第一部分蛋白质的结构与功能教学课件.ppt
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1、第一章 蛋白质的结构与功能,Chapter 1 Structure and Function of Proteins,生物体内的蛋白质含量 除水以外,机体组织中最多的是蛋白质,占人体干重的45% 蛋白质功能十分复杂,机体任何功能均与蛋白质有直接关系,大体可以分为:结构,运动,运输,防御,催化,信息等。,第一节 蛋白质的分子组成,元素:C、H、O、N、S,特点是含N 13-19% , 平均16% 蛋白质中氮的含量比较恒定,平均为16%,故可以用定氮法测量蛋白质含量 每克氮相当于6.25克蛋白质,一 氨基酸 Amino Acid,自然界组成蛋白质的氨基酸有20种,都属于L-氨基酸(D系氨基酸也有,
2、构成自然界小分子,而不构成蛋白质大分子) 通式为 也可写为,H,a,O,H,C,R,N,H,O,2,C,H,a,O,C,R,N,H,O,C,3,+,_,氨基酸 Amino Acid 2,氨基(NH2-)和羧基(-COOH)同共连于 -碳原子上。 其中19种为L-氨基酸(除甘氨酸外),另外,脯氨基酸为亚氨基酸,不过一般统称氨基酸 由于组成蛋白质的氨基酸是不完整的,所以称为氨酸酸残基,(一)氨基酸的分类,20种氨基酸,依其R侧链可以分为以下4种: 非极性疏水性氨基酸 (7种):侧链为烃基或氢 甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸 极性中性氨酸酸 (8种):侧链含有杂环、羟基、
3、酰胺基、巯基等 色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸,氨基酸的分类 2,酸性氨酸(2种):侧链含有羧基 天冬氨酸、谷氨酸 碱性氨基酸(3种):侧链含有氨基、胍基或咪唑基 赖氨酸、精氨酸、组氨酸 在蛋白质中,脯氨酸可被修饰为羟脯氨酸、两个半胱氨酸的巯基可脱氢形成二硫键,称为胱氨酸,(二)氨基酸的理化性质,1 两性电离与等电点 氨基酸的氨基和羧基具有一定碱性和酸性,在酸性环境下,氨基可以接受H+生成+H3N-,在碱性环境下,羧基可以游离H+ 生成-COO-,因此氨基酸是两性电解质。在某一pH的溶液中,氨基酸离解成阳离子和阴离子的趋势相等,成为兼性离子,对外呈电中性,
4、此时该溶液的pH值称为此氨基酸的等电点pI,氨基酸的理化性质 2,2 紫外吸收性质: 色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm波长附近,由于大多数蛋白质都含有此二种氨基酸,所以可以利用此性质快速测定蛋白质。 3 茚三酮反应: 氨基酸与茚三酮水合物共热,茚三酮水合被还原,后者再与氨基酸分解出的氨反应,生成蓝色化合物,可在570nm波长处测定,用于氨基酸的定量,二、 肽 peptide,(一) 肽(peptide) 1 肽键:一个氨基酸的-COOH 和另一个氨基酸的-NH2脱水形成肽键,化学上一般称为酰胺键(p10) 2 氨基酸之间借肽键连接起来叫肽,由两个氨基酸残基组成的肽称二肽,由三个氨基酸残基
5、组成的肽称三肽,,肽 (peptide),由多个氨基酸残基组成的肽叫多肽 蛋白质是由多个氨基酸残基组成的肽,因此,称为多肽,有时也称多肽链 寡肽:氨基酸残基数不大于10的肽链。,(一)生物活性肽,人体内有许多具有特殊作用的肽,在神经传导、代谢调节、保护机体功能等方面有重要作用,统称为活性肽,常见的有: 1 谷胱甘肽(GSH) 是由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸组成的三肽。 其结构上的特点是:第一个肽键由谷氨酸的羧基与半胱氨酸的氨基组成,生物活性肽 2,生理活性:谷胱甘肽分子中半胱氨酸上的巯基具有还原性,是体内重要的还原剂,保护体内蛋白质、酶分子中的巯基不被氧化;在谷胱甘肽过氧化物酶的催化下,GSH还
