高级生化-蛋白质综述
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1. 蛋白质一级结构、二级结构、超二级结构、结构域、三级结构、四级结构,肽平面、Rossman折叠、Bohr效应的概念、分叉进化。
(1)一级结构:指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。
(2)二级结构:指多肽链主链上原子的局部空间排列状态。
(3)超二级结构:在蛋白质结构中有一些二级结构的组合物,充当三级结构的构件。
(4)结构域:蛋白质三维结构中存在着易于鉴别的具有重要的功能球状亚结构,1973年温特劳弗尔(Wetlaufer)将蛋白质中的这种亚结构称为结构域。
(5)三级结构:指二级结构和非二级结构在空间进一步盘曲折叠,形成包括主、侧链原子在内的专一性三维排布。
(6)四级结构:四级结构就是指蛋白质分子中亚基在空间排列状态、亚基间的相互作用以及接触部位的布局。
(7)肽平面:肽键具有部分双键的性质(约40%),不能自由旋转,所以肽键是一个刚性平面,称为肽平面(酰胺平面)。
(8)Rossman折叠:蛋白质中常常还有两组βαβ组合成的一种更为复杂的超二级结构,这种结构称为Rossman折叠,它包括两个相邻的βαβ单元,即βαβαβ,有时还有ββααββ结构,这是βXβ单元的特殊形式。
(7)Bohr效应:H+ 浓度或pH的变化可以影响血红蛋白对氧的亲合力。
在肺组织中,CO2分压低、H+ 浓度低、pH较高的情况下,血红蛋白与氧的亲合力增加,所以易与氧结合成氧合血红蛋白。
但在周围组织中,CO2分压高、H+ 浓度高、pH较低的情况下,血红蛋白与氧的亲合力降低,所以氧合血红蛋白易释放出氧成为脱氧血红蛋白。
这就是Bohr效应。
(8)分叉进化:这种从一个共同祖先蛋白质发展出另一种新蛋白质的现象称为分叉进化。
2试举两例说明蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质的氨基酸顺序与生物功能具的密切的关系,特别是蛋白质与其它生物大分子物质之间的相互作用及其作用方式都是由氨基酸顺序决定的。
牛的催产素和抗利尿素的结构相似,都是环八肽,但有两个氨基酸不同。
生物化学课程论文…………………………………………………………………………………………………题目: 蛋白质翻译后修饰综述学院:生命科学技术学院(生化与分子)成员:祝乐清(1433121003)任课老师:李弘剑二О一五年一月七日蛋白质翻译后修饰摘要:后基因组时代的到来意味着生命科学研究重心转向功能基因组学及功能蛋白质组学等新领域(蛋白质翻译后修饰是蛋白质组学的重要组成部分(蛋白质经翻译后修饰改变自身的空间构象、活性、稳定性及其与其他分子相互作用等方面的性能,从而参与调节机体多样化的生命活动。
多数蛋白质存在翻译后修饰,目前已知的蛋白质共价修饰方式多达200余种,主要包括磷酸化、亚硝基化、硝基化、泛素化和小泛素相关修饰物化(SUMO)等。
我们就蛋白质翻译后修饰类型和生物学功能做以下综述。
关键词:蛋白质翻译后修饰;磷酸化;糖基化;硝基化;亚硝基化;泛素化;SUMO 1磷酸化磷酸化是蛋白质翻译后修饰中最广泛的共价修饰方式,三磷酸腺苷/三磷酸鸟苷的γ位磷酸基团经磷酸化激酶催化转移到蛋白质特定位点上,而其反向过程去磷酸化由蛋白磷酸酶催化去除相应磷酸基团。
发生磷酸化的蛋白质按磷酸化残基不同分为4类:O-磷酸盐蛋白质”由羟氨基酸如丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基磷酸化形成:N-磷酸盐蛋白质:由天冬氨酸或谷氨酸残基磷酸化形成:酰基磷酸盐蛋白质:由精氨酸、赖氨酸或组氨酸残基磷酸化形成:S-磷酸盐蛋白质:由半胱氨酸残基磷酸化形成。
其中,丝氨酸/苏氨酸磷酸化主要是通过改变蛋白质空间结构影响酶活性。
酪氨酸磷酸化除上述作用外,更重要的是为与其他蛋白质形成多蛋白复合体提供基团,而形成的多蛋白复合体可进一步促进蛋白质磷酸化。
在多细胞生物有丝分裂中,相比非磷酸化的组蛋白H380位点苏氨酸,组蛋白H2A和H4优先与其磷酸化形式反应,增加与邻近核小体结合。
从而促进染色质的紧密贴合。
表皮生长因子受体654位的苏氨酸经蛋白激酶C催化发生磷酸化,可抑制溶酶体对其自身的降解,此外,654位苏氨酸磷酸化可以保护表皮生长因子与表皮生长因子受体的结合.共济失调毛细血管扩张症突变基因磷酸化的小鼠CGG三聚体重复结合蛋白1的164位苏氨酸是端粒的保护信号,未被磷酸化的CGG三聚体重复结合蛋白1的164位苏氨酸的过表达引起端粒缩短和融合。
