生物化学-蛋白质的结构与功能-课件

CH3
RH
COO-
C +NH3
丙氨酸
H
甘氨酸
L-氨基酸的通式
（一）氨基酸的分类
1. 非极性疏水性氨基酸 2. 极性中性氨基酸 3. 酸性氨基酸 4. 碱性氨基酸
1. 非极性疏水性氨基酸
H
H3C
H3C CH
H3C H3C
CH CH2 H3C
CH COO NH 3
CH COO NH 3
CH COO NH 3
蛋白质的结构与功能
Structure and Function of Protein
蛋白质(protein)是由许多氨基酸 (amino acids) 通 过 肽 键 (peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。
蛋白质的功能
1. 蛋白质是生物体的重要组成成分 2. 蛋白质具有重要的生物学功能
蛋白质的沉淀----重金属盐类沉淀
• Cu2+、Hg2+、Ag 2+
蛋白质的沉淀----生物碱试剂沉淀 苦味酸，鞣酸。。。。
（三）蛋白质的呈色反应
⒈茚三酮反应(ninhydrin reaction) 蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚
三酮反应。
（五）蛋白质的呈色反应
• ⒉双缩脲反应(biuret reaction)
The Molecular Structure of Protein
蛋白质的分子结构包括：
一级结构 (primary structure) 二级结构 (secondary structure) 三级结构 (tertiary structure) 四级结构 (quaternary structure)
稳定因素： 氢键
（一）肽键平面 形成肽键的C-N键具有部分双键的性质， 使得形成的酰胺键的四个原子及相邻的 Cα处于同一平面上叫酰胺平面或肽键平 面。它是蛋白质构象的基本结构单位。
H
N
Cα H
R
肽单肽键元平面
O
R H
C
Cα
ψ
Nφ
C
H O
蛋白质二级结构的主要形式
• -螺旋 ( -helix ) • -折叠 ( -pleated sheet ) • -转角 ( -turn ) • 无规卷曲 ( random coil )
稳定因素： 疏水键、离子键、氢键和 范德华力等。
• 肌红蛋白 (Mb)
C 端
N端
四、蛋白质的四级结构
每条具有完整三级结构的多肽链，称为亚 基 (subunit)。
蛋白质分子中两条或两条亚基的空间排布 及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白 质的四级结构。
亚基之间的结合力主要是氢键和离子键。
血红蛋白（Hb）的四级结构
（四）-转角和无规卷曲
-转角：
① 肽链内形成180º回折。 ②含4个氨基酸残基，第一个氨基酸残基与
第四个形成氢键。 ③ 第二个氨基酸残基常为脯氨酸（Pro）。
无规卷曲：没有确定规律性的肽链结构。
-转角：
三、蛋白质的三级结构 定义
整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。 即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。
尿素、β-巯基乙醇
非折叠状态，无活性
* 蛋白质沉淀 在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽
链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。 变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀， 但并不变性。
* 蛋白质的凝固作用(protein coagulation) 蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固
的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。
蛋白质的理化性质与分离纯化
（一）蛋白质的胶体性质
蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自 1 万 至 100 万 之 巨 ， 其 分 子 的 直 径 可 达 1 ～ 100nm，为胶粒范围之内。
* 蛋白质胶体稳定的因素 颗粒表面电荷 水化膜
（二）蛋白质的变性、沉淀和凝固
* 蛋白质的变性(denaturation) 在某些物理和化学因素作用下，蛋白质分
NH 3
Cysteine (Cys)
H3C CH CH COO
苏氨酸 Threonine
HO NH3
(Thr)
3. 酸性氨基酸
OOC CH2 CH COO
NH 3
天冬氨酸 Aspartic acid (Asp)
OOC CH2 CH2 CH COO
NH 3
谷氨酸 Glutamic acid (Glu)
• 应用举例 ➢ 临床医学上，变性因素常被应用来消毒及 灭菌。 ➢ 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂 （如疫苗等）的必要条件。
复性(renaturation)
若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素 后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构 象和功能，称为复性。
