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蛋白质的化学

2011-09-18 50页 ppt 16MB 44阅读

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蛋白质的化学null生命的物质基础— 蛋白质(PROTEIN)生命的物质基础— 蛋白质(PROTEIN)构成生物体的基本成分 具有多样的生物学功能蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能生物催化-酶活性 调节-激素, 调节因子 免疫保护-抗体 转运和储存-血红蛋白,铁蛋白 运动和支持-肌动蛋白,结构蛋白 控制生长和分化 接受和传递信息-受体蛋白 生物膜功能nullnullnull蛋白质的组成蛋白质的组成元素组成 主要元素:碳、氢、氧、氮。 一切蛋白质都含有氮,而且含量恒定,一般为13%~19%,平均16%。 ...
蛋白质的化学
null生命的物质基础— 蛋白质(PROTEIN)生命的物质基础— 蛋白质(PROTEIN)构成生物体的基本成分 具有多样的生物学功能蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能生物催化-酶活性 调节-激素, 调节因子 免疫保护-抗体 转运和储存-血红蛋白,铁蛋白 运动和支持-肌动蛋白,结构蛋白 控制生长和分化 接受和传递信息-受体蛋白 生物膜功能nullnullnull蛋白质的组成蛋白质的组成元素组成 主要元素:碳、氢、氧、氮。 一切蛋白质都含有氮,而且含量恒定,一般为13%~19%,平均16%。 所以:含氮量×6.25=蛋白质含量 结构单位: 氨基酸 null氨基酸及氨基酸类药物 多肽与蛋白质及其药物 氨基酸及氨基酸类药物氨基酸及氨基酸类药物蛋白质的水解: 部分水解: 肽段和氨基酸 完全水解: 氨基酸 从各种生物体中发现的氨基酸已有180多种,但是参与蛋白质组成的常见氨基酸或称基本氨基酸只有二十种。 180多种天然氨基酸大多数是不参与蛋白质组成的,这些氨基酸被称为非蛋白质氨基酸。null基本氨基酸一、氨基酸的结构和性质 一、氨基酸的结构和性质 1、都是-氨基酸 羧酸分子中- 碳原子上的一个氢原子被氨基取代生成的化合物称为-氨基酸。 2.不同的氨基酸R侧链不同 null3、氨基酸的立体异构和旋光性 ⑴- 碳原子为不对称碳原子(手性碳原子) ⑵对映异体(镜相关系) ⑶旋光性nullnull 二、氨基酸的分类酸性氨基酸(带负电荷的氨基酸): 侧链基团中 含羧基 Asp, Glu酸性氨基酸(带负电荷的氨基酸): 侧链基团中 含羧基 Asp, Glu1 根据氨基酸分子中氨基和羧基的数目可分 为分为酸性、中性及碱性氨基酸三类.天冬氨酸谷氨酸碱性氨基酸(带正电荷的氨基酸) Arg(胍基),Lys(氨基),His(咪唑基)碱性氨基酸(带正电荷的氨基酸) Arg(胍基),Lys(氨基),His(咪唑基)赖氨酸精氨酸组氨酸null酸性氨基酸(-COOH 数目> -NH2 数目): 天冬氨酸,谷氨酸 碱性氨基酸(-COOH 数目< -NH2 数目): 赖氨酸,精氨酸,组氨酸 中性氨基酸(-COOH 数目 = -NH2 数目):   null (2)依R基团的化学结构可分为: 脂肪族氨基酸: 芳香族氨基酸: 酪氨酸, 苯丙氨酸, 色氨酸 杂环氨基酸: 组氨酸,脯氨酸 null芳香族氨基酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸null杂环氨基酸组氨酸脯氨酸 色氨酸null3 根据R基团的极性性质可分为: 非极性R基氨基酸: 丙氨酸,缬氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,蛋氨酸,脯氨酸,色氨酸,苯丙氨酸 极性不带电荷的R基氨基酸: 丝氨酸,苏氨酸,酪氨酸,甘氨酸,胱氨酸,天冬酰胺,谷氨酰胺 带负电荷的R基氨基酸: 天冬氨酸, 谷氨酸 带正电荷的R基氨基酸: 精氨酸, 赖氨酸,组氨酸null非极性R基氨基酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸 蛋氨酸null 苯丙氨酸脯氨酸 色氨酸null极性不带电荷的R基氨基酸丝氨酸苏氨酸甘氨酸天冬氨酸谷氨酸半胱氨酸酪氨酸null带正电荷的R基氨基酸 赖氨酸 精氨酸 组氨酸null带负电荷的R基氨基酸 天冬氨酸 谷氨酸三 氨基酸的两性解离性质 和等电点 氨基酸的兼性离子形式:三 氨基酸的两性解离性质 和等电点 氨基酸的兼性离子形式:中性分子偶极离子null H H H  H+  OH-  R-C-COOH ⇋ R-C-COO- ⇋ R-C-COO-  OH-  H+  NH3+ NH3+ NH2 pHpI 带正电 不带电 带负电 等电点等电点定义:若向溶液中加入酸,使平衡向左移动,氨基酸带正电,若向溶液中加入碱,平衡向右移动,氨基酸带负电.当一种氨基酸溶液的pH调至某一特定pH时,其酸性基团所产生的负电荷等于碱性基团所产生的正电荷,分子呈电中性,在电场中既不向正极移动,也不向负极移动.使某氨基酸所带的正负电荷数值相等时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点.