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第01章蛋白质[精品ppt课件]_图文

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生物化学(Biochemistry)是利用 化学的原理与方法研究生物体的化学 组成和生命过程中的化学变化规律的 一门基础科学,从分子水平上探讨生 命现象的本质,所以又称为生命的科 学。简称生化。

目录

本学期教学安排
计划学时: 102/84(其中理论 70/60 实验32/24)

学习方法
1、抓住特点,记住要点;侧重于反应性质、 条件及生理意义。 2、纲目清楚,才能多而不乱;先记住各章框 架后看内容。 3、循序渐进,前后联系; 4、适当归纳对比。

“读” “联”

“思”
目录

第一章

蛋白质的结构与功能
Structure and Function of Protein

目录

What’s protein?
蛋白质是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键 (peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。 蛋白质的生物学重要性 1.蛋白质是生物体重要组成成分 分布广、含量高。

2. 蛋白质具有重要的生物学功能。

3. 氧化供能。
目录

第一节

蛋白质的分子组成

组成蛋白质的元素
主要有C、H、O、N和S。
有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、 锰、钴、钼,个别蛋白质还含有碘 。

蛋白质元素组成的特点
各种蛋白质的含氮量很接近,平均为16%。
这是蛋白质元素组成的重要特点,也是蛋白质定量测定 的依据。通常只要测定出生物样品中的含氮量,就可用样品 中含氮的克数乘以6.25=样品中蛋白质的克数来计算蛋白质 的含量。 1/16%

100克样品中蛋白质的含量 ( g % ) = 每克样品含氮克数× 6.25×100
目录

一、组成人体蛋白质的20种氨基酸 均属于L-?-氨基酸
存在自然界中的氨基酸有300余种, 但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种, 且均属 L-α-氨基酸(甘氨酸除外)。

目录

COO

-

H CH 3 R
H

C

+

NH3

甘氨酸 丙氨酸 L-α-氨基酸的通式
目录

氨基酸的旋光异构

L-甘油醛

D-甘油醛

目录

氨基酸的结构特点是:
①20种aa中除脯aa为环状亚aa外,其余均符合 上述通式; ②除甘aa外,其它aa的α-碳原子都是不对称 碳原子,均为L-α-aa 。 ③既有酸性的羧基(α-COOH),也具有碱性的 氨基(α-NH2),故为两性电解质。 ④不同aa的R基团不同,其分子量、理化性质 各不相同。
目录

二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质 进行分类
?

非极性脂肪族氨基酸

?
?

极性中性氨基酸
芳香族氨基酸

?
?

酸性氨基酸
碱性氨基酸

目录

(一)侧链含烃链的aa属于非极性脂肪族氨基酸

目录

(二)侧链有极性但不带电荷的aa是极性中性氨基酸

目录

(三)侧链含芳香基团的aa是芳香族氨基酸

Tyr

目录

(四)侧链含负性解离基团的aa是酸性氨基酸

目录

(五 )侧链含正性解离基团的 aaacid 属于碱性氨基酸 天冬氨酸 aspartic Asp D 2.97 4. 碱性氨基酸
结构式 中文名 glutamic 英文名acid 三字 谷氨酸 Glu 一字 E 符号 符号 等电点 3.22 (PI)

赖氨酸

lysine

Lys

K

9.74

精氨酸

arginine

Arg

R

10.76

组氨酸

histidine

His

H

7.59

目录

?

几种特殊氨基酸

? 脯氨酸
(亚氨基酸)
CH2 CH2 CH2
CHCOOH CHCOO

NH

目录

? 半胱氨酸
-OOC-CH-CH
+NH 3

SH HS CH CH COO + 2 2

-HH

+NH

3

-OOC -CH-CH
+NH 3

S S CH CH COO 2 2
+NH
二硫键

3

?胱氨酸
目录

三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质
(一)氨基酸具有两性解离的性质
?

