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第二章生命活动的主要承担者蛋白质ppt课件 共80页_图文

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第一章 生命活动的主要 承担者-蛋白质

本章主要内容
? 蛋白质的分子组成 ? 蛋白质的化学结构和高级结构 ? 蛋白质的功能 ? 蛋白质的变性与生物进化

一.蛋 白 质 的 分 子 组 成

蛋白质在人体内的分布
毛发 指甲 皮肤 肌肉等

富含蛋白质的食物

A. 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 。

B. 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%。
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:
100克样品中蛋白质的含量 ( g % ) = 每克样品含氮克数× 6.25×100
1/16%

蛋白质的分子量

蛋白质的相对分 子质量为什么会

物质名称

化学式

这么大呢?
原子个数 相对分子质量



H2O



18

硫酸

H2SO4



92

牛奶乳蛋白 人血红蛋白

C1642H2652O 492N420S12
C3032H4816O 872N780S8Fe
4

5224 9512

36684 64500

蛋白质的相对分子质量很大,是一种高分子化 合物。

图中各种食物都 富含蛋白质,蛋白质必需 经过消化成氨基酸才能被 人体吸收利用。氨基酸就 是组成蛋白质的基本单位。 组成蛋白质的氨基酸有约 20种.

C.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 人体蛋白质的氨基酸仅有20种,且均属 L-氨基 酸(甘氨酸除外)。

1.氨基酸的一般性质

(a)、结构
H

R

C COOH

NH2

(b)肽键的结构
? 一个氨基酸的氨基与 另一个氨基酸的羧基 之间失水形成的酰胺 键称为肽键,所形成 的化合物称为肽。
?由两个氨基酸组成 的肽称为二肽,由多 个氨基酸组成的肽则 称为多肽。组成多肽 的氨基酸单元称为氨 基酸残基。

2. 构成蛋白质的20种氨基酸特点
? L-型氨基酸 ? 具旋光性(除甘氨酸外)
? 属α -氨基酸(脯氨酸为α -亚氨基酸)
? 属两性电解质

3. 氨基酸的分类
1. 非极性疏水性氨基酸 2. 极性中性氨基酸 3. 酸性氨基酸 4. 碱性氨基酸
* 20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:

1. 非极性疏水性氨基酸 甘氨酸 glycine Gly G 5.97

丙氨酸 alanine Ala A 6.00

缬氨酸 valine

Val V 5.96

亮氨酸 leucine Leu L 5.98

异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02 苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48

脯氨酸 proline

Pro P 6.30

2. 极性中性氨基酸

色氨酸 tryptophan Trp W 5.89

丝氨酸 serine

Ser S 5.68

酪氨酸 tyrosine 半胱氨酸 cysteine

Try Y 5.66 Cys C 5.07

蛋氨酸 methionine Met M 5.74

天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41

谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65

苏氨酸 threonine Thr T 5.60

3. 酸性氨基酸 4. 碱性氨基酸

天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97 谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22

赖氨酸

lysine

Lys K 9.74

精氨酸 arginine Arg R 10.76

组氨酸 histidine His H 7.59

4. 必需氨基酸
? 20种氨基酸中有8种不能由人体合成,必须从 外界摄取,称为必需氨基酸
? 8种必需氨基酸为: ? 甲硫氨酸(Met)、色氨酸(Trp)、赖氨酸
(Lys ) 、缬氨酸(Val)、异亮氨酸(Ile)、亮 氨酸(Leu)、苯丙氨酸(Phe)、苏氨酸(Tyr)

5.半必需氨基酸
? 在婴幼儿时期,精氨酸和组氨酸在人体合成速度 较慢,常常不能满足机体组织构建的需要。
? 蛋白质营养价值的高低,主要决定于所含必需氨 基酸的种类、含量及其比例与人体需要的相近程 度。

