蛋白质和酶1121专题课件

《蛋白质和酶1121专题课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蛋白质和酶1121专题课件（49页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、蛋白质和酶20111121专题1蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能Structure and Function of Protein蛋白质和酶20111121专题2 中心法则中心法则 复制 DNA 转录 逆转录 复制 RNA 蛋白质蛋白质 翻译 调控蛋白质和酶20111121专题3一、什么是蛋白质一、什么是蛋白质?蛋白质蛋白质(protein)是由许多是由许多氨基酸氨基酸(amino acids)通过通过肽键肽键(peptide bond)相连形成的高相连形成的高分子含氮化合物。分子含氮化合物。第一节第一节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成蛋白质和酶20111121专题4二、蛋白质的分布和组

2、成二、蛋白质的分布和组成1.分布广：分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。个部分都含有蛋白质。含量高：含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的干重的45，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达肌等高达80。2. 组成蛋白质的元素：组成蛋白质的元素：主要有主要有C、H、O、N和和S。有。有些蛋白质含有少量些蛋白质含有少量磷磷或金属元素或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、铁、铜、锌、锰、钴、钼钼，个别蛋白质还含有，个别蛋白质还含有碘碘 。蛋白质和酶201

3、11121专题5二、二、蛋白质的基本组成单位蛋白质的基本组成单位-氨基酸氨基酸存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余种，但组余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属种，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。氨基酸（甘氨酸除外）。蛋白质和酶20111121专题6H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H氨基酸的结构特点氨基酸的结构特点R-侧链基团蛋白质和酶20111121专题7NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘

4、氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO蛋白质和酶20111121专题8* * 肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。合物。* * 两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨，三分子氨基酸缩合则形成基酸缩合则形成三肽三肽* * 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为不全，被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。* * 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡寡肽肽(oligopeptide)，由更多的氨基

5、酸相连由更多的氨基酸相连形成的肽称形成的肽称多肽多肽(polypeptide)。蛋白质和酶20111121专题9N 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由氨基自由氨基的一端的一端C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由羧基自由羧基的一端的一端多肽链有两端多肽链有两端* 多肽链多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。酸之间以肽键连接而成的一种结构。蛋白质和酶20111121专题10蛋白质和酶20111121专题11N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶蛋白质和酶20111121专题12蛋蛋 白白 质质 的的 分分 子子 结结 构构T

6、he Molecular Structure of ProteinThe Molecular Structure of Protein 第第 二二 节节蛋白质和酶20111121专题13蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括 一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)高级高级结构结构蛋白质和酶20111121专题14定义定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。顺序

7、。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构主要的化学键主要的化学键肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。，有些蛋白质还包括二硫键。 蛋白质和酶20111121专题15一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。功能的基础。目目 录录蛋白质和酶20111121专题16二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构蛋白质分子中某一段肽链的局部空间蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空主链骨架原子的相对空间位置间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。定义定义 主要的化学键主要的化学键： 氢键氢键

8、 蛋白质和酶20111121专题17 蛋白质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式 - -螺旋螺旋 ( -helix ) - -折叠折叠 ( -pleated sheet ) - -转角转角 ( -turn ) 无规卷曲无规卷曲 ( random coil ) 蛋白质和酶20111121专题18三、蛋白质的三级结构三、蛋白质的三级结构疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。力等。 主要的化学键主要的化学键整条肽链中整条肽链中全部氨基酸残基全部氨基酸残基的相对空间位置。的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布

9、位置。（一）（一） 定义定义 蛋白质和酶20111121专题19 肌红蛋白肌红蛋白 (Mb) N N 端端 C C端端蛋白质和酶20111121专题20亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。是氢键和离子键。四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级蛋白质的四级结构结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白每一条多肽链都有完整的三级结构

10、，称为蛋白质的质的亚基亚基 (subunit)。蛋白质和酶20111121专题21血红蛋白血红蛋白的四级结构的四级结构 蛋白质和酶20111121专题22第四节第四节蛋白质的分类蛋白质的分类蛋白质和酶20111121专题23* * 根据蛋白质组成成分根据蛋白质组成成分 单纯蛋白质单纯蛋白质结合蛋白质结合蛋白质 = = 蛋白质部分蛋白质部分 + + 非蛋白质部分非蛋白质部分* * 根据蛋白质形状根据蛋白质形状 纤维状蛋白质：如血红蛋白、胰岛素、酶等纤维状蛋白质：如血红蛋白、胰岛素、酶等球状蛋白质：角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等球状蛋白质：角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等* * 根据功能分根据功能分活性

