生化课件2 蛋白质.ppt

1.掌握蛋白质化学组成和分类； 2.掌握氨基酸分类、结构、和分离分析方法，氨基酸的两性性质，pI 和 Pk，重要化学反应； 3.弄清楚蛋白质的一级结构及其序列分析方法；了解二、三和四级结构基本概念； 4.了解蛋白质的生物功能、重要理化性质； 5.了解蛋白质分离、纯化方法及其理论依据； 6.了解结合蛋白的分布、特性和生物功能。,第二章 蛋白质,2019/2/27,蛋白质是各种氨基酸通过肽键连接而成的具有特定结构的含氮的生物大分子，是生命存在的形式。蛋白质存在于所有的生物细胞中，是动植物和微生物细胞中最重要的有机物质之一，是生活细胞中数量、种类最丰富的生物大分子，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。,2.1 蛋白质的分类,2019/2/27,一、蛋白质的重要作用,1.生物催化作用（酶） 2.结构物质(生物膜、结缔组织的胶原蛋白、血管和皮肤的弹性蛋白、膜蛋白） 3.物质运输（血红蛋白、Na+-K+-ATPase、葡萄糖运输载体、脂蛋白、电子传递体） 4.运动功能(肌肉收缩的肌球蛋白、肌动蛋白) 5.贮存功能（卵清蛋白、种子蛋白、铁蛋白等） 6.防御、免疫作用(抗体、皮肤的角蛋白、血凝蛋白),7.接受和传递信息（受体蛋白，味觉蛋白、支架蛋白) 8.调节代谢、控制生长和分化功能(组蛋白、阻遏蛋白；调节新陈代谢的生理活性物质，如胰岛素。） 9.感染和毒性作用(能引起机体中毒症状和死亡的异体蛋白，如细菌毒素、蛇毒、蝎毒、蓖麻蛋白等）,2019/2/27,二、蛋白质组成与分类,1.化学组成,(1)元素组成: 主要组成元素为碳、氢、氧、氮;有的还含有少量的硫、磷、碘或金属元素（如铁、铜、锌等）。其中，C占50 55%， H 6 8%，O 20 23%，N 15 18%，S 0 4%。大多数蛋白质的N含量约为16%。 凯氏定氮：粗蛋白质含量=蛋白含氮量×6.25 (2) 氨基酸组成 蛋白质是由20种基本氨基酸组成的长链分子，这些氨基酸中，大部分属于L-氨基酸；脯氨酸属于L-亚氨基酸，而甘氨酸则属于-氨基酸。,2019/2/27,2.蛋白质的常见分类方法,(1)根据蛋白质的分子组成,简单蛋白质和结合蛋白质,清蛋白 球蛋白 谷蛋白 醇溶谷蛋白 组蛋白 鱼精蛋白 硬蛋白,简单 蛋白,结合 蛋白,核蛋白 脂蛋白 糖蛋白和粘蛋白 磷蛋白 色蛋白:血红蛋白 黄素蛋白 金属蛋白,根据溶解度的不同,根据非蛋白质即辅基的不同,血浆脂蛋白的组成、性质及功能,血浆脂蛋白（lipoprotein）：血液中的脂类与蛋白质结合 成可溶性的复合物，是血脂的存在和运输形式。血浆中所含脂 类物质统称为血脂。 组成：血浆脂蛋白均由蛋白质（载脂蛋白，Apo）、甘油 三酯(TG)、磷脂(PL)、胆固醇(Ch)及其酯(ChE)所组成。 结构：通常呈球形颗粒。颗粒外层为亲水的载脂蛋白和磷 脂的极性部分，疏水部分则伸入到内部，疏水的甘油三酯和胆 固醇被包裹在内部。,乳糜微粒 极低密度脂蛋白 低密度脂蛋白 高密度脂蛋白 CM VLDL LDL HDL,形成部位：小肠粘膜 肝细胞 血浆、肝 肝细胞,功能： 转运外源 转运内源 转运内源 逆向转运 甘油三酯 甘油三酯 胆固醇 胆固醇,血浆脂蛋白功能：,(2)根据蛋白质分子形状 球状蛋白质和纤维状蛋白质 (3)根据蛋白质生物功能 活性蛋白质和非活性蛋白质,活性蛋白质包括生命活动过程中一切有活性的蛋白质以及它们的前体分子。绝大多数蛋白质属于活性蛋白质，包括酶、激素蛋白、运输蛋白（转运蛋白）、贮存蛋白、运动蛋白、保护或防御蛋白、受体蛋白、控制生长和分化蛋白、毒蛋白等。 非活性蛋白质对生物体起支持和保护作用，主要指硬蛋白包括胶原蛋白、角蛋白、丝蛋白、弹性蛋白等。,2.2 蛋白质的组成单位 氨基酸(Amino acid),一、氨基酸的结构 二、氨基酸的分类 三、氨基酸的理化性质 四、氨基酸的分离与分析 五、氨基酸的制备和应用状况,一、氨基酸的结构,生物体内的氨基酸包括三大类： 基本氨基酸：编码蛋白质的氨基酸，组成蛋白质，20种； 稀有氨基酸：是多肽合成后由基本AA经酶促修饰产生的，出现在一些蛋 白质的水解液中含有的少量氨基酸，如：胱氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸、L- 甲状腺素等；含稀有氨基酸的蛋白质多具有较强的活性。 