每一种氨基酸都有自己特定的等电点. 等电点定义:若向溶液中加入酸,使平衡向左移动,氨基酸带正电,若向溶液中加入碱,平衡向右移动,氨基酸带负电.当一种氨基酸溶液的pH调至某一特定pH时,其酸性基团所产生的负电荷等于碱性基团所产生的正电荷,分子呈电中性,在电场中既不向正极移动,也不向负极移动.使某氨基酸所带的正负电荷数值相等时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点.每一种氨基酸都有自己特定的等电点. null三、氨基酸及其衍生物在医药中的应用三、氨基酸及其衍生物在医药中的应用(一)氨基酸的营养 必需氨基酸:人及哺乳动物自身不能合成,需由食物供应的氨基酸。人类有8种必需氨基酸是:色氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸。 半必需氨基酸:人自身能合成,但合成的量比较少,不能满足需要,必需部分从食物中摄取的氨基酸。如半胱氨酸,精氨酸,组氨酸. 非必需氨基酸:体内自身能从糖代谢产物合成的。氨基酸输液:多种结晶L-氨基酸依特定比例混合制成的静脉内输注液。氨基酸输液可直接注入进食不足者的血液中,促进蛋白质、酶及肽类激素的合成,提高血浆蛋白浓度与组织蛋白含量,维持氮平衡,调节机体正常代谢。 作用和用途:对代谢旺的病人及严重消耗性病人的蛋白质合成有促进作用。用于肝性昏迷、消化道吸收功能障碍引起的低蛋白血症、大面积烧伤、严重创伤及感染等疾患。氨基酸输液:多种结晶L-氨基酸依特定比例混合制成的静脉内输注液。氨基酸输液可直接注入进食不足者的血液中,促进蛋白质、酶及肽类激素的合成,提高血浆蛋白浓度与组织蛋白含量,维持氮平衡,调节机体正常代谢。 作用和用途:对代谢旺的病人及严重消耗性病人的蛋白质合成有促进作用。用于肝性昏迷、消化道吸收功能障碍引起的低蛋白血症、大面积烧伤、严重创伤及感染等疾患。null氨基酸营养输液 代血浆用氨基酸输液 止血用氨基酸输液 婴幼儿用氨基酸输液  治疗用氨基酸输液 用于肝病的氨基酸输液 :根据肝硬化病人图谱表现为支链氨基酸(Leu、Val)含量偏低,而芳香族氨基酸(Try、Phe、Tyr)偏高,血清中支/芳比下降特点而设计的。此类输液要求富含支链氨基酸。 肾病用氨基酸输液 :要求补充体内的氨基酸基本参加体内蛋白质合成,不产生或仅产生极少氮,改善患者的营养和代谢状况,减少患者尿毒症症状,获得正氮、正钾平衡、提高血清蛋白含量,达到改善肾功能效果。 (二)用于治疗肝病的氨基酸 活化尿素循环的氨基酸Arg,Asp,(Glu)(二)用于治疗肝病的氨基酸 活化尿素循环的氨基酸Arg,Asp,(Glu)null★总反应: 2NH3+CO2+3ATP +3H2O→ 1尿素+2ADP +AMP+4Pinull(三)用于治疗消化道疾病的氨基酸 1,保护消化道黏膜或促进黏膜增生: Glu,Gln,(His). 2,调节胃液酸度:甘氨酸及其铝盐,谷氨酸盐酸盐(四)治疗脑及神经系统疾病的氨基酸(四)治疗脑及神经系统疾病的氨基酸谷氨酸钙盐和镁盐: 治疗神经衰弱,脑外伤,以及癫痫 γ-酪氨酸:记忆障碍,语言障碍,脑外伤后遗症 L-色氨酸:治疗神经分裂症,酒精中毒,抑郁症 5-羟色氨酸:内因性抑郁症,失眠及偏头痛 5-羟色胺(五)用于治疗肿瘤的氨基酸(五)用于治疗肿瘤的氨基酸利用氨基酸衍生物作为肿瘤细胞所需氨基酸的结构类似物达到抗肿瘤的目的,如S-氨甲酰-L-半胱氨酸。表 氨基酸的生产方法及用途 品名 生产方法 用途 L-谷氨酸 发酵、 医药、食品 L-谷氨酰胺 发酵、酶 医药 L-甲硫氨酸 合成、酶工程 医药 DL一甲硫氨酸 合成 医药、饲料 L-赖氨酸盐酸盐辣 发酵、酶工程 医药、食品、饲料 甘氨酸 合成 医药、食品、化工 DL丙氨酸 合成、发酵 食品 L-丙氨酸 酶工程 医药、食品 L-半胱氨酸 提取、合成、酶工程 食品、医药、化妆品 L-精氨酸 发酵、提取 医药、食品 L天冬氨酸 酶工程 医药、食品、化工 L一天冬酰胺 提取、合成、酶工程 医药 L一缬氨酸 发酵、酶工程 医药、食品 L-亮氨酸 发酵、提取 医药、食品 L一异亮氨酸 发酵、酶工程 医药、食品 L苏氨酸 发酵、合成、酶工程 医药、食品 L-丙氨酸 合成、酶工程 医药、食品 L一多巴 酶工程、合成 医药 L一色氨酸 酶工程、发酵 医药、食品、饲料 L一组氨酸 发酵、提取 医药、食品 L一酪氨酸 提取、发酵 医药、食品 L-脯氨酸 发酵、提取、合成 医药 L一丝氨酸 发酵、提取、酶工程 医药、化妆品 L一鸟氨酸 发酵、合成 医药 L-瓜氨酸 发酵、酶工程 医药 表 氨基酸的生产方法及用途 品名 生产方法 用途 L-谷氨酸 发酵、 医药、食品 L-谷氨酰胺 发酵、酶工程 医药 L-甲硫氨酸 合成、酶工程 医药 DL一甲硫氨酸 合成 医药、饲料 L-赖氨酸盐酸盐辣 发酵、酶工程 医药、食品、饲料 甘氨酸 合成 医药、食品、化工 DL丙氨酸 合成、发酵 食品 L-丙氨酸 酶工程 医药、食品 L-半胱氨酸 提取、合成、酶工程 食品、医药、化妆品 L-精氨酸 发酵、提取 医药、食品 L天冬氨酸 酶工程 医药、食品、化工 L一天冬酰胺 提取、合成、酶工程 医药 L一缬氨酸 发酵、酶工程 医药、食品 L-亮氨酸 发酵、提取 医药、食品 L一异亮氨酸 发酵、酶工程 医药、食品 L苏氨酸 发酵、合成、酶工程 医药、食品 L-丙氨酸 合成、酶工程 医药、食品 L一多巴 酶工程、合成 医药 L一色氨酸 酶工程、发酵 医药、食品、饲料 L一组氨酸 发酵、提取 医药、食品 L一酪氨酸 提取、发酵 医药、食品 L-脯氨酸 发酵、提取、合成 医药 L一丝氨酸 发酵、提取、酶工程 医药、化妆品 L一鸟氨酸 发酵、合成 医药 L-瓜氨酸 发酵、酶工程 医药 null(1) 赖氨酸   赖氨酸为碱性必需氨基酸。