6.氨基酸与美食调味
? 鸡精与味精

7. 氨基酸缺乏症状
各种氨基酸是相互协同作战单吃一两种是不行的 ? ?缺乏组氨酸、精氨酸——小孩生长发育受影响。 ? ?缺乏组氨酸、苯丙氨酸——会使眼睛充血或得白内障 。 ? ?缺乏精氨酸——造成不孕,使男人精子失去活力 。 ? ?缺色氨酸——使丸睾丸萎缩,亦会使女性失去青春。 ? ?缺乏蛋氨酸——会堆积脂肪。 ? ?缺乏色氨酸或异亮氨酸——动物或婴儿肝脏不能产生蛋
白素和球蛋白,尿亦不能正常形成容易得水肿,易受病菌 感染。 ? ?缺乏色氨酸或蛋氨酸——会造成脱毛

氨基酸与保健

二、蛋白质分子一级结构
概念 是指氨基酸通过共价键即肽键连接而成的线性序列。
肽键的结构

四、蛋白质分子构象研究进展

第一阶段:1959年以前

1951年 Pauling

提出

和Gorey

蛋白质立体化学原理 α-螺旋模型

究奠 理定 论了 基蛋 础白
质 空 间 结 构 研

第二阶段:1959年以后

Kendrew

采用X-射线 结构分析法

揭示了肌红蛋白的二、 三级结构

首次证实了α-螺旋 在蛋白质中存在
分析方法的应用:
中子衍射、二维核磁共振法、圆二色法、激光拉曼光谱法等

蛋白质的分子结构 一级结构
1、氨基酸在蛋白质多肽链中的排列顺序
H 2 N ? 甘 ? 异 ? 谷 ? 半 ? 半 ? 苏 ? 丝 ? 亮 ? O
2、肽键是蛋白质一级 结构的基本结构键


结晶牛胰岛素
1965年我国科技工作者成功合成了具有生物学活 性的—结晶牛胰岛素

蛋白质的分子结构
1、蛋白质的二级结构是指多肽链本身 折叠或盘曲所形成的局部空间构象 2、维持蛋白质二级结构主要依靠氢键 3、主要类型是α一螺旋 4、?-折叠也是一种重要的二级结构

二级结构类型

螺旋结构 β-折叠股和β-折叠片 β-发夹和Ω环 回折 三股螺旋 无规卷曲

★螺旋结构和β-折叠

(1)角蛋白(keratin)
α-角蛋白

(4条α-螺旋)

原纤维

微原纤维(11条α-螺旋)


巨原纤维







皮质

髓质

纺锤体型 皮质细胞
角质膜

头发

氫健

氫健

β-折叠(平行式)

丝心蛋白与β -折叠
蚕丝的主要成分是丝心蛋白,而丝心蛋白的主要二级结 构是反平行排列的?-折叠。丝心蛋白的一级结构含有长的重 复序列片段,-Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala-。Gly侧链氢位于折 叠平面的一侧,而Ala和Ser的甲基侧链和羟甲基侧链位于折 叠平面的另一侧,堆积的折叠片靠侧链之间的van der Waals 力结合在一起。

蛋白质的分子结构
1. 蛋白质在二级结构形式的基础上进一步盘 曲.折叠而形成特定格式的三级结构 2. 三级结构主要依靠疏水键 3. 具有三级结构的某些蛋白质多肽链即可表 现生物学活性

肌红蛋白是第一个被确定具有三级结构的蛋白质
鲸鱼肌红蛋白是 由153个氨基酸残 基组成的,另外 含有一个血红素。 它的三级结构是 由一簇八个?-螺 旋组成的,螺旋 之间通过一些片 段连接。

肌红蛋白辅基-血红素

原卟啉IX与Fe的络合物 -铁原卟啉称之为血红素。
血红素中心的Fe应当有6 个配位健,其中4个是与 四个吡咯环上的N形成的, 另外两个配位健位于卟啉 环平面上下。
Fe可以是Fe2+或Fe3+, 相应的血红素分别称为亚 铁血红素和高铁血红素。 但只有亚铁血红素才能结 合氧。

血红素中 Fe的配位

结合氧的部位
血红素辅基
第5个部位来 自蛋白的第 93位His

不结合氧时,Fe突出平面

结合氧时,Fe被拉回平面

带有咪唑基的游离 血红素与CO结合

肌红蛋白与CO 形成的复合物

氧合肌红蛋白

CO对Fe的亲和力远远高于氧!

