蛋白質的結構和功能

1、第一節(jié) 生命活動的主要承擔者,——蛋白質,安徽阜陽劣質奶粉喂養(yǎng)下的大頭嬰兒,由于天天吃蛋白質含量極低的奶粉導致發(fā)育不良，身體嚴重浮腫，腦袋大,大頭嬰兒的頭比較大，面部肌肉松馳，表情比較呆滯，對外界事物的刺激反應較低。為什么嬰兒長期吃劣質奶粉會出現這種癥狀？,蛋白質對小孩子的生長發(fā)育重要嗎?,食物中的蛋白質能否被人體直接吸收呢?,蛋白質必需經過消化成為各種氨基酸,才能被人體吸收和利用.氨基酸是蛋白質的基本組成單位，種類有20種。,什么是蛋

2、白質?,蛋白質(protein)是由許多氨基酸(amino acids)通過肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子含氮化合物。,蛋白質的生物學重要性,分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質；細胞的各個部分都含有蛋白質。含量高：蛋白質是細胞內最豐富的有機分子，占人體干重的45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達80％。,1. 蛋白質是生物體重要組成成分,組成蛋白質的元素,主要有C、H、O、N和 S。 有些蛋白質含

3、有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質還含有碘 。,各種蛋白質的含氮量很接近，平均為16％。,由于體內的含氮物質以蛋白質為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據以下公式推算出蛋白質的大致含量：,100克樣品中蛋白質的含量 (g %)= 每克樣品含氮克數× 6.25×100,1/16%,蛋白質元素組成的特點,CH4,甲烷,C,,,,,H,H,H,H,CH3COOH,COOH,乙酸,NH3,

4、氨基,酸,甘氨酸,,氨基酸的結構,甘氨酸,纈氨酸,亮氨酸,丙氨酸,,,,,,,,,試一試推導出氨基酸的結構通式。,每種氨基酸至少有一個氨基(-NH2)和一個羧基(-COOH)，并且氨基和羧基連在同一個碳原子上。這個碳原子還連接一個氫原子和一個側鏈基團（R表示）氨基酸之間的區(qū)別在于R基不同。,討論以下哪些是組成蛋白質的氨基酸?,H,NH2,√,√,×,×,,,,,氨基酸的判斷依據：,—NH2與—COOH是否連在同一

5、個“C”上。,②,①,③,④,（2）如果是氨基酸，則它們的R基分別是:______________,1、,（1）以上屬于氨基酸的是_____________________,①②④,—CH3,,—H,,練習：,1965年由我國科學家人工合成的世界上第一個有生物活性的結晶牛胰島素，其分子量相對較小，是由51個氨基酸組成。,那么在蛋白質中，氨基酸是如何組成蛋白質的呢？,氨基酸的結合方式,C,,,,,H,COOH,R1,C,,,,,H,NH2

6、,COOH,R2,NH2,C,O,,,,H,N,,,H,OH,氨基酸的結合方式,C,,,,,H,R1,NH2,OH,C,O,,,,,H2O,H,氨基酸的結合方式:,C,,,,,H,R1,NH2,C,O,,,,H2O,二肽,肽鍵,脫水縮合,,氨基酸的結合方式:脫水縮合,,肽鍵,,OH,H,二肽,,H2O,H2O,氨基酸的結合方式:脫水縮合,,肽鍵,二肽,H2O,,肽鍵,三肽,以此類推，由多個氨基酸分子縮合而成的含有多個肽鍵的化合物，叫多肽

7、（鏈狀）。,,H2O,,,,,,,,,,①,②,④,⑥,⑤,⑦,⑧,⑨,③,（1）該化合物中，①表示________， ③ 表示________ ，⑦表示________。（2）該化合物有氨基________個，有羧基________個。該化合物的名稱是______________、該化合物中還有氨基酸嗎？,氨基,羧基,肽鍵,2,2,多肽,（四肽）,肽鍵數=氨基酸個數－1,肽鏈中的肽鍵數與氨基酸個數的關系：,(1),(2),肽鍵數=氨

8、基酸個數－2,肽鍵數=氨基酸個數－肽鏈條數 = n－m,肽鍵數=失去的水分子數,蛋白質的結構,觀察該圖，說說從氨基酸到蛋白質大致有哪些結構層次？,,,,,,,氨基酸,二肽,三肽,：,多肽,一條多肽鏈盤曲折疊形成蛋白質,多條多肽鏈盤曲折疊形成蛋白質,定義蛋白質的一級結構指多肽鏈中氨基酸的排列順序。,一、蛋白質的一級(共價) 結構,主要的化學鍵肽鍵，有些蛋白質還包括二硫鍵。,N末端,C末端,牛核糖核酸

9、酶,一級結構是蛋白質空間構象和特異生物學功能的基礎。,胰島素的一級結構,蛋白質的根本差異在于一級結構的不同,二、蛋白質的二級結構,主要的化學鍵： 氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、范德華力,（二）蛋白質二級結構的主要形式,?-螺旋 ( ? -helix ) ?-折疊 ( ?-pleated sheet ) ?-轉角 ( ?-turn ) 無規(guī)卷曲 ( random coil ),1、 ?-螺旋,結構要點: ①從N端為起點，多肽鏈主鏈

10、圍繞中心軸形成右手螺旋，側鏈伸向螺旋外側。,,多個肽鍵平面通過α-碳原子旋轉，相互之間緊密盤曲成穩(wěn)固的右手螺旋。每個肽鍵的亞氨氫和第四個肽鍵的羰基氧形成的氫鍵保持螺旋穩(wěn)定（氫鍵是穩(wěn)定α－螺旋的主要鍵），氫鍵與螺旋長軸基本平行。主鏈呈螺旋上升，每個氨基酸殘基沿軸上升0.15nm，沿軸旋轉1000，每3.6個氨基酸殘基上升一圈，相當于上升高度(螺距)0.54nm，螺旋的直徑約為0.5nm 。,α－螺旋的結構特點,多肽鏈充分伸展，相鄰肽單

