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《蛋白质一级结构》ppt课件.ppt

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    • 第三章 蛋白质,第一节 概述,一、蛋白质的概念,二、蛋白质的研究简史,三、蛋白质的化学组成,四、蛋白质的分类,五、蛋白质的分布,六、蛋白质的生物学功能,蛋白质的概念:蛋白质是一切生物体中普遍存在的,由天然氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子;其种类繁多,各具有—定的相对分子质量、复杂的分子结构和特定的生物功能,是表达生物遗传性状的一类主要物质1838年 Muller研究了血清、蛋清、蚕丝等物质的元素组成后, 发现它们均可以用C40H62N10O12 来表示, 命名为“Protein”,并发展成 “基团” 学说 19世纪末 从蛋白质水解产物分离得到了13种氨基酸, 基团学说销声匿迹 1902年 Fischer, Hofmeister同时提出肽键理论 1924年 Svedberg 发明超离心机1930年代 Bergmann合成出只含L型氨基酸的多肽 1950年Pauling提出蛋白质的二级结构的基本单位:α-螺旋和β-折叠 1953年Sanger确定了牛胰岛素的一级结构 1958年 Perutz & Kendrew用X光衍射法确定了肌红蛋白的立体结构,1960年 Anfinsen证明蛋白质的一级结构决定其立体结构。

      1980年代 蛋白质工程的兴起 1997年 提出蛋白组学研究的概念 1999年 蛋白质芯片技术出现对蛋白质化学有突出贡献的Nobel奖获得者:,1902年 H.E.Fischer (德,化) 肽键理论,多肽合成 1910年 A.Kossel (德,医) 组氨酸、组蛋白的发现,碱基的发现 1915年 W.H.Bragg/W.L.Bragg (德,物) 用X射线测定晶体物质结构 1926年 T.Svedberg (瑞,化) 用超离心手段决定蛋白质的分子量1946年 J.B.Summer (美,化) 蛋白质酶的结晶,证明酶的本质为Pr 1948年 A.W.K.Tiselius (瑞,化) 电泳装置的开发,血清蛋白的研究 1952年 A.J.P.Martin/R.L.M.Synge (英,化)分配层析发明,氨基酸的分离 1954年 L.Pauling (美,化) 蛋白质二级结构,抗原抗体反应理论 1958年 F.Sanger (英,化) 胰岛素一级结构的测定1962年 M.F.Perutz/J.C.Kendrew (英,化) X射线确定蛋白质的立体结构 1972年 G.M.Edelman/R.R.Porter (美,医)抗体的化学构造与功能的解明。

      1972年 W.H.Stein/S.More (美,化) RNase的一级结构和活性中心的解明 1972年 C.B.Anfinsen (美,化) 蛋白质的一级结构决定其立体结构 1998年 S.B.Prusiner (美,医) Prion:蛋白立体机构的变化导致疾病 蛋白质的化学组成,蛋白质是一类含氮有机化合物,除含有碳、氢、氧外,还有氮和少量的硫某些蛋白质还含有其他一些元素,主要是磷、铁、碘、碘、锌和铜等这些元素在蛋白质中的组成百分比约为:,碳 50% 氢 7% 氧 23% 氮 16% 硫 0—3% 其他 微 量,N的含量平均为16%——凯氏(Kjadehl) 定氮法的理论基础蛋白质含量的测定: 凯氏定氮法 (测定氮的经典方法) 优点:对原料无选择性,仪器简单, 方法也简单; 缺点:易将无机氮(如核酸中的氮) 都归入蛋白质中,不精确 一般,样品含氮量平均在16%,取其倒数100/16=6.25,即为蛋白质换算系数,其含义是样品中每存在1g元素氮,就说明含有6.25g 蛋白质);故: ※ 蛋白质含量=氮的量×100/16×6.25,,蛋白质的分类,1.按照分子组成分类 单纯蛋白质:水解产物只有氨基酸。

