蛋白质

生物化学蛋白质导图笔记，知识点有分子组成、分子结构与分类、一般性质、特殊性质、分离与纯化、结构与功能关系等。

蛋白质

• 分子组成
  • 蛋白质的生物学重要性
    • 蛋白质是许多氨基酸通过肽键相连成的高分子含氮化合物
    • 元素主要：碳氢氧氮磷
    • 基本结构单位：氨基酸
  • 分类：
    • 根据a碳原子上连接的R侧链理化性质不同
      • 非极性输水氨基酸
      • 芳香族氨基酸：
        • 苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸
      • 极性中性氨基酸
      • 酸性氨基酸：
        • 天冬氨酸、谷氨酸
      • 碱性氨基酸：
        • 精氨酸、赖氨酸
  • 理化性质
    • 两性电极与等电点
      • 两性电极
        • 含酸性氨基酸较多的为酸性氨基酸等电点偏酸
        • 含碱性氨基酸较多的为碱性氨基酸等电点偏碱
      • 等电点
        • PH＜pl时，则带正电荷，阳离子
        • PH-pl氨基酸的碱性离子
        • PH＞pl时，则带负电荷，阴离子
        • 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相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的PH值为该氨基酸的等电点
    • 具有紫外吸收特性：
      • 芳香族氨基酸所具有
        • 酪氨酸、色氨酸吸收峰280nm
        • 苯丙氨酸吸收峰260nm
    • 茚三酮反应：
      • 生成蓝紫色化合物，常用于氨基酸的定性和定量分析
  • 肽键和肽
    • 肽键：
      • 刚性的“肽键平面”：与肽键相连的六个原子始终在同一平面上
    • 肽
      • 寡肽：
        • 2-20个氨基酸形成的肽
      • 多肽：
        • 50个以上氨基酸形成的肽
    • 生活活性肽
      • 谷胱甘肽：体内重要的还原剂，保护体内蛋白质或酶分子中疏基免遭氧化
        • 谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸
      • 多肽类激素及神经肽
• 分子结构与分类
  • 结构
    • 一级结构：
      • 多肽链中氨基酸残基的组成和排列顺序
        • 主要靠肽键维持
    • 空间结构
      • 二级结构：
        • 主要化学键：氢键
          • 肽单元
            • 参与肽键的6个原子在同一平面上，为肽平面
            • Ca1与Ca2在平面上所处位置为反式构形
          • 阝折叠
            • 折纸状，锯齿状结构
          • 阝转角
            • 180度回折，4个氨基羧残基构成
          • a螺旋
            • 螺旋式上升，顺时针方向，右手螺旋
          • 环
            • 存在于球状蛋白质
      • 超二级结构：
        • 在许多蛋白质分子中，可由两个或两个以上具有二级结构的肽链，在空间中相互接近，形成一个有规则的二级结构组合
      • 结构域：
        • 定义：分子量较大的蛋白质可折叠成多个结构较为紧密本以为稳定的区域，并各行其功能
      • 三级结构：
        • 主要靠次级键维持稳定
          • 共价键：二硫键
          • 非共价键：疏水键、离子键、氢键、范德华力
      • 四级结构：
        • 有两条或两条以上的，具有独立三级结构的多肽链相互作用，经共价键缔合成特定空间构象
  • 分类
    • 按分子形状分类
      • 环状蛋白质：
        • 蛋白质分子形状长短轴之比＜10
      • 纤维状蛋白质：
        • 蛋白质分子形状长短轴之比＞10
    • 按化学组成分类
      • 单纯蛋白质：
        • 除了氨基酸再无别的组分的蛋白质
      • 结合蛋白质：
        • 除含有氨基酸构成的多肽链外，还含有废非氨基酸组成的蛋白质
• 性质
  • 一般性质
    • 紫外吸收：
      • 可用于蛋白质的定量检测
    • 两性电离与等电点：
      • 对于蛋白质的分离，纯化和分析具有重要意义
    • 显色反应：
      • 常用于蛋白质的定性定量分析
        • 双缩脲反应：
          • 生成紫红色化合物可用于蛋白质和多肽的定性和定量测定
