蛋白质分子基础绪论.ppt

蛋白质分子基础,开课单位:生命科学学院 主讲教师：刘森林,讲授内容,主要: 蛋白质的制备 蛋白质一级结构的测定 蛋白质的化学修饰 蛋白质分子构象 蛋白质结构与功能 肽的合成 蛋白质与其他分子的相互作用 了解: 蛋白质营养 蛋白质工程 蛋白质研究最新技术及研究进展,第一章：绪论,一.蛋白质的重要地位 二.蛋白质的组成 三.蛋白质的分类,一.蛋白质的重要地位,蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。 蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。,一.蛋白质的重要地位,生物界的蛋白质有1010-1020种。,蛋白质的组成成分,蛋白质的元素组成： C、H、O、N（16%）、S、P、Fe、Cu、Zn、Mo、Mg、Co、I、等 蛋白质含量（克%） =每克生物样品中含氮的克数 6.25 定氮法测量蛋白质含量,主要食品中蛋白质含量及蛋白利用率,蛋白质的主要组成成分是氨基酸。 氨基酸的组成通式：,二.蛋白质的组成,除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如上结构通式。,-氨基酸,可变部分,不变部分,二.蛋白质的组成,氨基酸可分为: 常见的蛋白质氨基酸:20种 非常见的蛋白质氨基酸:衍生氨基酸 在肽生物合成中间或合成之后形成的。如L-胱氨酸等。 非蛋白质氨基酸:200多种,常见的蛋白质氨基酸,常见氨基酸的分类 根据侧链的性质分为： 1.脂肪族氨基酸 2.芳香族氨基酸 3.杂环族氨基酸,1.脂肪族氨基酸,含一羧基一氨基：Gly、 Ala、Val、Leu、Ile 含羟基氨基酸：Ser、Thr 含硫氨基酸：Cys、Met 含酰胺基氨基酸:Asn、Gln 含一氨基两羧基的酸性氨基酸:Asp、Glu 含两胺基一羧基的碱性氨基酸:Lys、Arg,一羧基一氨基氨基酸,(1)甘氨酸(Glycine,Gly,简称G） 侧链是个氢原子，是 20种氨基酸中最简单的。 甘氨酸的a-碳不是手性碳。 食品调味剂 ，是海鲜海鲜味的重要成分。,一羧基一氨基氨基酸,(2)丙氨酸(Alanine, Ala,简称A） 丙氨酸是生物体把氨从肌肉送到肝脏的载体。,一羧基一氨基氨基酸,(3)缬氨酸(Valine,Val,简称V),一羧基一氨基氨基酸,(4)亮氨酸(Lecine,Leu,简称L) 锌指结构当中的一种高度保守蛋白质。 亮氨酸拉链中含4到5个亮氨酸,可特异性地结合DNA。,一羧基一氨基氨基酸,(5)异亮氨酸(Isoleucine,Ile,简称I) R基团较大时造成空间位阻，是导致-helix的不稳定因素之一。,含羟氨基酸,(1)丝氨酸(Serine,Ser,简称S）,含羟基氨基酸,(2)苏氨酸（Threonine,Thr,简称T） 侧链羟基可与适当的供体和配体形成氢键。 蛋白质的糖基化及其修饰 丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸残基侧链的-OH基上，形成O-连接的寡糖蛋白。 蛋白激酶和信号级联。,含硫氨基酸,(1)半胱氨酸(Cystine,Cys,简称C) 蛋白质分子的两个半胱氨酸通过二硫键形成胱氨酸，有利于蛋白质的稳定。,含硫氨基酸,(2)甲硫氨酸（Methionine,Met,简称M,蛋氨酸） 蛋白质合成的起始氨基酸。 活化的甲硫氨酸：S-腺苷甲硫氨酸是甲基供体。,含酰胺氨基酸,(1)天冬酰胺(Asparagine,Asn,简称N),含酰胺氨基酸,(2)谷氨酰胺(Glutarnine,Gln,简称Q) 谷氨酰胺可以把氨从血液运动到肝脏。,含一氨基二羧基氨基酸,(1)天冬氨酸(Asparaticacid,Asp,简称D) 天冬氨酸通过脱氨生成草酰乙酸而促进三羧酸循环，故是三羧酸循环中的重要成分 天冬氨酸还是合成乳清酸等核酸前体物质的原料。