11、元之間折疊成鋸齒狀結構，側鏈位于鋸齒結構的上下方。,2、?-折疊,?-折疊,②?-折疊結構的肽鏈幾乎是完全伸展的，兩段以上的β-折疊結構平行排列，兩鏈間可順向平行，也可反向平行，反平行結構更為穩(wěn)定 。③兩鏈間的肽鍵之間形成氫鍵，以穩(wěn)固β-折疊結構。氫鍵與螺旋長軸垂直。,3、?-轉角,,蛋白質多肽鏈經常出現180?的回折，這種肽鏈回折處的稱為?-轉角（ ?-tern）或?-bend，或稱發(fā)夾結構（hairpin structure）。,

12、一般由四個連續(xù)的氨基酸殘基組成，第一個氨基酸殘基與第四個形成氫鍵。,5、無規(guī)卷曲（自由回轉）,是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結構。,酶的功能部位常位于這種構象區(qū)域,三、蛋白質的三級結構,,（一） 定義：整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。由一個或多個結構域組裝而成的結構。,肌紅蛋白 (Mb),,亞基之間的結合力主要是氫鍵和離子鍵。,四、蛋白質的四級結構,蛋白質分子中各亞基的空間排布、亞基間

13、通過非共價鍵聚合而成的特定構象，稱為蛋白質的四級結構。,由多條多肽鏈組成的蛋白質，肽鏈間相互以非共價鍵聯結成一個活性單位，這種肽鏈就稱為該蛋白質的亞基。,血紅蛋白（Hb）的四級結構,,從一級結構到四級結構,血紅蛋白,蛋白質的一級結構是它的氨基酸序列，維系蛋白質分子的一級結構的鍵：肽鍵、二硫鍵,蛋白質的二級結構是由氫鍵導致的肽鏈卷曲與折疊,Primarystructure,Secondarystructure,蛋白質的三級結構是多肽鏈

14、自然形成的三維結構,蛋白質的四級結構是亞基的空間排列,Polypeptide(single subunitof transthyretin),Transthyretin, with fouridentical polypeptide subunits,Tertiarystructure,Quaternarystructure,維系蛋白質分子空間結構： 疏水鍵 氫鍵

15、 范德華力 鹽鍵（離子鍵）,蛋白質結構與功能的關系The Relation of Structure and Function of Protein,第 三 節(jié),（一）一級結構是空間構象的基礎,一、蛋白質一級結構與功能的關系,天然狀態(tài)，有催化活性,尿素、 β-巰基乙醇,,去除尿素、β-巰基乙醇,非折疊狀態(tài)

16、，無活性,,（二）一級結構與功能的關系,例：鐮刀形紅細胞貧血,這種由蛋白質分子一級結構的氨基酸排列順序發(fā)生變異所導致的疾病，稱為“分子病”。,正常紅細胞,鐮刀形細胞,,,三、蛋白質分子結構的多樣性原因,①氨基酸種類不同，肽鏈結構不同,②氨基酸數目不同，肽鏈結構不同,③氨基酸排列順序不同，肽鏈結構不同,④肽鏈空間結構不同，蛋白質種類不同,蛋白質多樣性的原因,氨基酸數目成百上千,氨基酸排列順序千變萬化,肽鏈空間結構千差萬別,,,蛋白質結構

17、極其多樣,,蛋白質種類極其多樣,氨基酸的種類不同,蛋白質結構的多樣性會使蛋白質功能體現多樣性，你知道蛋白質有哪些功能嗎？,三、蛋白質 的功能,1、結構蛋白：許多蛋白質是構成細胞和生物體結構的重要物質。如羽毛、肌肉、頭發(fā)、蛛絲等的成分主要是蛋白質。,,2、催化作用：細胞內的化學反應離不開酶的催化。絕大多數酶都是蛋白質。（上圖所示為胃蛋白質酶結晶）,,3、運輸作用：有些蛋白質具有運輸載體的功能。如血紅蛋白、載體蛋

18、白。,,4、調節(jié)生命活動：有些蛋白質起信息傳遞的作用，能夠調節(jié)機體的生命活動，如胰島素、生長激素。,,5、免疫作用：抗體,,6、識別作用：細胞膜的外表有一層糖蛋白，與細胞的識別作用有密切關系。糖蛋白的識別作用好比是細胞與細胞之間，或細胞與其他大分子之間，互相聯絡用的文字或語言。,(1) 區(qū)別組成蛋白質20種氨基酸的依據是A．氨基酸數目不同 B．R基不同 C．羧基不同 D．碳原子數目不同,B,練習,(2)

19、 肽鍵是下列哪兩個基團之間形成的？ A.磷酸基和羧基 B.羧基和氨基 C.醇基和醛基 D.醛基和氨基,B,,(3) 下列哪一項不是構成蛋白質的氨基酸  A、NH2—CH—COOH           B、CH3—CH—COOH &#

20、160;           |                          &

21、#160;    |            CH2—NH2                   

22、;   S—NH2 C、NH2—CH—COOH           D、NH2—CH—COOH           |       &#

23、160;                       |          CH2—CH2—COOH 

24、             CH2—C00H,B,(4)某一多肽鏈中共有肽鍵151個，則此分子中含有一NH2和—COOH的數目至少有 A、152，152 B、151，151 C、1，1 D、2，2,C,(5) 人體血紅蛋白的一條肽鏈有145個肽鍵，形成這條肽鏈的氨