实验二Western blotting检测大肠杆菌重组蛋白一、背景印迹法(blotting)是指将样品转移到固相载体上,而后利用相应的探测反应来检测样品的一种方法。
1975年,Southern建立了将DNA转移到硝酸纤维素膜(NC膜)上,并利用DNA-RNA杂交检测特定的DNA片段的方法,称为Southern blotting。
之后,James Alwine、David Kemp和George Stark三位教授又发明了RNA杂交检测技术,因与Southern blotting相似,故命名为Northern blotting。
George Stark这位教授在两年后又开发出类似的蛋白质检测方法。
1981年,在Neal Burnette所著的Analytical Biochemistry中,首次将单向电泳后的蛋白质分子的印迹分析称为Western blotting。
此后开发的Eastern blotting是Western blotting的变形,对双向电泳后蛋白质分子的印迹分析称为Eastern blotting。
30多年来,Western blotting技术已成为蛋白质研究中最常用的工具,用于鉴定目的蛋白是否存在(定性),目的蛋白质的表达量和不同样品之间的表达差异性(定量)。
pET系统是在大肠杆菌(Escherichia coli)中克隆表达目的基因、产生重组蛋白的经典表达系统。
目的基因被克隆到pET质粒载体上,受噬菌体T7强转录及翻译信号控制;表达由宿主细胞提供的T7 RNA 聚合酶诱导。
T7 RNA 聚合酶被充分诱导时,几乎所有的细胞资源都用于表达目的蛋白;诱导表达后仅几个小时,目的蛋白通常可以占到细胞总蛋白的50%以上。
目的蛋白可用于进一步的SDS-PAGE分析、Western blotting检测或亲和层析分离纯化。
二、实验目的利用Western Blotting技术,定性检测苦荞二氢黄酮醇4-还原酶基因(FtDFR)在E.coli BL(DE3)中的诱导表达。
〔Ⅱ〕实验部分实验一蛋白质含量测定法本实验的目的是学会各种蛋白质含量的测定方法。
了解各种测定方法的基本原理和优缺点。
蛋白质含量测定法,是生物化学研究中最常用、最基本的分析方法之一。
目前常用的有四种古老的经典方法,即定氮法,双缩尿法(Biuret法)、Folin-酚试剂法(Lowry 法)和紫外吸收法。
另外还有一种近十年才普遍使用起来的新的测定法,即考马斯亮蓝法(Bradford法)。
其中Bradford法和Lowry法灵敏度最高,比紫外吸收法灵敏10~20倍,比Biuret法灵敏100倍以上。
定氮法虽然比较复杂,但较准确,往往以定氮法测定的蛋白质作为其他方法的标准蛋白质。
值得注意的是,这后四种方法并不能在任何条件下适用于任何形式的蛋白质,因为一种蛋白质溶液用这四种方法测定,有可能得出四种不同的结果。
每种测定法都不是完美无缺的,都有其优缺点。
在选择方法时应考虑:①实验对测定所要求的灵敏度和精确度;②蛋白质的性质;③溶液中存在的干扰物质;④测定所要花费的时间。
考马斯亮蓝法(Bradford法),由于其突出的优点,正得到越来越广泛的应用。
显色后会色浅,则必须提高碳酸钠—氢氧化钠溶液的浓度1~2倍。
进行测定时,加F olin—酚试剂时要特别小心,因为该试剂仅在酸性pH条件下稳定,但上述还原反应只在pH=10的情况下发生,故当Folin一酚试剂加到碱性的铜—蛋白质溶液中时,必须立即混匀,以便在磷钼酸—磷钨酸试剂被破坏之前,还原反应即能发生。
五、考马斯亮兰法(Bradford法)(一)实验原理双缩脲法(Biuret法)和Folin—酚试剂法(Lowry法)的明显缺点和许多限制,促使科学家们去寻找更好的蛋白质溶液测定的方法。
1976年由Bradford建立的考马斯亮兰法(Bradford法),是根据蛋白质与染料相结合的原理设计的。
这种蛋白质测定法具有超过其他几种方法的突出优点,因而正在得到广泛的应用。
这一方法是目前灵敏度最高的蛋白质测定法。
第四章蛋白质化学蛋白质是生命的物质基础,存在于所有的细胞及细胞的所有部位。
所有的生命活动都离不开蛋白质。
第一节蛋白质的分子组成蛋白质结构复杂,它的结构单位——氨基酸很简单。
所有的蛋白质都是由20种氨基酸合成的,区别只是蛋白质分子中每一种氨基酸的含量及其连接关系各不相同。
一、一、氨基酸的结构氨基酸是由C、H、O、N等主要元素组成的含氨基的有机酸。
用于合成蛋白质的20种氨基酸称为标准氨基酸。
标准氨基酸都是α-氨基酸,它们有一个氨基和一个羧基结合在α-碳原子上,区别在于其R基团的结构、大小、电荷以及对氨基酸水溶性的影响。
