蛋白质

动物生物化学，蛋白质主要内容，动物医学动物科学专业。蛋白质由氨基酸通过肽键连接合成，表达生物遗传性状的生物大分子。

蛋白质

• 由氨基酸通过肽键连接而成，表达生物遗传性状的生物大分子
  • 构成生物体最基本的结构和功能物质
  • 功能多样性
    • 催化、运输、防御等
• 分类
  • 物理特性和功能
    • 球状蛋白
    • 纤维状蛋白
  • 大小
    • 单体蛋白质
      • 一条多肽链
    • 寡聚或多聚蛋白质
      • 两个及以上亚基
  • 化学组成
    • 简单蛋白质
      • 水解后只产生氨基酸
    • 结合蛋白质
• 元素
  • 碳，氢，氧，氮
    • 凯氏定氮法
      • 氮含量相对固定16%
      • 蛋白质含量=蛋白氮x6.25
• 结构和功能的关系
  • 一级结构
    • （1）一级结构决定高级结构，高级结构决定生物功能
    • （2）一级结构与分子进化
      • 同功能蛋白质
        • 序列同源
          • 定义：氨基酸序列具有明显的相似性
          • 同源蛋白质
            • 有明显序列同源的蛋白质
          • 亲缘关系越近，氨基酸序列同源性越大
          • 不同生物亲缘关系差别很大，但与功能相关的氨基酸是保守的
            • 可变残基
              • 不处于关键部位，只与免疫活性有关
            • 守恒残基
              • 不能改变，否则失去生物活性
              • 决定蛋白质的结构和功能
        • 定义：在生物体中行使相同或相似功能的蛋白质
        • 相似的一级结构，往往会有相似的高级结构和生物学功能，同时也存在差异
    • （3）一级结构的变异与分子病
      • 一级结构发生改变，高级结构和生物学功能也会发生改变
      • 分子病
        • 定义：蛋白质分子中由于氨基酸序列与正常蛋白质不同而发生的一种遗传病
          • 基因突变
        • 镰刀型细胞贫血症
  • 空间结构
    • 一级结构不变，高级结构改变，生物学功能改变
    • 变构作用
      • 寡聚蛋白分子中，一个亚基由于与其他小分子结合（变构剂）发生构象变化，引起其相邻亚基构象的改变，且这种变化在分子内传递。最终引起蛋白质功能的改变，使活性增强或削弱
        • A构象－B构象
        • A功能－B功能
      • 亚基之间具有协同性，协同效应
      • 血红蛋白和肌红蛋白
        • 血红蛋白Hb 运输氧
          • 紧密型构象T
            • 去氧血红蛋白，氧亲和能力低。亚基之间有盐键相连，三 四级结构受到较大约束
          • 松弛型构象R
        • 肌红蛋白Mb 储存氧
          • 没有四级结构，不存在亚基之间的相互作用
    • 变性和复性
      • 变性
        • 在某些理化因素下，由天然状态（折叠态）变为变性状态（伸展态），引起生物功能的丧失以及物理，化学性质的改变。
        • 因素
          • 物理
            • 高温，紫外线等
          • 化学
            • 酸，碱，有机溶剂
        • 表现
          • 生物活性丧失
          • 物理，化学性质发生改变
      • 复性
        • 变性后恢复折叠状态和全部生物活性
• 理化性质及分离鉴定
  • 两性解离及等电点
    • 可利用等电点沉淀法分离不同蛋白质
  • 胶体
    • 原因
      • 表面水膜的分隔作用
      • 非等电时，带有同性电荷相互排斥
    • 布朗运动，丁达尔现象，透析，不能通过半透膜
  • 沉淀
    • 可逆沉淀
      • 非变性沉淀，蛋白质结构和性质都没发生变化
      • 盐溶和盐析
        • 有机溶剂沉淀
          • 等电点沉淀法
    • 不可逆沉淀
      • 变性沉淀
      • 热沉淀，强酸碱沉淀，重金属盐沉淀，生物碱试剂
  • 变性和复性
    • 变性
      • 空间构象改变或破坏，不涉及一级结构改变和肽键断裂
      • 特性
        • 生物活性丧失
