生物化学课件第五章蛋白质的共价结构

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• 1943-53年,Sanger确定了牛胰岛素 的一级结构,1958年获得Nobel化学奖;
• 1981年,Berg(因DNA重组技术得奖) 在大肠杆菌中表达了人胰岛素.
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
•一蛋级白结质构 一测级定结策构略测定步骤
蛋白质一级结构测定的步骤
1、蛋白质的分离纯化
嗜热菌蛋白酶(thermolysin);
木瓜蛋白酶(papain);
X-Y (X=R, K,Q, H, Y)
胃蛋白酶(pepsin);
枯草杆菌碱性蛋白酶(subtilisin)
专一酶:
Lys-X; X-Lys; Arg-X; Glu-X; X-Asp; Pro-X;
Asn-X , 商品名:Endoproteinase Asn-C
2、测定蛋白质分子中多肽链的数目
3、亚基分离
4、二硫键的拆分与保护
5、分析每一多肽链的氨基酸组成
6、鉴定多肽链的N-末端和C-末端残基
7 、多种方法的部分水解
8、测序
9、重叠
10 、二硫键位置的确定
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
N端的测定方法
1、Sanger(二硝基氟苯)法 2、丹磺酰氯法 3、Edman法 4、酶降解法
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
•二硫键的保护
二硫键的切割与保护
1、过甲酸〔performic acid〕 不可逆
-CH2SO3H
2、还原+烷基化
不可逆
[ 巯基乙醇,DTT ] + 碘乙酸等
-S-CH2-COOH
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•二硫键位置确 定
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•C端的测定方法
1、肼法 2、还原法 3、酶降解法
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•肼法C端测定
肼(hydrazine)法测定
蛋白质与无水肼加热
-------NH-CH-CONH-CH-COOH
|
|
Rx
Ry
•+NH2NH2,100℃,5~10h
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
氨基酸与2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反应
(sanger反应)
•+
•DNFB(dinitrofiuorobenzene)
•弱碱 中
•氨基酸
•DNP-AA(黄色)
•+ HF
•Sanger试剂标记反应
Sanger试剂(FDNB)标记N末端
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• RLA
APS
• HOWT
HO
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
• 借助重叠肽确定肽段次序:
• 末端残基 H
S
• 末端肽段HOWT
APS 或