蛋白质的分子结构
1. 不少蛋白质是由两个以上具有三级结构的多肽 链组成的。这些多肽链之间没有共价键连接,而 是借次级键缔合在一起。蛋白质的这种结构形式 称为蛋白质的四级结构。
2.此类蛋白质只有完整四级 结构才有生物学活性

血 红 蛋 白
的 四 级 结 构

蛋白质的各级结构

氨基酸

一级结构 二级结构
三级结构

血红蛋白

四级结构

五、影响蛋白质结构的因素

氨基酸种数不同 氨基酸数目不同 氨基酸序列不同 肽链空间结构不同

蛋白质结构 极其多样

蛋白质种类 极其多样

蛋白质功能 极其多样

六、蛋白质的功能

1、构成细胞和生物体的重要物质 ——结构蛋白

2、催化作用:如各种酶

3、运输作用:血红蛋白

功 能

4、调节作用:如调节新陈代谢、



生长发育的某些激素等



5、免疫作用:如人体内抗体

蛋白质构成细胞和生物体的重要物质
? 头发是由角蛋白组成, 蛋白质缺乏会使头发分叉、
断裂,肌肤易老化生成皱纹。
? 指甲:蛋白质不足时 会出现条纹,易断裂。

蛋白质与物质运输
血红蛋白
红细胞内的一种红色含铁的蛋白质
特性:
在氧浓度高的地方容易与氧结合, 在氧浓度低的地方又容易与氧分离。
作用:
运输氧气和二氧化碳

红细胞与氧气运输

镰刀状红细胞贫血病
? 蛋白质一级结构的变化导致蛋白质功能改变

? 1910年,赫里克医生的诊所来了一位黑人病人, 病人脸色苍白,四肢无力,是严重的贫血病患 者。医生使用所有能治疗贫血病的药物,但对 这个病人无效。对病人做血液检查时发现,红 细胞在显微镜不是正常的圆饼形,而是又长又 弯的镰刀形,称镰刀状细胞贫血症。
问题:为什么会出现这样的性状

1949年,美国鲍林博士首先意识 到,红细胞中血红蛋白分子的异常引起 红细胞变形。
血红蛋白究竟出了什么问题?

1956年,英国科学家英格拉姆发现镰刀 型细胞贫血症患者血红蛋白的肽链上,有一 处的谷氨酸被缬氨酸取代。
正常 …-脯氨酸-谷氨酸-谷氨酸—… 异常 …-脯氨酸-缬氨酸-谷氨酸 —…
为什么谷氨酸会被缬氨酸取 代呢?

病因分析
DNA





GAA

… C TT…

mRNA





GAA

… 谷氨酸 …

蛋白质 正常蛋白质

性状 两面凹的圆饼状





GTA

… C AT…





GUA

… 缬氨酸 …

异常蛋白质

镰刀型细胞

蛋白质参与调节新陈代谢
蛋白质形成多种参与细胞新陈代谢的激素 来调节生命活动
胰岛素 胰高血糖素 甲状腺激素 生长激素 促激素释放激素 促激素

胰岛素与糖尿病
? 糖尿病,顾名恩义是一种尿中出现糖分的 疾病。

生长激素(蛋白质)调节机体生长发育

蛋白质构成人体必需的催化和调节功能的各种酶

? 从刀豆的种子中提 取出脲酶的结晶
? 通过化学试验证实 脲酶是一种蛋白质
科学家们相继提取出许多种酶的蛋白质结晶

“绿色健康,“酶”力无限
医药、洗涤剂、纺织、淀粉制糖、发酵、酒精、食 品(包括果蔬汁、啤酒酿造、谷物食品、蛋白水解、 和功能食品以及食用油脂)、饲料、皮革、造纸和 化工等工业领域

整联蛋白介导的细胞表面信号传递

蛋白质与疾病诊断
? “蛋白质指纹”
人体每一个器官不断地向血液里释放数百种不同的蛋 白质,而其中大约50种蛋白质是各种器官独有的,这些被 科学家称为各种器官的“蛋白质指纹”。当疾病侵袭大脑、 肝脏、肾脏或其他器官时,便改变了这些器官的蛋白质指 纹。这种改变最终可以在血液中被检测出来。
? 早期诊断重大疾病