非蛋白质氨基酸：氨基酸的衍生物，以游离或结合的形式存在于生物体 内。有些是重要的代谢前体或中间产物如-丙氨酸（维生素泛酸的前 体），瓜氨酸、鸟氨酸（精氨酸的前体）； -氨基丁酸（神经递质）等， 还有些是-,-,-, 和D-型氨基酸；植物的非蛋白质氨基酸是其次生代谢 产物（中草药的药效成分），如：刀豆氨酸、黎豆氨酸和-氰丙氨酸。,蛋白质是由20种基本氨基酸组成的。,1.氨基酸的结构通式:,2.-氨基酸的构型: 构型：指在立体异构体中的原子或取代基团的空间排列关系。不同的空间排列称为不同的构型。（构型的改变涉及到共价键的形成和破坏，但与氢键无关。） 构象:一个分子结构中原子沿共价键转动而产生的不同空间排列。(构象的改变会牵涉到氢键的形成和破坏，但不涉及共价键的破坏。） 氨基酸的构型分为D型和L型两种。即都有手性碳原子，在三维空间上两种不同的排列方式，它们互为镜影。它们是与甘油醛或乳酸相比较而决定的。凡是与L甘油醛（或L乳酸）构型相同的，就定义为L氨基酸，反之为D氨基酸。 生物体内组成蛋白质的AA都是L-型(除甘氨酸以外)。只在少数细菌细胞壁上发现D-型。,1.按照R基的化学结构分类 (1)脂肪族氨基酸:R为脂肪烃基的氨基酸（5种）,a-氨基异戊酸,a-氨基异己酸,a-氨基-甲基-戊酸,二、 氨基酸的分类,Glycine,Alanine,Valine,Leucine,Isoleucine,脂肪烃基的氨基酸R基均为中性烷基，对分子酸碱性影响很小，它们几乎有相同的等电点（6 .0±0.03） Gly是唯一不含手性碳原子的氨基酸，因此不具旋光性。 从Gly至Ile，R基团疏水性增加。 蛋白质多肽中Gly残基的存在将增加其结构区域的柔性。,R中含有羟基和硫的氨基酸（共4种）,a-氨基-硫甲基-丁酸,a-氨基-巯基-丙酸,a-氨基-羟基-丁酸,Serine,Threonine,Cysteine,Methionine,Ser的-CH2 OH基（pKa=15）在生理条件下不解离，在大多数酶的活性中心都发现有Ser残基存在。 Ser和Thr的-OH往往与糖链相连，形成糖蛋白。 Cys的R中含巯基（-SH），具有两个重要性质： （1）在较高pH值条件，巯基解离。 （2）两个Cys的巯基氧化生成二硫键，生成胱氨酸。 Cys与结石：半胱氨酸的强碱溶液是有效的溶石药物 Met在生物合成中是一种重要的甲基供体。,R中含有酰胺基团（2种）,酰胺基中的氨基易发生氨基转移反应,Asparagine,Glutamine,R中含有酸性基团（2种）Asp、Glu,Asp侧链羧基pKa为3.86， Glu侧链羧基pKa为4.25 它们是唯一在生理条件下带有负电荷的的两种氨基酸。,a-氨基-丁二酸,a-氨基-戊二酸,Aspartic acid,Glutamic acid,R中含碱性基团（3种）,a， -二氨基己酸,a-氨基- -胍基-戊酸,a-氨基-咪唑基-丙酸,Lys侧链氨基的pKa为10.53，生理条件下，Lys侧链带有一个正电荷（NH3+），侧链的氨基反应活性增大。 Arg是碱性最强的氨基酸，侧链上的胍基是已知碱性最强的有机碱，pKa值为12.48，生理条件下完全质子化。 His是pKa值最接近生理pH值的一种（游离氨基酸中为6.00，在多肽链中为7.35 ） ，是在生理pH条件下唯一具有缓冲能力的氨基酸。 His在酶的酸碱催化机制中起重要作用,(2)芳香族氨基酸（3种）,a-氨基-苯基-丙酸,a-氨基-对羟苯基-丙酸,a-氨基-吲哚基-丙酸,(3)杂环族氨基酸(1种) (4)杂环亚氨基酸（1种）,四氢吡咯-2-羧酸,Pro残基的存在将会增加蛋白质结构区域的刚性。,Proline,Histidine,2.根据氨基酸R基侧链的极性， 可将氨基酸分为：,疏水性氨基酸（非极性氨基酸）,亲水性氨基酸（极性氨基酸）,不带电荷的极性氨基酸,带正电荷的碱性氨基酸,带负电荷的酸性氨基酸,Asp Glu,Lys Arg His,Ser Thr Tyr Asn Gln Cys,Ala Val Ile Leu Pro Met Phe Trp Gly,3.根据生物体的需要， 可将氨基酸分为：,必需氨基酸,半必需氨基酸,非必需氨基酸,其余氨基酸,Arg His,Lys Val Ile Leu phe Met Trp Thr,近年来的研究发现，原先被认为仅用作终止信号的无义密码子在某些情况下可重新诠释，编码特定的氨基酸，在揭示了硒代半胱氨酸由UGA编码后，最近的研究还表明，在某些古细菌和真细菌中，无义密码子UAG可重新诠释，编码组成蛋白质的第22种天然氨基酸吡咯赖氨酸。