蛋白质理化性质教学ppt课件

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1、第四章蛋白质的理化性质杨学习一、热力学和动力学基础热力学研究热现象中物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系，以及状态发生变化时系统与外界相互作用的学科。动力学基础研究作用于物体的力与物体运动的关系世界处于永恒的运动变化之中：地壳：沧海桑田人生：生老病死植物：花开花落气象：风雨雷电万事万物变化的规律是什么？一切自然界的过程是有方向性的。如：热的传递：总是从高温物体自动传向低温物体，直至平衡（即温度均一）。气体的流动：从高压处自动流向低压处，直至各处压强相等。电流：总是从高电势自发的流向低电势处

2、，直至各处的电势相等，等等。热力学第一定律即能量守恒定律宇宙的能量是一个常数，能量可以不断被转化和转移，但不可能被创造，也不可能被消灭1.热力学第一定律热力学第二定律人们曾试图用热力学第一定律所建立的状态函数判断：在一定的条件下，一化学变化或物理变化能否自发的进行？进行到何种程度？热力学第二定律人们曾试图用热力学第一定律所建立的状态函数判断：在一定的条件下，一化学变化或物理变化能否自发的进行？进行到何种程度？其中比较著名的是汤姆逊—塞罗规则：在没有外来能量的干预下，一切化学变化都是朝着放出能量最

3、多的方向进行。即，凡放热反应能自动进行，而吸热反应均不能自动进行。然而，更多的研究发现：有不少吸热反应也能自动进行。C（s）+H2O（g）==CO（g）+H2（g）是一个吸热反应，但仍能自动的进行。热力学第一定律只能告诉人们一化学反应中的能量效应，却无法解释，一定条件下，一个化学反应能否自动进行及进行到何种程度。也即无法解决化学变化的方向和限度问题。2.热力学第二定律的经典表述1.克劳修斯：不可能将热从低温物体转到高温物体，而不引起其它的变化。2．开尔文：不可能从单一的热源取出热使之完全转化为功

4、，而不发生其它的变化。热力学将不能做功的随机和无序状态的能定义为熵，以S表示宇宙或系统的各种过程总向着熵增大的方向进行2.1热力学第二定律之熵判据在孤立体系或绝热体系中系统一切可以发生的过程要么是熵变为0（可逆，平衡态），要么熵变大于0（不可逆）。熵不可能减小，即熵总是增大的。热力学将系统中总的热量称为焓，以H表示在恒定温度和压力条件下总能量中可以做功的那一部分能量为自由能，以G表示DG=DH-TDS(T为绝对温度)因此，当熵增加时，系统的自由能便会下降2.2热力学第二定律之自由能判据在一个反应

5、中，如果产物比反应物含有更少的自由能，这个反应便趋向于自发地进行物理和化学过程达到平衡时，即达到系统的自由能最小而熵最大二、蛋白质折叠的热力学定律熵判据和蛋白质折叠自由能判据和蛋白质折叠蛋白质折叠的热力学假说1.熵判据和蛋白质折叠未折叠的状态包含很多具有不同构象的分子。疏水作用是熵驱动的自发过程当疏水化合物或基团进入水中，它周围的水分子将排列成刚性的有序结构，即形成所谓笼形结构，最常见的就是五角形十二面体笼形结构，这种结构比冰更为有序。但当疏水作用发生时，笼型结构被破坏，这部分水分子被排入自由水

6、中，使得体系的混乱度增加，即熵值增加。同时，疏水基团的聚集是有序化的过程，熵值减少，但其变化值不大，一般对蛋白质折叠不起主要作用。疏水作用是多肽链折叠的主要驱动力，疏水作用的主要动力来自于蛋白质溶液体系的熵值的增加。疏水作用是熵驱动的自发过程2.吉布斯自由能判据和蛋白质折叠ΔG=ΔH-TΔS吉布斯自由能变化应同时考虑多肽链和溶剂两者对体系焓值变化和熵值变化的贡献ΔG总=ΔH链+ΔH溶剂-TΔS链-TΔS溶剂折叠态蛋白质与伸展态相比,是一种高度有序化的结构,因此ΔS链是负数,则-TΔS链为正值。Δ

7、H链对疏水侧链为正值,从而有利于伸展态。ΔH溶剂对疏水侧链是负值,有利于折叠态。这是因为蛋白质处于折叠态时,许多水分子之间的相互作用将代替水分子和疏水侧链的相互作用。ΔH链与ΔH溶剂值都不大,一般对折叠不起主要作用。蛋白质折叠过程中会打破水的有序化,则ΔS溶剂为较大的正值,因而有利于折叠态。对于典型的蛋白质来说,对折叠结构的稳定性做出单项最大贡献的是疏水残基引起的ΔS溶剂。在不同类型的蛋白质中,总熵变化和总焓变化所做的贡献是不同的,但结果一样,蛋白质折叠结构是生理条件下自由能最低的构象。因此,从

8、吉布斯自由能的变化值来考虑,多肽链的折叠是热力学中的自发过程3.“热力学假说”天然蛋白质多肽采取的构象是在一定环境条件下热力学上最稳定的构象，采取天然构象的多肽链和它所处的一定环境条件（如溶液组分、pH、温度、离子强度等）整个系统的自由能最低，所以处于变性状态的多肽链在一定的环境条件下能够自发折叠成天然构象。热力学只能解决某一变化的趋势问题即变化的可能性问题而不能解决变化的现实性问题三、蛋白质折叠的动力学TheLevinthalParadox中间体动力学假说1.TheLevinthalParad