11、蛋白质：酶、受体蛋白、运输和储存蛋白等活性蛋白质：酶、受体蛋白、运输和储存蛋白等非活性蛋白质：非活性蛋白质：角蛋白、胶原蛋白等角蛋白、胶原蛋白等蛋白质和酶20111121专题24第五节第五节蛋白质的变性与复性蛋白质的变性与复性蛋白质和酶20111121专题25一、蛋白质的变性一、蛋白质的变性 1、 蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation)在某些物理和化学因素作用下，其特定的在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。物

12、活性的丧失。蛋白质和酶20111121专题26 造成变性的因素造成变性的因素如如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等重金属离子及生物碱试剂等 。 变性的本质变性的本质 破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。质的一级结构。2 2、变性蛋白质的特征、变性蛋白质的特征 蛋白质和酶20111121专题27 应用举例应用举例临床医学上，变性因素常被应用来消毒及临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。灭菌。此外此外, , 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条

13、件。制剂（如疫苗等）的必要条件。 3 3、变性的应用、变性的应用 蛋白质和酶20111121专题28若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为象和功能，称为复性复性(renaturation) 。4 4、复性、复性 蛋白质和酶20111121专题29蛋白质与医学的关系蛋白质与医学的关系 由于各种原因（物理、化学、生物基因突变等）导致的蛋白质分子在结构或合成量上产生异常，从而引起机体一系列病理改变，并产生功能障碍，从而引发某些疾病产生。如血红蛋白病（镰形细胞贫血症、地中海贫血症）、

14、血浆蛋白病（血友病）、受体病（家族性高胆固醇血症）、结构蛋白缺陷病（假肥大型营养不良）、膜转运蛋白病（肝豆状核变性）等分子病。蛋白质和酶20111121专题30(Enzyme)蛋白质和酶20111121专题31蛋白质和酶20111121专题32二、酶的不同形式二、酶的不同形式蛋白质和酶20111121专题331.辅助因子类型辅助因子类型(1) 辅酶辅酶 (coenzyme)：与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松疏松 (2) 辅基辅基 (prosthetic group)：与酶蛋白结合：与酶蛋白结合紧密紧密结合酶的酶蛋白与辅助因子协同作用才能发挥结合酶的酶蛋白与辅助因子协同作用才能发挥催化作用。催化作用

15、。（如果基因突变导致酶蛋白改变，则该酶与辅酶的相（如果基因突变导致酶蛋白改变，则该酶与辅酶的相互作用受损，会引起相应的遗传病）互作用受损，会引起相应的遗传病）蛋白质和酶20111121专题341.习惯命名法习惯命名法推荐名称推荐名称(1) 依据酶所催化的底物命名，如淀粉酶等。依据酶所催化的底物命名，如淀粉酶等。(2) 依据催化反应类型命名，如脱氢酶、转氨酶等。依据催化反应类型命名，如脱氢酶、转氨酶等。(3) 综合上述两项原则命名，如乳酸脱氢酶等。综合上述两项原则命名，如乳酸脱氢酶等。2. 系统命名法系统命名法系统名称系统名称蛋白质和酶20111121专题35(二二) 酶的分类酶的分类蛋白质和酶

16、20111121专题36(一一)酶的活性酶的活性 (三三)酶的活性单位酶的活性单位1. 国际单位国际单位(IU) 在特定的条件下，每分钟催在特定的条件下，每分钟催化化1mol底物转化为产物所需的酶量为一个国际底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。单位。 2. 催量单位催量单位 催量催量(kat)是指在特定条件下，每是指在特定条件下，每秒钟使秒钟使mol底物转化为产物所需的酶量。底物转化为产物所需的酶量。 3. kat与与IU的换算的换算： 1 IU=16.6710-9 kat蛋白质和酶20111121专题37蛋白质和酶20111121专题38 酶的催化效率通常比非催化反应高酶的催化效率通常比

17、非催化反应高1081020倍，比一般催化剂高倍，比一般催化剂高1071013倍。倍。二、高度的特异性二、高度的特异性蛋白质和酶20111121专题39三、酶催化活性的可调节性三、酶催化活性的可调节性(一一) 对酶生成与降解量的调节。对酶生成与降解量的调节。(二二) 酶催化活性的调节。酶催化活性的调节。(三三) 通过改变底物浓度对酶进行调节等。通过改变底物浓度对酶进行调节等。酶促反应受多种因素的调控，以适应机体酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。中包括三方面的调节。四、酶催化活性的不稳定性四、酶催