,含一氨基二羧基氨基酸,(2)谷氨酸(Glutamicacid,Glu,简称E) 谷氨酸具有兴奋性递质作用，它们是哺乳动物中枢神经系统中含量最高的氨基酸，其兴奋作用仅限于中枢。对改进和维持脑功能必不可少。,含二氨基一羧基的碱性氨基酸,(1)赖氨酸(Lysine,Lys,简称K) 是碱性必需氨基酸。谷物食品中的赖氨酸含量甚低，且在加工过程中易被破坏而缺乏，故称为第一限制性氨基酸。 大豆蛋白富含赖氨酸。食用大豆制品 可以优化食物结构，促进人体健康。,含二氨基一羧基的碱性氨基酸,(2)精氨酸(Arginine,Arg,R) 是鸟氨酸循环中的一个组成成分，有助于将血液中的氨转变为中性无毒的尿素而排泄出去。,2.芳香族氨基酸,(1)苯丙氨酸(Phenylalanine,Phe,简称F) 苯丙氨酸能够转变为酪氨酸。是供给体内合成甲状腺素的来源。,2.芳香族氨基酸,(2)酪氨酸(Tyrosine,Tyr,简称Y) 通过酪氨酸蛋白激酶使酪氨酸残基磷酸化是信号级联放大的重要途径。,3.杂环族氨基酸,(1)色氨酸(Tryptophan,Trp,简称W) 可代谢产生5-羟色胺，是脊椎动物的一种神经递质。 代谢产生吲哚乙酸，是一种植物激素,3.杂环族氨基酸,(2)组氨酸(Histidine,His,简称H) 基因工程中，6个组氨酸与目标蛋白融合基因的表达后，可以用Ni2+离子螯合亲和层析纯化表达产物。纯度高，操作简便。 组氨酸脱羧基产生组胺。组胺是一种强烈的血管舒张物质。在创伤或者炎症病变部位会有组胺释放。,3.杂环族氨基酸,(3)脯氨酸(Proline,Pro,简称P) 多肽链中有Pro或HO-Pro，helix中断，产生结节，是导致helix不稳定的因素之一。,氨基酸的极性 (R基),(1)非极性的R基氨基酸 (2)不带电荷的极性R基氨基酸 (3)带正电荷的R基氨基酸 (4)带负电荷的R基氨基酸,非极性的R基氨基酸,丙氨酸 (R基的疏水性最小） 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 脯氨酸 苯丙氨酸 色氨酸 甲硫氨酸,不带电荷的极性R基氨基酸,丝氨酸 苏氨酸 半胱氨酸 酪氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺,带正电荷的R基氨基酸,赖氨酸 精氨酸 组氨酸,带负电荷的R基氨基酸,天冬酰胺 谷氨酰胺,记住,碱性氨基酸在中性溶液中带正电荷： 包括 Lys、Arg、His 酸性氨基酸在中性溶液中带负电荷：包括Asp、Glu 碱性氨基酸和酸性氨基酸都是强亲水性的。 不带电荷的极性R基氨基酸：带有-OH(Ser、Thr、Tyr )、-SH(Cys)、酰胺基(Asn、Gln) 非极性的R基氨基酸侧链是疏水的:剩余的种氨基酸（Ala、Val、Leu、Ile、Met、Pro、Phe、Trp),习题,在水溶液中，Val，Glu，Ile，Lys，Asn这几种残基中趋向于球蛋白内部的有 Glu，Ile; B. Lys，Asn; Val、Ile; D. Glu，Lys 下列不含极性链的氨基酸是 A酪氨酸； B苏氨酸 C亮氨酸； D丝氨酸,必需氨基酸:种 Lys、Met、Trp、Thr、Phe、Ile、Leu、Val。 体内不能合成，必须由食物中的蛋白质供给。 非必需氨基酸:12种 也是组成人体蛋白质的重要成份，而且也要保持一定 比例，但只要有氮元素存在人体就能自己制造。 Arg、His为半必需氨基酸。 人体合成速度慢,不能满足人体需求,也被称为半必需氨基酸,非常见的蛋白质氨基酸,(1)L-胱氨酸,非常见的蛋白质氨基酸,(2)L-甲状腺素 它是由甲状腺分泌的一种激素。对动物具有多种强烈作用。总的表现是增强机体新陈代谢，引起耗氧量及生热量的增加，并促进智力与体质的发育。,非常见的蛋白质氨基酸,(3)L-羟脯氨酸,存在于结缔组织的纤维蛋白中。