由于谷物食品中的赖氨酸含量甚低,且在加工过程中易被破坏而缺乏,故称为第一限制性氨基酸。 赖氨酸可以调节人体代谢平衡: 赖氨酸为合成肉碱提供结构组分,肉碱会促使细胞中脂肪酸的合成。 刺激胃蛋白酶与胃酸的分泌: 提高钙的吸收及其在体内的积累,加速骨骼生长。 赖氨酸在医药上还可作为利尿剂的辅助药物,治疗因血中氯化物减少而引起的铅中毒现象,还可与酸性药物(如水杨酸等)生成盐来减轻不良反应,与蛋氨酸合用则可抑制重症高血压病。    null(2) 色氨酸   色氨酸可转化生成人体大脑中的一种重要神经传递物质――5–羟色胺,当动物大脑中的5–羟色胺含量降低时,表现出异常的行为,出现神经错乱的幻觉以及失眠等。此外,5–羟色胺有很强的血管收缩作用,可存在于许多组织,包括血小板和肠粘膜细胞中,受伤后的机体会通过释放5–羟色胺来止血。 医药上常将色氨酸用作抗闷剂、抗痉挛剂、胃分泌调节剂、胃粘膜保护剂和强抗昏迷剂等。 null(3) 缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和苏氨酸   缬氨酸、亮氨酸与异亮氨酸均属支链氨基酸,同时都是必需氨基酸。晚期肝硬化病人因肝功能损害,易形成高胰岛素血症,致使血中支链氨基酸减少,支链氨基酸和芳香族氨基酸的比值由正常人的3.0~3.5降至1.0~1.5,故常用缬氨酸等支链氨基酸的注射液治疗肝功能衰竭等疾病。此外,它也可作为加快创伤愈合的治疗剂。   亮氨酸可用于诊断和治疗小儿的突发性高血糖症,也可用作头晕治疗剂及营养滋补剂。 异亮氨酸能治疗神经障碍、食欲减退和贫血,在肌肉蛋白质代谢中也极为重要。   苏氨酸是必需氨基酸之一,参与脂肪代谢,缺乏苏氨酸时出现肝脂肪病变。 null (4) 天冬氨酸、天冬酰胺   天冬氨酸是三羧酸循环中的重要成分,也与鸟氨酸循环密切相关,担负着使血液中的氨转变为尿素排泄出去的部分工作。同时,天冬氨酸还是合成乳清酸等核酸前体物质的原料。   天冬氨酸钾盐与镁盐的混合物,主要用于消除疲劳,临床上用来治疗心脏病、肝病、糖尿病等疾病。天冬氨酸钾盐可用于治疗低钾症,铁盐可治疗贫血。 天冬酰胺的类似物S–氨甲酰基–半胱氨酸经动物试验对抗白血病有明显的效果。目前已试制的氨基酸类抗癌物有10多种,如N–乙酰–L–苯丙氨酸、N–乙酰–L–缬氨酸等,其中有的对癌细胞的抑制率可高达95%以上。 null(5) 胱氨酸、半胱氨酸   胱氨酸及半胱氨酸是含硫的非必需氨基酸,可降低人体对蛋氨酸的需要量。胱氨酸是形成皮肤不可缺少的物质,能加速烧伤伤口的康复及放射性损伤的化学保护,刺激红、白细胞的增加。   半胱氨酸所带的巯基(-SH)具有许多生理作用,可缓解有毒物或有毒药物(酚、苯、萘、氰离子)的中毒程度,对放射线也有防治效果。 半胱氨酸的衍生物N–乙酰–L–半胱氨酸,用于防治支气管炎等咳痰的排出困难。其他衍生物,如L–半胱氨酸甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎、鼻粘膜渗出性发炎等。 半胱氨酸能促进毛发的生长,可用于治疗秃发症。null(6) 甘氨酸   甘氨酸参与嘌呤类、卟啉类、肌酸和乙醛酸的合成,此外,甘氨酸可与种类繁多的物质结合,使之由胆汁或尿中排出。 将甘氨酸与谷氨酸、丙氨酸一起使用,对防治前列腺肥大并发症、排尿障碍、频尿、残尿等症状颇有效果。 null(7) 组氨酸   组氨酸对成人为非必需氨酸,但对幼儿却为必需氨基酸。 尿毒证的治疗   防治贫血:组氨酸的咪唑基能与Fe2+或其他金属离子形成配位化合物,促进铁的吸收。 治疗消化道疾病此外,组氨酸可扩张血管,降低血压,临床上用于心绞痛、心功能不全等疾病的治疗。 类风湿性关节炎:类风湿性关节炎患者血中组氨酸含量显著减少 对过敏性疾病,如哮喘等也有功效。 null (8) 谷氨酸   谷氨酸、天冬氨酸具有兴奋性递质作用,它们是哺乳动物中枢神经系统中含量最高的氨基酸,其兴奋作用仅限于中枢。   谷氨酸经谷氨酸脱羧酶的脱羧作用而形成γ–氨基丁酸,后者是存在于脑组织中的一种具有抑制中枢神经兴奋作用的物质,当γ–氨基丁酸含量降低时,会影响细胞代谢与细胞功能。   谷氨酸的多种衍生物,如二甲基氨乙醇乙酰谷氨酸,临床上用于治疗因大脑血管障碍而引起的运动障碍、记忆障碍和脑炎等。γ–氨基丁酸对记忆障碍、言语障碍、麻痹和高血压等有效,γ–氨基β–羟基丁酸对局部麻痹、记忆障碍、言语障碍、本能性肾性高血压、羊癫疯和精神发育迟缓等有效。   谷氨酸与天冬氨酸一样,也与三羧酸循环有密切的关系,可用于治疗肝昏迷等症。 谷氨酸的酰胺衍生物――谷氨酰胺,对胃溃疡有明显的效果,其原因是谷氨酰胺的氨基转移到葡萄糖上,生成消化器粘膜上皮组织粘蛋白的组成成分葡萄糖胺。 null牛 磺 酸   牛磺酸是牛黄的组成成分。   牛磺酸普遍存在于动物乳汁、脑与心脏中,在肌肉中含量最高,以游离形式存在,不参与蛋白质代谢。体内牛磺酸是由半胱氨酸代谢而来的。   