蛋白质的结构和功能

这是一篇关于生物化学中蛋白质的结构和功能的思维导图，内容有蛋白质的分类、蛋白质结构和功能的关系和蛋白质理化性质等。

第一章 蛋白质的结构和功能

• 蛋白质的分子组成
  • 元素组成
    • C H O N S (N占16%）
    • 根据含氮量计算蛋白质含量
      • 每克样品含氮量✖️6.25✖️100=100g样品中蛋白质含量（g%)
  • 氨基酸
    • 20种常见氨基酸
      • 非极性脂肪族氨基酸
        • 甲乙丙携亮俯瞰
        • 甲硫氨酸
        • 异亮氨酸
        • 丙氨酸
        • 缬氨酸
        • 亮氨酸
        • 脯氨酸
          • 唯一a氨基是亚氨基
        • 甘氨酸
          • 最简单的氨基酸，不含手性碳原子
      • 极性中性氨基酸
        • 撕半天古书
        • 丝氨酸
        • 半胱氨酸
        • 天冬酰胺
        • 谷氨酰胺
        • 苏氨酸
      • 含芳香环的氨基酸
        • 老本色
        • 酪氨酸
        • 苯丙氨酸
        • 色氨酸
      • 酸性氨基酸
        • 酸甜苦
        • 天冬氨酸
        • 谷氨酸
      • 碱性氨基酸
        • 捡来精度
        • 赖氨酸
        • 精氨酸
        • 组氨酸
    • 理化性质
      • 两性解离
        • 等电点(pI)
          • 定义
            • 在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子。呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。
          • pH<pI 阳离子 pH>pI 阴离子
      • 含共轭双键的氨基酸有紫外线吸收性质
        • 色氨酸、酪氨酸
        • 定性
        • 最大吸收峰在280nm波长附近
      • 氨基酸与茆三酮反应生成蓝紫色化合物
        • 定量
        • 最大吸收峰在570nm波长
    • 氨基酸通过肽键连接形成蛋白质或肽
      • 肽键
        • 一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸的α-氨基脱水形成的酰胺键称为肽键
      • 多肽链
        • 许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构
        • 有两端 N末端：多肽链中有游离α-氨基的一端 C末端：多肽链中有游离α-羧基的一端
          • 方向：N端到C端
        • 生物活性肽
          • 谷胱甘肽
            • 组成：谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸
            • 生理作用
              • 解毒作用
              • 参与氧化还原反应
              • 保护巯基酶的活性
              • 维持红细胞膜结构的稳定
• 蛋白质的分子结构
  • 一级结构
    • 定义：蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序
    • 主要化学键：肽键
    • 一级结构是蛋白质空间构象空间构象和特异性生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素
  • 二级结构
    • 定义
      • 蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即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
        • 所谓肽链主链骨架原子即N（氨基氮)、Ca(α-碳原子）和Co（(炭基碳）3个原子依次重复排列
    • 主要的化学键
      • 氢键
    • 参与肽键形成的6个原子在同一平面上
    • 组成
      • α-螺旋
        • α-螺旋结构是常见的蛋白质二级结构
        • 右手螺旋
        • 氨基酸侧链伸向螺旋外侧
        • 每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距为0.54nm
        • α-螺旋的每个肽键的N- H和第四个肽键的羰基氧形成氢键
      • β-折叠
        • β-折叠使多肽链形成片层结构
        • 相邻两肽单元间折叠成锯齿状
        • 氨基酸残基侧链位于锯齿状结构的上下方
        • 两条以上肽链或一条肽链的若干肽段的锯齿状结构可平行排列，两条肽链走向可相同(顺向平行)，也可相反(反向平行)
        • 稳定因素是链间肽键的羰基与亚氨基形成的氢键
      • β-转角和Ω环
        • β-转角和Ω环在蛋白质分子中普遍存在
        • 主链骨架本身以大约180°回折
        • 回折部分通常由4个氨基酸残基构成
        • 构象依靠第一aa残基的-CO基与第四个aa残基的-NH基之间形成氢键来维系
    • 氨基酸残基的侧链影响二级结构的形成
      • 极大的侧链基团(存在空间位阻)
      • 连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸残基(同种电荷的互斥效应);
      • 有Pro等亚氨基酸存在(不能形成氢键)
      • Gly:由于自由度过大而不稳定
      • 影响α-螺旋和β-折叠稳定的因素
  • 三级结构
    • 定义
      • 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置
    • 主要的化学键
      • 疏水键、离子键、氢键和范德华力等
    • 超二级结构
      • 定义
        • 在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个有规则的二级结构组合，被称为超二级结构
      • 模体
        • 二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，称为模体（motif）
          • 模体是具有特殊功能的超二级结构。
    • 结构域
      • 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，称为结构域（domain）
    • 分子伴侣
      • 帮助蛋白质正确折叠，错误的水解
  • 四级结构
    • 定义
      • 蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。
    • 亚基
      • 许多功能性蛋白质分子含有2条或2条以上多肽链。每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基 (subunit)
      • 亚基之间的结合主要是氢键和离子键
      • 同二聚体：亚基分子结构相同异二聚体：亚基分子结构不同
• 蛋白质的理化性质
  • 两性电离
  • 胶体性质
    • 影响胶体稳定的因素
      • 颗粒表面电荷
      • 水化膜
  • 变性
    • 本质
      • 破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构
        • 不改变肽键
    • 因素
      • 如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等
    • 复性
    • 变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性（盐析）
  • 紫外光谱区的特征性吸收峰
    • 含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸在280nm波长处有特征性吸收峰
  • 呈色反应
    • 茆三酮反应
    • 双缩脲反应
• 蛋白质结构和功能的关系
  • 蛋白质的功能
    • 结构蛋白
      • 构成细胞和生物体的结构
    • 功能蛋白
      • 物质运输 催化功能 信息交流 免疫功能 氧化供能 维持肌体的酸碱平衡 维持正常的血浆渗透压
  • 蛋白质一级结构与功能的关系
    • 一级结构是空间构象的基础
    • 一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能
    • 氨基酸序列提供重要的生物进化信息
    • 重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病
      • 镰刀型红细胞贫血
        • 分子病
  • 蛋白质空间结构和功能的关系
    • 血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似
      • 肌红蛋白是一个只有三级结构的单链蛋白质
      • 血红蛋白具有4个亚基组成的四级结构，每个亚基可结合1个血红素并携带1分子
    • 血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合
      • • Hb氧解离曲线为S状曲线；Mb氧解离曲线为直角双曲线
      • 协同效应
        • 定义
          • 一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应
        • 分类
          • 正协同效应
          • 负协同效应
      • 别构效应
        • 蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化
    • 蛋白质构象改变引起的疾病
      • 人纹状体脊髓变性病、阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈病、疯牛病
• 蛋白质的分类
• 浮动主题