第六章 蛋白质和氨基酸.ppt
第6章蛋白质功能与进化
1 第6章蛋白质功能与进化
教学目的：掌握Mb和Hb的结构与功能；了解Hb分子病
教学重点：Hb和Mb的结构与功能
教学难点：Hb的功能
教学方法：多媒体
教学内容：
一、蛋白质功能的多样性
1. 催化作用
2. 调节作用
4、贮存蛋白
5. 运动功能
6. 结构成分
7、防御功能
8、支架作用（接头作用）
9. 高等动物的记忆、识别机构
蛋白质是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。
二、血红蛋白的结构
血红蛋白是红细胞中运输氧的蛋白质，肌红蛋白是哺乳动物体内贮存和分送氧的蛋白质。两种蛋白质都含有血红素辅基，去辅基的蛋白质叫脱辅基蛋白，也叫珠蛋白。脱辅基蛋白+辅基=全蛋白。两种蛋白质在与氧结合的机制方面也有相似之处。
（一）血红素——含铁的原卟啉IX化合物
（二）珠蛋白的三级结构
1、肌红蛋白（Mb）由一条多肽链和一个血红素辅基构成的，含153个氨基酸残基，去辅基的蛋白质叫珠蛋白。
2、肌红蛋白中约80%的多肽链形成α-螺旋区,整个分子共折叠成8段，分别用A、B、C、D、E、F、G、H命名。8个螺旋段大体折叠成两层，肌红蛋白中的非螺旋区段用NA(N-末端）、AB、BC、、、HC（C-末端）
3、段间拐角处有1~8个氨基酸残基组成的无规则卷曲；在C-末端有5个氨基酸残基的松散肽链；
4、Mb中4个脯氨酸残基和难形成α-螺旋的氨基酸残基如异亮氨酸、丝氨酸、苏氨酸位于拐角处。
5、整个分子很致密，呈扁平的棱形。分子内部有一个空穴，空穴内衬有一层疏水氨基酸残基，血红素就靠非共价键结合在这个空穴中。血红素卟啉环上的两个丙酸基伸出分子空穴外。
6、血红素结合部位除内衬一层疏水残基外，还有两个组氨酸残基，这两个组氨酸残基在Mb与氧结合方面具有重要的作用。
（三）Mb与O2结合的机制
1、肌红蛋白中载氧的部位是血红素中的铁，在脱氧Mb中铁原子呈亚铁（Fe2+）状态，结合氧时，亚铁（Fe2+）的电子输送给氧，使亚铁变为高铁(Fe3+）状态。含亚铁的血红素为叫亚铁血红素，含高铁的血红素叫高铁血红素，相应的肌红蛋白叫亚铁肌红蛋白和高铁肌红蛋白。当亚铁氧化成高铁时，不能与氧结合，水与铁原子结合可以使亚铁氧化为高铁，血红素之间的相互作用也能使亚铁氧化为高铁，一般情况下这两种情况不会发生，血红素结合在一个疏水环境中，水分子难进入，一分子肌红蛋白中只有一个血红素，血红素间也不会发生作用，所以正常情况下Fe离子保持亚铁状态。 2 2、Hb和HbO2的这种差异的形成
知识点总结：蛋白质及氨基酸生化基础
蛋白质
▲ 蛋白质的化学知识
历史
1. 1838, Mulder发现了组成生物体的复杂含氮物。
2. 1902, Fischer, Hofmeister同时提出肽键理论。(Nobel，1902)
3. 1950, Pauling提出蛋白质的二级结构的基本单位：α-螺旋和β-折叠，肽键6个原子在同一平面。(Nobel，1954)
4. 1953, Sanger确定了牛胰岛素一级结构。(Nobel，1958)
5. 1961, Anfinsen证明蛋白质的一级结构决定其三级结构, 利用核糖核酸酶的变性和复性
20种氨基酸 – 一级氨基酸， Primary amino acid
缩写
