第10章-生物大分子3-蛋白質(zhì)課件

第10章生物大分子3—蛋白質(zhì)1.掌握蛋白質(zhì)的分子組成和分子結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和分類；2.熟悉蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。學(xué)習(xí)目標(biāo)蛋白質(zhì)的主要的生物學(xué)功能1結(jié)構(gòu)功能

2調(diào)節(jié)功能

3催化功能

4運(yùn)輸功能

5貯藏功能

6運(yùn)動(dòng)功能

7免疫功能

8生物膜功能

9生長(zhǎng)、繁殖、遺傳和變異作用

第一節(jié)蛋白質(zhì)的基本組成單位、蛋白質(zhì)的元素組成所有的蛋白質(zhì)都含有碳、氫、氧、氮四種元素，大多數(shù)蛋白質(zhì)還含有少量的硫、磷，少數(shù)還含有鐵、銅、錳、鋅等金屬元素，個(gè)別含碘。平均含碳約50％，氫7％，氧23％，氮16％。

蛋白質(zhì)平均含N量為16％,這是凱氏定氮法測(cè)蛋白質(zhì)含量的理論依據(jù)：

蛋白質(zhì)含量＝蛋白質(zhì)含N量×6.25二、蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸1.氨基酸的結(jié)構(gòu)或兩性離子形式

不帶電形式組成蛋白質(zhì)基本的氨基酸有20種。

氨基酸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：均為α-氨基酸（除Pro）同一碳原子上連有羧基、氨基和H不同點(diǎn)為側(cè)鏈R基團(tuán)不同均為L(zhǎng)-氨基酸（除Gly）2.氨基酸的分類色氨酸t(yī)ryptophanTrp(Try)W5.89絲氨酸serineSerS5.68酪氨酸t(yī)yrosineTyrY5.66半胱氨酸cysteineCysC5.07蛋氨酸methionineMetM5.74天冬酰胺asparagineAsnN5.41谷氨酰胺glutamineGlnQ5.65蘇氨酸t(yī)hreonineThrT5.60有些氨基酸在人體內(nèi)不能合成或合成的數(shù)量不夠，必需由食物蛋白質(zhì)補(bǔ)充才能維持機(jī)體的正常生長(zhǎng)發(fā)育，這類氨基酸稱為必需氨基酸。主要有8種：賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸蛋白質(zhì)中含有必需氨基酸越多，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高。3.氨基酸的重要的理化性質(zhì)（1）物理性質(zhì)

無色結(jié)晶，其形狀因構(gòu)型而異。①溶解性：各種氨基酸在水中的溶解度差別很大，易溶解于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿中但不能溶解于有機(jī)溶劑。②熔點(diǎn)：氨基酸的熔點(diǎn)極高，一般在200℃以上。③味感：有的無味、有的味甜、有的味苦，谷氨酸的單鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。④旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性。（2）兩性解離和等電點(diǎn)兩性離子是指在同一個(gè)氨基酸分子上帶有能放出質(zhì)子的-NH3+

正離子和能接受質(zhì)子的-COO-

負(fù)離子。①氨基酸在水溶液中的酸堿性

酸性氨基酸呈酸性帶負(fù)電荷堿性氨基酸呈堿性帶正電荷中性氨基酸呈弱酸性帶負(fù)電荷-NH3+給出質(zhì)子的能力大于-COO-接受質(zhì)子的能力②氨基酸在溶液中的電離正離子兩性離子負(fù)離子當(dāng)氨基酸在某一pH值時(shí)，所帶正電荷和負(fù)電荷相等，即凈電荷為零，此時(shí)溶液的pH值成為氨基酸的等電點(diǎn)，用pI表示。特點(diǎn)：

A

主要以兩性離子形式存在，凈電荷數(shù)等于零，在電場(chǎng)中不移動(dòng)；

B此時(shí)氨基酸的溶解度最小，容易沉淀。

（3）光吸收Tyr、Phe、Trp的R基含有共軛雙鍵，在220-300nm近紫外區(qū)有吸收。

λ（nm）Tyr275Phe257Trp280由于大多數(shù)蛋白質(zhì)中均含有色氨酸和酪氨酸，故測(cè)定280nm波長(zhǎng)的光吸收強(qiáng)度，可作為溶液中蛋白質(zhì)含量的快速定量方法。（4）化學(xué)性質(zhì)①顯色反應(yīng)

aa+茚三酮△藍(lán)紫色化合物Pro+茚三酮△黃色化合物②與甲醛反應(yīng)

③與HNO2的反應(yīng)

④脫羧基反應(yīng)

