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01 蛋白质的结构与功能.ppt

01 蛋白质的结构与功能.ppt

上传者: jjkk 2011-07-14 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《01 蛋白质的结构与功能ppt》,可适用于自然科学领域,主题内容包含蛋白质的结构与功能StructureandFunctionofProtein第章蛋白质的结构与功能ChapterStructureandFuncti符等。

蛋白质的结构与功能StructureandFunctionofProtein第章蛋白质的结构与功能ChapterStructureandFunctionofProtein重点与难点:氨基酸的分类肽键和肽蛋白质一、二、三、四结构的概念和维持这些结构的化学键蛋白质两性解离、等电点及变性与沉淀蛋白质一级结构与功能的关系血红蛋白的变构现象一、什么是蛋白质一、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。Protein:Amacromoleculecomposedofoneormorepolypeptidechains Eachpolypeptidechainshasacharacteristicsequenceofaminoacidslinkedbypeptidebonds Themolarmassisusuallyabove,二、蛋白质的生物学重要性二、蛋白质的生物学重要性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%某些组织含量更高例如脾、肺及横纹肌等高达%。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蛋白质具有重要的生物学功能氧化供能内蒙古先后发现两块肉样的软物太岁是生物吗?蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点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:蛋白质分子中主要的元素组成是:C、H、O、N、S等。各种蛋白质的含氮量很接近平均为%。克样品中蛋白质的含量(g)=每克样品含氮克数第一节蛋白质的分子组成一、组成人体蛋白质的种氨基酸均属于L氨基酸一、组成人体蛋白质的种氨基酸均属于L氨基酸aminoacid:Anorganicacidwithanαcarbonatomlinkedtoacarboxylicacid,anaminogroup,ahydrogenatom,andasidechain(theRgroup)Twentydifferentaminoacidsarethebuildingblocksofproteins存在自然界中的氨基酸有余种但组成人体蛋白质的氨基酸仅有种且均属于Lα氨基酸(除脯氨酸和甘氨酸外)。这种氨基酸都有各自的遗传密码。CNHCOOHL型和D型的由来甘油醛的旋光性L型和D型的由来甘油醛的旋光性左旋甘油醛的构型右旋甘油醛的构型按原子序数法确定了L型和D型氨基酸但现在L和D已经不代表氨基酸的旋光性只代表氨基酸的绝对构型。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(一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸(二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸(三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸rpyr(四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸(五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸几种特殊氨基酸脯氨酸(亚氨基酸)在体内一些特殊蛋白质分子中还含有其它氨基酸如胱氨酸、胶原蛋白中的羟脯氨酸及羟赖氨酸等它们都是在蛋白质生物合成之后相应的氨基酸残基被修饰形成的。甘氨酸无旋光性半胱氨酸胱氨酸三、种氨基酸具有共同或特异的理化性质两性解离及等电点氨基酸是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)在某一pH的溶液中氨基酸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。(一)氨基酸具有两性解离的性质pH=pIpH>pIpH<pI氨基酸的兼性离子阳离子阴离子(二)含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在nm附近。大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基所以测定蛋白质溶液nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收(三)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nm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。四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链肽键(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。peptidebond:AcovalentlinkageformedbetweentheαcarboxylgroupofoneaminoacidandtheαaminogroupofanotherAlsoknownasanamidebond(一)氨基酸通过肽键连接而形成肽(peptide)甘氨酰甘氨酸肽键肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。peptide:Twoormoreaminoacidscovalentlyjoinedbypeptidebonds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)。