在标准氨基酸中,除了甘氨酸之外,其他氨基酸的α-碳原子都结合了4个不同的原子或基团:羧基、氨基、R基团和一个氢原子(甘氨酸的R基团是一个氢原子)。
所以α-碳原子是手性碳原子,氨基酸是手性分子。
天然蛋白质中的氨基酸为L-构型,甘氨酸不含手性碳原子,但我们习惯上还是称它L-氨基酸。
苏氨酸、异亮氨酸各含两个手性碳原子。
其余标准氨基酸只含一个手性碳原子。
二、氨基酸的分类根据R基团的结构可以分为脂肪族、芳香族、杂环氨基酸;根据R基团的酸碱性可以分为酸性、碱性、中性氨基酸;根据人体内能否自己合成可以分为必需、非必需氨基酸;根据分解产物的进一步转化可以分为生糖、生酮、生糖兼生酮氨基酸;根据是否用于合成蛋白质(或有无遗传密码)可以分为标准(或编码)、非标准(或非编码)氨基酸。
(一)含非极性疏水R基团的氨基酸这类氨基酸的侧链是非极性疏水的。
其中包括丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甘氨酸、甲硫氨酸(蛋氨酸)、脯氨酸。
(二)含极性不带电荷R基团的氨基酸这类氨基酸包括丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸,其侧链具亲水性,可与水形成氢键(半胱氨酸除外),所以与非极性氨基酸相比,较易溶于水。
(三)碱性氨基酸pH7.0时侧链带正电荷的氨基酸包括赖氨酸、精氨酸、组氨酸——含咪唑基。
(四)酸性氨基酸包括天冬氨酸、谷氨酸四、氨基酸的理化性质(一)两性电离与等电点所有的氨基酸都含有氨基,可以结合质子而带正电荷;又含有羧基,可以给出质子而带负电荷,氨基酸的这种电离特性称为两性电离。
实验一蛋白质分子量的测定—凝胶层析法一、原理凝胶层析法也称分子筛层析法,是利用具有一定孔径大小的多孔凝胶作固定相的层析技术。
当混合物随流动相经过凝胶层析柱时,其中各组分按其分子大小不同而被分离的技术。
该法设备简单、操作方便、重复性好、样品回收率高。
凝胶是一种不带电的具有三维空间的多孔网状结构、呈珠状颗粒的物质,每个颗粒的细微结构及筛孔的直径均匀一致,像筛子,小的分子可以进入凝胶网孔,而大的分子则排阻于颗粒之外。
当含有分子大小不一的蛋白质混合物样品加到用此类凝胶颗粒装填而成的层析柱上时,这些物质即随洗脱液的流动而发生移动。
大分子物质沿凝胶颗粒间隙随洗脱液移动,流程短,移动速率快,先被洗出层析柱;而小分子物质可通过凝胶网孔进入颗粒内部,然后再扩散出来,故流程长,移动速度慢,最后被洗出层析柱,从而使样品中不同大小的分子彼此获得分离。
若分子大小介于上述完全排阻或完全渗入凝胶的物质,则居二者之间从柱中流出。
总之,各种不同相对分子质量的蛋白质分子,最终由于它们被排阻和扩散的程度不同,在凝胶柱中所经过的路程和时间也不同,从而彼此可以分离开来。
将凝胶装在柱后,柱床体积称为“总体积”,以Vt表示。
实质上Vt是由Vo,Vi与Vg三部分组成,Vo称为“孔隙体积”或“外水体积”,即存在于柱床内凝胶颗粒外面空隙之间的水相体积,相应于一般层析法中柱内流动相的体积;Vi为内体积,即凝胶颗粒内部所含水相的体积。
Vg为凝胶本身的体积。
洗脱体积(Ve)与Vo与Vi之间的关系可用下式表示:Ve=Vo+KdVi。
式中Ve为洗脱体积,自加入样品时算起,到组分最大浓度(峰)出现时所流出的体积;Kd为样品组分在二相间的分配系数,也可以说Kd是分子量不同的溶质在凝胶内部与外部的分配系数。
它只与被分离的物质分子的大小和凝胶颗粒孔隙的大小分布有关,而与柱的长度粗细无关,也就是说它对每一物质为常数,与柱的物理条件无关。
Kd可通过实验求得,上式可以改写为:Kd=(Ve-Vo)/Vi。
简单蛋白质:完全由氨基酸构成的蛋白质结合蛋白质:由AAs和其他非蛋白质化合物所组成球状蛋白质:多肽链能够折叠,使分子外形成为球状的蛋白质。
纤维状蛋白质:能够聚集为纤维状或细丝状的蛋白质。
主要起结构蛋白的作用,其多肽链沿一个方向伸展或卷曲,其结构主要通过多肽链之间的氢键维持。
单体蛋白质:仅含有AAs寡聚蛋白质:由两个以上、十个以下亚基或单体通过非共价连接缔合而成的蛋白质。
等电点:蛋白质或两性电解质(如氨基酸)所带净电荷为零时溶液的pH,此时蛋白质或两性电解质在电场中的迁移率为零。
符号为pI。
氨基酸残基:在多肽链中的氨基酸,由于其部分基团参与了肽键的形成,剩余的结构部分则称氨基酸残基。
它是一个分子的一部分,而不是一个分子。
氨基酸的氨基上缺了一个氢,羧基上缺了一个羟基。
简单的说,氨基酸残基就是指不完整的氨基酸。
一个完整的氨基酸包括一个羧基(—COOH),一个氨基(—NH2),一个H,一个R基。
缺少一个部分都算是氨基酸残基,并没有包括肽键的。