两性解离及等电点

氨基酸是两性电解质。
通过改变溶液的pH可使氨基酸分子的解离 状态发生改变。 等电点(isoelectric point, pI) 在某一pH的溶液中,氨基酸分子带有相等正、 负电荷时,此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电 点(pI)。
目录

R CH COOH NH2
pK1 +OHpK2 +OH R CH COO R CH COO + +H + NH NH
3
2

R CH COOH +H+ + NH3

pH<pI

pH=pI

pH>pI

阳离子

氨基酸的兼性离子
中性氨基酸

阴离子

pI = 1/2 (pK1+ pK2)

目录

pI = 1/2 (pK1+ pKR)

酸性氨基酸
目录

pI = 1/2 (pKR+ pK2)

碱性氨基酸
目录

pI 就是兼性离子两端PK值的平均值
中性氨基酸 pI = 1/2 (pK1+ pK2) 酸性氨基酸 pI = 1/2 (pK1+ pKR) 碱性氨基酸 pI = 1/2 (pKR+ pK2)

目录

(二)含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质
色氨酸、酪氨酸的最大 吸收峰在 280 nm 附近。 大多数蛋白质含有这两 种氨基酸残基,所以测定蛋 白质溶液 280nm 的光吸收值 是分析溶液中蛋白质含量的 快速简便的方法。

芳香族氨基酸的紫外吸收

(三)氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物
氨基酸与茚三酮共热形成蓝紫色化合物,570nm 作氨基酸定量分析
目录

四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成 的多肽链
(一)氨基酸通过肽键连接而形成肽 (peptide)
肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的?羧基与另一个氨基酸的 ? - 氨基脱水缩合而形 成的化学键。

目录

O NH2-CH-C H
甘氨酸

+
OH

O NH-CH-C H
甘氨酸

H

OH

-HOH

O O NH2-CH-C-N-CH-C H
肽键

HH

OH
甘氨酰甘氨酸

肽键是共价键,能量大 。

目录

* 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…… * 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡 肽(oligopeptide),由更多的氨基酸相连 形成的肽称多肽(polypeptide)。

* 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)。
目录

* 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。

多肽链有两端 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

N末端

C末端

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。
目录

(二)体内存在多种重要的生物活性肽 (具有生物学活性的低分子量的肽 ) 1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH)
全称为γ -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。

目录

谷胱甘肽的生理功用:
参与氧化还原反应:作为重要的还原剂,参与体内 多种氧化还原反应; 保护巯基酶的活性:使巯基酶的活性基团-SH维持 还原状态; 维持红细胞膜结构的稳定:消除氧化剂对红细胞膜 结构的破坏作用。
H2O2 2GSH
GSH过氧化 物酶

NADP+
GSH还原酶

2H2O

GSSG

NADPH+H+
目录

2. 多肽类激素及神经肽
? 种类较多,生理功能各异。主要见于下丘脑 及垂体分泌的激素。 如:催产素(9),加压素 (9),促肾上腺皮质激素(39),促甲状腺素 释放激素(3)等。

有一类在神经传导过程中起信号转导作用的肽类称为 神经肽,如:脑啡肽(5),内啡肽(31),强啡肽 目录 (17)。

第二节

蛋白质的分子结构
基本结构 高级 结构

蛋白质的分子结构包括 一级结构(primary structure) 二级结构(secondary structure)

三级结构(tertiary structure)
四级结构(quaternary structure)

目录

一、氨基酸的排列顺序决定蛋白质 的一级结构
?定义:

蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至
C-端的氨基酸排列顺序。 ?主要的化学键: 肽键,有些蛋白质还包括二硫键。
目录

1953,Sanger测定的第一个一级结构是蛋白质。

一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能 的基础,但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。
目录

二、多肽链的局部主链构象为蛋白质 二级结构
蛋白质分子中某一段肽链主链骨架原子的相 对空间位置,并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。
?主要的化学键:氢键

?主链构象骨架原子

:?-羧基碳,?-氨基氮,α-碳

目录

(一)参与肽键形成的6个原子在同一平面上
参与肽键的6个原子C?1、C、O、N、H、C?2位于同一平 面,C?1和C?2在平面上所处的位置为反式 (trans)构型,此同 一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 (peptide unit) 。

目录

20世纪30年代

目录

肽键C-N键长0.132nm C-N单键长0.149nm C=N双键长0.127nm

目录

肽单元的特点
1、具有顺式和反式结构
2、肽键具有半双键性质 3、构成肽单元的六个原子在同一平面上

相邻的α-碳原子呈反式构型
目录

?

蛋白质二级结构的主要形式
?-螺旋 (? -helix) ?-折叠 (?-pleated sheet) ?-转角 (?-turn) 无规卷曲 (random coil)

?

? ? ?

