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1、蛋白质的结构与功能,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。,蛋白质的功能,1. 蛋白质是生物体的重要组成成分2. 蛋白质具有重要的生物学功能1）作为生物催化剂2）代谢调节作用3）免疫保护作用4）物质的转运和存储5）运动与支持作用6）参与细胞间信息传递3. 氧化供能,蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein, 蛋白质的元素组成,主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白质含有少量P或金属元素Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo等,蛋白质的含氮量平均为16。,通过样品含氮量
2、计算蛋白质含量的公式：,蛋白质含量 ( g % ) = 含氮量( g % ) 6.25, 蛋白质元素组成的特点,1/16%,氨基酸 蛋白质的基本组成单位,存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。,非极性疏水性氨基酸极性中性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸,（一）氨基酸的分类,非极性疏水性氨基酸,2. 极性中性氨基酸,3. 酸性氨基酸,4. 碱性氨基酸,几种特殊氨基酸甘氨酸Gly：无手性碳原子。半胱氨酸Cys：可形成二硫键。,* 肽键(peptide bond)：是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。,肽(p
3、eptide),多肽链,多肽链(polypeptide chain)二肽，三肽寡肽(oligopeptide)，多肽(polypeptide)氨基酸残基(residue)氨基末端（amino terminal）和羧基末端（carboxyl terminal）主链和侧链,多肽链,几种生物活性肽,1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH),结构:,SH为活性基团,为酸性肽,是体内重要的还原剂,GSH过氧化物酶,GSH还原酶,NADPH+H+,NADP+,主要功能:,蛋 白 质 的 分 子 结 构The Molecular Structure of Protein,蛋白质的分子结构包括： 一
4、级结构 (primary structure)二级结构 (secondary structure)三级结构 (tertiary structure)四级结构 (quaternary structure),定义：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。,一、蛋白质的一级结构,主要化学键：肽键二硫键的位置属于一级结构研究范畴。,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。,胰岛素的一级结构,30,21,二、蛋白质的二级结构,蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。,定义：,稳定因素： 氢键,（一）肽键平面,形成肽键的C-N
5、键具有部分双键的性质，使得形成的酰胺键的四个原子及相邻的C处于同一平面上叫酰胺平面或肽键平面。它是蛋白质构象的基本结构单位。,肽键平面,H,H,H,H,蛋白质二级结构的主要形式,-螺旋 ( -helix ) -折叠 ( -pleated sheet ) -转角 ( -turn ) 无规卷曲 ( random coil ),（二） -螺旋,结构要点: 多肽链主链围绕中心轴形成右手螺旋，侧链伸向螺旋外侧。 每圈螺旋含3.6个氨基酸，螺距为0.54nm，即0.15nm/氨基酸残基。 每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形成的氢键保持螺旋稳定。氢键与螺旋长轴基本平行。,（三）-折叠,多肽链充分伸展，相
6、邻酰胺平面之间折叠成锯齿状结构，侧链位于锯齿结构的上下方。 两段以上的 -折叠结构平行排列 ，两链间可顺向平行，也可反向平行 。两链间的肽键之间形成氢键，以稳固 -折叠结构。氢键与螺旋长轴垂直。,（四）-转角和无规卷曲,-转角：,无规卷曲：没有确定规律性的肽链结构。, 肽链内形成180回折。含4个氨基酸残基，第一个氨基酸残基与第四个形成氢键。 第二个氨基酸残基常为脯氨酸（Pro）。,-转角：,三、蛋白质的三级结构,疏水键、离子键、氢键和 范德华力等。,稳定因素：,整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。,定义,肌红蛋白 (Mb),亚基之间的结合力主要是氢键
7、和离子键。,四、蛋白质的四级结构,蛋白质分子中两条或两条亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。,每条具有完整三级结构的多肽链，称为亚基 (subunit)。,血红蛋白（Hb）的四级结构,蛋白质的理化性质与分离纯化,（一）蛋白质的胶体性质,蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之巨，其分子的直径可达1100nm，为胶粒范围之内。,* 蛋白质胶体稳定的因素颗粒表面电荷水化膜,（二）蛋白质的变性、沉淀和凝固,* 蛋白质的变性(denaturation)在某些物理和化学因素作用下，蛋白质分子的特定空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。,造成变
8、性的因素：如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等 。,应用举例临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。,蛋白质变性后的性质改变：溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、生物活性丧失及易受蛋白酶水解。,若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性。,复性(renaturation),天然状态，有催化活性,尿素、-巯基乙醇,去除尿素、-巯基乙醇,非折叠状态，无活性,* 蛋白质沉淀在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变性的蛋白质易于
9、沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。,* 蛋白质的凝固作用(protein coagulation) 蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。,蛋白质的沉淀-盐析,*盐析(salt precipitation)是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。,蛋白质的沉淀-有机溶剂沉淀,*使用丙酮沉淀时，必须在04低温下进行，丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积。蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。,蛋白质的沉淀-重金属盐类沉淀,Cu2+、Hg2+、Ag 2+,苦味酸，鞣酸。,蛋白质的沉淀-生物碱试剂沉淀,（三）蛋白质的呈色反应,茚三酮反应(ninhydrin reaction) 蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。,双缩脲反应(biuret reaction)蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色，此反应称为双缩脲反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。,（五）蛋白质的呈色反应,蛋白质的分类,按照分子的形状 球状蛋白质、纤维状蛋白质按照组成成分 单纯蛋白质、结合蛋白质按照溶解度 可溶性、醇溶性、不溶性,
