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1、关于蛋白质和核酸化学第一页，讲稿共五十页哦1.作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2.代谢调节作用代谢调节作用3.免疫保护作用免疫保护作用4.物质的转运和存储物质的转运和存储5.运动与支持作用运动与支持作用6.参与细胞间信息传递参与细胞间信息传递7.氧化供能氧化供能蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能第二页，讲稿共五十页哦（一）蛋白质的化学组成1.主要元素：主要元素：碳、氢、氧、氮碳、氢、氧、氮，有些蛋白质还含有少量，有些蛋白质还含有少量硫硫、磷磷和金属元素。和金属元素。2.特点：特点：各种蛋白质的含氮量很接近，平均含氮量为各种蛋白质的含氮量很接近，平均含氮量为16%，这是蛋白质元素组成的
2、一个特点。，这是蛋白质元素组成的一个特点。3.定氮法测定蛋白质含量：定氮法测定蛋白质含量：100g样品中蛋白质含量样品中蛋白质含量(g%)6.25每克样品中含氮每克样品中含氮克数克数100 式中6.25，即16%的倒数，为1克氮所代表的蛋白质质量（克数）。第三页，讲稿共五十页哦（二）蛋白质的组成单位在酸、碱、酶的作用下，蛋白质可水解产生游离在酸、碱、酶的作用下，蛋白质可水解产生游离氨基酸。氨基酸。蛋白质的基本组成单位蛋白质的基本组成单位氨基酸氨基酸（amino acid）自然界中的氨基酸有自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体的余种，但组成人体的氨基酸仅有氨基酸仅有20种，且均属种，且均属L
3、-型氨基酸（甘氨酸型氨基酸（甘氨酸除外）。除外）。第四页，讲稿共五十页哦（二）蛋白质的组成单位1.氨基酸的结构特点氨基酸的结构特点 除脯氨酸外，其余氨基酸均属-氨基酸，其化学结构式具有共同的特点，即连接羧基的-碳原子上有一个氨基，称为-氨基酸。-氨基酸的结构通式，R为侧链基团。第五页，讲稿共五十页哦H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式R 各种氨基酸的结构区别在于侧链（各种氨基酸的结构区别在于侧链（R基团）的不同，故基团）的不同，故具有不同的理化性质。具有不同的理化性质。C+NH3COO-H第六页，讲稿共五十页哦（二）蛋白质的组成单位2.氨基酸的分类根据氨基酸侧链R基
4、的结构和性质分为四类：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.碱性氨基酸第七页，讲稿共五十页哦第八页，讲稿共五十页哦第九页，讲稿共五十页哦第十页，讲稿共五十页哦（二）蛋白质的组成单位3.蛋白质分子中氨基酸之间的链接方式蛋白质分子中氨基酸之间的链接方式肽键的概念：肽键的概念：肽键肽键(peptide bond)：一个-氨基酸的-羧基与另一个-氨基酸的-氨基 脱水脱水缩缩合合 形成的化学化学键键(-CO-NH-)，称为肽键肽键或或酰酰胺胺键键。第十一页，讲稿共五十页哦第十二页，讲稿共五十页哦肽键第十三页，讲稿共五十页哦第十四页，讲稿共五十页哦生物活性肽生物活性肽：体内存在许多具有
5、生物活性的低分生物活性肽：体内存在许多具有生物活性的低分子量肽，在代谢调节、神经传导等方面具有重要子量肽，在代谢调节、神经传导等方面具有重要的作用，称为生物活性肽。的作用，称为生物活性肽。如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。胱甘肽；蛇毒多肽等。第十五页，讲稿共五十页哦第十六页，讲稿共五十页哦第十七页，讲稿共五十页哦第十八页，讲稿共五十页哦二.蛋白质的分子结构和功能（一）蛋白质分子的一级结构（一）蛋白质分子的一级结构(primary structure)一级结构：一级结构：蛋白质多肽链中氨基酸的排列氨基酸的排列顺序顺序称为蛋白质的一
6、级结构。主要靠肽键维系；主要靠肽键维系；第十九页，讲稿共五十页哦蛋白质的一级结构第二十页，讲稿共五十页哦蛋白质的一级结构第二十一页，讲稿共五十页哦蛋白质的二级结构蛋白蛋白质质的二的二级结级结构构：是指蛋白质分子中某一段多肽键的局部空间结构，即该段多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。包括包括-螺旋螺旋(-helix)、-折叠折叠(-pleated sheet)和和-转转角角(-turn)及无及无规则规则卷曲。卷曲。第二十二页，讲稿共五十页哦蛋白质的二级结构1.-螺旋螺旋(-helix)蛋白质分子为右手-螺旋。第二十三页，讲稿共五十页哦第二十四页，讲稿共五十页哦蛋白质的
