《医学生物化学》课件第1章-蛋白质的结构与功能.ppt
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1、一、什么是蛋白质一、什么是蛋白质?蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。1二、蛋白质的生物学重要性二、蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物体重要组成成分分分布布广广:所所有有器器官官、组组织织都都含含有有蛋蛋白白质质;细细胞胞的各个部分都含有蛋白质。的各个部分都含有蛋白质。含含量量高高:蛋蛋白白质质是是细细胞胞内内最最丰丰富富的的有有机机分分子子,占占人人体体干干重重的的4545,某某些些组组织织含含量量更更高高,例例如如脾脾、肺及横纹肌等高达肺及横纹肌等高达8080。231 1)作为生物催化剂(酶)作为
2、生物催化剂(酶)2 2)代谢调节作用)代谢调节作用3 3)免疫保护作用)免疫保护作用4 4)物质的转运和存储)物质的转运和存储5 5)运动与支持作用)运动与支持作用6 6)参与细胞间信息传递)参与细胞间信息传递2.蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能3.氧化供能氧化供能蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成第第 一一 节节一、碳、氢、氧、氮是组成蛋白质的一、碳、氢、氧、氮是组成蛋白质的基本元素基本元素主要元素有碳(5055%)、氢(6%8%)、氧(l9%24%)、氮(13%19%),有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼,个别蛋白质还含有碘。5 蛋白质元素组成的特点蛋白
3、质元素组成的特点由由于于体体内内的的含含氮氮物物质质以以蛋蛋白白质质为为主主,因因此此,只只要要测测定定生生物物样样品品中中的的含含氮氮量量,就就可可以以根根据据以以下公式推算出蛋白质的大致含量:下公式推算出蛋白质的大致含量:6 各种蛋白质的含氮量很接近,平均为各种蛋白质的含氮量很接近,平均为16。100克样品中蛋白质的含量(克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16%H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式R二、氨基酸二、氨基酸是蛋白质的基本结构单位是蛋白质的基本结构单位存在自然界中的氨基酸有300余种,但组成人体蛋白质的氨
4、基酸仅有20种.CNH2COOHH8 脯氨酸脯氨酸(亚氨基酸)(亚氨基酸)1.蛋白质水解所得到的氨基酸都是蛋白质水解所得到的氨基酸都是-氨基酸(脯氨基酸(脯氨酸为氨酸为-亚氨基酸)亚氨基酸)CH2CHCOONHCH2CH2CH2CHCOOHNHCH2CH2(一)氨基酸的结构特点(一)氨基酸的结构特点 甘氨酸甘氨酸H H H HC C C CCOOHCOOHCOOHCOOHH H H HNHNHNHNH2 22.不同的氨基酸主要体现在不同的氨基酸主要体现在R基团的不基团的不同,除甘氨酸外,其他均为同,除甘氨酸外,其他均为L-型氨基酸。型氨基酸。1.按侧基团结构和性质分类按侧基团结构和性质分类 (
5、1)非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸 (2)极性中性氨基酸极性中性氨基酸 (3)酸性氨基酸酸性氨基酸 (4)碱性氨基酸碱性氨基酸(二)氨基酸的分类(二)氨基酸的分类11甘氨酸甘氨酸 glycine Gly G 5.97丙氨酸丙氨酸 alanine Ala A 6.00缬氨酸缬氨酸 valine Val V 5.96亮氨酸亮氨酸 leucine Leu L 5.98 异亮氨酸异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02 苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48脯氨酸脯氨酸 proline Pro P 6.301.非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸 蛋氨酸蛋
6、氨酸 methionine Met M 5.7412色氨酸色氨酸 tryptophan Trp W 5.89丝氨酸丝氨酸 serine Ser S 5.68酪氨酸酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07天冬酰胺天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 苏氨酸苏氨酸 threonine Thr T 5.602.极性中性氨基酸极性中性氨基酸13天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97谷氨酸谷氨酸 glutamic acid Glu E 3
7、.22赖氨酸赖氨酸 lysine Lys K 9.74精氨酸精氨酸 arginine Arg R 10.76组氨酸组氨酸 histidine His H 7.593.酸性氨基酸酸性氨基酸4.碱性氨基酸碱性氨基酸14(三)氨基酸的理化性质(三)氨基酸的理化性质1.两性解离及等电点两性解离及等电点L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式R15pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子16氨基酸是两性电解质,其解离程度取决氨基酸是两性电解质,其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。于所处溶液的酸碱度。等电点(等电点(isoelectric poi