,哺乳动物体内的硒主要以硒代半胱氨酸的形式参与蛋白组成，硒代半胱氨酸也因其重要性被称作第21个氨基酸。,第21、22种蛋白质氨基酸 硒代半胱氨酸、吡咯赖氨酸,胱氨酸,非编码氨基酸,羟脯氨酸与羟赖氨酸,存于纤维蛋白、胶原蛋白及植物细胞壁的糖蛋白中,胶原蛋白,三、氨基酸的理化性质 (一)氨基酸的一般物理性质,a-氨基酸为无色晶体，不同氨基酸其晶体形状不相同。 1.熔点:氨基酸 熔点较高，一般在200300°C。 2.溶解度:氨基酸的溶解度差别很大，溶于稀酸稀碱，但不能溶解于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。3.味感:各种氨基酸有不同的味感:甜、鲜、苦、无味。谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分 4.旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋转，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+)表示。 5.光吸收：,芳香族氨基酸在pH8时紫外吸收光谱（280nm）,20种基本氨基酸在可见光区没有光吸收，但在远紫外区(220nm)均有光吸收。在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。,在280nm处，Trp吸收最强，Tyr次之，Phe最弱。280nm处光吸收的测定，是定量蛋白质浓度最常用的方法。,紫外吸收性受溶液pH的影响,氨基酸在水溶液和结晶都是以两性离子形式存在。,(二)氨基酸的酸碱性质（两性解离）,正离子,两性离子,负离子,氨基酸在水中的两性离子既能像酸一样放出质子，也能像碱一样接受质子，氨基酸具有酸碱性质，是一类两性电解质。,（1）氨基酸的等电点 pI：,1.等电点：,pI(等电点)：指两性电解质所带正负电荷相等时溶液的pH值。 pI是pK1和pK2的算术平均数，即两性离子两侧的基团的pK值之和的一半：pI =（pK1+ pK2）/2,例:加入酸或碱使Ala净电荷等于0时的pH值就是丙氨酸等电点。 pIAla=(2.34+9.69)/2=6.02,k1,k2,Ala+,Ala+,Ala+/ Ala±,Ala±,Ala-,Ala±/Ala-,2,氨基酸的每一功能基团都能被酸碱所滴定，可根据氨基酸的滴定曲线来推算pK值：滴定中点时的pH。,（2）氨基酸的可解离基团的pK值。 pK值为某个可解离基团、侧链基团的解离常数的负对数。,两性离子两侧的pK之和的一半 中性的AA： pI=(pK1+pK2)/2 酸性AA: Glu、Asp pI= (pK1+pKR)/2 碱性AA: Arg、Lys、His pI=(pK2+pKR)/2,2.AA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+,结论：,在等电点时，氨基酸主要以两性离子存在，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。 pH=pI时,等电点时的pH ，氨基酸净电荷为零； pHpI时，等电点以上的任何pH，氨基酸带净负电荷，在电场中将向正极移动； pHpI时，低于等电点的任何pH ，氨基酸带净正电荷，在电场中将向负极移动。 在一定pH范围内，氨基酸溶液的pH离等电点愈远，氨基酸所携带的净电荷愈多。,1、与茚三酮反应,-氨基酸与茚三酮试剂共热，可发生反应生成蓝紫色化合物(570nm处测定AA的含量)。,蓝紫色化合物,(三)氨基酸的化学性质,氨基酸的化学反应,茚三酮反应与脯氨酸和羟脯氨酸反应则生成黄色化合物，其结构如下所示：,反应生成的化合物的颜色深浅程度以及CO2生成量，均可作为氨基酸定量分析依据(440nm处测定脯氨酸和羟脯氨酸含量)。,2、与亚硝酸反应 含游离-氨基的氨基酸能与亚硝酸起反应，定量地放出氮气，氨基酸被氧化成羟酸。在标准条件下测定生成的N2的体积，即可计算氨基酸的量。,Van Slyke 氨基氮测定法就是根据此反应原理。 蛋白质被水解时，a氨基不断增多，与亚硝酸反应放出的氮气量也随之增加。而蛋白质所含的总氮量是不变的。因此通过水解过程中的a氨基氮量的变化以及总氮量的比例关系可以判断蛋白质的水解程度。 