生物大分子結(jié)構(gòu)與功能.ppt

第一專題,生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能： 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 核酸的結(jié)構(gòu)與功能 酶的結(jié)構(gòu)與功能 維生素、微量元素,生物大分子(Biomacromolecule),指有一定分子結(jié)構(gòu)規(guī)律，即由一定的基本結(jié)構(gòu)單位，按一定的排列順序和連接方式而形成的多聚體，分子量一般大于104。 蛋白質(zhì)與核酸是體內(nèi)主要的生物大分子 核酸具有傳遞遺傳信息的功能 蛋白質(zhì)幾乎涉及所有的生理過程,一、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能,蛋白質(zhì)的重要性,蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ), 是構(gòu)成生物體的基本成分，是生命活動(dòng)的執(zhí)行者。人體的45%為蛋白質(zhì), 脾、肺、肌肉含量均超過80%, 細(xì)菌的含量為5080%, 干酵母的含量為46.6%。,蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能,生物催化(酶) 代謝調(diào)節(jié) (多肽激素等) 免疫保護(hù)(免疫球蛋白,補(bǔ)體等) 物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和貯存(離子通道,轉(zhuǎn)運(yùn)載體等) 運(yùn)動(dòng)與支持(肌蛋白) 生長、繁殖、遺傳和變異 生物膜的功能和受體 生化制藥(分離純化血液制品,基因工程產(chǎn)品),蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)由20種氨基酸經(jīng)肽鍵連接而成 生物體蛋白質(zhì)平均由300-400個(gè)氨基酸組成,平均分子量(MW)30,000-45,000 一個(gè)含有100個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)可存在20100種不同的形式 E. coli約含有3,000種蛋白質(zhì),人體約含有100,000種,第一節(jié) 氨基酸與多肽 一、 氨基酸 (amino acid),蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的： 蛋白質(zhì) 混合物 20種基本氨基酸,蛋白質(zhì)的元素組成: C H O N S P I Se 等,其中含氮元素約 16%,根據(jù)含氮量可計(jì)算出樣品中的蛋白質(zhì)含量: 每克樣品含氮克數(shù)6.25 100=100g樣品中的蛋白質(zhì)含量(g%),酸、堿、酶,電泳,核糖核酸酶,蛋白質(zhì)的基本組成單位氨基酸 編碼氨基酸：20 種 , 除Gly外，均為L-氨基酸, Pro為環(huán)狀亞氨酸 非編碼氨基酸：胱氨酸、碘代酪氨酸、羥脯氨酸與羥賴氨酸等,COO- C NH3,R,L-氨基酸通式,H,+,R為側(cè)鏈,HO C H,CHO,CH2OH,H3N C H,+,CH3,COO-,L-甘油醛,L-丙氨酸,按照 R 的化學(xué)性質(zhì)分為： 1.非極性、疏水性氨基酸 R 為烴基、苯甲基等非極性基團(tuán)（Gly,Ala,Val,Leu,Ile,Phe,Pro）,2. 極性、中性氨基酸 R 為羥基(Ser,Thr,Tyr)、巰基(Cys,Met)、酰胺基(Trp,Asn,Gln)等極性基團(tuán), 有親水性，在中性溶液中不電離,3. 酸性氨基酸(Asp,Glu),4. 