N末端:多肽链中有游离α氨基的一端C末端:多肽链中有游离α羧基的一端carboxylterminalresidue:Theaminoacidresidueinapolypeptidechainwithafreecarboxylgroup多肽链有两端:polypeptide:Alongchainofaminoacidslinkedbypeptidebondsthemolecularweightisgenerallylessthan,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。N末端C末端牛核糖核酸酶 通常将氨基酸残基数目在个以上且具有特定空间结构的肽称蛋白质凡氨基酸残基数目在个以下且无特定空间结构者称多肽。(二)体内存在多种重要的生物活性肽(二)体内存在多种重要的生物活性肽生物体内具有一定生物学活性的肽类物质称生物活性肽。重要的有谷胱甘肽、神经肽、肽类激素等。谷胱甘肽(glutathione,GSH)GSH过氧化物酶GSH还原酶NADPHHNADPGSH与GSSG间的转换谷胱甘肽的生理功用: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:作为体内重要的还原剂保护巯基酶的活性: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。蛋白质的分子结构TheMolecularStructureofProtein蛋白质的分子结构TheMolecularStructureofProtein第二节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)蛋白质的一、二、三、四级结构是人为划分的。蛋白质的高级结构属于空间结构即构象(conformation)构象是由于有机分子中单键的旋转所形成的。蛋白质的构象通常由非共价键(次级键)来维系。ConfigurationThespatialarrangementinwhichatomsarecovalentlylinkedinamoleculeConformationThespatialarrangementofatomsinaproteiniscalleditsconformationThethreedimensionalarrangementadoptedbyamolecule,usuallyacomplexmacromoleculeMoleculeswiththesameconfigurationcanhavemorethanoneconformation蛋白质一级结构研究蛋白质一级结构研究FrederickSangerUnitedKingdom()TheNobelPrizeinChemistryforhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulin(胰岛素)定义:蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N端至C端的氨基酸排列顺序。primarystructure:Inapolymer,thesequenceofaminoacidsandanyinterchainandintrachaindisulfidebondsofaproteinThissequenceisspecifiedbygeneticinformation一、氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构维系蛋白质一级结构的主要化学键为肽键有些蛋白质还包含二硫键。一级结构是蛋白质最基本的结构它是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。胰岛素(Insulin)由个氨基酸残基组成分为A、B两条链。A链个氨基酸残基B链个氨基酸残基。测定蛋白质的一级结构的主要意义:一级结构是研究高级结构的基础。可以从分子水平阐明蛋白质的结构与功能的关系。可以为生物进化理论提供依据可以为人工合成蛋白质提供参考顺序。一级数据库直接来源于实验获得的原始数据只经过简单的归类、整理和注释。一级核酸数据库:GenBank数据库、EMBL数据库、DDBJ数据库一级蛋白质序列数据库:SWISSPROT库、PIR库一级蛋白质结构数据库:PDB数据库二级数据库在一级数据库、实验数据和理论分析的基础上针对不同的研究内容和需要对生物学知识和信息的进一步整理得到的数据库。人类基因组图谱库GDB、转录因子和结合位点库TRANSFAC、蛋白质序列功能位点数据库Prosite等。二、多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构主要的化学键:氢键(一)参与肽键形成的个原子在同一平面上参与肽键的个原子C、C、O、N、H、C位于同一平面C和C在平面上所处的位置为反式(trans)构型此同一平面上的个原子构成了所谓的肽单元(peptideunit)。peptideunit:Thesixatomsofthepeptidegroup(C、C、O、N、H、C)lieinasingleplane,withtheoxygenatomofthecarbonylgroupandthehydrogenatomoftheamidenitrogentranstoeachotherThepeptideCONbondsareunabletorotatefreelybecauseoftheirpartialdoublebondcharacterRotationispermittedabouttheNOCandtheCOCbonds由于C=O双键中的π电子云与N原子上的未共用电子对发生“电子共振”使肽键具有部分双键的性质不能自由旋转。Cα和Cα在平面上所处的位置为反式(trans)构型由于α碳原子与其他原子之间均形成单键因此两相邻的肽键平面可以作相对旋转。多肽链可以看成由Cα串联起来的无数个酰胺平面组成螺旋(helix)折叠(pleatedsheet)转角(turn)无规卷曲(randomcoil)(二)α螺旋结构是常见的蛋白质二级结构蛋白质二级结构α螺旋(α-helix)是多个肽键平面通过α-碳原子旋转相互之间紧密盘曲成稳固的右手螺旋的构象形式。αhelix:Ahelicalconformationofapolypeptidechain,usuallyrighthanded,withmaximalintrachainhydrogenbondingoneofthemostcommonsecondarystructuresinproteinsLinusCarlPauling()USATheNobelPrizeinChemistryα螺旋(α-helix)是多个肽键平面通过α-碳原子旋转相互之间紧密盘曲成稳固的右手螺旋的构象形式。