生物化学第02章蛋白质化学ppt(浙大版)

目录蛋白质化学第二章StructureandFunctionofProtein目录什么是蛋白质?蛋白质(protein)是由许多氨基酸(aminoacids)通过肽键(peptidebond)相连形成的高分子含氮化合物。目录蛋白质的生物学重要性分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。1.蛋白质是生物体重要组成成分目录作为生物催化剂（酶）代谢调节作用免疫保护作用物质的转运和存储运动与支持作用参与细胞间信息传递2.蛋白质具有重要的生物学功能3.氧化供能目录蛋白质的分子组成TheMolecularComponentofProtein第一节目录组成蛋白质的元素主要有C、H、O、N和S。有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。目录各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，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×6.25×1001/16%蛋白质元素组成的特点三聚氰胺与结石宝宝、皮革奶的由来？目录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）。一、蛋白质的基本组成单位——氨基酸（一）氨基酸的结构通式目录H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H目录非极性脂肪族氨基酸极性中性氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸(二)氨基酸可根据侧链结构和理化性质进行分类极性目录1.侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸亚氨基目录2.侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸（甲硫氨酸）目录3.侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸目录天冬氨酸asparticacidAspD2.97谷氨酸glutamicacidGluE3.22赖氨酸lysineLysK9.74精氨酸arginineArgR10.76组氨酸histidineHisH7.594.酸性氨基酸（两个羧基）5.碱性氨基酸（两个以上氨基）目录目录几种特殊氨基酸•脯氨酸（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2脯氨酸的结构决定它不能参加α-螺旋的形成（见后），而β-转角结构中常有脯氨酸。脯氨酸可羟化成羟脯氨酸。目录半胱氨酸+•胱氨酸二硫键-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3目录20种氨基酸如何记？亚氨基酸（环状）—Pro（脯）含硫氨基酸—Cys（半胱）、Met（蛋）含羟基氨基酸—Tyr（酪）、Ser（丝）、Thr（苏）酸性：Asp（天冬）、Glu（谷）碱性：Lys（赖）、Arg（精）、His（组）甘（Gly）、丙（Ala）、缬（Val）、亮（Leu）、异亮（Ile）、天冬酰胺（Asn）、谷氨酰胺（Gln）三字经芳香族：Tyr（酪）、Phe（苯）、Trp（色）目录营养学上对氨基酸的分类必需氨基酸：非必需氨基酸：动物自身不能合成而必须从食物中获得，缺乏会导致营养不良。人体有8种:甲硫/蛋、色、缬、异亮、亮、苯丙、苏、赖。8种以外“假设借一两本书来”目录修饰氨基酸：蛋白质合成后通过修饰加工生成的氨基酸。没有相应的编码。如：胱氨酸、羟脯氨酸（Hyp）、羟赖氨酸（Hyl）。非生蛋白氨基酸：蛋白质中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鸟氨酸、同型半胱氨酸，是代谢途径中产生的。目录pH=pI+OH-pHpI+H++OH-+H+pHpI兼性离子（三）氨基酸的理化性质1.两性解离两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。等电点(isoelectricpoint,pI)是特定条件下的pH值氨基酸在某一pH的溶液中，解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。CHNH2COOHRCHNH2COOHR阳离子CHCOOHRNH3+CHCOOHRNH3+阴离子CHNH2COO-RCHNH2COO-R目录2.芳香族氨基酸紫外吸收色氨酸、酪氨酸芳香族氨基酸的吸收光谱280nm:多数蛋白含这两种氨基酸残基，测定蛋白溶液280nm光吸收值可快速简便分析蛋白含量。0240250260270280290300310波长(nm)光密度色氨酸酪氨酸苯丙氨酸目录3、氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物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570nm处。由于此吸收峰值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。目录肽键(peptidebond)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。（一）氨基酸通过肽键连接而形成肽(peptide)二、氨基酸在蛋白质分子中的连接方式目录NH2-CH-CHOOH甘氨酸NH2-CH-CHOOH甘氨酸NH-CH-CHOHOOH甘氨酸+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO目录肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽……肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。