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1. 一 级 结 构( 线 性 结 构)

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1. 一 级 结 构( 线 性 结 构) - PowerPoint PPT Presentation


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首 N 端( “ H”) 末 C 端( “ OH”) 其 中 的 氨 基 酸 称 氨 基 酸 残 基 ( — NH—CO—) R. 1. 一 级 结 构( 线 性 结 构). 蛋 白 质 的 一 级 结 构 ( primary structure) 指 它 的 氨 基 酸 序 列 。. 我国1965年在世界上第一个用化学方法人工合成的蛋白质就是这种牛胰岛素。. H 2. 二 硫 键.

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首N 端( “H”) 末C 端(“OH”)

其 中 的 氨 基 酸 称氨 基 酸 残 基(—NH—CO—)

R

1.一 级 结 构( 线 性 结 构)
  • 蛋 白 质 的 一 级 结 构 (primary structure) 指 它 的 氨 基 酸 序 列 。
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我国1965年在世界上第一个用化学方法人工合成的蛋白质就是这种牛胰岛素。我国1965年在世界上第一个用化学方法人工合成的蛋白质就是这种牛胰岛素。

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H2

  • 二 硫 键

二 硫 键

半 胱 氨 酸

半 胱 氨 酸

胱 氨 酸

-SH巯基

  • 价 键 牢 固, 稳 定 蛋 白 质 结 构

提问:

维持蛋白质一级结构的作用力是?键。

答 案: 肽 键、二硫键

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n

多肽链

氨基酸残基

2. 空 间 结 构( 又 称构 象)
  • 构象是由于分子中存在可自由旋转的原子,形成的分子空间特殊的结构状态。
  • 肽 键
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共 振 形 式

肽 键 中C-N 键 具 有 部 分 双 键 性 质, 因 此 组 成 酰 胺 的 原 子 处 于 同 一 平 面

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多肽链=通过可 旋转的α- 碳 原 子连接的酰胺平面链
  • 提 问: 是 不 是 蛋 白 质可以有 无 数 种 构 象?在特定状态下呢?与什么有关
  • 答 案:是;一种, 受力
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提问:影响蛋白质构象的作用力有哪些?
  • 内力(内因)
  • 蛋白质分子内各原子间作用力
  • 外力(外因)
  • 与溶剂及其他溶质作用力
  • 内因为主,外因通过改变内因起作用
  • 按不同种类内力以及产生的构象变化把构象划分为二、三、四级层次。
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二. 二 级 结 构
  • ——蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构(为主链骨架原子的空间位置关系)
  • 包括α—螺旋、β—折叠、β—转角、无规卷曲四种方式。
  • A. α—螺旋(蛋白质最常见的二级结构形式)
  • α—螺旋是肽链的盘绕形式
  • 有左右手之分
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(a) 理 想 的 右 a 螺 旋 。
  • 虚 线 代 表氢 键绿 色:C 蓝 色:N红 色:O 。 此 (b) 右 a 螺 旋 。 (c) 左 a 螺 旋 。
  • 天然蛋白质大部分为右手螺旋;
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氢 键
  • (a) 一 般 形 式 。 D 代 表 donor;A 代 表 acceptor。 (b) 水 分 子 之 间 的 氢 键 。 (c) 在 弯 曲 的 多 肽 链 内 , 例 如 a 螺 旋 (d) 酶 RNase A 与 其 胸 腺 嘧 啶 之 间 的 氢 键 。
b pleate sheet
B.β折叠(β-pleate sheet)
  • β—折叠是多肽链的折叠形式
  • 平行肽链间以氢键从侧面连接的构象
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β股

折叠片

  • 维持β—折叠片的作用力也是肽键衍生出的氢键
  • 提问:这种氢键与α-螺旋中的氢键有何不同呢?
  • 答案:形成氢键的N、O归属于不同的肽链。
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平行式

反平行式

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β折叠

β转角

α螺旋

无规卷曲

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作用力——同样是肽键衍生来的氢键

但由于只有这一个氢键,只形成β—转角结构。

O ……( 氢 键 )………H

—C—(NH—CH—CO)2—N—

R

3.β转角
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4.自由回转
  • 自由回转
  • ——没有一定规律的松散的肽链结构
  • 作用力弱
  • 维持蛋白质二级结构的作用力是?
  • 肽键衍生而来的氢键
  • 纤维状蛋白只有二级结构,例如毛发与肌肉蛋白
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3. 蛋白质的三级结构
  • ——一条多肽链内二级结构单元的彼此组合后的固定结构
  • 球状分子特有的结构

作用力—来自侧链基团

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A.三级结构中的作用力
  • 包括二硫键、氢键、盐键、疏水作用力、范德华力
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氢键-侧链间形成

范德华力(分子间作用力,受彼此距离影响)

疏水键

-“非极性基团被极性水分子排挤相互聚拢”作用力。

离子键(或盐键)

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键 能

肽键

二硫键

离子键

氢键

疏水键

范德华力

90kcal/mol

3kcal/mol

1kcal/mol

1kcal/mol

0.1kcal/mol

这四种键能远小于共价键,称次级键

提问:次级键微弱但却是维持蛋白质三级结构中主要的作用力,原因何在?