Pauling和Corey于年提出。螺旋左手螺旋右手螺旋结构要点:)右手螺旋螺旋的每圈有个氨基酸残基螺旋间距离为nm每个残基沿轴旋转。)每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基酸氨基上的氢形成氢键(hydrogenbond)氢键的走向平行于螺旋轴所有肽键都能参与链内氢键的形成。(ns))R侧链基团伸向螺旋的外侧。)Pro的N上缺少H不能形成氢键经常出现在α螺旋的端头它改变多肽链的方向并终止螺旋。极大的R侧链基团(存在空间位阻)连续存在的R侧链带有相同电荷的R侧链(同种电荷的互斥效应)纤维状蛋白质β折叠(βpleatedsheet)是由若干肽段或肽链排列起来所形成的相当伸展的片层构象。Betasheet:AsheetlikestructureformedbytheinteractionbetweentwoormoreextendedpolypeptidechainsItistheextendedßconformation结构特征为:由若干条肽段或肽链平行或反平行排列组成片状结构主链骨架伸展呈锯齿状氨基酸残基的R侧链伸出在锯齿的上方或下方。借相邻主链之间的氢键维系。(三)折叠使多肽链形成片层结构β折迭包括平行式和反平行式两种类型蚕丝的丝心蛋白二级结构折叠。α螺旋与β折迭的比较 无规卷曲(randomcoil):无规卷曲(randomcoil):无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构(构象)。β转角(βturn)是多肽链回折部分所形成的一种二级结构。Theturn,whichmakesatightdegreeturn,involvesfouraminoacidsThefirstaminoacidishydrogenbondedtothefourthturnoccurprimarilyatproteinsurfacesandoftencontainprolineorglycine(四)转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在β转角的结构特征:主链骨架本身以大约回折回折部分通常由四个氨基酸残基构成第二个残基常为脯氨酸。构象依靠第一残基的CO基与第四残基的NH基形成氢键来维系。RNase的分子结构α螺旋β折迭β转角无规卷曲(五)模体是具有特殊功能的超二级结构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有规则的二级结构组合被称为超二级结构。二级结构组合形式有种:ααβαβββ。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称为模体(motif)。模体是具有特殊功能的超二级结构。钙结合蛋白中结合钙离子的模体锌指结构α螺旋β转角(或环)α螺旋模体链β转角链模体链β转角α螺旋β转角链模体模体常见的形式(六)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。如谷氨酸、丙氨酸是最强的螺旋形成残基而缬氨酸、异亮氨酸则是最强的折叠形成残基,Pro和Gly主要分布在转角中。因此可以根据每种氨基酸残基形成二级结构的倾向性或者统计规律进行二级结构预测。例如:肽链Ala(A)Glu(E)Leu(L)Met(M)倾向于形成螺旋而肽链Pro(P)Gly(G)Tyr(Y)Ser(S)则不会形成螺旋。三、在二级结构基础上多肽链进一步折叠形成蛋白质三级结构三、在二级结构基础上多肽链进一步折叠形成蛋白质三级结构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:Tertiarystructure:Theoverallthreedimensionalconformationofaproteininitsnativefoldedstate(一)三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置肌红蛋白(Mb)蛋白质三级结构的特点蛋白质三级结构的特点外形呈球状或纤维状球状蛋白质形成疏水区(分子内部)和亲水区(分子表面)维系三级结构的化学键主要是R之间的次级键可表现生物学活性并形成结构域(domain)是含单一肽链蛋白质的最高结构形式所有蛋白质都具有三级结构(二)结构域是三级结构层次上的局部折叠区分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密的区域并各行其功能称为结构域(domain)。结构域是蛋白质分子上的一个功能单位亦可称为功能域。重要性:()蛋白质的功能单位二级与三级结构的重要中间层次。()由该蛋白质相应基因的DNA链上的不同外显子编码。(三)分子伴侣参与蛋白质折叠分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开如此重复进行可防止错误的聚集发生使肽链正确折叠。分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合使之解聚后再诱导其正确折叠。分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用Themolecularchaperonesarelarge,multisubunitproteinsthatacceleratethefoldingprocessbyprovidingaprotectedenvironmentwherepolypeptidesfoldintonativeconformationsandformquaternarystructures亚基之间的结合主要是氢键和离子键。四、含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构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。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亚基(subunit)。维系蛋白质四级结构的是氢键、盐键、范氏引力、疏水键等非共价键。并非所有蛋白质分子均具有四级结构含单一肽链的蛋白质最高结构形式是三级结构。