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1、,目 录,第二章,第一节 蛋白质的分子组成一、蛋白质的元素组成及特点二、组成蛋白质的基本单位氨基酸三、蛋白质分子中氨基酸的连接方式第二节 蛋白质的分子结构一、蛋白质分子的基本结构二、蛋白质分子的空间结构三、蛋白质的结构与功能的关系,第三节 蛋白质的理化性质一、蛋白质的两性解离和等电点二、蛋白质的高分子性质三、蛋白质的变性四、蛋白质的沉淀与凝固五、蛋白质的紫外吸收性质第四节 蛋白质的分类一、根据分子形状分类二、根据分子组成分类三、根据生物学功能分类,蛋白质知识的临床应用,1.蛋白质的紫外吸收性质2.蛋白质的分类,1.肽键与肽2.蛋白质分子的空间结构3.蛋白质结构与功能的关系4.蛋白质两性解离、高
2、分子性质,1.蛋白质的元素组成2.蛋白质的基本组成单位3.蛋白质的基本结构4.蛋白质的变性、沉淀与凝固,掌握,熟悉,了解,学会,学习目标,第二章,蛋白质结构与功能,蛋白质（protein）是重要的生物大分子，是一切生命活动的物质基础。,蛋白质是机体的基本组成成分之一,蛋白质参与物质运输与代谢、机体防御、肌肉收缩、 信号传递等功能,蛋白质参与个体发育、组织生长与修复,第二章,一位15岁的美籍非洲妇女最近感觉疲劳，小便时尿道有灼烧感，双侧大腿和臀部疼痛，服药后不能缓解。实验室检查发现白细胞升高，血红蛋白含量下降。初步诊断：镰刀状红细胞贫血。,病例,蛋白质结构与功能,第二章,蛋白质结构与功能,镰刀状
3、红细胞贫血在非洲和美洲黑人中甚为普遍，患者的红细胞呈镰刀状，使血液黏滞度增大，引起局部组织器官缺血缺氧、酸中毒和炎症反应，且红细胞极易破裂，造成严重贫血，甚至引起病人死亡。其基本病理改变是血红蛋白分子结构发生了改变。,蛋白质分子有那些结构特征？,血红蛋白分子结构发生改变，为什么会使红细胞变形为镰刀状？,蛋白质结构改变还会导致哪些疾病？,第二章,第一节 蛋白质的分子组成,第二章,蛋白质的元素组成,微量元素： P、Fe、Cu、Zn、Mo、Se、I 等,主要元素组成：C、H、O、N、S,一、蛋白质的元素组成及特点,第二章,一、蛋白质的元素组成及特点,蛋白质平均含氮量为16,只要测定生物样品中的含氮量
4、，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量,100克样品中蛋白质的含量 ( g% ) = 每克样品含氮克数 6.25100,蛋白质元素组成特点,第二章,氨基酸的结构特点,二、组成蛋白质的基本单位氨基酸,第二章,（一）氨基酸的结构特点,组成人体蛋白质的20种氨基酸均属于L-氨基酸（甘氨酸除外 ）,第二章,（二）氨基酸的分类,组成人体蛋白质的20种氨基酸可以根据其侧链结构和理化性质的不同分为5类,非极性脂肪族氨基酸,极性中性氨基酸,酸性氨基酸,芳香族氨基酸,碱性氨基酸,第二章,苯基,吲哚基,巯基,甲硫基,酰基,羟基,芳香族氨基酸,苯丙氨酸 (Phe),酸性氨基酸,天冬氨酸 (Asp ),（二）氨基
5、酸的分类,第二章,碱性氨基酸,赖氨酸（Lys）,组氨酸（His）,（二）氨基酸的分类,第二章,三、蛋白质分子中氨基酸的连接方式,（一）肽键,肽键,肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的-羧基(COOH)与另一个氨基酸-氨基(NH2)脱水缩合而形成的酰胺键,蛋白质是由氨基酸通过肽键相连而形成的高分子化合物,第二章,（一）肽键,+,-H2O,肽键,第二章,肽单元,肽键中的C-N键虽然是单键，但具有部分的双键性质，因此肽键不能旋转，使得构成肽键的4个原子C、O、N、H及其相邻的两个C处于同一平面上，构成了肽单元,第二章,（二）肽,肽是氨基酸通过肽键缩合而成的化合物,两分子氨基酸缩合形成二肽