6、原细胞内产生的H2O2;阻断外源嗜电子毒物,保护DNA、RNA。,生物活性肽 3,2 多肽类激素及神经肽 激素肽类:多为促激素类 如催产素(9肽)、加压素(9肽)促肾上腺皮质激素(39肽)、促甲状腺素释放激素(焦谷氨酰组氨酰脯氨酸 3肽) 神经肽:有信号转导作用 如脑啡肽(5肽)、-内啡肽(31肽)、强啡肽(17肽)、P物质(10肽)、神经肽Y等,三 蛋白质的分类,1 依分子形状分:球状蛋白质和纤维状蛋白质 球状蛋白质,形状为球形或椭圆形,多数可溶于水,如酶、转运蛋白、抗体等 纤维状蛋白质,分子长轴比短轴长10倍以上,多为结构蛋白质,较难溶于水,作为细胞的支架,蛋白质的分类,2 依组成分:单纯
7、蛋白质和结合蛋白质 单纯蛋白质,只由氨基酸残基组成,即只由肽链组成。 结合蛋白质,蛋白质部分+非蛋白质部分,蛋白质部分为肽链,非蛋白质分部称为辅基。辅基是蛋白质功能不可或缺的重要组分。常见的有色素、寡糖、脂类、磷酸、金属离子,核酸等,第二节 蛋白质的分子结构,体内有生理活性的蛋白质有着特定的结构,这种特定结构的改变,就会使其活性受到影响,甚至失去活性。 这种特定结构包含两方面的意义: 1 组成肽链的氨基酸的种类和顺序; 2 肽链中各残基及其侧链在空间的相对位置。前者称为蛋白质的一级结构,后者称为蛋白质的空间结构,空间结构包括二、三、四级结构,一 蛋白质的一级结构,蛋白质的一级结构是指在多肽链中
8、氨基酸残基的排列顺序,以及它们之间的连接方式 化学键:共价键连接 主键是肽键,其次是二硫键,蛋白质的一级结构,肽链一级结构的写法有一定要求: N端或称氨基末端位于左侧,C端或称羧基末端位于右侧,氨基酸残基的顺序从左到右顺序排列 一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础,但一级结构并不是决定蛋白质空间构象的唯一因素,二 蛋白质的二级结构,是指蛋白质分子中某一肽段肽链的局部空间结构,也就是该肽段主链骨架原子的相对空间位置,并不涉及氨基酸残基侧链的构象 空间结构的研究方法 :X射线晶体衍射法(X-ray diffraction),蛋白质的二级结构,参与肽键的6个原子组成的平面叫肽单元包括: C
9、1,C,O,N,H,C2 肽单元(peptide unit) 特征: 1 参与肽键的6个原子位于同一平面 2 肽键有部分双键性质不能自由旋转 3 C1与C2为反式结构,其上连接的两个单键可自由旋转,蛋白质二级结构,二级结构的形式: -螺旋(-Helix) -折叠( -pleated sheets) -转角( -bend orturn) 无规卷曲(random coil),-螺旋(-Helix),蛋白质分子肽链中的某些段落,可以沿着其的长轴,以右手螺旋方式进行反复、规律、周期性的排列。-角蛋白中肽链螺旋结构就是这样,故称为-螺旋,特点: 1右手螺旋 2每3.6个氨基酸上升一圈 3螺距为0.54n
10、m 4肽键的N-H与第4个肽键的羰基氧形成氢键,氢键与螺旋长轴基本平行,-折叠( -pleated sheets),肽链沿长轴充分伸展,整个肽链形成一个锯齿状结构,几条肽链彼此平行,靠H键维系固定,就形成了片层结构 特点:折纸状,平行或反平行排列,-转角( -bend orturn),在球状蛋白质分子中,肽链常常会出现180o回折,回折部分即成为-转角 特点:4残基组成,第一个残基的羰基氧与第四个残基的氨基氢形成氢键,第二个残基常为脯氨酸 无规卷曲(random coil) 无确定规律的肽链结构,模体与分子伴侣,模序:蛋白质分子二个或三个具有二级结构的肽段,在空间上相互靠近,形成具有特殊功能的
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