          • 催化，生理调节
        • 物理性质改变
          • 溶解度降低，粘度增加
        • 化学性质改变
          • 易被酶降解
      • 因素
      • 分类
        • 可逆
        • 不可逆
    • 复性
      • 除去变性因素后，从伸展状态恢复到折叠状态
  • 呈色反应
    • 肽键 双缩脲试剂
      • 紫红色物质
    • a－氨基 茚三酮
      • 蓝紫色物质
    • 酚试剂
      • 蓝色物质
      • 蛋白质定量
  • 紫外吸收
    • 不能吸收可见光
    • 芳香族氨基酸
      • 280nm可吸收
      • 测定蛋白质浓度
  • 分离
    • 程序
      • 前处理
      • 粗分离
        • 盐析，等电点沉淀，有机溶剂
      • 细分级
        • 凝胶过滤层析，离子交换层析，亲和层析
    • 根据分子量
      • 沉淀法－超速离心
        • 沉降系数s－在单位离心力场中的沉降速度
      • 凝胶过滤法（分子筛）
        • 大分子先洗脱出来
        • 小分子后洗脱出来
      • 透析
      • 超滤
        • 利用压力和离心力使水分子和小分子透过半透膜
      • 密度梯度离心
        • 在具有密度梯度的介质中离心，沉降到与自身密度相等的介质密度时停滞
    • 溶解度差异
      • 蛋白质等电点
      • 盐溶和盐析
      • 有机溶剂分级分离
      • 温度沉淀
    • 电荷不同
      • 电泳
        • 净电荷和颗粒的大小和形状
      • 离子交换层析复
    • 亲和层析
      • 利用蛋白质分子对其配体分子特有的识别能力
        • 酶与底物，酶与抑制剂，激素与受体，抗体与抗原
  • 含量测定和纯度鉴定
    • 含量
      • 紫外分析，双缩脲法
        • 凯氏定氮法
    • 纯度
      • 电泳，免疫
    • 抗体－抗原
• 分子结构
  • 一级
    • 多肽链数目 氨基酸的数目，种类，排序 二硫键的数目和位置
      • N到C
        • 命名
        • 结构测定
      • 肽链
        • 二肽
        • 寡肽
        • 多肽
    • 生物活性肽
      • 谷胱甘肽
        • 抗氧化
        • 解毒
      • 多肽类激素及神经肽
      • 游离具有特殊功能的天然肽
  • 肽单位
    • 肽键间的C－N具有部分双键性质
    • 六个原子形成刚性平面—肽平面
      • Cα－N 与 Cα－C之间形成二面角
        • 二面角所决定的构象是否存在取决于肽单位中非共价键合原子间的接近有无阻碍
      • 反式构型
    • 蛋白质的构象（空间或三维结构）
      • 蛋白质分子中所有原子和基团在空间的排布
      • 特点
        • 原子或基团由单键选择可形成不同的立体结构
        • 不涉及共价键的破裂，涉及氢键等次级键改变
    • 蛋白质的构型
      • 相同结构式的立体异构体中原子或基团在空间的取向
      • 特点
        • 只有共价键的破裂才能互变（D型和L型）
  • 二级
    • 多肽链主链骨架的折叠和盘绕方式
      • α－螺旋
        • 3.6（13）螺旋
          • 每圈含3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm，每个0.15nm
            • 相邻螺旋之间形成氢键
          • 封闭的环含13个原子
        • 角蛋白中常见，大部分为右手螺旋，除嗜热菌蛋白酶
        • R基影响螺旋的稳定
          • Pro（脯）不能形成氢键，不利于螺旋的形成
          • Gly（甘）的R为H，没有侧链约束，不利于螺旋的稳定
          • 相邻氨基酸残基带相同电荷相斥
          • 相邻氨基酸残基带较大侧链基团，空间位阻
      • B折叠