目录

(二)α-螺旋结构是常见的蛋白质二级结构
其结构特征为:
------------------------

⑴ 为一右手螺旋 ⑵ 螺旋每圈包含 3.6个氨基酸残基, 螺距0.54nm,R 侧链位于螺旋外侧;

⑶ 螺旋以氢键维系。

目录

(三)?-折叠使多肽链形成片层结构

其结构特征为: ⑴ 由若干条肽段或肽链组成片层结构;有顺反两种形 式。 ⑵ 主链骨架伸展呈锯齿状; R侧链分布于片层上下。 ⑶ 借相邻主链之间的氢键维系。
目录

N

C

目录

(四)?-转角和无规卷曲
?-转角 ⑴ 主链骨架发生 180°回折的转角; ⑵ 回折部分通常由 四个氨基酸残基构成; ⑶ 构象依靠第一残 基的-CO基与第四残基 的-NH基之间形成氢键 来维系。
Pro

无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那 部分肽链结构。
目录

(五)模体是具有特殊功能的超二级结构
两个或两个以上具有二级结构的肽段,在空间

上相互接近,形成一个有规则的二级结构组合,被
称为超二级结构。 二级结构组合形式有3种:αα,βαβ,ββ 。 具有特殊功能的超二级结构称模体(motif) 。

目录

?模体常见的形式
?

α-螺旋-β转角(或 环)-α-螺旋模体 链-β转角-链模体

? ?

链-β转角-α-螺旋-β 转角-链模体

钙结合蛋白中结合 钙离子的模体

锌指结构
目录

目录

(六)氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响
蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一级结 构中氨基酸残基的侧链对形成?-螺旋或β-折叠是有 影响的。 ? 影响α-螺旋稳定的因素有: ⑴ 极大的侧链基团(存在空间位阻); ⑵ 连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸残 基(同种电荷的互斥效应); ⑶ 有Pro等亚氨基酸存在(不能形成氢键)

目录

三、在二级结构基础上多肽链进一步折叠 形成蛋白质三级结构
(一)三级结构是指整条肽链中全部氨基酸 残基的相对空间位置
? 定义:

整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。 即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。
? 主要的化学键:

疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。
目录

目录

? 肌红蛋白 (Mb) 153氨基酸残基构成。含75%
α-螺旋,形成A-H8个螺旋区。侧链相互作用,链

卷曲缠绕成球状。

C 端 N端
目录

(二)结构域是三级结构层次上的局部折叠区
分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧 密的区域,并各行其功能,称为结构域 (domain) 。

纤连蛋白分子的结构域
目录

(三)分子伴侣参与蛋白质折叠
分子伴侣(chaperon)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。 ?分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合, 防止错误的聚集发生,使肽链正确折叠。

?分子伴侣与错误聚集的肽段结合,使之解聚后, 再诱导其正确折叠。 ?分子伴侣具有形成二硫键酶的的活性,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。
目前参与蛋白质折叠的分子伴侣可分为三类: ①热休克蛋白70(Hsp70)②伴侣蛋白 ③核质蛋白
目录

四、含有二条以上多肽链的蛋白质 具有四级结构
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 (subunit)。 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。 亚基之间的结合主要是氢键和离子键。
目录

由2个亚基组成的蛋白质四级结构中,若亚基分子 结构相同,称之为同二聚体(homodimer),若亚基分子 结构不同,则称之为异二聚体(heterodimer)。

血红蛋白的 四级结构

目录

蛋白质的一级结构是它的氨基酸顺序
蛋白质的二级结构是以肽单元为单位,由 氢键导致的肽链卷曲与折叠

Primary structure

Secondary structure

目录

蛋白质的三级结构是多肽链整条肽链所有原 子在三维空间的排布位置 蛋白质的四级结构是亚基的空间排列

Tertiary structure

Polypeptide (single subunit of transthyretin)

Quaternary structure Transthyretin, with four identical polypeptide subunits
目录

五、蛋白质的分类
? 根据蛋白质组成成分:

单纯蛋白质 结合蛋白质 = 蛋白质部分 + 非蛋白质部分(辅基)
? 根据蛋白质形状:

纤维状蛋白质(长轴/短轴 10倍以上) 球状蛋白质 (长轴/短轴
10倍以下)
目录

六、蛋白质组学(略)
(一)蛋白质组学基本概念
蛋白质组是指一种细胞或一种生物所表 达的全部蛋白质,即“一种基因组所表达的 全套蛋白质”。

目录

(二)蛋白质组学研究技术平台
蛋白质组学是高通量,高效率的研究: ?双向电泳分离样品蛋白质 ?蛋白质点的定位、切取 ?蛋白质点的质谱分析

(三)蛋白质组学研究的科学意义

目录

第三节
蛋白质结构与功能的关系
The Relation of Structure and Function of Protein

目录

一、蛋白质一级结构是高级结构 与功能的基础
(一)一级结构是空间构象的基础
124氨基酸残基

二 硫 键

牛核糖核酸酶 的一级结构
目录

天然状态, 有催化活性 去除尿素、 β-巯基乙醇

尿素、 β-巯基乙醇

非折叠状态,无活性
目录

(二)一级结构相似的蛋白质具有相似的高级 结构与功能
胰岛素
人 A5 Thr 氨基酸残基序号 A6 A10 Ser Ile B30 Thr


狗 兔

Thr
Thr Thr

Ser
Ser Gly

Ile
Ile Ile

Ala
Ala Ser




Ala
Ala

Gly
Ser

Val
Val

Ala
Ala



Thr

Ser

Ile

Ala
目录

(三)氨基酸序列提供重要的生物化学信息
一些广泛存在于生物 界不同种系间的蛋白质如

细胞色素(cytochrome C),
比较它们的一级结构,可 以帮助了解物种进化间的 关系。 可以为生物进化理论 提供依据。 细胞色素 C一级结构

目录

(四)重要蛋白质的氨基 酸序列改变可引起疾病
例:镰刀形红细胞贫血
由于基因突变导致血红蛋白β-链第 六位氨基酸残基由谷氨酸改变为 缬氨酸

HbA β 肽 链 N-val · his · leu · thr · pro · glu · glu · · · · ·C(146)

HbS β 肽链 N-val · his · leu · thr · pro · val · glu · · · · ·C(146)
这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病,称为“分子病”。 目录

二、蛋白质的功能依赖特定空间结构
(一)血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似
? 肌红蛋白/血红蛋白

含有血红素辅基 血红素结构

目录

肌红蛋白与血红蛋白的结构

目录

(二)血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与 氧结合 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。

目录

肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线
目录

?

协同效应(cooperativity)

一个亚基与其配体结合后,能影响另 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)
目录

T型(紧张态) (Tense state) 与氧亲和力小

O2

R型(松弛态) (Relaxed state) 与氧亲和力大

H+、CO2、2.3-BPG

目录

血红素与氧结 合后,铁原子半径 变小,就能进入卟

啉环的小孔中,继
而引起肽链位置的 变动。

O2

目录

变构效应(allosteric effect)

蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变
化,称为变构效应 (三)蛋白质构象改变与疾病
蛋白质构象疾病:若蛋白质的折叠发生错误,尽

管其一级结构不变,但蛋白质的构象发生改变,
仍可影响其功能,严重时可导致疾病发生。
目录

蛋白质构象改变导致疾病的机理:有些蛋 白质错误折叠后相互聚集,常形成抗蛋白水解

酶的淀粉样纤维沉淀,产生毒性而致病,表现
为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。 这类疾病包括:人纹状体脊髓变性病、老 年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。

目录

?

疯牛病中的蛋白质构象改变 疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP) 引起的一组人和动物神经退行性病变。 正常的PrP富含α-螺旋,称为PrPc。 PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全 为β-折叠的PrPsc,从而致病。 α-螺旋 正常

PrPc

PrPsc β-折叠 疯牛病
目录

第四节 蛋白质的理化性质
The Physical and Chemical Characters of Protein

目录

一、蛋白质具有两性电离的性质
蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外,
氨基酸残基侧链中某些基团,在一定的溶液pH条

件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。
?

蛋白质的等电点( isoelectric point, pI) 当蛋白质溶液处于某一pH时,蛋白质解离成

正、负离子的趋势相等,即成为兼性离子,净电
荷为零,此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。
目录

Pro

COOH NH2

Pro

COOH

+OH+H+

Pro

COO- NH3 +

+OH+H+

NH3



COO- Pro NH2

pH<pI
阳离子

pH=pI
蛋白质的兼性离子

pH>pI
阴离子
目录

二、蛋白质具有胶体性质
蛋白质属于生物大分子之一,分子量可自 1 万至100万之巨,其分子的直径可达1~100nm, 为胶粒范围之内。 蛋白质具有亲水溶胶的性质。

不能透过半透膜、扩散速度慢、不易渗透。
?

