生化教案蛋白质化学.ppt

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1、,本章主要内容,1、蛋白质的化学组成 2、蛋白质的分子结构 3、蛋白质的理化性质 4、蛋白质的分类,第二章 蛋白质化学,教学目标,教学重难点,教学目标 1、知道蛋白质元素组成及特点。2、说出蛋白质的组成单位及蛋白质的14级结构特点。3、叙述蛋白质的生物学作用、理化性质，初步学会运用蛋白质的理化性质分析生产中的相关问题。,章首,教学重点,1、蛋白质的元素组成特点 2、蛋白质的一级结构 3、蛋白质的性质,教学难点,1、理解蛋白质的各级结构 2、明白蛋白质性质在药学中的应用,章首,蛋白质是构成生物体的基本成分，是生命的物质基础。,各种生物体中蛋白质的含量（按干重计）：人 体 45%细 菌 5080%

2、干酵母 46.6%黄 豆 40%,蛋白质具有结构功能:胶原蛋白(胶原纤维的主要成份)。,蛋白质具有活性功能：,催化功能酶 代谢调节功能胰岛素、垂体激素 免疫防护功能免疫球蛋白（抗体）运动功能肌动蛋白、肌球蛋白 物质的转运与储存功能血红蛋白 生长、繁殖功能调控蛋白质及核酸的 生物合成过程,第一节 蛋白质的化学,一、蛋白质的元素组成一切蛋白质均含有：50-55%6-8%20-23%15-18%绝大多数蛋白质还含有：0-4%,氮的含量最稳定，平均为16%。也即每100克蛋白质分子中含有16克的氮，而蛋白质样品中的每1克氮则代表6.25克的蛋白质。,蛋白质含量的计算：,样品中的蛋白质含量=样品中的含氮

3、量 6.25,样品中的蛋白质含量=样品中的含氮量 6.25=100克 6.25=625克,例题：测得一蛋白质样品的含氮量为100克，问该蛋白质样品的蛋白质含量是多少克？,二、蛋白质的基本结构单位氨基酸,蛋白质的基本结构单位是氨基酸。,（一）氨基酸的结构及特点,COOH H2NCH R,1、都是氨基酸,、不同的氨基酸，其 则链不同,、碳原子都是不对称的碳原子（除 甘氨酸外，即当为时）,2、按氨基酸 R 侧链有无极性基团分类极性氨基酸（12种）非极性氨基酸（8种），也称为疏水性氨基酸,（二）氨基酸的分类,1、按氨基酸的化学结构分类（见 P6-7表）脂肪族氨基酸（15种）芳香族氨基酸（2种）：苯丙氨

4、酸、酪氨酸 杂环氨基酸（3种）：组氨酸、色氨酸、脯氨酸,3、按氨基酸分子中氨基及羧基的数目或其在溶液中的 酸碱性质分类中性氨基酸（15种）：分子中含有一个氨基、一个羧基酸性氨基酸（2种，谷氨酸、天冬氨酸）：分子中含有 二个羧基、一个氨基碱性氨基酸（3种，精氨酸、组氨酸、赖氨酸）：分子 中含有一个羧基、二个氨基,（三）氨基酸的理化性质,1、一般理化性质,2、两性电离性质及等电点 R-CH-COOH NH2 R-CH-COOH OH+R-CH-COO-OH-R-CH-COO-NH3+H+NH3+H+NH2 pHpI pHpI pHpI,氨基酸分子中含有碱性的氨基和酸性的羧基，两者在水溶液中可电离。

5、其电离情况视溶液pH的不同而不同。在相对中性的pH溶液中氨基和羧基电离度一样，氨基酸分子不带电，呈电中性（兼性离子）；在相对酸性的pH溶液中，羧基的电离受抑制，氨基酸分子带正电，呈阳离子；在相对碱性的pH溶液中，氨基电离受抑制，氨基酸分子带负电，呈阴离子。由此可见，氨基酸是两性离子，具有两性电离的性质。,使氨基酸分子所带正负电荷数相等，净电荷数为零时，环境的pH称为该氨基酸的等电点。以pI表示。,不同的氨基酸，由于其R侧链不同，在同一pH环境中，所带的电荷不同。利用这一点，可通过电泳的方法对不同的氨基酸进行分离。,在等电点状态下的氨基酸不带电，溶解度最少，易于从溶液中沉淀折出。,氨基酸+水合茚

