2021届高中生物竞赛理论辅导课件-基础生物化学02蛋白质(共149张PPT)

-N-(CO-CHR-NH)3-C-
H
O
链内的氢键
3. 肽链中AA残基的R基团分布在 螺旋体的外侧,R基团的大小、形 状及电荷均影响到了α-螺旋的形 成。
β-折叠 (片)
β-折叠的要点
β-折叠结构中肽链处于伸展状态, 两个AA残 基之间的距离为0.36nm。 肽链按层排列,靠链间氢键维持其结构的稳 定性。 相邻肽链走向可以是平行的(φ=-119°， ψ=+113°)，也可以是反平行的(φ=-139°， ψ=+135° )。 肽链中的AA残基的R基团分布在片层的上下。
Anfinsen 的经典实验： 牛胰核糖核酸酶变性与
复性实验
A classical example is the denaturation and
renaturation of ribonuclease (Anfinsen
experiment)
形成二硫键的可能性 The possibilities of disulfide bonds
matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry, or MALDI MS
DNA序列推导法
• DNA测序后来居上，方法简单快速。
3.蛋白质一级结构的举例
(二) 蛋白质的二级结构
1. 构型与构象 构型----立体异构体中取代原子或基团在
P31
有关肽的说法
2个AA组成的肽称为二肽, 依次类推 少于10个AA称为寡肽 多于10个AA称为多肽 100个AA以上称为蛋白质
肽的作用
代谢的调节物: 如谷胱甘肽
2GSH
GSSG
肽的作用
——
=
——
= ————
O
O
δ C—NH—-CH-C-NH-CH2COOH
γ CH2
CH2
β CH2
SH
α CHNH2
AA的通式：
AA的构型和吸光性
由于AA有不对称的Cα （甘氨酸除外）的存在使得 AA有L和D（R或S）型之分， 天然的AA均为L型；同时有 旋光性的存在 。
(一)AA的分类
根
极性氨基酸
据
R
酸性氨基酸
的
碱性氨基酸
性
质
极性中性氨基酸
见P24
请注意：
1 AA的相同部分是 骨架 2 R性质与蛋白质的构象有关 3 要求记住AA的缩写符号 4 注意碱性，酸性和芳香族AA
Molecular Chaperones are proteins that fold globular protein.
分子伴侣： Hsp70和陪伴蛋白
Molecular chaperones: Hsp70(heat shock protein,Mr near 70k, dnaK and dnaJ in E.coli.) Chaperonins(hsp60s or cpn60s, one of them is GroEL and GroES in E.coli.)
COOH
还原型谷胱甘肽（GSH）
γGlu-Cys-Gly
S ︱ 二硫键 S
γGlu-Cys-Gly 氧化型谷胱甘肽（GSSG）
-2H 2GSH
+2H
GS-SG
2.蛋白质一级结构的测定
传统方法： 质谱方法： 由DNA序列推蛋白序列方法：
传统方法
• 1 先纯化蛋白质。这是一项艰巨而繁重的任 务，要测定蛋白质的一级结构，要求样品必须 是均一的，纯度应在97%以上同时必须知道它 的相对分子量，误差允许在10%左右。
2021届
高中生物竞赛理论辅导
基础生物化学
第二章 蛋白质
一、蛋白质的生物功能及组成 二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸 三、蛋白质的结构 四、蛋白质的结构与功能的关系 五、蛋白质的重要性质
蛋
有机体代谢的催化剂 有机体内的结构组分
白
运输载体
质
运动的完成者
的
激素调节
生
有机体的免疫机能
物
贮藏功能
功 能
• 8 确定二硫键位置：用电泳法将拆开二 硫键的肽段条带与未拆开二硫键的条带 进行对比即可定位二硫键的位置。 如此以来，一个完整蛋白质分子的一级 结构即可被测定。
质谱方法
• 质谱方法的改进，使测序容易起来。
The Nobel Prize in Chemistry 2002
• "for the development of methods for identification and structure analyses of biological macromolecules"
• 4 分析每一条肽链的氨基酸组成。将分 离纯化的多肽链一部分样品完全水解， 测定它的氨基酸组成，并计算出氨基酸 成分的分子比或各种残基的数目。
• 5 至少用两种方法将肽链水解成小的肽段 酶裂解法 化学裂解法
• 6 肽段氨基酸序列的测定 Edman化学降解法
• 7 通过比较（片段重叠法）确定多肽链 的氨基酸顺序。
几种AA的pK和pI值
AA pK`1(-COOH) pK`2(-NH2) pK`R pI
Gly 2.34
9.60
5.97
Asp 2.09
9.82
3.86 2.97
Lys 2.18
9.17
10.34 9.74
详见P27表2-2
AA不能用通常酸碱滴定测定
尽管AA具有酸碱性但却不 能用正常的酸碱滴定进行测定 (因为酸和碱基团的相互干扰, 使 等当点的pH过高或过低,没有适 当的指示剂可以选用)。
The conclusion Anfinsen’s experiment：
It is impossible that the folding of protein only just by chance. The amino acid sequence of a polypeptide chain contains all the information required to fold the chain into its native, three-dimensional structure.
Hsp70的作用：
Hsp结合到未折叠的多肽链的疏水区，从而阻遏 了这些疏水区的不适当聚集，“保护”了因热而 变性的蛋白质或正在合成还未折叠的多肽。
Functions of Hsp70： Hsp70 proteins bind to regions of unfolded polypeptides that are rich in hydrophobic residues, preventing inappropriate aggregation. These chaperones thus “protect” proteins that have been denatured by heat and peptides that are being synthesized (and are not yet folded).