堿性氨基酸(Lys,Arg),非極性疏水性氨基酸,極性中性氨基酸,酸性氨基酸,堿性氨基酸,氨基酸的縮寫與等電點(diǎn),-OOC-CH-CH2-SH + HS-CH2-CH-COO- -OOC-CH-CH2-SS-CH2-CH-COO-,+NH3,+NH3,+NH3,+NH3,-2H,半胱氨酸,胱氨酸,胱氨酸和二硫鍵,COO- C NH3,R,L-氨基酸通式,H,+,R為側(cè)鏈,H Gly,CH3 Ala,(CH3)2-CH Val,(CH3)2-CH-CH2 Leu,CH3-CH2-CH I CH3,R,非極性疏水性氨基酸,Phe,Ile,COO- C NH3,R,H,+,極性中性氨基酸,Ser,Tyr,Cys,Thr,Asn,Met,Gln,Trp,COO- C NH3,R,H,+,Asp,Glu,Lys,堿性氨基酸,Arg,His,(1) R為脂肪烴基: (2) R為羥基和硫：,小 結(jié),Gly、Ala、Val、Leu、Ile疏水性逐漸增加, pI幾乎相等,Ser、Thr含羥基,Ser有極性可形成氫鍵, 大多數(shù)酶的活性中心有該殘基存在, Thr形成氫鍵能力弱；Cys含巰基, 兩個(gè)Cys可形成含二硫鍵的胱氨酸, 二硫鍵在蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中起重要作用;R中含甲硫基(-SCH3)的為Met -(CH2)2-S-CH3,(3) R含芳香基團(tuán)的有： (4) R為堿性基團(tuán)的有：,Phe、Tyr、Trp在280nm有紫外吸收峰;均含一個(gè)共軛電子體系,易與缺電子體系形成電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物或電子重疊物, 在受體-底物和分子識(shí)別中起作用,His 含三個(gè)可解離基團(tuán), 故在酶的催化機(jī)制中有重要作用 Lys 在生理?xiàng)l件下帶有一正電荷(NH3+) Arg 的胍基幾乎完全質(zhì)子化, 是已知最強(qiáng)的有機(jī)堿,(5) R有酸性基團(tuán)：,Asp 和 Glu 為生理?xiàng)l件下僅有的帶負(fù)電荷的氨基酸 (6) R中含酰基的氨基酸 Asn 和 Gln 分別為 Asp 和 Glu 的酰胺化產(chǎn)物, 酰胺基中的氨基易發(fā)生氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng), 在生物合成和代謝中有重要作用 (7) R為環(huán)狀的為Pro 由于其-NH2在環(huán)中, 多肽中Pro所在位置易發(fā)生方向變化, 在蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)中有重要作用,氨基酸的理化性質(zhì),1. 物理性質(zhì)：無色或白色結(jié)晶，熔點(diǎn)200，氨基酸均可溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和水，Lys和Arg在水中的溶解度最大，Tyr的溶解度最小。氨基酸在乙醚中溶解度最小。 2. 兩性電離性質(zhì)：結(jié)合或釋放質(zhì)子取決于環(huán)境 pH *pI(Isoelectric point)：在一定pH環(huán)境下，氨基酸游離成陰、陽離子的程度及趨勢相等或不游離(氨基酸不帶電荷或所帶電荷數(shù)相等)而成為兼性離子(Zwitterion)，在電場中既不向陽極也不向陰極遷移時(shí)的pH值。,R-CH-COOH R-CH-COO - R-CH-COO -,+NH3,NH2,+NH3,R-CH-COOH,NH2,+OH-,+OH-,+H+,+H+,陽離子 pHpI,兼性離子 pH=pI,陰離子 pHpI,3. 紫外吸收性質(zhì)：Trp、Tyr和Phe含共軛雙鍵苯環(huán)，在 280nm處有最大吸收峰，利用此特點(diǎn)可用分光光度法測定蛋白質(zhì) 含量也可粗略估計(jì)核酸中蛋白質(zhì)污染程度(A260/A280 1.7)。 