第2章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能培訓(xùn)課件

生物化學(xué)主編李秀敏中等職業(yè)教育“十二五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材第2章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能科學(xué)出版社衛(wèi)生職業(yè)教育出版分社導(dǎo)言

蛋白質(zhì)(protein)普遍存在于自然界各種生物體內(nèi)，人體內(nèi)的蛋白質(zhì)種類(lèi)繁多，多達(dá)10萬(wàn)余種，約占人體干重的45%。體內(nèi)各種蛋白質(zhì)形態(tài)萬(wàn)千，功能各異。這些蛋白質(zhì)除承擔(dān)重要的結(jié)構(gòu)功能外，還參與催化反應(yīng)、免疫反應(yīng)、血液凝固、代謝調(diào)節(jié)、遺傳物質(zhì)傳遞與調(diào)控以及肌肉收縮等幾乎所有的生命活動(dòng)過(guò)程。因此，蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒(méi)有蛋白質(zhì)就沒(méi)有生命?？茖W(xué)出版社衛(wèi)生職業(yè)教育出版分社分布廣含量高種類(lèi)多蛋白質(zhì)分布特征科學(xué)出版社衛(wèi)生職業(yè)教育出版分社代謝調(diào)節(jié)作用免疫保護(hù)作用物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)與支持作用參與細(xì)胞間信息傳遞蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能作為生物催化劑（酶）氧化供能第1節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成一、蛋白質(zhì)的元素組成

主要元素：C、H、O、N

其他元素：硫、少數(shù)含磷、鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬、碘含氮量比較接近，占13%～19%，平均約為16%，根據(jù)凱氏定氮法，測(cè)定生物樣品中的含氮量，就可以推算出蛋白質(zhì)的大致含量：100g樣品中蛋白質(zhì)含量(g%)=1g樣品含氮量×6.25×100蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)1/16%2008年9月，中國(guó)爆發(fā)某企業(yè)嬰幼兒奶粉受三聚氰胺污染事件，食用了受污染奶粉的嬰幼兒產(chǎn)生腎結(jié)石病癥。三聚氰胺化學(xué)式：C3H6N6，俗稱(chēng)密胺、蛋白精，是一種化工原料。問(wèn)題：奶制品生產(chǎn)企業(yè)為什么要在奶粉中添加三聚氰胺？案例2-1奶制品中

氮的含量測(cè)定計(jì)算奶制品中

蛋白質(zhì)的含量添加三聚氰胺提高氮含量蛋白質(zhì)含量“被提高”奶制品受污染案例2-1

自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的編碼氨基酸僅有20種，除甘氨酸外均屬L-氨基酸二、蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸氨基酸的分類(lèi)(表2-1）非極性疏水性氨基酸（8種）極性中性氨基酸（7種）堿性氨基酸（3種）酸性氨基酸（2種）第2節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能一、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)（一）肽鍵:一個(gè)氨基酸的α-羧基與另一個(gè)氨基酸的α-氨基之間脫水縮合而成的化學(xué)鍵。

肽：氨基酸通過(guò)肽鍵連接而成的化合物

有：二肽、三肽、……多肽（鏈）多肽鏈的基本構(gòu)成：H-賴(lài)1-色2-蘇3-丙4-異亮5-谷6……天15-賴(lài)16-蛋17-酪18-OH

科學(xué)出版社衛(wèi)生職業(yè)教育出版分社生物活性肽谷胱甘肽三肽促甲狀腺素釋放激素三肽腦啡肽五肽催產(chǎn)素九肽人體內(nèi)某些具有重要生理功能的小分子肽。

蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序（二）蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)（基本結(jié)構(gòu)）一級(jí)結(jié)構(gòu)主要化學(xué)鍵是肽鍵一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)高級(jí)結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)多肽鏈主鏈通過(guò)折疊、盤(pán)曲所形成的空間結(jié)構(gòu)主要的穩(wěn)定鍵：氫鍵