含亚氨基的脯氨酸则不能与亚硝酸反应。,3、Sanger反应（酰基化） 与DNFB的反应 2,4-二硝基氟苯(DNFB)在弱碱溶液中发生亲核芳香环取代反应生成黄色的2,4-二硝基苯基氨基酸（DNP氨基酸），英国的Sanger用这个反应来鉴定多肽N-未端的氨基酸，从而测定多肽或蛋白质的AA排序。 -NH2上的N是一个亲核中心,能发生亲核取代反应。H原子可被酰基、羟基取代。多肽的人工合成中被用作氨基保护。,DNFB,DNP-氨基酸（黄色） 2,4-二硝基苯基氨基酸,-氨基酸与异硫氰酸苯酯(PITC)（苯异硫氰酸）在弱碱条件下形成相应的苯氨基硫甲酰氨基酸(PTC-氨基酸) （苯异硫氰氨基酸），与酸发生环化生成苯硫乙内酰脲（PTH）。 这是著名的Edman降解，进行多肽链N-未端氨基酸的测定。 现在根据此原理设计出了“蛋白质顺序测定仪” 。,4、Edman反应 与苯异硫氰酸（酯）的反应,与苯异硫氰酸（酯）的反应,PITC,异硫氰酸苯酯,苯异硫氰氨基酸,苯氨基硫甲酰(PTC)衍生物,层析法分离后显色，多肽链N-未端氨基酸的测定,氨基乙内酰苯硫脲,5、与丹黄酰氯的反应: 氨基酸与 5一二甲氨基萘磺酰氯（简称丹黄酰氯，dansyl chloride, 或用DNS-Cl表示）反应，生成丹黄酰氯的衍生物。具有很强的荧光，可用于微量分析或肽链氨基末端氨基酸顺序分析。,6、与甲醛反应：,氨基酸在溶液中有如下平衡：,甲醛滴定法：NH3+是一个弱酸，完全电离是的pH约在1213，用一般的指示剂很难准确判断其滴定的终点，一般不能直接用酸碱滴定法来定量测定氨基酸。在中性 pH和常温下甲醛能很快与氨基酸的a-氨基结合，产生羟化物。羟基诱导电子使氮上的电子密度降低，氮不再吸引质子，质子游离出来，使平衡向右移动，促使NH3+释放出质子，使溶液酸性增加，滴定的终点移动到pH9左右，这时可用酚酞作指示剂，用氢氧化钠滴定。每放出一个质子就相当于一个氨基酸。,二羟,甲醛滴定法不仅用于测定氨基酸含量，也常用来测定蛋白质水解程度。,7、与荧光胺反应,氨基酸可与荧光胺反应，产生荧光产物， 可用荧光分光光度计测定氨基酸含量。,AA的 -羧基： 成盐和成酯反应：在HCl（干燥）存在下与无水甲醇（乙醇）作用即生成氨基甲酯（乙酯）（保护羧基，突出氨基） 。氨基酸与NaOH反应即得到氨基钠盐。,脱羧基反应: AA在生物体内经AA脱羧酶作用，放出二氧化碳并生成相应的一级胺。 成酰胺反应: AA与氨作用可形成氨基酸的酰胺，为生物体储NH3的主要反应。 动、植物体内的Gln、Asn可以由这种反应形成。 成肽反应: -羧基、-氨基 侧链R基参加的主要反应: -SH的氧化还原;酚基的Millon反应(Tyr+米伦试剂产生红色); Folin一酚反应(Tyr或Trp+磷钼酸 蓝色)等,1.纸层析法：分配系数,2.薄层层析法：定性。原理因所用薄层的原料而不同。用氧化铝等吸附剂则是吸附层析；若用纤维素或硅藻土则属分配层析,3.离子交换柱层析法：电荷,5.纸电泳,四、氨基酸的分离与分析,在蛋白质组成分析、氨基酸顺序分析，水解制备氨基酸或微生物发酵生产氨基酸时要进行氨基酸的分离、分析和纯化。主要根据被分析样品的（如aa混合物）分配系数、所带电荷、分子大小等不同而达到分离的目的 ：,4.高效液相层析法：电荷、分配系数,层析按支持物分：,固定相 各组分对固定相,按层析原理分：,分配柱层析,填充物为亲水性的不溶物质如纤维素、 淀粉、硅胶等，收集的组分用茚三酮 显色定量。,纸层析：固定相是液体，吸附在滤纸上，将样品点在纸上， 用流动相展开。,单向纸层析图,Rf值,薄层层析：将有适当粘度的固定相涂在薄板上,离子交换层析,原理：分离氨基酸时，用离子交换树脂作为支持物，利用离子交换树脂上的活性基团与溶液中的离子进行交换反应，由于各种离子交换能力不同，与树脂结合的牢固程度就不同，在洗脱过程中，各种离子以不同的速度移动，从而达到分离的目的。,pH值增高时，抑制蛋白质阳离子化，随之对阳离子交换剂的吸附力减弱。pH值降低时，抑制蛋白质阴离子化，随之降低了蛋白质对阴离子交换剂的吸附。当使用阴离子交换剂时，增加盐离子，则降低pH值。当使用阳离子交换剂时，增加盐离子浓度，则升高溶液pH值。