生物化学第一章蛋白质的结构与功能.ppt

蛋白质的结构与功能 Protein —— 来自希腊字母，意思是“头等重要的，原始的” 蛋白质 —— 来源于对蛋清（清蛋白）的研究 大事记： 1951年 Pauling采用X（射）线晶体衍射发现了蛋白质的二级结构——α-螺旋(α-helix)。 1953年 Frederick Sanger完成胰岛素一级序列测定。 1962年 John Kendrew 和 Max Perutz确定了血红蛋白的四级结构。 20世纪90年代以后 后基因组计划。 一、什么是蛋白质? 蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。 蛋 白 质 的 分 子 组 成The Molecular Component of Protein ? 组成蛋白质的元素 ? 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： 一、氨基酸 —— 组成蛋白质的基本单位 存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的基本氨基酸仅有20种 另外： 1、蛋白质中的很多氨基酸是经过加工修 饰的——修饰氨基酸 如：脯氨酸 羟基化 成 羟脯氨酸 赖氨酸 羟基化 成 羟赖氨酸 2、半胱氨酸Cys常以胱氨酸的形式存在 二、肽 （二） 几种生物活性肽 1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH) 三、蛋白质的分类 蛋白质的分子结构The Molecular Structure of Protein 蛋白质是由许多氨基酸单位通过肽键连接起来的，具有特定分子结构的高分子化合物。 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 三级结构是蛋白质结构的基础 对于单一多肽链的蛋白质，三级结构是它的最高级结构，只有具有完整的三级结构，才具有全部的生物学功能 （二）血红蛋白的构象变化与结合氧 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。 * 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 (positive cooperativity) 如果是抑制作用则称为负协同效应 (negative cooperativity) 变性蛋白质的性质改变： ① 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； ② 化学性质：官能团反应性增加，易被蛋白酶水解。 ③ 生物学性质：原有生物学活性丧失，抗原性改变。 （三）蛋白质的变性、沉淀和凝固 * 蛋白质的变性(denaturation) 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。 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 。 变性的本质 —— 破坏非共价键和二硫键，不改变蛋 白质的一级结构。 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。 （二）结构域 大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为结构域(domain) 。 （三）分子伴侣(chaperon) 分子伴侣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. * 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。 * 可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。 * 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 五、蛋白质的四级结构 亚基(subunit) 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 。 胰岛素受体：由4个亚基组成(α2β2) ，α亚基与β亚基形成单体(monomer)，2个单体形成二聚体(dimer)。 亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。 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。 血红蛋白的四级结构 血红蛋白的四个亚基紧密结合，亚基之间的维系键是亚基之间的8 个盐键