(一)蛋白質(zhì)分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要構(gòu)象：

-螺旋、

-折疊、

-轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)卷曲

蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)：

-螺旋結(jié)構(gòu)示意圖蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)：

-折疊結(jié)構(gòu)示意圖蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)：

-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)示意圖肽鏈出現(xiàn)180°回折的部分形成β-轉(zhuǎn)角（二）蛋白質(zhì)分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和范德華力等主要的穩(wěn)定鍵：定義：整條多肽鏈上所有原子的空間排列位置主要構(gòu)象：球形、橢圓形等蛋白質(zhì)分子三級(jí)結(jié)構(gòu)的維持鍵肌紅蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖N端C端僅由一條多肽鏈構(gòu)成的蛋白質(zhì)需具有三級(jí)結(jié)構(gòu)才具有生物學(xué)活性主要穩(wěn)定鍵：離子鍵、疏水鍵、氫鍵、（三）蛋白質(zhì)分子的四級(jí)結(jié)構(gòu)由兩條或兩條以上具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過(guò)非共價(jià)鍵結(jié)合而成的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)。亞基：在蛋白質(zhì)分子四級(jí)結(jié)構(gòu)中每條具有完整三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈（可以相同也可以不同）主要構(gòu)象：復(fù)雜

血紅蛋白是由含有血紅素的2個(gè)α亞基和2個(gè)β亞基組成的四聚體。血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)

三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

天然狀態(tài)，有催化活性尿素、β-巰基乙醇去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無(wú)活性科學(xué)出版社衛(wèi)生職業(yè)教育出版分社三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1一級(jí)結(jié)構(gòu)相似表現(xiàn)出相似的功能3一級(jí)結(jié)構(gòu)與分子病2一級(jí)結(jié)構(gòu)不同表現(xiàn)出不同的功能（一）蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系比較上述脊椎動(dòng)物的胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)與人的胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)差異最小的是哪種動(dòng)物？

催產(chǎn)素對(duì)子宮平滑肌和乳腺導(dǎo)管的收縮作用遠(yuǎn)較抗利尿激素強(qiáng)，但催產(chǎn)素對(duì)血管平滑肌的收縮作用和利尿作用僅為抗利尿激素的1%科學(xué)出版社衛(wèi)生職業(yè)教育出版分社三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1空間結(jié)構(gòu)改變，功能改變3空間結(jié)構(gòu)與構(gòu)象病2空間結(jié)構(gòu)破壞，功能喪失（二）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系案例2-2

1996年春天“瘋牛病”席卷了整個(gè)英國(guó)，它不僅引起英國(guó)一場(chǎng)空前的經(jīng)濟(jì)和政治動(dòng)蕩，而且也波及了整個(gè)歐洲。瘋牛病又稱(chēng)“牛海綿狀腦病”，是由朊病毒蛋白引起的神經(jīng)疾病，其病理學(xué)的特點(diǎn)是淀粉樣斑沉積，表現(xiàn)為大腦皮層的神經(jīng)元細(xì)胞退化、丟失，空泡變性、死亡、消失，因而造成海綿狀態(tài)即海綿腦病。朊病毒原無(wú)致病性，在某種未知蛋白質(zhì)的作用下轉(zhuǎn)變成致病分子。問(wèn)題1：朊病毒本質(zhì)是什么？問(wèn)題2：朊病毒到底發(fā)生了什么變化以至產(chǎn)生如此嚴(yán)重的后果呢？朊病毒蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)多為α-螺旋結(jié)構(gòu)無(wú)致病性朊病毒蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)變?yōu)棣?折疊結(jié)構(gòu)有致病性瘋牛病蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與生理功能密切相關(guān)第3節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分類(lèi)（一）蛋白質(zhì)的兩性電離性質(zhì)與等電點(diǎn)蛋白質(zhì)的兩性電離:蛋白質(zhì)分子上同時(shí)有酸堿性基團(tuán)，可進(jìn)行酸式電離（釋放H+，帶負(fù)電），也可進(jìn)行堿式電離（結(jié)合H+

，帶正電）。一、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)兼性離子：蛋白質(zhì)在某溶液中解離成正、負(fù)離子的趨勢(shì)相等，蛋白質(zhì)呈現(xiàn)電中性。

