生物大分子结构与功能.ppt
第一专题,生物大分子的结构与功能：蛋白质的结构与功能核酸的结构与功能酶的结构与功能维生素、微量元素,生物大分子(Biomacromolecule),指有一定分子结构规律，即由一定的基本结构单位，按一定的排列顺序和连接方式而形成的多聚体，分子量一般大于104。蛋白质与核酸是体内主要的生物大分子核酸具有传递遗传信息的功能蛋白质几乎涉及所有的生理过程,一、蛋白质的结构与功能,蛋白质的重要性,蛋白质是生命的物质基础,是构成生物体的基本成分，是生命活动的执行者。人体的45%为蛋白质,脾、肺、肌肉含量均超过80%,细菌的含量为5080%,干酵母的含量为46.6%。,蛋白质的生物学功能,生物催化(酶)代谢调节(多肽激素等)免疫保护(免疫球蛋白,补体等)物质转运和贮存(离子通道,转运载体等)运动与支持(肌蛋白)生长、繁殖、遗传和变异生物膜的功能和受体生化制药(分离纯化血液制品,基因工程产品),蛋白质的结构,蛋白质由20种氨基酸经肽键连接而成生物体蛋白质平均由300-400个氨基酸组成,平均分子量(MW)30,000-45,000 一个含有100个氨基酸组成的蛋白质可存在20100种不同的形式 E.coli约含有3,000种蛋白质,人体约含有100,000种,第一节 氨基酸与多肽一、氨基酸(amino acid),蛋白质是由氨基酸组成的：蛋白质 混合物 20种基本氨基酸,蛋白质的元素组成:C H O N S P I Se 等,其中含氮元素约 16%,根据含氮量可计算出样品中的蛋白质含量:每克样品含氮克数6.25 100=100g样品中的蛋白质含量(g%),酸、碱、酶,电泳,核糖核酸酶,蛋白质的基本组成单位氨基酸编码氨基酸：20 种,除Gly外，均为L-氨基酸,Pro为环状亚氨酸非编码氨基酸：胱氨酸、碘代酪氨酸、羟脯氨酸与羟赖氨酸等,COO-C NH3,R,L-氨基酸通式,H,+,R为侧链,HO C H,CHO,CH2OH,H3N C H,+,CH3,COO-,L-甘油醛,L-丙氨酸,按照 R 的化学性质分为：1.非极性、疏水性氨基酸 R 为烃基、苯甲基等非极性基团（Gly,Ala,Val,Leu,Ile,Phe,Pro）,2.极性、中性氨基酸 R 为羟基(Ser,Thr,Tyr)、巯基(Cys,Met)、酰胺基(Trp,Asn,Gln)等极性基团,有亲水性，在中性溶液中不电离,3.酸性氨基酸(Asp,Glu),4.碱性氨基酸(Lys,Arg),非极性疏水性氨基酸,极性中性氨基酸,酸性氨基酸,碱性氨基酸,氨基酸的缩写与等电点,-OOC-CH-CH2-SH+HS-CH2-CH-COO-OOC-CH-CH2-SS-CH2-CH-COO-,+NH3,+NH3,+NH3,+NH3,-2H,半胱氨酸,胱氨酸,胱氨酸和二硫键,COO-C NH3,R,L-氨基酸通式,H,+,R为侧链,HGly,CH3Ala,(CH3)2-CH Val,(CH3)2-CH-CH2Leu,CH3-CH2-CH I CH3,R,非极性疏水性氨基酸,Phe,Ile,COO-C NH3,R,H,+,极性中性氨基酸,Ser,Tyr,Cys,Thr,Asn,Met,Gln,Trp,COO-C NH3,R,H,+,Asp,Glu,Lys,碱性氨基酸,Arg,His,(1)R为脂肪烃基:(2)R为羟基和硫：,小 结,Gly、Ala、Val、Leu、Ile疏水性逐渐增加,pI几乎相等,Ser、Thr含羟基,Ser有极性可形成氢键,大多数酶的活性中心有该残基存在,Thr形成氢键能力弱；Cys含巯基,两个Cys可形成含二硫键的胱氨酸,二硫键在蛋白质的结构中起重要作用;R中含甲硫基(-SCH3)的为Met-(CH2)2-S-CH3,(3)R含芳香基团的有：(4)R为碱性基团的有：,Phe、Tyr、Trp在280nm有紫外吸收峰;均含一个共轭电子体系,易与缺电子体系形成电荷转移复合物或电子重叠物,在受体-底物和分子识别中起作用,His 含三个可解离基团,故在酶的催化机制中有重要作用Lys 在生理条件下带有一正电荷(NH3+)Arg 的胍基几乎完全质子化,是已知最强的有机碱,(5)R有酸性基团：,Asp 和 Glu 为生理条件下仅有的带负电荷的氨基酸(6)R中含酰基的氨基酸Asn 和 Gln 分别为 Asp 和 Glu 的酰胺化产物,酰胺基中的氨基易发生氨基转移反应,在生物合成和代谢中有重要作用(7)R为环状的为Pro由于其-NH2在环中,多肽中Pro所在位置易发生方向变化,在蛋白质立体结构中有重要作用,氨基酸的理化性质,1.