蛋白质的结构与功能

生化第一章蛋白质的结构与功能笔记，包括蛋白质的分子组成、蛋白质的分子结构、蛋白质的分类、蛋白质结构与功能的关系等内容。

01 第一章 蛋白质的结构与功能

• 蛋白质结构与功能的关系 P21
  • 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
    • 一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能
      • 蛋白质一级结构的比较,常被用来预测蛋白质之间结构与功能的相似性。同源性较高的蛋白质之间，可能具有相类似的功能。值得指出的是，同源蛋白质是指由同一基因进化而来的相关基因所表达的一类蛋白质
    • 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
  • 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结合
    • 蛋白质构象改变可引起疾病
• 蛋白质的分离、纯化与结构分析 P29
  • 透析及超滤法可去除蛋白质溶液中的小分子化合物
    • 利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法称透析
  • 丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀是常用的蛋白质浓缩方法
    • 蛋白质在溶液中一般含量很低，经沉淀浓缩，以利进一步分离纯化
    • 盐析是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质在水溶液中的稳定性因素去除而沉淀
    • 蛋白质具有抗原性，将某一纯化蛋白质免疫动物可获得抗该蛋白的特异抗体
  • 利用荷电性质可电泳分离蛋白质
    • 通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术称为电泳
  • 应用相分配或亲和原理可将蛋白质进行层析分离
  • 利用蛋白质颗粒沉降行为不同可进行超速离心分离
  • 应用化学或反向遗传学万法可分析多肽链的氨基酸序列
  • 应用物理学、生物信息学原理可进行蛋白质空间结构测定
    • 通常采用圆二色光谱测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量
    • X射线衍射法和核磁共振技术是研究蛋白质三维空间结构最准确的方法。通常采用的X射线衍射法,首先将蛋白质制备成晶体
    • 蛋白质结构预测方法
      • 同源模建
      • 折叠识别
      • 从无到有
• 蛋白质的理化性质 P27
  • 蛋白质具有两性电离性质
    • 等电点
  • 蛋白质具有胶体性质
  • 蛋白质空间结构破坏而引起变性
    • 在某些物理和化学因素作用下,其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质的改变和生物学活性的丧失，称为蛋白质变性
    • 若蛋白质变性程度较轻,去除变性因素后,有些蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性
  • 蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰 280nm
  • 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
• 蛋白质的分子组成 P8
  • 组成人体蛋白质的 20 种 L-α-氨基酸
    • 生物体内合成蛋白质的氨基酸有只有 20 种，并且都属 L-α-氨基酸(除了甘氨酸)
    • 硒代胱氨酸在某些情况下也可用于合成蛋白质
    • 体内也存在若干不参与蛋白质合成但具有重要生理作用的 L-a-氨基酸，如参与合成尿素的鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸代琥珀酸
  • 氨基酸可根据侧链结构和理化性质进行分类
    • 根据侧链的结构和理化性质分类
      • ①非极性脂肪族氨基酸
        • 甘氨酸
        • 丙氨酸
        • 缬氨酸
        • 亮氨酸
        • 异亮氨酸
        • 脯氨酸
      • ②极性中严性氨基酸
        • 丝氨酸
        • 半胱氨酸
        • 甲硫氨酸
        • 天冬酰胺
        • 谷氨酰胺
        • 苏氨酸
      • ③芳香族氨基酸
        • 苯丙氨酸
        • 酪氨酸
        • 色氨酸
      • ④酸性氨基酸
        • 天冬氨酸
        • 谷氨酸
      • ⑤碱性氨基酸
        • 精氨酸
        • 赖氨酸
        • 组氨酸
    • 一般而言，非极性脂肪族氨基酸在水溶液中的溶解度小于极性中性氨基酸；芳香族氨基酸中苯基的疏水性较强,酚基和吲哚基在一定条件下可解离；酸性氨基酸的侧链都含有羧基；而碱性氨基酸的侧链分别含有氨基、胍基或咪唑基
    • 脯氨酸和半胱氨酸结构较为特殊。脯氨酸应属亚氨基酸，N在杂环中移动的自由度受限制，但其亚氨基仍能与另一羧基形成肽键。脯氨酸在蛋白质合成加工时可被修饰成羟脯氨酸；半胱氨酸巯基失去质子的倾向较其他氨基酸为大，其极性最强；2个半胱氨酸通过脱氢后以二硫键相连接，形成胱氨酸。蛋白质中有不少半胱氨酸以胱氨酸形式存在
  • 20 种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
      • 等电点
    • 含共轭双键的氨基酸具有紫外线吸收性质 (280nm)
    • 氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物 (570nm)
  • 氨基酸通过肽键连接而形成蛋白质或活性肽
    • 氨基酸通过肽键连接而形成肽
      • 肽键
      • 氨基末端
      • 羧基末端
      • 氨基酸残基
    • 体内存在多种重要的生物活性肽
      • 谷胱甘肽
      • 多肽类激素及神经肽
• 蛋白质的分子结构 P12
  • 氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构
    • 蛋白质一级结构是理解蛋白质结构、作用机制以及生理功能的必要基础
    • 从 N-端至 C-端的氨基酸排列顺序称为蛋白质的一级结构
    • 蛋白质一级结构中的主要化学键是肽键；此外，蛋白质分子中所有二硫键的位置也属于一级结构范畴
    • 链间二硫键与链内二硫键
  • 多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构
    • 蛋白质的二级结构是指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
    • 参与肽键形成的 6 个原子在同一平面上
    • α-螺旋是常见的蛋白质二级结构
    • β-折叠使多肽链形成片层结构
    • β-转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在
    • 二级结构可组成蛋白质分子中的模体
    • 氨基酸残基的侧链影响二级结构的形成
  • 多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成三级结构
    • 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
      • 蛋白质的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，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置
    • 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城，并各行其功能称为结构域
    • 蛋白质的多肽链须折叠成正确的空间构象
      • 实际上，蛋白质合成后，只形成一种正确的空间构象。除一级结构为决定因素外，还需要在一类称为分子伴侣
  • 含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构
    • 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，称为蛋白质的四级结构
  • 蛋白质的分类
    • 根据蛋白质组成成分
      • 单纯蛋白质
      • 结合蛋白质
    • 根据蛋白质的形状
      • 纤维状蛋白质
      • 球状蛋白质