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1、第2章 蛋白质化学 ,蛋白质化学,教学时数 4学时,第二章,第2章 蛋白质化学 ,目的要求,掌握蛋白质的分子组成与结构 熟悉蛋白质的理化；常用分离、纯化技术的基本原理 了解蛋白质分子结构与功能的关系；蛋白质的分类以及重要的活性肽,第2章 蛋白质化学 ,教学内容,第一节 蛋白质的分子组成 第二节 蛋白质的分子结构 第三节 蛋白质结构与功能的关系 第四节 蛋白质的理化性质与分离纯化,第2章 蛋白质化学 ,第一节 蛋白质的分子组成,蛋白质含量=样品所含氮量6.25,一、蛋白质元素组成,C,H,O,N,S,第2章 蛋白质化学 ,二、蛋白质的基本组成单位氨基酸,（一）氨基酸的结构,共同结构,C,H,NH
2、3+,R,C00-,第2章 蛋白质化学 ,氨基酸结构特点,20种编码氨基酸 氨基酸的不同在于R侧链不同 均为L-氨基酸 （甘氨酸、脯氨酸除外）,侧链决定氨基酸的化学结构和理化性质。,第2章 蛋白质化学 ,（二）氨基酸的分类,1.非极性中性氨基酸 R基无极性，呈疏水性 2.极性中性基氨基酸 R基有极性，但不带电，呈亲水性 3.极性酸性氨基酸 R基有极性，电离后R基带正电荷 4.极性碱性氨基酸 R基有极性，电离后R基带负电荷,根据R基极性大小分：,第2章 蛋白质化学 ,非极性中性氨基酸,第2章 蛋白质化学 ,极性中性氨基酸,第2章 蛋白质化学 ,酸性氨基酸,第2章 蛋白质化学 ,碱性氨基酸,第2章
3、 蛋白质化学 ,（三）氨基酸的理化性质,氨基酸具有氨基、羧基等,能接受H+而成NH3+ 具碱性,能电离出H+而成COO- 具酸性,两性电离和等电点,第2章 蛋白质化学 ,氨基酸的两性电离,pHpI,等电点： 氨基酸所带正负电荷相等时溶液的pH （pI） 即该氨基酸的等电点,第2章 蛋白质化学 ,2.茚三酮反应,第2章 蛋白质化学 ,三 氨基酸聚合形成多肽及蛋白质,（一）肽的形成和命名,1. 肽键,第2章 蛋白质化学 ,肽键平面,第2章 蛋白质化学 ,肽链结构,第2章 蛋白质化学 ,2.肽的形成与命名,肽、寡肽(oligopeptide)、多肽(polypeptide) 多肽链（polypept
4、ide chain） 主链骨架（backbone） 侧链部分（side chain） 羧基末端或C-末端（C-terminus） 氨基末端或N-末端（N-terminus）,第2章 蛋白质化学 ,多肽链的结构,第2章 蛋白质化学 ,（二）体内重要的肽,功能基：-SH 解毒剂、抗氧化剂,第2章 蛋白质化学 ,四 蛋白质的分类,根据分子形状分： 球状蛋白 纤维状蛋白 根据分子组成分 单纯蛋白质 结合蛋白质,第2章 蛋白质化学 ,第二节 蛋白质的分子结构,蛋白质的分子结构,一级结构,第2章 蛋白质化学 ,蛋白质分子中的主要次级键,第2章 蛋白质化学 ,共价键作用,原子间通过共用电子对而形成的强烈相互
5、作用。,第2章 蛋白质化学 ,非共价作用,无规则卷曲 氢键 疏水相互作用 离子键 范德华力,非共价作用影响线性链的折叠，可以使一个线性链相距遥远的不同部分集合在一起。,第2章 蛋白质化学 ,无规则卷曲（random coil）,一个自由旋转的链的三维构型称为无规则卷曲。 这是一个有点紧凑的球状结构，这种结构由于可溶性分子的不断的碰撞，可以不断的改变形状。,第2章 蛋白质化学 ,氢键,生物体中最普遍存在的非共价键方式。,C=O,.,H-N,C-OH,.,O=C,N-H,.,N,在RNA中，“键内”氢键引起多核苷酸链的折叠，长的单链分子折叠后有比原来更加紧凑的结构。 在DNA中， “键内”氢键是双