去除尿素、 β-巯基乙醇
天然状态， 有催化活性
R1 H2N C C
HO
H
OH + H N C COOH
H R2
H2O
R1
HH
H2N C C N C COOH
HO
R2
肽键
多肽链
• 多肽链(polypeptide chain) • 二肽，三肽…… • 寡肽(oligopeptide)，多肽(polypeptide) • 氨基酸残基(residue) • 氨基末端（amino terminal）和羧基末端
CH COO NH 3
甘氨酸 Glycine(Gly)
丙氨酸 Alanine (Ala)
H3C CH2 CH
H3C
CH COO NH 3
CH2 CH COO
缬氨酸 Valine (Val)
NH 3 COO
亮氨酸 Leucine (Leu)
HH2
异亮氨酸 Isoleucine (Ile)
1）作为生物催化剂 2）代谢调节作用 3）免疫保护作用 4）物质的转运和存储 5）运动与支持作用 6）参与细胞间信息传递
3. 氧化供能
蛋白质的分子组成
The Molecular Component of Protein
蛋白质的元素组成
主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白质含有少量P或金属元素Fe、 Cu、Zn、Mn、Co、Mo等
高级结构
一、蛋白质的一级结构
定义： 蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸
的排列顺序。
主要化学键：肽键 二硫键的位置属于一级结构研究范畴。
一级结构是蛋白质空间构象 和特异生物学功能的基础。
21 30
胰岛素的一级结构
二、蛋白质的二级结构
定义： 蛋白质分子中某一段肽链的局部空
间结构，即该段肽链主链骨架原子的相 对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链 的构象 。
4. 碱性氨基酸
NH 2CH2CH2CH2CH2 CH COO NH 3
赖氨酸 Lysine (Lys)
NH 2CNHCH 2CH2CH2 CH COO
NH
NH 3
精氨酸 Arginine (Arg)
HC C CH2 CH COO
N NH
NH 3
C H
组氨酸 Histidine (His)
几种特殊氨基酸
子的特定空间构象被破坏，从而导致其理化性 质改变和生物活性的丧失。
• 变性的本质：
—— 破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白 质的一级结构。
• 造成变性的因素： 如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、
重金属离子及生物碱试剂等 。
• 蛋白质变性后的性质改变： 溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、
生物活性丧失及易受蛋白酶水解。
– 蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫 酸铜共热，呈现紫色，此反应称为双缩脲反应， 双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。
蛋白质的分类
• 按照分子的形状
•
球状蛋白质、纤维状蛋白质
• 按照组成成分
•
单纯蛋白质、结合蛋白质
• 按照溶解度
•
可溶性、醇溶性、不溶性
（carboxyl terminal） • 主链和侧链
多肽链
几种生物活性肽 1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH)
结构:
•－SH 为活性 基团
•为酸性 肽
• 是体内重要的还原剂
H2O2 2H2O
主要功能:
2GSH
GSH过氧 化物酶
NADP+
GSH还原酶
GSSG
NADPH+H+
蛋白质的分子结构
（二） -螺旋
结构要点:
①多肽链主链围绕中心轴形成
右手螺旋，侧链伸向螺旋外侧。 ②每圈螺旋含3.6个氨基酸，螺距为0.54nm，
即0.15nm/氨基酸残基。 ③每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形
成的氢键保持螺旋稳定。氢键与螺旋长轴基本平 行。
（三）-折叠
①多肽链充分伸展，相邻酰胺平面之间折叠成 锯齿状结构，侧链位于锯齿结构的上下方。 ②两段以上的β -折叠结构平行排列 ，两链间可 顺向平行，也可反向平行 。 ③两链间的肽键之间形成氢键，以稳固β -折叠 结构。氢键与螺旋长轴垂直。
甘氨酸Gly：无手性碳原子。 半胱氨酸Cys：可形成二硫键。
COOH
2 CH CH2 SH
NH 2
Cys
二硫键
COOH
NH 2
CH CH2 S S CH2 CH
2H NH2
胱氨酸
COOH
肽(peptide) * 肽键(peptide bond)：是由一个氨基
酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基 脱水缩合而形成的化学键。
Serine (Ser)
O
NH 3
蛋氨酸 Methionine
(Met)
天冬酰胺 Asparagine