生物化学课件

目录生物化学课件(供临床医学专业使用)目录蛋白质的结构与功能第一章StructureandFunctionofProtein目录一、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。概述目录二、蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物体重要组成成分分布广：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％。目录1）作为生物催化剂（酶）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第一节目录一、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目录二、蛋白质的基本单位-氨基酸(一)氨基酸的结构(通式)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(20-22)，且均属L-氨基酸（甘氨酸除外）如图示。目录H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H目录CHCOOHRR:H甘AA;R:CH3丙AAR:CH-OH苏AACH3H2N目录1.非极性側链氨基酸2.非电离极性側链氨基酸3.酸性氨基酸4.碱性氨基酸(二）氨基酸的分类*20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:目录甘氨酸glycineGlyG5.97丙氨酸alanineAlaA6.00缬氨酸valineValV5.96亮氨酸leucineLeuL5.98异亮氨酸isoleucineIleI6.02苯丙氨酸phenylalaninePheF5.48脯氨酸prolineProP6.301.非极性側链氨基酸目录目录色氨酸tryptophanTryW5.89丝氨酸serineSerS5.68酪氨酸tyrosineTryY5.66半胱氨酸cysteineCysC5.07蛋氨酸methionineMetM5.74天冬酰胺asparagineAsnN5.41谷氨酰胺glutamineGlnQ5.65苏氨酸threonineThrT5.602.非电离极性側链氨基酸目录目录天冬氨酸asparticacidAspD2.97谷氨酸glutamicacidGluE3.22赖氨酸lysineLysK9.74精氨酸arginineArgR10.76组氨酸histidineHisH7.593.酸性氨基酸4.碱性氨基酸目录目录几种特殊氨基酸•脯氨酸（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2目录-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3半胱氨酸+胱氨酸二硫键-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3目录*以肽键相连接,肽键(peptidebond)是由一个氨基酸的-羧基上的羟基与另一个氨基酸的-氨基上的氢原子脱水缩合而形成的化学键,如图示:三.氨基酸在蛋白质中的连接方式目录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H2NCCOHR1HNHCCOOHR2CNOHOH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)。目录N末端：多肽链中有自由氨基的一端C末端：多肽链中有自由羧基的一端多肽链有两端*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N末端C末端牛核糖核酸酶目录.几种生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)目录GSH过氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSGGSH还原酶NADPH+H+NADP+目录•体内许多激素属寡肽或多肽•神经肽(neuropeptide)2.多肽类激素及活性肽目录抗利尿素与催产素(9肽)、胰高血糖素（29肽）、脑啡肽（5肽）、降钙素（32肽）、ACTH（39肽）、胰岛素（51肽）肌肽（2肽）、P物质（10肽、属神经肽类）、β内啡肽（31肽）目录蛋白质的分子结构TheMolecularStructureofProtein第二节目录蛋白质的分子结构包括一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)高级结构目录.概念：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.主要的化学键(主键)肽键，有些蛋白质还包括二硫键。方向:NC;或NH2末端羧基末端.提示：一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。它由遗传密码决定,其上有酶切位点,一级结构可测定,并不同种属间有同源性.目录目录二、蛋白质的空间结构指蛋白质分子空间的三维结构,即立体,空间的构象，在蛋白质分子中各元素围绕某些化学键进行旋转,从而形成各种空间排布及相互关系(一).蛋白质的二级结构1.肽键平面(肽单元,肽平面,酰胺平面)是蛋白质的基本结构单位.如图:目录参与肽键的6个原子C1、、C、O、N、H、C2位于同一平面，，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元(peptideunit)。肽键平面—形成二级结构的基础目录有关对肽键平面的描述？目录2.二级结构的概念与基本形式A.概念:一条多肽链中局部原子的空间排佈B.二级结构的基本形式（1）-螺旋(-helix)（2）-折叠(-pleatedsheet)（3）-转角(-turn)（4）不规则卷曲(randomcoil)目录（1）、α螺旋特点①、②、③、④（2）、β折叠特点①、②、③（3）、β转角（4）、无规则卷曲-螺旋目录目录目录RRRRRRRRR目录-折叠目录-折叠目录NCNCNCNC维系力:链内或链间氢键目录NC目录-转角-转角目录转角,含4个AA,3个肽键平面?目录β-转角①180°的转角部位②由4个氨基酸残基构成③由第一个残基的羰基氧（O）与第四个残基的氨基氢（H）可形成氢键④多含脯氨酸和甘氨酸目录不规则卷曲环或卷曲结构：无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。相对没有规律性的排布，但是其同样表现重要生物学功用。C.二级结构的维系力:氢键目录.模体在许多蛋白质分子中，可发现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(motif)。目录钙结合蛋白中结合钙离子的模体锌指结构目录NCNC目录.氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋或β-折叠，它就会出现相应的二级结构。目录(二)、蛋白质的三级结构氢键、离子键、疏水键、VanderWaals力等。2.主要的化学键（维系力）一条多肽链中全部氨基酸残基(全部元素)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。包括主链，側链的全部内容1.概念为非共价键，次级键（盐键）目录目录•肌红蛋白(Mb)肌红蛋白为单肽链蛋白质，含153个氨基酸残基，它含有8个α螺旋区，依次称为A到H螺旋，并含有β转角及环-卷曲等二级结构。目录2.维系力亚基之间的结合力有疏水作用，VanderWaals力以及氢键和离子键,还有二硫键。（三）蛋白质的四级结构(或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相互作用，称为蛋白质的四级结构。)1.概念有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的四级结构.而每条多肽链被称为亚基(subunit)。目录.蛋白质的四级结构具有四级结构蛋白质目录review目录Summary目录三、蛋白质结构与功能的关系(一)、蛋白质的一级结构与功能的关系(二)、蛋白质的空间结构与功能的关系目录.一级结构是空间构象的基础(一)、蛋白质一级结构与功能的关系牛核糖核酸酶的一级结构二硫键目录.一级结构与功能的关系例：镰刀形红细胞贫血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽链HbAβ肽链N-val·his·leu·thr·pro·val·glu·····C(146)这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。（谷AA）（颉AA）目录SSSSSSNNA链、21AAB链、30AA胰岛素A5A6A10B30人ThrSerIleThr猪ThrSerIleAla目录.肌红蛋白与血红蛋白的结构(二)、蛋白质空间结构与功能的关系目录目录Hb与Mb一样能可逆地与O2结合，Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度）随O2浓度变化而改变。.血红蛋白的构象变化与结合氧目录肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线目录*协同效应(cooperativity)一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。如果是促进作用则称为正协同效应(positivecooperativity)如果是抑制作用则称为负协同效应(negativecooperativity)目录目录O2血红素与氧结合后，铁原子半径变小，就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链位置的变动。目录变构效应(allostericeffect)蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为变构效应。目录天然状态，有催化活性尿素、β-巯基乙醇去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性目录.蛋白质构象改变与疾病蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。目录蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。目录疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的PrP富含α-螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β-折叠的PrPsc，从而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折叠正常疯牛病目录第三节蛋白质的理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein目录蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，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。*蛋白质的等电点(isoelectricpoint,pI)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、蛋白质两性解离和等电点目录PrCOOHNH3+OH-H+PrNH3+COO_OH-PrH+NH2COO-正离子pH＜pI两性离子pH﹦pI负离子pH＞pI目录蛋白质