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文档简介

1、第五节 蛋白质结构 与功能的关系 一、一级结构与功能的关系 n同种功能的蛋白质具有相似的一级结构; u 细胞色素c u 胰岛素 n一级结构的改变会引起功能的变化。 u 镰刀状细胞贫血症 二、高级结构与功能的关系 n相同功能的蛋白质,高级结构很相似; n高级结构决定生物学功能,功能与结构之间 相适应。 u朊病毒 u肌红蛋白与血红蛋白 三、一级结构与高级结构关系 n一级结构决定高级结构,通过高级结构行使 生物学功能; * 即蛋白质的生物学功能起决于氨基酸排列顺序,分 子 伴侣(娘)在多肽链折叠中起作用。 n蛋白质前体经激活之后才能形成正确的高级 结构,成为有功能的活性蛋白。 u前胰岛素原 u凝血酶

2、原 第六节 蛋白质的 重要理化性质 一、两性解离和等电点 n在纯水中测得的等电点又称为蛋白质的等离子点等离子点,是 蛋白质的特征常数。 n等电点时等电点时,蛋白质的溶解度溶解度、粘度,渗透压、膨胀性 和导电能力均为最小最小。(易沉淀析出,因为缺少电荷 排斥作用)。 n蛋白质在溶液中解离成带电颗粒,在电场中可以向电 荷相反的电极移动,这种现象称为电泳电泳。电泳的方向 与速度与起决于:电荷的电性与多少;颗粒的大 小与形状。根据这一原理就可以从蛋白质混合液中将 各种蛋白质分离开来,所以电泳技术已成为分析、分 离蛋白质的重要手段之一。 二、胶体性质 n蛋白质水溶液为稳定的亲水胶体,其成因:直径在 22

3、0nm;颗粒外面形成一层水化层水化层(表面极性AA 对水亲合性);带电荷(在非等电点时,相同蛋白 质颗粒带同种电荷,相互排斥)。 n具有布朗运动、丁达尔效应、电泳现象、吸附现象以 及不能透过半透膜不能透过半透膜等胶体溶液的性质。利用其不能透 过半透膜性质,建立透析法可分离、纯化蛋白质。 n当蛋白质溶液部分失水或达到一定浓度的蛋白质溶液 冷却时可形成凝胶凝胶,如豆腐、奶酪、鱼汤冻、猪脚汤 冻。胶凝作用的逆过程为胶溶作用,如为干凝胶的种 子在发芽时大量吸水。 三、变性与复性 n变性:变性:在理化因素的影响下,天然蛋白质分子内部原 有的高级结构发生变化时,其理化性质和生物学功能 都随之改变或丧失,但

4、并未导致一级结构的变化,这 种现象叫变性作用。变性实质为变性实质为分子中各种次级键被次级键被 破坏破坏(有时包括二硫键),其空间构象从紧密有序状 态变成松散无序状态,但不涉及一级结构破坏。 n引发变性的因素 u物理因素:加热、紫外线、X射线、超声波、剧烈 振荡、搅拌或高压等。 u化学因素:强酸、强碱、脲、胍、重金属盐、生 物碱、有机溶剂等。 n变性伴随的表现 u功能上:生物活性丧失; u理化性质上:紫外吸收和粘 度增大,溶解度、渗透压和 扩散速度降低,易絮凝、不 易结晶(可判断蛋白质是否 为天然构象),疏水基团外 露,侧链反应增强,对酶的 作用敏感,易被水解。 n复性:复性:引起蛋白质变性的条

5、件不 很剧烈,其三维结构破坏不很严 重的情况下,除去变性因素后, 变性的蛋白质可缓慢恢复其天然 构象,并恢复原有的理化性质和 生物活性,这种现象称为复性。 四、沉淀 n沉淀:沉淀:蛋白质分子因脱水、失去电荷、变性或生成难 溶盐而从溶液中沉淀析出的现象。 n引发沉淀的因素 u高 浓 度 中 性 盐 :高 浓 度 中 性 盐 : 加 入 高 浓 度 的 中 性 盐 ( 如 (NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl),可破坏蛋白质的水破坏蛋白质的水 化层,中和蛋白质的电荷化层,中和蛋白质的电荷,从而使蛋白质沉淀析 出,此现象称为盐析盐析,该方法不会使蛋白质产生不会使蛋白质产生 变性变性,是最常用的

