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文檔簡介
第四章蛋白質中醫演示文稿當前1頁,總共75頁。優選第四章蛋白質中醫當前2頁,總共75頁。二、蛋白質的生物學重要性1.蛋白質是生物體重要組成成分分布廣: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%。當前3頁,總共75頁。1)作為生物催化劑(酶)2)代謝調節作用3)免疫保護作用4)物質的轉運和存儲5)運動與支持作用6)參與細胞間信息傳遞2.蛋白質具有重要的生物學功能3.氧化供能當前4頁,總共75頁。第一節蛋白質的分子組成
TheMolecularComponentofProtein當前5頁,總共75頁。組成蛋白質的元素主要有C、H、O、N和S。
有些蛋白質含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬,個別蛋白質還含有碘
。當前6頁,總共75頁。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×6.25×1001/16%蛋白質元素組成的特點當前7頁,總共75頁。
——組成蛋白質的基本單位存在自然界中的氨基酸有300余種,但組成人體蛋白質的氨基酸僅有20種,且均屬L-氨基酸(甘氨酸除外)。二、氨基酸當前8頁,總共75頁。H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R當前9頁,總共75頁。非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸(一)氨基酸的分類*20種氨基酸的英文名稱、縮寫符號及分類如下:當前10頁,總共75頁。甘氨酸
glycine
Gly
G
5.97丙氨酸
alanineAlaA
6.00纈氨酸
valineValV
5.96亮氨酸
leucineLeuL
5.98異亮氨酸
isoleucineIleI
6.02苯丙氨酸
phenylalaninePheF
5.48脯氨酸
prolineProP
6.30非極性疏水性氨基酸當前11頁,總共75頁。色氨酸
tryptophanTryW
5.89絲氨酸
serineSerS
5.68酪氨酸
tyrosineTryY
5.66
半胱氨酸
cysteineCysC
5.07
蛋氨酸
methionine
MetM
5.74天冬酰胺
asparagineAsnN
5.41
谷氨酰胺
glutamineGlnQ
5.65
蘇氨酸
threonineThrT5.602.極性中性氨基酸當前12頁,總共75頁。天冬氨酸
asparticacidAspD
2.97谷氨酸
glutamicacidGluE
3.22賴氨酸
lysineLysK
9.74精氨酸
arginineArgR
10.76組氨酸
histidineHisH
7.593.酸性氨基酸4.堿性氨基酸當前13頁,總共75頁。
半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH當前14頁,總共75頁。(四)氨基酸的理化性質1.兩性解離及等電點氨基酸是兩性電解質,其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。等電點(isoelectricpoint,pI)
在某一pH的溶液中,氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等,成為兼性離子,呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。當前15頁,總共75頁。pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子當前16頁,總共75頁。2.紫外吸收色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm
附近。大多數蛋白質含有這兩種氨基酸殘基,所以測定蛋白質溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收當前17頁,總共75頁。3.茚三酮反應氨基酸與茚三酮水合物共熱,可生成藍紫色化合物,其最大吸收峰在570nm處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關系,因此可作為氨基酸定量分析方法。當前18頁,總共75頁。三、肽*肽鍵(peptidebond)是由一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學鍵。(一)肽(peptide)當前19頁,總共75頁。+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵當前20頁,總共75頁。*肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。*兩分子氨基酸縮合形成二肽,三分子氨基酸縮合則形成三肽……*肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全,被稱為氨基酸殘基(residue)。*由十個以內氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide),由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。當前21頁,總共75頁。N末端:多肽鏈中有自由氨基的一端C末端:多肽鏈中有自由羧基的一端多肽鏈有兩端*多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結構。當前22頁,總共75頁。N末端C末端牛核糖核酸酶當前23頁,總共75頁。(二)幾種生物活性肽