6、链螺旋结构形成的原因。 在蛋白质中，键内氢键产生于一个肽键中与氮相连的氢原子和另一个邻近肽链的氧原子之间。,第2章 蛋白质化学 ,疏水相互作用,存在于不易溶于水的2个分子（或2个分子的一部分）之间。这2个分子（可以是不同的分子）在水中的溶解度小，使它们倾向于聚集，自然的聚集使它们倾向于结合。,作用： 疏水相互作用使相距遥远的多肽链的疏水部分集合在一起。,第2章 蛋白质化学 ,离子键,由不同种电荷之间的吸引力产生。 如生理pH下，一些氨基酸链是电离的：羧基带负电荷（如天冬氨酸和谷氨酸），或氨基带正电荷。,离子键倾向于把链中相距遥远的部分集合在一起。,第2章 蛋白质化学 ,范德华力,存在于所有的分
7、子之间，是持久的偶极子和电子环流形成的。 两个原子之间的吸引力与r-6成正比。,当2个分子的形状互补时（0.10.2nm），它们才能通过范德华力结合在一起。,第2章 蛋白质化学 ,一、一级结构,概念：多肽链中氨基酸的组成与排列顺序 主键：肽键 意义：决定蛋白质的空间结构,第2章 蛋白质化学 ,胰岛素的一级结构,第2章 蛋白质化学 ,二、二级结构 （secondary structure）,定义 蛋白质分子中由于肽键平面的相对旋转，构成的局部空间构象。,第2章 蛋白质化学 ,（一）二级结构的类型,-螺旋 -折叠 -转角 无规则卷曲,第2章 蛋白质化学 ,1.-螺旋（-helix）,右手螺旋 每周
8、含3.6个残基 螺距0.54nm 作用键：氢键,第2章 蛋白质化学 ,2. -折叠 （-sheet）,锯齿状 顺向平行、逆向平行 作用键：氢键,第2章 蛋白质化学 ,3.-转角（ -turn）,第2章 蛋白质化学 ,4无规卷曲,肽链的肽键平面不规则排列，形成松散的二级结构。,第2章 蛋白质化学 ,（二）超二级结构与结构域,超二级结构（super secondary structure） 二级结构单元进一步聚集和组合在一起模序（motif） 如、等 亮氨酸拉链和锌指结构,第2章 蛋白质化学 ,（二）超二级结构与结构域,结构域（domain） 超二级结构的进一步组合、折叠形成的球状区域。 是蛋白质
9、的功能部位,第2章 蛋白质化学 ,免疫球蛋白结构域,第2章 蛋白质化学 ,三、三级结构 （tertiary structure）,定义： 在二级结构基础上，所有原子（主链+侧链）相互作用形成的空间构象,第2章 蛋白质化学 ,三、三级结构 （tertiary structure）,化学键 -氢键、疏水键、离子键、二硫键等次级键 -亲水基团：分子表面；疏水基团：分子内部,第2章 蛋白质化学 ,三级结构示意图,第2章 蛋白质化学 ,四、四级结构 （quaternary structre）,定义：两个或两个以上独立三级结构的多肽链 通过次级键 结合而形成的空间结构,亚基,第2章 蛋白质化学 ,血红蛋白
10、四级结构示意图,4个亚基构成 2-亚基 2-亚基,第2章 蛋白质化学 ,蛋白质一、二、三、四级结构示意图,第2章 蛋白质化学 ,第三节 蛋白质结构与功能的关系,蛋白质的一级结构决定其高级结构 蛋白质的空间构象决定蛋白质的生物学功能,第2章 蛋白质化学 ,一、一级结构与功能的关系,某些蛋白质的一级结构加工后，才具有生物学活性 如胰岛素原（proinsulin）的一级结构加工,第2章 蛋白质化学 ,一级结构的改变可引起某些疾病的发生 由于蛋白质分子的变异或缺失而产生的疾病，称为分子病（molecular disease） 如镰状红细胞性贫血,一、一级结构与功能的关系,第2章 蛋白质化学 ,二、空间