多肽链(polypeptidechain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。目录H3NCHR1CONHCHR2CONHNCHCOHRnO…肽链的两个末端氨基酸残基肽键N末端C末端牛核糖核酸酶目录（二）体内存在多种重要的生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)目录解毒作用：与毒物或药物结合，消除其毒性作用；参与氧化还原反应：作为重要的还原剂，参与体内多种氧化还原反应；保护巯基酶的活性：使巯基酶的活性基团-SH维持还原状态；维持红细胞膜结构的稳定：消除氧化剂对红细胞膜结构的破坏作用。谷胱甘肽的生理功用：目录•体内许多激素属寡肽或多肽2.多肽类激素及神经肽目录种类较多，生理功能各异。多肽类激素主要见于下丘脑及垂体分泌的激素，如催产素（9肽）、加压素（9肽）、促肾上腺皮质激素（39肽）、促甲状腺素释放激素（3肽）。神经肽主要与神经信号转导作用相关，包括脑啡肽（5肽）、-内啡肽（31肽）、强啡肽（17肽）等。目录三、蛋白质的分类根据蛋白质组成成分:单纯蛋白质结合蛋白质=蛋白质部分+非蛋白质部分根据蛋白质形状:纤维状蛋白质球状蛋白质根据蛋白质的主要功能：活性蛋白质非活性（结构）蛋白质目录蛋白质的分子结构TheMolecularStructureofProtein第二节目录一级结构二级结构三级结构四级结构高级结构/空间构象蛋白质结构的四个层次基础结构目录一、蛋白质的一级结构(primarystructure)•什么是？多肽链中从N→C端氨基酸的排列顺序。•主要的化学键—肽键有些蛋白质还包括二硫键A链和B链从氨基末端到羧基末端氨基酸残基的排列顺序/一级结构这种顺序连接主要是肽键二硫键-S-S-也参与连接牛胰岛素的一级结构NH2甘-异亮-纈-谷-谷酰-半胱-半胱-苏…半胱…半胱-天冬酰-COOH12345678…11…2021A链NH2苯丙-缬-天冬酰-谷酰-组-亮-半胱-甘…半胱-甘-谷-精-甘-12345678…1920212223B链苯丙-苯丙-酪-苏-脯-赖-丙-COOH24252627282930SSSSSSAsnCysSerAlaThrAsnArgAsnSerLysMetMetGlnSerSerAlaSerThrSerSerAspMetHisGluArgGluPheLysAlaAlaAlaThrGluLysThrLysAspArgLysProValAsnLeuThrValHisGluSerLeuAlaAspValGlnGlnValValSerLysAlaArgGluGlySerSerLysThrProAsnGlyAlaAlaAlaTyrTyrAlaTyrThrThrGlnAsnLysLysHisIleIleSerAspPheHisValProValValValTyrProAsnGlyGluAspIleSerMetThrThrTyrTyrSerSerGlnAlaAsnAsnLysAsnGlnThrCysCysCysCysCysCysCysH3NCOO4090100110120124201508010706030牛核糖核酸酶一级结构注意：氨基酸序列肽链两端肽键外的二硫键目录二、蛋白质的二级结构(secondarystructure)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，不涉及氨基酸残基侧链的构象。(关键词:主链、肽段、局部)•什么是？•二级结构的主要化学键—氢键•二级结构的基本单位—肽单元目录（一）二级结构的基础—肽单元(peptideunit)对肽单元的说明：肽单元/肽键平面/酰胺平面HHHONR2R1Cα1Cα2Co0.132nm肽键C1和C2为反式(trans)构型,O和H也是反式构型。肽键键长0.132nm＜0.149nm0.127nm＜部分双键性质,不能自由旋转。C1、C、O、N、H、C26个原子在同一平面,称为肽键平面。目录相邻2肽单元（肽键平面）的相对空间位置Cα1OHNCoψ酰胺平面-1OHNCoCα3Cα2RHCα与羰基Co和N相连的单键能自由旋转，角度为ψ、,该旋转角度决定了相邻2肽单元的相对空间位置。目录（二）蛋白质二级结构的主要形式•-螺旋(-helix)•-折叠(-pleatedsheet)•-转角(-turn)•无规卷曲(randomcoil)目录①外观：右手螺旋（顺）。-螺旋结构要点：1、-螺旋(-helix)α-helix结构模式图1氢键的形成R基团的位置CORRHHHHCCCCHRCCNCONHNCHOHHCNCRORNCCRRHOH螺旋假象轴螺距0.54nm3.6个残基CNα-helix结构模式图2②螺距：3.6个氨基酸、0.54nm。③维持因素：氢键。④R基团的位置：螺旋外侧，R基团影响-螺旋的形成。⑴酸性或碱性AA集中的区域（同种电荷的相斥）；⑵脯氨酸存在不利于α-螺旋形成（Cα形成五元环）；⑶极大的R－侧链基团集中处不利于α-螺旋形成（空间位阻效应）。影响α-螺旋稳定的因素：目录①肽段折纸状、锯齿状，相对伸展。-折叠结构要点：2、-折叠(-pleatedsheet)侧面观-折叠模式图2代表侧链R基团代表肽键平面上的原子-折叠结构模式图1CNCN0.70nm注：顺向平行、氢键形成、肽链间距及侧链R基团位置②几个肽段顺向平行、反向平行0.70nm。③维持因素：氢键。④R基团的位置：锯齿的上下方。目录3.-转角①②③④-转角常出现在肽链呈180°回折处，多由4个氨基酸残基组成，第1个氨基酸的羰基氧与第4个氨基酸残基的氨基氢形成氢键。-转角的第2个氨基酸多为脯氨酸。目录4.无规卷曲无规卷曲是指没有确定规律性的那部分肽链结构。目录模体（motif）[超二级结构]在许多蛋白质分子中，二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，被称为模体。Ca2+NCα-螺旋α-螺旋环HisHisCCysZn2+NCys钙结合蛋白中结合钙离子的模体锌指结构模体举例：目录三、蛋白质的三级结构(tertiarystructure)疏水键、离子键、氢键、VanderWaals力、二硫键等。整条肽链全部氨基酸