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1、第一章 生命活动的主要承担者-蛋白质,本章主要内容,蛋白质的分子组成 蛋白质的化学结构和高级结构 蛋白质的功能 蛋白质的变性与生物进化,一.蛋 白 质 的 分 子 组 成,蛋白质在人体内的分布,毛发 指甲 皮肤 肌肉等,富含蛋白质的食物,A. 组成蛋白质的元素,主要有C、H、O、N和 S。 有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘 。,各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。,由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：,100克样品中蛋白质的含量 ( g % ) = 每克样品含氮克数 6.25100
2、,1/16%,B. 蛋白质元素组成的特点,蛋白质的相对分子质量为什么会这么大呢？,蛋白质的相对分子质量很大，是一种高分子化合物。,蛋白质的分子量,图中各种食物都富含蛋白质，蛋白质必需经过消化成氨基酸才能被人体吸收利用。氨基酸就是组成蛋白质的基本单位。组成蛋白质的氨基酸有约20种.,C.氨基酸 组成蛋白质的基本单位,存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。,（a）、结构,1.氨基酸的一般性质,（b）肽键的结构,一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。,由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多
3、个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。,2. 构成蛋白质的20种氨基酸特点,L-型氨基酸 具旋光性（除甘氨酸外） 属-氨基酸（脯氨酸为-亚氨基酸） 属两性电解质,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,3. 氨基酸的分类,* 20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:,甘氨酸 glycine Gly G 5.97,丙氨酸 alanine Ala A 6.00,缬氨酸 valine Val V 5.96,亮氨酸 leucine Leu L 5.98,异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02,苯丙氨酸 phenylalanine Phe
4、F 5.48,脯氨酸 proline Pro P 6.30,非极性疏水性氨基酸,色氨酸 tryptophan Trp W 5.89,丝氨酸 serine Ser S 5.68,酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66,半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07,蛋氨酸 methionine Met M 5.74,天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41,谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65,苏氨酸 threonine Thr T 5.60,2. 极性中性氨基酸,天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97,谷氨酸 glutamic acid
5、Glu E 3.22,赖氨酸 lysine Lys K 9.74,精氨酸 arginine Arg R 10.76,组氨酸 histidine His H 7.59,3. 酸性氨基酸,4. 碱性氨基酸,20种氨基酸中有8种不能由人体合成，必须从外界摄取，称为必需氨基酸 8种必需氨基酸为: 甲硫氨酸（Met）、色氨酸(Trp)、赖氨酸(Lys ) 、缬氨酸(Val)、异亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)、苯丙氨酸(Phe)、苏氨酸(Tyr),4. 必需氨基酸,5.半必需氨基酸,在婴幼儿时期，精氨酸和组氨酸在人体合成速度较慢，常常不能满足机体组织构建的需要。 蛋白质营养价值的高低，主要决定于所含必