1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)當前24頁,總共75頁。GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG
GSH還原酶NADPH+H+NADP+GSH的臨床作用:解毒和抗氧化能力
是臨床上重要的保肝藥物.當前25頁,總共75頁。
第二節蛋白質的分子結構
TheMolecularStructureofProtein當前26頁,總共75頁。蛋白質的分子結構包括
一級結構(primarystructure)二級結構(secondarystructure)三級結構(tertiarystructure)四級結構(quaternarystructure)高級結構當前27頁,總共75頁。定義蛋白質的一級結構指多肽鏈中氨基酸的排列順序。一、蛋白質的一級結構主要的化學鍵肽鍵,有些蛋白質還包括二硫鍵。當前28頁,總共75頁。一級結構是蛋白質空間構象和特異生物學功能的基礎。當前29頁,總共75頁。二、蛋白質的空間結構蛋白質分子中某一段肽鏈的局部空間結構,即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置,并不涉及氨基酸殘基側鏈(R基團)的構象
。二級結構定義:
主要的化學鍵:
氫鍵
(一)蛋白質二級結構當前30頁,總共75頁。肽單元參與肽鍵的6個原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面,C1和C2在平面上所處的位置為反式(trans)構型,此同一平面上的6個原子構成了所謂的肽單元
(peptideunit)
。當前31頁,總共75頁。蛋白質二級結構的基本形式
-螺旋(-helix)
-折疊(-pleatedsheet)
-轉角(-turn)
無規卷曲(randomcoil)
當前32頁,總共75頁。(1)-螺旋當前33頁,總共75頁。當前34頁,總共75頁。(2)-折疊當前35頁,總共75頁。(3)-轉角和無規卷曲-轉角無規卷曲是用來闡述沒有確定規律性的那部分肽鏈結構。當前36頁,總共75頁。(二)蛋白質的三級結構疏水鍵、離子鍵、氫鍵和VanderWaals力等。主要的化學鍵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。定義當前37頁,總共75頁。亞基之間的結合力主要是疏水作用,其次是氫鍵和離子鍵。(三)蛋白質的四級結構蛋白質分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用,稱為蛋白質的四級結構。有些蛋白質分子含有二條或多條多肽鏈,每一條多肽鏈都有完整的三級結構,稱為蛋白質的亞基(subunit)。當前38頁,總共75頁。血紅蛋白的四級結構
當前39頁,總共75頁。肌紅蛋白與血紅蛋白的結構當前40頁,總共75頁。蛋白結構的層次總結當前41頁,總共75頁。三、蛋白質結構與功能的關系TheRelationofStructureandFunctionofProtein當前42頁,總共75頁。鐮形紅細胞SickleCell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當前43頁,總共75頁。牛核糖核酸酶的一級結構二硫鍵當前44頁,總共75頁。天然狀態,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,無活性二、蛋白質空間結構與功能的關系當前45頁,總共75頁。第三節蛋白質的理化性質與分離純化ThePhysicalandChemicalCharactersandSeparationandPurificationofProtein當前46頁,總共75頁。一、蛋白質的兩性電離蛋白質分子除兩端的氨基和羧基可解離外,氨基酸殘基側鏈中某些基團,在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。*蛋白質的等電點(isoelectricpoint,pI)當蛋白質溶液處于某一pH時,蛋白質解離成正、負離子的趨勢相等,即成為兼性離子,凈電荷為零,此時溶液的pH稱為蛋白質的等電點。當前47頁,總共75頁。二蛋白質的膠體性質蛋白質屬于生物大分子之一,分子量可自1萬至100萬之巨,其分子的直徑可達1~100nm,為膠粒范圍之內。*蛋白質膠體穩定的因素顆粒表面電荷水化膜當前48頁,總共75頁。+++++++帶正電荷的蛋白質--------帶負電荷的蛋白質在等電點的蛋白質水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質--------帶負電荷的蛋白質不穩定的蛋白質顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質的聚沉當前49頁,總共75頁。三、蛋白質的變性、沉淀和凝固*蛋白質的變性(denaturation)在某些物理和化學因素作用下,其特定的空間構象被破壞,也即有序的空間結構變成無序的空間結構,從而導致其理化性質改變和生物活性的喪失。當前50頁,總共75頁。造成變性的因素變性的本質——