钛键:氨基和羧基脱去一分子水形成的化学键。
钛键平面:肽键所在的酰胺基成为的刚性平面。
由于肽键具有部分双键性质,使得肽基的六个原子共处一个平面,称为肽平面。
同源蛋白质:在不同有机体中实现同一功能的蛋白质。
(结构和功能类似的蛋白质。
)蛋白质一级结构:蛋白质多肽链的氨基酸通过肽键连接形成的线性序列。
蛋白质二级结构:指多肽链借助H键折叠盘绕成沿一维方向具有周期性结构的构象。
构象:分子的三维结构即分子中的所有原子在空间的位置总和。
构型:分子中的原子在空间的相对取向。
α-螺旋:它是蛋白质当中最为常见、最丰富的二级结构。
多肽主链沿中心轴盘绕成右手或左手螺旋;每个螺旋周期有3.6个氨基酸残基,螺距0.54nm,螺旋直径0.5nm;氨基酸残基侧链伸向外侧;同一肽链上的每个残基的酰胺氢原子和位于它后面的第4个残基上的羰基氧原子之间形成氢键,并且与螺旋轴保持大致上的平行。
此外,肽键上的酰胺氢和羰基氧既能形成内部氢键,也能与水分子形成外部氢键。
生物化学蛋白质结构与功能蛋白质是生物体中必不可少的一类有机分子,它们在生命活动中担当着关键的角色。
蛋白质的结构与功能密不可分,只有了解其结构,才能深入理解其功能。
本文将介绍蛋白质的结构层次和功能,并探讨二者之间的关系。
一、一级结构——氨基酸序列蛋白质的结构层次可以从氨基酸序列开始。
氨基酸是构成蛋白质的基本单位,通过肽键连接在一起。
不同的氨基酸组合而成的序列决定了蛋白质的结构和功能。
在蛋白质家族中,氨基酸序列可以有很大的变化,导致不同结构和功能的蛋白质的形成。
二、二级结构——α-螺旋和β-折叠在氨基酸序列中存在着两种常见的二级结构:α-螺旋和β-折叠。
α-螺旋是由氢键相互作用形成的螺旋形结构,具有稳定性和韧性。
β-折叠是由氢键相互作用形成的平行或反平行的链状结构,具有稳定性和刚性。
不同氨基酸序列所形成的二级结构会决定蛋白质在空间立体结构中的排列方式。
三、三级结构——立体构象蛋白质的三级结构是指氨基酸序列在空间中的立体构象。
它的形成受到氢键、离子键、范德华力等多种相互作用力的调控。
蛋白质的三级结构决定了其最终的立体构象,从而影响其功能的表现。
不同的蛋白质通过三级结构的差异来实现其特定的功能,如酶的催化作用、抗体的识别能力等。
四、四级结构——多肽链聚合体在某些情况下,多个蛋白质可以相互结合形成一个更大的功能单位,这种现象被称为四级结构。
例如,红血球中的血红蛋白就是由四个亚单位组成的。
四级结构的形成使得蛋白质的功能更加多样化和复杂化。
蛋白质的结构与功能之间存在着密切的关系。
蛋白质的特定结构决定了其特定的功能,而功能的表现也要依赖于蛋白质的特定结构。
举例来说,酶作为一类具有催化作用的蛋白质,其特定的结构使得它可以与底物结合,并通过催化反应来转化底物。
同样,抗体作为一种免疫分子,其特定的结构允许它与抗原结合,并发挥识别和中和作用。
总结起来,蛋白质的结构与功能密不可分。
深入了解蛋白质的结构层次,有助于我们更好地理解其功能的表现。
蛋白质的结构和功能动态功能:化学催化反应,免疫反应,血液凝固,物质代谢调节,基因表达控制和肌肉收缩。
结构功能:提供结缔组织和骨的基质,形成组织形态组成上的相似性:碳(50%~55%)氢(6%~7%)氧(19%~24%)氮(13%~19%)硫(0%~4%)此外还有少量磷或金属元素(铁,锌锰)由于各蛋白质中含氮量近似于16%,由此可通过测定含氮量来推算出蛋白质的含量一氨基酸1:组成人体的20种L-a氨基酸的分类由侧链的结构和理化性质分(要记其结构以及代码)①非极性脂肪族氨基酸:甘氨酸,丙氨酸,缬氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,脯氨酸②极性中性氨基酸:丝氨酸,半胱氨酸(两个半胱氨酸以二硫键结合形成胱氨酸),蛋氨酸,天冬酰胺,谷氨酰胺,苏氨酸,③芳香族氨基酸:苯丙氨酸,色氨酸,酪氨酸(有共轭双键的氨基酸最大吸收峰在280nm波长附近)④酸性氨基酸:天冬氨酸,谷氨酸⑤碱性氨基酸:赖氨酸,精氨酸,组氨酸2:氨基酸的理化性质㈠两性解离性等电点:在某一PH溶液中氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及成度相等成为兼性离子,此时溶液的PH为该氨基酸的等电点(计算:氨基与羧基解离常数负对数的平均值)㈡与茚三酮反应生成蓝紫色化合物二蛋白质1:氨基酸脱水缩合有10个氨基酸相连称寡肽,更多相连称多肽,大于50个称蛋白质氨基酸残基:肽链中氨基酸分子因脱水缩合而集团不全,被称为氨基酸残基体内重要的生物活性肽:谷胱甘肽GSH(在体内其还原剂作用,巯基有嗜核特性),多肽类激素和神经肽2:蛋白质的分子结构依次分为一级二级三级四级结构,后三者统称为高级结构或空间构象㈠蛋白质的一级结构定义:从N-端至C-端的氨基酸排列顺序(一级结构中主要化学键为肽键,此外还有所有的二硫键的位置也属于一级结构范畴)㈡多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构①定义:某段肽链的局部空间结构也就是该段肽链骨架原子(即氨基氮,a-碳原子和羰基碳3原子一次重复排列)的相对空间位置注意:参与肽链的六个原子位于同一平面②常见的二级结构a-螺旋:其肽链主链围绕中心轴作顺时针的螺旋式上升,即右手螺旋。
