2022醫(yī)學(xué)課件奧賽輔導(dǎo)-蛋白質(zhì)

1、生物化學(xué)局部知識(shí)結(jié)構(gòu)化學(xué)成分：水、無機(jī)鹽、糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸、 酶、維生素和輔酶 細(xì)胞的代謝異化作用：糖的異化 、脂肪的異化、蛋白質(zhì)的 異化、核酸的異化同化作用：光合作用、多糖合成、脂類的合成等分子生物學(xué)：復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、調(diào)控第一頁(yè)，共三十二頁(yè)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第 一 章第二頁(yè)，共三十二頁(yè)。一、什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(amino acids)通過肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子含氮化合物。組成蛋白質(zhì)的元素主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘 。第三頁(yè)，共三十二頁(yè)。 1、蛋白質(zhì)

2、的元素組成： 氮的含量在多種的蛋白質(zhì)比較接近，平均為16%，因此用凱氏kjelahl法定N，受檢物質(zhì)中含蛋白質(zhì)量為N含量的6.25倍 。 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定： 凱氏定氮法(測(cè)定氮的經(jīng)典方法) 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)原料無選擇性，儀器簡(jiǎn)單，方法也簡(jiǎn)單； 缺點(diǎn)：易將無機(jī)氮,都?xì)w入蛋白質(zhì)中,不精確。 樣品含氮量平均在16%，取其倒數(shù)100/16=6.25，即為蛋白質(zhì)換算系數(shù)，其含義是樣品中每存在1g元素氮，就說明含有6.25g 蛋白質(zhì)；故： 蛋白質(zhì)含量=氮的量100/16第四頁(yè)，共三十二頁(yè)。一、氨基酸 組成蛋白質(zhì)的根本單位存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種.必需氨基酸和非必需氨基酸

3、：必需氨基酸包括亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸甲硫氨酸、色氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸等8種。精氨酸和組氨酸為半必需氨基酸。第五頁(yè)，共三十二頁(yè)。2、蛋白質(zhì)的氨基酸組成1氨基酸的結(jié)構(gòu)天然蛋白質(zhì)中存在的氨基酸都是L-a-氨基酸 COOH | NH2 C H | R L- a-氨基酸 一種為脯氨酸，它也有類似結(jié)構(gòu)，但側(cè)鏈與氮原子相接形成亞氨基酸。 除甘氨酸外，蛋白質(zhì)中的氨基酸都具有不對(duì)稱碳原子，都有L型與D一型之分，為區(qū)別兩種構(gòu)型，通過與甘油醛的構(gòu)型相比較，人為地規(guī)定一種為L(zhǎng)型，另種為D一型。當(dāng)書寫時(shí)NH2寫在左邊為L(zhǎng)型，NH2在右為D一型。能看出天然蛋白質(zhì)中的氨基酸都屬L型。 第六頁(yè)，共三十二

4、頁(yè)。非極性疏水性氨基酸7甘丙纈亮異苯脯極性中性氨基酸8色絲酪半蛋天谷蘇酸性氨基酸2天谷堿性氨基酸3賴精組一氨基酸的分類第七頁(yè)，共三十二頁(yè)。二氨基酸的理化性質(zhì)1. 兩性解離及等電點(diǎn)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。等電點(diǎn)(isoelectric point, pI) 在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。第八頁(yè)，共三十二頁(yè)。pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離子 陽(yáng)離子移向陰極陰離子移向陽(yáng)極第九頁(yè)，共三十二頁(yè)。2. 紫外吸收 色氨酸Trp W、酪氨酸 Try

5、Y 的最大吸收峰在 280 nm 附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡(jiǎn)便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收第十頁(yè)，共三十二頁(yè)。3. 茚三酮反響 氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。第十一頁(yè)，共三十二頁(yè)。 氨基酸 代謝庫(kù)食物蛋白質(zhì)消化吸收 組織蛋白質(zhì)分解 體內(nèi)合成氨基酸(非必需氨基酸) -酮酸 脫氨基作用 酮 體氧化供能 糖胺 類脫羧基作用氨 尿素代謝轉(zhuǎn)變其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等)合成 氨基酸代謝概況第十二頁(yè)，共三