数量巨大

domain
(二)结构域(domain)

(三)分子伴侣(chaperon)

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寡聚蛋白特有的空间结构

寡聚蛋白——

由数条具有三级结构的蛋白质通过次级键叠合而成

亚基单独没有生物功能

4.四级结构

亚基

血红蛋白

血红蛋白

四亚基两两相同,分别称为α1 、α2、β1、β2;

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提问:如何分类?

分子组成——简单蛋白、结合蛋白(核酸、糖、脂类、色素分子、磷酸、金属离子)

形状、功能、溶解性、生物种类等等

蛋白质的分类
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蛋白质的分子具有多种多样的生物功能是以其庞大的分子组成和极为复杂的结构为基础的,充分认识这其间的关系是人工合成功能蛋白质的基础。蛋白质的分子具有多种多样的生物功能是以其庞大的分子组成和极为复杂的结构为基础的,充分认识这其间的关系是人工合成功能蛋白质的基础。

A.结构决定功能

例如镰刀形贫血病的分子机理

第三节.蛋白质分子结构与功能关系(研究热点)第三节.蛋白质分子结构与功能关系(研究热点)
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镰刀状贫血病—血液中大量出现镰刀红细胞,患者因此缺氧窒息镰刀状贫血病—血液中大量出现镰刀红细胞,患者因此缺氧窒息

正常细胞 镰刀形细胞

  • 它是最早认识的一种分子病。流行于非洲,死亡率极高,大部分患者童年时就夭折,活过童年的寿命也不长,它是由于遗传基因突变导致血红蛋白分子结构的突变。
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正常型---Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys ---

β链谷氨酸

镰刀型---Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys ---

β链缬氨酸

谷A(极性) 缬A(非极性)

(了解)由于缬氨酸上的非极性基团与相邻非极性基团间在疏水力作用下相互靠拢,并引发所在链扭曲为束状,整个蛋白质由球状变为镰刀形,与氧结合功能丧失, 导致病人窒息甚至死亡,但病人可抗非洲疟疾。

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蛋白质的一级结构决定蛋白质的高级结构乃至功能!蛋白质的一级结构决定蛋白质的高级结构乃至功能!

测序方法

1逐个水解测序(早期)

2由特定的基因推断(目前)

目前已经有10万种蛋白质的氨基酸序列已经测定建立数据库。

如:国家分析中心蛋白组学网

http://www.proteomics.com.cn/index_chi.htm

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肌红蛋白血红蛋白α 血红蛋白β

氨基酸序列大不相同,功能相似(载氧),结构相似

结构决定功能

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变构现象

外因通过改变蛋白质构象引起蛋白质功能变化的现象。

血红蛋白

B. 调节结构改变功能
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任何一个亚基接受氧分子后,会增进其它亚基吸附氧分子的能力任何一个亚基接受氧分子后,会增进其它亚基吸附氧分子的能力

Lung

Muscle

Hemoglobin

Myoglobin

血中氧分子的运送:

(R)

relaxed state

环境氧低时

Hb 迅速释放氧分子

动脉

环境氧高时

Hb 快速吸收氧分子

静脉

(T)

tense state

释放氧分子后

Hb 变回T state

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肌动蛋白变构引起肌肉收缩

受Ca2+、ATP调节

目前对具体结构与功能的对应规律研究尚刚刚起步

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4.1 蛋白质的分子量

一般在一万至一百万(1道尔顿=1×C12绝对质量/12≈1.66×10-27千克)之间

常用的测定方法有渗透压法、超离心法、凝胶过滤法等。

凝胶法只适于球状蛋白分子测量

60000~80000转/分

重力60万~80万倍

蛋白质混合样

第四节 蛋白质的性质及其分离
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4.2蛋白质的两性电离及等电点

提问:为什么蛋白质具有两性(酸、碱性)?

含有酸碱氨基酸残基

碱/酸 越大 pI?