4.氨基酸的制備（1）水解蛋白法

酸水解

堿水解

酶水解

（2）人工合成法（3）微生物發(fā)酵法第二節(jié)肽一、有關(guān)的概念肽：是由一個(gè)氨基酸的羧基和另一個(gè)氨基酸的氨基脫水縮合而成的化合物。肽鍵：氨基酸間脫水后形成的鍵稱肽鍵（酰氨鍵），其中的氨基酸單位稱氨基酸殘基。由兩個(gè)氨基酸脫水生成形成的肽稱為二肽。由三個(gè)以上10個(gè)以下氨基酸脫水生成形成的肽稱為寡肽。多于10個(gè)氨基酸脫水生成形成的肽叫多肽或多肽鏈。命名：從N→C端，絲氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸寫法：從N→C端，Ser-Gly-Try-Ala-Leu。主干鏈“N-C-C”重復(fù)單元。[舉例]多肽鏈的一般可用通式表示如下：N端氨基酸殘基氨基酸殘基C端注：肽鏈可以是鏈狀、環(huán)狀或分支狀。肽鍵與相鄰兩個(gè)α-碳原子所組成的（—Cα—CO—NH—Cα—）稱為肽單元。

H2NCHCR1OHNCHCR2OHNCHCR3OHNCHCOHRnO肽單元的空間結(jié)構(gòu)三個(gè)顯著特征：1肽單元是平面結(jié)構(gòu)

2肽鍵具有局部雙鍵性質(zhì)

3肽鍵呈反式構(gòu)型

二、生物活性肽活性肽是指生物體內(nèi)具有活性的肽類。

1.谷胱甘肽2.神經(jīng)肽GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+例如腦啡肽第三節(jié)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)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。一、穩(wěn)定蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的作用力1.共價(jià)鍵

肽鍵二硫鍵：由兩個(gè)半胱氨酸殘基的兩個(gè)巰基之間脫氫形成的

2.非共價(jià)鍵（又稱為次級(jí)鍵或分子間力）

（1）氫鍵由電負(fù)性強(qiáng)的原子（F、O、N）對(duì)氫原子的靜電引力所形成（2）鹽鍵又稱離子鍵陰陽(yáng)離子之間借助于靜電引力形成（3）疏水作用力氨基酸殘基的非極性基團(tuán)為避開水相而聚合在一起的集合力。（4）范德華力基團(tuán)之間的電子云相互作用產(chǎn)生的作用力[概要]二級(jí)結(jié)構(gòu)

三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與功能一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)

定義：蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的線性排列順序。人胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)維持蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)作用力：肽鍵、二硫鍵二、蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)定義：也稱三維構(gòu)象或高級(jí)結(jié)構(gòu)，是指蛋白質(zhì)分子中原子和基團(tuán)在三維空間上的排列、分布及肽鏈的走向。二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)層次三、蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)（一）、二級(jí)結(jié)構(gòu)定義：肽鏈主鏈的空間折疊和盤繞方式。

-螺旋類型

-折疊

-轉(zhuǎn)角無規(guī)則卷曲

1.

-螺旋一級(jí)結(jié)構(gòu)

-螺旋①天然蛋白質(zhì)幾乎所有的α-螺旋都是右手螺旋，在嗜熱菌蛋白酶中發(fā)現(xiàn)了一段左手螺旋。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：②螺旋的每圈有3.6個(gè)氨基酸，螺旋間距離為0.54nm，每個(gè)殘基沿軸旋轉(zhuǎn)100°。③氨基酸殘基的側(cè)鏈伸向外側(cè)，每個(gè)氨基酸殘基NH上的氫與前面相隔三個(gè)氨基酸殘基的C=0形成氫鍵，氫鍵的走向平行于螺旋軸。

影響

-螺旋的穩(wěn)定性的因素①在多肽鏈中連續(xù)的出現(xiàn)帶同種電荷的極性氨基酸，

-螺旋就不穩(wěn)定。②在多肽鏈中只要出現(xiàn)pro，

-螺旋就被中斷，產(chǎn)生一個(gè)彎曲或結(jié)節(jié)③Gly的R基太小，難以形成

-螺旋所需的兩面角，所以和Pro一樣也是螺旋的最大破壞者④肽鏈中連續(xù)出現(xiàn)帶龐大側(cè)鏈的氨基酸如Ile，由于空間位阻，也難以形成

-螺旋

2.β–折疊平行式反平行式反平行式β－折疊

①多肽鏈幾乎完全伸展結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：②相鄰肽鏈主鏈上的NH和C=0之間形成氫鍵③氫鍵與肽鏈的長(zhǎng)軸接近垂直。側(cè)鏈R基交替地分布在片層平面的兩側(cè)。④多肽主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象平行式反平行式（更穩(wěn)定）3.β–轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①多肽鏈經(jīng)常出現(xiàn)180o的回折，在回折角上的結(jié)構(gòu)就稱β-轉(zhuǎn)角②由第一個(gè)氨基酸殘基的C=O與第四個(gè)氨基酸殘基的NH之間形成氫鍵。4.無規(guī)則卷曲①?zèng)]有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：②結(jié)構(gòu)有高度的特異性，與生物活性密切相關(guān)，酶的活性中心往往位于無規(guī)則卷曲中?？偨Y(jié)：維持蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)作用力：氫鍵（三）、三級(jí)結(jié)構(gòu)肌紅蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，肽鏈進(jìn)一步盤繞、折疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的三維結(jié)構(gòu)。維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的力疏水鍵（主要）

