-蛋白质化学.ppt
《-蛋白质化学.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《-蛋白质化学.ppt(188页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第二章 蛋白质化学,主要内容:介绍蛋白质的构件单位氨基酸的结构、分类、性质及肽的概念,重点讨论蛋白质的结构、性质以及结构和功能的相互关系。,思考,返回,目录,第一节 蛋白质通论 第二节 蛋白质的基本构件单位氨基酸 第三节 蛋白质的结构 第四节 蛋白质的结构与功能 第五节 蛋白质的重要性质,思考,第一节 蛋白质通论,一、蛋白质的化学概念和功能的多样性 二、蛋白质的分类 三、蛋白质的元素组成 四、蛋白质结构的组织层次,蛋白质的元素组成,蛋白质平均含N量为16,这是凯氏定氮法测蛋白质含量的理论依据: 蛋白质含量蛋白质含N量6.25,主要元素 C(50 % -55%) H (6.9 % -7.7%)
2、O (21 % -24%) N (15 % -17.6%) S (0.3 % -2.3%),微量元素 P、Fe、Cu、Zn、Mo、I、Se 等。,蛋白质的分类,简单蛋白质分类,结合蛋白质分类,蛋白质结构的主要层次,一级结构,四级结构,二级结构,三级结构,primary structure,secondary structure,Tertiary structure,quariernary structure,蛋白质的主要生理功能,蛋白质(protein)是生活细胞内含量最丰富、功能最复杂的生物大分子,并参与了几乎所有的生命活动和生命过程。因此,研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本的命题。
3、 生物体最主要的特征是生命活动,而蛋白质是生命活动的体现者,具有以下主要功能:,催化功能;结构功能;调节功能;防御功能;运动功能;运输功能;信息功能;储藏功能 ,第二节 蛋白质的基本构件单位氨基酸,一、生物体内的氨基酸类别 二、常见的蛋白质氨基酸的特点及结构通式 三、二十种常见的蛋白质氨基酸分类及结构 四、氨基酸的性质 五、蛋白质的水解,生物体内的氨基酸类别,蛋白质氨基酸: 蛋白质中常见的20种氨基酸 蛋白质中的修饰性氨基酸:蛋白质组成中,除上述20种常见氨基酸外,从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸,它们多是相应常见氨基酸的衍生物。如4-羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等、-羧基谷氨酸、6-氮甲基赖氨
4、酸。 非蛋白质氨基酸(天然氨基酸):生物体内不参与蛋白质合成,呈游离或结合态的氨基酸。如-丙氨酸、 -氨基丁酸、瓜氨酸、鸟氨酸等。,-氨基酸的通式,R group,Amino group,Carboxylic group,H = Glycine,CH3 = Alanine,Juang RH (2004) BCbasics,R,C,构型:分子中各原子或基团之间的连接方式称为分子的构型。组成蛋白质的氨基酸除Gly以外都有手性碳原子,在三维空间上就有两种不同的排列方式,它们互为镜影,这两种不同的构型分别称为D-型和L-型。,L-氨基酸的分子构型(configurition),Mirror image
5、,Same chemical properties,Stereo isomers,Juang RH (2004) BCbasics,氨基酸的两种立体异构体,二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号,据R基团化学结构分类,脂肪族A (中性、含羟基或巯基、酸性、碱性),芳香族A(Phe、Tyr、Trp),杂环(His、Pro),据R基团极性分类,极性R基团AA,非极性R基团AA(种),不带电荷(种),据氨基、羧基数分类,中性:一氨基一羧基,酸性:一氨基二羧基(Glu、Asp),碱性:二氨基一羧基(Lys、His、Arg),人的必需氨基酸 Lys Trp Phe Val Met Leu Ile