,离子交换层析,高效液相层析（high performance (pressure) liguid chromatography, HPLC）,HPLC的特点:,HPLC分离氨基酸的灵敏度高，可达到10-12mol水平,固相支持物颗粒小，比表面积大,溶剂系统采用高压，洗脱速度快,适于各种类型的支持物的柱层析,HPLC常用的层析柱：反相柱和正向柱两种,五、氨基酸的制备 氨基酸在生物体内具有重要的生理功能：组成蛋白质；充当化学信号分子：5-羟色胺、褪黑激素，都是神经递质；甲状腺素（Tyr衍生物） ，吲哚乙酸（Trp衍生物）都是激素；许多含N分子的前体物：含氮碱基、血红素、叶绿素的合成都需要AA；是重要的代谢中间物：精氨酸、瓜氨酸、鸟氨酸是尿素循环的中间物；特殊的生理作用，参与代谢作用，治疗疾病；用于食品加工：强化剂、调味剂、着色剂、甜味剂和增味剂；饲料添加剂；调节皮肤pH和保护皮肤的功能。,制备氨基酸有4种途径：,从蛋白质水解液中分离提取；,应用发酵法生产；,应用酶的催化反应生成氨基酸；,有机合成法。,适宜于中 小规模的生产,可大规模 生产,2.3 肽,肽的基本概念 肽命名 动植物体内重要的肽谷胱甘肽（简称GSH） 肽类的应用和发展前景,一、肽的基本概念,1.肽: 一分子氨基酸的-羧基与另一氨基酸的-氨基脱水缩合而成的化合物叫做肽。 蛋白质是多个氨基酸分子通过酰胺键（蛋白质化学中将这类酰胺键专称为肽键）连接而成的生物大分子。,肽键 -CO-NH-,肽键的特点： 是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。 组成肽键的原子处于同一平面。 肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。 在大多数情况下，以反式结构存在。 在细胞内环境条件下，肽键相对稳定,2. 几个相关的概念,氨基酸残基(amino acid residue) ： 多肽链中的氨基酸单位称为氨基酸残基。肽链中的氨基酸不是原来完整的分子。 二肽，寡肽与多肽： 二肽(dipeptide)：由两个氨基酸残基组成的肽。 寡肽(oligopeptide)：由十二个以上二十个以下氨基酸残基组成的肽 多肽(polipeptide)：由多个氨基酸组成的肽，亦称多肽链。,多肽链,肽键,链状结构,肽键,链状结构,N-端与C-端： 多肽链中含有游离-氨基的一端，称为氨基酸的氨基端或N-端；含游离-羧基的一端，称为氨基酸的羧基端或C-端。 氨基酸顺序： 在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序，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的排列顺序。,上述五肽可简写表示为：Ser-Val-Tyr-Asp-Gln,肽链的表示法(简写),多肽与蛋白质,蛋白质是由一条或多条多肽(polypeptide)链以特殊方式结合而成的生物大分子。 蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在6000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。 蛋白质分子量变化范围很大, 从大约6000到1000000道尔顿甚至更大。,二、肽命名,多肽化合物的名称，通常按照肽内氨基酸残基的排列顺序，以残基名称（如某某氨酰）从N端依次阅读到C端，并以C端残基全名结束肽的名称。 下列五肽命名为丙氨酰谷氨酰亮氨酰缬氨酰组氨酸：,氨基末端,羧基末端,注意：,在开链肽的N端和C端可以有游离的氨基和羧基，而有的开链肽的N端或C端的游离的氨基或羧基被别的基团结合（如烷基化、酰化等）或N端残基自身环化。,例如促甲状腺素释放激素的N端残基是谷氨酸，此残基易于自身环化成焦谷氨酰基（-氨基与谷氨酸的-羧基脱水缩合而成）。,举 例,1.谷胱甘肽,由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸组成,它的分子中有一个特殊的肽键，是由谷氨酸的羧基与半胱氨酸的氨基缩合而成。由于GSH中含有一个活泼的巯基很容易氧化，二分子GSH脱氢以二硫键(disulfide bond, disulfide bridge)相连成氧化型的谷胱甘肽（GSSG）。,（glutathione）,三、 生物活性肽（BAP）,氧化型谷胱甘肽用代号G-S-S-G表示 2 G-SH = G-S-S-G,谷胱甘肽重要的生物功能,谷胱甘肽的主要生理功能是抗自由基，抗衰老，抗氧化。谷胱甘肽不仅能消除人体自由基，还可以提高人体免疫力。