导图社区 考研医学—蛋白质的结构和功能
这是一篇关于考研思维导图——蛋白质的结构和功能的思维导图,包含蛋白质的分子结构、蛋白质结构和功能的关系、蛋白质的理化性质V.S氨基酸理化性质等。
编辑于2023-12-11 15:08:35蛋白质的结构和功能 医学考研公众号 蛇杖守望者
元素组成
C、H、O、N(16%)、S...
100g样品中pr含量(g%)=每克样品含N克数/16%x6.25x100
蛋白质的基本组成结构:氨基酸(AA)
-NH2氨基,-COOH羧基(酸),-R侧链
人体内蛋白质由20种AA组成→第21种AA:硒代半胱AA(天然AA)→是在Pr合成时直接加入而不是合成后再修饰的
V.S.羟脯/赖AA(Pr生物合成后修饰形成):脯氨酸—羟化酶+VitC→羟脯AA→胶质蛋白
20种AA
通常是L-α-AA(但Gly除外:Lx、Rx)
不对称C原子(但Gly除外:对称)
不存在于人体Pr(不参与Pr合成)的AA
鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸代琥珀酸等
同型半胱氨酸(参与甲硫氨酸循环)
氨基酸的分类(20种AA)——按侧链R
非极性脂肪族氨基酸
“携一两副蛋饼干”
R基富含C、H(烃基)
缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸——肝性脑病(支链AA)
脯氨酸、甲硫氨酸(蛋氨酸)、丙氨酸、甘氨酸
极性中性氨基酸
R基有极性但不带电荷
谷氨酰胺(谷氨酸X)、苏氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺(天冬氨酸X)
芳香族氨基酸
“本色老乡”
R基中有苯环
苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸
酸性氨基酸
“酸谷天”
R基中有-COOH(含两个羧基)
谷氨酸、天冬氨酸
碱性氨基酸
“捡来精组”
R基中有碱性基团
赖氨酸——含两个氨基
精氨酸——胍基
组氨酸——咪唑基
总结
最简单的氨基酸:Gly(R基是H)
含2个-COOH的氨基酸:谷氨酸、天冬氨酸
脯氨酸:亚氨基酸(多位于Pr空间结构的转角处)
半胱氨酸
官能团——巯基(-SH)
-SH+-SH=-S-S-(二硫键)
氨基酸的三字符
甘氨酸Gly:干(甘)“管理员”工作
酪氨酸Tyr:“讨厌人”
(TKI)酪氨酸激酶抑制剂:伊马替尼等
丙氨酸Ala:阿拉伯
蛋氨酸Met:meet碰,鸡蛋碰石头
亮氨酸Leu:英文发音
异亮氨酸Ile:英文发音
精氨酸Arg:argue才能出精品
脯氨酸Pro:辅导老师教授professor
赖氨酸Lys:耍赖“留一手”
谷氨酸Glu、谷氨酰胺Gln
缬氨酸Val:V本身是“斜坡”
组氨酸His:histology组织学
色氨酸Trp:“他人品”很色
丝氨酸Ser:丝儿
苯丙氨酸Pheny:英文发音
苏氨酸Thr:through英文发音
半胱氨酸Cys:“超音速”
天冬氨酸Asp、天冬酰胺Asn:天安门n
氨基酸的理化性质
两性解离
定义
-NH2:α氨基(碱)+H+→-NH3+(阳离子)
-COOH:α羧基(酸)+OH-→-COO-(阴离子)
某一pH值(等电点pI)时,阳离子=阴离子→兼性离子/呈电中性
pH=pI→兼性离子/电中性