,非常见的蛋白质氨基酸,(4)锁链素,存在于弹性蛋白中,它可以和四个肽链连接.因此具有弹性的作用。,非蛋白质氨基酸,(1)-丙氨酸 是泛酸和辅酶A的组成部分,非蛋白质氨基酸,(2)鸟氨酸 尿素生成的中间产物,非蛋白质氨基酸,(3)瓜氨酸 尿素生成的中间产物,非蛋白质氨基酸,(4)苯甘氨酸 抗菌素(micakgcin),非蛋白质氨基酸,(5)甲基天冬氨酸 天冬霉素(aspartocin),三、蛋白质的分类,（1）依据蛋白质的外形分类 球状蛋白质：globular protein 溶解性较好，能形成结晶。 纤维状蛋白质：fibrous protein 可分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质。,（2）依据蛋白质的组成分类,简单蛋白(simple protein) -氨基酸组成的肽链 清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、精蛋白、组蛋白、硬蛋白等,结合蛋白(conjugated protein),由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成 糖蛋白、核蛋白、脂蛋白 磷蛋白、金属蛋白、血红素蛋白 黄素蛋白,氨基酸的理化性质,酸碱性质 旋光性 光吸收,氨基酸的酸碱性质：,氨基酸的兼性离子形式和两性解离,氨基酸的解离性质,pH pI pH=pI pHpI 净电荷 +1 0 -1 正离子 两性离子 负离子 等电点PI,氨基酸的等电点,氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-数目 正好相等，净电荷为0时的环境pH值即 为氨基酸的等电点，简称pI。,氨基酸等电点的计算,侧链不带电荷中性氨基酸，其等电点是 它的pK1和pK2的算术平均值： pI = (pK/1 + pK /2 )/2 酸性氨基酸： pI = (pK/1 + pK/R-COO- )/2 碱性氨基酸： pI = (pK/2 + pK/R-NH2 )/2,3）应用：,a)氨基酸溶液能起缓冲作用 pK区发挥最大的缓冲作用； b)等电点时，氨基酸的溶解度最小氨基酸的分离； c)氨基酸的带电性质电泳或离子交换法分离混合氨基酸。,氨基酸的旋光性,氨基酸的旋光性,从蛋白质温和水解得到的-氨基酸都是L型的。 D-丙氨酸存在于昆虫的幼虫和蛹中。 D-亮氨酸存在于短杆菌肽中。 在细菌中发现了许多D-型的非蛋白质氨基酸 D-谷氨酸和D-丙氨酸存在与细菌细胞壁的肽聚糖中。,氨基酸的光吸收,在近紫外区(220-300nm)只有Tyr、Phe和Trp有 吸收光的能力。,Tyr的max275nm， Phe的max257nm， Trp的max280nm，,氨基酸与茚三酮反应,1,氨基酸与茚三酮的反应的应用,氨基酸+茚三酮蓝紫色化合物(Pro为黄色) 1）氨基酸的定量分析 （比色分析 max=570nm）； 2）显色剂：色层分析或电泳分离时用； 3）气体分析氨基酸的含量。,蛋白质的分类,按蛋白质的化学组成的不同,蛋白质可以分为: 简单蛋白质 全部由氨基酸组成 结合蛋白质 由简单蛋白质和非蛋白质的其他物质组成,简单蛋白质,-氨基酸组成的肽链 清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、 精蛋白、组蛋白、硬蛋白等,结合蛋白质,由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成 糖蛋白 核蛋白 脂蛋白 磷蛋白 金属蛋白 血红素蛋白 黄素蛋白,蛋白质行使的功能,新陈代谢的催化剂-酶。 有机体的结构成分。 储藏氨基酸的功能。 运输功能。 激素的功能。 免疫的功能。 接受和传递信息作用功能。 调节或者控制功能。,