蛋白质胶体稳定的因素: ? 颗粒表面电荷 ? 水化膜
目录

水化膜 + + + + + +
带正电荷的蛋白质 脱水作用 在等电点的蛋白质 脱水作用 酸 碱 碱 酸

- -

- --

+

- - -

带负电荷的蛋白质 脱水作用

+ + + + + + + +
带正电荷的蛋白质





- - - - - -- -
带负电荷的蛋白质

不稳定的蛋白质颗粒

溶液中蛋白质的聚沉

目录

三、蛋白质空间结构破坏而引起变性
* 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(不包括肽键的断裂),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。

目录

变性的本质 造成变性的因素:

破坏非共价键和二硫键,不改变蛋白质的一级结构 。

① 物理因素:高温、高压、紫外线、电离辐射、超 声波等; ② 化学因素:强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐等。

变性蛋白质的性质改变:
①溶解度下降 ②粘度升高 ③光吸收度增加等; 生物学性质:原有生物学活性丧失,抗原性改变。
目录

? 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。
若蛋白质变性程度较轻,去除变性因素后,蛋 白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能, 称为复性(renaturation) 。
目录

蛋白质变性的可逆性:
a. 蛋白质在体外变性后, 绝大多数情况下是不 能复性的; b. 如 变 性 程 度 浅 , 蛋 白 质分子的构象未被严 重破坏;或者蛋白质 具有特殊的分子结构, 并经特殊处理则可以 复性。 RNA酶的变性和复性
目录

蛋白质沉淀 在一定条件下,蛋白疏水侧链暴露在外,肽链 融会相互缠绕继而聚集,因而从溶液中析出。 变性的蛋白质易于沉淀,有时蛋白质发生沉淀, 但并不变性。 ? 蛋白质的凝固作用(protein coagulation) 蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的 凝块,此凝块不易再溶于强酸和强碱中。
?

变性
一定 不一定 不一定 不一定

凝固

沉淀
目录

四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰
由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸 和色氨酸,因此在280nm波长处有特征性吸收 峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系,因

此可作蛋白质定量测定。

目录

五、应用蛋白质呈色反应可测定蛋白质 溶液含量
1. 茚三酮反应(ninhydrin reaction) 蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚 三酮反应。 2. 双缩脲反应(biuret reaction) 蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与 硫酸铜共热,呈现紫色或红色,此反应称为双 缩脲反应,双缩脲反应可用来检测蛋白质水解 程度。
目录

第五节
蛋白质的分离纯化与结构分析
The Separation and Purification and Structure Analysis of Protein
目录

一、透析及超滤法可去除蛋白质溶液中的 小分子化合物
?

透析(dialysis)

利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合 物分开的方法。
?

超滤法 超滤法是指液体或气体混合物在外界压力驱 动下,通过一种在其上布满许多细微小孔的超滤 膜获得不同分子量的澄清液或浓缩液的分离方法。
目录

二、丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀是常用的蛋 白质沉淀方法
*使用丙酮沉淀时 :破坏水化膜 ① 脱水作用;② 使水的介电常数降低,蛋白质溶解度降低。 *盐析(salt precipitation)是将硫酸铵、硫酸钠或氯 化钠等加入蛋白质溶液,使蛋白质表面电荷被中 和以及水化膜被破坏,导致蛋白质沉淀。
* 免疫沉淀法:将某一纯化蛋白质免疫动物可获得

抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗体识别相应的抗 原蛋白,并形成抗原抗体复合物的性质,可从蛋白 质混合溶液中分离获得抗原蛋白。
目录

三、利用荷电性质可用电泳法将 蛋白质分离
蛋白质在高于或低于其 pI 的溶液中为带电的
颗粒,在电场中能向正极或负极移动。这种通过

蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技
术, 称为电泳(elctrophoresis) 。

根据支撑物的不同,可分为薄膜电泳、凝胶
电泳等。
目录

?

几种重要的蛋白质电泳: ?SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,常用于蛋白质分 子量的测定。

?等电聚焦电泳,通过蛋白质等电点的差异而
分离蛋白质的电泳方法。 ?双向凝胶电泳是蛋白质组学研究的重要技术。

目录

四、应用相分配或亲和原理可将蛋白质 进行层析分离
?