11、结构与功能的关系,空间构象决定蛋白质功能 构象改变，功能改变,第2章 蛋白质化学 ,血红蛋白结合氧前后构象的变化,当血红蛋白结合氧以后，11与22两个二聚体彼此滑动15，其构象由T（tense）型转变为R（relaxed）型。,第2章 蛋白质化学 ,第2章 蛋白质化学 ,第四节 蛋白质的理化性质与分离纯化,第2章 蛋白质化学 ,一、蛋白质的理化性质,（一）蛋白质的一般性质 1.蛋白质的紫外吸收特征,蛋白质（色氨酸、酪氨酸）（苯丙氨酸） =280nm =260nm 紫外吸收（与蛋白质浓度成正比）,第2章 蛋白质化学 ,蛋白质的紫外吸收,第2章 蛋白质化学 ,2.蛋白质的两性电离和等电点,与氨基酸
12、的两性电离、等电点相同,第2章 蛋白质化学 ,双缩脲反应： Cu2+ 蛋白质 紫色络合物 OH-,3.蛋白质的呈色反应,颜色反应光吸收定量分析,第2章 蛋白质化学 ,3.蛋白质的呈色反应,颜色反应光吸收定量分析,酚试剂反应： 磷钨酸 蛋白质 蓝色化合物 磷钼酸,第2章 蛋白质化学 ,米伦试剂反应： 米伦试剂 蛋白质 红色沉淀 ,3.蛋白质的呈色反应,颜色反应光吸收定量分析,第2章 蛋白质化学 ,考马斯亮蓝反应： 考马斯亮蓝 蛋白质 （R-250）红蓝色 （G-250）蓝绿色,3.蛋白质的呈色反应,颜色反应光吸收定量分析,第2章 蛋白质化学 ,（二）蛋白质的高分子性质,1.蛋白质的胶体性质 蛋白
13、质分子的直径在胶体颗粒的范围(1100nm) 蛋白质溶液是稳定亲水胶体溶液 稳定因素：水化膜、同种电荷,第2章 蛋白质化学 ,碱 碱 酸 酸,第2章 蛋白质化学 ,2.蛋白质的扩散与沉降,蛋白质分子大，扩散速度慢 沉降：通过超速离心克服布朗运动使 蛋白质颗粒下沉的现象 沉降系数（S）可粗略反映蛋白质分子大小,第2章 蛋白质化学 ,3.蛋白质的变性与复性,变性剂,蛋白质空间构象破坏,生物学活性丧失 理化性质改变,第2章 蛋白质化学 ,复性：去除变性因素，蛋白质恢复空间构象 与生物学活性的过程,3.蛋白质的变性与复性,第2章 蛋白质化学 ,核糖核酸酶的变性与复性示意图,第2章 蛋白质化学 ,某些蛋
14、白质在发生热变性后，松散的多肽链相互缠绕在一起，变成固体状态，称为蛋白质的凝固（coagulation）,第2章 蛋白质化学 ,4、透析 (dialysis),用透析袋（半透膜）把大分子和小分子分开的方法,第2章 蛋白质化学 ,5、沉淀(precipitation),定义：蛋白质分子相互聚集从溶液中析出的现象 原理：破坏同种电荷和水化膜,第2章 蛋白质化学 ,蛋白质的沉淀示意图,第2章 蛋白质化学 ,4、沉淀(precipitation),方法： 盐析法 有机溶剂沉淀法 重金属盐沉淀法 生物碱试剂沉淀法,第2章 蛋白质化学 ,1.盐析（salting out）法,定义：高浓度中性盐使蛋白质从溶
15、液中析出沉淀的方法 原理：破坏水化膜、中和电荷 特点：蛋白质不变性 分段盐析：不同浓度的中性盐分离不同蛋白质,第2章 蛋白质化学 ,2.有机溶剂沉淀蛋白质,原理：破坏水化膜 条件：pH=pI 特点：常在低温下进行 常用有机溶剂：乙醇、丙酮等,第2章 蛋白质化学 ,3.重金属盐沉淀蛋白质,原理：中和负电荷 条件：pHpI 特点：蛋白质变性,第2章 蛋白质化学 ,4.生物碱试剂与某些酸类沉淀蛋白质,原理：中和正电荷 条件：pHpI 特点：蛋白质变性 常用酸类：苦味酸、鞣酸、钨酸、三氯醋酸、硝酸、过氯酸等,第2章 蛋白质化学 ,the end,第2章 蛋白质化学 ,D-型、L-型氨基酸结构,第2章 蛋白质化学 ,甘氨酸与脯氨酸结构,COOH | H2NCH | H 甘氨酸,第2章 蛋白质化学 , ,第2章 蛋白质化学 ,亮氨酸拉链 锌指结构,第2章 蛋白质化学 ,胰岛素的转变生成过程,第2章 蛋白质化学 ,镰状红细胞性贫血,正常链 H-缬组亮苏脯谷谷 镰状红细胞性 贫血链： H-缬组亮苏脯缬谷,第2章 蛋白质化学 ,对于某一特定蛋白质颗粒，其沉降速度在单位离心力场强度下为一常数，称为蛋白质的沉降系数，用S（Svedberg，1S=10-13秒）表示。,