高级生化简答与叙述高级生物化学Joven1举例说明别构酶的调节(举例说明酶活性的调节)别构酶是寡聚酶,含两个或两个以上亚基,有多个底物结合部位(活性中心)和效应剂结合部位(调节中心)。
活性中心负责与底物结合与催化,调节中心负责调节酶的反应速度。
能调节酶活性的有别构激活剂和别构抑制剂。
正协同:E.coli天冬氨酸转氨甲酰酶(ATCae)的别构调节效应。
这种酶分子由6个催化亚基和6个调节亚基组成。
它的作用底物是天冬氨酸(Ap)和氨甲酰磷酸。
在饱和氨甲酰磷酸存在下,ATCae的活性受ASP浓度调控:v-[Ap]作图为S型。
当加入别构激活剂ATP时,曲线左移,随着Ap浓度的增大渐趋于双曲线。
并且控制酶活性底物的分子开关向浓度小的方向移动,而且范围变窄;加入别构抑制剂CTP时,曲线右移,S曲线明显,分子开关向浓度大的方向移动。
负协同:3-磷酸甘油醛脱氢酶(3-PDG)催化糖酵解中唯一的脱氢反应,是负协同别构酶的代表。
兔肌3-PDG由4个亚基组成,理论上全酶可结合4分子NAD+,但结合的亲和力不同,实际上通常只能结合2分子NAD+。
即酶分子上只有一半NAD+结合位点被NAD+占据。
这是一种极端的负协同效应,当第一和第二个NAD+与酶的两个亚基结合后,由于别构效应,是的另外两个亚基对NAD+的亲和力下降2~3个数量级,说明在一定的底物浓度范围内,酶活性不受底物浓度变化的影响,这是另一种意义上的调节。
2.蛋白质的翻译后修饰有哪些类型?举例论述两种蛋白质的共价修饰。
新生多肽链多数都需经过翻译后修饰才会转变为成熟的蛋白质。
许多蛋白质要分别经过甲基化、羟基化、糖基化、泛肽化、羧基化、磷酸化、乙酰化、脂酰化和异戊烯基化。
例如蛋白质的泛肽化、蛋白质的可逆磷酸化等。
蛋白质的泛肽化:蛋白酶体对蛋白质的降解通过泛素介导,所以又称为泛素降解途径。
泛素介导的过程被称为泛素化。
蛋白酶体对蛋白质的降解作用分为两个过程:一是对被降解的蛋白质进行标记,由泛素完成;二是蛋白酶解作用,由蛋白酶体催化。
第二章蛋白质蛋白质(Protein)是最基本的生命物质之一,是细胞中含量最丰富、功能最多的生物大分子。
它参与动物、植物、微生物的几乎所有生命结构和生命过程,它在细胞结构、生物催化、物质运输、运动、防御、调控以及记忆、识别等各个方面起着极其重要的作用。
恩格斯<<自然辨证法>>:生命是蛋白体存在的方式无论在什么地方,只要我们遇到生命,我们就会发现生命是和某种蛋白体相联系的;并且无论在什么地方,只要我们遇到不处于解体过程的蛋白体,我们也无例外地发现生命。
一、元素组成:蛋白质主要含有C、H、O、N,有的还含有S、P等,蛋白质元素组成与糖、脂不同的是含有N,而且大多数蛋白质含N量相当接近,约为15—17%,平均为16%,所以在任何生物样品中,每克N的存在大约表示该样品含有100/16=6.25g蛋白质(蛋白质指数),因此,只要测定生物样品中的含N量,就能计算出蛋白质的大致含量。
例如测定100克面粉中含有2gN,说明100克面粉里含有2×6.25=13.25g蛋白质,面粉的蛋白质含量=13.5%。
三聚氰胺(英文名:Melamine),是一种三嗪类含氮杂环有机化合物,重要的氮杂环有机化工原料。
简称三胺,俗称蜜胺、蛋白精,又叫2 ,4 ,6-三氨基-1,3,5-三嗪、1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺、2,4,6-三氨基脲、三聚氰酰胺、氰脲三酰胺。
它是白色单斜晶体,几乎无味,微溶于水。
不溶於丙酮、醚类、对身体有害,不可用於食品加工或食品添加物。
然而,近日青海、甘肃、吉林等省再现三聚氰胺超标奶粉,超标500余倍。
很可能是对尚未完全销毁的“三鹿问题奶粉”进行加工、销售。
二、蛋白质是高分子物质结构复杂,分子量大,一般都在一万道尔顿(D)以上,蛋白质可被酸、碱和蛋白酶催化水解,使蛋白质分子断裂,分子量逐步变小,最后水解成AA。