层析(chromatography)分离蛋白质的原理
根据蛋白质的形态、大小和电荷的不同而设计的物理分离

方法。各种不同的层析方法都涉及共同的基本特点 :有一个固定 相和流动相,当蛋白质混合溶液 (流动相 )通过装有珠状或基质 材料的管或柱 (固定相 )时,由于混合物中各组份在物理化学性 质(如吸引力、溶解度、分子的形状与大小、分子的电荷性与亲 和力)等方面的差异使各组分在两相间进行反复多次的分配而得 以分开。流动相的流动取决于引力和压力,而不需要电流。
目录

?

蛋白质分离常用的层析方法 ?离子交换层析:利用各蛋白质的电荷量及 性质不同进行分离。 ?凝胶过滤(gel filtration)又称分子筛层析, 利用各蛋白质分子大小不同分离。

目录

目录

目录

五、利用蛋白质颗粒沉降行为不同 可进行超速离心分离
? 超速离心法(ultracentrifugation)既可以用来分 离纯化蛋白质也可以用作测定蛋白质的分子量。

? 蛋白质在离心场中的行为用沉降系数 (sedimentation coefficient, S)表示,(S)等于 离子的沉降速度与离心加速度的比值。 ? 沉降系数与蛋白质的密度和形状相关 。
因为沉降系数 S大体上和分子量成正比关系,故可应用超 速离心法测定蛋白质分子量,但对分子形状的高度不对称 的大多数纤维状蛋白质不适用。
目录

六、应用化学或反向遗传学方法可分析 多肽链的氨基酸序列 (略)
分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成 测定多肽链的氨基末端与羧基末端为何种氨基酸残基 把肽链水解成片段,分别进行分析 测定各肽段的氨基酸排列顺序,一般采用Edman降解法

一般需用数种水解法,并分析出各肽段中的氨基酸 顺序,然后经过组合排列对比,最终得出完整肽链中氨 基酸顺序的结果。

目录

胰蛋白酶(trypsin)的裂解作用

目录

BrCN的裂解作用

目录

?

通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列 分离编码蛋白质的基因 测定DNA序列 排列出mRNA序列 按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列
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复习思考题:
1、蛋白质的二级结构有哪些? 2、模体与结构域?分子伴侣? 3、两性电离与等电点? 4、蛋白质变性与变构的比较? 5、多肽和蛋白质的区别? 6、维系蛋白质一级和空间结构的力量? 7、什么是蛋白质的变构作用? 8、蛋白质结构与功能的关系?
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本章重点内容
酸性氨基酸——Asp、Glu 碱性氨基酸——Lys、Arg、His 氨基酸或蛋白质的等电点(概念) 蛋白质的紫外吸收性质——Tyr、Trp 蛋白质的一、二、三、四级结构(概念) 肽单元、模体、结构域、分子伴侣(概念) 二级结构的形式 变构效应(概念) 蛋白质的变性(概念) 盐析(概念) 蛋白质结构与功能的关系

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七、应用物理学、生物信息学原理 可进行蛋白质空间结构测定(略)
?二级结构测定

通常采用圆二色光谱(circular dichroism,

CD)测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量。
? - 螺旋的 CD 峰有 222nm 处的负峰、 208nm 处的 负峰和198 nm处的正峰三个成分;而?-折叠的 CD谱不很固定。
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?三级结构测定

X射线衍射法(X-ray diffraction)和核磁共
振技术(nuclear magnetic resonance, NMR)是 研究蛋白质三维空间结构最准确的方法。

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根据蛋白质的氨基酸序列预测其三维空间结构:
? 同源模建:将待研究的序列与已知结构的同源蛋白

质序列对齐——补偿氨基酸替补、插入和缺失—— 通过模建和能量优化计算,产生目标序列三维结构 。序列相似性越高,预测的模型也越准确。
? 折叠识别:通过预测二级结构、预测折叠方式和参

考其它蛋白的空间结构,从而产生目标序列的三维 结构。
? 从无到有:根据单个氨基酸形成二级结构的倾向,

加上各种作用力力场信息,直接产生目标序列三维 结构。
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蛋白质研究的历史

1833 年,从麦芽中分离淀粉酶;随后从胃液中分离 到类似胃蛋白酶的物质。

1864年,血红蛋白被分离并结晶。
19 世纪末,证明蛋白质由氨基酸组成,并合成了多 种短肽。 20 世纪初,发现蛋白质的二级结构;完成胰岛素一 级结构测定。

20 世纪中叶,各种蛋白质分析技术相继建立,促进 了蛋白质研究迅速发展;
1962年,确定了血红蛋白的四级结构。
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20 世纪 90 年代,功能基因组与蛋白质组研究地展开。

伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用
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