结构域
在空间结构上相对 独立的三维实体
（五）蛋白质的三级结构
定义：一条完整的多肽链组 成的分子结构
特点：球状分子、分子致密、 亲水R基团在外，疏水再内
蛋白质的三级结构 Tertiary Structure
蛋白质的折叠 Folding of proteins
蛋白质如何知道折叠？怎样折叠？ How Do Proteins Know How to Fold?
AA+甲醛则可以掩盖氨基，使 AA成为普通的酸
可进行正常的酸碱滴定
(三)AA的重要化学反应
1.茚三酮反应
AA+茚三酮----------缩合物(紫色) Pro 和羟Pro 为黄色
1. 此反应复杂,产物为混合物; 2. 此反应灵敏,是鉴定AA的常用方法; 3. 短肽也有此反应,但肽链越长灵敏度越差。
2.桑格(Sanger)反应
DNP-AA
3. Edman反应
PTH-AA
三、蛋白质的结构
蛋白质结构的层次性
一级结构（AA序列） 二级结构 超二级结构 结构域
三级结构（球蛋白） 四级结构（聚合体）
蛋白质的一级结构
AA序列与共价键结构
1. 肽键及肽
AA残基
蛋白质的骨架
肽链的方向
肽链的命名α βαβ βββ
Two arrangements of βstrands stabilized by the tendency of the strands to twist
Constructing large motifs from smaller ones
σ-螺旋与β-折叠比较
σ-螺旋
棒状 肽链紧紧盘绕 链内氢键 AA间距0.15nm R螺旋的外部 如角蛋白
β-折叠
片状 肽链几乎完全展开 链间氢键
0.36nm R在片层的上下 如丝蛋白
β-转角
无规则线圈
β bugle（凸起） is also found in proteins
二级结构的类型
α-螺旋 β-折叠 β-转角 无规则线圈
空间的取向。 构象-----化合物中σ 键的自由旋转，使连
接在σ 键两端原子上的原子或基团在 空间上形成的不同的排列方式。蛋白 质的空间结构则是由构象不同造成的。
2. 酰胺平面
肽键的双键性质 C—N 0.149nm C=N 0.127nm C—N肽键0.132nm, 有部分双键性质
3. 二级结构的基本类型
请注意：
Asp和Asn二者常混 在一起用Asx表示； Glu和Gln二者常混 在一起用Glx表示。
注意AA各C原子的编号
ε δ γβ α
ε
(二)AA的吸光性
芳香族AA—Tyr, Trp, Phe可以吸收280nm的紫 外光, 据此可对蛋白质进 行定量和定性
(三)AA的酸碱性
带电性 pI pK` pI和pK`的关系
现代研究表明： 并不是所有的蛋白质合成后都能自发的折叠。
Not all proteins fold spontaneously as they are synthesized
分子伴侣：
帮助其它蛋白折叠的蛋白质。
Molecular Chaperones:
Some proteins undergo assisted folding, so we call them molecular chaperones.
First 7 Second 5 Third 3 Fouth 1 Total 7X5X3=105 因此正确二硫键形成的概率为1/105
肽键的顺反异构
Isomers of trans and cis of peptide bonds
Anfinsen 经典实验的结论： 蛋白质的折叠不是随机的。多肽链中氨 基酸序列含有折叠此链成为自然结构的 全部信息。
• 2 测定末端氨基酸的数目。确定蛋白质分子 是由几条肽链构成的。（1条：末端摩尔数=蛋 白质的摩尔数；若检测到的末端基多于一种， 蛋白质是由两条或多条不同的肽链组成）
• 3 拆分蛋白质分子的多肽链，并分离出每条 肽链。如果待测蛋白质由几条肽链组成，并且 链间靠非共价键连接，用变性剂如8M 尿素或 高浓度盐等处理，使拆分；若靠二硫键连接， 那么就需要用氧化剂或还原剂断裂二硫键分离， 普遍用的是过量的巯基乙醇处理，可以使S-S 定量还原为SH，同时系统中需要加入8M尿素 等，使蛋白变性，这样还原剂才能作用于S-S， 然后用烷基化试剂如碘乙酸保护还原时生成的 SH，防止重新被氧化。并根据他们的大小或 电荷的不同分离出各多肽
σ-螺旋
σ-螺旋的要点
在φ=-57°，ψ=-48°时所形成的 规则构象。
1.在α-螺旋中，3.6个AA上升一周,螺旋 上升一圈,沿纵轴距离为0.54nm, 每个残 基旋转100°, 升高0.15nm, 螺旋以右手 为主。
2. α-螺旋的稳定性是靠链内H键维 持的。螺旋每隔3个AA 残基可以 形成一个氢键,即每个肽键上的NH氢和它后面(C端)第4个残基上 C=O氧之间形成H 键.氢键的取向 几乎与中心轴平行。
毒素 信号传递 遗传信息表达的调节
蛋白质的化学（元素）组成
C（50-55%） N（15-18%） H（6-8%） O（6-8%）S（0-4%）； 其它：P、Fe、Mn、Zn、Mo等； 其中含氮量稳定，可作为定量测定蛋 白质的标准方法。
蛋白质的基本组成单位—— 氨基酸（Amino Acid，AA或aa）
This question is extremely complicated and not yet clearly understood by now. But there are some highlights.
经典实验－核糖核酸酶的变性与复性实验 Classical Experiment－Christian Anfinsen’s experiments demonstrated that proteins can fold reversibly.