《生物化學(xué)中》課件

生物化學(xué)課件(供臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)使用)2008，31完整版課件ppt蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一章StructureandFunctionofProtein2完整版課件ppt一、什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵(peptidebond)相連形成的高分子含氮化合物。概述3完整版課件ppt二、蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性1.蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分子，占人體干重的45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)80％。4完整版課件ppt1）作為生物催化劑（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用3）免疫保護(hù)作用4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和存儲5）運動與支持作用6）參與細(xì)胞間信息傳遞2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3.氧化供能5完整版課件ppt蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)6完整版課件ppt一、組成蛋白質(zhì)的元素.主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘

。7完整版課件ppt各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×1001/16%

蛋白質(zhì)元素組成的特點8完整版課件ppt二、蛋白質(zhì)的基本單位-氨基酸

(一)氨基酸的結(jié)構(gòu)(通式)存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種(20-22)，且均屬L-氨基酸（甘氨酸除外）如圖示。9完整版課件pptH甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R10完整版課件pptCH

COOH

RR:H甘AA;R:CH3丙AAR:CH-OH蘇AACH3H2N11完整版課件ppt非極性側(cè)鏈氨基酸非電離極性側(cè)鏈氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸(二）氨基酸的分類*20種氨基酸的英文名稱、縮寫符號及分類如下:12完整版課件ppt甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸alanineAlaA

6.00纈氨酸valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98異亮氨酸isoleucineIleI

6.02苯丙氨酸phenylalaninePheF

5.48脯氨酸prolineProP

6.30非極性側(cè)鏈氨基酸目錄13完整版課件ppt色氨酸t(yī)ryptophanTryW

5.89絲氨酸serineSerS

5.68酪氨酸t(yī)yrosineTryY

5.66半胱氨酸cysteineCysC

5.07蛋氨酸methionine

MetM

5.74天冬酰胺asparagineAsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65

蘇氨酸

threonineThrT5.602.非電離極性側(cè)鏈氨基酸目錄14完整版課件ppt天冬氨酸asparticacidAspD

2.97谷氨酸glutamicacidGluE

3.22賴氨酸lysineLysK

9.74精氨酸arginineArgR

10.76組氨酸histidineHisH

7.593.酸性氨基酸4.堿性氨基酸目錄15完整版課件ppt幾種特殊氨基酸脯氨酸（亞氨基酸）16完整版課件ppt

半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH17完整版課件ppt*以肽鍵相連接,肽鍵(peptidebond)是由一個氨基酸的

-羧基上的羥基與另一個氨基酸的

-氨基上的氫原子脫水縮合而形成的化學(xué)鍵,如圖示:三.氨基酸在蛋白質(zhì)中的連接方式18完整版課件ppt+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵19完整版課件pptH2NCC

OHR1HN

HCCOOH

R2CNOHOH20完整版課件ppt*肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。*兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……*肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。*由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。21完整版課件pptN末端：多肽鏈中有自由氨基的一端C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端多肽鏈有兩端*多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。22完整版課件pptN末端C末端牛核糖核酸酶23完整版課件ppt.幾種生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)24完整版課件pptGSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+25完整版課件ppt

體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽神經(jīng)肽(neuropeptide)2.多肽類激素及活性肽26完整版課件ppt抗利尿素與催產(chǎn)素(9肽)、胰高血糖素（29肽）、腦啡肽（5肽）、降鈣素（32肽）、ACTH（39肽）、胰島素（51肽）肌肽（2肽）、P物質(zhì)（10肽、屬神經(jīng)肽類）、β內(nèi)啡肽（31肽）27完整版課件ppt蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein第二節(jié)28完整版課件ppt蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括

一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)高級結(jié)構(gòu)29完整版課件ppt.概念：蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu).主要的化學(xué)鍵(主鍵)肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。方向:N

C;

或

NH2末端羧基末端30完整版課件ppt.提示：一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。它由遺傳密碼決定,其上有酶切位點,一級結(jié)構(gòu)可測定,并不同種屬間有同源性.目錄31完整版課件ppt二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)分子空間的三維結(jié)構(gòu),即立體,空間的構(gòu)象，在蛋白質(zhì)分子中各元素圍繞某些化學(xué)鍵進(jìn)行旋轉(zhuǎn),從而形成各種空間排布及相互關(guān)系(一).蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)1.肽鍵平面(肽單元,肽平面,酰胺平面)是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位.如圖:32完整版課件ppt參與肽鍵的6個原子C

