第2章蛋白质的化学.ppt
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1、第二章 蛋白质的化学,第二章 蛋白质的化学,【学习目标】 掌握蛋白质的元素组成、基本组成单位、一级结构、空间结构、结构与功能的关系以及蛋白质的理化性质。熟悉蛋白质的分类、生物学功能及蛋白质分离纯化方法。 【重点难点】 蛋白质的元素组成及基本组成单位;蛋白质的一级结构、空间结构及其与生物学功能的关系;蛋白质理化性质。,蛋白质是构成生物体的基本成分,人体干重约45% 细菌约50%80% 干酵母约46.6% 黄豆约40%,蛋白质(Protein)由19种氨基酸和1种亚氨基酸组成的、具有复杂结构和特定功能的大分子物质。,蛋白质具有多样性的生物学功能,生物催化作用:酶 代谢调节作用:激素 免疫保护作用:
2、免疫球蛋白 物质的转运与储存功能:血红蛋白运输O2和CO2,运铁蛋白运 输Fe,血浆脂蛋白运输脂类物质 运动和支持功能:肌动蛋白和肌球蛋白完成肌肉的收缩与舒张, 皮肤、骨骼和肌腱的胶原纤维主要含胶原蛋白 生长、繁殖、遗传、变异功能:核蛋白 生物膜的功能和受体:生物膜的基本成分为蛋白质和脂类,受 体传递信息 保护结缔组织的功能:作为结缔组织的主要成分 等等,一、蛋白质的元素组成,大多数蛋白质的含氮量比较接近且恒定,平均为16%。 蛋白质定量(微量凯氏定氮法的基础): 蛋白质的含量 = 蛋白质样品含氮量6.25,二、蛋白质的基本单位氨基酸,氨基酸(Amino acid):羧酸分子中-C原子上的一个
3、H 原子被-NH2取代而生成的化合物, 又称-氨基酸。,氨基酸的结构特点, 除脯氨酸(-亚氨基酸)外,其余都是-氨基酸。 具有酸性-COOH和碱性-NH2,故氨基酸为两性电解质。 不同的-氨基酸其R侧链不同,R侧链对蛋白质的空间结构和理化性质有重大影响。 除R为H的甘氨酸外,其它氨基酸的-C原子都是手性碳原子,故具有旋光异构现象:D型和L型。,氨基酸的构型,构型:根据甘油醛构型确定D型和L型,注意: 构型与旋光性方向并无直接对应关系。 组成天然蛋白质的氨基酸大多数是L-氨基酸。,非极性R基氨基酸:丙氨酸(Ala)、缬氨酸(Val)、亮氨酸(Leu)、异亮氨酸(Ile)、脯氨酸(Pro)、苯丙氨
4、酸(Phe)、色氨酸(Tre)、蛋氨酸(Met) 共8种 极性不解离R基氨基酸:甘氨酸(Gly)、丝氨酸(Ser)、苏 氨酸(Thr)、半胱氨酸(Cys)、酪氨酸(Tyr)、天冬酰胺(Asn)、谷氨酰胺(Gln) 共7种 酸性R基氨基酸:谷氨酸(Glu)、天冬氨酸(Asp) 共2种 碱性R基氨基酸:赖氨酸(Lys)、精氨酸(Arg)、组氨酸(His) 共3种,氨基酸分类,非极性R基氨基酸,极性不解离R基氨基酸,酸性R基氨基酸,碱性R基氨基酸,三、蛋白质的分类,清蛋白和球蛋白:清蛋白易溶于水;球蛋白微溶于水,易溶于稀酸中。 谷蛋白和醇溶谷蛋白:植物蛋白,不溶于水,易溶于稀酸、稀碱中,后者可溶于7
5、080乙醇中。 精蛋白和组蛋白:碱性蛋白质,存在于细胞核中。 硬蛋白:存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中,分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。,核蛋白:如细胞核中的核糖核蛋白等。 糖蛋白:如细胞膜中的糖蛋白等。 脂蛋白:如血清-,-脂蛋白等。 色蛋白:如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。 磷蛋白:如角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白等。 金属蛋白:如钙结合蛋白等。,外形接近球形或椭圆形,溶解性较好,多为功能蛋白质。 如血红蛋白、酶、免疫球蛋白等。,分子呈纤维状,多为结构蛋白质。,可溶性纤维状蛋白质:肌肉的结构蛋白、血清蛋白等。,不溶性纤维状蛋白质:胶原蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白等。,一、蛋白质的一
6、级结构,肽键,肽键平面,肽键的特点 氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。 组成肽键的4个原子及相邻的2个-C原子处于同一平面。,肽键平面,肽,通常在多肽链的一端含有一个完整的-氨基,称为氨基端或N-末端;在另一端含有一个完整的-羧基,称为羧基端或C-末端。 氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始,以C-端氨基酸残基为终点。,肽链结构,有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能,常称为活性肽。 如:脑啡肽、激素类多肽、抗生素类多肽、谷胱甘肽、蛇毒多肽等。,蛋白质的一级结构,1969年,国际纯化学与应用化学委员会(IUPAC)规定: 蛋白质的一级结构(Prim
7、ary structure)指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序,包括二硫键的位置。,一级结构的意义,牛胰岛素的一级结构,二、蛋白质的空间结构,蛋白质的二级结构(Secondary structure)是指多肽链骨架中若干肽单位各自沿一定的轴盘旋或折叠,并以氢键为主要次级键而形成的有规则的构象。,主要形式有-螺旋、-折叠、-转角、无规则卷曲。,蛋白质的二级结构,维持和稳定蛋白质分子构象的作用力: 氢键: X H Y 疏水键:是指非极性基团即疏水基团为了避开水相而群集在一起的集合力。 范德华力:在物质的聚集状态中,分子与分子之间存在着一种较弱的作用力。 离子键:由带相反电荷的两个基团间的静电吸引所形
8、成的。,二硫键,蛋白质的二级结构,-螺旋的特点: 绝大多数天然蛋白质中的-螺旋几乎都是右手螺旋。螺旋一周,沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基,每个氨基酸残基的高度为0.15nm; 肽链内相邻两个螺旋之间形成一个氢键,是稳定-螺旋的主要次级键。氢键的取向几乎与轴平行,每个氨基酸残基的C=O氧与其后第四个氨基酸残基的N-H氢形成氢键。 肽键中的氨基酸残基的R基侧链分布在螺旋的外侧,其形状、大小及电荷均影响-螺旋的形成和稳定。,多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转,形成-螺旋结构。,1、螺旋(-helix),-螺旋结构形成的限制因素,凡是有Pro存在的地方不能形成。因Pro的C-
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