牛磺酸的缺乏会影响到生长、视力、心脏与脑的正常生长。   被细菌感染的病人,由于细菌的大量繁殖消耗了体内的牛磺酸,也会形成牛磺酸缺乏,发生眼底视网膜电流图的变化,而补充牛磺酸后会使眼底的病变好转由于人类只能有限地合成牛磺酸.nullnull氨基酸及氨基酸类药物 多肽与蛋白质及其药物 酶类及其药物 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构null蛋白质的一级结构: 也称为共价结构,指的是蛋白质中氨基酸组成和排列(序列)以及氨基酸之间的连接方式.是蛋白质作用的特异性,空间结构的差异性和生物学功能多样性的基础蛋白质是具有空间结构的高分子物质,根据蛋白质肽链折叠的方式和复杂程度,可将蛋白质分为一级结构和空间结构.肽的基本概念肽的基本概念 一分子氨基酸的α-羧基与另一分子氨基酸α-氨基脱水缩合的化合物叫做肽,氨基酸之间通过酰胺键(蛋白质化学中将这类酰胺键专称为肽键)连接而成。指示: 删除样本文档图标,并替换为工作文档图标,如下: 在 Word 中创建文档. 返回 PowerPoint 在“插入”菜单中选择“对象...” 单击“从文件创建” 定位“文件”框中的文件名 确认选中“显示为图标”。 单击“确定” 选择图标 从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置” 单击“对象动作”,并选择“编辑” 单击“确定”null肽链中的氨基酸不是原来完整的分子,多肽链中的氨基酸单位称为氨基酸残基。 多肽链的骨架由氨基酸的羧基和氨基形成的肽键部分重复排列而成,R基部分称为侧链 命名举例命名举例氨基末端羧基末端五肽命名为丙氨酰谷氨酰亮氨酰缬氨酰组氨酸: 多肽化合物的名称,通常按照肽内氨基酸残基的排列顺序,以残基名称(如某某氨酰)从N端依次阅读到C端,并以C端残基全名结束肽的名称。 肽链的结构具有方向性谷胱甘肽谷胱甘肽 由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸组成它的分子中有一个特殊的γ肽键,是由谷氨酸的γ羧基与半胱氨酸的α氨基缩合而成。由于GSH中含有一个活泼的巯基很容易氧化,二分子GSH脱氢以二硫键相连成氧化型的谷胱甘肽(GSSG)。 谷胱甘肽重要的生物功能谷胱甘肽重要的生物功能维护蛋白质活性中心的巯基 参与二硫化合物相互转化 某些酶的辅酶,在体内氧化还原过程中起重要的作用肽类应用研究和发展前景肽类应用研究和发展前景激素抗生素活性肽null激素激素 抗生素 抗生素null1 测定蛋白质中多肽链的数目 2 拆分多肽链及纯化 3 断开链内二硫键 4多肽链中氨基酸组成 5 鉴定N末端和C末端残基 6 裂解多肽链为较小片段 7 测定各片段氨基酸序列 8 重建完整多肽链的一级结构 9 确定二硫键的位置 蛋白质测序的策略蛋白质结构的测定null多肽结构的测定: 了解某一多肽是由哪些氨基酸组成的。 各种氨基酸的相对比例。 确定各氨基酸的排列顺序。null1 蛋白质的氨基酸组成的定量确定 酸水解:破坏蛋白质的肽键 柱层析:进行氨基酸定量分析,每个氨基酸的量与洗脱峰 的面积成比例。null2 端基分析(测定N端和C端) (1)测定N端(有两种方法) a 2,4- = 硝基氟苯法——桑格尔(Sanger-英国人)法 nullb 异硫氰酸苯酯(Ph-N=C=S)法——艾德曼(Edman)降解法。(2)测定C端 a 多肽与肼反应 b 羧肽酶水解法null3 Edman降解方法常用于氨基酸序列的测定第一轮降解第二轮降解null PTH-丙氨酸少了一个氨基酸残基的肽null4大蛋白被水解成肽段后再测序 Edman降解法测序一次只能连续降解几十个氨基酸残基。要测定大的蛋白质的氨基酸序列,需要将蛋白质降解为一些肽段,然后再进行Edman降解测序。 溴化氰(BrCN):可以特异与蛋白质中的蛋氨酸残基反应生成一个C末端为高丝氨酸内酯的肽和一个带有新 的N末端残基的肽。 胰蛋白酶:特异地催化赖氨酸(Lys)残基和精氨酸(Arg) 残基羧基侧的肽键的水解, 胰凝乳蛋白酶:特异地催化苯丙氨酸(Phe)、酪氨酸 (Tyr)和色氨酸(Trp)三种芳香族氨基酸残基羧基一侧的肽键水解。null胰蛋白酶作用胰凝乳蛋白酶作用拼出完整氨基酸序列见P174图4-9null 将蛋白质水解为氨基酸,测组成 确定N和 C端氨基酸确定小肽段氨基酸序列确定小肽段氨基酸序列 利用两组不同肽段序列确定完整氨基酸序列氨基酸序列确定过程蛋白质的空间结构蛋白质的空间结构蛋白质的空间结构指蛋白质中原子和基团在三维空间的排列,分布及肽链的走向. 二级结构 三级结构 四级结构维持空间结构的化学键维持空间结构的化学键a 离子键 b 氢键 c 疏水键 d 范德华引力null②氢键 H-bonds (“polar” interactions) 蛋白质分子中的氢键是由接在一个电负性性原子(如N、O、S)上的氢和另一个电负性原子相互作用形成。 氢键虽是副键中最弱的,但因为肽键间形成氢键的可能性很多,所以它是最重要的的一种副键,也是形成蛋白质二级结构的基础。null2.疏水键2.疏水键null3.盐键 Ionic interactions (salt bridges) :蛋白质分子的一个重要特点是其两性解离性质,同一分子中具有各种各样的带电荷侧链,有的带正电荷,有的带负电荷。这些带电基团可以形成坚固的离子对,即盐键。 4.