第1章-蛋白质化学-ppt课件

〔肽链中的氨基酸分子由于脱水缩合，基团不全
称为氨基酸残基〕
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3. 肽链两端: 氨基末端〔 N末端〕 羧基末端〔C末端〕
蛋白质化学
4. 肽链中的氨基酸的陈列顺序，普通-NH2端开场，
N
C，即多肽链有方向性，N端为头，C端为尾
O
O
O
O
NH2– CH – C – OH+H-NH– CH – C – OH
NH2– CH – C –NH-CH-C-OH
H2O
R1
R2
R1
R2
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蛋白质化学
O
NH2-CH-C +
H OH
甘氨酸
O NH-CH-C
H H OH
甘氨酸
-HOH
O
O
NH2-CH-C-N-CH-C
H HH OH
肽键
甘氨酰甘氨酸
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〔二). 生物活性肽 glutathione〔GSH〕谷胱甘肽 谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸
特点 右手螺旋：多肽链主链围绕中心轴螺旋式
上升 3.6个AA/圈，螺距0.54nm； 氢键维系：链内氢键〔AA1…AA4〕，平
行长轴； 侧链伸出，在螺旋外侧
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蛋白质化学
30
49
蛋白质化学
3. -折叠〔 -片层， -pleated sheets〕 (Pauling, 1951) 特点 多肽链充分伸展，肽平面折叠成锯齿状； 氢键维系：氢键的方向垂直长轴； 侧链伸出、位于“锯齿〞状构造的上下方； 由一条多肽链构成，也可由多条肽链顺平行或 反平行构成。
例1：核糖核酸酶 RNase是由124aa残基 组成的单肽链，分子 中 8 个Cys的-SH构成 4对二硫键，构成具有 一定空间构象的蛋白 质。
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蛋白质构象改动与疾病
蛋白质化学
蛋白质构象病：假设蛋白质的折叠发生 错误，虽然其一级构造不变，但蛋白质的构 象发生改动，仍可影响其功能，严重时可导 致疾病发生。
〔一〕一级构造是空间构象的根底，决议功能。 〔二〕一级构造是蛋白质功能的根底
对于不同种属来源的同种蛋白质进展 一级构造测定和比较，发现存在种属 差别，这种差别能够是分子进化的结 果，但与活性和蛋白质空间构造亲密 相关的氨基酸残基高度保守
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蛋白质化学
二、蛋白质的空间构象与功能的关系
蛋白质空间构造是其生物学活性的根底， 构象发生改动，其功能活性也随之改动。
蛋白质化学
作用：体内重要的复原剂
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蛋白质化学
• 多肽类激素、神经肽 • 催产素〔9肽〕 加压素〔9肽〕 • 促肾上腺皮质激素〔39肽〕 • 脑啡肽〔5肽〕 强啡肽〔17肽〕 β-内啡肽〔 31肽〕
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蛋白质化学
〔二〕蛋白质的一级构造 primary structure
概念 ： 蛋白质分子中氨基酸的组成和陈列
Hb β 链 正常：N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys〔谷〕 病人：N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys〔缬〕
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蛋白质化学
二. 蛋白质分子的空间构造
二级构造Secondary Structure 三级构造Tertiary Structure 四级构造Quaternary Structure
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小结
氨基酸的理化性质
蛋白质化学
四级构造 三级构造 二级构造 一级构造
高级构造或空间构象
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三 蛋白质构造与功能的关系
蛋白质化学
各种蛋白质均有其特定功能 蛋白质功能由其空间构造决议 空间构造由一级构造决议
蛋白质的一级构造和空间构造 均与蛋白质的功能有关
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蛋白质化学
一、蛋白质一级构造与功能的关系 Primary structure and function
Co、Mo、I等
6
蛋白质化学
定氮法丈量蛋白质含量根据是：蛋白质的平 均含氮量为16％ m(克)样品的蛋白质含量〔克〕
= 每克样品的含氮量 6.25 m
题：知一样品的含氮量为0.04g／克样品, 请计算出此样品的蛋白质含量。
答案：每克样品中蛋白质的含量： 0.04g X 6.25 X 1=0.25g
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蛋白质化学
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〔二〕蛋白质的三级构造
蛋白质化学