      结合蛋白质:水解产物中除了氨基酸外,还有金属离子和其它物质(辅基)结合蛋白根据其辅基的不同有好多种 一种单纯蛋白质只能与特定的一种或几种辅基结合2.按照分子形状分类 球状蛋白:分子近似球形或卵圆形,易溶解,能结晶 纤维状蛋白:分子纤维状,不对称大多数不溶于水3.按照生物功能分类 活性蛋白质:参与代谢反应的蛋白质 非活性蛋白质:对生物体起保护和支持作用的蛋白质活性蛋白质分类 1. 酶类(占细胞内蛋白质种类的绝大部分); 2. 运输蛋白; 3. 收缩运动蛋白; 4. 激素蛋白; 5. 细胞激动素; 6. 受体蛋白; 7. 毒素蛋白; 8. 营养贮藏蛋白; 9. 防御蛋白等蛋白质占干重 人体中(中年人) 人体 45% 水55% 细菌 50%~80% 蛋白质19% 真菌 14%~52% 脂肪19% 酵母菌 14%~50% 糖类<1% 白地菌50% 无机盐7% 植物:主要在种子中含量较高蛋白质的分布,人体各组织器官中蛋白质含量 (蛋白质g / 100g干组织),我国一些谷物主要成分含量,,蛋白质的生物学功能,1.生物体的组成成分 2. 催化 3. 运输 4. 运动 5. 抗体 6. 干扰素 7. 遗传信息的控制 8. 细胞膜的通透性 9. 高等动物的记忆、识别机构,酶蛋白,结构蛋白,免疫球蛋白,,第二节 氨基酸,一、氨基酸的结构特点 二、20种基本氨基酸的分类 三、氨基酸的重要理化性质 四、氨基酸的分离制备和分析鉴定,氨基酸 是蛋白质的基本组成单位。

      氨基酸是具有氨基(-NH3+)或亚氨基和羧基(-COOH)的有机分子氨基酸种类多,但构成蛋白质具有遗传密码的氨基酸只有20种,其通式为:,,氨基酸的结构特点: (1). 与羧基相邻的α-碳原子上都有一个氨基,因而称为α-氨基酸 (2). 除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的α-碳原子都为不对称碳原子,所以:A.氨基酸都具有旋光性B.每一种氨基酸都具有D-型和L-型两种立体异构体目前已知的天然蛋白质中氨基酸都为L-型注意: 氨基酸的构型是以距羧基最近的手性C原子为标准(除Gly外),而糖的构型是以距羧基最远的手性C原子为标准氨基酸的分类,中性AA (1)按R基团的酸碱性分 酸性AA 碱性AA (2)按R基团的 疏水性R基团AA 电性质分 不带电荷极性R基团的AA 带电荷R基团的AA 脂肪族A (3)按R基团的化学结构分 芳香族AA 杂环族AA,,,,人体必需氨基酸有八种: Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假 设 来 写 一 两 本 书”,,(一)氨基酸的一般物理性质,常见氨基酸均为无色结晶,其形状因构型而异 溶解性:各种氨基酸在水中的溶解度差别很大,并能溶解于稀酸或稀碱中,但不能溶解于有机溶剂。

      通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出2) 熔点:氨基酸的熔点极高,一般在200℃以上 (3) 味感:其味随不同氨基酸有所不同,有的无味、有的为甜、有的味苦,谷氨酸的单钠盐有鲜味,是味精的主要成分 旋光性:除甘氨酸外,氨基酸都具有旋光性,能使偏振光平面向左或向右旋转,左旋者通常用(-)表示,右旋者用(+)表示5)光吸收:构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收,但在远紫外区(220nm)均有光吸收在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力Tyr、Trp、Phe在近紫外光区的最大吸收峰(λmax)和摩尔消光系数ε,酪氨酸的max=275nm,275=1.4x103 ; 苯丙氨酸的max=257nm,257=2.0x102; 色氨酸的max=280nm,280=5.6x103;,氨基酸在结晶形态或在水溶液中,并不是以游离的羧基或氨基形式存在,而是离解成两性离子在两性离子中,氨基是以质子化(-NH3+)形式存在,羧基是以离解状态(-COO-)存在 在不同的pH条件下,两性离子的状态也随之发生变化二)氨基酸的离解性质,,如果在某一pH 值下,氨基酸所带正电荷的数目与负电荷的数目正好相等,即净电荷为零,则称该 pH 值为该氨基酸的等电点 (pI)。

