蛋白质的结构与功能
2015-03-26 00:32:26 18 举报AI智能生成
生物化学与分子生物学第一章
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大纲/内容
蛋白质的结构
一级结构
指组成蛋白质的氨基酸数目、种类，以及氨基酸在肽链中的连接方式和排列顺序
肽键是主要的连接键，其次是二硫键（由两个硫原子间所形成的化学键）
二级结构
肽单位：肽键与相邻的两个α-碳原子所组成的基本单位
肽单位中的肽键具有部分双键的性质，不能自由旋转
肽单位是刚性平面结构
α-螺旋
右手螺旋
氢键是α-螺旋稳定的主要次级键
氨基酸残基的R基侧链分布在螺旋的外侧，其形状、大小及电荷等均影响α-螺旋的形成和稳定性
β-折叠
多肽链的主链相对较伸展（呈手风琴状折叠）
两条以上肽链（或同一条多肽链的不同部分）平行排列，相邻肽链之间的肽键相互交替形成许多氢键。
顺式
反式
更稳定
β-转角
U型转折结构（由四个连续氨基酸残基构成）
无规线团
超二级结构
指在多肽内顺序上相邻的二级结构常常在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能辨认的二级结构聚集体
α螺旋组合（αα）
β折叠组合（βββ）
子主题
结构域
指在蛋白质的三级结构内的独立折叠单位，通常都是几个超二级结构单位的组合。
三级结构
稳定蛋白质三级结构的作用力
氢键
疏水键
盐键（离子键）
配位键
范德华力
肌红蛋白结构与功能
四级结构
亚基
又称亚单位或单体，由一条多肽链组成，本身各具有一、二、三级结构。一般无活性。形成完整四级结构才表现生物活性
亚基间的结合力
血红蛋白的结构与功能
蛋白质结构与功能的关系
蛋白质一级结构与功能的关系
一级结构是空间结构的基础
一级结构不同，功能各异
一级结构中的“关键”部分相同，功能相同
一级结构的关键部位氨基酸改变与生物活性改变
蛋白质的空间构象与功能的关系
蛋白质前体的活化
蛋白质的变构现象
蛋白质构象改变与疾病
蛋白质的重要性质
蛋白质的两性解离与等电点
蛋白质的胶体性质
蛋白质的变形
紫外吸收
蛋白质的显色反应
蛋白质的免疫学性质
蛋白质的分离纯化与含量测定
蛋白质的提取
蛋白质的分离纯化
根据溶解度不同的分离纯化方法
等电点沉淀
盐析沉淀
低温有机溶剂沉淀法
低温沉淀
根据分子大小不同的分离纯化方法
密度梯度离心
透析与超滤
凝胶层析
根据电离性质不同的分离纯化方法
电泳法
聚丙烯酰胺凝胶电泳
等电聚焦电泳
免疫电泳
二维电泳
醋酸纤维薄膜电泳
离子交换层析
离子交换纤维素
离子交换凝胶
大孔型离子交换树脂
根据配基特异性的分离纯化方法
高度特异性
可逆性
蛋白质鉴定与含量分析
化学分析法
纯度鉴定
分子量测定
等电点测定
氨基酸分析
序列分析
物理分析法
蛋白质的含量测定
凯氏定氮法
福林-酚试剂法
双缩脲法
紫外分光光度法
BCA比色法
Bradford蛋白分析法
生物活性分析法
蛋白质的生物学功能
生物催化功能
酶
代谢调节功能
激素
免疫保护功能
抗体
转运和储存功能
载体蛋白
运动和支持功能
肌动蛋白
控制生长和分化功能
核蛋白，组蛋白
信息传递功能
受体蛋白
生物膜的功能
蛋白质的化学组成
蛋白质的元素组成
C、H、O、N（16%）、S
蛋白质含量=蛋白质含氮量*6.25
蛋白质的基本结构单位L-α-氨基酸
蛋白质中的氨基酸为α-氨基酸，但脯氨酸例外，为α-亚氨基酸
不同的α-氨基酸，其R侧链不同，对蛋白质的空间结构和理化性质都有重要的影响