6、蛋白质沉淀方法。球蛋白通常 不溶于纯水,而溶于稀中性盐溶液,其溶解度随 稀盐浓度的增加而增大,这称为盐溶盐溶。 u有机溶剂:有机溶剂:在蛋白质溶液中加入能与水互溶的有 机溶剂,如乙醇、丙酮等,可破坏蛋白质的水化破坏蛋白质的水化 膜膜,使蛋白质沉淀。此法常在低温条件下进行低温条件下进行, 否则否则有机溶剂与水互溶产生的溶解热会使蛋白质 产生变性产生变性。 u重金属盐:重金属盐:重金属盐可与蛋白质中带负电的基团蛋白质中带负电的基团 结合结合使蛋白质沉淀,同时还会使之变性会使之变性。 u生物碱试剂:生物碱试剂:生物碱试剂一般为弱酸性物质,如 单宁酸、苦味酸、三氯乙酸等。蛋白质在酸性条蛋白质在酸性条

7、件下带正电,能与生物碱试剂的酸根离子结合而件下带正电,能与生物碱试剂的酸根离子结合而 产生沉淀。产生沉淀。 u加热:加热:几乎所有蛋白质都因加热变性而凝固;少少 量盐可促进凝固量盐可促进凝固;当处于蛋白质等电点时,加热 凝固迅速而完全。 五、紫外吸收及显色反应 n蛋白质溶液在近紫外区280nm处有光吸收,主要是由 带芳香环的氨基酸决定的。 n显色反应 u茚三酮反应:茚三酮反应:多肽与蛋白质都能与之反应生成蓝 色化合物。 u双缩脲反应:双缩脲反应:多肽与蛋白质都能和双缩脲试剂反 应,随着肽键的数目越多,颜色依次为粉红、紫 红、紫、蓝。 u酚试剂反应酚试剂反应:多肽与蛋白质与酚试剂生成蓝色的 化合

8、物。 第七节 蛋白质的分类 一、按形状分 n球状蛋白 u例如:肌红蛋白、血红蛋白、各种蛋白酶类,多 为功能性蛋白。 n纤维状蛋白:分子轴比大于10 u例如:不溶性(硬蛋白)的角蛋白、胶原蛋白和 弹性蛋白;可溶性的肌球蛋白、纤维蛋白原等; 多为结构性蛋白。 * 注意:注意:微管、肌动蛋白细丝或鞭毛是球状蛋白质的 长向聚集体,不属于纤维状蛋白质。 二、按功能分 n活性蛋白 u例如:酶 、激素蛋白、运输蛋白、贮存蛋白、运 动蛋白、防御蛋白等。 n非活性蛋白 u例如:角蛋白、丝心蛋白、胶原蛋白等,多为结 构性蛋白。 三、按化学成份分 n简单蛋白:水解产物只有氨基酸 u按溶解性不同分:清、球、谷、醇溶、

9、精、组、 硬蛋白。 n结合蛋白:还有非蛋白成份 u按辅基成份不同分:核(脱氧核糖核蛋白/核糖体 核蛋白)、糖(糖蛋白/黏蛋白)、脂、磷、色、 黄素、金属蛋白类。 第八节 蛋白质的 研究技术 蛋白质分离提纯的一般原则 n根据蛋白质的溶解度分离 n根据电荷差异分离 n根据分子大小分离 n根据配体特性异性分离 n选择性吸附分离 n根据疏水性的差异 练一练 n在蛋白质和多肽分子中,只存在一种共价键。( ) n蛋白质的特异性功能主要取决于: A、各氨基酸的相对含量 B、氨基酸的种类 C、氨基酸的排列顺序 D、非氨基酸 细胞色素c n细胞色素c (cytochrome c)是真核细胞线粒体内膜上 的一种含