丙氨酸（Ala），缬氨酸（Val），亮氨酸（Leu），异亮氨酸（Ile），脯氨酸（Pro），苯丙氨酸（Phe），色氨酸（Trp），蛋氨酸/甲硫氨酸（Met），甘氨酸（Gly），丝氨酸（Ser），苏氨酸（Thr），半胱氨酸（Cys），酪氨酸（Tyr），天冬酰胺（Asn），谷氨酰胺（Gln），赖氨酸（Lys），精氨酸（Arg），组氨酸（His），天冬氨酸（Asp），谷氨酸（Glu）
口诀：
分类及特性：
✓ 非极性，通过疏水作用稳定蛋白质的结构, Met, Val, Ala, Gly, Ile, Leu
✓ 芳香族氨基酸，相对非极性，都能参与疏水作用。Trp, Try, Phe
✓ 极性不带电：水中溶解度较大或更加亲水，可以与水形成氢键。Ser, Thr, Cry, Asn, Gln, Pro
✓ 植物受到逆境条件的危害，积累Pro。积累一定量的溶质降低水势。Pro主要以游离状态广泛存在于植物中，水溶性最大的氨基酸，具有较强的水和能力。Pro大量积累，含量甚至高达百倍以上。
✓ 带正电和的三个碱性氨基酸，最为亲水，侧链上有第二个氨基，Arg有带正电的胍基，His有可带电的咪唑基。Lys
✓ 旋光性与手性原子上的构型没有确定的关系。
蛋白质的氨基酸序列与结构
蛋白质的氨基酸序列与结构
1. 氨基酸序列
蛋白质是由氨基酸组成的，氨基酸序列是蛋白质结构的基础。在生物体中，有20种不同的氨基酸，它们通过肽键连接形成蛋白质的氨基酸序列。蛋白质的氨基酸序列决定了其结构和功能。
1.1 氨基酸的结构
氨基酸由一个中心碳原子（称为α-碳原子）、一个氢原子、一个羧基（-COOH）、一个氨基（-NH2）和一个侧链（R基团）组成。不同的氨基酸之间的区别在于它们的侧链R基团的不同。
1.2 氨基酸序列的编码
氨基酸序列的编码由DNA上的基因序列决定。基因中的核苷酸序列通过转录和翻译过程转化为氨基酸序列。在这个过程中，三个核苷酸（称为密码子）编码一个氨基酸。共有64个可能的密码子，其中有3个终止密码子不编码氨基酸。
1.3 氨基酸序列的变异
氨基酸序列的变异是指基因序列的改变，导致蛋白质的结构或功能发生变化。变异可以由点突变、插入或缺失突变引起。氨基酸序列的变异可能会影响蛋白质的稳定性、活性或与其他分子的相互作用。
2. 蛋白质结构
蛋白质的结构分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
2.1 一级结构
蛋白质的一级结构是指其氨基酸序列。一级结构的氨基酸序列决定了蛋白质的生物活性、折叠方式和与其他分子的相互作用。一级结构的改变，如氨基酸替换、插入或缺失，可能导致蛋白质功能的丧失或改变。
2.2 二级结构
蛋白质的二级结构是指由氢键连接的氨基酸残基之间的局部折叠模式。最常见的二级结构有α-螺旋和β-折叠。α-螺旋是一种右旋螺旋结构，由氨基酸的侧链伸出并与螺旋轴形成氢键。β-折叠是由相邻的β-折叠片段通过氢键连接而成的平面结构。 2.3 三级结构
蛋白质的三级结构是指整个蛋白质分子的空间折叠方式。三级结构的形成受到氨基酸序列、侧链相互作用、氢键、疏水作用和离子键等因素的影响。三级结构的稳定性对于蛋白质的功能至关重要。
2.4 四级结构
蛋白质的四级结构是指由多个多肽链组成的复合蛋白质的结构。四级结构的形成受到各个多肽链之间的相互作用的影响，包括氢键、疏水作用、离子键和范德华力。四聚体是蛋白质四级结构的一种常见形式，例如血红蛋白由四个亚基组成。
02蛋白质.