L -和L 或 D -α-氨基酸的混合物完全水解酸或碱催化水解几种蛋白酶催化水解部分水解得到多肽片段L-α-氨基酸的混合物蛋白质酸水解:在体外加5—10倍20%Hcl水解蛋白质24hr,即可使蛋白质水解成AA(举例:猪毛制备AA,胱aa、赖aa、精aa等)碱水解:毛发蛋白6molNaOH溶液中煮沸6hr 水解成AA酶水解在生物体内,蛋白质主要是在蛋白酶的催化下分解的,在水解过程中由于水解方法和条件不同,可以得到不同程度的降解物。
蛋白质是有机体中重要的生物大分子,可以在生物体内发挥多种功能。
蛋白质是由氨基酸组成的长链分子,通常由20种不同的氨基酸按照一定顺序组成。
蛋白质的结构和功能与氨基酸的种类和顺序密切相关。
蛋白质在生物体内发挥着多种功能,包括提供组织支持、参与代谢和能量生成、调节生理过程、承担转运和信号传导等功能。
蛋白质也是人体必需的营养素之一,人体需要摄入适量的蛋白质来保证正常的生理功能。
蛋白质在生物体内经历着不断的合成和降解过程,这种过程受到多种因素的影响,包括营养状态、生长发育阶段、疾病等。
蛋白质的合成和降解平衡是人体健康的重要保障。
一、实验目的1. 了解蛋白质的组成、结构及其生物功能;2. 掌握蛋白质的提取、纯化、鉴定和定量方法;3. 掌握蛋白质变性、复性等基本性质;4. 培养实验操作技能和科学思维。
二、实验原理1. 蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子,具有多种生物功能,如催化、运输、结构支撑等;2. 蛋白质的提取方法有:酸法、碱法、盐析法等;3. 蛋白质的纯化方法有:凝胶过滤、离子交换、亲和层析等;4. 蛋白质的鉴定方法有:紫外光谱法、电泳法、质谱法等;5. 蛋白质的定量方法有:Lowry法、BCA法、 Bradford法等;6. 蛋白质变性是指蛋白质的空间结构发生改变,导致其生物功能丧失;蛋白质复性是指蛋白质在适当条件下恢复其生物功能。
三、实验材料与仪器1. 实验材料:鸡蛋清、硫酸铵、硫酸钠、SDS、Tris-HCl缓冲液、考马斯亮蓝G-250、电泳槽、电泳仪、紫外分光光度计等;2. 试剂:盐酸、氢氧化钠、氯化钠、硫酸铵、SDS、Tris-HCl缓冲液、考马斯亮蓝G-250等;3. 仪器:高速离心机、分析天平、电泳槽、电泳仪、紫外分光光度计等。
四、实验方法与步骤1. 蛋白质提取:取鸡蛋清,加入适量盐酸或氢氧化钠,搅拌,然后加入硫酸铵,使蛋白质沉淀,离心,收集沉淀;2. 蛋白质纯化:将沉淀溶解于Tris-HCl缓冲液,加入SDS,进行SDS-PAGE电泳,分离蛋白质;3. 蛋白质鉴定:将电泳后的蛋白质条带用考马斯亮蓝G-250染色,观察颜色变化;4. 蛋白质定量:将电泳后的蛋白质条带用紫外分光光度计测定其吸光度,计算蛋白质浓度;5. 蛋白质变性:将蛋白质溶液加热至100℃,观察蛋白质的沉淀现象;6. 蛋白质复性:将变性的蛋白质溶液冷却至室温,观察蛋白质的溶解现象。
五、实验结果与分析1. 蛋白质提取:成功提取了鸡蛋清中的蛋白质,沉淀量较多;2. 蛋白质纯化:SDS-PAGE电泳结果显示,蛋白质在凝胶上分离良好,纯度较高;3. 蛋白质鉴定:考马斯亮蓝G-250染色结果显示,蛋白质条带呈现蓝色,表明蛋白质存在;4. 蛋白质定量:紫外分光光度计测定结果显示,蛋白质浓度为0.5mg/mL;5. 蛋白质变性:加热至100℃后,蛋白质发生沉淀,表明蛋白质变性;6. 蛋白质复性:冷却至室温后,蛋白质溶解,表明蛋白质复性。
摘要:蛋白质组学是后基因组时代的新兴学科,是当今生命科学领域新的增长点,本文就蛋白质组学中的分离和鉴定技术包括双向凝胶电泳、色谱和质谱等技术近几年的发展状况及最新研究进展进行综述。
关键词:蛋白质组学;双向凝胶电泳;色谱;质谱;生物信息学Abstract:Proteomics which is the new discipline in the time of the post-genomics develops rapidly in the life science.The present paper has documented the current situation and new development of the techniques of separation and identification in this area,including 2·dimensional gel- electro·phoresis,chromatography an d mass spectrometry.Key words:Proteomics;2-Dimensional gel electrophoresis;Chromatography;Mass spectrometry;Bioinformatics1、概念及相关内容随着人类基因组测序计划的完成,生命科学的重心开始转移到对基因的功能性产物即蛋白质的研究,并产生了一门新的学科———蛋白质组学(proteomics) 。
