《医学生物化学》PPT课件

蛋白质的理化性质
（一）两性电离及等电点
蛋白质的等电点( isoelectric point, pI) 当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离 成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离
子，净电荷为零，此时溶液的pH称为pI
P
NH3+ COOH
pH<pI
阳离子
+OH+H+
P
NH3+ COOpH=pI
+OH+H+
要点
编码AA 20种 P为环状亚AA
除G外均为L-型 含硫AA：C、M 支链AA：V、L、I 酸性AA：D、E
芳香AA：F、Y、W 碱性AA：R、K、H
含羟基AA：S、T、Y
（二）氨基酸的理化性质
1. 两性解离及等电点
氨基酸是两性电解质 解离程度取决于所处溶液的酸碱度
等电点(isoelectric point, pI)
第二章
蛋白质的结构与功能
Structure and Function of Protein
1
蛋白质的分子组成
2
3 4
蛋白质的分子结构
蛋白质结构与功能的关系 蛋白质的理化性质及其分离纯化
protein
？
蛋白质的重要性 1
含量大
分布广 种类多 功能繁杂
2
3 4
蛋白质的生物活性
催 化 作 用
调 节 作 用
2.28
1.83 2.20 2.38 2.21
9.21
9.13 9.11 9.39 9.15 10.07
5.74
5.48 5.66 5.89 5.68
苏氨酸
半胱氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺 赖氨酸 组氨酸 精氨酸 天冬氨酸 谷氨酸
threonine
cysteine asparagine glutamine lysine histidine arginine aspartic acid glutamic acid
5.87
5.07 5.41 5.65 9.74 7.59 10.76 2.77 3.22
（二）氨基酸的分类
1
2 3 4
非极性疏水性氨基酸
极性中性氨基酸 酸性氨基酸 碱性氨基酸
非 极 性 疏 水 性 氨 基 酸
极 性 中 性 氨 基 酸
碱 性 氨 基 酸
酸 性 氨 基 酸
-OOC-CH-CH
+NH 3
HS-CH -CH-COO + -SH 2 2
-HH
+NH
3
半胱氨酸
-OOC-CH-CH
+NH 3
-S S-CH -CH-COO 2 2
+NH 3
二硫键
胱氨酸
记忆口诀
甘、丙、缬、亮、异，三、四碳烃基 丙、丁羟丝、苏，（半）胱、蛋含有硫 酸有天冬、谷，碱有精、赖、组
苯、酪、色、脯环，中性天、谷胺
维空间的整体排布
主要化学键是次级键
疏水键、离子键、氢键 和 Van der Waals力
肌红蛋白（Mb）的三级结构
血红素 铁原子
结构域(domain)
结构域是是超二级结构基础上形成的一 个或数个球状或纤维状的区域，能各行 使其功能；是蛋白质三级结构的基本结 构单位
细胞表面蛋白CD4分子4个相似结构域
四级结构
蛋白质的一级结构 (primary structure)
定义
肽链中氨基酸的数目及排列顺序 包括二硫键的数目和位置
主要化学键
肽键 有些蛋白质有二硫键
牛胰岛素的一级结构
蛋白质的二级结构 (secondary structure)
定义
肽链主链骨架原子的相对空间位置 不涉及氨基残基侧链的构象
主要化学键
根 据 形 状
纤维状蛋白质
球状蛋白质
酶蛋白
根 据 功 能 调节蛋白 运输蛋白 结构蛋白
根 据 分 布
膜蛋白质
核蛋白质
第三节 蛋白质结构与功能的关系
蛋白质一级结构 与功能的关系
一级结构是空间构象的基础
一级结构是功能的基础
一级结构改变与分子病
一级结构是空间构象的基础
二硫键
牛核糖核酸酶的一级结构
阴离子
2.紫外吸收
色氨酸、酪氨酸 最大吸收峰 280 nm
3.茚三酮反应
在氨基酸与茚三酮水合物共 热，可生成蓝紫色化合物，其最 大吸收峰在570nm处。 氨基酸定量分析方法
二 肽（peptide）
肽 氨基酸通过肽键缩合而成的化合物 肽键(peptide bond) 成的化学键。 一个氨基酸的-羧
蛋白质的四级结构 (quaternary structure)
亚基
两条或多条肽链蛋白质的每一条具 有完整三级结构的多肽链称为亚基
定义
亚基的空间排布 主要 疏水作用 次要 离子键、氢键
