蛋白质导图笔记

下图梳理了蛋白质的知识点，包含蛋白质和氨基酸的概述、蛋白质的分子结构、蛋白质的结构与功能、蛋白质的分离纯化与结构界定。

蛋白质的生物化学

• 蛋白质和氨基酸概述
  • 蛋白质概述
    • 蛋白质功能
      • 催化作用，生物体的结构成分，运输与储存，运动作用，免疫保护作用，调节作用，支架与受体作用，其他特殊作用
    • 蛋白质分类
      • 按分子形状分类，按分子组成分类，按溶解度分类，按功能分类
    • 蛋白质化学组成
      • 各种蛋白质的平均含氮量是16%
  • 氨基酸概述
    • 氨基酸的种类与结构
      • 非极性R基氨基酸
        • Gly,Ala,Val,Leu,Ile,Pro,Met,Phe,Tyr,Trp
      • 极性不带电荷的R基氨基酸
        • Ser,Thr,Cys,Asn,Gln
      • 带负电荷的R基氨基酸
        • Asp,Glu
      • 带正电荷的R基氨基酸
        • Lys,Arg,His
    • 氨基酸的物理性质
      • 不吸收可见光，吸收紫外光（共轭双键越多，紫外吸收越强，280nm附近有最大吸收），除甘氨酸外都具有旋光性，溶解性，熔点
    • 氨基酸的化学性质
      • 两性解离与等电点
      • 与茚三酮反应，侧链的特殊反应
    • 氨基酸的功能
      • 蛋白质的基本结构单位，多种生物活性物质的前体，神经递质，氧化分解产生ATP
• 蛋白质的分子结构
  • 蛋白质的一级结构（氨基酸序列和二硫键位置）
    • 肽单位
      • 肽单位是一个刚性的平面结构，肽键中羰基碳原子与氮原子之间所形成的键不能自由旋转
      • 肽平面中羰基氧与亚氨基氢大多处于相反位置置(Pro除外)
      • Cα和-NH的N、Cα和-CO的Co之间是单键，可自由旋转
    • 天然存在的活性肽（存在于生物体内具各种特殊生物学功能的肽）
      • GSH，α-鵝膏蕈碱，激素
    • 蛋白质一级结构的测定（牛胰岛素）
      • ①如蛋白质含有一条以上的多肽链，首先将肽链拆分和纯化
      • ②二硫键的拆分与保护
      • ③分析氨基酸的组成
      • ④N端和C端的氨基酸残
      • ⑤将多肽特异地裂解成较小的肽
      • ⑥全部氨基酸序列的重新构建
      • ⑦ 最后确定二硫键序列的位置
    • 肽的自动化合成方式（C → N,与体内蛋白质的合成方向相反）
      • 氨基端的封闭
      • 封闭氨基端的AA1结合到树脂上
      • 活化羧基端的AA2与去保护的AA1的氨基端形成肽键
      • HF将合成好的肽从树脂上切下来
  • 蛋白质的构象
    • 二级结构——指蛋白质多肽链本身在空间折叠和盘绕的方式，是 主链局部有规律的结构，不包括R基团。有多种形式。
      • α-螺旋 (α-helix) β-片层 (β-sheet, pleated strand) β-转角 (β-turn or β-bend) β-凸起 (β-Bulge) 不规则构象：无规卷曲/环 (Loops)
    • 超二级结构——指若干相邻二级结构相互作用，形成有规则的在空间上能辨认的二级结构聚集体。有的有特定的生物学功能 。
      • α-螺旋聚集体（αα型） β-折叠聚集体（βββ型） α-螺旋和β-折叠的聚集体（βαβ型）
    • 结构域——多肽链在二级或超二级结构基础上进一步绕曲折叠而成的相对 独立的三维实体称结构域。一般是球状蛋白上有相对独立的球状结构 或功能模块。
    • 三级结构——多肽链在二级结构、超二级结构以及结构域的基础上，进一步卷曲 折叠形成复杂的球状分子结构。包括了多肽链中一切原子的空间排列 方式即构象。（靠疏水作用和二硫键维系）
    • 四级结构——两条以上多肽链非共价键连接构成的蛋白质才具有四级结构。寡聚蛋 白中，每条肽链称为亚基。（肽链之间没有二硫键，主要靠疏水作用维系）
      • 协同效应，别构效应
        • 纤维蛋白，蜘蛛丝，胶原蛋白，膜蛋白
  • 蛋白质的变形与折叠
    • 折叠（一级结构决定高级结构但不是唯一因素）
      • 分子伴侣
      • 折叠酶
    • 变性（高级结构破坏，一级结构不变）
      • 物理因素（如热、紫外、高压和表面张力）
        • 竞品识别
      • 化学因素（如有机溶剂、脲、胍、酸、碱等或金属离子或生物碱）
    • 复性（当变性因素除去后，变性蛋白质 又重新恢复到天然构象的过程。）
  • 研究蛋白质结构的方法
    • X—-射线 ：样品需结晶，但有的很难结晶，晶体对蛋白有 伤害，不适于较大的蛋白。
    • 核磁共振 ： 可测液态蛋白。
    • 冷冻电镜 ： 可测玻璃态蛋白，可解析结构非常大的分子， 高分辨率
• 蛋白质的结构与功能
  • 蛋白质一级结构与生物学功能
    • 一级结构不同，蛋白质功能不同
    • 一级结构的关键部位相同，功能相同
    • 一级结构改变，蛋白质空间结构及功能改变
  • 蛋白质构象与功能
    • 肌红蛋白Mb
    • 血红蛋白Hb
      • 4个亚基（协同效应，波尔效应，别构效应）
    • 结合氧，释放氧
• 蛋白质的分离纯化与结构鉴定
  • 材料的预处理及细胞破碎
    • 蛋白质从组织或细胞中释放出来并保持原来的天然状态， 不丧失活性。（机械破碎法，渗透破碎法，反复冻融法，超声波法，酶法）
  • 蛋白质的抽提
    • 根据欲制备的蛋白质的性质，来确定所使用缓冲液的 pH、 离子强度、组成成分等。
  • 蛋白质粗制品的获得
    • 等电点沉淀法（等电点附近溶解度低）
    • 盐析法（在蛋白质溶液中加入一定量的中性盐（如硫 酸铵、氯化钠等）使蛋白质溶解度降低并沉淀析出。）
    • 有机溶剂沉淀法（中性有机溶剂如乙醇、丙酮，能降低大多数球状蛋白质的 溶 解度，从溶液中沉淀出来。） • 有机溶剂会破坏蛋白质表面的水化层，促使蛋白质分子变得 不稳定而析出。 • 注意有机溶剂也会使蛋白质变性，需选择合适浓度。
    • 调节pH和离子强度
  • 进一步分离纯化
    • 分子量
      • 透析和超过滤
      • 沉降分析法
      • 密度梯度离心法
      • 凝胶过滤层析法
    • 电荷
      • 电泳 （SDS-PAGE，等电聚焦，双向电泳）
      • 离子交换层析（受电荷和疏水作用影响）
    • 亲和层析（利用特异性）