二硫键 在蛋白质一级结构中,不同肽链或同一肽链不同部位的两个半胱氨酸侧链能够形成二硫键,它对稳定蛋白质三级结构有很大作用。4.二硫键 在蛋白质一级结构中,不同肽链或同一肽链不同部位的两个半胱氨酸侧链能够形成二硫键,它对稳定蛋白质三级结构有很大作用。nullnull5 配位键 6 范德华力null 血红蛋白null蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 蛋白质的二级结构是指多肽链的主链骨架的若干肽单位,各自沿一定的轴盘旋或折叠,并以氢键为次级键而形成的有规则的构象,不涉及氨基酸残基侧链的构象。(1) 肽键的键长介于C-N单键和双键之间,具有部分双键的性质, 不能自由旋转。 (1) 肽键的键长介于C-N单键和双键之间,具有部分双键的性质, 不能自由旋转。 (3) 在酰胺平面中C=0与N-H呈反式(2) 肽键中的四个原子和它相邻的两个α-碳原子处于同一平面,形 成了酰胺平面,也称肽键平面。 寡肽——少数几个氨基酸 组成的肽寡肽——少数几个氨基酸 组成的肽 指示: 删除样本文档图标,并替换为工作文档图标,如下: 在 Word 中创建文档. 返回 PowerPoint 在“插入”菜单中选择“对象...” 单击“从文件创建” 定位“文件”框中的文件名 确认选中“显示为图标”。 单击“确定” 选择图标 从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置” 单击“对象动作”,并选择“编辑” 单击“确定”多肽链多肽链指示: 删除样本文档图标,并替换为工作文档图标,如下: 在 Word 中创建文档. 返回 PowerPoint 在“插入”菜单中选择“对象...” 单击“从文件创建” 定位“文件”框中的文件名 确认选中“显示为图标”。 单击“确定” 选择图标 从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置” 单击“对象动作”,并选择“编辑” 单击“确定”肽键链状结构nullnull 多肽链的主链由许多酰胺平面组成,平面之间以α碳原子相隔。而Cα-C键和Cα-N键是单键,可以自由旋转,其中Cα-C键旋转的角度称ψ,Cα-N键旋转的角度称φ。ψ和φ这一对两面角决定了相邻两个酰胺平面的相对位置,也就决定了肽链的构象。 null(1) α-螺旋 1950年美国Pauling等人在研究纤维状蛋白质时,提出了α-螺旋,后来发现在球状蛋白质分子中也存在α-螺旋。 nullnull① 蛋白质多肽链像螺旋一样盘曲上升,每3.6个氨基酸残基螺旋上升 一圈,每圈螺旋的高度为0.54nm,每个氨基酸残基沿轴上升0.15nm, 螺旋上升时,每个残基沿轴旋转100º。 ② 在同一肽链内相邻的螺圈之间形成氢键。 ③ α-螺旋有右手螺旋和左手螺旋之分,天然蛋白质绝大部分是右手螺旋,到目前为止仅在嗜热菌蛋白酶中发现了一段左手螺旋。 α-螺旋结构的如下: α-螺旋的稳定性主要靠氢键来维持。 nullnullnull一些侧链基团虽然不参与螺旋,但他们可影响α-螺旋的稳定性null(2) β-折叠 也是pauling等人提出来的,它是与α-螺旋完全不同的一种结构。① β-折叠主链骨架以一定的折叠形式 形成一个折叠的片层。② 在两条相邻的肽链之间形成氢链。null③ β-折叠有平行和反平行的两种形式每一个氨基酸在主轴上所占的距离, 平行的是0.325nm,反平行的是0.35nm。 : ④氨基酸残基的R侧链分布在片层上下null(3) β-转角 (β-turn) β-转角是指蛋白质的分子的多肽链经常出现180º的回折,在回折角上的结构就称β-转角,也称发夹结构,或称U形转折。由第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N—H之间形成氢键。null(4) 无规卷曲 无规卷曲是指没有规律性的肽链结构,但许多蛋白质的功能部位常常埋伏在这里。 null(5) Ω环 这是最近发现普通存在于球状蛋白质中的一种新的二级结构,这种结构的形状象希腊字Ω,所以称Ω环。 Ω环这种结构总是出现在蛋白质分子的表面,而且以亲水残基为主,这种结构与生物功能有关,另外在分子识别中可能起重要作用。 null蛋白质的超二级结构和结构域 超二级结构是1973年Rossmann提出的,它是指二级结构的基本结构单位(α-螺旋,β-折叠等)相互聚集,形成有规律的二级结构的聚集体。已知的超二级结构主要有αα,ββ,βαβ等。 nullαα:是两个α-螺旋互相缠绕 nullβββ-曲折(β-meander):是三条或三条以上反平行的β-折叠 通过短链,如β-转角相连。 null最常见的为两个βαβ聚集体连在一起形成βαβ αβ结构,称Rossmann折叠。 βαβRossmann折叠βαβnullβ-折叠筒(β-sheat barrel): 由多条β-折叠链所构成的β-折叠片,再卷成一个园筒状的结构。nullnull 结构域结构域为几个超二级结构的组合,为二级结构,三级结构之间的一个层次。最常见的结构域约含100~200个氨基酸残基,少至40个左右,多至400个以上。 null 对那些较小的蛋白质分子来说,结构域和三级结构往往是一个意思,也就是说是单结构域的。一般来说,大的蛋白质分子可以由2个或更多个结构域组成。 null 结构域有时也称功能域,功能域是指有功能的部分。