蛋白质（Proteins）
恩格斯：没有蛋白体就没有生命
蛋白质(Protein)是生物体的基本组成成分。机体生长发育和组织更新的物质基础（唯一氮源，每天3％）在人体内蛋白质的含量很多，约占人体固体成分的45%，
蛋白质构成：单纯蛋白质的元素组成为碳 、氢 、氧 、氮 ，除此之外还有硫0～4%。有的蛋白质含有磷、碘。少数含铁、铜、锌、锰、钴、钼等金属元素。各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%。
氨基酸和肽
氨基酸是蛋白质的基本构成单位。构成人体蛋白质的氨基酸有20种。蛋白质分解时的次级结构称为肽(peptide)。10个以上的氨基酸的肽称为多肽。含4-6个氨基酸的肽为寡肽。
蛋白质分子中氨基酸的连接方式
几种元素构成氨基酸，氨基酸之间是以肽键(peptide bond)相连的。肽键就是一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合形成的键。
在蛋白质分子中，氨基酸之间通过肽键联结起来的化合物称为肽
氨基酸聚合形成肽链，一条或几条肽链聚合在一起就构成了蛋白质，构成天然蛋白质的氨基酸共20种。
二肽
三肽
四肽
二肽→ +肽称寡肽（oligopeptide）
多肽（Polypeptide）
一 级
结
构
二级结构
血红蛋白
为了对蛋白质结构叙述的方便，人为地将蛋白质的结构分为
一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
蛋白质的一级结构又称初级结构，二级结构、三级结构、四级结构的三度空间排列称蛋白质的空间结构、高级结构、三维结构或构象。
蛋白质结构与功能的关系
一级结构决定蛋白质的空间构象，蛋白质的空间构象决定其功能。
蛋白质的计算：
尽管蛋白质的种类很多，构成蛋白质的元素各异，但氮的含量比较恒定，约为16%，在实际工作中，通过测定食物中氮含量来求得食物中蛋白质的含量（凯氏定氮法）。
蛋白质含量=食物氮*100/16(6.25)
蛋白质的功能
1、人体组织的构成成分
蛋白质的降解知识讲解
蛋白质的降解 精品文档
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 第六章 蛋白质的降解及其生物学意义
• 第一节 蛋白质降解的概述
• 第二节 参与蛋白质降解的酶类
• 第三节 蛋白酶体-泛素系统及其功能
• 第四节 蛋白质降解的生物学意义
蛋白质降解是生命的重要过程
• 维持细胞的稳态。
• 清除因突变、热或氧化胁迫造成的错误折叠的蛋白质，防止形成细胞内凝集。
• 及时终止不同生命时期调节蛋白的生物活性。
• 蛋白质的过度降解也是有害的，蛋白质的降解必须受到空间和时间上
蛋白质降解的体系
• 蛋白质消化分解为被机体吸收的营养物质。
• 研究蛋白质结构时，用蛋白酶降解肽链。
• 蛋白质新生肽链生物合成以及新生肽链折叠的过程中，质量的控制都与“次品”的降解有关。
• 蛋白质在行使功能时，很多调节控制都与肽键的断裂有关，如前肽的切除、无活性的前体蛋白质的激活等。
第一节 蛋白质降解的概述
蛋白质的寿命
• 细胞内绝大多数蛋白质的降解是服从一级反应动力学。半衰期介于几十秒到百余天，大多数是70～80d。