“蛋白质组(proteome) ”一词是1995 年由澳大利亚科学家Marc Wilkins 和Keith Wil2liams[ 1 ] 最早提出的,是由蛋白质(protein) 和基因组(genome) 派生而来。
被定义为“一个细胞或组织所表达的所有蛋白质产物或某一特定时期内所表达的所有蛋白质产物”。
蛋白质组研究与以往的蛋白质化学研究不同,它着重于全面性和整体性,研究的对象不是单一或少数的蛋白质,而是从细胞整体水平上对蛋白质的结构和功能进行研究,包括蛋白质在细胞内的表达水平、位置、功能和调节以及翻译后的修饰、剪接等加工信息。
蛋白质组研究使人们对生命系统与活动分子机制的认识由间接的基因、核酸层次深入到生命的直接执行者———蛋白质水平。
蛋白质组研究已成为后基因组时代的主要任务[ 2,3 ]。
2、蛋白质组研究的主要技术相对于基因组的研究,蛋白质组的研究相对滞后,主要原因是缺乏像基因组研究那样成熟的技术。
当前蛋白质组研究的主要技术可分为两大类,一类是蛋白质组的分离技术,包括双向电泳、双向高效柱层析等;另一类是蛋白质组的鉴定技术,包括质谱技术、生物信息技术等。
2.1 蛋白质组的分离技术2.11 双向凝胶电泳技术(2-DE)双向凝胶电泳技术是目前应用最为广泛的研究蛋白质组学的方法之一。
这项技术是O′far2rell 、Klose 和Scheele 等[4 ,5 ]于1975发明的。
双向凝胶电泳技术利用蛋白质的等电点和分子量差别将各种蛋白质区分开来。
虽然二维凝胶电泳难以辨别低丰度蛋白,对操作要求也较高,但其通量高、分辨率和重复性好以及可与质谱联用的特点,使其成为目前最流行、可靠的蛋白质组研究手段。
双向凝胶电泳技术及质谱基础的蛋白质组学研究程序为样品制备→等电聚焦→聚丙烯酰胺凝胶电泳→凝胶染色→挖取感兴趣的蛋白质点→胶内酶切→质谱分析确定肽指纹图谱或部分氨基酸序列→利用数据库确定蛋白。
蛋白质组研究要求有高分辨率的蛋白质分离及准确、灵敏的质谱鉴定技术。
凝胶电泳中蛋白质的着色不仅影响蛋白质分离的分辨率,同时也影响后续的质谱鉴定。
蛋白质的染色可分为有机试剂染色、银染、荧光染色及同位素显色四类。
Unlu 等提出了一种荧光差异显示双向电泳(F-2D-DIGE)的定量蛋白质组学分析方法。
差异凝胶电泳(DIGE)是对2-DE 在技术上的改进,结合了多重荧光分析的方法,在同一块胶上共同分离多个分别由不同荧光标记的样品,并第一次引入了内标的概念。
两种样品中的蛋白质采用不同的荧光标记后混合,进行2-DE,用来检测蛋白质在两种样品中表达情况,极大地提高了结果的准确性、可靠性和可重复性。
在DIGE技术中,每个蛋白点都有它自己的内标,并且软件可全自动根据每个蛋白点的内标对其表达量进行校准,保证所检测到的蛋白丰度变化是真实的。
DIGE 技术已经在各种样品中得到应用。
2.12 双向高效柱层析其基本原理是先进行一次分子筛柱层析,按蛋白质分子量大小进行第一次分离,从柱上流出的蛋白峰自动进入第二向层析进一步分离,第二向层析通常是利用蛋白质表面疏水性质进行的反相柱层析。
和双向电泳相比,双向高效柱层析的优点是可以适当放大,分离得到较多的蛋白质以供鉴定;可以和质谱技术联用实现蛋白质分析技术的自动化,同时流出的蛋白峰直接进入质谱进行鉴定,可减少印迹的步骤和因此引起的缺点。
2.13 色谱分离技术近年来,色谱技术的发展为蛋白质和多肽或亚基的分离分析提供了新的手段。
色谱技术是利用各种物质在固定相和流动相之间不同的分配系数,使其在相对运动着的两相间经反复多次分配,以不同速度移动,从而获得分离的方法。
按两相状态来分类,有气相色谱法(gas chrom- atography,GC)和液相色谱法(1iquid chromatography,LC)两种,而其中的LC是蛋白质组学非凝胶蛋白分离技术中最常用的方法。
单一的液相分离技术常不能满足复杂蛋白质复合物分离的需要,多维液相分离系统则在技术上弥补了单一的液相分离技术的不足。
多维液相分离系统是两种或两种以上具有不同分离原理特性的液相分离方法的优化和组合,它有效地提高了系统对样本的分辨率和峰容量。
此外,多维液相分离系统还具有快速、高通量、自动化、重复性好等优点[6]。
常见的多维液相分离系统有二维液相(two.Dimensio- nal liquid chromatography,2D—LC)、二维毛细管(two·dimensional capillary eleetrophoresis.2D—CE)、液相色谱一毛细管电泳(LC —CE)等。