功能域可以是一个结构域,也可以是两个或两个以上的结构域组成。 null蛋白质的三级结构 具有二级结构,超二级结构或结构域的一条多肽链,由于氨基酸残基的侧链相互作用而产生的更广泛的盘曲和折叠,形成包括主侧链在内的空间排列。这种在一条多肽链中所有原子或基团在三维空间的整体排列称为三级结构。三级结构主要靠R基团间的非共价键来维持。 null 下面以鲸肌红蛋白为例,说明蛋白质的三级结构,1963年Kendrew等通过鲸肌红蛋白的x-射线衍射分析,测得了它的空间结构。  null五、蛋白质的四级结构由两条或两条以上 各自独立具有三级 结构的多肽链通过 次级键相互缔合而 成的蛋白质结构蛋白质四级结构null 下面以血红蛋白(hemoglobin)为例,说明蛋白质的四级结构,血红蛋白是由四个亚基组成,2个α-亚基,2个β-亚基,每个亚基由一条多肽链与一个血红素辅基组成 。4个亚基以正四面体的方式排列,彼此之间以非共价键相连。3.6 蛋白质结构与功能的关系3.6 蛋白质结构与功能的关系蛋白质一级结构决定高级结构 第四节 蛋白质结构与功能null一 蛋白质一级结构与生物学功能 一级结构不同,生物学功能各异 一级结构关键部位相同,生物学功能相同 一级结构关键部位变异,生物学功能不同蛋白质工程nullnull二 蛋白质的空间结构与功能的关系null激素和它的前体分子nullnullT态(tense state)紧张态 R态(relaxed state)松驰态。 以血红蛋白的别构效应为例说明蛋白质的空间结构与功能的关系 凡蛋白质(或亚基)因与某小分子物质相互作用而发生构象变化,导致蛋白质(或亚基)功能的变化,称为蛋白质的变构效应蛋白质结构与生物进化蛋白质结构与生物进化蛋白质的结构与生物进化第五节 蛋白质的性质第五节 蛋白质的性质null一、蛋白质的变性作用 天然蛋白质分子内部具有复杂而有规律的结构,因而表现一定的物理化学性质和生物活性。人们发现,当蛋白质分子受到外界一些物理化学因素影响时,性质常发生改变,其中最明显的是溶解度降低和生物活性丧失。 (1)变性的概念 变性是指蛋白质受物理或化学因素的影响,使蛋白质分子原有的特定的空间结构发生改变,从而导致蛋白质性质的改变以及生物活性的丧失。 变形作用的本质: 蛋白质分子空间构象的改变和破坏,而不涉及一级结构的改变或肽键的断裂。nullnull(2)影响变性的因素: ①物理因素:高温、紫外线、X射线、超声波、激烈振荡等 ②化学因素:有机溶剂、胍、脲、强酸、强碱、去污剂、重金属等 (3)变性作用的特征 ①生物活性丧失 ②某些理化性质改变 (4)变性作用的意义 ①可利用的 ②需注意的null二、蛋白质两性解离性质和等电点 蛋白质分子中的氨基酸的氨基和羧基会发生两性解离。因此,蛋白质也是两性电解质,也具有等电点。 等电点的应用意义 ①等电点沉淀 ②电泳法、等电聚焦 ③离子交换null三、蛋白质的胶体性质 蛋白质为亲水胶体,其分子颗粒外面有许多亲水基团,如氨基、羧基及肽键等。在水中能与水起水合作用,形成水膜。由于水膜存在使蛋白质颗粒相互分开,不至于凝集沉淀。另外,表面相同的带电性也使不能聚集。 胶体性质在蛋白质分离中的应用: ①蛋白质盐析 ②有机溶剂沉淀法 ③透析null四、蛋白质的沉淀 (1)中性盐沉淀(盐析) (2)有机溶剂沉淀 (3)加热沉淀 (4)金属离子沉淀 (5)生物碱试剂和某些酸类沉淀 沉淀和变性的区别五 蛋白质的呈色反应五 蛋白质的呈色反应Millon反应: 酪氨酸和含有酪氨酸的蛋白质与Millon试剂(亚硝酸汞、硝酸汞及硝酸 的混和液) 生成砖红色沉淀。Pauly反应:酪氨酸的酚基可与重氮化合物(重氮苯磺酸)生成橘红的化合物null茚三酮反应:肽和氨基酸的自由氨基与茚三酮生成蓝紫色化合物null乙醛酸反应:在浓硫酸存在下,色氨酸与乙醛酸反应生成紫色物质,可能是一分子乙醛酸与两分子色氨酸脱水缩合形成与靛蓝相似的物质。酚试剂反应: 碱性条件下 酪氨酸,色氨酸可与酚试剂生成兰色化合物. null双缩脲反应:蛋白质和肽类分子中的肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热,呈紫红色。福林-酚反应六 蛋白质的紫外吸收六 蛋白质的紫外吸收波长:280nm 引起紫外吸收的因素:主要是色氨酸和酪氨酸( Trp, Tyr)的共轭双键。 可用于蛋白质的定量七 蛋白质的免疫学性质七 蛋白质的免疫学性质 抗原: 能刺激机体产生免疫应答,并与产生的抗体或致敏淋巴细胞特异性结合的物质. 异物性,大分子性和特异性 抗体:是B细胞识别抗原后增殖分化为桨细胞所产生的一种蛋白质,能与相应抗原特异性地结合,具有免疫功能。 补体:是存在于正常人和动物血清中的一组与免疫相关并具有酶活性的蛋白质.因其对抗体具有辅助和补充作用,所以称为补体.免疫球蛋白的分子结构免疫球蛋白的分子结构 null人工制备的抗体多克隆抗体:多个抗原决定基——机体——多种抗体的混合物 单克隆抗体(monoclonal antibody, mAb):由一个B细胞克隆产生的、针对某一特定抗原决定簇的高度特异性抗体人工制备的抗体nullnull单克隆和多克隆抗体的比较和用途特异性敏感性均一性McAbPcAb低差无高强有1、用于免疫学检测,辅助临床诊断2、McAb用于亲和层析,分离微量可溶性抗原3、标记的McAb用于基础研究,了解细胞分化等4、制备生物导弹用于肿瘤、移植等的临床治疗。