氫鍵

離子鍵

范德華力

（四）、四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指由兩個(gè)或兩個(gè)以上具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過非共價(jià)鍵連相互作用形成的三維空間結(jié)構(gòu)。每條具有獨(dú)立結(jié)構(gòu)的多肽鏈稱為亞基。

血紅蛋白四級(jí)結(jié)構(gòu)

維持四級(jí)結(jié)構(gòu)的力疏水鍵（主要）

氫鍵

離子鍵

范德華力

一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)[回顧]（一）、一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1.分子病鐮刀型貧血病

HbAHbAβ-鏈：Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…HbS分子?。旱鞍踪|(zhì)分子一級(jí)結(jié)構(gòu)的改變有可能引起其生物功能的顯著變化，而引起疾病。HbSβ-鏈：Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…血紅蛋白

四、蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系2.生物進(jìn)化細(xì)胞色素c進(jìn)化樹

人黑猩猩相同猴1狗10金槍魚21酵母44為什么血紅蛋白中一個(gè)氨基酸的突變就導(dǎo)致分子病，而細(xì)胞色素c人與狗有十個(gè)不同，仍有相似的功能？非關(guān)鍵部位氨基酸殘基的改變或缺失，則不會(huì)影響蛋白質(zhì)的生物活性。（二）、空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系血紅蛋白與氧結(jié)合老年癡呆癥、瘋牛病等是由于蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)改變總結(jié)：蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是其功能活性的基礎(chǔ)，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，其功能活性也隨之改變。

O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2第四節(jié)蛋白質(zhì)的性質(zhì)一、蛋白質(zhì)的兩性解離、等電點(diǎn)和電泳1.蛋白質(zhì)的兩性解離

N-端的a-氨基

C-端的a-羧基

側(cè)鏈基團(tuán)

2.蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)

特點(diǎn)：最不穩(wěn)定、易沉淀析出；溶解度最小、粘度、滲透壓、膨脹性和導(dǎo)電能力均最小。

3.電泳帶電質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)中向與本身所帶電荷相反的電極移動(dòng)，這種性質(zhì)稱為電泳。蛋白質(zhì)除在等電點(diǎn)外都具有電泳性質(zhì)。根據(jù)等電點(diǎn)的不同

根據(jù)分子量的不同

等電點(diǎn)聚焦

聚丙烯酰胺凝膠電泳

原理二、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)具有膠體的特征：布朗運(yùn)動(dòng)、丁達(dá)爾效應(yīng)以及不能透過半透膜、具有吸附性等。

穩(wěn)定蛋白質(zhì)膠體的因素：水膜：AA極性基團(tuán)，如NH3+、COO-、OH、SH、CONH等。電荷：在非等電狀態(tài)時(shí)，蛋白質(zhì)帶同種電荷相互排斥。三、蛋白質(zhì)的沉淀作用1.鹽析

向蛋白質(zhì)溶液中加入高濃度中性鹽使蛋白質(zhì)沉淀析出的現(xiàn)象。實(shí)質(zhì)：破壞蛋白質(zhì)分子表面的水化層，中和電荷

2.有機(jī)溶劑沉淀

乙醇、甲醇、丙酮等極性較大3.重金屬鹽沉淀實(shí)質(zhì)：破壞蛋白質(zhì)水化膜

Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ag+等

實(shí)質(zhì)：形成不溶性的鹽而沉淀

4.生物堿試劑沉淀苦味酸、單寧酸或三氯乙酸等

實(shí)質(zhì)：形成不溶性的鹽而沉淀

四、Pr的變性作用1.定義天然Pr受到某些物理或化學(xué)因素的影響，分子構(gòu)象發(fā)生變化，Pr的理化性質(zhì)和生物學(xué)功能都隨之改變，但一級(jí)結(jié)構(gòu)未遭破壞的現(xiàn)象。