6、Thr Arg、His,带电荷:正电荷(种)负电荷(种),非极性R基团氨基酸,不带电荷极性R基团氨基酸,带电荷R基团氨基酸,根据R基团的极性对氨基酸分类,POLAR,NON- POLAR,Tyr,His,Gly,Acidic,Neutral,Basic,Asp,Glu,Gln,Cys,Asn,Ser,Thr,Lys,Arg,Ala,Val,Ile,Leu,Met,Phe,Trp,Pro,Polar or non-polar, it is the bases of the amino acid properties.,Juang RH (2003) Biochemistry,甘氨酸 (Gly,G
7、),丙氨酸 (Ala,A),缬氨酸 (Val,V),亮氨酸 (Lue,L),异亮氨酸 (Ile,I),中性脂肪族氨基酸,含羟基或硫脂肪族氨基酸,丝氨酸 (Ser,S),苏氨酸 (Thr,T),半胱氨酸 (Cys,C),甲硫氨酸 (Met,M),酸性氨基酸及酰胺,天冬氨酸 (Asp,D),谷氨酸 (Glu,E),天冬酰胺 (Asn,N),谷氨酰胺 (Gln,Q),碱性氨基酸,赖氨酸 (Lys,K),精氨酸 (Arg,R),组氨酸 (His,H),杂 环氨基酸,杂环氨基酸,组氨酸 (His,H),脯氨酸 (Pro,P),芳香族氨基酸,苯丙氨酸 (Phe,F),酪氨酸 (Tyr,Y),色氨酸 (Tr
8、g,W),-C-C-CONH2,-C-CONH2,-C-COOH,-C-C-COOH,-H,-CH3,-C-OH,-C-SH,-C-C-S-C,-C-C-C-C-NH3+,South line,Circular line,Central line,North line,Northwest line,Aliphatic,Amide,Acidic,Imino, Circular,Basic,Sulfur,Hydroxy,Aromatic,氨基酸R基团化学结构,Juang RH (2004) BCbasics,Northeast line,特殊氨基酸(Special amino acids) Gly
9、,无光学活性(optically inactive),具环式结构的亚氨基酸(ring structure and imino acid),特殊氨基酸(Special amino acids) Pro,具有活性的巯基 (active thiol)易氧化形成二硫键(disulfide bond), 可用作还原剂( reducing reagent),特殊氨基酸(Special amino acids) Cys,特殊氨基酸(Special amino acids) His,咪唑基,特殊氨基酸(Special amino acids) Phe, Tyr 和Trp,四、氨基酸的性质,1、光学活性和光谱性
10、质 2、两性解离性质和等电点,3、重要化学反应 与茚三酮反应:用于氨基酸定量定性测定 与2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反应(sanger反应):用于蛋白质N-端测定. 与苯异硫氰酸(PITC)的反应(Edman反应):用于蛋白N-端测定,蛋白质顺序测定仪设计原理的依据。 与5 -二甲基萘-1-磺酰氯反应(DNS反应):产生有荧光的DNS-氨基酸衍生物,用于蛋白N-端测定。 成肽反应:氨基酸合成肽的反应基础,氨基酸的两性解离性质及等电点(pI),pH = pI 净电荷=0,pH pI 净电荷为正,pH pI 净电荷为负,(pK1),(pK2),当氨基酸溶液在某一定pH值时,使某特定氨基酸分子上
11、所带正负电荷相等,成为两性离子,在电场中既不向阳极也不向阴极移动,此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点(isoelctric point)。,不同pH时氨基酸以不同的离子化形式存在:,正离子,两性离子,负离子,氨基酸所带静电荷为“零”时,溶液的pH值称为该氨基酸的等电点(isoelectric point),以pI表示。,实验证明在等电点时,氨基酸主要以两性离子形式存在,但也有少量的而且数量相等的正、负离子形式,还有极少量的中性分子。,当溶液的pH=pI时,氨基酸主要从两性离子形式存在。,pHpI时,氨基酸主要以正离子形式存在。,pHpI时,氨基酸主要以负离子形式存在。,氨基酸的解离常数和等电