pH>pI→带负电荷(≈在溶液中加OH-)
pH<pI→带正电荷(≈在溶液中加H+)
pH与pI差距
pH离pI越远,所带电荷越多
pH离pI越近,所带电荷越少
含有共轭双键的氨基酸的紫外线吸收性质
共轭双键:-C=C-C=C-
芳香族氨基酸:色氨酸(最强)、酪氨酸、苯丙氨酸(最弱)
最大吸收峰在280nm波长附近——分析溶液中Pr含量
V.S.核酸:260nm
茚三酮反应
检测氨基-NH2
茚三酮(氧化型)+氨基酸—加热→茚三酮(还原型)+RCHO+NH3+CO2
2茚三酮(还原型)+NH3→蓝紫色化合物(最大吸收峰在570nm处——定量分析氨基酸)
氨基酸、肽、蛋白质的形成
肽键
形成:AA1+AA2—脱水→AA1-CO-NH-AA2
酸→酰
本质:酰胺键
N端(氨基末端)→氨基酸残基→C端(羧基末端)
寡肽:2~20个AA相连而形成
多肽:(>20)20~50个AA相连而形成
蛋白质:>50个AA相连而形成
生物活性肽——谷胱甘肽(GSH)
三肽:谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸
1st肽键:γ肽键
主要的功能基团:-SH(巯基)(Cys-SH)
GSH(还原性)+H2O2(氧化剂)→GSSG(氧化型谷胱甘肽)+H2
GSSG—NADPH→2GSH
磷酸戊糖旁路(主要)—G6PD→NADPH
蚕豆病→G6PD↓,导致NADPH↓
功能:避免体内含有-SH的蛋白质/酶遭氧化破坏
蛋白质的分子结构
一级结构(平面结构)
“一条线”
=从N端到C端的氨基酸排列顺序
-AA1-AA2-AA3...AAn-
-AAa-AAb-AAc...AAn-
主要维持键:肽键(主要)、二硫键
一级结构是空间构象(二三四级结构)和特异生物学功能的基础
但并非唯一决定因素,决定空间构象的其他因素:分子伴侣(eg.伴侣蛋白、热休克蛋白)
高级结构(空间构象)
决定因素
一级结构(主要、基础)
分子伴侣(次要):帮助Pr折叠成正确的空间构象
原子在空间的位置
二级结构
“局部链”
某段肽链的局部主链骨架原子的空间位置
...-N(氨基氮)-Cα-C(羰基碳)-...
表现形式
α螺旋(最常见)
顺时针方向,右手螺旋
每3.6个氨基酸残疾上升一圈(360°),螺距0.54nm
维持键:氢键(其方向与螺旋长轴方向平行)
V.S. DNA双螺旋
R基/侧链(疏水)在外侧,主链在内侧
β折叠
β转角
无规卷曲/Ω环
超二级结构
“混搭”
介于二、三级之间的结构
=模体(序)=≥2个二级结构的组合形式
举例:α螺旋-β转角-α螺旋...
常考形式
结构模体
=存在于DNA结合蛋白(转录因子)中
转录因子
DNA→RNA
结构域(三级结构)
DNA结合结构域
转录激活结构域
亮氨酸拉链
锌指结构
α螺旋-环(结合Ca2+)-α螺旋
相加=DNA结合结构域
三级结构
“整条链”
=整条链所有原子的空间排布位置
单肽链蛋白质(如肌丝蛋白)的最高级结构
表现形式:结构域
-AA1-AA2-AA3-(结构域1)......-AAa-AAb-AAc-(结构域2)→具有特定功能
维持键:次级键
疏水键
盐键/离子键
氢键
范德华力
四级结构
=多条链(≥2条链)可具有四级结构,并非一定有
A链-非共价键-B链
V.S. A链-共价键-B链(eg.牛胰岛素-二硫键)无四级结构,最高只有三级
Hb可形成四级结构
维持键均有氢键!