OUS
• 第一套肽段:HOWT OUS EOVE RLA PS
• 第二套肽段:HO WTOU SEO VERL APS
• 推断全序列: HOWTOUSEOVERLAPS
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
历史上第一个被确定 氨基酸序列的蛋白质
胰岛素
insulin
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
•蛋白质结构层次
蛋白质的结构层次
1952年丹麦人Linderstrom-Lang最早提出蛋白质 的结构可以分成四个层次: primary structure 一级结构: 氨基酸序列 secondary structure 二级结构: α螺旋,β折叠 tertiary structure 三级结构:所有原子空间位置 quanternary structure 四级结构: 蛋白质多聚体
过隐居生活,1967年研制的自动化仪器可以达到每小时一个 氨基酸的速度; 他坚持不申请专利, 给了美国公司得以随便开 发仪器的方便. 1972年到德国,77年因脑瘤过世.
• 由于Edman降解产物需要在紫外域进行检测, 只有HPLC和 相应的紫外检测手段进步后才得到普及;60年代后期Moore & Stein利用该反应测定了RNase的一级结构, 遗憾的是 Edman没有和他们分享Nobel化学奖.
-- + -- + NH-CH-CONH-NH2 + NH2-CH-COOH
|
|
Rx
Ry
•溶于有机溶剂而被除 去
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•多种方法确 定
生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
•酶解法末端测序
酶解法末端测序
利用外切蛋白水解酶 (exo-peptidase) 将肽链的氨基酸从N端 (aminopeptidase) 或C端 (carboxypeptidase) 一个接一个游 离出来, 在不同时间取样进行分析,根 据所游离的氨基酸的摩尔数的多少来判
生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
•Sanger试剂标记测序
ABCDE ↓ •FDNB
*ABCDE ↓ •部分水解
*A,*AB,*ABC,*ABCD,*ABCDE ↓ •完全水解
*பைடு நூலகம்,*A+B,… … *A+B+C+D+E ↓ •FDNB
*A,*A+*B,… … *A+*B+*C+*D+*E
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胰岛素的历史 第一个生化药物
• 最小的蛋白质,由A链(21 AA)和B (30 AA)组成;动物胰腺ß 细胞分泌的一种激 素,告诉细胞往里面运输糖、氨基酸、K+;
• 1921年Banting & Best 从胰腺中抽提 出了有活性的胰岛素,1923年Banting & Macleod获Nobel医学奖;
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
•分离纯化蛋白质
•酶切部分水解后分离短肽
•对短肽进行测序
•构建cDNA文库
•根据序列设计探 针
•筛选cDNA文库
•根据cDNA序列推测蛋白质生物的化学课一件第五级章蛋结白质的构共价结
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•末端测序的用 途
N末端和C末端的测序除了用 于未知蛋白质的一级结构的研究 以外,最常用于基因工程表达产 物的末端分析。
• 瑞典人, 1916.4.14-1977.3.19
• 1946-47年在美国留学时想到改进1930
年Abderhalden & Brockmann发明的
PITC试剂的反应, 50年发明Edman
degradation反应. Acta Chem Scand 4:283 (1950)
1957年移居墨尔本, 远离国际学术中心开始
•Edman降解法1
Edman 降解法(I)
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•DABITC :有色Edman试剂
•在Edman试剂上加发色基团
生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
•Edman降解法2
Edman 降解法(II)
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
无冕英雄Pehr Victor Edman
1969年正式将一级结构定义为氨基酸序列和双硫键的位置。 介于二级结构和三级结构之间还存在超二级结构(二级结 构的组合)和结构域(在空间上相对独立)这两个层次。
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
二硫键的断裂:几条多肽链通过二硫键交联在
一起。可在可用8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍存 在下,用过量的-巯基乙醇处理,使二硫键还 原为巯基,然后用烷基化试剂保护生成的巯基, 以防止它重新被氧化。可以通过加入盐酸胍方 法解离多肽链之间的非共价力;应用过甲酸氧 化法或巯基还原法拆分多肽链间的二硫键。
断氨基酸的排列顺序。
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
•化学法专一性水解
肽键的专一性水解(化学法)
化学法: BrCN, H+, NH2OH, etc
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
消化道内几种蛋白酶的专一性
•氨肽酶
•(Phe.Tyr.Trp)
•(Arg.Lys)
经典的二硫键位置的确定法
1、为防止Cys跟Cys-Cys发生交换反 应,先将自由SH基封闭;
2、进行专一性部分水解; 3、纸层析分离水解产物; 4、气相过甲酸法切断S-S键,作第二
相纸层析; 5、将迁移率发生变化的多肽进行测序
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
对角线电泳示意图
现用蛋白质一级 结构分析方法
1234 5 结论:A B C D E
生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
•酰化反应
•CH •CH3 3 •N
•CH •CH3 3 •N
•H2N—CH—COOH
+•R
•O=S=
•pH9.
7 40℃
•O=S=
O •C
O •HN—CH—COOH
•5-二甲氨l 基萘磺酰 氯(DNS-Cl)
•R
•DNS-氨基
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
常利用蛋白质数据库
//www.espasy.ch/swissmod/ //www.ncbi.nlm.nih.gov/ //www.rcsb.org/pdb/
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
蛋白质氨基酸顺序与生物功能
•研究蛋白质一级结构与功能的关系主要是:研究多肽链中不同 部位的残基与生物功能的关系。 • 进行这方面的研究常用的方法有:同源蛋白质氨基酸顺序 相似性分析、氨基酸残基的化学修饰及切割实验等。 •例1 镰刀形贫血病 患者血红细胞合成了一种不正常的血红蛋白(Hb-S) 它与正常的血红蛋白(Hb-A)的差别:仅仅在于β链的N-末端 第6位残基发生了变化 (Hb-A)第6位残基是极性谷氨酸残基,(Hb-S)中换成了非 极性的缬氨酸残基 使血红蛋白细胞收缩成镰刀形,输氧能力下降,易发生溶血 这说明了蛋白质分子结构与功能关系的高度统一性
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
肽基的C、O和N原子间的共振相互作用
•sp3 •sp2
•sp2 •sp2
•共振杂化体
•共振产生的重要结果:•限制绕肽键的自由旋转

•形成酰胺平面

•产生键的平均化

•肽键呈反式构型
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
•胰岛素


• -巯基乙醇


断 裂
•碘乙酸
确定原多肽链重二硫键的位置:
一般采用胃蛋白酶处理没有断开二硫键 的多肽链,再利用双向电泳技术分离出 各个肽段,用过甲酸处理后,将每个肽 段进行组成及顺序分析,然后同其它方 法分析的肽段进行比较,确定二硫键的 位置。

•取代DNFB测定蛋白质N端氨基酸,灵敏度高
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
氨基酸与苯异硫氰酯(PITC)的反应 (Edman反应)
•+
•PITC(phenylisothiocyanate)
•弱硷 中•(400 C)
•(硝基甲烷 400 C) •H+
•苯乙内酰硫脲衍生物(PTH-AA) (phenylisothiohydantion-AA)
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
•氨基酸的确定
氨基酸的鉴定、分离纯化
•PTH-AA
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
太短在多肽链中次序的决定
• 资料:N-末端残基H,C-末端残基S;
• 第一套肽段 第二套肽段
• OUS
SEO
• PS
WTOU
• EOVE
VERL
生物化学课件第五章蛋 白质的共价结构
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2020/11/26
生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
•蛋白质一级结构的个体差异
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生物化学课件第五章蛋白质的共价结 构
••羧羧肽肽酶酶
•(Phe. Trp)
•(脂肪族)
•胃蛋白酶
•胰凝乳 •弹性蛋白酶 •胰蛋白酶 蛋白酶
•酶法专一性水解
肽键的专一性水解(酶法)
泛用酶:
胰蛋白酶(trypsin);
Lys-X, Arg-X (X≠Pro)
胰糜乳蛋白酶(chymotrypsin);Y-X(Y=Phe,Trp,Tyr;
X≠Pro)
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