1、、C、O、N、H、C

2位于同一平面，，此同一平面上的6個原子構(gòu)成了所謂的肽單元

(peptideunit)

。肽鍵平面—形成二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)33完整版課件ppt有關(guān)對肽鍵平面的描述？34完整版課件ppt2.二級結(jié)構(gòu)的概念與基本形式A.概念:一條多肽鏈中局部原子的空間排佈B.二級結(jié)構(gòu)的基本形式（1）

-螺旋(

-helix)

（2）

-折疊(

-pleatedsheet)（3）

-轉(zhuǎn)角(

-turn)（4）不規(guī)則卷曲(randomcoil)

35完整版課件ppt（1）、α螺旋特點

①、②、③、④（2）、β折疊特點

①、②、③（3）、β轉(zhuǎn)角（4）、無規(guī)則卷曲36完整版課件ppt

-螺旋目錄37完整版課件ppt38完整版課件pptRRRRRRRRR39完整版課件ppt

-折疊40完整版課件ppt

-折疊41完整版課件pptNCNCNCNC維系力:鏈內(nèi)或鏈間氫鍵42完整版課件pptNC43完整版課件ppt

-轉(zhuǎn)角

-轉(zhuǎn)角44完整版課件ppt轉(zhuǎn)角,含4個AA,3個肽鍵平面?45完整版課件pptβ-轉(zhuǎn)角

①180°的轉(zhuǎn)角部位②由4個氨基酸殘基構(gòu)成③由第一個殘基的羰基氧（O）與第四個殘基的氨基氫（H）可形成氫鍵④多含脯氨酸和甘氨酸46完整版課件ppt不規(guī)則卷曲環(huán)或卷曲結(jié)構(gòu)：無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。相對沒有規(guī)律性的排布，但是其同樣表現(xiàn)重要生物學(xué)功用。C.二級結(jié)構(gòu)的維系力:氫鍵47完整版課件ppt.模體在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構(gòu)象，被稱為模體(motif)。48完整版課件ppt鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)49完整版課件pptNCNC50完整版課件ppt.氨基酸殘基的側(cè)鏈對二級結(jié)構(gòu)形成的影響蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是以一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成

-螺旋或β-折疊，它就會出現(xiàn)相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)。51完整版課件ppt(二)、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)氫鍵、離子鍵、疏水鍵、VanderWaals力等。2.主要的化學(xué)鍵（維系力）一條多肽鏈中全部氨基酸殘基(全部元素)的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。包括主鏈，側(cè)鏈的全部內(nèi)容1.概念為非共價鍵，次級鍵（鹽鍵）52完整版課件ppt目錄53完整版課件ppt肌紅蛋白(Mb)肌紅蛋白為單肽鏈蛋白質(zhì)，含153個氨基酸殘基，它含有8個α螺旋區(qū)，依次稱為A到H螺旋，并含有β轉(zhuǎn)角及環(huán)-卷曲等二級結(jié)構(gòu)。

54完整版課件ppt2.維系力亞基之間的結(jié)合力有疏水作用，VanderWaals力以及氫鍵和離子鍵,還有二硫鍵。（三）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)(或蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。)1.概念有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu).而每條多肽鏈被稱為亞基(subunit)。55完整版課件ppt.蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)具有四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)56完整版課件pptreview57完整版課件pptSummary58完整版課件ppt三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系(一)、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

(二)、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系59完整版課件ppt.一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)(一)、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)二硫鍵60完整版課件ppt.一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。（谷AA）（頡AA）61完整版課件pptSSSSSSNNA鏈、21AAB鏈、30AA胰島素A5A6A10B30人ThrSerIleThr豬ThrSerIleAla62完整版課件ppt.肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu)(二)、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系目錄63完整版課件pptHb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合，Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。.血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧64完整版課件ppt肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線65完整版課件ppt*協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)一個寡聚體蛋白質(zhì)的一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)。如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)