6、需氨基酸的种类、含量及其比例与人体需要的相近程度。,6.氨基酸与美食调味,鸡精与味精,7. 氨基酸缺乏症状,各种氨基酸是相互协同作战单吃一两种是不行的 缺乏组氨酸、精氨酸小孩生长发育受影响。 缺乏组氨酸、苯丙氨酸会使眼睛充血或得白内障 。 缺乏精氨酸造成不孕，使男人精子失去活力 。 缺色氨酸使丸睾丸萎缩，亦会使女性失去青春。 缺乏蛋氨酸会堆积脂肪。 缺乏色氨酸或异亮氨酸动物或婴儿肝脏不能产生蛋白素和球蛋白，尿亦不能正常形成容易得水肿，易受病菌感染。 缺乏色氨酸或蛋氨酸会造成脱毛,氨基酸与保健,概念,是指氨基酸通过共价键即肽键连接而成的线性序列。,肽键的结构,二、蛋白质分子一级结构,第一阶段：1
7、959年以前,提出,蛋白质立体化学原理,-螺旋模型,1951年 Pauling 和Gorey,奠定了蛋白质空间结构研究理论基础,四、蛋白质分子构象研究进展,第二阶段：1959年以后,Kendrew,采用X-射线 结构分析法,揭示了肌红蛋白的二、 三级结构,分析方法的应用：,中子衍射、二维核磁共振法、圆二色法、激光拉曼光谱法等,首次证实了-螺旋 在蛋白质中存在,蛋白质的分子结构,1、氨基酸在蛋白质多肽链中的排列顺序,2、肽键是蛋白质一级 结构的基本结构键,一级结构,1965年我国科技工作者成功合成了具有生物学活性的结晶牛胰岛素,1、蛋白质的二级结构是指多肽链本身折叠或盘曲所形成的局部空间构象,2
8、、维持蛋白质二级结构主要依靠氢键,3、主要类型是一螺旋,蛋白质的分子结构,4、-折叠也是一种重要的二级结构,螺旋结构和-折叠,（1）角蛋白（keratin）,-角蛋白,（4条-螺旋） 原纤维,微原纤维（11条-螺旋）,巨原纤维,纺锤体型皮质细胞,角质膜,皮质,髓质,头发,头发结构,-折叠（平行式）,氫健,氫健,丝心蛋白与-折叠,蚕丝的主要成分是丝心蛋白，而丝心蛋白的主要二级结构是反平行排列的-折叠。丝心蛋白的一级结构含有长的重复序列片段，-Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala-。Gly侧链氢位于折叠平面的一侧，而Ala和Ser的甲基侧链和羟甲基侧链位于折叠平面的另一侧，堆积的折叠片靠
9、侧链之间的van der Waals力结合在一起。,1. 蛋白质在二级结构形式的基础上进一步盘曲.折叠而形成特定格式的三级结构,2. 三级结构主要依靠疏水键,3. 具有三级结构的某些蛋白质多肽链即可表现生物学活性,蛋白质的分子结构,三级结构,肌红蛋白是第一个被确定具有三级结构的蛋白质,鲸鱼肌红蛋白是由153个氨基酸残基组成的，另外含有一个血红素。它的三级结构是由一簇八个-螺旋组成的，螺旋之间通过一些片段连接。,肌红蛋白辅基血红素,原卟啉IX与Fe的络合物铁原卟啉称之为血红素。 血红素中心的Fe应当有6个配位健，其中4个是与四个吡咯环上的N形成的，另外两个配位健位于卟啉环平面上下。 Fe可以是F
10、e2或Fe3，相应的血红素分别称为亚铁血红素和高铁血红素。但只有亚铁血红素才能结合氧。,结合氧的部位,血红素辅基,第5个部位来自蛋白的第93位His,血红素中Fe的配位,不结合氧时，Fe突出平面,结合氧时，Fe被拉回平面,带有咪唑基的游离血红素与CO结合,肌红蛋白与CO形成的复合物,氧合肌红蛋白,CO对Fe的亲和力远远高于氧！,1. 不少蛋白质是由两个以上具有三级结构的多肽链组成的。这些多肽链之间没有共价键连接，而是借次级键缔合在一起。蛋白质的这种结构形式称为蛋白质的四级结构。,2.此类蛋白质只有完整四级结构才有生物学活性,蛋白质的分子结构,四级结构,血红蛋白的四级结构,蛋白质的各级结构,氨基
11、酸,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,血红蛋白,蛋白质结构 极其多样,蛋白质种类 极其多样,蛋白质功能 极其多样,五、影响蛋白质结构的因素,1、构成细胞和生物体的重要物质 结构蛋白,2、催化作用：如各种酶 3、运输作用：血红蛋白 4、调节作用：如调节新陈代谢、 生长发育的某些激素等,5、免疫作用：如人体内抗体,六、蛋白质的功能,功能蛋白,蛋白质构成细胞和生物体的重要物质,头发是由角蛋白组成， 蛋白质缺乏会使头发分叉、 断裂，肌肤易老化生成皱纹。,指甲：蛋白质不足时 会出现条纹，易断裂。,血红蛋白,特性：,红细胞内的一种红色含铁的蛋白质,运输氧气和二氧化碳,在氧浓度高的地方容易与氧结合，
