zhì)沉淀不可能再重新溶解于水。 加熱沉淀、強酸堿沉淀、重金屬鹽沉淀和生物堿沉淀等都屬于不可逆沉淀。,蛋白質(zhì)的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。某些物理或化學因素能夠破壞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，引起蛋白質(zhì)理化性質(zhì)改變并導致其生理活性喪失，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性。蛋白質(zhì)的變性通常都伴隨著不可逆沉淀。 蛋白質(zhì)的變性不涉及到一級結(jié)構(gòu)的變化，只是二、三、四級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。 引起變性的主要因素： 物理因素：熱、紫外光、激烈攪拌、高壓等 化學因素：強酸、強堿、有機溶劑、脲、胍等。,五、蛋白質(zhì)的變性,六、蛋白質(zhì)的紫外吸收,大部分蛋白質(zhì)均含有帶芳香環(huán)的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。因此，大多數(shù)蛋白質(zhì)在280nm 附近顯示強的吸收。 利用這個性質(zhì)，可以對蛋白質(zhì)進行定性鑒定。,七、蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng),第四節(jié) 蛋白質(zhì)的分類,（一）按組成分類,A、簡單蛋白,只含蛋白質(zhì) 1. 清蛋白和球蛋白 2. 谷蛋白和醇溶谷蛋白 3. 精蛋白和組蛋白 4. 硬蛋白,B、結(jié)合蛋白,蛋白質(zhì)與非蛋白成分 1、糖蛋白 2、脂蛋白 3、色蛋白 4、核蛋白,蛋 白 質(zhì),分子外形,球狀蛋白質(zhì) globular protein,纖維狀蛋白質(zhì)