quaternarystructure:Inproteinscontainingmorethanonepolypeptidechain,thespatialarrangementsofthosechains(subunits)andthenatureofcontactsamongthemsubunit:Theindependentlythreedimensionalstructureinaproteinwithquaternarystructure由个亚基组成的蛋白质四级结构中若亚基分子结构相同称之为同二聚体(homodimer)若亚基分子结构不同则称之为异二聚体(heterodimer)。血红蛋白的四级结构蛋白质四级结构特点:()亚基单独存在时无生物活性或活性很小只有通过亚基相互聚合成四级结构时蛋白质才具有完整的生物活性。()有多个亚基()稳定性主要靠亚基间的疏水键相互作用维持盐键、氢键、范德华力等次级键也有不同程度的作用。()构成更大分子的聚合体。蛋白质结构层次小结蛋白质结构层次小结一级结构(肽链结构指多肽链中的氨基酸排列顺序)二级结构(多肽链主链骨架盘绕折叠形成的有规律性的结构)超二级结构(模体相邻二级结构的聚集体)结构域(在空间上可明显区分的相对独立的区域性结构)三级结构(蛋白质中所有原子在空间的相对位置)四级结构(亚基聚合体)维持蛋白质结构和空间构象的作用力维持蛋白质结构和空间构象的作用力作用力破坏因子肽键:维持Pr一级结构强酸、强碱、酶二硫键:稳定二、三级结构还原剂和氧化剂配位键:与金属离子的结合螯合剂(EDTA)氢键:α螺旋β折叠尿素盐酸胍疏水作用:形成球蛋白的核心去垢剂有机溶剂范德华力(VanderWaalsforce):稳定紧密堆积的基团和原子离子键:稳定三、四级结构酸、碱五、蛋白质的分类五、蛋白质的分类根据蛋白质组成成分:根据蛋白质形状:六、蛋白质组学(一)蛋白质组学基本概念蛋白质组是指一种细胞或一种生物所表达的全部蛋白质即“一种基因组所表达的全套蛋白质”。(二)蛋白质组学研究技术平台蛋白质组学是高通量高效率的研究:双向电泳分离样品蛋白质蛋白质点的定位、切取蛋白质点的质谱分析(三)蛋白质组学研究的科学意义蛋白质结构与功能的关系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三节(一)一级结构是空间构象的基础一、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础一级结构是基础高级结构是关键一级结构是基础高级结构是关键DNA的碱基排列顺序蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序蛋白质的空间构象蛋白质的功能(二)一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能(三)氨基酸序列提供重要的生物化学信息(三)氨基酸序列提供重要的生物化学信息一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素(cytochromeC)比较它们的一级结构可以帮助了解物种进化间的关系。镰刀状红细胞贫血:由于基因突变导致血红蛋白β链第六位氨基酸残基由谷氨酸改变为缬氨酸血红蛋白的亲水性明显下降从而发生聚集使红细胞变为镰刀状。这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病称为“分子病”。(四)重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病β链HbAValHisLeuThrProGluLys…HbSValHisLeuThrProValLys…Val取代GluOO蛋白质一级结构与功能的关系小结:、一级结构不同空间结构各异功能不同、一级结构相似空间结构相近功能相同、一级结构中非关键部位氨基酸残基发生变化不影响生物活性。、一级结构中关键部位氨基酸残基发生变化可导致功能变化。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二、蛋白质的功能依赖特定空间结构肌红蛋白血红蛋白含有血红素辅基肌红蛋白(myoglubinMb)是一个只有三级结构的单链蛋白质血红蛋白(hemoglubinHb)是具有个亚基组成的四级结构的球状蛋白。(一)血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似Hb与Mb一样能可逆地与O结合Hb与O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O浓度变化而改变。当血红蛋白的一个α亚基与氧分子结合以后可引起其他亚基的构象发生改变对氧的亲和力增加从而导致整个分子的氧结合力迅速增高使血红蛋白的氧饱和曲线呈“S”形。(二)血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合Hb和Mb的氧解离曲线不同前者为S状曲线后者为直角双曲线。Hb与结合存在变构效应。血红蛋白的变构血红蛋白的变构BindingaligandtoaspecificsiteinaproteintriggersaconformationalchangethataltersitsaffinityforotherligandsLigandinducedconformationalchangesinsuchproteinsarecalledallostericeffect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。这是因为未结合时Hb的结构较为紧密称为紧张态(tensestateT态)T态Hb与的亲和力小。随着的结合个亚基羧基末端之间的盐键断裂其结构显得相对松弛称为松弛态(relaxedstateR态)R态Hb与的亲和力大。T态和R态可相互转换如T态转变成R态是逐个结合而完成的。反之氧合Hb的亚基逐个脱氧就从R态转变成T态。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。  波耳效应及其生理意义血红蛋白上有CO和BPG结合部位因此血红蛋白还能运输CO。波耳效应(Bohreffect):增加CO的浓度、降低pH能显著降低血红蛋白对O的亲和力促进O的释放导致Hb的氧解离曲线右移。反之高浓度的O也能促使血红蛋白释放H和CO。Bohreffect:increaseintheconcentrationofHandPcoreducesoxygenaffinitytohemoglobin}pCO}pCO曲线右移BPG的别构效应BPG(,二磷酸甘油酸)通过与它的两个β亚基形成盐键稳定了血红蛋白的脱氧态的构象因而降低脱氧血红蛋白的氧亲和力。 无BPG时P=torrBPG=mM时P=torrBPG进一步提高了血红蛋白的输氧效率。在肺部PO超过torr因此即使没有BPG血红蛋白也能被饱和在组织中PO低BPG降低血红蛋白的氧亲和力加大血红蛋白的卸氧量。