12、在氧浓度低的地方又容易与氧分离。,作用：,蛋白质与物质运输,红细胞与氧气运输,镰刀状红细胞贫血病,蛋白质一级结构的变化导致蛋白质功能改变,1910年，赫里克医生的诊所来了一位黑人病人，病人脸色苍白，四肢无力，是严重的贫血病患者。医生使用所有能治疗贫血病的药物，但对这个病人无效。对病人做血液检查时发现，红细胞在显微镜不是正常的圆饼形，而是又长又弯的镰刀形，称镰刀状细胞贫血症。,问题：为什么会出现这样的性状,1949年，美国鲍林博士首先意识到，红细胞中血红蛋白分子的异常引起红细胞变形。 血红蛋白究竟出了什么问题？,为什么谷氨酸会被缬氨酸取代呢？,1956年，英国科学家英格拉姆发现镰刀型细胞贫血症患
13、者血红蛋白的肽链上，有一处的谷氨酸被缬氨酸取代。,异常蛋白质,镰刀型细胞,病因分析,蛋白质参与调节新陈代谢,胰岛素 胰高血糖素 甲状腺激素 生长激素 促激素释放激素 促激素,蛋白质形成多种参与细胞新陈代谢的激素来调节生命活动,胰岛素与糖尿病,糖尿病，顾名恩义是一种尿中出现糖分的疾病。,生长激素（蛋白质）调节机体生长发育,蛋白质构成人体必需的催化和调节功能的各种酶,科学家们相继提取出许多种酶的蛋白质结晶,从刀豆的种子中提 取出脲酶的结晶 通过化学试验证实 脲酶是一种蛋白质,“绿色健康，“酶”力无限 医药、洗涤剂、纺织、淀粉制糖、发酵、酒精、食品（包括果蔬汁、啤酒酿造、谷物食品、蛋白水解、和功能食
14、品以及食用油脂）、饲料、皮革、造纸和化工等工业领域,整联蛋白介导的细胞表面信号传递,蛋白质与疾病诊断,“蛋白质指纹” 人体每一个器官不断地向血液里释放数百种不同的蛋白质，而其中大约50种蛋白质是各种器官独有的，这些被科学家称为各种器官的“蛋白质指纹”。当疾病侵袭大脑、肝脏、肾脏或其他器官时，便改变了这些器官的蛋白质指纹。这种改变最终可以在血液中被检测出来。 早期诊断重大疾病,常见蛋白质的分类：,完全蛋白质：所含的必需氨基酸种类齐全、数量充足、比例恰当的蛋白质，也称优质蛋白质。肉类，家禽，奶类，蛋类等动物性蛋白，能提供大部份的必需氨基酸需要，但完全蛋白往往会有较高的胆固醇及脂肪有碍身体健康。 半
15、完全蛋白质：所含的必需氨基酸种类齐全，但其中一种或几种数量不足，比例不适，如蔬菜，谷物，碗豆，扁豆等植物蛋白。 不完全蛋白质：所含的必需氨基酸种类不全，不能够保证机体需要，如肉皮、鱼翅等，只含部份必需氨基酸。,蛋白质的消化吸收和排泄,消化：大分子量的蛋白质不能被吸收，需分解成：氨基酸、二肽、三肽 外源性蛋白质：食物 内源性蛋白质：肠道脱落细胞、消化酶 吸收：被吸收的氨基酸称为氨基酸池。 利用： 1、合成组织蛋白 2、供给能量（变成糖和脂类） 3、变成新的含氮物质：嘌呤、尿酸、肌酐、肌酸-合成核酸及非必需氨基酸,蛋白质在食物的功能作用,蛋白质的变性 蛋白质在重金属盐（汞盐，银盐，铜盐）、酸、碱、
16、乙醇等存在下 或加热至70-1000C 或在X射线、紫外线的作用下 其空间结构发生改变和破坏，从而失去生物活性。,从分子结构看，变性作用是蛋白质分子多肽链特有的有规则排列发生了变化，成为较混乱的排列。,蛋白质变性后的理化和生物学性质改变,1. 溶解度降低 2. 生物活性丧失及易被蛋白酶水解 3. 粘度上升 4. 结晶能力消失,温度对蛋白质的变性作用,紫外线能使蛋白质发生变性作用,酸、碱、重金属盐 对蛋白质的变性,在农业上用波尔多液（由硫酸铜、生石灰和水制成）来消灭病虫害,盐 析,一些中性盐如硫酸氨、硫酸纳、氯化纳等可以破坏蛋白质胶体周围的水膜，同时又中和了蛋白质分子的电荷，因此使蛋白质产生沉淀，这种加盐使蛋白质沉淀析出的现象称为盐析。,蛋白质与生物进化,根据不同机体中表现同一功能的蛋白质.(同功蛋白质)的氨基酸组成在排列顺序上的差异程度，断定不同种属亲缘关系的远近，为生物进化提供根据。 一般来说，亲缘关系越近，其结构越相似，与功能相关部分的氨基酸顺序都相同。,蛋白质的结构与生物进化,狗 人 猴,马 骡,鲸 兔 猪,袋鼠,企鹅,鸡 鸭,响尾蛇,龟,苍蝇 蛾,脉孢菌属,念珠菌属,面包酵母菌,小麦,牛 蛙,金枪鱼,动 物,爬行动物,两栖动物,鱼,哺乳动物,鸟,昆 虫,植 物,脊椎动物,从细胞色素C的一级结构看生物进化,