蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能

1、第一節(jié) 生命活動的主要承擔(dān)者,——蛋白質(zhì),安徽阜陽劣質(zhì)奶粉喂養(yǎng)下的大頭嬰兒,由于天天吃蛋白質(zhì)含量極低的奶粉導(dǎo)致發(fā)育不良，身體嚴(yán)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(yīng)較低。為什么嬰兒長期吃劣質(zhì)奶粉會出現(xiàn)這種癥狀？,蛋白質(zhì)對小孩子的生長發(fā)育重要嗎?,食物中的蛋白質(zhì)能否被人體直接吸收呢?,蛋白質(zhì)必需經(jīng)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(zhì)的基本組成單位，種類有20種。,什么是蛋

2、白質(zhì)?,蛋白質(zhì)(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(zhì)的生物學(xué)重要性,分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)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(zhì)是生物體重要組成成分,組成蛋白質(zhì)的元素,主要有C、H、O、N和 S。 有些蛋白質(zhì)含

3、有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘 。,各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。,由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：,100克樣品中蛋白質(zhì)的含量 (g %)= 每克樣品含氮克數(shù)× 6.25×100,1/16%,蛋白質(zhì)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(jié)構(gòu),甘氨酸,纈氨酸,亮氨酸,丙氨酸,,,,,,,,,試一試推導(dǎo)出氨基酸的結(jié)構(gòu)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(cè)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(zhì)的氨基酸?,H,NH2,√,√,×,×,,,,,氨基酸的判斷依據(jù)：,—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(xí)：,1965年由我國科學(xué)家人工合成的世界上第一個有生物活性的結(jié)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(zhì)中，氨基酸是如何組成蛋白質(zhì)的呢？,氨基酸的結(jié)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(jié)合方式,C,,,,,H,R1,NH2,OH,C,O,,,,,H2O,H,氨基酸的結(jié)合方式:,C,,,,,H,R1,NH2,C,O,,,,H2O,二肽,肽鍵,脫水縮合,,氨基酸的結(jié)合方式:脫水縮合,,肽鍵,,OH,H,二肽,,H2O,H2O,氨基酸的結(jié)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(shù)=氨基酸個數(shù)－1,肽鏈中的肽鍵數(shù)與氨基酸個數(shù)的關(guān)系：,(1),(2),肽鍵數(shù)=氨

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

9、酶,一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。,胰島素的一級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的根本差異在于一級結(jié)構(gòu)的不同,二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),主要的化學(xué)鍵： 氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、范德華力,（二）蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式,?-螺旋 ( ? -helix ) ?-折疊 ( ?-pleated sheet ) ?-轉(zhuǎn)角 ( ?-turn ) 無規(guī)卷曲 ( random coil ),1、 ?-螺旋,結(jié)構(gòu)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(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)。,,多個肽鍵平面通過α-碳原子旋轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)1000，每3.6個氨基酸殘基上升一圈，相當(dāng)于上升高度(螺距)0.54nm，螺旋的直徑約為0.5nm 。,α－螺旋的結(jié)構(gòu)特點,多肽鏈充分伸展，相鄰肽單

11、元之間折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈位于鋸齒結(jié)構(gòu)的上下方。,2、?-折疊,?-折疊,②?-折疊結(jié)構(gòu)的肽鏈幾乎是完全伸展的，兩段以上的β-折疊結(jié)構(gòu)平行排列，兩鏈間可順向平行，也可反向平行，反平行結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。氫鍵與螺旋長軸垂直。,3、?-轉(zhuǎn)角,,蛋白質(zhì)多肽鏈經(jīng)常出現(xiàn)180?的回折，這種肽鏈回折處的稱為?-轉(zhuǎn)角（ ?-tern）或?-bend，或稱發(fā)夾結(jié)構(gòu)（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(zhuǎn)）,是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。,酶的功能部位常位于這種構(gòu)象區(qū)域,三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu),,（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(jié)構(gòu)域組裝而成的結(jié)構(gòu)。,肌紅蛋白 (Mb),,亞基之間的結(jié)合力主要是氫鍵和離子鍵。,四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)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(gòu)象，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。,由多條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)，肽鏈間相互以非共價鍵聯(lián)結(jié)成一個活性單位，這種肽鏈就稱為該蛋白質(zhì)的亞基。,血紅蛋白（Hb）的四級結(jié)構(gòu),,從一級結(jié)構(gòu)到四級結(jié)構(gòu),血紅蛋白,蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是它的氨基酸序列，維系蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)的鍵：肽鍵、二硫鍵,蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是由氫鍵導(dǎo)致的肽鏈卷曲與折疊,Primarystructure,Secondarystructure,蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是多肽鏈

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

15、 范德華力 鹽鍵（離子鍵）,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系The Relation of Structure and Function of Protein,第 三 節(jié),（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ),一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)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(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血,這種由蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)的氨基酸排列順序發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。,正常紅細(xì)胞,鐮刀形細(xì)胞,,,三、蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的多樣性原因,①氨基酸種類不同，肽鏈結(jié)構(gòu)不同,②氨基酸數(shù)目不同，肽鏈結(jié)構(gòu)不同,③氨基酸排列順序不同，肽鏈結(jié)構(gòu)不同,④肽鏈空間結(jié)構(gòu)不同，蛋白質(zhì)種類不同,蛋白質(zhì)多樣性的原因,氨基酸數(shù)目成百上千,氨基酸排列順序千變?nèi)f化,肽鏈空間結(jié)構(gòu)千差萬別,,,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

17、極其多樣,,蛋白質(zhì)種類極其多樣,氨基酸的種類不同,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性會使蛋白質(zhì)功能體現(xiàn)多樣性，你知道蛋白質(zhì)有哪些功能嗎？,三、蛋白質(zhì) 的功能,1、結(jié)構(gòu)蛋白：許多蛋白質(zhì)是構(gòu)成細(xì)胞和生物體結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)。如羽毛、肌肉、頭發(fā)、蛛絲等的成分主要是蛋白質(zhì)。,,2、催化作用：細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)離不開酶的催化。絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)。（上圖所示為胃蛋白質(zhì)酶結(jié)晶）,,3、運輸作用：有些蛋白質(zhì)具有運輸載體的功能。如血紅蛋白、載體蛋

18、白。,,4、調(diào)節(jié)生命活動：有些蛋白質(zhì)起信息傳遞的作用，能夠調(diào)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(xì)胞膜的外表有一層糖蛋白，與細(xì)胞的識別作用有密切關(guān)系。糖蛋白的識別作用好比是細(xì)胞與細(xì)胞之間，或細(xì)胞與其他大分子之間，互相聯(lián)絡(luò)用的文字或語言。,(1) 區(qū)別組成蛋白質(zhì)20種氨基酸的依據(jù)是A．氨基酸數(shù)目不同 B．R基不同 C．羧基不同 D．碳原子數(shù)目不同,B,練習(xí),(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(gòu)成蛋白質(zhì)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(shù)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