化学键
血红蛋白（Hb）的四级结构
血红素
β链 α链
蛋白质的分类
根 据 组 成
单纯蛋白质
蛋白质部分
结合蛋白质
非蛋白质部分
氢键
蛋白质二级结构的主要形式
α -螺旋
β -折叠
β -转角 无规卷曲
α -螺旋
要点
1
呈右手螺旋 一圈3.6个氨基酸残基，螺距0.54nm 螺旋稳定靠氢键，与螺旋长轴平行 侧链影响螺旋的形成和稳定
2
3
4
β -折叠(反平行)
β -折叠(平行)
要点
1
呈伸展、锯齿状结构 顺向平行和反向平行两种构象 折叠的稳定靠氢键
－ － － － － －－ －
带负电荷的蛋白质
不稳定的蛋白质颗粒
（三）蛋白质的变性与沉淀
蛋白质的变性(denaturation)
在某些理化因素的作用下，蛋白质中 维系其空间结构的次级键（甚至二硫键） 断裂，使其空间结构遭受破坏，造成其理 化性质的改变和生物活性的丧失。
变性本质 破坏非共价键和二硫键 不改变蛋白质的一级结构 变性因素
在某一pH的溶液中，氨基酸 解离成阳离子和阴离子的趋势及
程度相等，成为兼性离子，呈电
中性。此时溶液的pH值称为该氨
基酸的等电点。
R CH COOH NH2
+OH+OH R CH COOR CH COO-
R CH COOH +H+ NH3+
NH3
+
+H+
NH2
pH<pI
阳离子
pH=pI
兼性离子
pH>pI
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
理化性质变化 黏度增大 溶解度降低
易被蛋白酶水解
应用
消毒 鸡蛋要煮熟吃
疫苗保存
蛋白质的复性(renaturation)
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
8M尿素 天然RNaseA（有活性） 变性RNaseA（无活性）
蛋白质空间结构改变与疾病
蛋白质构象病（protein conformational diseases） 因蛋白质折叠错误或折叠导致构象异常变化引 起的疾病
蛋白质空间结构改变与疾病
朊病毒蛋白(prion protein, PrP)
PrPc α-螺旋
正常
PrPsc β-折叠
疯牛病
第四节
蛋白质的理化性质及其分离纯化
8M尿素
天然RNaseA（有活性）
变性RNaseA（无活性）
天然RNaseA（有活性）
分子伴侣(chaperon) 是一类帮助
新生多肽链正确折叠的蛋白质
分子伴侣功能
防止肽段错误聚集
使错误聚集肽段正确折叠
保证二硫键的正确形成
一级结构是功能的基础
结构相似，功能相似
胰岛素 细胞色素c 促肾上腺皮质激素和促黑激素
多个氨基酸
多肽链(polypeptide chain)
许多氨基酸
之间ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ肽键连接而成的一种结构
氨基酸残基(residue)
肽链中的氨基酸
分子因为脱水缩合而基团不全
多肽链有两端
氨基末端（N末端） 羧基末端（C末端） 自由氨基的一端 自由羧基的一端
丝氨酰-甘氨酰-酪氨酰-丙氨酰-亮氨酸 (ser-gly-tyr-ala-leu)
缩写 三字符 Gly Ala 一字符 G A
pK1（-COOH）
pKa pK2（-NH3+） pKR（R基）
pI
2.34 2.34
9.60 9.69
5.97 6.01
脯氨酸
缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸
proline
valine leucine isoleucine
Pro
Val Leu Ile
P
V L I
清除H2O2
结合有害物质
H2O2
2GSH
GSH过氧 化物酶
NADP+
GSH还原酶
2H2O
GSSG
NADPH+H+
肽类激素
促甲状腺素释放激素 (TRH)
第二节
蛋白质的分子结构
蛋白质的结构层次图
分 子 结 构
一级结构 （基本结构） 二级结构 高级结构 （空间结构） 三级结构
α -螺旋 β -折叠 β -转角 不规则卷曲
（a）正常红细胞
（ b）镰型红细胞
蛋白质空间结构 与功能的关系
空间结构是功能的基础
蛋白质的功能依赖于特定的空间结构
胰岛素原转变成胰岛素
胰岛素 （两条肽链）
胰岛素原 （一条肽链）
C肽
血红蛋白的空间构象变化与结合
肌红蛋白
血红蛋白
肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线