常见蛋白质的分类:
? 完全蛋白质:所含的必需氨基酸种类齐全、数量
充足、比例恰当的蛋白质,也称优质蛋白质。肉 类,家禽,奶类,蛋类等动物性蛋白,能提供大 部份的必需氨基酸需要,但完全蛋白往往会有较 高的胆固醇及脂肪有碍身体健康。
? 半完全蛋白质:所含的必需氨基酸种类齐全,
但其中一种或几种数量不足,比例不适,如蔬菜, 谷物,碗豆,扁豆等植物蛋白。
? 不完全蛋白质:所含的必需氨基酸种类不全,
不能够保证机体需要,如肉皮、鱼翅等,只含部 份必需氨基酸。

蛋白质的消化吸收和排泄
? 消化:大分子量的蛋白质不能被吸收,需分解成:氨基 酸、二肽、三肽 外源性蛋白质:食物 内源性蛋白质:肠道脱落细胞、消化酶
? 吸收:被吸收的氨基酸称为氨基酸池。 ? 利用: 1、合成组织蛋白
2、供给能量(变成糖和脂类) 3、变成新的含氮物质:嘌呤、尿酸、肌酐、 肌酸------合成核酸及非必需氨基酸

蛋白质在食物的功能作用

功能

食品

蛋白质类型

溶解性 饮料

粘度

汤、调味汁

持水性 香肠、蛋糕、

胶凝作用 肉和奶酪

粘结-粘 肉、香肠、面





弹性

肉和面包

乳化

香肠、蛋糕

泡沫

冰淇淋、蛋糕

脂肪和风 油炸面圈 味的结合

乳清蛋白 明胶 肌肉蛋白,鸡蛋蛋白 肌肉蛋白和乳蛋白 肌肉蛋白,鸡蛋蛋白
肌肉蛋白,谷物蛋白 肌肉蛋白,鸡蛋蛋白 鸡蛋蛋白,乳清蛋白 谷物蛋白

蛋白质的变性
蛋白质在重金属盐(汞盐,银盐,铜盐)、酸、碱、 乙醇等存在下
或加热至70---1000C 或在X射线、紫外线的作用下 其空间结构发生改变和破坏,从而失去生物活性。

从分子结构 看,变性作用是 蛋白质分子多肽 链特有的有规则 排列发生了变化, 成为较混乱的排 列。

蛋白质变性后的理化和生物学性质改变
? 1. 溶解度降低 ? 2. 生物活性丧失及易被蛋白酶水解 ? 3. 粘度上升 ? 4. 结晶能力消失

温度对蛋白质的变性作用

紫外线能使蛋白质发生变性作用

酸、碱、重金属盐 对蛋白质的变性
在农业上用波尔多液(由硫酸铜、生石灰和水制 成)来消灭病虫害

盐析
? 一些中性盐如硫酸氨、硫酸纳、氯化 纳等可以破坏蛋白质胶体周围的水膜,同 时又中和了蛋白质分子的电荷,因此使蛋 白质产生沉淀,这种加盐使蛋白质沉淀析
出的现象称为盐析。

蛋白质与生物进化
? 根据不同机体中表现同一功能的蛋白 质.(同功蛋白质)的氨基酸组成在排列顺序 上的差异程度,断定不同种属亲缘关系的 远近,为生物进化提供根据。
? 一般来说,亲缘关系越近,其结构越相似, 与功能相关部分的氨基酸顺序都相同。

蛋白质的结构与生物进化

鲸 兔 猪 马 骡 狗 人 猴

袋鼠

企鹅

鸡 鸭 响尾蛇 龟 苍蝇



脉孢菌属



念珠菌属

哺乳动物

面包酵母菌

牛蛙

昆虫
爬行动物

小麦

金枪鱼 鱼

两栖动物
脊椎动物
植物
动物

从细胞色素C的一级结构看生物进化

谢谢




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