• 哺乳动物细胞内各种蛋白质的平均周转率为1 ～ 2d。代谢过程中的关键酶以及处于分支点的酶寿命仅几分钟，有利于体内稳态在情况改变后快速建立。
– 大鼠肝脏的鸟氨酸脱羧酶半衰期仅11min，是大鼠肝脏中降解最快的蛋白质。
– 肌肉肌动蛋白和肌球蛋白的寿命约l～2w。
– 血红蛋白的寿命超过一个月。
• 蛋白质的半衰期并不恒定，与细胞的生理状态密切相关。
蛋白质寿命的N端规则
• N端规则：细胞质中蛋白质的寿命与肽链的N端氨基酸残基的性质有一定的关系。
• N端的氨基酸残基为D、R、L、K和F的蛋白质，其半衰期只有2~3min。
• N端的氨基酸残基为A、G、M和V的蛋白质，它们在原核细胞中的半衰期可超过10h，而在真核细胞中甚至可超过20h。
酿酒酵母蛋白质代谢特点
• 酿酒酵母中不稳定蛋白的N端氨基酸残基有12个： Asn（B）、Asp（D）、Glu（E）、Phe（F）、His（H）、Ile（I）、Leu（L）、Lys（K）、Arg（R）、Trp（W）、Tyr（Y）和Gln（Z）。
蛋白质降解途径
蛋白质降解是指蛋白质在生物体内被分解为小分子物质的过程。主要的蛋白质降解途径有两种：
1. 细胞内降解：在细胞内进行的蛋白质降解主要是通过溶蛋白酶和蛋白酶去氧核酸酶来完成的。溶蛋白酶和蛋白酶去氧核酸酶是细胞内负责降解蛋白质的酶。
2. 细胞外降解：在细胞外进行的蛋白质降解主要是由免疫系统中的酶完成的。其中包括组蛋白酶，溶酶体酶等。这些酶在降解病毒、细菌、细胞和其他外来物质时发挥重要作用。
此外，蛋白质降解还可以通过两种不同的降解途径，即蛋白酶降解和水解酶降解。蛋白酶降解是通过酶将蛋白质分解成小分子物质，而水解酶降解是通过水将蛋白质分解成小分子物质。
总之，蛋白质降解是一个复杂的过程，涉及到多种酶和酶系统的参与，这些酶和酶系统在细胞内和细胞外均有发挥作用。
实验三 蛋白质及氨基酸的呈色反应
实验三 蛋白质及氨基酸的呈色反应
一、实验目的
1、了解蛋白质和某些氨基酸的特殊颜色反应及其原理
2、掌握几种常用鉴定蛋白质和氨基酸的方法
二、实验内容
对蛋白质及氨基酸的双缩脲反应、茚三酮反应、黄色反应、乙醛酸反应、偶氮反应、醋酸铅反应等颜色及沉淀反应进行定性确定。
三、实验操作
（一） 双缩脲反应
1、实验原理
当尿素加热到180℃左右时，两个分子的尿素缩合可放出一个分子氨后形成双缩脲，双
缩脲在碱性溶液中与铜离子结合生成复杂的红色配合物，此呈色反应称为双缩脲反应。由于蛋白质分子中含有多个肽键，其结构与双缩脲相似，故能呈此反应，而形成紫红色或蓝紫色的配合物。此反应常用作蛋白质的定性或定量的测定。
2、试剂
(1)尿素
(2)10%NaOH溶液
(3)1%CuSO4溶液
(4)蛋白质溶液：将鸡蛋清用蒸馏水稀释10~20倍，3层纱布过滤，滤液冷藏备用。
3、操作
（1）取少许结晶尿素放在干燥试管，微火加热，则尿素开始熔化，并形成双缩脲，释放的氨可用湿润的红色石蕊试纸鉴定。待熔融的尿素开始硬化，试管内有白色固体出现，停止加热，让试管缓慢冷却。然后加10% NaOH溶液 1 ml和1% CuSO4 2~3滴，混匀后观察颜色的变化。
（2）另取一试管，加蛋白质溶液 1ml、10% NaOH溶液2ml及1% CuSO4 2~3滴，振荡后将出现的紫红色与双缩脲反应所产生的颜色相对比。
（二） 茚三酮反应
1、实验原理
除脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮作用生成黄色物质外，所有α-氨基酸与茚三酮发生反应
生成紫红色物质，最终形成蓝紫色化合物。1︰1500000浓度的氨基酸水溶液即能发生反应而显色。反应的适宜pH为5~7。此反应目前广泛地应用于氨基酸定量测定。
2、试剂
蛋白质溶液 （同前）；0.5% 甘氨酸；0.5%茚三酮水溶液
3、操作
取2支试管分别加入蛋白质溶液和甘氨酸溶液各1 ml，再各加0.5 ml 0.1%茚三酮水溶
实验六蛋白质的水解和氨基酸的纸层析法分离
实验六 蛋白质的水解和氨基酸的纸层析法分离
一、目的
1．学习水解蛋白质的方式。
2．把握纸层析的大体技术。
3．学习用纸层析分离、鉴定氨基酸的方式。
二、原理
1．蛋白质的水解
蛋白质能够用酸、碱或酶如胃蛋白酶，胰蛋白酶，糜蛋白酶水解成最终产物氨基酸。实验室中常利用酸解法水解蛋白质。当在6 mo叭。盐酸溶液中将蛋白质在110t加热大约20
h，肽键断裂，现在蛋白质完全分解为氨基酸。
酸法水解蛋白质的优势是在水解进程中不发生外消旋作用，所取得的氨基酸均为L一氨基酸。大多数氨基酸在煮沸酸中是稳固的，但色氨酸那么完全被破坏。丝氨酸和苏氨酸在酸解进程中或多或少地也有破坏。色氨酸的水解产物已知是一种棕黑色的物质——腐黑质，因此，用酸法水解蛋白质取得的水解液为棕黑色的。
2．纸层析法分离氨基酸
纸层析是以滤纸作为支持物的分派层析法。它利用不同物质在同一推动剂中具有不同的分派系数，经层析而达到分离的目的。在必然条件下，一种物质在某溶剂系统中的分派系数是一个常数，假设以K表示分派系数
层析溶剂（又称推动剂），是选用有机溶剂和水组成的。滤纸纤维素与水有较强的亲和力（纤维素分子的葡萄糖基上的-OH基与水通过氢键相作用）能吸附很多水分，一样达滤纸重的22％左右（其中约有6％的水与纤维素结合成复合物），由于这部份水扩散作用降低形成固定相；而推动剂中的有机溶剂与滤纸的亲和力很弱，可在滤纸的毛细管中自由流动，形成流动相。层析时，点有样品的滤纸一端浸入推动剂中，有机溶剂持续不断地通过点有样品的原点处，使其上的溶质依据本身的分派系数在两相间进行分派。随着有机溶剂不断向前移动，溶质被携带到新的无溶质区并继续在两相间发生可逆的从头分派，同时溶质离开原点不断向前移动，溶质中各组分的分派系数不同，前进中显现了移动速度不同，通过一按时刻的层析，不同组分便实现了分离。物质的移动速度以Rf值表示：
各类化合物在恒定条件下，层析后都有其必然的Rf值，借此能够达到定性、辨别的目的。
高一(1)班生物必修一第六章知识点总结
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高一(1)班生物必修一第六章知识点总结
高一（1）班
第六章细胞的生命历程知识点总结
一、细胞增殖
1、限制细胞长大的原因包括细胞表面积与体积的关系和细胞的核质比。2、细胞增殖的意义：细胞增殖是重要的细胞生命活动，是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。
3、真核细胞分裂的方式包括有丝分裂、无丝分裂、减数分裂。
4、细胞周期的概念：指连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止。细胞周期分分裂间期和分裂期两个阶段。分裂间期所占时间长（大约占细胞周期的90%95%）。分裂期可以分为前期、中期、后期、末期。