6、十二頁(yè)。一、氨基酸的脫氨基作用脫氨基方式：氧化脫氨基轉(zhuǎn)氨基作用聯(lián)合脫氨基非氧化脫氨基 轉(zhuǎn)氨基和氧化脫氨基偶聯(lián)轉(zhuǎn)氨基和嘌呤核苷酸循環(huán)偶聯(lián)第十三頁(yè)，共三十二頁(yè)。一、氧化脫氨基作用 L-谷氨酸脫氫酶+ H2O+ NH3NAD(P)+NAD(P)H+H+COOHCH2CH2C=OCOOHCOOHCH2CH2CH NH2COOH*L-谷氨酸脫氫酶： 活性強(qiáng)，分布于肝、腎及腦組織 輔酶為NAD+或NADP+ 專一性強(qiáng)，只作用于谷氨酸第十四頁(yè)，共三十二頁(yè)。二、轉(zhuǎn)氨基作用(transamination) 特點(diǎn)： *沒有游離的氨產(chǎn)生，但改變了氨基酸代謝庫(kù)中各種氨基酸的比例。 *大多數(shù)氨基酸可參與轉(zhuǎn)氨基作用，但賴

7、氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸除外。第十五頁(yè)，共三十二頁(yè)。谷丙轉(zhuǎn)氨酶GPT谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOT)谷丙轉(zhuǎn)氨酶GPT和谷草轉(zhuǎn)氨酶GOT第十六頁(yè)，共三十二頁(yè)。氨基酸 谷氨酸 -酮酸 -酮戊二酸 H2O+NAD+轉(zhuǎn)氨酶 NH3+NADH+H+L-谷氨酸脫氫酶 *此種方式既是氨基酸脫氨基的主要方式，也是體內(nèi)合成非必需氨基酸的主要方式。*主要在肝、腎組織進(jìn)行。1、 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用第十七頁(yè)，共三十二頁(yè)。蘋果酸 腺苷酸代琥珀酸次黃嘌呤 核苷酸 (IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶-酮戊 二酸氨基酸 谷氨酸-酮酸 轉(zhuǎn)氨酶 1草酰乙酸天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶 2腺苷酸脫氫酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)2、轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)

8、嘌呤核苷酸循環(huán)第十八頁(yè)，共三十二頁(yè)。二、血氨的去路在肝內(nèi)合成尿素合成非必需氨基酸及其它含氮化合物合成谷氨酰胺腎小管泌氨：分泌的NH3酸性條件下生成NH4+，隨尿排出。 谷氨酸 + NH3谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi第十九頁(yè)，共三十二頁(yè)。尿素的生成1、生成部位： 主要在肝細(xì)胞的線粒體及胞液中。2、生成過程 尿素的生成過程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，稱為鳥氨酸循環(huán)(orinithine cycle)，又稱尿素循環(huán)(urea cycle)或Krebs- Henseleit循環(huán)。第二十頁(yè)，共三十二頁(yè)。鳥氨酸循環(huán)2ADP+PiCO2 + NH3 + H2O

9、氨基甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸Pi鳥氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸草酰乙酸蘋果酸-酮戊 二酸谷氨酸-酮酸精氨酸代 琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP + PPi鳥氨酸尿素線粒體胞 液*原料：2 分子氨，一個(gè)來自于游離氨，另一個(gè)來自Asp天冬氨酸；*過程：先在線粒體中進(jìn)行，再在胞液中進(jìn)行；*耗能：3 個(gè)ATP，4 個(gè)高能磷酸鍵。第二十一頁(yè)，共三十二頁(yè)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)(1)組成蛋白質(zhì)的多肽鏈數(shù)目.(2)多肽鏈的氨基酸順序，(3)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)生物功能的根底。第二十二頁(yè)，共三十二頁(yè)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)-螺旋：多肽鏈中氨基酸殘

10、基以1000的角度圍繞螺旋軸心盤旋上升，每3.6個(gè)殘基就旋轉(zhuǎn)一圈，螺距為0.54nm；右手旋轉(zhuǎn)；多肽鏈內(nèi)的氫鍵由肽鏈中一個(gè)肽鍵的-CO的氧原子與第四個(gè)肽鍵的-NH的氫原子組成，每個(gè)氫鍵所形成的環(huán)內(nèi)共有13個(gè)原子，這種螺旋稱為3.613-折疊：平行式、反平行式。鄰近兩鏈以相反或相同方向平行排列成片層狀。兩個(gè)氨基酸殘基之間的軸心距離為0.35nm，-折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵是由兩條肽鏈中的一條的-CO基與另一條-NH基之間所形成。二級(jí)結(jié)構(gòu)還有-轉(zhuǎn)角、自由回轉(zhuǎn)無規(guī)卷曲第二十三頁(yè)，共三十二頁(yè)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)：是指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)、超二級(jí)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域的根底上，進(jìn)一步盤繞、折疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的特