协同效应(cooperativity)
P
NH2 COO-
pH>pI
阴离子
兼性离子
（二）蛋白质的胶体性质
颗粒表面电荷 胶体稳定因素 水化膜
水化膜
+ + + + + + +
带正电荷的蛋白质 脱水作用
酸 碱 在等电点的蛋白质 脱水作用 碱
碱 酸
－ － － － － －－ －
带负电荷的蛋白质
脱水作用 酸
+ + + + + + + +
带正电荷的蛋白质
2
3
4
侧链影响折叠的形成和稳定
β -转角
超二级结构（模体motif）
多肽链内顺序上相互邻近的二级 结构常常在空间折叠中靠近，彼 此相互作用，形成规则的二级结 构聚集体
钙结合蛋白
锌指结构
蛋白质的三级结构 (tertiary structure)
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
1.99
2.32 2.36 2.36
10.96
9.62 9.60 9.68
6.48
5.97 5.98 6.02
蛋氨酸
苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸 丝氨酸
methionine
phenylalanine tyrosine tryptophan serine
Met
Phe Tyr Trp Ser
M
F Y W S
免 疫 作 用
载 体 作 用
凝 血 作 用
收 缩 作 用
缓 冲 作 用
其 它 作 用
第一节 蛋白质的分子组成
组成蛋白质的元素
主要 少量 C、H、O、N和S 磷、铁、铜、锌、锰、钴、钼、碘
蛋白质的含氮量平均为16％ 100克样品中蛋白质的含量 ( g % )
=
每克样品含氮克数× 6.25×100
肽单元（peptide unit）
肽键中4个原子C、O、N、
H和与之相邻的 C1、 C2
位于同一平面
肽键(C-N)具有部分双键的性质
天然存在的活性肽
谷胱甘肽(glutathione, GSH)
肽类激素及神经肽 抗生素肽
谷胱甘肽(glutathione, GSH)
GSH生物活性
还原剂
Thr
Cys Asn Gln Lys His Arg Asp Glu
T
C N Q K H R D E
2.11
1.96 2.02 2.17 2.18 1.82 2.17 1.88 2.19
9.62
10.28 8.80 9.13 8.95 9.17 9.04 9.60 9.67 10.53 6.00 12.48 3.65 4.25 8.18
天然RNaseA（有活性）
蛋白质沉淀 蛋白质从溶液中析出
沉淀本质
破坏水化膜 中和电荷
沉淀方法 中性盐 有机溶剂 生物碱试剂 重金属离子
应用
重金属中毒口服牛奶或生鸡蛋
变性与沉淀的关系
容易
变性
不一定
沉淀
一级结构改变与分子病
分子病
由蛋白质分子发生变异所 导致的疾病
案 例
镰刀状红细胞性贫血
HbA β 肽 链 N-val ·his ·leu ·thr ·pro ·glu ·glu ····· C(146)
HbS β 肽 链 N-val ·his ·leu ·thr ·pro ·val ·glu ····· C(146)
基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形
O NH2-CH-C H
甘氨酸
+
OH
O NH-CH-C H
甘氨酸
H
OH
-HOH
O O NH2-CH-C-N-CH-C H
肽键
HH
OH
甘氨酰甘氨酸
二肽 三肽
两分子氨基酸 三分子氨基酸 十个以内氨基酸
寡肽(oligopeptide)
多肽(polypeptide)
协同效应 一个亚基与其配体结合后，能影响其 中另一个亚基与配体结合能力的现象 正协同效应(positive cooperativity) 促进作用
负协同效应(negative cooperativity) 抑制作用
O2
变构效应(allosteric effect)
配体与亚基结合后引起亚基构象变化的效应
1/16%
一 氨基酸（amino acid）
氨基酸是蛋白质的基本组成单位 自然界 人体 除G外 300余种 仅20种 均属L-α -AA
（一）氨基酸的一般结构
羧基 中心α 碳原子 COOH 氢原子
氨基
NH2
Cα R
H
侧链
L-AA
D-AA
蛋白质中为L-AA
中文名 甘氨酸 丙氨酸
英文名 glycine alanine