指一条多肽链中一切原子在三维空间的整体 排布，称为三级构造，是包括主、侧链在内的空 间陈列。
主要化学键：疏水键、离子键、氢键、范德华引力、二 硫键
尤其是疏水键，在蛋白质三级构造中起着重要 作用。
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特点：
蛋白质化学
空间长度缩短，呈球状、棒状、纤维状
生物化学 Biochemistry
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蛋白质化学
第一章 蛋白质化学 biochemistry of Protein
蛋白质的分子组成 蛋白质分子构造与功能的关系 蛋白质的理化性质与分类
2
蛋白质化学
蛋白质在生命活动中的重要性
The importance of protein
生i命n 活th动e的l物if质e根底：
蛋白质的元素组成
蛋白质分子的根本构造单位——氨基酸 氨基酸的衔接及衔接产物：肽键和肽链
蛋白质的分类
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蛋白质化学
硫,0-4%
其他,0-1%
一、主要元素组成
氮,13-19%
C：50-55%
氧,19-24%
碳,50-55%
氢,6-8%
H：6-8%
O：19-24%
N：13-19%
平均16%
S： 0-4%
其他: P、Fe、Cu、Zn、 Mn、
• 分散慢 • 易沉降 • 粘度大 • 不能透过半透膜
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蛋白质化学
1、维持蛋白质胶体溶液稳定的2要素: 水化膜 外表电荷
蛋白质外表的亲水基团与水分子构成水化膜，使蛋白质
分子相互隔开，不易沉淀；
脂肪烃侧链：丙、缬、亮、异亮氨酸 芳香环侧链：苯丙、色氨酸 含S：蛋氨酸〔甲硫氨酸〕 亚氨基：脯氨酸
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小结
蛋白质化学
蛋白质的元素组成: 含N量 16% 蛋白质根本构造单位：L－ －氨基酸 L－氨基酸：甘氨酸〔无不对称C〕除外 氨基酸构造通式：RCH(NH2)COOH 常见氨基酸种类：20种。
-精-甘-苯-苯-酪-苏-脯-赖-苏-COOH
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一级构造的改动与分子病
蛋白质化学
分子病： 由于遗传物质〔DNA〕的突变，导致其编码 的蛋白
质分子的氨基酸序列异常，而引起其功能 改镰动刀的形遗红细胞贫血：1944年首先被发现并被称为分子病。
传性疾病。
正常的红细胞
异常的红细胞
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蛋白质化学
镰刀型红细胞贫血病因：
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〔一〕 、蛋白质分子的二级构造 蛋白质化学 指多肽链骨架原子的部分空间陈列，
不涉及侧链构象
稳定构造的主要化学键—氢键 蛋白质主链以肽键平面为根本单位，经折叠 或盘曲所构成的部分空间构象，
蛋白质二级构造的主要方式：
-螺旋
-折叠〔 -片层〕
- 转角
无规卷曲
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-螺旋与 -折叠是蛋白质二级构造的主要 方蛋式白质化学 2、a-螺旋 〔a-Helix 〕 (Pauling, Corey,1951)
NH3+ OH-
P
H+
COOH
NH3+ OH-
P COO —
H+
NH2
P COO —
pH < pI
pH = pI
pH > pI
等电点〔pI〕：在某一pH溶液中，蛋白质不解离或解离成
阴、阳离子的程度和趋势相等，成为兼性离子〔
正、负电荷正好相等〕，净电荷为零，此pH值
称为该蛋白质的等电点。
体内多数蛋白质pI为pH5.0，体液pH7.4, 阴离子？
•带正电荷的碱性氨基酸：精氨酸、赖氨酸、组
氨酸〔含氨基〕 〔3种〕
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1. 非极性疏水性氨基酸
蛋白质化学
12
2.不带电荷的极性氨基酸
不带电荷的极性氨基酸
蛋白质化学
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3. 酸性氨基酸 4. 碱性氨基酸
蛋白质化学
天冬氨酸 aspartic acid 2.97
谷氨酸 glutamic acid 3.22
三级构造主要靠次级键〔非共价键〕维 系固定：疏水键、离子键、氢键、范德华 力；二硫键〔共价键〕也参与维系三级构 造
疏水基团在分子内部，亲水基团在分子 外表
功能区构成：三级构造构成后，生物学36
特点：
蛋白质化学
空间长度缩短，呈球状、棒状、纤维状
三级构造主要靠次级键〔非共价键〕维 系固定：疏水键、离子键、氢键、范德华 力；二硫键〔共价键〕也参与维系三级构 造
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蛋白质化学
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蛋白质化学
4、 -转角和无规卷曲
-转角〔-bend or - turn )： 蛋白质分子中，肽链进展1800回折时出现的构造。
无规卷曲：指没有确定性规律的肽链构造。
-转角分类： I型，中间肽单元的氧原子与侧链R2、R3呈反式 位置。 II型，中间肽单元的氧原子与侧链R2、R3呈顺式 位置
阳离子?