破壞非共價鍵和二硫鍵,不改變蛋白質的一級結構。引起蛋白質變性的原因可分為物理和化學因素兩類。物理因素可以是加熱、加壓、乙醇、丙酮、紫外線照射、超聲波的作用等;化學因素有強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑十二烷基磺酸鈉(SDS)等。當前51頁,總共75頁。應用舉例臨床醫學上,變性因素常被應用來消毒及滅菌。1.加熱、加壓。2.75%乙醇。3.紫外燈照射4.重金屬離子中毒的高蛋白洗胃。5.生物堿試劑檢測蛋白尿。此外,低溫防止蛋白質變性也是有效保存蛋白質制劑(如疫苗等)的必要條件。
當前52頁,總共75頁。若蛋白質變性程度較輕,去除變性因素后,蛋白質仍可恢復或部分恢復其原有的構象和功能,稱為復性(renaturation)。當前53頁,總共75頁。天然狀態,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,無活性當前54頁,總共75頁。*蛋白質沉淀在一定條件下,蛋白疏水側鏈暴露在外,肽鏈融會相互纏繞繼而聚集,因而從溶液中析出。變性的蛋白質易于沉淀,有時蛋白質發生沉淀,但并不變性。*蛋白質的凝固作用(proteincoagulation)蛋白質變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固的凝塊,此凝塊不易再溶于強酸和強堿中。
當前55頁,總共75頁。四、蛋白質的紫外吸收由于蛋白質分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸,因此在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質的OD280與其濃度呈正比關系,因此可作蛋白質定量測定。當前56頁,總共75頁。五、蛋白質的呈色反應⒈茚三酮反應(ninhydrinreaction)
蛋白質經水解后產生的氨基酸也可發生茚三酮反應。⒉雙縮脲反應(biuretreaction)蛋白質和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱,呈現紫色或紅色,此反應稱為雙縮脲反應,雙縮脲反應可用來檢測蛋白質水解程度。當前57頁,總共75頁。1.丙酮沉淀、鹽析*使用丙酮沉淀時,必須在0~4℃低溫下進行,丙酮用量一般10倍于蛋白質溶液體積。蛋白質被丙酮沉淀后,應立即分離。除了丙酮以外,也可用乙醇沉淀。*鹽析(saltprecipitation)是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質溶液,使蛋白質表面電荷被中和以及水化膜被破壞,導致蛋白質沉淀。六、蛋白質的分離和純化當前58頁,總共75頁。2.電泳蛋白質在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒,在電場中能向正極或負極移動。這種通過蛋白質在電場中泳動而達到分離各種蛋白質的技術,稱為電泳(elctrophoresis)
。根據支撐物的不同,可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。
當前59頁,總共75頁。幾種重要的蛋白質電泳*SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳,常用于蛋白質分子量的測定。*等電聚焦電泳,通過蛋白質等電點的差異而分離蛋白質的電泳方法。*雙向凝膠電泳是蛋白質組學研究的重要技術。當前60頁,總共75頁。3.透析及超濾法*透析(dialysis)利用透析袋把大分子蛋白質與小分子化合物分開的方法。*超濾法
應用正壓或離心力使蛋白質溶液透過有一定截留分子量的超濾膜,達到濃縮蛋白質溶液的目的。當前61頁,總共75頁。4.層析層析(chromatography)分離蛋白質的原理待分離蛋白質溶液(流動相)經過一個固態物質(固定相)時,根據溶液中待分離的蛋白質顆粒大小、電荷多少及親和力等,使待分離的蛋白質組分在兩相中反復分配,并以不同速度流經固定相而達到分離蛋白質的目的。當前62頁,總共75頁。蛋白質分離常用的層析方法*離子交換層析:利用各蛋白質的電荷量及性質不同進行分離。*凝膠過濾(gelfiltration)又稱分子篩層析,利用各蛋白質分子大小不同分離。當前63頁,總共75頁。當前64頁,總共75頁。當前65頁,總共75頁。(五)超
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