10、铁蛋白质,它在生物氧化中起传递电子的作 用。脊椎动物细胞色素c 由104个AA组成,分子量约 为12500。现已测定了包括动物、植物、真菌在内的 上百种生物种属细胞色素c 的一级结构,比较结果表 明,进化上亲缘关系越近,其序列同源性越大。 u同源蛋白质同源蛋白质:不同物种中行使相同或相似功能的蛋白质,如 脊椎动物中的氧转运血红蛋白。 u序列同源性序列同源性:同源蛋白质的AA序列具有的明显相似性,这 种相似性称为序列同源(性);具有明显序列同源的蛋白也 称同源蛋白质。 u不变残基不变残基、可变残基可变残基 根据细胞色素c 序列的物种差异 建立的进化树 n在已分析的不同物 种细胞色素c 的一 级结

11、构中,有一成 串的 7080 位的不 变残基,这可能是 细胞色素c 与酶结 合的部位;在14和 17位还均含有一个 Cys 残基,用于连 接辅基血红素。 胰岛素 n绝大多数物种的胰岛素由51个AA组成,其中 20多个 氨基酸残基位置始终不变,特别是A、B链的6个Cys 高度保守,其余的多为具有非极性侧链的AA ,对稳 定蛋白质的空间结构也起重要作用。 n可变残基对稳定蛋白质的空间结构作用不大,但对免 疫反应起作用。 n猪与人接近,而狗则与人不同,因此可用猪的胰岛素 治疗人的糖尿病。 同源蛋白具有共同的进化同源 n以氧合血红素蛋白为例,肌肉的 氧合血红素蛋白肌红蛋白,含有 153个AA残基;红细

12、胞氧转运蛋 白,血红蛋白是一个22的四聚 体 。 n肌红蛋白、血红蛋白链、血红 蛋白链是珠蛋白,有很高的序 列同源。人肌红蛋白和人- 珠蛋 白有38个AA残基相同,而人- 珠蛋白与人-珠蛋白有64个AA 残基相同。这种同源关系表明随 机突变导致一级结构上AA的取 代和分歧事件的进化顺序。 氧合血红蛋白 的进化树 镰刀状细胞贫血症 n镰刀状细胞贫血症是一级结构改变引发蛋白功能改变 的典型实例,也是最早被认识的分子病之一。现已发 现300多种存在于人类群体中的血红蛋白遗传变体。 n镰刀型贫血症是由于血红蛋白亚基亚基上的第6位AA由 谷氨酸变成了缬氨酸,导致Hb结构和功能发生改变, 运氧气的能力大大

13、降低,并且红细胞呈现为镰刀状。 n平衡多形现象:纯合子50% Hb镰刀化,患者夭折; 杂合子1% Hb镰刀化,患者寿命虽不长,但可抵抗一 种非洲的疟疾。 Glu ( 极性带负电荷)极性带负电荷)正常正常 Hb A Val (非极性)非极性)异常异常 Hb S 血红细胞镰刀化成因 n在一级结构上看,镰刀状细胞贫血症是6 Glu 被替换 成6 Val;从三级结构看由于6 位于分子表面,这一 替换相当于给Hb S 分子表面安上了一个疏水疏水侧链, 会显著降低去氧Hb的溶解度。 粘粘 性性 突突 起起 2股股Hb连锁连锁14股股Hb连锁连锁 直径直径21.5nm 高级结构改变引发的病变 n疯牛病、老年性痴呆症、 囊性纤维病变、家族性高 胆固醇症、家族性淀粉样 蛋白症、白内障及某些肿 瘤等都是“折叠病”。就 是相关蛋白质的三维空间 结构异常,这种异常是由 于致病蛋白质分子通过分 子间作用感染正常蛋白质 而造成的。 肌红蛋白的结构 64 93 血红蛋白 n血红蛋白是脊椎动物红细胞主要组成部分,它的主要 功能是运输氧和二氧化碳。其血红素Fe原子的第六配 价键可以与不同的分子结合:无氧存在时与水结合, 生成去氧血红蛋白(Hb);有氧存在时能够与氧结合形 成氧合血红蛋

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