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问题
蛋白质化学
某氨基酸的等电点是5.1，它在PH=8.0的溶液 中带何种电荷？在PH=2.0的溶液中带何种电荷？
答：在PH=8.0的溶液中带负电；〔pH>pI〕 在PH=2.0的溶液中带正电 。 (pH<pI)
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二、蛋白质的高分子性质
蛋白质化学
• 高分子化合物，在水溶液中呈胶体形状
疏水基团在分子内部，亲水基团在分子 外表
功能区构成：三级构造构成后，生物学37
蛋白质化学
肌红蛋白〔Mb〕 153aa, 单个肽链， 8个螺旋区
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〔三〕蛋白质的四级构造
蛋白质化学
二个或二个以上具有独立的三级构造的多肽 链，彼此借次级键相连，成为有一定立体排 布和空间关系的构造，称为四级构造
具有独立三级构造的多肽链单位，称为亚基或亚单位， 亚基可以一样，亦可以不同。 次级键包括离子键、氢键等 单独亚基，多无生物学功能，具有完好四级构造的蛋白 质， 才有生物学功能。
Asp D Glu E
赖氨酸 9.74
lysine
精氨酸 arginine 10.76
Lys K Arg R
组氨酸 histidine 7.59
His H
14 目 录
氨基酸分类：
蛋白质化学
酸性氨基酸：谷、天冬氨酸 碱性氨基酸：组、赖、精氨酸 不带电荷的极性氨基酸：7
甘、丝、苏、酪 〔羟基〕、半胱氨酸〔巯 基〕、 谷氨酰胺、天冬酰胺 非极性疏水性氨基酸：8
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蛋白质化学
第二节 蛋白质的分子构造与功能
一级构造 根本构造
二级构造 三级构造 四级构造
高级构造或空间构造
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一 蛋白质的根本构造
蛋白质化学
〔一〕、肽键和多肽
1. 肽键peptide bond ：
一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的
氨基脱水缩合构成的键称为肽键 (共
价键)。也称酰胺键。
O
O
O
O
NH2– CH – C – OH+ H-NH– CH – C – OH
R
D-a-氨基酸
9
蛋白质化学
甘氨酸不属于L-氨基酸，无不对称的C原子
10
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蛋白质化学
〔二〕氨基酸的分类〔P6页 表1-1 〕
• 非极性疏水性氨基酸：具有非极性R侧链，呈
疏水
• 性，包括脂肪族和芳香族氨基酸。〔8种〕
• 不带电荷的极性氨基酸：具有极性R侧等。 〔7种〕
NH2– CH – C –NH-CH-COH
R1
R2
H2O
R1
R2
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蛋白质化学
2. 肽：氨基酸借肽键相互衔接构成的化合物
两个aa组成的肽叫二肽 三个aa组成的肽叫三肽 多个aa组成的肽叫多肽 氨基酸借肽键连生长链，成为多肽链
寡肽 〔氨基酸残基 < 10〕 肽键个数=氨基酸个数—1
多肽 〔氨基酸残基 > 10〕
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蛋白质化学
疯牛病 由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起。 PrP 分子量：33-35kD
正常含多个 -螺旋〔PrPc〕，致病PrP 全变成 -折叠〔PrPsc〕，导致神经退行性变 。疾病与DNA和RNA无关。
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蛋白质化学
第3节 氨基酸的理化性质与分类
一、两性电离和等电点
除水以外，机体组织中最多的是蛋白质， 占 人体干重的45%。 多种生物学功能：
催化功能：酶 调理功能：多肽类激素 收缩和运动功能：肌肉蛋白 运输和储存功能：血红蛋白 防御功能：免疫球蛋白
3
什么是蛋白质?
蛋白质化学
蛋白质是由许多氨基酸经过肽键 相连构成的高分子含氮化合物。
4
蛋白质化学
第一节 蛋白质的分子组成
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蛋白质化学
二、蛋白质分子的根本构造单位：氨基酸 (amino acid， aa)
〔一〕氨基酸的构造
自然界中氨基酸有300多种，但组成人体 蛋白质的氨基酸只需20种，且均属 L- - 氨基 酸〔甘氨酸除外〕。
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蛋白质化学
氨基酸构造通式：
COOH H2N Ca H 或
R
L-a-氨基酸
COOH H Ca NH2
顺序。
根本构造键：肽键 peptide bond ，有些还有
人胰岛素一级构造：A链〔21aa)、B链〔30aa)
二硫键 disulfide bridges
A
SS
H2N-甘-异-缬-谷-谷胺-半-半-苏-丝-异-半-丝-亮-酪-谷胺-亮-谷-天胺-酪-半-天胺-COOH
S
S
B
S
S
H2N-苯-缬-天胺-谷胺-丝-亮-半- 甘 - 丝 - 组 - 亮 - 缬 - 谷 -丙 -亮-酪-亮-缬-半-甘-谷