6、三酮,蓝紫色化合物,3、氨基酸与茚三酮反应,条件：弱酸性、共热,章首,第二节 蛋白质的分子结构,英 语蛋白质,字 母26个氨基酸20种,每个单词一十几个每种几几百上万,一、蛋白质的一级结构,蛋白质的一级结构是指：不同种类及不同数量的氨基酸按照特定的排列顺序通过肽键连接而成的多肽链。,(一)肽键,RCHCOOH NH2,R2CHCOOH NH2,+,H2O,+H2O,R R2 H2N CCNCCOOH H O H H,肽键,(二)肽链（多肽链）,COOH NH2 COOH R1(CH2)2(CH2)4 CH2 Rn H2N CH C N CH C N CH C N CH C-N CH COOH

7、O H O H O H O H,N-末端,C-末端,肽单位,由多个氨基酸通过肽键连接而成的链称为肽链(多肽链)。,由2个氨基酸组成的肽链称为二肽、由5个氨基酸组成的肽链称为五肽，如此类推。,反回性质,动画多肽链,二、蛋白质的空间结构,蛋白质的空间结构也称为空间构象、三维构象、立体结构和高级结构,包括二、三、四级结构，是在一级结构的基础上形成的。,维持蛋白质空间结构的化学键，除主键肽键外，尚有其他的次级键(副键)。,次级键的种类有：氢键、二硫键、盐键、疏水键、配位键、范德华引力,蛋白质分子中次级键示意图,下页,动画,、氢键：含量多，是最重要的化学键。在 蛋白质二、三、四级结构，尤其是 二级结构中

8、起重要的作用,、疏水键：维持蛋白质三、四级结构的主 要次级键,、盐键：键力弱，在空间结构中作用最少,、二硫键：在具二硫键的蛋白质分子构象 中起重要的作用,、配位键：参与维持蛋白质的三、四级结 构,6、范德华引力：主要用于维持蛋白质四级 结构,上页图,（二）蛋白质的二级结构,蛋白质的二级结构是指多肽链的主链骨架中的若干肽单位盘绕、折叠，并以氢键为主要次级键形成有规则的构象。,蛋白质二级结构的主要形式有：螺旋、折迭、转角等。,结构图,上述各种结构形式可同时存在于同一蛋白质分子的结构中。,三级结构,螺旋,螺旋,转角,折迭,折迭,二级结构概念,（三）蛋白质的三级结构,蛋白质的三级结构是在二级结构的基础

9、上进一步折迭、盘曲成更复杂的立体构型。,蛋白分子的三级结构,（四）蛋白质的四级结构,蛋白的四级结构,蛋白质的四级结构是由两个或两个以上具有三级结构的多肽链以非共价键相互结合而成的单位。,蛋白质一四级结构示意图,蛋白质结构与功能的关系,无论是蛋白质的一级结构或是其空间结构都与蛋白质的功能密切相关。,加压素（9肽）：HN2-半胱-酪-苯丙-谷-天冬-半胱-脯-精-甘催产素（9肽）：HN2-半胱-酪-异亮-谷-天冬-半胱-脯-亮-甘,酶分子在其三级构被破坏后，其催化活性将失去。,章首,第三节 蛋白质的理化性质,一、蛋白质的两性电离与等电点,NH2P COOH蛋白质分子,NH3+P COO蛋白质兼性离

10、子,NH3+P COOH蛋白质正离子,NH2 P COO蛋白质阴离子,OH H+,OH H+,(pHpI)向负极移动,(pHpI)原点,(pHpI)向正极移动,结构图,蛋白质的等电点:,使蛋白质分子所带正负电荷数相等，净电荷数为零时，环境的pH称为该蛋白质的等电点。以pI表示。,由于组成不同蛋白质分子的氨基酸不同，因而不同的蛋白质在同一电场中所带的电荷不同，其等电点也不同。含酸性氨基酸多的蛋白质等电点偏酸性；含碱性氨基酸多的蛋白质等电点偏碱性。利用这一特性可分离不同的蛋白质。,大多数蛋白质的等电点（pI）5，人体组织体液的pH7.4，故大多数蛋白质在人体内以阴离子的形式存在。,在等电点时，蛋白

