蛋白质化学

这是一篇关于蛋白质化学的思维导图。包含了蛋白质的分子结构，蛋白质结构与功能的关系，蛋白质的重要性质，蛋白质的两性解离及等电点

蛋白质化学

• 蛋白质是生命活动的体现者
  • 生物催化剂
  • 结构组分
  • 激素
  • 运动蛋白
  • 防御功能
  • 运输功能
  • 信号传递与识别
  • 调节基因表达和细胞周期控制
  • 贮藏作用
  • 糖蛋白
• 氨基酸AA
  • 非蛋白质氨基酸
    • 不参与蛋白质组成的氨基酸
  • 蛋白质氨基酸（20种）
    • 蛋白质氨基酸的结构及分类
      • 除脯氨酸Pro是一种ɑ-亚氨基酸外，其余都是ɑ-氨基酸
      • 除甘氨酸Gly没有手性碳原子，其他均为L型氨基酸
      • R基团性质
        • 非极性氨基酸（疏水氨基酸）
        • 极性氨基酸（亲水氨基酸）
          • 酸性氨基酸
          • 碱性氨基酸
          • 非解离的极性氨基酸
      • R基团结构特点
        • 脂肪族氨基酸
        • 芳香族氨基酸
        • 杂环氨基酸
      • 营养学
        • 必需氨基酸
          • 10种必需氨基酸中L-精氨酸和L-组氨酸尚可少量合成，因此也称为半必需氨基酸
        • 非必需氨基酸
    • 氨基酸的理化性质
      • 氨基酸的两性解离与等电点
        • 氨基酸同时含有氨基和羧基，是两性电解质，在溶液或结晶内基本上均以兼性离子或偶极离子的形式存在
        • 氨基酸的兼性离子
          • 在酸性溶液可质子形成阳离子
          • 在碱性离子中释放质子形成阴离子
        • 等电点（氨基酸净电荷为零）
          • pH<pI，+
          • pI=pH，0
          • pH>pI，-
      • 氨基酸的光学性质
        • 氨基酸的构型与旋光方向没有直接对应的关系
        • 可见光区域，无光吸收
        • 远紫外线区（<220nm），有光吸收
        • R基团含有芳香环共轭双键系统的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸，在近紫外线区（220-300nm）有光吸收，其最大光吸收分别为279nm、278nm、259nm。
      • 氨基酸的重要化学性质
        • 与茚三酮反应
          • pH 5-7和80-100℃
          • 茚三酮的乙醇溶液
          • 蓝紫色化合物
          • 脯氨酸和羟脯氨酸，产物为黄色或红色
        • 与2，4-二硝基氟苯反应（Sanger反应）
          • 弱碱性溶液
          • 氨基酸的ɑ-氨基
          • 黄色的二硝基苯胺基酸DNP-AA
        • 与异硫氰酸苯酯反应（Edman反应）
          • 弱碱性
          • 氨基酸的ɑ-氨基
            • 苯胺基硫甲酰衍生物
          • 异硫氰酸苯酯
            • 在硝基甲烷中与酸作用而环化
              • 苯乙内酰硫脲
          • 蛋白质序列分析仪
• 肽
  • 肽和肽链的结构与命名
    • AA通过肽键相连
    • 肽键
      • 前一个氨基酸的ɑ-羧基与后一个氨基酸的ɑ氨基脱水缩合而成
    • 氨基酸残基
      • 肽链中的氨基酸已经不是完整的分子
    • 按规定，肽链的氨基酸排列顺序从其氨基端（N端）开始，到羧基端（C端）终止
    • 双缩脲反应
      • 含有两个以上的肽键的化合物在碱性溶液中铜离子与生成紫红色到蓝紫色的络合物
  • 重要的天然寡肽
    • 生物体内有许多以游离态存在的小肽，具有各种特殊的生物学功能
• 蛋白质的分子结构
  • 蛋白质的一级结构
    • 多肽链内氨基酸残基从N端到C端的排列顺序，或称为氨基酸序列，是蛋白质最基本的结构
    • 蛋白质测序的质谱法
  • 蛋白质的构象和维持构象的作用力
    • 构型与构象
      • 构型