12、点,甘氨酸 Gly G,氨基酸,丙氨酸 Ala A,缬氨酸 Val V,亮氨酸 Leu L,异亮氨酸 Ile I,丝氨酸 Ser S,苏氨酸 Thr T,天冬酰胺 Asn B,谷氨酰胺 Gln Z,-COOH pKa,-+NH3 pKa,R基 pKa,pI,2.34 2.34 2.32 2.36 2.36 2.21 2.63 2.09 2.28 2.02 2.17,9.60 9.69 9.62 9.60 9.68 9.15 10.43 9.82 9.21 8.8 9.13,5.97 6.02 5.97 5.98 6.02 5.68 6.53 5.02 5.75 5.41 5.65,半胱氨酸 C
13、ys C,甲硫氨酸 Met M,8.33(SH),氨基酸的解离常数和等电点(续),精氨酸 Arg R,氨基酸,赖氨酸 lys K,组氨酸 His H,苯丙氨酸 Phe F,酪氨酸 Tyr Y,色氨酸 Trp W,脯氨酸 Pro P,-COOH pKa,-+NH3 pKa,R基 pKa,pI,1.83 2.20 2.38 1.99 2.09 2.19 2.17 2.18 1.82,9.13 9.11 9.39 10.60 9.82 9.67 9.17 10.78 9.21,10.60(OH) 12.48(胍基) 10.53(+NH3) 6.00(咪唑基),5.48 5.66 5.89 6.30
14、2.97 3.22 10.76 9.74 7.59,天冬氨酸 Asp D,谷氨酸 Glu E,3.86(COOH) 4.25(+NH3),(a) 氨基酸的酸碱滴定曲线,酸碱滴定曲线,等电点的计算,(b) 等电点的计算,中性氨基酸:以Gly为例,酸性氨基酸,以Asp为例:,Asp+,碱性氨基酸,以Lys为例:,Lys+,甘氨酸滴定曲线,甘氨酸盐酸盐(A+),等电点甘氨酸(A),甘氨酸钠(A-),谷氨酸(A)和赖氨酸(B)滴定曲线和等电点计算,B,氨基酸光学活性和光谱性质,1、旋光性:除甘氨酸外,所有天然-氨基酸都有不对称碳原子,都具有旋光性。 2、紫外吸收光谱:参与蛋白质组成的20种氨基酸中色氨
15、酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基团中含有苯环共轭双键系统,在紫外光区显示特征的吸收谱带,最大光吸收(max)分别为279-280、275-278、和257-259nm。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基,因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量。,TryTyrPhe的 紫外吸收光谱,摩尔吸收系数,波长(nm),279280nm,275278nm,257 259nm,氨基酸与茚三酮反应,+,茚三酮(无色),紫色化合物,氨基酸与2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反应 (sanger反应),DNFB(dinitrofiuorobenzene),DNP-AA(黄色),+,+ HF,
16、氨基酸,氨基酸与苯异硫氰酯(PITC)的反应 (Edman反应),PITC(phenylisothiocyanate),+,苯乙内酰硫脲衍生物(PTH-AA) (phenylisothiohydantion-AA),氨基酸与5-二甲基萘-1-磺酰氯反应的反应(DNS反应),+,DNS(5 -dimethyl-amino-naphthalene-1-sulfonyl chloride),DNS氨基酸(黄色,荧光),氨基酸的成肽反应,Dehydration -H2O,Carbodiimide,Juang RH (2004) BCbasics,五、蛋白质的水解,根据水解程度分类 完全水解 氨基酸混合
17、物 不完全水解 大小不等的肽和氨基酸,水解方法 酸水解:多数氨基酸稳定,不引起消旋作用;Trp完全被破坏,羟基氨基酸部分分解,Gln和Asn的酰胺基被水解下来。 碱水解: Trp稳定;多数氨基酸被不同程度破坏,且产生消旋现象,Arg脱氨。 酶水解:不产生消旋作用,也不破坏氨基酸,但需多种酶协同作用。,蛋白质结构的层次,一级结构,四级结构,primary structure,quariernary structure,共价结构,三维结构,一、 蛋白质的一级结构及研究,1、蛋白质中氨基酸的连接 方式和一级结构 2、肽键和肽链的性质 3、天然存在的活性肽 4、一级结构测定,肽(peptide)是氨基