18、化活性的不稳定性 酶的本质是蛋白质，凡是影响蛋白质酶的本质是蛋白质，凡是影响蛋白质生物学活性的因素都能影响酶的活性。生物学活性的因素都能影响酶的活性。蛋白质和酶20111121专题40活性中心活性中心或称活性部位或称活性部位(active site)，指指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。将底物转化为产物。 蛋白质和酶20111121专题41(一一)酶原酶原 有些酶在细胞内有些酶在细胞内合成或初分泌时无合成或初分泌时无活性，此无活性前活性，此无活性前体称为酶原

19、。体称为酶原。(二二)酶原的激活酶原的激活 酶原在一定条件酶原在一定条件下，下，水解掉一个或几水解掉一个或几个短肽，形成或暴露个短肽，形成或暴露出活性中心，出活性中心，转化为转化为有活性酶的过程。有活性酶的过程。(三三)激活过程激活过程特定的肽链水解特定的肽链水解酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变酶的活性中心形成酶的活性中心形成在特定在特定条件下条件下蛋白质和酶20111121专题42(四四) 酶原激活的意义酶原激活的意义1.避免酶对细胞进行自身消化，并使酶在特避免酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用。定的部位和环境中发挥作用。2.有的酶原可以视为酶的储存形式。在需

20、要有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。化作用。3.胃、肠黏膜及肠道寄生虫均有抵抗消化酶胃、肠黏膜及肠道寄生虫均有抵抗消化酶的抗酶物质。的抗酶物质。蛋白质和酶20111121专题43酶底物复合物酶底物复合物 E + S E + P ES 酶与底物相互接近酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过进而相互结合。这一过程称为程称为酶酶- -底物结合的诱底物结合的诱导契合假说导契合假说 诱导契合假说诱导契合假说蛋白质和酶20111121专题4

21、4关键酶关键酶一些代谢物可与某些酶分子一些代谢物可与某些酶分子活性中心外活性中心外的的某部分可逆地结合，使某部分可逆地结合，使酶构象改变酶构象改变，从而改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。蛋白质和酶20111121专题45 磷酸化与脱磷酸化（最常见）磷酸化与脱磷酸化（最常见）蛋白质和酶20111121专题46(influencing factor of Enzyme-Catalyzed Reaction)蛋白质和酶20111121专题47(一一) 遗传性酶缺乏疾病遗传性酶缺乏疾病，如白化病，蚕豆病，苯丙酮，如白化病，蚕豆病，苯丙酮酸尿症、半

22、乳糖血症、自毁容貌综合征等。酸尿症、半乳糖血症、自毁容貌综合征等。(二二) 中毒性疾病，如中毒性疾病，如CO中毒，有机磷中毒，氰化物中中毒，有机磷中毒，氰化物中毒等。毒等。（注：中毒的作用机制有局部作用和全身作用两种。毒物吸收后，产生一系列生化反应，导致机体生理功能紊乱。（1）阻止氧的吸收、运输和利用；（2）抑制酶系统的活性；（3）对细胞亚微结构的作用；（4）辐射性损伤） 蛋白质和酶20111121专题481血清血清(浆浆)功能性酶的测定功能性酶的测定 2血清血清(浆浆)非功能性酶的测定非功能性酶的测定 在血浆中发挥其特异催化作用的酶，在血浆中发挥其特异催化作用的酶，故称血浆功能性酶，故称血浆

23、功能性酶，如卵磷脂胆固醇酰基转如卵磷脂胆固醇酰基转移酶和脂蛋白酯酶等。移酶和脂蛋白酯酶等。 在血浆中的浓度很低，来自于全身各组织在血浆中的浓度很低，来自于全身各组织细胞，在血浆中没有实际的功能，被称做非功细胞，在血浆中没有实际的功能，被称做非功能性酶。能性酶。 如转氨酶、淀粉酶等。如转氨酶、淀粉酶等。蛋白质和酶20111121专题49三、酶与疾病的治疗三、酶与疾病的治疗(一一) 消化酶治疗消化不良。消化酶治疗消化不良。(二二) 链激酶、尿激酶治疗和预防血栓形成。链激酶、尿激酶治疗和预防血栓形成。(三三) 天冬酰氨酶抑制血癌细胞生长。天冬酰氨酶抑制血癌细胞生长。四、酶在医学研究上的应用四、酶在医学研究上的应用(一一)酶的分子工程酶的分子工程(二二)酶与工业和日常应用酶与工业和日常应用