物理性质：无色或白色结晶，熔点200，氨基酸均可溶于强酸、强碱和水，Lys和Arg在水中的溶解度最大，Tyr的溶解度最小。氨基酸在乙醚中溶解度最小。2.两性电离性质：结合或释放质子取决于环境 pH*pI(Isoelectric point)：在一定pH环境下，氨基酸游离成阴、阳离子的程度及趋势相等或不游离(氨基酸不带电荷或所带电荷数相等)而成为兼性离子(Zwitterion)，在电场中既不向阳极也不向阴极迁移时的pH值。,R-CH-COOH R-CH-COO-R-CH-COO-,+NH3,NH2,+NH3,R-CH-COOH,NH2,+OH-,+OH-,+H+,+H+,阳离子 pHpI,兼性离子 pH=pI,阴离子 pHpI,3.紫外吸收性质：Trp、Tyr和Phe含共轭双键苯环，在 280nm处有最大吸收峰，利用此特点可用分光光度法测定蛋白质 含量也可粗略估计核酸中蛋白质污染程度(A260/A280 1.7)。4.化学性质:-NH2、-COOH和R侧链的活性基团可发生相关化学反应，用于氨基酸性质的分析鉴定。,0,240,250,260,270,280,290,300,310,光密度,波 长(nm),芳香族氨基酸的紫外吸收,Trp,Tyr,Phe,化学性质1 亚硝酸反应：测定产生的N2可计算氨基酸的含量,为Van Slyke定 氮法的基础。2 甲醛反应:氨基酸与甲醛反应生成二羟甲基氨基酸,为中和法测 定氨基酸含量的依据,称甲醛滴定法,两性氨基酸在与 甲醛反应后使氨基封闭而酸性增强,可用强碱滴定。3 2,4-二硝基氟苯反应：在碱性中生成二硝基苯基氨基酸,N端分析。,4 与酰氯化合物反应：-氨基与苯甲氧基甲酰氯(Cbz-Cl)反应生成 Cbz-氨基酸,为化学合成多肽时一个重要的氨基保护反应；氨基酸与5-二甲氨基萘磺酰氯反应生成DNS-氨基酸,紫外光下 强烈荧光,灵敏度高,用于多肽分析。5 茚三酮反应：与茚三酮在弱酸性溶液中加热可产生有色化合物,含游离-氨基的氨基酸和肽类生成紫色化合物,而脯氨酸因其-氨基被取代而生成黄色化合物,较灵敏,颜色深浅可定量。,二、肽键与肽链,NH2-CH-C+NH-CH-C NH2-CH-C-N-CH-C,R1 OH H R2 OH R1 H R2 OH,O O O O,(Polypeptide bond&Polypeptide chain),概念:肽键：一个氨基酸的-羧基与另一氨基酸的-氨基脱水缩合 肽：氨基酸通过肽键相连而形成的化合物,寡肽(oligopeptide):十个以下氨基酸缩合成的肽统称为寡肽 多肽链(polypeptide chain):十个以上氨基酸形成的肽,典型的多肽MW104 蛋白质:由一条或几条多肽链组成的生物大分子 氨基酸残基(amino acid residues)：蛋白质肽链中的每个 氨基酸部分 多肽主链（main chain）：由肽键连接各氨基酸残基形成的 长链骨架 多肽侧链(side chain)：蛋白质多肽链中的各氨基酸侧链基团,肽的书写格式,NH2-甘-丙-谷-组-蛋-COOHNH2-Gly-Ala-Glu-His-Met-COOHNH2-GAEHM-COOHGAEHM,SH O CH2 HH2N-CH-CH2-C-N-CH-C-N-CH2-COOH COOH H O,谷胱甘肽（谷-半胱-甘三肽）,还原过氧化氢,解毒(嗜电子)、,抗氧化(-SH还原剂),三、医学上重要的多肽,羧基,1、谷胱甘肽(glutathione,GSH),2GSH,GSH GSH过氧化物酶 还原酶,GSSG,NADP+NADPH+H+,H2O2,2H2O,GSH与GSSG间的转换,HC N HN CH C CH2H2C CH2 CH2 H2C CH2 OC CH-CO-NH-CH-CO-N CH CO-NH2 NH,促甲状腺素释放激素(焦谷氨酰组氨酰脯酰胺),2 多肽类激素,缬 鸟 亮 D-苯丙 脯 短 杆 菌 肽脯 D-苯丙 亮 鸟 缬,3 多肽类抗生素,4 小分子肽或寡肽(30100个氨基酸),甜味剂L天冬氨酰苯丙氨酰甲酯-人工合成2肽促性腺激素释放激素 10肽,生长激素释放抑制激素 10肽内皮素 21肽心钠素 28肽促肾上腺皮质释放激素 41肽生长激素释放激素 44肽甲状旁腺素 84肽神经肽P物质和脑啡肽抗生素肽短杆菌肽A，博莱霉素,6 基因工程产品神经生长因子 118个氨基酸GM-CSF 127个氨基酸-干扰素 127134个氨基酸-干扰素 165166个氨基酸白细胞介素 133个氨基酸促红细胞生成素 157个氨基酸VEGF 121,189个氨基酸,