越大

pI通常在 6.0 左右

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4.3 蛋白质的水溶性及胶体性质

提问:什么样的分子是水溶性的?

答案:分子直径≤胶体颗粒大小(1~100 nm)且不易聚集沉淀。

大多数球状蛋白溶于水,能形成稳定的胶体溶液。

  • 提问:蛋白质胶体溶液的稳定的原因是什么?
  • 答案:
  • 1.同种蛋白质带有同种电荷,相互排斥;
  • 2.水膜弹性
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主要依据以下几个性质:分子大小的区别、溶解度、电荷、吸附性质。主要依据以下几个性质:分子大小的区别、溶解度、电荷、吸附性质。

A.根据分子大小不同的分离方法

提问:有哪些方法呢?

离心法、凝胶过滤、膜过滤(透析、超滤)

利用蛋白质分子较大,不能透过半透膜的性质,用半透膜将蛋白质与无机盐、单糖等小分子物质分开,半透膜一般用玻璃纸或一些合成材料。

加压

小分子溶出

血液透析

4.4 蛋白质的分离

血液

透析液

小分子被带出

透析机

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a.等电点沉淀

提问:如何将混合液中不同蛋白质等电点分离?

调整溶液pH,使不同等电点的蛋白质在各自等电点pI处依次沉淀下来。

B.利用溶解度差别的分离
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盐溶

分子在等电点时,相互吸引,聚合沉淀,加入少量盐离子后破坏了这种吸引力,使分子分散,溶于水中

b.盐溶—盐析
  • 等电点沉淀的蛋白质溶液中加入NaCl后沉淀溶解—盐溶
  • 提问:原因?
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盐析((NH4)2SO4)

蛋白质分子表面的疏水区域,聚集了许多水分子,盐浓度高时,这些水分子被盐抽出,暴露出的疏水区域相互结合,沉淀。

盐析
  • 向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵后蛋白质会沉淀析出
  • 提问:原因?
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c.有机溶剂抽提

  • 提问:
  • 向蛋白质溶液中加入有机溶剂(如甲醇、乙醇、丙酮)会使蛋白质沉淀,为什么?
  • 破坏蛋白质的水化层;
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原理:利用蛋白质在非等电点时所带总电荷不为0,且大小不同,电场中的移动速度不同的分离方法。原理:利用蛋白质在非等电点时所带总电荷不为0,且大小不同,电场中的移动速度不同的分离方法。

平板电泳

C.根据电荷不同的分离方法——电泳
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先吸附,再洗脱

a.离子交换吸附

利用阴、阳离子树脂

b.亲合色谱

利用亲和色谱颗粒

D.利用蛋白质选择性吸附的性质

具有极强的专一性

亲和色谱颗粒

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提问:分子本质?

答案:二、三、四级空间结构被破坏

扭曲变伸展(31年我国科学家吴宪教授首次提出)

(一级结构完好)

一级结构破坏-降解

A.现象:

失活

3.5变性-功能丧失

物化性质改变(如沉淀)、末端暴露易降解

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B.变性因素:

a.物理因素——

提问:有哪些?

加热(70~100℃)、剧烈振荡或搅拌

例如 卤水(少量MgCl2)点豆腐、煎炒烹炸

紫外线、X射线、超生波

例如 皮肤粗糙、白内障、杀菌

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b.化学因素——

提问:有哪些?

强酸、强碱、尿素、胍、去污剂、甲醛、重金属盐、三氯醋酸、磷钨酸、苦味酸、浓乙醇。

例如 胃酸、硫酸铜杀菌、烈酒

C.机理

提问:分子机理?

答案:变性因素破坏了维持蛋白质空间结构的各种次级键以及二硫键。

重金属——与-SH生成不溶性的硫化物

浓乙醇、去污剂——破坏疏水作用力

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十二烷基磺酸钠

磺酸基 极性亲水

烷基 亲油(蛋白质疏水区)

原态蛋白质

变性

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去除变性因素后,变性蛋白恢复原来的空间结构,恢复生物活性的现象。去除变性因素后,变性蛋白恢复原来的空间结构,恢复生物活性的现象。

本质—一级结构决定高级结构

提问:是否所有的蛋白质变性都是可逆的?为什么?

理论上可以,但很难使外界因素完全复原

3.6 复性-恢复活性
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提取、制造或改造蛋白质

工程——预见性、精确性、严密性

80年代兴起于美国,发展迅速,前景无量

应用领域

药物蛋白、工业酶、农作物改造

方法:基因工程(主要手段)、化学合成

3.7 蛋白质工程
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