()高山适应和肺气肿的生理补偿变化BPG升高。()血库储血时加入肌苷和BPG。协同效应(cooperativity)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)第一个亚基与结合以后促进第二及第三个亚基与的结合当前三个亚基与结合后又大大促进第四个亚基与结合这种现象又称为正协同效应。(三)蛋白质构象改变可引起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。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。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。疯牛病中的蛋白质构象改变MadCowDiseaseandprion第四节蛋白质的理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein一、蛋白质具有两性电离的性质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。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。蛋白质的等电点(isoelectricpoint,pI)阳离子pH<pI阴离子pH>pI兼性离子pH=pI蛋白质溶液的pH大于等电点时该蛋白质颗粒带负电荷反之则带正电荷。二、蛋白质具有胶体性质蛋白质属于生物大分子之一分子量可自万至万之巨其分子的直径可达~nm为胶粒范围之内。颗粒表面电荷水化膜蛋白质胶体稳定的因素:水化膜--------带负电荷的蛋白质溶液中蛋白质的聚沉三、蛋白质空间结构破坏而引起变性在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被破坏也即有序的空间结构变成无序的空间结构从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。蛋白质的变性(denaturation)应用举例:临床医学上变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外,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。造成变性的因素: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。变性蛋白质的性质改变:物理性质:旋光性改变溶解度下降沉降率升高粘度升高光吸收度增加等化学性质:官能团反应性增加易被蛋白酶水解。生物学性质:原有生物学活性丧失抗原性改变。isoelectricpointofprotein:ThepHatwhichaproteinsolutehasnonetelectricchargeandthusdoesnotmoveinanelectricfielddenaturationofprotein:Manyphysicalandchemicalreagents(ureaorSDS,etc)thatbreaknoncovalentbondsdisruptsecondary,tertiary,andquaternarystructureofproteinwithattendantlossofbiologicactivity蛋白质变性的可逆性:蛋白质在体外变性后绝大多数情况下是不能复性的如变性程度浅蛋白质分子的构象未被严重破坏或者蛋白质具有特殊的分子结构并经特殊处理则可以复性。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(renaturation)。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。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。变性的蛋白质不一定沉淀沉淀的蛋白质不一定都是变性的,只有凝固的蛋白质一定发生变性并沉淀。蛋白质沉淀蛋白质的凝固作用(proteincoagulation)沉淀蛋白质的方法有:盐析法:在蛋白质溶液中加入大量中性盐以破坏蛋白质的胶体性质使蛋白质从溶液中沉淀析出称为盐析。常用的中性盐有:硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等。盐析时溶液的pH在蛋白质的等电点处效果最好。盐析沉淀蛋白质时通常不会引起蛋白质的变性。蛋白质胶体颗粒的沉淀(沉淀)(疏水胶体)(疏水胶体)丙酮沉淀法原理:破坏亲水胶体的两个稳定因素。沉淀条件:~倍于蛋白质体积的丙酮沉淀后立即分离。低温有机溶剂沉淀法,重金属盐沉淀法有机酸沉淀蛋白质等方法四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸因此在nm波长处有特征性吸收峰。蛋白质的OD与其浓度呈正比关系因此可作蛋白质定量测定。蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。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或红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、应用蛋白质呈色反应可测定蛋白质溶液含量茚三酮反应(ninhydrinreaction)双缩脲反应(biuretreaction)第五节蛋白质的分离纯化与结构分析TheSeparationandPurificationandStructureAnalysisofProtein蛋白质分离和纯化的常用技术蛋白质分离和纯化的常用技术(一)丙酮沉淀及盐析(二)电泳(三)透析(四)层析(五)分子筛(六)超速离心将两套不同肽段的氨基酸顺序进行比较以获得完整的蛋白质分子的氨基酸顺序。复习题名词解释:肽单元、变(别)构效应、蛋白质的变性、pI、蛋白质的一、二、三、四级结构蛋白质的基本组成单位是什么?有多少种?按侧链的结构和功能不同可分为几类?各包括哪些氨基酸?蛋白质的二级结构有几种?各有何特征由什么化学键维持?什么是蛋白质变性?变性因素有哪些?变性本质是什么?变性后有什么改变?何谓蛋白质的等电点?当pH>pI时蛋白质带何种电荷?当pH<pI时蛋白质带何种电荷?维持蛋白质三四级结构的化学键有哪些?哪种最重要?简述谷胱甘肽的结构特点和生物学功能?

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