1、蛋白质的结构与功能 Structure and Function of Protein,主讲教师： 方振伟 副教授,讲解内容,1.蛋白质的分子组成,2.蛋白质的分子结构,3.蛋白质结构与功能的关系,4.蛋白质的理化性质及其纯化,1.蛋白质？,蛋白质：Pr(Protein)是以氨基酸为组成单位的经肽键连接而成的结构复杂的生物高分子。,Protein：A word coined by Jons J. Berzelius in 1838 to emphasize the importance of this class molecules. Derived from the Greek word p
2、roteios,which means“of the first rank.”,“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断地自我更新”。 恩格斯反杜林论蛋白体核酸Pr（结合蛋白质:核蛋白）,2.蛋白体？,含量多：湿重：约占体重的1722% ；干重：约占细胞干重45%,3. 为什么说：蛋白质是生命的物质基础？,种类多：一个大肠杆菌：3000种一个真核细胞：数千种 人体内蛋白质： 10万种 生物界： 约1百亿种,主要表现在：参与构成各种细胞及组织 参与体内的物质代谢、细胞信号的转导及生理功能的调节控制 特殊功能: 催化、运输、储存、凝血与纤溶、识别、免疫等等氧
3、化供能: 17.15kJ/g蛋白质,功能多：,参与物质代谢调控：蛋白激酶A,蛋白激酶C,磷酸化酶a,钙调蛋白,G蛋白,腺苷酸环化酶等。 参与生理功能调控： 多种生长因子，如表皮生长因子等蛋白质类激素，如胰岛素等。 参与基因调控： 组蛋白、非组蛋白、阻遏蛋白、基因激活蛋白等。,调控功能：,血红蛋白： 运输氧 血浆脂蛋白：运输各种脂类 运铁蛋白： 运输铁离子 清 蛋 白： 与多种微溶物质结合形成复合物后运输,2+,运输功能：,雌激素，肾上腺素，雄酮，黄体酮，T3、T4，胆红素，尿酸，抗坏血酸，乙酰胆碱，胆碱酯酶，腺苷，脂肪酸，组胺，金霉素，青霉素，氯霉素，链霉素，巴比妥类，毛地黄皂苷，阿的平，水杨
4、酸，对-氨基水扬酸，磺胺类等等。,主要包括：,1.蛋白质的分子组成,元素组成：Pr分子主要的元素组成是：C、H、O、N、S等。其中N元素的含量相对稳定，约为16%，故每克氮相当于6.25克蛋白质（6.25称为Pr系数）。,应用：微量凯氏定氮法,计算：100克样品中Pr含量每克样 品含氮克数6.25100,举例：用生理盐水稀释血浆50倍，取其1.0ml测得其含氮量为188g,请计算原血浆中Pr的含量（g/L)? 答案：58.75 g/L,凯氏定氮的原理与操作简介：（略）,一、氨基酸(amino acid),组成Pr的基本单位是氨基酸。如将天然的Pr完全水解，最后都可得到约二十种不同的氨基酸。除P
5、ro和Gly外，其余均属于L-氨基酸。,L-AA的结构通式,COOH,H,2,N,C,H,R,H 甘氨酸,CH3 丙氨酸,种类：自然界氨基酸：约300种.,基本知识,1.氨基和羧基的位置: 分为-、-氨基酸等.2.连接在手性碳原子上各原子或基团在空间分布分为L-氨基酸或D-氨基酸.3.氨基的不同, 分为氨基酸和亚氨基酸4.是否有密码：编码和非编码氨基酸,分类与依据：,4.碱性AAHis，Arg，Lys；侧链基团在中性溶液中解离后带正电荷的氨基酸。,5.根据侧链的结构与理化性质分为四类：,1.非极性疏水性AA：Gly，Ala，Val，Leu，Ile，Pro，Phe。,2.极性中性AA：Tyr，C
6、ys，Ser，Thr，Asn、Gln，Met，Trp；,3.酸性AAGlu，Asp；侧链基团在中性溶液中解离后带负电荷的氨基酸。,非极性疏水性氨基酸,甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸,极性中性氨基酸,碱性氨基酸,酸性氨基酸,非编码氨基酸：天然氨基酸的衍生物,如：脯氨酸羟脯氨酸（Pro-Hyp),赖氨酸羟赖氨酸 (Lys-Hyl)，谷氨酸焦谷氨酸 Glu-(Pyro-GLu)半胱氨酸胱氨酸 等,特点：是组成蛋白质的构件；均有各自的遗传密码 ；无种属特异性 。,编码氨基酸（20种）,定义：组成蛋白质的氨基酸称编码氨基酸(标准氨基酸),20种氨基酸的名称及缩写代号,改,介绍一个实用的氨基酸轮 第一军医
7、大学学报1996年第16卷第3期P235,(二）氨基酸的理化性质,氨基酸是一种两性电解质。通过改变溶液的pH可使氨基酸分子的解离状态发生改变。 氨基酸分子所带正、负电荷相等时，溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。,1.两性解离及等电点,pH=pI,pHpI,pHpI,氨基酸的兼性离子,阳离子,阴离子,氨基酸等电点（PI）的计算,中性氨基酸：PI=1/2（pk1+pK2)酸性氨基酸： PI=1/2（pk1+pK3)碱性氨基酸： PI=1/2（pk2+pK3),2.氨基酸的紫外吸收,芳香族氨基酸的紫外吸收,大多数蛋白质均含有Tyr、Trp和Phe残基，因其结构上含有共轭双键苯环，在 280n