色谱技术除了直接对蛋白分离分析外,常与质谱技术联用。
如Opiteck等[7]。
首次报道多维色谱整合质谱技术(MS)分析蛋白质混合物,Washurn等[8]在多维LC—MS/MS的基础上,提出MudPIT(multidimensional protein identification technology)方法,成功分离和鉴定了酵母中1484种蛋白质,这其中还包括一些低丰度的调控性蛋白激酶。
Nielsen等[9]应用LC—MS/MS技术成功分离鉴定了海马组织中的1 685种蛋白质。
毛细管电泳(CE)作为一种最新的色谱分离技术,将经典电泳技术与现代微柱分离有机结合,目前已广泛应用于蛋白质的高效分离分析。
与经典电泳相比,CE由于其侧面截面积大,散热快,能克服由于焦耳热引起的谱带展宽,且可承受高电压,因此分离效率提高,柱效可达几百万乃至几千万理论塔板数/m以上[10]。
CE在蛋白质组分析中用于蛋白质肽图的建立与蛋白质鉴定、物化常数分析、蛋白质动力学研究、样品定性定量检测与微量制备等方面。
CE在蛋白质组分析中用于蛋白质肽图的建立与蛋白质鉴定、物化常数分析、蛋白质动力学研究、样品定性定量检测与微量制备等方面。
CE有很多灵敏的检测技术,如紫外检测、荧光检测、化学发光检测等。
应用于蛋白质组研究中的CE技术主要包括毛细管区带电泳(capilary zone electro—phoresis,CZE)、毛细管等电聚焦电泳(capilary iso.eletriefocusing,CIEF)、毛细管凝胶电泳(capilarygel eleetrophoresis,CGE)和胶束电动毛细管层析(mieelar eleetrokinetie eleetrophor- esis ehromatogra·phy,MECC)等。
2.14 同位素包被亲和标记(ICAT)ICAT是用同位素标记帮助蛋白质组定量研究的技术,基本原理是将某一状态的蛋白混合物标记后作为内标准,与另一状态的蛋白混合物混合酶解,消化后的复杂多肽混合物通过亲和标签用生物素亲和层析柱将标记的多肽分离,最后分离的样品可以用LC-MC分析或用LC-MC/MC直接由蛋白序列信息来确定蛋白。
这一技术克服了2DGE的缺点,能全自动化,可以用于高通量蛋白质组"可以精确检测疏水的膜蛋白、PI和分子量偏大或偏小的蛋白,同时还能够测定其中蛋白质序列[11]使它的分析范围远大于2DEG。
有人用这一方法精确鉴定了体外和自然状态下分化的人HL60细胞微粒体片段中491个蛋白及其相对量,其中大部分是膜或膜相关蛋白。
ICAT在定量及差异表达检测上有巨大的优势,但也面临一些问题。
ICAT最大的挑战在于样品高度复杂,质谱分析获得数据的能力与这种复杂性相比显得不足。
但随着ICAT技术的不断进步与完善,它仍将是蛋白质组差异表达研究中的主要技术之一。
2.2蛋白质组鉴定技术2.21质谱技术其原理是对2DE所产生的上千个蛋白用传统的方法如Edman降解法等进行分析将是一个很艰巨的任务。
质谱技术的发展解决了这一难题。
它需要三个步骤,首先通过离子化装置将分子转化为气态离子,接着通过质谱分析器按照质荷比(m/z)的不同进行分离,最后转化到离子检测装置[ 12 ]。
目前,用来分析蛋白质和肽的样品离子化技术主要包括基质辅助激光解吸收离子化质谱(MALDI)和电子喷射离子化质谱(ESI)。
MALDI通常与飞行时间质谱(TOF)相结合。
TOF主要用来测量分析物飞过固定的路径所需的时间。
另一种鉴别蛋白质的方法是串联质谱(MS/MS)。
在这种情况下,经质谱分析的肽段进一步断裂并再次进行质谱分析,这样可得到肽序列的部分信息。
质谱技术能清楚地鉴定蛋白质并能准确地测量肽和蛋白质的分子量、氨基酸序列及翻译后的修饰。
目前MS/MS是唯一能够迅速测序N 末端封闭或共价修饰肽段的方法[1 ]。
质谱技术很灵活,能与多种蛋白分离、捕获技术联用,对普通的缓冲液成分相对耐受[15],能快速鉴定大量蛋白质点,而且很灵敏[14],在一些情况下,仅需10-15 fmol的蛋白[14,16,13], 这在只能得到极少量蛋白的情况下鉴别蛋白是很有用的。
在实际工作中可将几种技术结合应用,如串联质谱与Edeman微测序技术相结合[15],MALDI质谱与纳米电子喷射质谱相结合,这些技术相互互补,为分析2DE所分离的大量蛋白质提供了有效的手段。
2.22表面等离子共振技术(SPR)SPR是研究蛋白质相互作用的新技术,其原理是利用平面单色偏振光与金属膜内表面电子发生等离子共振时反射光强度最小时的入射角SPR角[17]。