7、二级结构-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿桩折叠构象。-折叠折叠第二十五页，讲稿共五十页哦-折叠第二十六页，讲稿共五十页哦蛋白质的二级结构3.-转转角角(-turn)在-转角部分，由四个氨基酸残基组成;这类结构主要存在于球状蛋白分子中。脯氨酸脯氨酸残基经常出现在-转角中。第二十七页，讲稿共五十页哦蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构(Tertiary Structure)是指在二是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和作用在空间进一
8、步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。侧链构象在内的特征三维结构。2 2蛋蛋白白质质的的三三级级结结构构第二十八页，讲稿共五十页哦蛋白质的三级结构第二十九页，讲稿共五十页哦此类蛋白质只有完整四级结构才有生物学活性第三十页，讲稿共五十页哦(一一)一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系（分子病）（分子病）三、蛋白质结构与功能的关系三、蛋白质结构与功能的关系 天然状态，有天然状态，有催化活性催化活性 尿素、尿素、-巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性HSSHSHHSHSSHHSHS2611095847265584026110
9、9584725840651.核糖核酸酶一级结构与功核糖核酸酶一级结构与功能的关系能的关系 二硫键破坏后，二硫键破坏后，生物学活性丧失。生物学活性丧失。第三十一页，讲稿共五十页哦 (1)将将A链链N端的第端的第1个氨基酸残基切去，其活性只剩个氨基酸残基切去，其活性只剩210，再将第，再将第24位氨基酸残基切去，其活性完全丧位氨基酸残基切去，其活性完全丧失。失。(2)将将A、B两链间的二硫键还原，两链间的二硫键还原，A、B两链即分离，两链即分离，胰岛素的功能完全消失。胰岛素的功能完全消失。(3)将将B链第链第2830位氨基酸残基切去，其活性仍能维位氨基酸残基切去，其活性仍能维持持100%。2.胰岛
10、素一级结构与功能的关系胰岛素一级结构与功能的关系第三十二页，讲稿共五十页哦3.血红蛋白一级结构与功能的关系血红蛋白一级结构与功能的关系例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链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，称为这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病分子病”。第三十三页，讲稿共五十页哦镰刀型贫血症与分子病第三十四页，讲稿共五十页哦(二二)蛋白质空间结构与功能的关系（构象病）蛋白质空间结构与功能的关系（构
11、象病）1血红蛋白空间结构与功能的关系血红蛋白空间结构与功能的关系 Hb未结合未结合O2时，时，4个亚基结构紧密个亚基结构紧密,称紧张称紧张态态(T态态)。随着。随着O2 的结合的结合,空间结构发生变化，使空间结构发生变化，使结构相对松弛，称松弛结构相对松弛，称松弛态态(R态态)。T态对氧亲和态对氧亲和力低力低,R态对氧亲合力高，态对氧亲合力高，是是Hb结合结合O2 的形式。肺的形式。肺毛细血管毛细血管O2 分压高分压高,促使促使T态转变成态转变成R态态,组织毛细组织毛细血管血管,O2 分压低分压低,促使促使R态转变成态转变成T态。态。第三十五页，讲稿共五十页哦例：疯牛病中的蛋白质构象改变例：疯