        • 肽链平行聚集，呈锯齿状折叠，Cα位于折叠线。 相邻肽链主链间形成氢键，与肽链接近垂直。 侧链R基交替分布在两侧
        • 平行B折叠
        • 反平行B折叠
      • B—转角
        • 多肽链出现180度的回转
        • 有利于反平行B折叠形成
      • 无规卷曲
        • 没有规律性的肽链结构，蛋白质功能部位常出现
    • 主要氢键维持
  • 超二级结构
    • 若干相邻的二级结构单元按一定规律组合
  • 结构域
    • 二级结构或超二级结构进一步卷曲折叠成为相对独立，近似球形的具有一定功能
    • 结构域之间常由一段肽链相连，“铰链区”，使结构域容易相对运动，之间具有柔性，利于酶和抗体等活性发挥
  • 三级结构
    • 多肽链中所有原子和基团的三维空间排布
      • 在二级结构基础上进一步卷曲折叠成紧密球状结构。只适用于球蛋白。
    • 非共价键：疏水键，氢键，盐键，范德华力等。二硫键对稳定三级结构有重要作用
  • 四级结构
    • 具有三级结构的亚基通过非共价键形成
    • 包括亚基的种类，数目，空间排布，相互作用
    • 疏水作用力，氢键，盐键，范德华力等非共价作用力
• 基本结构—氨基酸
  • 氨基酸
    • 来源
      • 内源
      • 外源
    • 营养学
      • 必需
        • 一家来写两三本书
        • ile，met，lys，val，leu，trp，phe，thr
      • 非必需
    • 组成蛋白质
      • 常见
      • 稀有
        • 编码氨基酸羟基化，甲基化，磷酸化等修饰
      • 非蛋白
        • 游离或结合态，不存在蛋白质中，大部分为蛋白氨基酸的衍生物
  • 理化性质
    • 物理
      • 光吸收
        • 可见光区均无，远紫外区（＜220nm）均有
        • 近紫外区（220—300nm）
          • （Tyr，Phe，Trp）色，酪，苯丙 — 芳香族
      • 构型和旋光性
        • 均为L型（除Gly）有旋光性
        • 为α-氨基酸，脯氨酸为α-亚氨基酸
      • 两性离解和等电点
        • 正负电荷数量相等，净电荷为零
        • 等电点处溶解度最小
          • pI=（pK1+pK2）/2
    • 化学
      • 茚三酮反应
      • 2，4—二硝基氟苯(Sanger）
      • 丹磺酰氯反应
  • 中性
    • 甘
      • Gly
    • 丙
      • Ala
    • 缬
      • Val
    • 亮
      • Leu
    • 异亮
      • ile
        • 除芳香族，脂溶性最强
    • 对分子酸碱性影响小，接近（6.0）等电点 R基依次疏水性增强 位于蛋白质内部侧链不易被修饰
  • 含硫
    • 甲硫
      • Met
        • s有亲核性，易极化 重要的甲基供体
    • 半胱
      • cys
        • 两个 —sh 氧化形成二硫键生成胱氨酸 二硫键有利于蛋白质稳定
  • 含羟基
    • 丝
      • ser
        • -OH 是极性基团，易形成氢键 易发生磷酸化修饰，调节酶的活性。大多数酶活性中心都有其残基
    • 苏
      • Thr
        • -OH为仲醇，亲水性，形成氢键能力弱 很少出现在蛋白质活性中心
  • 碱性
    • 赖
      • Lys
        • 侧链氨基反应活性大
    • 精
      • Arg
        • 碱性最强
  • 酸性
    • 天冬
      • Asp
    • 谷
      • Glu
    • 生理条件下带负电荷
  • 酰胺
    • 天冬酰胺
      • Asn
    • 谷氨酰胺
      • Gln
    • 氨基转移
  • 芳香族
    • 苯丙
      • Phe
    • 酪
      • Tyr
    • 色
      • Trp
    • 具有共轭π电子体系，易形成电荷转移复合物 紫外区有特殊吸收峰
  • 杂环
    • 组
      • His
        • 缓冲能力
    • 脯
      • Pro
        • 刚性，在骨架转角处