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1、第四章 蛋白质,第一节 蛋白质通论 第二节 蛋白质的基本结构单位-氨基酸 第三节 蛋白质的共价结构(一级结构) 第四节 蛋白质的二级结构及超二级结构 第五节 结构域及三级结构,四级结构 第六节 蛋白质的分离,纯化与特性,第一节 蛋白质通论,一 什么是蛋白质 二 蛋白质的化学组成 三 蛋白质分子的大小 四 蛋白质的分类 (一)按组成 (二) 按分子外形的对称程度 (三)按功能分 (四)根据肽链数目分 五 蛋白质分子的构象与结构层次 六 蛋白质功能的多样性,一 什么是蛋白质: 蛋白质(protein) : 由氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子。,肽 链,一 什么是蛋白质 蛋白质在生物体内具有不可替
2、代的地位,几乎所有的生命现象和生物功能都是蛋白质作用的结果。 (1)蛋白质是生物体重要的组织细胞构成成分 (2)蛋白质是生物体重要的功能大分子,参与几乎所有的生命活动过程 代谢、运输、调控、生物信息传递、免疫、遗传信息表达等的功能分子。 (3)蛋白质也是生物体的供能物质 生命是蛋白质的存在方式,从化学结构上看,蛋白质是由20种L-型氨基酸通过肽键连接而成的长链大分子。,1 氨基酸组成,二 蛋白质的化学组成,二 蛋白质的化学组成,2、元素组成,C:50% H:7% O:23% N:16% S:03% 其它:微量,凯氏定氮法测定蛋白质含量的计算基础,蛋白质含量 = 蛋白氮 6.25,蛋白质系数,“
3、三鹿牌婴幼儿配方奶粉”事故 一起重大的食品安全事故。三鹿牌部分批次奶粉中含有的三聚氰胺,是不法分子为增加原料奶或奶粉的蛋白含量而人为加入的。,生物大分子 相对分子量较大:6000 1106或更大 多肽和蛋白质 氨基酸残基数目 是否有相对严密稳定的空间结构 蛋白质中氨基酸残基的平均相对分子质量:110 简单蛋白质分子量= aa数目*110,三 蛋白质分子的大小,(一)按组成: 1 单纯蛋白或简单蛋白(simple protein) 完全由氨基酸组成,不含有其他成分 2 缀合蛋白质或结合蛋白(conjugated protein) 除蛋白外还有非蛋白成分(辅基或者配体) 单纯蛋白根据溶解度的详细分
4、类见 P158 表 4-1 缀合蛋白根据非蛋白组分的详细分类见P158 表 4-2,四 蛋白质的分类,表 1 单纯(简单)蛋白分类,表 2 缀合(结合)蛋白分类,1 球状蛋白质(globular protein),四 蛋白质的分类,(二) 按分子外形的对称程度:,分子对称,多肽链折叠紧密,外形接近球状或者椭球形,水溶性好,为功能蛋白,大多数蛋白质等属此类。,2 纤维状蛋白质(fibrous protein):,分子类似细棒或纤维状,结构较简单,多数不溶于水,为结构蛋白。,(二) 按分子外形的对称程度:,3 膜蛋白(membrane protein),(二) 按分子外形的对称程度:,存在于细胞膜
5、上,属于结构与功能蛋白。含亲水性氨基酸较少,表面分布疏水残基,故不溶于水但能溶于去污剂。,可分为酶、调节蛋白、转运蛋白、储存蛋白、结构蛋白等,具体见P158 表 4-3,(三)按功能分:,1 单体蛋白(monomeric protein): 仅由一条多肽链组成,例如溶菌酶和肌红蛋白 2 寡聚或多聚蛋白质(oligomeric/multimeric protein): 由两条或者多条多肽链构成,其中每条多肽链称为亚基或亚单位(subunit),亚基之间通过非共价键相互缔合。例如血红蛋白,(四)根据肽链数目分:,五 蛋白质分子的构象与结构层次:,二四级结构是天然蛋白质特有的空间结构(或称三维结构/
6、高级结构。),一级结构(primary structure) : 多肽链的氨基酸序列,有时也称化学结构。,五 蛋白质分子的构象与结构层次:,组成蛋白质的多肽链数目 多肽链的氨基酸顺序 二硫键的数目和位置,五 蛋白质分子的构象与结构层次:,二级结构(secondary structure):,多肽链借助氢键形成的有规律的折叠片段。螺旋、折叠等.,五 蛋白质分子的构象与结构层次:,二级结构(secondary structure):,多肽链借助氢键形成的有规律的折叠片段。螺旋、折叠等.,三级结构(tertiary structure):,五 蛋白质分子的构象与结构层次:,在二级结构基础上,多肽链通