蛋白质结构和功能的关系
一级结构
是高级结构的基础,决定空间构象,但不是唯一因素
相似/不同(一级结构)的蛋白质有着相似/不同的高级结构
举例:尿素/β-巯基乙醇对核糖核酸酶A结构的影响
疾病:分子病
一级结构改变影响蛋白质功能导致的疾病
举例:镰状细胞贫血
Hb
2α
2β:正常6thAA:glu→val 即酸性、水溶性Hb、双凹圆盘状RBC→聚集性Hb、镰刀形RBC
密码子1—点突变(碱基错配)→密码子2
高级结构
血红蛋白与氧结合的正协同效应
解释了氧解离曲线为何是S形
Hb(4个亚基)
α+血红素(辅基)Fe2+O2
V.S. 辅基是血红素的物质:“两红两过一色素” ——血红Pr、肌红Pr、过氧化物酶、过氧化氢酶、细胞色素
α+血红素
β+血红素
β+血红素
肌红蛋白与血红素的结合
蛋白质构象改变可引起疾病(蛋白质构象疾病)
人纹状体脊髓变性病
阿尔茨海默病
亨廷顿病
疯牛病
PrPc(多个α螺旋,水溶性强,对Pr酶敏感)—转变为→PrPsc(多个β折叠,水溶性差,对蛋白酶不敏感)相互聚集→淀粉样沉淀(变性)致病
α螺旋→β折叠(一级结构未变)人体内缺少针对β折叠的酶)
蛋白质的理化性质V.S.氨基酸理化性质
共同特性=与大分子无关
两性解离(等电点)
紫外吸收性质
茚三酮反应
蛋白质特有的理化性质=与大分子有关
胶体性质:维持胶粒稳定的两大因素
水化膜
表面电荷
肽键:双缩脲反应
-CO-NH-+Cu(OH)2→紫红色化合物
检测Pr的水解程度
变性与复性
变性
本质:Pr特定空间构象(二、三、四级结构)的破坏导致理化性质改变和生物学活性的丧失
破坏的键:非共价键和二硫键(一级结构变化)
没有破坏的键:肽键(一级结构中AA序列不变)
蛋白质变性只留下肽键未被破坏
V.S. DNA破坏
性质改变
“水煮蛋”
溶解度↓
黏度(分子间的摩擦力)↑
结晶能力消失(空间结构不一致)
生物学活性丧失
易被蛋白酶水解
280nm波长处吸光度↑(共轭双键暴露在外)
复性
天然蛋白质→变性蛋白质
变性因素:加热、乙醇(消毒)、强酸碱、重金属离子、生物碱等
若轻度变性,则去掉变性因素可复性重新变为天然蛋白质
举例:核糖核酸酶A—尿素/β-巯基乙醇→变性,去掉变性因素后可复性
变性蛋白质
易从溶液中析出发生沉淀,但沉淀不一定发生变性(eg盐析)
加热→凝固蛋白质(不可逆的变性)
V.S.不可逆损伤(坏死):凝固性坏死
蛋白质的分离、纯化
蛋白质沉淀
破坏空间结构(变性)x
从蛋白质溶液中析出→原理:破坏水化膜和表面电荷
方法
有机溶剂:丙酮、乙醇
盐析:硫酸铵、硫酸钠、氯化钠
免疫沉淀:抗原(Pr)+抗体→复合物
透析和超滤法
透析
大小分子蛋白质分开
透析袋
超滤
浓缩蛋白质溶液
超滤膜:加正压/离心力
电泳
电泳槽通电,带电多少以及分子小大使Pr分开
①十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)
SDS带(-)→消除Pr表面电荷差异
Pr分子大小决定Pr在电场中的泳动速率(分子筛效应)
②等电聚焦电泳
电泳槽:聚丙烯酰胺凝胶→线性pH梯度
蛋白质泳动至与其自身pI值相等的pH区域
双向凝胶电泳=①+②
层析
固态物质(固定相)+Pr溶液(流动相)
≈灌流
离子交换层析
原理:Pr颗粒带电荷多少
eg.阴离子交换层析
首先Pr+掉落
后洗脱Pr-
电荷(负)少的首先被洗脱下来
电荷(负)多的后被洗脱下来
凝胶过滤(分子筛层析)
原理:Pr颗粒大小
大分子Pr首先被洗脱下来(不能进入孔内)
小分子Pr后被洗脱下来
亲和层析:亲和力大小
超速离心法
原理:分子量大小——沉降系数(S)不同