蛋白质高中生物竞赛辅导课件.ppt

1、2023年8月22日星期二蛋白质高中生物竞赛辅蛋白质高中生物竞赛辅导导一、蛋白质的定义一、蛋白质的定义蛋白质：蛋白质：由许多由许多氨基酸氨基酸通过通过肽键肽键相连形成的高分子含相连形成的高分子含氮化合物。氮化合物。凯氏定氮法：凯氏定氮法：由于大多数蛋白质的平均由于大多数蛋白质的平均含氮量接近于含氮量接近于16，故，故样品中样品中蛋白质含量蛋白质含量=样品中样品中氮的量氮的量 6.25。有机氮有机氮无机铵盐无机铵盐氨气氨气球状蛋白质球状蛋白质 VS 纤维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质：球状蛋白质：血红蛋白、肌红蛋白等。血红蛋白、肌红蛋白等。纤维状蛋白：纤维状蛋白：胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白等。胶

2、原蛋白、弹性蛋白、角蛋白等。H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸R二、氨基酸的种类及性质二、氨基酸的种类及性质结构特点：结构特点：氨基酸中与羧基相邻的氨基酸中与羧基相邻的-碳原子上都有一碳原子上都有一个氨基，因而称为个氨基，因而称为-氨基酸氨基酸。脯氨酸：亚氨基酸脯氨酸：亚氨基酸亚氨基酸亚氨基酸L-氨基酸氨基酸D-氨基酸氨基酸氨基酸的氨基酸的D/L构型构型氨基酸的构型是以氨基酸的构型是以距羧基最近的手性距羧基最近的手性C原子原子为标准。为标准。u除除甘氨酸甘氨酸外，其它所有氨基酸分子中的外，其它所有氨基酸分子中的-碳原子都为碳原子都为不不对称碳原子，都有旋光性对称碳原子，都有旋光性。u每一种氨基酸

3、都具有每一种氨基酸都具有D-型和型和L-型两种型两种立体异构体立体异构体。目前。目前已知的天然蛋白质中氨基酸都为已知的天然蛋白质中氨基酸都为L-型型。构成蛋白质的构成蛋白质的20种氨基酸种氨基酸7种：甘丙缬亮异苯脯种：甘丙缬亮异苯脯亚氨基酸亚氨基酸8种：色丝酪半蛋天谷苏种：色丝酪半蛋天谷苏吲哚基吲哚基2种：天谷种：天谷3种：赖精组种：赖精组含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸含硫的氨基酸含硫的氨基酸咪唑基咪唑基胍基胍基吲哚基吲哚基含苯环的氨基酸含苯环的氨基酸人体必需氨基酸有八种：人体必需氨基酸有八种：Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假假

4、 设设 来来 写写 一一 两两 本本 书书”二硫键的形成二硫键的形成氨基酸的两性解离氨基酸的两性解离不带电形式不带电形式 H2NCHCOOHR +H3NCHCOO-R两性离子形式两性离子形式在两性离子中，氨基是以质子化（在两性离子中，氨基是以质子化（-NH3+）形式存）形式存在，羧基是以离解状态（在，羧基是以离解状态（-COO-）存在。）存在。pH=pI+OH-pHpI+H+pHpI兼性离子兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子等电点（等电点（pI）：）：如果在如果在某一某一pH值值下，氨基酸所带下，氨基酸所带正电荷的正电荷的数目与负电荷的数目相等数目与负电荷的数目相等，即，即净电荷为净电荷为0，

5、呈电中性，呈电中性，则，则这一这一pH值称为该氨基酸的等电点。值称为该氨基酸的等电点。Low pHHigh pHR C COOHNH3+HII1OH-H+K1OH-H+K2R C COO-NH2HIII1R C COO-NH3+HI11+pH pI，带负电荷，向阳极移动。，带负电荷，向阳极移动。pH=pI，不带电荷，不移动。，不带电荷，不移动。中性氨基酸的等电点中性氨基酸的等电点酸性氨基酸的等电点酸性氨基酸的等电点碱性氨基酸的等电点碱性氨基酸的等电点u中性氨基酸：中性氨基酸：pK1为为-羧基的解离常数，羧基的解离常数，pK2为为-氨氨基的解离常数。基的解离常数。pI=（pK1+pK2）/2u酸

6、性氨基酸：酸性氨基酸：pK1为为-羧基的解离常数，羧基的解离常数，pK2为侧链为侧链羧基的解离常数。羧基的解离常数。pI=（pK1+pK2）/2u碱性氨基酸：碱性氨基酸：pK2为为-氨基的解离常数，氨基的解离常数，pK3为侧为侧链氨基的解离常数。链氨基的解离常数。pI=（pK2+pK3）/2等电点的计算等电点的计算茚三酮反应茚三酮反应脯氨酸与茚三酮直接生成黄色物质（不释放脯氨酸与茚三酮直接生成黄色物质（不释放NH3）氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量处。由于此吸收峰值

