1 蛋白质的结构与功能

生物化学与分子生物学的蛋白质结构与功能，蛋白质的基本组成蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的高分子化合物。人体中常见的氨基酸有20种，它们都是L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。

1 蛋白质的结构与功能

• 蛋白质的分子组成
  • L-α-氨基酸是蛋白质的基本结构单位
    • 20种氨基酸通常是L-α-氨基酸(除甘氨酸外)
  • 氨基酸可根据其侧链结构和理化性质进行分类
    • 非极性脂肪族氨基酸
      • (一副亮甲携饼干)异脯亮甲缬丙甘
    • 极性中性氨基酸
      • (苏 古先 拌 死 天仙)苏谷酰半丝天酰
    • 芳香族氨基酸
      • 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸
    • 酸性氨基酸
      • 天冬氨酸 谷氨酸
    • 碱性氨基酸
      • 精氨酸 赖氨酸 组氨酸
  • 氨基酸具有共同或特异的理化性质
    • 氨基酸具有两性解离的性质
      • 含有碱性的α-氨基和酸性的α-羧基
      • 等电点:解离成阳离子和阴离子的趋势和程度相等 呈电中性
    • 含共轭双键的氨基酸具有紫外线吸收性质
      • 色氨酸 酪氨酸的最大吸收峰在280mm波长
    • 氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物
      • 氨基酸定量分析法
  • 氨基酸通过肽键连接而形成蛋白质或肽
    • 酰胺键 肽键 氨基末端 羧基末端
    • 寡肽2~20aa
    • 多肽20~50aa
    • 蛋白质>51aa胰岛素51aa最小的蛋白质
  • 生物活性肽具有生理活性及多样性
    • 谷胱甘肽GSH
      • 谷氨酸 半胱氨酸 甘氨酸组成的三肽
      • 巯基具有还原性为主要功能集团
      • GSH被H₂O₂氧化成氧化型谷胱甘肽(GSSG)
    • 多肽类激素及神经肽
      • 体内许多激素属寡肽或多肽
      • TRH促甲状腺激素释放激素
• 蛋白质的分子结构
  • 氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构
    • 在蛋白质分子中，从N端至C端的氨基酸排列顺序称为蛋白质一级结构
    • 一级结构的主要化学键是肽键，二硫键的位置也属于一级结构范畴
    • 一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础
  • 多肽链的局部有规律重复的主链构象为蛋白质二级结构
    • 参与肽键形成的6个原子在同一平面上
      • 肽单元/肽平面
    • α-螺旋是常见的蛋白质二级结构
      • 蛋白质二级结构的主要形式
      • 螺旋的走向为顺时针方向，即右手螺旋
      • 3.6个氨基酸残基为一圈
      • 每个肽键的N-H和第四个肽键的羰基氧形成氢键
    • β-折叠使多肽链形成片层结构
      • 肽链间的肽键羰基氧和亚氨基氢形成氢键
      • 多肽链充分伸展，折叠为锯齿状结构
    • β-转角和Ω-环存在于球状蛋白质中
      • 改变多肽链方向
      • β-转角通常由4个氨基酸残基组成 第一个羰基氧与第四个氨基氢形成氢键
    • 氨基酸残基的侧链影响二级结构的形成
  • 多肽链进一步折叠成蛋白质三级结构
    • 三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置
      • 三级结构的形成和稳定主要依靠次级键，如疏水键，盐键，氢键和范德华力
    • 结构模体可由2个或2个以上二级结构肽段组成
      • 结构模体是蛋白质分子中具有特定空间构象和特定功能的结构成分
    • 结构域是三级结构层次上具有独立结构与功能的区域
      • 分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密且稳定的区域，并各行其功能
    • 蛋白质的多肽链须折叠成正确的空间构象
      • 多肽链折叠有的为快速自发过程，有的需要分子伴侣
  • 含有两条以上多肽链的蛋白质可具有四级结构
    • 蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用称为蛋白质四级结构
    • 各亚基的结合力主要是氢键和离子键
  • 蛋白质可依其组成，结构或功能进行分类
    • 单纯蛋白质:只含氨基酸 缀合蛋白质:还含有非蛋白质成分
    • 纤维状蛋白质 球状蛋白质
    • 蛋白质家族 同源蛋白质 超家族
• 蛋白质结构与功能的关系
  • 蛋白质的主要功能
    • 构成细胞和生物体结构
    • 物质运输 催化功能
    • 信息交流 免疫功能 氧化供能
    • 维持机体的酸碱平衡
    • 维持正常的血浆渗透压
  • 蛋白质执行功能的主要方式
    • 蛋白质与小分子相互作用
    • 蛋白质与核酸的相互作用
    • 蛋白质相互作用是蛋白质执行功能的主要方式
      • 主要组织相容性复合物参与的分子识别
      • 抗原抗体的特异性结合
  • 蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础
    • 一级结构是空间构象的基础
      • 空间构象遭破坏的蛋白质只要一级结构未被破坏就有可能回复到原来的三级结构
    • 一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能
    • 氨基酸序列与生物进化信息
    • 重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病
      • 镰刀型细胞贫血症
  • 蛋白质的功能依赖特定空间结构
    • 血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似
      • 一级结构不相似空间结构相似功能相似
    • 血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合
      • 一个氧分子与Hb亚基结合后引起其他亚基构象变化称为别构效应
    • 蛋白质构象改变可引起疾病
      • 阿尔兹海默病 亨廷顿病 疯牛病
• 蛋白质的理化性质
  • 蛋白质具有两性电离性质
    • 等电点 pH大于等电点时，该蛋白质颗粒带负电荷
  • 蛋白质具有胶体性质
    • 蛋白质表面为亲水基团，形成水化膜，阻断蛋白质颗粒的相互聚集
  • 蛋白质的变性与复性
    • 变性:蛋白质空间构象被破坏导致理化性质的改变和生物学活性的丧失 不涉及一级结构氨基酸序列的改变
    • 变性后蛋白质从溶液中析出称为蛋白质沉淀/盐析
    • 复性:有些蛋白质变性程度低去除变性因素后可恢复原有构象和功能
  • 蛋白质在紫外光谱区有特征性光吸收
    • 蛋白质定量测定
  • 应用蛋白质呈色反应可测定溶液中蛋白质含量
    • 茚三酮反应
    • 双缩脲反应
      • 可检测蛋白质的水解程度
• 蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是该段肽链主链 骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象
• 四个层次一级，二级，三级，四级结构 后三者统称为高级结构或空间构象
• 蛋白质主要有碳，氢，氧，氮和硫 含氮量约为16%，体内主要的含氮物质