null蛋白质的分离纯化 蛋白质分离纯化的一般步骤:取原料,破碎细胞,提取,分离纯化,鉴定,获得产物。 (一)蛋白质的提取 1、的选择 2、组织细胞破碎 3、提取 ①适当溶媒 ②防止蛋白质在提取过程中被破坏 分离纯化的四类方法分离纯化的四类方法按照溶解度不同进行分离纯化的方法 按照分子大小不同进行分离纯化的方法 按照带电性质的不同进行分离纯化的方法 按照蛋白质功能基团的专一性不同进行分离纯化的方法null(二)蛋白质分离纯化 1、根据溶解度不同的分离纯化方法 ①等电点沉淀 ②盐析沉淀 ③低温有机溶剂沉淀 2、根据分子大小不同的分离纯化方法 ①透析和超滤——半透膜 例如用于脱盐 ②凝胶层析法 ③密度梯度离心透析透析 蛋白质是高分子化合物,不能透过半透膜。将蛋白溶液装入用半透膜制成的透析袋中,可将蛋白质溶液中的小分子化合物除去,这种方法叫透析。 如在袋外放吸水剂(如聚乙二醇)还可达到浓缩的目的。 应用:除盐和浓缩超滤利用超滤膜在压力下使大分子滞留,而小分子及溶剂滤过的方法叫超滤。 超滤法在蛋白质溶液除盐、浓缩及分离纯化中有广泛的应用。nullnull密度梯度离心 密度梯度离心: 蛋白质颗粒的沉降速度取决于它的大小和密度,当其在具有密度梯度的介质中离心时,质量和密度大的颗粒比质量和密度小的颗粒沉降的快。当蛋白质分子沉降到相应等密度的介质梯度时,即停止不前。可分部进行收集。nullnullnull3 根据带电性质不同的分离纯化方法: ① 离子交换层析法 利用许多带电物质与离子交换剂之间的静电吸引力大小分离。 最常用的离子交换剂: 二乙氨基乙基纤维素,功能基-NH3+,阴离子交换树脂 羧甲基纤维素 , 功能基-COO-,阳离子交换树脂 null洗脱方法: 调节洗脱液PH值,使目的离子在此条件下失去电荷或带有相反电荷,从而丧失与离子交换剂的结合能力而被洗脱下来。 采用高浓度的同性离子将目的离子取代下来。nullnullVec② 电泳 带电质点在电场中向电荷相反的方向移动 电泳的方向和速度:电荷的性质,数量,质点的大小和形状 醋酸纤维薄膜电泳,聚丙烯酰胺凝胶电泳,等电聚焦电泳,免疫电泳,二维电泳② 电泳 带电质点在电场中向电荷相反的方向移动 电泳的方向和速度:电荷的性质,数量,质点的大小和形状 醋酸纤维薄膜电泳,聚丙烯酰胺凝胶电泳,等电聚焦电泳,免疫电泳,二维电泳null A. SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)(P298) 使用含有十二烷基硫酸钠( SDS)和还原剂(通常为巯基乙醇)的样品处理液对蛋白质样品进行处理(一般煮沸3~5分钟),通过加热和SDS可以使蛋白质变性,多亚基的蛋白质也将解离为单亚基。同时还原剂可以切断蛋白质中的二硫键(使二硫键还原)。 经过这样处理的样品中的肽链都是处于无二硫键连接的,分离的状态。由于SDS是带有负电荷的分子,同时它有一个长的疏水尾巴,SDS通过疏水尾巴与肽链中的氨基酸的疏水侧链结合,结合SDS的比率大约是一个蛋白质分子中每两个氨基酸残基结合一分子的SDS。null 垂直板电泳装置加样样品迁移方向null电泳过程中分子迁移的规律,小分子走在前头,大分子滞后。电泳凝胶相当于凝胶过滤中的一个带孔胶粒。混合样品带孔胶 按分子大小分离电泳方向 电泳 小分子大分子null夹在两块玻璃板之间的凝胶 电泳缓冲液 电泳缓冲液 加在槽中的经SDS处理的样品分子量小分子量大电源null蛋白分子量未知蛋白在一定的凝胶浓度下,多肽链分子量的对数与多肽链的相对迁移率成线性关系,所以可以通过标准曲线求未知多肽链分子量。 相对迁移率null电泳后的凝胶经考马斯亮篮染色、脱色后的凝胶照片null水平式电泳装置电泳缓冲液凝胶nullB. 等电聚焦电泳( IFE) 利用聚丙烯酰胺凝胶内的缓冲液在电场作用下沿电场方向在凝胶内制造一个pH梯度。 每种蛋白质都将迁移至与它的pI 相一致的pH处。 凝胶中加有两性电解质溶液(pH9-3) 加电场后在凝胶内形成一个稳定pH梯度 加样品,然后继续电泳凝胶染色表明样品按照各自pI值沿着pH梯度分布null等电聚焦电泳进行过程中等电聚焦电泳结束后(+)(+)(-)(-)高pH高pH低pH低pHnullC. 双向电泳 第一向:等电聚焦电泳第二向:SDS-PAGE 双向电泳后的凝胶经染色后蛋白呈现二维分布图: 水平方向反映出蛋白在pI上的差异, 垂直方向反映出它们在分子量上的差别。第一向电泳:等电聚焦电泳聚焦后凝胶放置在SDS凝胶上,进行第二向电泳第二向电泳:SDS-PAGE分子量大分子量小pH9pH3pH9pH3null等电聚焦电泳进行过程中等电聚焦电泳结束后(+)(+)(-)(-)高pH高pH低pH低pHnullnull大肠杆菌全蛋白提取液双向电泳凝胶染色后照片nullDifferential AnalysisProteins from cultured human cells A = Derivative of B Protein samples courtesy of Dr. Steven Seeholzer, Fox Chase Cancer CenterABnullD 免疫电泳- Western BlotD 免疫电泳- Western Blot原理: 将通过聚丙烯酰胺凝胶电泳分离的蛋白质转移到硝酸纤维素或PVDF膜上,然后与能特异性识别待检蛋白的抗体进行反应,洗涤去除没有结合的特异性抗体后,加入标记的、能识别特异性抗体的种属特异性抗体,反应一段时间后再次洗涤去除非特异性结合的标记抗体,加入适合标记物的检测试剂进行显色或发光等,观察有无特异性蛋白条带的出现,也可通过条带的密度大小来进行特异性蛋白的半定量。 