7、与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。成肽反应成肽反应一个氨基酸的一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸氨基和另一个氨基酸羧基脱水缩合，羧基脱水缩合，生成的酰胺叫做生成的酰胺叫做肽肽，这种酰胺键叫做，这种酰胺键叫做肽键肽键。NHCOCNHCOCOHHHR1R2H肽键和多肽链肽键和多肽链氨基酸氨基酸残基残基肽键肽键H2NCOHCH3SCOOHNHCCOHNHCCOHNHCCOHNHCHHCH2CHCH2OHCH2CH2三、蛋白质的结构三、蛋白质的结构肽单位平面结构肽单位平面结构NHCOCNHCOC OHHHR1R2H肽平面：又肽单元，肽平面

8、：又肽单元，参与肽键的参与肽键的6个原子个原子C 1、C、O、N、H、C 2位于同一平面。位于同一平面。一级结构：一级结构：多肽链中氨基酸残基的排列顺序多肽链中氨基酸残基的排列顺序。化学键：化学键：肽键和二硫键。肽键和二硫键。牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶分子病分子病断开二硫键：断开二硫键：在在8mol/L尿素或尿素或6mol/L盐酸胍盐酸胍存在下，用过存在下，用过量的量的-巯基乙醇巯基乙醇处理，使处理，使二硫键还原为巯基二硫键还原为巯基，然后用烷基，然后用烷基化试剂保护生成的巯基，防止重新被氧化。化试剂保护生成的巯基，防止重新被氧化。维系蛋白质分子构象的化学键维系蛋白质分子构象的化学键二级结构：二

9、级结构：多肽链中各原子在局部空间或一段肽链的多肽链中各原子在局部空间或一段肽链的氨基酸残基氨基酸残基的的空间排布方式空间排布方式。包括。包括-螺旋、螺旋、-折叠以折叠以、-转角和无规则卷曲。转角和无规则卷曲。两个肽平面以一个两个肽平面以一个C为为中心发生旋转中心发生旋转-螺旋螺旋Pauling 和和Corey于于1951 年提出蛋白质的年提出蛋白质的-螺旋结构模型螺旋结构模型。多为多为右手螺旋右手螺旋（较稳定较稳定）。）。每隔每隔3.6个氨基酸残基个氨基酸残基螺旋上升一圈，每个螺旋上升一圈，每个AA残基跨距残基跨距为为0.15nm，螺旋上升一圈的距离（，螺旋上升一圈的距离（螺距）为螺距）为0.

10、54nm。螺旋中所有氨基酸残基的螺旋中所有氨基酸残基的R侧链都伸向外侧侧链都伸向外侧，链中的全，链中的全部部C=O 和和-N-H几乎都几乎都平行于螺旋轴平行于螺旋轴。螺旋通过螺旋通过氢键氢键维持稳定。每个肽键的维持稳定。每个肽键的NH和和第四个第四个肽键肽键的的CO形成氢键。形成氢键。-螺旋结构形成的限制因素：螺旋结构形成的限制因素：凡是有凡是有Pro存在的地方不能形成。因存在的地方不能形成。因Pro形成的肽键形成的肽键N原子上原子上没有没有H，不能形成氢键。，不能形成氢键。静电斥力静电斥力。若一段肽链有多个。若一段肽链有多个Glu或或Asp相邻，则因相邻，则因pH=7.0 时都带负电荷，防碍

11、时都带负电荷，防碍螺旋的形成；同样多个碱性氨基酸残基在螺旋的形成；同样多个碱性氨基酸残基在一段肽段内，正电荷相斥，也防碍一段肽段内，正电荷相斥，也防碍螺旋的形成。螺旋的形成。位阻位阻。如。如Asn、Leu侧链很大，防碍侧链很大，防碍螺旋的形成。螺旋的形成。-折叠折叠-折叠：折叠：两条或多条两条或多条伸展的多肽链侧向集聚伸展的多肽链侧向集聚，通过相邻肽链主，通过相邻肽链主链上的链上的N-H与与C=O之间有规则的氢键，形成之间有规则的氢键，形成锯齿状片层结构锯齿状片层结构。在在-折叠中，折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直

12、，两个氨基酸之间基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为的轴心距为0.35nm.平行式平行式-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。-转角转角-转角：转角：球状蛋白质球状蛋白质分子主链在分子主链在盘曲折叠盘曲折叠运行中往往运行中往往发生发生180的急转弯的急转弯。Gly和和Pro容易出现在容易出现在-转角中转角中-转角是由转角是由4个连续的残基组成个连续的残基组成的，第一个残基的羰基与第的，第一个残基的羰基与第四