4. 化學(xué)性質(zhì): -NH2、-COOH和R側(cè)鏈的活性基團(tuán)可發(fā)生相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，用于氨基酸性質(zhì)的分析鑒定。,0,240,250,260,270,280,290,300,310,光密度,波 長 ( nm ),芳香族氨基酸的紫外吸收,Trp,Tyr,Phe,化學(xué)性質(zhì) 1 亞硝酸反應(yīng)：測定產(chǎn)生的N2可計(jì)算氨基酸的含量, 為Van Slyke定 氮法的基礎(chǔ)。 2 甲醛反應(yīng): 氨基酸與甲醛反應(yīng)生成二羥甲基氨基酸, 為中和法測 定氨基酸含量的依據(jù), 稱甲醛滴定法, 兩性氨基酸在與 甲醛反應(yīng)后使氨基封閉而酸性增強(qiáng), 可用強(qiáng)堿滴定。 3 2,4-二硝基氟苯反應(yīng)：在堿性中生成二硝基苯基氨基酸, N端分析。,4 與酰氯化合物反應(yīng)：-氨基與苯甲氧基甲酰氯(Cbz-Cl)反應(yīng)生成 Cbz-氨基酸, 為化學(xué)合成多肽時(shí)一個(gè)重要的氨基保護(hù)反應(yīng)； 氨基酸與5-二甲氨基萘磺酰氯反應(yīng)生成DNS-氨基酸, 紫外光下 強(qiáng)烈熒光, 靈敏度高, 用于多肽分析。 5 茚三酮反應(yīng)：與茚三酮在弱酸性溶液中加熱可產(chǎn)生有色化合物, 含游離-氨基的氨基酸和肽類生成紫色化合物, 而脯氨酸因其 -氨基被取代而生成黃色化合物, 較靈敏, 顏色深淺可定量。,二、肽鍵與肽鏈,NH2-CH-C + NH-CH-C NH2-CH-C-N-CH-C,R1 OH H R2 OH R1 H R2 OH,O O O O,(Polypeptide bond & Polypeptide chain),概念: 肽鍵： 一個(gè)氨基酸的-羧基與另一氨基酸的-氨基脫水縮合 肽：氨基酸通過肽鍵相連而形成的化合物,寡肽(oligopeptide): 十個(gè)以下氨基酸縮合成的肽統(tǒng)稱為寡肽 多肽鏈(polypeptide chain) : 十個(gè)以上氨基酸形成的肽, 典型的多肽MW104 蛋白質(zhì): 由一條或幾條多肽鏈組成的生物大分子 氨基酸殘基(amino acid residues)：蛋白質(zhì)肽鏈中的每個(gè) 氨基酸部分 多肽主鏈（main chain）：由肽鍵連接各氨基酸殘基形成的 長鏈骨架 多肽側(cè)鏈(side chain)：蛋白質(zhì)多肽鏈中的各氨基酸側(cè)鏈基團(tuán),肽的書寫格式,NH2-甘-丙-谷-組-蛋-COOH NH2-Gly-Ala-Glu-His-Met-COOH NH2-GAEHM-COOH GAEHM,SH O CH2 H H2N - CH - CH2 - C - N - CH - C - N - CH2 - COOH COOH H O,谷胱甘肽 （谷-半胱-甘三肽）,還原過氧化氫,解毒(嗜電子)、,抗氧化(-SH還原劑),三、醫(yī)學(xué)上重要的多肽,羧基,1、谷胱甘肽 (glutathione,GSH),2GSH,GSH GSH 過氧化物酶 還原酶,GSSG,NADP+ NADPH+H+,H2O2,2H2O,GSH與GSSG間的轉(zhuǎn)換,HC N HN CH C CH2 H2C CH2 CH2 H2C CH2 OC CH - CO - NH - CH - CO - N CH CO - NH2 NH,促甲狀腺素釋放激素(焦谷氨酰組氨酰脯酰胺),2 多肽類激素,纈 鳥 亮 D-苯丙 脯 短 桿 菌 肽 脯 D-苯丙 亮 鳥 纈,3 多肽類抗生素,4 小分子肽或寡肽 (30100個(gè)氨基酸),甜味劑L天冬氨酰苯丙氨酰甲酯-人工合成2肽 促性腺激素釋放激素 10肽,生長激素釋放抑制激素 10肽