12、牛病中的蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,PrP)引起的一组引起的一组人和动物神经退行性病变。人和动物神经退行性病变。正常正常PrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPc。在某种未知蛋白质。在某种未知蛋白质作用下转变成为作用下转变成为-折叠的折叠的PrPsc，从而致病。，从而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病蛋白质构象疾病蛋白质构象疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。年痴呆症、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。2朊病毒蛋白空间结构与功能的关系朊病毒蛋白空间结构与功能的
13、关系第三十六页，讲稿共五十页哦第二节 蛋白质的理化性质(The Physical and Chemical Characters of Protein)一、蛋白质的两性解离和等电点一、蛋白质的两性解离和等电点 (一一)两性解离两性解离 蛋蛋白白质质分分子子除除两两端端的的氨氨基基和和羧羧基基可可解解离离外外，氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链中中某某些些基基团团，在在一一定定的的溶溶液液pH条条件件下下都可解离成带负电荷或正电荷的基团，故称两性解离。都可解离成带负电荷或正电荷的基团，故称两性解离。第三十七页，讲稿共五十页哦一.蛋白质的两性解离及应用蛋白质的等电点蛋白质的等电点(Isoelectric
14、 point pIsoelectric point pI)I)当溶液浓度为某一当溶液浓度为某一pHpH值时，氨基酸分子中所值时，氨基酸分子中所含的含的-NH-NH3 3+和和-COO-COO-数目正好相等，净电荷数目正好相等，净电荷为为0 0。这一。这一pHpH值即为氨基酸的等电点，简称值即为氨基酸的等电点，简称p pI I。在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负在等电点时，氨基酸既不向正极也不向负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。极移动，即氨基酸处于两性离子状态。第三十八页，讲稿共五十页哦蛋白质的两性解离在pH=pI时，蛋白质为兼性离子，带有相等的正、负电荷，呈中性微粒，此时蛋白质不稳定而容易
15、从溶液中沉淀析出。PH 1 7 10净电荷净电荷+1 0 -1正离子正离子 两性离子两性离子 负离子负离子 等电点等电点PI第三十九页，讲稿共五十页哦蛋白质的电泳分离蛋白质能够发生两性离解，也有等电点。蛋白质能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时在等电点时(Isoelectric point pI)(Isoelectric point pI)，蛋，蛋白质的溶解度最小，容易沉淀析出。白质的溶解度最小，容易沉淀析出。溶液中带电粒子在电场中向电性相反的电溶液中带电粒子在电场中向电性相反的电极移动的现象，称为蛋白质电泳极移动的现象，称为蛋白质电泳(ElectrophoresisElectrophor
16、esis)。第四十页，讲稿共五十页哦电泳电泳蛋白质的电泳分离和分子量测定蛋白质在等电点蛋白质在等电点pIpI条件下，不发条件下，不发生电泳现象。利生电泳现象。利用蛋白质的电泳用蛋白质的电泳现象，可以将蛋现象，可以将蛋白质进行分离纯白质进行分离纯化。化。第四十一页，讲稿共五十页哦蛋白质的胶体性质及应用蛋白质属于生物大分子，分子量到达蛋白质属于生物大分子，分子量到达1 1万万-100100万之巨，其直径可达万之巨，其直径可达1-100nm1-100nm，为胶体，为胶体范围之内。范围之内。蛋白质溶液是亲水胶体溶液，其稳定因素蛋白质溶液是亲水胶体溶液，其稳定因素主要有主要有蛋白质分子表面的水化膜蛋白质
17、分子表面的水化膜电荷层电荷层第四十二页，讲稿共五十页哦蛋白质的胶体性质及应用透析：透析：小分子杂质从半透膜中透出，大分小分子杂质从半透膜中透出，大分子蛋白质留于半透膜内，使蛋白质得以纯子蛋白质留于半透膜内，使蛋白质得以纯化，这种分离方法称为化，这种分离方法称为透析透析。人体中的细胞膜、线粒体膜和毛细血管壁人体中的细胞膜、线粒体膜和毛细血管壁等都具有半透膜性质，有助于体内各种蛋等都具有半透膜性质，有助于体内各种蛋白质有规律地分布在膜的内外，对维持细白质有规律地分布在膜的内外，对维持细胞内外的水和电解质平衡具有重要的生理胞内外的水和电解质平衡具有重要的生理意义。意义。第四十三页，讲稿共五十页哦三.