除R侧链为氢原子的甘氨酸外，其他氨基酸的α-碳原子都是不对称碳原子，具有旋光性。天然蛋白质中的常见氨基酸均为L-型
氨基酸的分类
非极性脂肪族氨基酸
丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甘氨酸和甲硫氨酸
极性中性氨基酸
丝氨酸、脯氨酸、苏氨酸、半胱氨酸和谷氨酰胺
芳香族氨基酸
苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸
酸性氨基酸
天冬氨酸和谷氨酸
碱性氨基酸
赖氨酸、组氨酸和精氨酸
氨基酸的性质
一般性质
无色晶体、熔点较高（230-300℃）
难溶于乙醚等有机溶剂
加乙醇能使许多氨基酸从水溶液中沉淀析出
氨基酸分子含手性碳原子，具有旋光性
等电点
氨基酸为两性化合物，既有碱性基团-NH2，又有酸性基团-COOH
氨基酸带有正、负电荷数目恰好相同，静电荷为零，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点pI
pI=1/2(pK1+pK2)
中性pI=6，酸性pI=3，碱性pI=9
紫外吸收
芳香族氨基酸含有苯环共轭体系，具有紫外吸收特性
在280nm附近有最大吸收值
可用氨基酸的紫外吸收特性来定性和定量分析芳香族氨基酸
酪氨酸275nm，苯丙氨酸257nm，色氨酸280nm
茚三酮反应
氨基酸与茚三酮加热反应产生蓝紫色物质
子主题
产物在570nm波长有最大吸收，可进行比色测定氨基酸含量
不同氨基酸颜色有差异
2,4-二硝基氟苯反应
弱碱条件下，反应生成稳定的黄色物质（sanger 反应）
异硫氰酸苯酯反应
弱碱条件下，生成苯氨基硫甲酰胺基酸，在酸性条件下，迅速环化，形成稳定的苯乙内酰硫脲氨基酸
氨基酸的分离与分析
分离与分析是测定蛋白质分子组成和结构的基础
分离的方法有：溶解度法、等电点法、层析法及离子交换法
目前常用氨基酸自动分析仪法分析样品中氨基酸的组分和含量
酸水解破坏蛋白质肽键，制备蛋白质水解后的氨基酸混合物
pH=2，将蛋白质水解液通过钠型阳离子交换柱。氨基酸带正电荷，被吸附在阳离子交换柱上
分别用不同pH和离子强度的缓冲液洗脱。洗脱顺序：先酸性和极性大的氨基酸，后中性和碱性氨基酸。
根据洗脱图谱上各氨基酸的位置与各峰面积确定氨基酸的种类和含量
氨基酸制备
水解蛋白质法
酸水解
碱水解
蛋白酶水解
人工合成法
微生物发酵法
具有多、快、好、省的优点
氨基酸的分类
子主题
芳香族氨基酸
苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸
肽的结构与功能
肽键和肽链
肽键由一份子氨基酸的α-羧基与另一分子氨基酸的α-氨基脱水缩合而成的酰胺键
氨基酸通过肽键相连的化合物称为肽
一般把小于十个氨基酸组成的肽称为寡肽，多于十个氨基酸组成的肽称为多肽
多肽链的结构具有方向性。
N端为头写左边，C端写右边。非完整的分子称为氨基酸残基
生物活性肽
谷胱甘肽
由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽
还原性GSH
氧化性GSSH
多肽类激素及神经肽
由氨基酸通过肽键链接而成
多肽类抗生素
能抑制或杀死细菌的多肽
肽的人工合成
液相化学合成法
多肽固相合成
多肽与蛋白质序列分析
蛋白质的分类
根据分子形状分类
纤维状蛋白质
球状蛋白
根据组成分类
色蛋白
糖蛋白
脂蛋白
金属蛋白
根据溶解度分类
可溶性蛋白
醇溶性蛋白
不溶性蛋白
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