它不但能增进血球，制造保护物质的功能（能保护身体免受感染的物质），也能降低体内由细胞发炎物质的总含量。谷胱甘肽在老人迟缓化的细胞上所发挥的功效比年轻人大。美国著名营养保健专家艾尔·敏德尔博士称谷胱甘肽为三倍效能的抗衰老氨基酸。 维护蛋白质活性中心的巯基。谷胱甘肽可阻止氧化血红蛋白，保护酶分子中-SH基，有利于酶活性的发挥，并且能恢复已被破坏的酶分子中-SH基的活性功能，使酶重新恢复活性。谷胱甘肽还可以抑制乙醇侵害肝脏所产生的脂肪肝。,中和解毒作用。谷胱甘肽能与进入人体的有毒化合物、重金属离子或致癌物质等相结合，并促进其排出体外。谷胱甘肽对于放射线、放射性药物所引起的白细胞减少等症状，有强有力的保护作用。 谷胱甘肽在人体内的生化防御体系起重要作用。谷胱甘肽可作为治疗白内障药剂的主要成分。近年来，西方科学家，尤其是日本学者发现谷胱甘肽也具有抑制艾滋病毒的功能。谷胱甘肽是孕妇的必需营养补充剂，它关系到婴儿的体内发育生长。研究表明，有些孕妇身体虚弱缺乏蛋白质，主要是缺乏谷胱甘肽。 可作食品添加剂。加入到面制品中，可起到还原作用。不仅使制造面包的时间缩短至原来的二分之一或三分之一，劳动条件大幅度改善，并起到食品营养的强化作用及其他功能；将其加入到酸奶和婴幼儿食品中，相当于维生素C，可起到稳定剂的作用；将其拌到鱼糕中，可防止色泽加深；加到肉制品和干酪等食品中，具有强化风味的效果。,2. 肌肽和鹅肌肽：新型抗氧化剂,肌肽（carnosine）:- 丙氨酰- L-组氨酸，是一种天然的水溶性二肽，以较高浓度存在于有氧代谢最活跃的部门肌肉和脑中。在脊椎动物骨骼肌中，肌肽的含量约为1.620.6µmol/g,且白肌纤维中的含量比红肌纤维中的高。肌肽在猪肉、牛肉和鸡肉中的含量分别为4.8，2.0，和15.0mM，在人体肌肉中的含量为220mM。 肌肽类生物活性肽是一类重要的神经递质，具有调节酶的活性以及螯合重金属等重要生物学功能,对老年性白内障的治疗以及受伤肌肤的康复都有独特作用 。研究还发现肌肽可以抑制体内由铁、血红素蛋白、脂肪氧化酶等催化的氧化反应，还能阻碍蛋白质羰基化及糖化反应 。在医药与化妆品行业将有很好的发展前景,疲劳和产后喝鸡汤，鸡汤中也可以走出药物来 。,3. 多肽激素,种类较多，生理功能各异。 多肽类激素主要见于垂体及下丘脑分泌的激素，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（3肽）。 神经肽主要与神经信号转导作用相关，包括脑啡肽（5肽）、-内啡肽（31肽）、强啡肽（17肽）等。,使乳腺和子宫的平滑肌收缩,促进血管平滑肌收缩,1986年的诺贝尔生理学奖颁给了发现多肽生长因子（NGF）的Stanley Cohen，表彰他为基础科学研究开辟了一个具有广泛重要性的新领域。 多肽是体现信息的使者，是引起各种各样的生理活动和生化反应的调节者。 多肽生物活性高，1×107 molL就可以发挥活性，就是说1mL的多肽用一火车皮的水来溶解都仍然具有活性。如1928年发现的胆囊收缩素，在千万分之一含量时仍然对胆总管有明显的收缩作用。 分子小，易于结构改造，相对于蛋白质而言较易人工化学合成。被称之为中国生化第一技术的人工合成胰岛素就是一种51肽。 存在于生物体的多肽已有数万种，并且发现所有的细胞都能合成多肽。同时，几乎所有细胞也都受多肽调节，它涉及激素、神经、细胞生长和生殖等各个领域。 21世纪是一个多肽的世界。,四、肽的应用及发展,多肽有多种功能，可以制成多种成品补充人体，具体如下： 1、现代免疫新品：生物活性多肽（小肽），如“非典”中发挥重要作用的“三九蛋白肽”，具有强化人体免疫功能，起到过去肽类药品对付现代病毒所取不到的功能。它可抗菌、抗现代病毒，阻止SARS细胞进入人体后，可模仿病毒表面的蛋白质论断，与病毒进行“竞争”，从而阻断病毒感染细胞的途径。因此，这种多肽是现代病毒的克星，是现代免疫的上品。这种多肽还具有刺激巨噬细胞的吞噬能力，抑制肿瘤细胞生长的作用。 已获广泛应用的白蛋白多肽、胸腺肽、血清胸腺因子（FTS）等均可以引起免疫T细胞的分化。近年来在日本以及中国已开始使用糖肽辅助治疗肿瘤，其作用机理就是使淋巴系统活化。 用于抵抗微生物的环孢菌肽，具有杀真菌和抗炎性质。未来的抗菌肽将不同于传统的抗菌素，其作用专一，能从核酸和基因的角度去发挥作用。,2、神经肽可起到镇痛及调节人体情绪、呼吸、脉搏、体温的作用，与普通镇痛剂不同的是，它经过消化器官进入人体后无任何副作用。 