8、m处有最大吸收峰。利用紫外分光光度法，可测定蛋白质含量。,570nm吸收峰值的大小与氨基酸释放的氨量成正比，可作为氨基酸定量分析方法。,3.茚三酮反应,氨基酸的用途简介,1.精氨酸：能降低肝脏机能严重障碍所致的高氨血症，对预防和推迟肝昏迷的到来有一定效果； 2.天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。 3.半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于治疗脱发；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等； 4.组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，心功能不全等疾病的治疗。,（一）、在医学上的应用,（二）、食品工业上的应用,1.营养强化剂（复合氨基酸口服液、注射液）； 2.谷氨酸钠味精；
9、3.天冬氨酸钠：可用于清凉饮料，能增加清凉感并使香味浓厚爽口； 4.天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：甜味素APM,二、肽 (peptide),肽链：氨基酸的氨基与羧基经脱水缩合而连接起来形成的长链化合物。一个氨基酸分子的羧基与另一个氨基酸分子的-氨基在适当的条件下经脱水缩合即生成肽。,（一）肽键与肽链：,+,甘氨酰甘氨酸,肽键,四肽的结构,* 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
10、基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。,指出：,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(polypeptide chain):是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。,凡氨基酸残基数目在50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50个以下，且无特定空间结构者称多肽。,*多肽链骨架：NCC NCC NCC,关于肽键和肽键平面,1. 由于C=O双键中的电子云与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。2.与肽键相连的六个原子构成刚性平面结构，称为肽单元或肽键平面。但
11、由于-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。,肽键平面由于肽键具有部分双键的性质，使参与肽键构成的六个原子被束缚在同一平面上，这一平面称为肽键平面或肽单元。,肽的命名：,按参与的AA残基：N端起 酰 酰 酸 按其功能： 如:催产素（9肽）、抗利尿激素（9肽） 按其来源：胰岛素；环状短杆菌肽 按来源加功能：胰高血糖素（23肽）,书写方式,三字母缩写：H Ala cys val OH,一字母缩写：,H A C V OH,中文第一个字： H 丙 半 缬 OH,完全方式：如：牛催产素,（二）生物活性肽：,重要的有：谷胱甘肽、神经肽和肽类激素等。,定义：生物体内具有一定生物
12、学活性的肽类物质称生物活性肽。,1. 谷胱甘肽（GSH）,全称：-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。其巯基可氧化、还原，故有还原型（GSH）与氧化型（GSSG）两种存在形式。,- 羧基,肽键,肽键,GSH过氧化物酶,GSH还原酶,NADPH+H+,NADP+,合成部位：下丘脑 化学本质：三肽（见下页图） 生理功能： a.促进腺垂体分泌促甲状腺素，后者促进甲状腺细胞增生、合成并分泌甲状腺激素b.可促进生乳素、催产素和降压素的分泌c.可影响大脑的机能，如抗抑郁、改变睡眠觉醒和行为,2.促甲状腺素释放激素(TRH),抗菌肽 L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val L-Orn L-Orn L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu短杆菌肽S(环十肽) 细菌分泌的多肽，含有D-Phe和鸟氨酸（Ornithine, 缩写为 Orn）。,-促黑素(-MSH）,分泌：腺垂体 本质：13 肽,生理功能： 能促进皮肤黑色素的合成 在两栖类和某些鱼类还可使黑色素细胞内聚集的黑色素 分散布满细胞及其突起，使皮肤变深。,神经肽：在神经传导过程中起信号转导作用的肽类。脑啡肽、-内啡肽、强啡肽、孤啡肽,3.神经肽,Met-脑啡肽 +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-Leu-脑啡肽H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-,谢谢！,