6、，三分子氨基酸缩合形成三肽,由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽,二硫键,牛胰核糖核酸酶的多肽链,第二章,CH,CH,NH2,多肽链,C,N,CH,C,N,CH,COOH,C,N,主链,氨基酸残基,氨基端（N端）,羧基端（C端）,第二章,（三）体内重要的生物活性肽,1.谷胱甘肽 (GSH),谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽,SH为活性基团,是体内重要的还原剂,第二章,1.谷胱甘肽 (GSH),GSH过氧化物酶,GSH还原酶,NADPH+H+,NADP+,GSH与GSSG间的转换,第二章,2.多肽类激素和神经肽,促甲状腺素释放激素,体内许多激素属寡肽或多肽,神
7、经肽是一类在神经传导过程中起信号转导作用的肽类,第二章,第二节 蛋白质的分子结构,第二章,蛋白质的一级结构,一、蛋白质分子的基本结构,定义：蛋白质分子中从N-端至C-端的氨基酸排列顺序,化学键：肽键，有些蛋白质还包括二硫键,第二章,（一）蛋白质的二级结构,二、蛋白质分子的空间结构,定义：蛋白质分子中某一段多肽主链的局部空间结构， 也就是该段肽链主链骨架原子的相对空间位置。,化学键：氢键,第二章,1.-螺旋,（一）蛋白质的二级结构,第二章,-螺旋的特点,多肽链主链以肽单元为单位围绕中心轴呈有规律右 手螺旋,每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距为0.54nm,每个肽键的NH与相邻第四个肽键的羰基
8、氧形成氢键，氢键的方向与螺旋长轴基本平行,1.-螺旋,第二章,2.-折叠,（一）蛋白质的二级结构,第二章,-折叠的特点,多肽链充分伸展，每个肽单元以C为旋转点，依次折叠成锯齿状结构，氨基酸残基侧链交替地位于锯齿状结构的上下方,相邻肽链中肽键的亚氨基氢与羰基氧形成链间氢键，氢键方向与长轴垂直,2.-折叠,第二章,-折叠的走向示意图,2.-折叠,第二章,3.-转角,（一）蛋白质的二级结构,第二章,4.无规卷曲,（一）蛋白质的二级结构,第二章,模体,定义：是具有特殊功能的超二级结构，它是由两个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象。,蛋白质的超二级结构,钙结合蛋白,锌指结
9、构,第二章,蛋白激酶结构,无规卷曲,-螺旋,-折叠,-转角,（一）蛋白质的二级结构,第二章,（二）蛋白质的三级结构,定义：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,化学键：疏水键、离子键、氢键和范德华力以及二 硫键等,蛋白质只有具有完整的三级结构，才具有全部的生物 学功能。,第二章,疏水键是维系蛋白质三级结构稳定的最主要的作用力,（二）蛋白质的三级结构,第二章,肌红蛋白结构域,结构域,分子量较大的蛋白质在形成三级结构时，肽链中某些局部的二级结构汇集在一起，形成能发挥生物学功能的特定区域,（三）蛋白质的四级结构,定义：蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触
10、 部位的布局和相互作用称为蛋白质的四级结构,化学键：亚基之间的结合力主要是疏水键、氢键和离子键,亚基：蛋白质含有2条或2条以上多肽链,才能全面地执行功能。每一条多肽链都有完整的三级结构,称为亚基,第二章,蛋白质的一级至四级结构,第二章,（一）蛋白质一级结构与功能的关系,三、蛋白质的结构与功能的关系,蛋白质一级结构是空间构象的基础，也是蛋白质行使功能的基础,一级结构相似的蛋白质，其基本构象及功能也相似,一级结构关键氨基酸改变，功能或活性改变,第二章,由蛋白质分子结构发生变异所导致的疾病称为分子病,镰刀状红细胞贫血,（一）蛋白质一级结构与功能的关系,第二章,（二）蛋白质空间结构与功能的关系,空间结