11、质颗粒不带电，溶解度最小，易于从溶液中析出。利用这一点，可通过调节溶液不同的酸碱度分离沉淀不同的蛋白质。,二、蛋白质的胶体性质,H+,OH,OH,H+,带正电荷的蛋白质（亲水胶体）,带负电荷的蛋白质（亲水胶体）,在等电点的蛋白质（亲水胶体）,脱水作用,脱水作用,OH,H+,带正电荷的蛋白质（疏水胶体）,带负电荷的蛋白质（疏水胶体）,不稳定的蛋白质颗粒（沉淀）,脱水作用,蛋白质是高分子化合物，分子量非常巨大，直径一般在1100 nm，达到了胶体颗粒的尺度范围，所以具有胶体的性质。,胶体分子具有不能透过半透膜的性质，因而蛋白质分子也不能透过半透膜。利用这一点，可使混有小分子杂质的蛋白质分子得到分离

12、纯化。,由于蛋白质颗粒表面带有水化膜和同种电荷，蛋白质是亲水胶体，所以蛋白质的水溶液是十分稳定的。,三、蛋白质的变性作用,概念：天然蛋白质受某些物理和化学因素的影响，空间结构从有序的紧密构造转变为无序散漫的结构，导致生物学活性的丧失和理化性质的改变，这种现象称为蛋白质的变性作用。,引起变性作用的因素：物理因素高温、紫外线、射线、超声波和剧烈振荡等化学因素强酸、强碱、尿素、去污剂、重金属、三氯乙酸、浓酒精等,变性的本质：次级键的断裂、空间结构改变或破坏。,变性作用的特征：、生物活性的丧失（失去原有的生物学功能）、某些理化性质的改变（失去结晶的功能；溶解度降低，易发生絮凝、凝固现象；分子结构松散，

13、易为蛋白酶水解。）,变性作用的意义：消毒、灭菌除蛋白杂质疫苗制备,四、蛋白质的沉淀反应,蛋白质分子聚集而从溶液中析出的现象，称为蛋白质的沉淀。,1、中性盐沉淀反应,条件：加入高浓度与水互溶的中性盐 NaCl、(NH4)2SO4、Na2SO4 等,原理：中和蛋白质电荷、脱去表面水化膜,结果：得到不变性的蛋白质,2、有机溶剂沉淀反应,条件：在pHpI时（或少量中性盐存在），加入可与水互溶的有机溶剂（甲醇、乙醇、丙酮等）,原理：在近电点时，蛋白质分子颗粒几乎不带电，此时加入与水互溶有机溶剂可使蛋白质颗粒脱去水化膜。,结果：如在低温、短时内进行，可得到不变性的蛋白质；否则将得到变性蛋白质。,返回实验,

14、3、重金属盐沉淀蛋白质,条件：在pHpI时，加入重金属盐（Cu2+、Hg2+、Pb2+、Ag+等）,COO-COO-COOAgP OH-P Ag+P NH3+NH2 NH2,原理：蛋白质阴离子与重金属离子结合形成不溶性蛋白盐,结果：得到变性的不溶性蛋白质,返回实验,4、生物碱试剂和某些酸类沉淀法,条件：在pHpI时，加入某些生物碱试剂或酸类（苦味酸、鞣酸、三氯乙酸、磺基水杨酸等）,COO-COOH COOH P H+P CCl3COO-P NH3+NH3+NH3OOCCCl3,原理：蛋白质阳离子与酸根结合，形成不溶性蛋白盐,结果：得到不溶性变性蛋白盐,返回实验,5、加热沉淀蛋白质,条件：在pH

15、pI时，高温加热,原理：在pHpI时，蛋白质分子颗粒几乎不带电，此时高温加热蛋白质，可使蛋白质由于变性、空间结构破坏而失去水化膜。,结果：得到变性蛋白质,提示：如不是在pHpI时加热蛋白质，即使蛋白质变性也不沉淀。因为，此时蛋白质颗粒表面含有大量的同性电荷。,返回实验,6、调节溶液pHpI沉淀蛋白质,条件：调节溶液pHpI,原理：等电点时蛋白质分子不带电,结果：可得到不变性的蛋白质,提示：蛋白质的沉淀与变性没有必然的联系。蛋白质的沉淀与否，关键取决于使蛋白质在水溶液中稳定的因素：同种电荷、水化膜是否被同时破坏。,1、茚三酮反应,此反应与自由氨基有关。,pH57 蛋白质茚三酮 蓝色化合物,五、蛋