8、nt,pI)在在某某一一pH的的溶溶液液中中,氨氨基基酸酸解解离离成成阳阳离离子子和和阴阴离离子子的的趋趋势势及及程程度度相相等等,成成为为兼兼性性离离子子,呈呈电电中中性性。此此时时溶溶液液的的pH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。172.紫外吸收紫外吸收 色氨酸、酪氨酸的色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在最大吸收峰在 280nm 附近。附近。大大多多数数蛋蛋白白质质含含有有这这两两种种氨氨基基酸酸残残基基,所所以以 测测 定定 蛋蛋 白白 质质 溶溶 液液280nm的的光光吸吸收收值值是是分分析析溶溶液液中中蛋蛋白白质质含含量量的的快速简便的方法。快速简便的方法。183.茚三酮反应茚
9、三酮反应 氨氨基基酸酸与与茚茚三三酮酮水水合合物物共共热热,可可生生成成蓝蓝紫紫色色化化合合物物,其其最最大大吸吸收收峰峰在在570nm处处。由由于于此此吸吸收收峰峰值值与与氨氨基基酸酸的的含含量量存存在在正正比比关系,因此可作为氨基酸定量分析方法。关系,因此可作为氨基酸定量分析方法。蛋蛋 白白 质质 的的 分分 子子 结结 构构 第第 二二 节节20(一)肽键(一)肽键(peptide bond)是是由由一一个个氨氨基基酸酸的的-羧羧基基与与另另一一个个氨氨基酸的基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。氨基脱水缩合而形成的化学键。一、多肽链是蛋白质分子的结构基础一、多肽链是蛋白质分子的结构基础2
10、1+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键22*肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。化合物。*两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽,三分子氨,三分子氨基酸缩合则形成基酸缩合则形成三肽三肽*肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全,被称为团不全,被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。*由十个以内氨基酸相连而成的肽称为由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡寡肽肽(oligopeptide),由更多的氨基酸由更多的氨基酸相连形成的肽称相连形成的肽称多肽多肽(polypeptide)。23N 端:多肽链中有端:多肽链中
11、有自由氨基自由氨基的一端的一端C 端:多肽链中有端:多肽链中有自由羧基自由羧基的一端的一端多肽链有两端多肽链有两端*多多肽肽链链(polypeptide chain)是是指指许许多多氨氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。基酸之间以肽键连接而成的一种结构。24N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶图图图图1-171-17生物活性肽生物活性肽 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSHglutathione,GSH):2526(二)肽键平面(二)肽键平面参参与与肽肽键键的的6个个原原子子C 1、C、O、N、H、C 2位位于于同同一一平平面面,此此同同一一平平面面上上的的6个个原原子子构
12、构成成了了所所谓谓的的肽肽单单元元(peptide unit)。27蛋白质的一级结构:蛋白质的一级结构:指氨基酸在蛋白质多肽链中的从指氨基酸在蛋白质多肽链中的从N N端至端至C C 端的端的排列排列二、多肽链中氨基酸残基的顺序排列二、多肽链中氨基酸残基的顺序排列是蛋白质的一级结构是蛋白质的一级结构主要的化学键主要的化学键肽键肽键,有些蛋白质还包括二硫键。,有些蛋白质还包括二硫键。28牛胰岛素的一级结构牛胰岛素的一级结构三、多肽链局部的空间构象是蛋白质三、多肽链局部的空间构象是蛋白质 的二级结构的二级结构是是指指多多肽肽主主链链原原子子在在局局部部空空间间的的规规律律性排列,不包括氨基酸残基侧链
13、的构象性排列,不包括氨基酸残基侧链的构象 蛋白质的二级结构:蛋白质的二级结构:主要的化学键主要的化学键:氢键氢键 30 (二)蛋白质二级结构的主要形式(二)蛋白质二级结构的主要形式 -螺旋(螺旋(-helix)-折叠(折叠(-pleated sheet)-转角(转角(-turn)无规卷曲(无规卷曲(random coil)模体(模体(motif)(一)形成二级结构的基础(一)形成二级结构的基础 肽键平面肽键平面1 1、-螺旋螺旋31l-螺旋螺旋结构的特点是:构的特点是:多多肽链以以-碳原子碳原子为转折点,以折点,以肽键平面平面为单位,位,盘曲成一个右手螺旋。曲成一个右手螺旋。每隔每隔3.6 个
14、氨基酸残基螺旋上升一圈,每个个氨基酸残基螺旋上升一圈,每个氨基酸残基向上平移氨基酸残基向上平移0.15nm,故螺距故螺距为0.54nm。肽键平面与螺旋平面与螺旋长轴平行,两圈螺旋之平行,两圈螺旋之间借借肽键中中 的的O 与与H 原子形成原子形成许多多氢键,使螺旋,使螺旋稳定。定。肽链中氨基酸中氨基酸侧链R 分布在螺旋外分布在螺旋外侧,其形,其形状、大小及状、大小及电荷影响荷影响-螺旋的形成。螺旋的形成。332 2、-片层片层l-片层结构特点是:片层结构特点是:多肽链在一空间平面内伸展,各肽键平面之多肽链在一空间平面内伸展,各肽键平面之间折叠成锯齿状(或扇形)结构。间折叠成锯齿状(或扇形)结构。
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