蛋白质的结构与功能(生化)

这是一篇关于蛋白质的结构与功能(生化)的思维导图，主要内容有蛋白质分子组成、蛋白质的分子结构和蛋白质结构与功能的关系。

蛋白质的结构与功能

• 蛋白质的分子组成
  • 蛋白质是由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合物
  • 组成元素：碳氢氧氮硫（主要元素）
    • 各种蛋白质中氮含量接近为16%
    • 计算公式：100g样品中蛋白质含量=每克样品中含氮克数x6.25x100
    • 体内含氮物质以蛋白质为主
  • 组成人体蛋白质的20种L-α-氨基酸
    • 硒代半胱氨酸：硒代替半胱氨酸上的硫原子
    • 无论多么简单的蛋白质都是由20种氨基酸组成
  • 氨基酸可根据其侧链结构和理化性质分类
    • 非极性脂肪族氨基酸
      • 侧链含烃链的氨基酸
    • 极性中性氨基酸
      • 侧链有极性但不含电荷的氨基酸
    • 芳香族氨基酸
      • 侧链含芳香基团的氨基酸
    • 酸性氨基酸
      • 侧链含负性解离电荷的氨基酸
    • 碱性氨基酸
      • 侧链含正性解离电荷的氨基酸
  • 几种特殊的氨基酸：脯氨酸.半胱氨酸
    • 在蛋白质翻译后的修饰过程中脯氨酸和赖氨酸可被羟化为羟脯氨酸和羟赖氨酸
  • 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
      • 两性解离及等电点
        • 氨基酸是两性电解质其解离程度取决于所处溶液的酸碱度
        • 等电点：在某一ph溶液中氨基酸解离成阴离子和阳离子的程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的ph值即为该氨基酸的等电点
    • 含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质280nm
      • 色氨酸
      • 酪氨酸
    • 氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物
  • 氨基酸通过肽键连接而形成蛋白质或肽
    • 氨基与羧基脱水缩合而形成的化学键
    • 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全称为氨基酸残基
      • 2-20个氨基酸连接所形成的肽称为寡肽
      • 50个氨基酸残基以下的称为多肽
    • 蛋白质是由许多氨基酸残基组成，折叠成特定空间结构，并具有特定生理学功能的多肽
  • 生物活性肽具有生理活性及多样性
    • 谷胱甘肽
    • 多肽类激素及神经肽
• 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
    • 蛋白质的一级结构指在蛋白质分子中从N-端到C-端的氨基酸排列顺序
      • 主要化学键：肽键，有的蛋白质还包括二硫键
    • 一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素
  • 多肽链的局部有规则重复的主链构象为蛋白质的二级结构
    • 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
    • 主要化学键：氢键
    • 氨基氮，羰基碳，阿尔法碳三个原子依次重复排列
    • 阿尔法螺旋（上下之间构成氢键），β折叠（使多肽链形成片层结构），β转角，欧姆环
    • 参与肽键形成的六个原子位于同一平面上，六个原子构成所谓的肽单元
    • 氨基酸残基的侧链影响二级结构的形成
      • 一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成阿尔法螺旋或β折叠则形成相应的二级结构
      • 侧链影响主要来自以下方面
        • 同种电荷排斥
        • 侧链结构太大不利于形成阿尔法螺旋
        • 个别氨基酸，如脯氨酸，N原子在五元环中，肽键氮原子上没有氢原子，不能形成氢键，故不能形成阿尔法螺旋
  • 多肽链进一步折叠成蛋白质三级结构
    • 二级结构可组成蛋白质分子中的模体
      • 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
      • 超二级结构组合形式有三种：αα，βαβ，ββ
      • 模体是具有特殊功能的超二级结构
        • 模体常见的形式
          • α螺旋-β转角-α螺旋模体
          • 链-β转角-链模体
          • 链-β转角-α螺旋-β转角-链模体
    • 结构域是三级结构层次上的独立功能区
      • 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
      • 超二级结构不具备这种特点
      • 结构域也可看成是球状蛋白质的独立折叠单位，有较为独立的三维空间结构
      • 大多数结构域含有序列上连续的100-200个氨基酸残基，若用限制性蛋白酶水解，含多个结构域的蛋白质常分解出独立的结构域，而各结构域的构象可以基本不改变，并保持其功能
    • 三级结构是整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置
      • 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置
      • 主要的化学键：疏水键，盐键，氢键和范德华力
    • 蛋白质的多肽链须折叠成正确的空间构象
      • 决定因素：一级结构
      • 辅助：分子伴侣的蛋白质辅助下
      • 折叠成正确的空间构象
  • 含有两条以上多肽链的蛋白质可具有四级结构
    • 许多功能性蛋白质含有两条或两条以上多肽链，每一条多肽链都具有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基
    • 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，称为蛋白质的四级结构·
    • 结合：氢键和离子键
    • 两个亚基分子相同称为同二聚体，若不同则称为异二聚体
    • 对于两个以上亚基构成的蛋白质，单一亚基一般没有生物学功能，完整的四级结构是发挥正常功能的保证
  • 蛋白质的高级结构
  • 蛋白质可依其组成，结构或功能进行分类
    • 根据蛋白质组成成分：单纯蛋白质，缀合蛋白质（蛋白质部分加非蛋白质部分）
    • 根据蛋白质形状：纤维状蛋白质，球状蛋白质（血红蛋白）
• 蛋白质的结构与功能的关系
  • 蛋白质的主要功能
    • 蛋白质是生物体重要组成成分（结构蛋白）
      • 分布广
        • 所有器官组织都含有蛋白质
      • 更新快
        • 组织细胞每天都在进行不断地更新，因此人体每天都需要补充一定量的蛋白质
      • 含量高
        • 蛋白质是生物体内含量最多的生物大分子
    • 蛋白质具有重要的生物学功能（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
    • 蛋白质与配体的特异性识别
      • 细胞免疫系统
      • 主要组织相容性复合物：1类MHC蛋白的功能，1类MHC蛋白的结构
    • 蛋白质与配体的特异性结合
      • 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
    • 一级结构相似的多肽其形成的蛋白空间结构也相同，功能也相似
    • 一级结构是空间构象的基础
    • 氨基酸序列提供重要的生物进化信息
      • 了解物种进化信息
    • 重要蛋白质氨基酸序列的改变可导致疾病
      • 蛋白质一级结构中不是所有氨基酸的地位都相同
  • 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
    • 血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧的结合
    • 蛋白质构象改变可引发疾病
• 蛋白质的理化性质
  • 蛋白质具有两性电离性质
    • 等电点
  • 蛋白质具有胶体性质
  • 蛋白质的变性与复性
  • 蛋白质在紫外光光谱区有特征性光吸收
    • 特殊氨基酸
  • 应用蛋白质呈色反应可测定溶液中蛋白质含量
    • 茚三酮