        • 酚试剂反应：
          • 蛋白质的酪氨酸、色氨酸能与酚试剂（磷钼酸、磷钨酸）反应生成蓝色化合物，该反应灵敏度高
        • 米伦试剂反应：
          • 含有酚基的化合物与米伦试剂（亚硝酸汞，硝酸汞，硝酸和亚硝酸）的混合物反应产生白色沉淀，加热后变成红色
  • 特殊性质
    • 胶体性质
      • 特点：
        • 分子量大，粘度高，扩散速度慢，不易透过半透膜
      • 两个稳定因素
        • 水化膜：
          • 环状蛋白质表面多为亲水基团，在溶液中具有强烈的吸收水分子的作用，使蛋白质表面形成水化膜
            • 防止其聚集沉淀
        • 电荷：
          • 亲水R侧脸的大多数基团可以电离，使蛋白质分子表面带有一定量的同种电荷相互排斥
            • 防止聚集
    • 变性与复性
      • 变性
        • 空间结构破坏： 理化性质改变、生物活性丧失
          • 大多数变性是不可逆的
        • 构象的破坏是变性的结构基础，实质是维持蛋白质空间结构的次级键断裂
        • 有序变为无序的松散状态
      • 复性：
        • 能恢复成部分恢复原来的空间构象，并恢复其生物学活性
• 分离与纯化
  • 蛋白质的提取
    • 样本的选择：
      • 选择合适样本
    • 组织细胞的破碎：
      • 细胞破碎方法的正确选择
    • 提取的条件：
      • 适当的溶剂和提取次数
  • 蛋白质的分类与纯化方法
    • 透析法与超滤法
      • 透析法：
        • 利用蛋白质大分子不能穿透半透膜，而小分子物质可以通过半透膜的性质
          • 常用于蛋白质的脱盐，但所需时间较长
      • 超滤法：
        • 利用超滤膜在一定的压力或离心力的作用下，使蛋白质溶液透过有一定残留分子量的超滤膜
          • 选择性分离所需分子量的蛋白质
            • 常用于蛋白质种浓缩、脱盐、分级纯化
    • 沉淀法
      • 盐析法
        • 高盐浓度，破坏水化膜集中核电荷促进蛋白质相互聚集而沉淀，为盐析作用
          • 蛋白质不变性
        • 低盐浓度可使蛋白质溶解度增加，称为盐溶作用
      • 重金属盐沉淀法：
        • 蛋白质在PH＞pl时，可与重金属离子结合成不溶性蛋白质盐而沉淀
          • 蛋白质变性
      • 生物碱试剂沉淀法：
        • 蛋白质在PH＜pl时，可与生物碱试剂（苦味酸，磷钨酸，磷钼酸，三氯乙酸等酸根离子）结合成不溶性的盐而沉淀
          • 引起蛋白质变性
      • 有机溶剂沉淀法：
        • 一定量的雨水互溶的有机溶剂，（如乙醇、丙酮、甲醇等）能破坏水化膜，在等电点时加入更易使蛋白质沉淀
          • 蛋白质变性
      • 免疫沉淀法：
        • 特异抗体识别相应的抗原蛋白，形成抗原-抗体复合物
    • 色谱法
      • 离子交换色谱
      • 制胶过滤色谱
      • 亲和色谱
    • 电泳法
      • 通过电荷性质、数量和分子量不同的蛋白质，在电场中泳动速度不同
        • SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳
        • 等点聚焦电泳
        • 二维电泳
    • 超速离心法
      • 超速离心法：
        • 沉降系数S与分子量成正比，对于形状高度不对称的大多数纤维状的蛋白质不适用
      • 密度梯度离心：
        • 沉降大小取决于颗粒大小和速度
• 结构与功能关系
  • 蛋白质的主要功能
    • 构成细胞和生物体的结构
    • 物质运输
    • 催化功能
    • 信息交流
    • 免疫功能
    • 氧化供能
    • 维持机体酸碱平衡
    • 维持正常的血浆渗透压
  • 蛋白质功能的执行方式：
    • 蛋白质与小分子、大分子相互作用，蛋白质相互作用
  • 一级结构是高级结构的基础
    • 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
    • 氨基酸序列与进化信息
    • 重要的蛋白质氨基酸序列改变引起疾病
      • 分子病
        • 镰刀性贫血
  • 蛋白质功能依赖空间结构
    • 血红蛋白与肌红蛋白
    • 蛋白质空间构象改变可引起疾病
      • 蛋白构象病
        • 疯牛病a-螺旋变成阝-折叠