等電點(diǎn)(pI)：能使某種蛋白質(zhì)稱(chēng)為兼性離子的溶液的pH值稱(chēng)為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。不同的蛋白質(zhì)各有不同的等電點(diǎn)不同溶液中蛋白質(zhì)電離結(jié)果不同：

pH=pI時(shí)，蛋白質(zhì)為兼性離子

pH＜pI時(shí)，蛋白質(zhì)為正離子

pH＞pI時(shí)，蛋白質(zhì)為負(fù)離子為什么人體血液中的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷？正常人血液pH=7.35~7.45血液中各種蛋白質(zhì)的pI基本小于7.0pH＞pI所以：血液中的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷思考：電泳：帶電粒子在電場(chǎng)中向電性相反方向定向移動(dòng)的現(xiàn)象。電泳法可將血漿中的蛋白質(zhì)分為5種成分科學(xué)出版社衛(wèi)生職業(yè)教育出版分社（二）蛋白質(zhì)的親水膠體性質(zhì)膠體性質(zhì)：親水穩(wěn)定不能透過(guò)半透膜膠體蛋白質(zhì)分子直徑1～100nm,屬于膠體顆粒。蛋白質(zhì)親水穩(wěn)定的原因：水化膜同種電荷蛋白質(zhì)沉淀：去除蛋白質(zhì)表面電荷和水化膜可使蛋白質(zhì)從溶液中析出?？茖W(xué)出版社衛(wèi)生職業(yè)教育出版分社蛋白質(zhì)沉淀有機(jī)溶劑沉淀法鹽析方法重金屬鹽沉淀法有些酸類(lèi)沉淀法沉淀方法（三）蛋白質(zhì)的變性和凝固

1．變性的概念在某些物理、化學(xué)因素作用下，蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性喪失，稱(chēng)為蛋白質(zhì)變性。2．變性的實(shí)質(zhì)破壞維持空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的各種次級(jí)鍵，肽鍵未斷裂物理因素：高溫、高壓、紫外線、X射線、超聲波及強(qiáng)烈震蕩等；化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽、有機(jī)溶劑等3．變性的特征溶解度降低而容易沉淀，黏度增加，易被水解酶水解消化，原有的生物學(xué)活性喪失4．變性的應(yīng)用臨床醫(yī)學(xué)上常用的酒精、紫外線消毒、高壓高熱滅菌等；免疫球蛋白或生物制劑低溫保存案例2-3

我們經(jīng)?？吹?，臨床上用碘酒、酒精消毒病人注射區(qū)域的皮膚，用紫外燈進(jìn)行病房消毒，用高溫高壓對(duì)一些醫(yī)療器物進(jìn)行滅菌等操作。生活中我們把被褥放到日光下曝曬殺菌，將食物煮熟后食用以便殺菌和容易消化吸收。問(wèn)題：以上做法是利用了蛋白質(zhì)的什么性質(zhì)特點(diǎn)？（四）蛋白質(zhì)的紫外吸收性質(zhì)蛋白質(zhì)分子中含有的色氨酸、酪氨酸殘基，含有共軛雙鍵，在280nm

波長(zhǎng)處出現(xiàn)特征吸收峰。（五）蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)2、茚三酮反應(yīng)蛋白質(zhì)分子+茚三酮→藍(lán)紫色化合物1、雙縮脲反應(yīng)蛋白質(zhì)分子+堿性銅→共熱→紫紅色化合物3、Folin-酚試劑反應(yīng)蛋白質(zhì)分子中酪氨酸殘基+酚試劑反應(yīng)→藍(lán)色化合物。二、蛋白質(zhì)的分類(lèi)

（二）按組成特點(diǎn)分類(lèi)1.單純蛋白質(zhì)2.結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白部分+非蛋白部分（一）按分子形狀分類(lèi)2.纖維狀蛋白質(zhì)1.球狀蛋白質(zhì)小結(jié)蛋白質(zhì)是一類(lèi)廣泛存在于自然界并與生命活動(dòng)密切相關(guān)的生物大分子，主要由碳、氫、氧、氮等元素組成，其中氮含量相對(duì)穩(wěn)定，約占16%。通過(guò)檢測(cè)生物樣品中氮的含量可計(jì)算蛋白質(zhì)含量。組成蛋白質(zhì)的基本單位是氨基酸，總共有20種，除甘氨酸沒(méi)有旋光性外，其余19種都屬于L型氨基酸。肽鍵是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的基本鍵，氨基酸在多肽鏈中的排列順序稱(chēng)為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。多肽鏈進(jìn)