神经系统中，神经肽是人和动物生长和激素调节的重要物质。例如：神经紧张肽（NT）能降低血压，对肠和子宫还具有收缩作用，它能在不影响生长激素或促甲状腺素释放的情况下增加黄体生成素（LH）和促卵泡激素（ FSH）的分泌；内啡肽与脑啡肽的衍生物有着很强的镇痛作用；1975年Monnier发现的催眠肽（DSIP）是唯一没有副作用的多肽，在高节律、高度紧张的社会中，睡眠不正常人群正在扩大，DSIP将是最好的选择。 3、在人体其他系统，多肽同样发挥着巨大的作用： 降血压肽，实现降压功能，治疗高血压。 1983年Bolel等从鼠心肌的血浆中分离到心房肽ANP，在抗人类高血压疾病、抗水肿中，ANP可以改变人们传统的治疗思想。降钙肽通过刺激骨形成细胞引起磷酸钙在骨架上的沉降，可以有效治疗骨萎缩。,促甲状腺素释放激素（TRH）是一种能促进产妇乳汁分泌的多肽。促性腺激素（LHRH）是一种能刺激女性的黄体分泌，引起排卵并促进雌性激素合成。环状的14肽（SST）能治疗糖尿病、胃溃疡、胰腺炎。生长激素（STH）或人体生长激素（HGH）是一种线型多肽，能治疗侏儒症。发现于70年代的促肾上腺皮质激素（ACTH）是24肽，在治疗风湿关节病、支气管哮喘和肾病中都有相当的价值。临床上常用的催产素也是一种多肽。对于从事商业和科技工作的人来说，DBI衍生肽是一种最好的精神舒缓肽。,多肽与健康,WHO在新千年之前呼吁：“21世纪人类最大的疾病是生活方式的疾病”，多肽在改善和调整人们的生活方式方面将发挥极大的作用。也许将来有一天，早上我们服用添加了维生素的多肽，为我们一天的工作提供旺盛的精力；中午伴着简单的工作餐服用全面营养多肽，均衡我们的营养；面对高脂肪、高蛋白、高热量的丰盛晚餐，我们服用降脂肽、胃肠满足肽，既解决对美味的渴望，又不会使我们不知节制；入睡前就着牛奶把睡眠肽送下，好梦连连。假日当你和朋友一起运动后，服下少许轻松肽让你迅速消除疲劳；面对备考紧张的学子，母亲会送给他一盒甜甜的巧克力肽糖；在电脑前留连的网虫，口里嚼着能抵抗荧屏幅射的多肽香口胶，畅游在因特网上；爱美的女孩，多肽营养霜和面膜可以帮你留住青春；风采动人的少妇，抗衰肽可以使你魅力永驻；秋高气爽的重阳节，乐龄人（国内称老龄人）口含多肽人参片登高远行气不喘；商场激战的巨子、政坛高论的政客，需要激情和理智，神怡多肽让你上九天揽月，下商海捞金；美美的一杯激情肽定让幸福的夫妻更美满这一切并不是科学家的幻想，而是正在走进你我的多肽世界。,2.4 蛋白质的结构,每种蛋白质分子在其天然状态都有一定的三维结构称为构象。,纤维蛋白：,球蛋白：,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,据构象,据结构水平,是动物结缔组织的基本结构成分，坚韧， 不溶于水和稀盐溶液。,多肽链折叠成紧密球状，大多溶于水，具有多种功能。如，酶、激素、血红血清蛋白（运转）,据结构水平,介于二者之间，如，肌球蛋白,一、蛋白质分子的一级结构,是指氨基酸在肽链中的排列顺序及二硫键的位置，是多肽链具有共价键的主链结构。,二硫键,蛋白质的种类和生物活性都与肽链的氨基酸种类和排列顺序有关，蛋白质的一级结构决定了其二级和三级结构，其三维结构所需的全部信息也都储存于氨基酸序列之中。肽键(peptide bond)和二硫键(disulfide bond) 均属于蛋白质一级结构,二、蛋白质的二级结构,天然的蛋白质分子并不是一条走向随机的松散肽链，每一种都具有自己特定的空间结构。线性的多肽链在空间中折叠成特定的三维空间结构通常称为蛋白质的高级结构或分子构象。 蛋白质的二级结构：是指蛋白质分子中的多肽链中相邻氨基酸残基之间由于氢键相互作用而形成的有规则、重复排列的空间关系。是蛋白质分子中多肽链骨架的折叠方式，包括螺旋、折叠和转角等。 肽键不能自由转动，具有部分双键性质。 酰胺平面，也叫肽平面(六个原子处于同一个平面)，多为反式。,X射线衍射法,测定蛋白质化学结构 的键长、键角,肽键的键长和键角,肽键的键长 0.133nm，介于C=N（0.127）和 C-N(0.143)之间。,1.多肽主链的基本结构,在肽链中每6个原子C-C(=O)-N(-H)-C构成一个肽单元，两个肽平面以一个C为中心发生旋转,（1）肽单元(酰胺平面或肽键平面),（2） 二面角的定义,角绕C-N键旋转的角度,角绕C-C键旋转的角度,连接在同一个C原子上的两个肽键平面处在同一平面时定义 和 均为零度),二面角可以在00+1800范围内变动。