2.蛋白變性的因素如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽、尿素、胍、去污劑、三氯乙酸、有機(jī)溶劑、高溫、射線、超聲波、劇烈振蕩或攪拌等。3.表現(xiàn)（1）分子性質(zhì)改變，粘度升高，溶解度降低，結(jié)晶能力喪失，旋光度和紅外、紫外光譜均發(fā)生變化。（2）變性蛋白易被水解，即消化率上升。（3）失去生物活性，抗原性也發(fā)生改變。去除變性因素，有些蛋白仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，這一過程稱為蛋白質(zhì)的復(fù)性。

核糖核酸酶的變性與復(fù)性去除變性劑并緩慢氧化天然構(gòu)象尿素，

-巰基乙醇變性狀態(tài)4.變性的的應(yīng)用（1）大豆Pr溶液加熱加鹽制成豆腐。工業(yè)上將大豆蛋白變性，使它成為纖維狀，就是人造肉。（2）分析非Pr成分時(shí)，常用三氯醋酸將樣品中的Pr變性沉淀除去。（3）用酒精消毒，就是利用乙醇的變性作用來殺菌。（4）人體衰老，Pr變性，親水性漸弱，皮膚失去彈性。五、蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)1.茚三酮反應(yīng)2.雙縮脲反應(yīng)3.黃色反應(yīng)4.乙醛酸反應(yīng)5.米倫反應(yīng)6.酚試劑反應(yīng)（福林反應(yīng)）第五節(jié)蛋白質(zhì)的分類一、按蛋白質(zhì)的分子形狀

球狀蛋白

纖維狀蛋白

二、按化學(xué)組成分

單純蛋白質(zhì)：僅由a-AA組成的Pr

結(jié)合蛋白質(zhì)：由單純蛋白和非蛋白成分組成

三、按功能分

活性蛋白

非活性蛋白

練習(xí)題一、名詞解釋1．兩性離子2．必需氨基酸3．等電點(diǎn)4．多肽鏈5.肽單元6．構(gòu)型7．一級(jí)結(jié)構(gòu)8.構(gòu)象9．二級(jí)結(jié)構(gòu)10．三級(jí)結(jié)構(gòu)11．四級(jí)結(jié)構(gòu)12．疏水鍵13．鹽析14．變性15．復(fù)性16．沉淀作用二、填空題1．氨基酸的結(jié)構(gòu)通式為_________2．大多數(shù)蛋白質(zhì)中氮的含量較恒定，平均為___%，如測(cè)得1克樣品含氮量為10mg,則蛋白質(zhì)含量為____%。3．在20種氨基酸中，酸性氨基酸有_________和________，堿性氨基酸是_________、________和_________，能形成二硫鍵的氨基酸是__________.4．蛋白質(zhì)中的_________、___________和__________3種氨基酸含有苯環(huán)，具有_________特性，因而使蛋白質(zhì)在280nm處有最大吸收值。5．組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸中，含有咪唑環(huán)的氨基酸是________，含硫的氨基酸有_________和___________。6．蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)有_____________、_____________、_____________和______________。7．α-螺旋結(jié)構(gòu)是由同一肽鏈的_______和________間的___鍵維持的，螺距為______，每圈螺旋含_______個(gè)氨基酸殘基，每個(gè)氨基酸殘基沿軸上升高度為_________。天然蛋白質(zhì)分子中的α-螺旋大都屬于___手螺旋。8．球狀蛋白質(zhì)中有_____側(cè)鏈的氨基酸殘基常位于分子表面而與水結(jié)合，而有_______側(cè)鏈的氨基酸位于分子的內(nèi)部。9．蛋白質(zhì)與茚三酮發(fā)生氧化脫羧脫氨反應(yīng)生成______色化合物，而______為黃色化合物。10．維持蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵有_______和_______；維持二級(jí)結(jié)構(gòu)靠________鍵；維持三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)靠_________鍵，其中包括________、________、________和_________.11．穩(wěn)定蛋白質(zhì)膠體的因素是__________________和______________________。12．用電泳方法分離蛋白質(zhì)的原理，是在一定的pH條件下，不同蛋白質(zhì)的________、_________和___________不同，因而在電場(chǎng)中移動(dòng)的_______和_______不同，從而使蛋白質(zhì)得到分離。13．蛋白質(zhì)處于等電狀態(tài)時(shí)，主要是以________形式存在，此時(shí)它的溶解度_____。14．今有甲、乙、丙三種蛋白質(zhì)，它們的等電點(diǎn)分別為8.0、4.5和10.0,當(dāng)在pH8.0緩沖液中，它們?cè)陔妶?chǎng)中電泳的情況為：甲_______，乙_______，丙________。三、選擇題1．在生理pH條件下，下列哪種氨基酸帶正電荷？A．丙氨酸B．酪氨酸C．賴氨酸D．蛋氨酸2．下列哪種氨基酸屬于亞氨基酸？A．絲氨酸B．脯氨酸