16、白质的颜色反应,蛋白质的颜色反应与蛋白质分子中的某些特殊结构或特殊氨基酸有关。,返回实验,2、双缩脲反应 此反应与肽键有关，凡含有二个或二个以上肽键的化合物均有此反应。,蛋白质 NaOH CuSO4（稀）,极浅红,紫蓝色,返回实验,3、福林反应（酚试剂反应）,此反应与酪氨酸的酚基、色氨酸的吲哚基有关。,蛋白质酚试剂 蓝色化合物,4、乙醛酸反应,此反应与色氨酸有关。,蛋白质乙醛酸,混匀,浓硫酸重叠,分层后两液界面显紫色,蛋白质的颜色反应一般都不是蛋白质所特有的反应。因而，在利用颜色反应对蛋白质进行定性鉴定时，不能依靠单一的颜色反应。,六、蛋白质的吸收光谱特点,由于蛋白质分子中含有酪氨酸、色氨酸、

17、苯丙氨酸等有紫外光区有吸收光能力的氨基酸，所以在紫外光区280nm波长处有最大的吸收高峰。据此，可对蛋白质进行定量。,章首,第四节 蛋白质的分类,分类方法：依据蛋白质的组成、分子形状、溶解度、功能等进行。,按组成分类：单纯蛋白质分子中只含有氨基酸结合蛋白质分子中除氨基酸外还有非氨 基酸部分（氨基酸+辅基组成）,结合蛋白的种类,章首,本章小结,1、蛋白质的生物学作用2、蛋白质的化学3、蛋白质的分子结构4、蛋白质的理化性质5、蛋白质的分类,蛋白质的实验,实验一 蛋白质的颜色反应,一、双缩脲反应,二、茚三酮反应,实验二 蛋白质的沉淀反应,一、盐析,二、重金属盐沉淀,三、生物碱试剂沉淀,四、有机溶剂沉

18、淀,五、加热沉淀蛋白质,实验四 血清蛋白醋酸纤维薄膜电泳,操作方法,（1）取28cm的薄膜小片，在薄膜无光泽面（毛面）距一端1.5cm处用铅笔划一直线，作为点样线。放入巴比妥缓冲液充分浸透后取出，用滤纸吸去水分。（2）用玻片的一端占上血清涂在薄膜上的点样线上，使血清吸在薄膜上。,录象,（3）待血清渗入薄膜，将薄膜光面向上，无光泽的毛面向下，平贴在电泳槽和支持板上。支持板上预先贴好二层纱布（或四层滤纸），浸湿在巴比妥缓冲液中达成桥架状。薄膜紧贴在纱布（或滤纸）上静置10分钟，使薄膜中的液体获得平衡。,（4）通电 通电前先检查薄膜上血清样品确实处在阴极一侧。通电后调节电压到110130V，此时通电

19、流约为0.40.6mA/cm宽，通电50分钟。,（5）染色 电泳停止，关闭电源，用镊子将薄膜从电泳槽中取出，直接将薄膜条浸入染色液中，浸泡10分钟。（6）从染色液中取出薄膜，浸入漂洗液中漂洗34次，至薄膜的蓝色脱尽。用滤纸吸干薄膜观察蛋白质的分布情况。,作业要求,（2）在作业本上写出操作的步骤,（1）根据要求，写出实验报告。,（3）在作业本上画出实验结果示意图，具体的斑点要与实验结果相符。,（4）根据实验结果，做出简单的实验分析。,实验报告书写要求（格式）,实验时间 实验编号 实验名称一、目的和要求二、原理三、操作方法（过程）及结果 可用流程图或图表等方式表达四、分析与讨论 对所得的实验结果或操作中遇的到问题,依据所学的知识进行分析及讨论,提出见解。五、试剂和仪器,作 业,1、解释下列名词：蛋白质等电点、蛋白质一级结构、蛋白质的变性作用2、蛋白质的元素组成特点是什么？3、请写出其中一种氨基酸的分类方法。4、蛋白质的结构与功能的关系是什么？5、蛋白质具有的高分子性质是什么？6、写出各种沉淀蛋白质的方法和原理。,