13、个残基的亚氨基间形成四个残基的亚氨基间形成氢键氢键联结，稳定构象。联结，稳定构象。无规则卷曲无规则卷曲细胞色素细胞色素C的三级结构的三级结构蛋白质分子中那些没有确定规律性的部分肽链构象称为蛋白质分子中那些没有确定规律性的部分肽链构象称为无规卷曲。无规卷曲。超二级结构：超二级结构：蛋白质中蛋白质中相邻的二级结构相邻的二级结构单位（主要是单位（主要是螺螺旋和旋和折叠折叠）组合在一起，形成有规则的、在空间上能辩）组合在一起，形成有规则的、在空间上能辩认的二级结构组合体。如：认的二级结构组合体。如：、等。等。结构域：结构域：多肽链在二级结构的基础上，进一步卷曲折多肽链在二级结构的基础上，进一步卷曲折叠

14、成几个叠成几个相对独立相对独立、近似球形近似球形的的三维实体三维实体。三级结构：三级结构：多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的基础上，基础上，主链构象和侧链构象主链构象和侧链构象相互作用，进一步盘曲折相互作用，进一步盘曲折叠形成特定的叠形成特定的球状分子球状分子结构。结构。N 端端 C端端肌红蛋白肌红蛋白三级结构的特点：三级结构的特点：具备三级结构的蛋白质一般是具备三级结构的蛋白质一般是球蛋白球蛋白。分子中的分子中的亲水基团亲水基团相对集中在球形分子的表面，相对集中在球形分子的表面，疏水基疏水基团团相对集中在分子内部，形成所谓相对集中在分子内部，形成所谓

15、“亲水表面，疏水核亲水表面，疏水核”。疏水区通常是蛋白质分子的疏水区通常是蛋白质分子的生物活性部位生物活性部位。三级结构构象的稳定性主要靠三级结构构象的稳定性主要靠疏水相互作用疏水相互作用维系。维系。四级结构：四级结构：有些蛋白质分子含有有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链二条或多条多肽链，每一，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基蛋白质的亚基。蛋。蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为相互作用，称为蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构。肌红蛋白肌红蛋白稳定蛋白质构象的作用力稳定蛋白

16、质构象的作用力一级结构：一级结构：肽键、二硫键。肽键、二硫键。二级结构：二级结构：氢键。氢键。三级结构：三级结构：疏水相互作用力疏水相互作用力、氢键、范德华力、盐键。、氢键、范德华力、盐键。四级结构：四级结构：范德华力、盐键。范德华力、盐键。蛋白质的变性和复性蛋白质的变性和复性u蛋白质的变性：蛋白质的变性：在某些物理和化学因素作用下，蛋白质在某些物理和化学因素作用下，蛋白质特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。活性的丧失。u本质：本质：破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级

17、结构。u物理因素：物理因素：高温、高压、射线等高温、高压、射线等;u化学因素：化学因素：强酸、强碱、尿素、乙醇、重金属盐等。强酸、强碱、尿素、乙醇、重金属盐等。u特点：特点：溶解度降低，易于沉淀；粘度增加；结晶能力消溶解度降低，易于沉淀；粘度增加；结晶能力消失；生物活性丧失；易被蛋白酶水解。失；生物活性丧失；易被蛋白酶水解。蛋白质的复性：蛋白质的复性：若蛋白质若蛋白质变性程度较轻变性程度较轻，去除变性因素去除变性因素后，蛋白质仍可后，蛋白质仍可恢复或部分恢复恢复或部分恢复其原有的构象和功能。其原有的构象和功能。非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性天然状态，有催化活性天然状态，有催化活性尿素、尿

18、素、-巯基乙醇巯基乙醇去除尿素、去除尿素、-巯巯基乙醇基乙醇蛋白质的两性电离蛋白质的两性电离 蛋白质分子除两端的蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离氨基和羧基可解离外，外，氨基酸残基氨基酸残基侧侧链中某些基团，在一定的溶液链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。荷或正电荷的基团。蛋白质的等电点（蛋白质的等电点（pI）：）：当溶液当溶液在某个在某个pH时时，使蛋白质分，使蛋白质分子所带正电荷数与负电荷数恰好相等，即子所带正电荷数与负电荷数恰好相等，即净电荷为零净电荷为零，在，在直流电场中，既不向阳极移动，也不向阴极移动，此时溶直流电场中，既不向阳

19、极移动，也不向阴极移动，此时溶液的液的pH 就是该蛋白质的等电点。就是该蛋白质的等电点。带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜+带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒酸碱酸碱脱水作用脱水作用脱水作用酸碱+带正电荷的蛋白质蛋白质的胶体性质蛋白质的胶体性质蛋白质的沉淀作用蛋白质的沉淀作用盐析沉淀法：盐析沉淀法：加入高浓度的中性盐，如：加入高浓度的中性盐，如：硫酸胺、氯化硫酸胺、氯化钠、硫酸钠钠、硫酸钠。机理：机理：破坏水化膜，中和表面的净电荷。破坏水化膜，中和表面的净电荷。有机溶剂沉淀法：有机溶剂沉淀法：乙醇。机理：破坏水化膜。乙醇。机理：破坏水化膜。重金属盐沉淀：重金属盐沉淀：生物碱试剂沉淀法：生物碱试剂沉淀法：蛋白质的颜色反应蛋白质的颜色反应