通过二面角的旋转，多肽链可以形成 各种各样的折叠方式。从N端看去，以顺时针相1800方向旋转的角度用“+”表示；逆时针时则为“-”。,肽链的所有的可 能构象都能用 角和角这两个 构象角（二面角） 来描述,2C,N,C,（3）二面角决定肽链的构象,肽链中和这一对 二面角决定了相邻的 两个酰胺平面所有原 子在空间上的相对位 置，就决定了肽链的 构象。,注意,二面角（、）所决定的构象能否存在，主要取决于两个相邻肽单位中非键合原子之间的接近有无障碍。,（1）-螺旋结构 （-helical Structure ）,左,右,手螺旋结构,螺旋结构表示法,SN,-螺旋是多肽链主链的螺旋结构中最为常见的结构，也是最稳定的螺旋式结构。,是指多肽链主链环绕螺旋中心轴每隔3.6个氨基酸残基上升一圈而形成的螺旋式结构。,其中，S螺旋每上升一圈的氨基酸残基数；N氢键封闭的环本身的原子数，如，3.613螺旋。,2.二级结构的基本构象,螺旋主要的结构特点,右手型螺旋结构模型,多肽链主链环绕螺旋中心轴螺旋式地上升，每3.6氨基酸残基上升一圈(0.54nm)； 螺旋上升时,每个氨基酸残基沿轴旋转100°,向上平移0.15nm； 每个角为 -57°，每个角为-47°； 每个基酸残基上的亚氨基和位于它前面的第4个基酸残基上的羰基形成氢键； 氨基酸残基的R基团从螺旋伸出，不在圈内。,俯视图,Pauling于1951年提出，多肽主链构象，一种周期性的肽结构； 若干条肽链或一条肽链内的若干肽段平行排列； 相邻肽链之间或同一肽链内平行肽段之间依靠C=O和NH的氢键维持； 折叠的片层结构避免了R基团的空间障碍，与C相连的R基团交替位于上、下方，并与片层垂直。 折叠的多肽链几乎完全伸展。,（2）折叠结构（plated structure）,折叠结构（plated structure）,平行折叠,a）,反平行折叠,b）,凸起 凸起（-bugle）是一种小片的非重复性结构，能单独存在，但大多数经常作为反平行折叠片中的一种不规则情况而存在。凸起可认为是折叠股中额外插人的一个残基，它使得在两个正常氢键之间、在凸起折叠股上是两个残基。而另一侧的正常股上是一个残基。,图为典型的凸起。造成凸起股主链额外残基之所以被规则的氢键网所容纳，部分原因是凸起股产生微小的弯曲。因此凸起引起多肽链方向的改变，但改变程度不如转角。,转角或回折结构是使肽链构象的走向发生改变的结构称回折结构。 蛋白质分子中有可以将不同的二级结构连接起来，组装成更高层次构象的一些转弯结构。在球蛋白分子中，回折结构很多，有利于多肽链反复折迭，组成结构较紧密的球状蛋白。甘氨酸和脯氨酸常出现在回折结构的转角部位。 在球蛋白分子中，常见的回折结构有两种，即-转角与-转角。,（3） 转角（bend）或回折结构(reverse turn),-转角是连接蛋白质分子-螺旋和-折叠，一般含有216个氨基酸残基。特点是：第1个氨基酸残基羰基氧与第4个残基的酰胺氮之间形成氢键。 -转角与-转角不同点是多肽链回折的方向在第三个残基上，而非第四个残基上。因此，它只需三个氨基酸残基，靠两个氢键即可形成-转角构象。 转角结构通常负责各种二级结构单元之间的连接，它对于确定肽链的走向起着决定性的作用。,转角,转角,各类氨基酸与蛋白质二级结构关系,（4）无规卷曲 (randon coil),多肽链主链不规则随机盘曲形成的构象。,无规卷曲与生物 活性有关，对外 界理化因子极为 敏感。,3.超二级结构（super-secondary structure）,超二级结构是指二级结 构的基本结构单位（螺旋、 折叠等）相互聚集，形成 有规律的、能充当三级结构的构 件的二级结构的聚集体（block building ）或组合体。,三级结构的构件,折叠桶,螺旋-转角-螺旋,是一种螺旋束，经常是由两股平行或反平行排列的右手螺旋段相互缠绕而成的左手卷曲螺旋或称超螺旋。 左手卷曲螺旋是纤维状蛋白质如角蛋白、肌球蛋白和原肌球蛋白的主要结构元件，也存在于球状蛋白质中。 超螺旋的稳定性主要是由于非极性侧链间的范德华力造成的。,三股螺旋,又称胶原螺旋、超螺旋,在胶原纤维中，胶原蛋白分子单位称为原胶原(tropo collagen)。每个原胶原分子由三条肽链组成，肽链自身为螺旋结构，三条肽链则以平行、右手螺旋形式缠绕成“草绳状”三股螺旋结构(图)。,胶原蛋白的三股螺旋,胶原多聚体三螺旋轴的C端投影图,最简单的组合也称单元是由两段