7、过借助各种非共价键盘旋、折叠形成的紧密球状构象,成为相对独立的完整结构。,四级结构(quaternary structure): 具有三级结构组成单位(亚基)间的聚合方式,五 蛋白质分子的构象与结构层次:,寡聚蛋白质中亚基的种类、数目、空间排布以及各亚基之间在空间上的相互关系和作用方式。,六 蛋白质功能的多样性,蛋白质序列的多样性决定了其功能的多样性(P160),20种AA形成的二十肽(每种AA只用1次) 形成的异构体,20!= 2 1018,1.催化:大多数酶是蛋白质 2.调节:调节蛋白(激素、基因表达调控控制因子) 3.转运:血红蛋白、血清蛋白、载酯蛋白、膜转运蛋白等 4.贮存:种子蛋白、
8、卵清蛋白 5.运动:肌肉、微管蛋白等 6.结构成分:角蛋白、胶原蛋白等 7.支架作用:锚定蛋白、连接蛋白等 8.防御和进攻:抗体、毒蛋白等 9.特殊功能:甜蛋白、胶质蛋白等,第二节 蛋白质的基本结构单位 -氨基酸(amino acid,AA),一 氨基酸蛋白质构件分子 二 氨基酸的分类 三 氨基酸的酸碱性质(重点) 四 氨基酸的化学反应 五 氨基酸的光学活性和光谱性质 六 氨基酸的分析分离,1.氨基酸(AA)一般结构、分类; 2.AA的酸碱性质、等电点计算方法; 3.熟悉AA常见化学反应的应用价值; 4.熟悉分离、分析AA的常用方法,基本要求,一 氨基酸蛋白质构件分子,蛋白质(protein)
9、一类重要的生物大分子,是生命的物质基础,蛋白质是由20种L-型氨基酸通过肽键连接而成的长链大分子。,不完全水解,不消旋,色氨酸不破坏,蛋白质的部分水解。,(一)蛋白质的水解,1.酸水解:,2.碱水解:,3.酶水解:,6mol/L HCl,20h 完全水解,不消旋,色氨酸破坏 羟基AA部分水解,酰胺键水解,完全水解,消旋,多数aa被破坏但色氨酸不被破坏,蛋白质水解的最终产物是氨基酸(20种AA),氨基酸是组成蛋白质的基本单位。,常见氨基酸或基本氨基酸:20种 P124,(二)-AA的一般结构,构成蛋白质的氨基酸有20种, 均为-AA(脯氨酸例外) 结构上的共同点是在同一碳原 子上既有羧基,又有氨
10、基和氢。 不同点在于侧链R基的不同。,氨基在-位,-AA结构通式,-氨基酸的分子构型,蛋白质由L-构型-氨基酸组成,二、AA的分类,(一) 二十种基本氨基酸的分类、结构及三字符号,常见的蛋白质AA共20种,研究AA的合成与分解有重要意义,二、AA的分类,研究AA在蛋白质空间结构中的作用,AA的分离纯化,(一) 二十种基本氨基酸的分类、结构及三字符号,非极性脂肪族R-基AA 非极性芳香族R-基AA 不带电荷的极性R-基AA 带正电荷的极性R-基AA 带负电荷的极性R-基AA,必需氨基酸: Lys Trp Phe Val Met Leu Ile Thr Arg、His,(一) 二十种基本氨基酸的分
11、类、结构及三字符号, 按的化学结构分类,(二) 常见的蛋白质AA,(1)R为脂肪烃基的氨基酸(5种)-中性脂肪族,(1)R为脂肪烃基的氨基酸(5种)-中性脂肪族,异亮氨酸(Ile,I ),甘氨酸(Gly,G),丙氨(Ala, A),缬氨(Val,V),亮氨酸(Leu,L),唯一不含手性碳原,羟基氨基酸,含硫氨基酸,(2)R含有羟基和硫的氨基酸(4种),Ser的-CH2OH(pKa15):生理条件不解离 (酶活性中心部位) Ser、Thr -OH与糖链相连糖蛋白 Cys:(1)较高pH,巯基解离 (2)两个Cys巯基氧化成二硫键胱氨酸 Met:甲基供体,(3)R含酰胺基团(2种),酰胺基氨基易发
12、生氨基转移反应,谷氨酰胺(Glu),精氨酸(Arg),(4) R中含有酸性基团(2种),生理条件下带负电荷,天冬氨酸 Asp,D,谷氨酸 Glu,E,(5)R含碱性基团(3种),赖氨酸(Lys,K),精氨酸(Arg,R),组氨酸(His,H),生理条件带正电荷, 侧链氨基反应活性增大,碱性最强,胍基碱性最强的有机碱,(6)芳香族氨基酸,280nm,Trp Tyr Phe,苯丙氨酸Phe,F,酪氨酸Tyr,Y,色氨酸Trp,W,吲哚基,(7)杂环氨基酸(2种),-亚氨基是环的一部分 特殊的刚性结构,脯氨酸(Pro,P) Proline,生理pH条件下唯一具有缓冲能力的氨基酸; 酶的酸碱催化中起重