二、植物细胞有丝分裂各期的主要特点以及无丝分裂
1.分裂间期特点是完成DNA的复制和有关蛋白质的合成；结果是每个染色体都形成两个姐妹染色单体，呈染色质形态。（复制合成数不变）
2.前期特点：（膜仁消失现两体）①出现染色体、出现纺锤体②核膜、核仁消失。前期染色体特点：①染色体散乱地分布在细胞中心附近。②每个染色体都有两条姐妹染色单体
3.中期特点：（形数清晰赤道齐）①所有染色体的着丝点都排列在赤道板上②染色体的形态和数目最清晰。染色体特点：染色体的形态比较固定，数目比较清晰。故中期是进行染色体观察及计数的最佳时机。
4.后期特点：（点裂数增均两极）①着丝点一分为二，姐妹染色单 2 体分开，成为两条子染色体。并分别向两极移动。②纺锤丝牵引着子染色体分别向细胞的两极移动。这时细胞核内的全部染色体就平均分配到了细胞两极。染色体特点：染色单体消失，染色体数目加倍。
5.末期特点：（两消两现细胞板）①染色体变成染色质，纺锤体消失。②核膜、核仁重现。③在赤道板位置出现细胞板，并扩展成分隔两个子细胞的细胞壁，与高尔基体的活动有关。
6、动植物细胞有丝分裂的区别：第一、动物细胞有中心体，中心体发出星射线，形成纺锤体；第二、没有细胞板的形成，而是细胞膜直接内陷，最后把细胞缢裂成两个细胞。
生物化学实验一蛋白质和氨基酸的呈色反应
可复制、编制，期待你的好评与关注！ 实验一 蛋白质和氨基酸的呈色反应
一、目的要求
验证蛋白质特性；学习和掌握蛋白质呈色反应的原理和方法；学习几种常用的鉴定蛋白质和氨基酸的方法。
二、实验原理
蛋白质中的某些化学键或氨基酸残基中的某些化学基团可以与某些特殊试剂形成特定的有色物质。这些反应称为蛋白质的呈色反应。
各种蛋白质的氨基酸残基不完全相同。因此，呈色反应产物的颜色也不完全一样。呈色反应不是蛋白质所特有，一些非蛋白物质也能呈现类似的呈色反应。因此，不能仅以呈色反应结果来判别被测物质是否为蛋白质。
三、呈色反应
双缩脲反应
1.原理
两分子尿素经加热至180°C后可以缩合成一分子双缩脲，并放出一分子氨。双缩脲在碱性溶液中与铜离子结合生成紫红色络合物，此反应称为双缩脲反应。
多肽及所有蛋白质均具有肽键，与双缩脲分子中亚酰胺键结构相同，也能发生此反应，因此，蛋白质在碱性溶液中与铜离子也能呈现出类似于双缩脲的颜色反应。
2.器材与试剂
1)器材
试管、药匙、电炉、试管夹、滴管。
2)试剂
〈1〉蛋白质溶液(10%卵清蛋白溶液)：吸取鸡蛋清溶液10ml，加蒸馏水稀释，定容至100ml。
〈2〉10%氢氧化钠溶液。
〈3〉1%硫酸铜(CuSO4)溶液。
〈4〉0.1%甘氨酸(Gly)溶液：称0.1g甘氨酸溶于蒸馏水中，稀释至100ml。
〈5〉结晶尿素。
3.实验步骤
双缩脲反应实验
1234尿素＋加热后的尿素＋蛋白质溶液/滴30.1%Gly/滴310%NaOH/滴55551%CuSO4/滴1111显色现象试管试剂/滴
可复制、编制，期待你的好评与关注！ (1)制备双缩脲：取结晶尿素少许(约火柴头大小)，放入干燥的小试管中。微火加热至尿素熔解至硬化，刚硬化时立即停止加热，尿素放出氨，此时双缩脲即已形成。冷却后作为双缩脲样品(1号管)。
(2)另取3支试管，与1号管一起按表加样，混匀，观察各管颜色变化，记录结果并解释现象。