      各种氨基酸都有其特定的等电点中性氨基酸的pI在微酸性;碱性氨基酸的pI在碱性pH范围;酸性氨基酸的pI在酸性pH范围 氨基酸在等电点时溶解度最小,易发生沉淀工业上利用这一性质提取氨基酸pH pI, 样品带负电荷,样品点向阳极移动 pH = pI, 样品不带电荷,样品点不移动,氨基酸等电点的确定,(1)中性氨基酸,等电点(pI)的高低与氨基酸分子两性解离基团的解离平衡常数有一定关系用K’1、K’2分别表示α-COOH和α-NH3+表观解离平衡常数时,它们的负对数分别用pK’1、pK’2表示,则中性氨基酸的等电点在数值上等于两个pK’值之和的二分之一即: pI = (pK1 + pK2) / 2,,2.酸、碱性氨基酸,在溶液中氨基酸随pH升高而逐级解离时,总是pK'值小的基团先解离,pK'值大者后解离因此,对于具有三个解离基团的氨基酸,只有靠近等电离子的两个pK'值影响等电离子的浓度所以,只要正确写出解离反应式,皆可根据等电离子两边的pK'计算其pI值酸性氨基酸: pI = (pK’1 + pK’R-COO- )/2 硷性氨基酸: pI = (pK’2 + pK’R-NH2 )/2,(三)氨基酸的重要化学反应,1.与亚硝酸反应,反应特点: (1)脯氨酸不发生该反应; (2)只有α –氨基氮可发生此反应,R上的氮几乎不参与反应。

      (3)通过测定N2 的体积(摩尔数),可测定游离氨基氮2.与甲醛反应,反应特点: 反应放出H+ ,可用标准NaOH溶液滴定,是常用的测定氨基酸的反应3.脱羧反应,反应特点: 在专一性酶的催化下进行,放出CO2 ,工业上通过呼吸仪测定CO2的量来测定AA4.成盐反应,氨基和羧基分别可与酸和碱成盐5.成肽反应,一个氨基酸的α –氨基和另一个氨基酸α –羧基脱水缩合,生成的酰胺叫做肽,这种酰胺键叫做肽键肽键的平面特征,肽结构,6.茚三酮反应(鉴别反应),在450nm处有最大吸收率,在0.5-50μ g / ml范围内,氨基酸含量与光密度成正比7.羰氨反应: 氨基酸的氨基与糖类的羰基易发生反应,生成羰氨化合物,进而缩合成更复杂的棕色到黑色化合物“类黑色素”食品加工中将这种反应称为褐变轻度的褐变可赋予食品一定的色、香、昧但生成的黑色素则不能被细胞利用,也不能被发酵,不仅影响原料利用率,而且有毒副作用 8.个别R基团的反应(略),,从蛋白质水解液中分离制备氨基酸或者分离分析氨基酸组成,需要分辩力很强的分离技术层析法是近代生化中非常有效的常用分离方法对于氨基酸混合样品,或者其他各种性质相近,一般化学方法难以分离的混合样品,如核苷酸、糖类、蛋白质、维生素、抗生素、激素。

      等等,都能使用层析法达到分离分析的目的层析分离是利用混合物中各组分的物理化学性质(分子形状和大小、分子极性、吸附力、分子亲和力、分配系数等)的不同,使各组分以不同程度分布在两相中,其中一个是固定相,另一个是流动相,当流动相流过固定相时,各组分以不同的速度移动,而达到分离的方法层析技术的三个基本构成条件 水不溶性惰性支持物 流动相(能携带溶质沿支持物流动) 固定相(附着在支持物上,能对各种溶质的流动产生不同的阻滞作用)层析技术的分类,按流动相的状态分:液相层析(液相色谱)、气相层析(气相色谱) 按固定相的使用形式分类:柱层析、纸层析、薄层层析、薄膜层析 按分离过程依据的理化性质分类:吸附层析、分配层析、离子交换层析、分子筛过滤层析、亲和层析层析技术的应用 对于分子大小不等的化台物,例如含多种蛋白质的混合液,宜用分子筛过滤分离;对于能溶于有机溶剂,难溶于水的化食物,常用吸附层析法分离;对于既溶于水也溶于有。

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