(negativecooperativity)66完整版課件ppt67完整版課件pptO2血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動。68完整版課件ppt變構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱為變構(gòu)效應(yīng)。69完整版課件ppt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)，無活性70完整版課件ppt.蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時可導(dǎo)致疾病發(fā)生。71完整版課件ppt蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理：有些蛋白質(zhì)錯誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。72完整版課件ppt瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病73完整版課件ppt第三節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein74完整版課件ppt蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。*蛋白質(zhì)的等電點(isoelectricpoint,pI)當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點。一、蛋白質(zhì)兩性解離和等電點75完整版課件ppt

PrCOOHNH3+OH-H+PrNH3+COO_OH-PrH+NH2COO-正離子pH＜pI兩性離子pH﹦pI負(fù)離子pH＞pI76完整版課件ppt蛋白質(zhì)等電點ProteinpIPepsin<1.0Serumalbumin4.9Urease5.0Hemoglobin6.8Myoglobin7.0Chymotrypsinogen9.5Lysozyme11.077完整版課件ppt二.蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達(dá)1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。*蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷水化膜78完整版課件ppt+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚合沉淀79完整版課件ppt三.蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固*蛋白質(zhì)的變性(denaturation)在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。80完整版課件ppt引起變性的因素:物理、化學(xué)與生物學(xué)因素如如加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子及生物堿試劑等。

變性的本質(zhì)——破壞非共價鍵（次級鍵）和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。81完整版課件ppt變性蛋白質(zhì)的特點:

粘度增加，溶解度降低，易沉淀,易被蛋白酶降解,喪失生物學(xué)活性.82完整版課件ppt應(yīng)用舉例臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。此外,防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。

83完整版課件ppt若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為復(fù)性(renaturation)。84完整版課件ppt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)，無活性85完整版課件ppt*蛋白質(zhì)沉淀在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。*蛋白質(zhì)的凝固作用(proteincoagulation)蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中。

86完整版課件ppt四、蛋白質(zhì)的紫外吸收由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。（與TrpTyr有關(guān)）87完整版課件ppt五、蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)⒈茚三酮反應(yīng)(ninhydrinreaction)

蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應(yīng)。⒉雙縮脲反應(yīng)(biuretreaction)蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應(yīng)稱為雙縮脲反應(yīng)，雙縮脲反應(yīng)可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度。88完整版課件pptA、蛋白質(zhì)的分離和純化（一）透析及超濾法*透析(dialysis)利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開的方法。*超濾法

應(yīng)用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過有一定截留分子量的超濾膜，達(dá)到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。生物化學(xué)技術(shù)：89完整版課件ppt&.透析90完整版課件ppt（二）丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀*使用丙酮沉淀時，必須在0～4℃低溫下進(jìn)行，丙酮用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白質(zhì)被丙酮沉淀后，應(yīng)立即分離。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。*鹽析(saltprecipitation)是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀。91完整版課件ppt*

免疫沉淀法：將某一純化蛋白質(zhì)免疫動物可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識別相應(yīng)的抗原蛋白，并形成抗原抗體復(fù)合物的性質(zhì)，可從蛋白質(zhì)混合溶液中分離獲得抗原蛋白。92完整版課件pptbindingwashelution免疫沉淀抗體ProteinA-agarose93完整版課件ppt（三）電泳蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負(fù)極移動。這種通過蛋白質(zhì)在電場中泳動而達(dá)到分離各種蛋白質(zhì)的技術(shù),稱為電泳(elctrophoresis)

。根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。

94完整版課件ppt幾種重要的蛋白質(zhì)電泳*SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳，常用于蛋白質(zhì)分子量的測定。*等電聚焦電泳，通過蛋白質(zhì)等電點的差異而分離蛋白質(zhì)的電泳方法。*雙向凝膠電泳是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的重要技術(shù)。95完整版課件pptSDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳96完整版課件ppt（四）層析層析(chromatography)分離蛋白質(zhì)的原理待分離蛋白質(zhì)溶液（流動相）經(jīng)過一個固態(tài)物質(zhì)（固定相）時，根據(jù)溶液中待分離的蛋白質(zhì)顆