18、酸的线性聚合物,因此也常称肽链(peptide chain)。蛋白质是由一条或多条多肽链构成的大分子,蛋白质分子中氨基酸的排列顺序,包括二硫键的位置称为蛋白质的一级结构。,蛋白质中氨基酸的连接方式,肽单位,肽键,肽单位,蛋白质的一级结构,多肽链中氨基酸的排列顺序,包括二硫键的位置称为蛋白质的一级结构(primary structure)。这是蛋白质分子结构的基础,包含了决定蛋白质分子所有高级结构层次构象和生物功能的全部信息。,例:牛胰岛素的一级结构,二、 蛋白质的三维结构,1、基本知识 研究蛋白质构象重要方法 多肽主链折叠的空间限制 R基团间的相互作用及稳定 蛋白质三维构象的作用力,2、三维结
19、构层次 二级结构 纤维状蛋白质的结构 超二级结构和结构域 球状蛋白质的三级结构 蛋白质的四级结构,肽单位,多肽主链折叠的空间限制,Juang RH (2004) BCbasics,肽基的C、O和N原子间的共振相互作用,共振产生的重要结果: 限制绕肽键的自由旋转:给主肽链的每一氨基酸残基只保留两个自由度 形成酰胺平面: 产生键的平均化:使肽键具部分双键性质 肽键呈反式构型:注意X-Pro序列中的肽键既可以是顺式也可以是反式,共振杂化体,Pro形成的肽链,天然存在的活性肽,类别:激素、抗菌素、辅助因子 实例:谷胱甘肽(glutathione) 短杆菌肽S 促甲状腺素释放因子(TRH) -天冬氨酰-
20、苯丙氨酸甲酯(甜味剂)是 人工合成的肽。目前国际上研究人工合成活性肽是一热点领域(主要是生物材料用),谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程,作为某些氧化还原酶的辅因子,或保护巯基酶,或防止过氧化物积累。,辅助因子 还原型谷胱甘肽(reduced glutathione),还原型谷胱甘肽(GSH),氧化型谷胱甘肽(GSSG),2,毒素 鹅膏蕈碱,抗生素 短杆菌肽S,(鸟氨酸),肽类激素,牛催产素 (bovine oxytocin),牛加压 素 (bovine vasopressin),舒缓激肽 (bradykinin),甜味剂 -天冬氨酰-苯丙氨酸甲酯,NH2 CH C NH CH C ,将肽段顺序进
21、行叠联以确定完整的顺序,将肽段分离并测出顺序,专一性裂解,末端氨基酸测定,拆开二硫键,纯化蛋白质,蛋白质序列测定基本方法路线,基本策略: 片段重叠法氨基酸顺序直测法 基本步骤: (1) 分离纯化蛋白质,测定氨基酸 种类、数目、含量; (2) 进行末端分析,确定多肽链数目, (3) 拆分多肽链,断开多肽链内二硫键; (4) 用两种以上方法裂解多肽链成较小的片段,分别分离纯化 (5) 测定各肽段的氨基酸顺序; (6) 确定半胱氨酸残基间形成二硫键交联桥的位置; (7) 片段重叠法重建完整多肽链一级结构。,蛋白质一级结构测定,二硫键的断裂,多肽N、C-末端氨基酸的测定,N端测定:Sanger法(二硝
22、基氟苯反应) DNS法(丹磺酰氯反应) Edman法(苯异硫氰酸酯反应) 氨肽酶法 C端测定:肼解法 还原法 羧肽酶法,Edman化学降解法,1、偶联反应,2、环化反应,ATZ(噻唑啉酮苯胺),少一个氨基酸残基的肽,3、转化反应,PTH-氨基酸 (苯乙内酰硫尿氨基酸),ATZ(噻唑啉酮苯胺),PTC(氨基酸),丹磺酰氯(dansyl chlorid) 末端分析(DNS法),多肽,多肽,DNS-氨基酸,氨基酸混合物,+,- HCl,水解,C-末端分析:肼解法,n,多肽链的部分裂解,酶解法:如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶 化学法:如溴化氰法 羟胺法,溴化氰断裂法,溴化氰,溴化氰基,溴化亚氨内酯,肽酰高丝
23、氨酸内酯 (N-末端肽段),亚基硫氰酸,Br,-,消化道内几种蛋白酶的专一性,(Phe.Tyr.Trp),(Arg.Lys),(脂肪族),胰凝乳蛋白酶,胃蛋白酶,弹 性蛋白酶,羧肽酶,胰蛋白酶,氨肽酶,羧肽酶,(Phe. Trp),氨基酸序列测定,基本方法:Sanger法 Edman降解法 DNS-Edman测序法,蛋白质顺序仪测序,Edman测序法,1、偶联反应,2、环化反应,ATZ(噻唑啉酮苯胺),少一个氨基酸残基的肽,PTH-氨基酸,继续测序,PTTC,PTTC-肽,片段重叠法确定肽段在多肽链中顺序示意,所得资料: 氨基末端残基 H 羧基末端残基 S 第一套肽段 第二套肽段 OUS SE
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 蛋白质 化学
链接地址:https://www.31doc.com/p-2968620.html