操作过程操作过程SDS-PAGE电泳 转膜(PVDF或硝酸纤维素膜) 封闭 一抗 洗涤 酶标二抗反应 洗涤 显色或化学发光显影nullnull0h 4h 8h 16h   Western Blot analysis of cytochrome C release. Cytochrome c release from mitochondria to cytosol in gossypol-treated IM-9/Bcl-2 cells. Cells were treated with 10μM gossypol for different times, cytosol and mitochondrial protein were subject to SDS-PAGE followed by immunoblot with cytochrome c specific antibody. Cyto-CX-Proteinnull4、根据配基特异性的分离纯化方法—亲和层析 原理:利用蛋白质等生物高分子与其相对应的化合物(称配基)进行特异的可逆结合。这些结合的复合物,在与其他混杂在一起的物质分离后,即可用某些试剂把他们重新拆开,而获得纯净蛋白质。 亲和对:酶----抑制剂、底物、辅酶 抗体----抗原 激素----受体null蛋白质的纯度鉴定蛋白质的纯度鉴定层析法 电泳法 免疫化学法 其它 蛋白质纯度的相对性null组织匀浆 硫酸铵分级离子交换凝胶过滤亲和层析 一种目的蛋白经五个纯化步骤(分别取样)的凝胶电泳图蛋白质的含量测定蛋白质的含量测定克氏定氮法 双缩脲法 福林-酚试剂法 紫外分光光度法 BCA比色法 Bradford蛋白分析法 null 1.根据蛋白质的形状分为: 纤维蛋白质 如丝蛋白、角蛋白等; 球状蛋白质 如蛋清蛋白、酪蛋白、血红蛋白、γ-球蛋白 2 蛋白质按其化学组成和溶解度不同可分为: 单纯蛋白质(水解后只产生氨基酸的蛋白质), 清蛋白(白蛋白),球蛋白,谷蛋白, 醇溶谷蛋白,硬蛋白,鱼精蛋白,组蛋白 结合蛋白质(由单纯蛋白质与非蛋白质结合而成。其非蛋白质部分称为辅基), 核蛋白, 糖蛋白, 脂蛋白, 磷蛋白, 色蛋白, 金属蛋白 蛋白质的分类 nullnullnull高变区(决定簇互补区CDR) Ig的抗原结合部位, 该部位也称为CDR Ig的独特型决定簇 nullnullnull(1)根据重链分类: 根据重链靠近羧基末端氨基酸组成及排列顺序不同,将重链分为种:γ、α、μ、δ、ε 根据重链组成不同,将Ig分为五类:IgG、IgA、IgM、IgD、IgE (2)根据轻链分型:κ、λ型 天然Ig分子中,重链同类,轻链同型重链与轻链nullIgG多为单体,是唯一能通过胎盘的抗体 能通过经典途径激活补体 血清含量最高(75%~85%) 主要的抗感染抗体(具有抗菌、抗病毒、中和毒素和免疫调理作用) 参与II、III型超敏反应 IgGnull为五聚体,是分子量最大的Ig,称巨球蛋白。 IgM激活补体、结合抗原、免疫调理作用比IgG强 天然血型抗体是IgM IgMnull分为血清型和分泌型两种。 血清型IgA为单体。 分泌型IgA为双体,主要存在于分泌液中如唾液,乳汁,泪液.新生儿可以从母乳中获得分泌型IgA.IgAnullIgD是B细胞的重要表面标志 B细胞的分化过程中首先出现mIgM,mIgD的出现标志着B细胞成熟 对防止免疫耐受有一定作用IgD血清中含量最低 可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力Fcε受体(FcεRⅠ)结合,引起Ⅰ型超敏反应 IgE四、氨基酸类药物的生产方法 四、氨基酸类药物的生产方法 目前全世界天然氨基酸的年总产量在百万吨左右,其中产量较大者有谷氨酸、蛋氨酸及赖氨酸,其次为天冬氨酸、苯丙氨酸及胱氨酸等。它们主要用于医药、食品、饲料及化工行业中。 目前构成天然蛋白质的20种氨基酸的生产方法有天然蛋白质水解法、发酵法、酶转化法及化学合成法等四种。 表 氨基酸的生产方法及用途 品名 生产方法 用途 L-谷氨酸 发酵、 医药、食品 L-谷氨酰胺 发酵、酶工程 医药 L-甲硫氨酸 合成、酶工程 医药 DL一甲硫氨酸 合成 医药、饲料 L-赖氨酸盐酸盐辣 发酵、酶工程 医药、食品、饲料 甘氨酸 合成 医药、食品、化工 DL丙氨酸 合成、发酵 食品 L-丙氨酸 酶工程 医药、食品 L-半胱氨酸 提取、合成、酶工程 食品、医药、化妆品 L-精氨酸 发酵、提取 医药、食品 L天冬氨酸 酶工程 医药、食品、化工 L一天冬酰胺 提取、合成、酶工程 医药 L一缬氨酸 发酵、酶工程 医药、食品 L-亮氨酸 发酵、提取 医药、食品 L一异亮氨酸 发酵、酶工程 医药、食品 L苏氨酸 发酵、合成、酶工程 医药、食品 L-丙氨酸 合成、酶工程 医药、食品 L一多巴 酶工程、合成 医药 L一色氨酸 酶工程、发酵 医药、食品、饲料 L一组氨酸 发酵、提取 医药、食品 L一酪氨酸 提取、发酵 医药、食品 L-脯氨酸
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