11、征三維結(jié)構(gòu)。四級(jí)結(jié)構(gòu)：是指由兩 個(gè)或兩個(gè)以上具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的亞基按一定方式聚合而成的特定構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。 通常亞基只有一條多肽鏈，但有的亞基由兩條或多條多肽鏈組成，這些多肽鏈間多以二硫鍵相連。亞基單獨(dú)存在時(shí)無生物學(xué)活性。 維系蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力：肽鍵、二硫鍵維系蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力：氫鍵維系蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力：范德華力、鹽鍵、氫鍵、疏水相互作用維系蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力：范德華力、鹽鍵、氫鍵、疏水鍵。其中疏水鍵是最主要的作用力。第二十四頁(yè)，共三十二頁(yè)。一蛋白質(zhì)的兩性電離 一、理化性質(zhì) 蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負(fù)

12、電荷或正電荷的基團(tuán)。 * 蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)( isoelectric point, pI) 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時(shí)，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢(shì)相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時(shí)溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。第二十五頁(yè)，共三十二頁(yè)。蛋白質(zhì)的鹽溶、鹽析、變性和復(fù)性鹽溶是指蛋白質(zhì)溶液中由于參加低濃度的中性鹽后，使蛋白質(zhì)溶解度增加的現(xiàn)象稱為鹽溶。鹽析是指高濃度中性鹽可使蛋白質(zhì)分子脫去水化層并中和其電荷而使蛋白質(zhì)從溶液中凝集出來的現(xiàn)象叫做鹽析。蛋白質(zhì)的變性作用是指天然蛋白質(zhì)分子由于受到物理或化學(xué)因素的影響使次級(jí)鍵破壞，引起天然構(gòu)象的改變，導(dǎo)致生物活性的喪失及一些理化性質(zhì)的改變，但未引起肽鍵的斷裂

13、，這種現(xiàn)象叫做蛋白質(zhì)的變性作用。蛋白質(zhì)的復(fù)性是指當(dāng)變性因素除去后，變性蛋白又可重新回復(fù)到天然構(gòu)象，這一現(xiàn)象叫蛋白質(zhì)的復(fù)性。第二十六頁(yè)，共三十二頁(yè)。蛋白質(zhì)的紫外吸收由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長(zhǎng)處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測(cè)定。第二十七頁(yè)，共三十二頁(yè)。蛋白質(zhì)的呈色反響茚三酮反響(ninhydrin reaction) 蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反響。 雙縮脲反響(biuret reaction)蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反響稱為雙縮脲反響，雙縮脲反響可用來檢測(cè)蛋

14、白質(zhì)水解程度。第二十八頁(yè)，共三十二頁(yè)。蛋白質(zhì)的別離提純技術(shù) 一、根據(jù)分子大小不同進(jìn)行別離純化1、透析和超過濾 透析和超過濾都是利用蛋白質(zhì)分子不能通過半透膜的性質(zhì)，使蛋白質(zhì)和其它小分子物質(zhì)分開。 超過濾是利用壓力或離心力，強(qiáng)使水和其它小分子溶液透過半透膜，而蛋白質(zhì)留在膜上。第二十九頁(yè)，共三十二頁(yè)。蛋白質(zhì)的別離提純技術(shù) 二、根據(jù)溶解度差異的別離方法1.等電點(diǎn)沉淀和PH值控制 利用各種蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)，溶解度最小這一性質(zhì)，可以通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)溶液的PH值，將不同的蛋白質(zhì)分開。2.蛋白質(zhì)鹽溶或鹽析 中性鹽在低濃度時(shí)，可以增加蛋白質(zhì)的溶解度，這種現(xiàn)象叫鹽溶。當(dāng)溶液離子強(qiáng)度增加到一定數(shù)值時(shí)，蛋白質(zhì)的溶解度下降開始沉淀，這種現(xiàn)象叫鹽析。第三十頁(yè)，共三十二頁(yè)。蛋白質(zhì)的別離提純技術(shù) 三、根據(jù)電荷不同的別離方法1.電泳 在外界電場(chǎng)的影響下，如果蛋白質(zhì)不處于等電點(diǎn)狀態(tài)，它將向電極移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電泳。純化中應(yīng)用最多的是聚丙烯酰胺凝膠電泳和等電聚焦電泳，它們既可以作為蛋白質(zhì)純度檢驗(yàn)方法，也可以純度、制備蛋白質(zhì)。2.層析 層析法是利用被別離樣品混合物中各組分的化學(xué)性質(zhì)的差異，使各組分以不同程度分布在兩個(gè)“相中，這兩個(gè)相中的一個(gè)被固定在一定的支持介質(zhì)上，成為固定相，另一個(gè)是移動(dòng)的，成為移動(dòng)相。 根據(jù)層析法的原理與方式的不同，層析法有分配層析