18、蛋白质的沉淀、变性、凝固及其应用蛋白质从溶液中析出的现象，称为沉淀。蛋白质从溶液中析出的现象，称为沉淀。1.1.盐析：盐析：在蛋白溶液中加入大量中性盐，蛋白质表面的水化膜即被破坏，其所带电荷也被中和，蛋白质胶粒失去这两种稳定因素而沉淀，这种沉淀过程称为盐析(salting out)。第四十四页，讲稿共五十页哦三.蛋白质的沉淀、变性、凝固及其应用2.2.重金属盐沉淀蛋白质重金属盐沉淀蛋白质重金属离子如Ag+、Hg2+、Cu2+、Pb2+等，在pHpI的环境中，可与蛋白质负离子结合，形成不溶性蛋白盐沉淀。临床应用：临床应用：抢救重金属盐中毒病人。给病人口服大量酪蛋白、清蛋白等，然后再用催吐剂将结合
19、的重金属盐呕出以解毒。第四十五页，讲稿共五十页哦三.蛋白质的沉淀、变性、凝固及其应用3.3.生物碱试剂与某些沉淀蛋白生物碱试剂与某些沉淀蛋白生物碱试剂（苦味酸、鞣酸、钨酸等）及某些酸，可在pHpI的环境中，可与蛋白质的正离子结合形成不溶性的盐沉淀。4.4.有机溶剂沉淀蛋白质有机溶剂沉淀蛋白质可与水混合的有机溶剂能破坏蛋白质胶粒表面的水化膜，是蛋白质沉淀析出。临床应用：乙醇可消毒灭菌。第四十六页，讲稿共五十页哦三.蛋白质的沉淀、变性、凝固及其应用蛋白质的变性和凝固蛋白质的变性和凝固在某些物理和化学因素作用下，蛋白质的空间构象被破坏，理化性质及生物学活性发生变化，这种现象称为蛋白质的变性蛋白质的变
20、性（denaturation）。本质：本质：非共价键和二硫键的破坏，不涉及肽键的断裂等一级结构的变化。第四十七页，讲稿共五十页哦蛋白质变性的实际意义 利用变性：利用变性：利用变性：利用变性：酒精消毒酒精消毒高压灭菌高压灭菌血虑液制备血虑液制备 防止变性：防止变性：防止变性：防止变性：低温保存生物制品低温保存生物制品，避免接触变性因素。，避免接触变性因素。取代变性：取代变性：取代变性：取代变性：乳品解毒乳品解毒(用于急救重金属中毒用于急救重金属中毒)导致变性的因素：导致变性的因素：导致变性的因素：导致变性的因素：如高温、高压、强酸、强碱、有机溶剂、重如高温、高压、强酸、强碱、有机溶剂、重金属离子、生物碱试剂及辐射等因素金属离子、生物碱试剂及辐射等因素。第四十八页，讲稿共五十页哦不可逆变性和可逆变性不可逆变性和可逆变性不可逆变性和可逆变性不可逆变性：大多数蛋白质变性时，气空间结构破坏严重，不能恢复，称为不可逆变性。有些蛋白质在变性后，除去变性因素仍可恢复其活性，称为可逆变性。第四十九页，讲稿共五十页哦感感谢谢大大家家观观看看第五十页，讲稿共五十页哦