11、构是蛋白质功能的基础，相似的空间结构有着相似的功能,肌红蛋白与血红蛋白的结构,第二章,蛋白质的空间构象发生改变导致的疾病称为蛋白质的构象病,蛋白质错误折叠后相互聚集，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变,疾病：人纹状体脊髓变性病、亨廷顿舞蹈病、疯牛病及阿尔茨海默病等,（二）蛋白质空间结构与功能的关系,第二章,第三节 蛋白质的理化性质,第二章,蛋白质分子在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团，故称两性解离。,当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。,一、蛋白质的两性解离和等电点,第二章,利用蛋白质
12、两性解离的性质，可通过电泳、层析等方法将不同蛋白质分离、纯化,一、蛋白质的两性解离和等电点,第二章,二、蛋白质的高分子性质,蛋白质属于生物大分子，分子量在104106kD，其分子的直径可达1100nm，为胶粒范围之内。,蛋白质胶体溶液稳定的因素：水化膜和同种电荷,透析：蛋白质不能透过半透膜，将含有小分子杂质的蛋白质溶液放在半透膜制成的透析袋内，杂质即可透过半透膜渗出袋外而与蛋白质分离。,血液透析仪原理,第二章,蛋白质的变性：在某些理化因素的作用下，蛋白质的空间构象被破坏，导致其理化性质改变和生物活性丢失的现象。,蛋白质变性的因素,物理因素,化学因素,-高温、高压、紫外线、X射线、超声波及强烈震
13、荡,-强酸、强碱、重金属盐、有机溶剂,三、蛋白质的变性,第二章,临床应用,高温灭菌、酒精消毒,免疫球蛋白或生物制剂（如疫苗等）在制备和保存时则应选择适宜的低温条件消毒。,变性的本质,破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。,三、蛋白质的变性,第二章,尿素、 -巯基乙醇,三、蛋白质的变性,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，称为蛋白质复性,去除尿素、 -巯基乙醇,天然状态有催化活性,非折叠状态无催化活性,天然状态-S-S-恢复正确配对,牛核糖核酸酶的变性与复性,第二章,沉淀的方法,蛋白质的沉淀：在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠
14、绕继而聚集，因而从溶液中析出,盐析法,有机溶剂沉淀法,某些酸类沉淀法,重金属盐沉淀法,临床应用,最常用蛋白质沉淀方法,分离制备各种血浆蛋白质,某些酸类沉淀法,重金属盐沉淀法,四、蛋白质的沉淀与凝固,第二章,蛋白质沉淀示意图,第二章,蛋白质的凝固：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的现象,变性、沉淀与凝固,变性的蛋白质易于沉淀，沉淀的蛋白质不一定变性，凝固是蛋白质变性后进一步发展的不可逆结果。,四、蛋白质的沉淀与凝固,第二章,五、蛋白质的紫外吸收,蛋白质的紫外吸收：蛋白质分子中含有酪氨酸和色氨酸残基，这些氨基酸的侧链基团有共轭双键，对紫外线有吸收能力，在280nm波长处有特征性吸收峰,临床应用,蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定,第二章,第四节 蛋白质的分类,第二章,一、根据分子形状分类,纤维状蛋白质,球状蛋白质,第二章,结合蛋白质,单纯蛋白质,仅由氨基酸组成,根据来源及理化性质可分为清蛋白球蛋白谷蛋白醇溶谷蛋白精蛋白组蛋白硬蛋白,蛋白质部分+辅基,根据辅基的不同，可分为核蛋白（辅基为核酸）糖蛋白（辅基为糖类）脂蛋白（辅基为脂类）色蛋白（辅基为色素）磷蛋白（辅基为磷酸）金属蛋白（辅基为金属离子）,二、根据分子组成分类,第二章,三、根据生物学功能分类,第二章,