13、要作用,2 按照R基极性,极性氨基酸,丙氨酸 (Ala) 缬氨酸 (Val) 亮氨酸 (Leu) 异亮氨酸 (Ile) 苯丙氨酸(Phe) 色氨酸 (Trp) 甲硫氨酸 (Met) 脯氨酸 (Pro),对于维持蛋白质的三维结构起重要作用 (形成蛋白质的疏水核心),非极性(R基)氨基酸:8种,(1)非极性氨基酸 9种,维持蛋白质三维结构,起重要作用(疏水核心),色氨酸Trp,苯丙氨酸Phe,脯氨酸Pro,亮氨酸(Leu),甲硫氨酸(Met),异亮氨酸(Ile),缬氨酸(Val),甘氨酸Gly,丙氨酸(Ala),(2)不带电荷的极性氨基酸 6种,侧链与水形成氢键易溶于水,丝氨酸Ser,苏氨酸Thr
14、,半胱氨酸Cys,天冬酰胺Asn,酪氨酸Tyr,谷氨酸Gln,(3)带负电荷的aa(酸性aa),天冬氨酸 Asp,D,谷氨酸 Glu,E,(4)带正电荷的aa(碱性aa),精氨酸(Arg),赖氨酸(Lys),组氨酸(His),胶原蛋白:Lys侧链氧化,形成很强分子间(内)交联 Arg:强碱 = NaOH His:弱碱,天然缓冲剂,酶活性中心 非极性aa:非极性aa位于疏水核心。带电荷aa、 极性aa位于表面 酶活性中心:His、Ser、Cys,3 营养学角度,(1)非必需AA(12种):机体自身合成 (2)必需AA(8种):不能在生物体(动物、人体)内转化合成,必需由食物供给 Val Ile
15、Leu Phe Met Trp Thr Lys,缬异亮苯蛋色苏赖 (携一两本淡色书来),(3)半必需氨基酸: 指的是His, Arg :人和哺乳动物虽然能够合成,但数量远远达不到机体的需求,尤其是在胚胎发育以及婴幼儿期间,基本上也是由食物中补充。 互补作用(supplementary action) 将两种或两种以上蛋白质混合食用时,它们之间可彼此补充必需氨基酸的不足,从而提高食物蛋白质的营养价值,称为食物蛋白质的互补作用。,婴儿: 精氨酸(Arg)、组氨酸(His) 早产儿:色氨酸(Try)、半胱氨酸(Cys),(三) 不常见的蛋白质氨基酸(修饰氨基酸),蛋白质合成后,由基本氨基酸修饰而来。
16、羟基化、甲基化、羧化、交联等 作用:1. 保护蛋白质 2. 使蛋白质出现新的结构和功能,4-羟脯氨酸(胶原蛋白),5-羟赖氨酸(结缔组织),-羧基谷氨酸(凝血酶),6-N-甲基赖氨酸(肌球蛋白),3,5-二碘酪氨酸(甲状腺),锁链(赖氨)素(弹性蛋白),硒代半胱氨酸,蛋白质合成过程,识别终止密码子UGA,(四)非蛋白质氨基酸:(约150种) 不参与构成蛋白质的氨基酸。 包括-、-、-氨基酸及一些D-型氨基酸 例如: -Ala:遍多酸的组成成分 -氨基丁酸:由Glu脱羧形成,为神经递质 高丝氨酸(homoserine) 鸟氨酸(ornithine) 瓜氨酸(citruline),代谢中间物,(四
17、) 非蛋白质氨基酸,常见(基本)aa:20种 蛋白质aa 天然aa 非蛋白质aa:150种,不常见(修饰)aa,三、AA的酸碱化学(重点),(一)AA兼性离子形式,AA在晶体状态和水溶液中均以兼性离子形式存在 因此,AA有很高的熔点,晶体熔点高 离子晶格 不溶于非极性溶剂 极性分子 介电常数高 水溶液中的氨基酸是极性分子,证据,(二)氨基酸的解离,(三)氨基酸的等电点,当溶液为某一pH值时,氨基酸分子所含的-NH3+和-COO-数目相等,净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点,简称pI。 等电点时,氨基酸既不向正极也不向负极移动 两性离子,低于等电点pH溶液,AA带正电荷 高于等电点pH溶液,AA带负电荷,等电点计算,R基无解离基团,pI = (pK1 + pK2 )/2,R基有解离基团,pI:等电形式两侧pK值之和的一半,(四)氨基酸的甲醛滴定,用途:直接测定AA浓度,
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