        • 构型互变需要共价键的断裂与重建
      • 构象
        • 不涉及共价键的断裂
    • 维持蛋白质构象的作用力
      • 主要
        • 氢键
        • 盐键
        • 疏水作用
        • 范德华力
      • 此外还有
        • 二硫键
        • 配位键
        • 共价键
        • 酯键
  • 蛋白质的二级结构
    • 是肽链主链不同肽段通过自身的相互作用形成的氢键，某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构
    • 多肽链折叠的空间限制
      • 由于肽键具有部分双键的性质，因此不能自由旋转，肽键及与之相连的两个ɑ-碳原子都处在同一个平面内，这个刚性平面称为肽平面或酰胺平面
      • Φ角
      • Ψ角
    • 蛋白质结构的构象单元
      • ɑ螺旋
        • Φ=-57°
        • Ψ=-47°
        • ɑ螺旋结构
        • ɑ螺旋俯视图
      • β折叠
        • 平行式
          • Φ=-119°
          • Ψ=+113°
        • 反平行式
          • Φ=-139°
          • Ψ=+135°
          • 纤维状蛋白质主要存在形式
        • 从能量角度而言，反平行式更为稳定；球状蛋白质这两种类型几乎同样广泛存在
      • β转角
        • 大多数蛋白质具有密集的球形，这是由于β转角结构使得肽链不时扭转走向。
      • 无规卷曲
        • 又称自由回旋，仅指其不像其他二级结构那样有明确而稳定的结构，其结构较松散。
  • 蛋白质的三级结构
    • 蛋白质三级结构
      • 指的是多肽链在二级结构的基础上，通过侧链基团的相互作用进一步盘曲折叠，借助次级键维系使ɑ螺旋、β折叠、β转角等二级结构相互配置而形成的特定的构象。
      • 许多球状蛋白质分子的研究表明，通过三级结构的形成，在分子内部往往集中着大量的疏水氨基酸残基，它们之间的疏水作用维系并稳定已经形成的三级结构；极性氨基酸残基多分布于表面分子，并赋予蛋白质以亲水性质。
    • 蛋白质的超二级结构和结构域
      • 超二级结构
        • 多肽链上若干相邻的构象单元彼此作用，进一步组合成有规则地结构组合体，作为三级结构的构件。
      • 结构域
        • 在二级结构和超二级结构基础上形成并相对独立地三级结构部分折叠区，是在空间上能辨认的三维实体。
  • 蛋白质的四级结构
    • 亚基
      • 一般只包含一条多肽链，也有的由两条或两条以上二硫键连接的肽链组成。
    • 由相同或不相同亚基按照一定排布方式聚集而成地蛋白质结构，维持四级结构稳定的作用力是疏水作用、离子键、氢键、范德华力。
  • 三级结构和四级结构的维持均依赖于次级键，如疏水作用、离子键、氢键、范德华力，有的还有二硫键
• 蛋白质结构与功能的关系
  • 一级结构与功能关系
    • 同功能蛋白质一级结构的种属差异与分子进化
      • 不变残基
        • 对比不同有机体中表现同一功能的蛋白质（同源蛋白质）的氨基酸序列，发现它们不仅长度相同或相近，而且对于不同种属来说，其中许多位置的氨基酸都相同
      • 可变残基
        • 其他部位的残基对于不同种属则有相当大的变化
    • 一级结构的变异与分子病
      • 分子病
        • 由于基因突变导致蛋白质一级结构发生变异，使蛋白质的生物学功能减退或丧失，甚至造成生理功能的变化而引起的疾病。
  • 空间结构与功能关系
    • 一级结构决定高级结构，高级结构决定功能
    • 核糖核酸酶的变性与复性
    • 血红蛋白与肌红蛋白的结构与功能
      • 不变残基和可变残基
      • 血红蛋白与氧结合的协同性
• 蛋白质的重要性质
  • 蛋白质的两性解离及等电点
  • 蛋白质的胶体性质
    • 布朗运动
    • 丁达尔效应
    • 不能透过半透膜
      • 透析
    • 离心过滤
      • 一种常用的超滤模式
  • 蛋白质的相对分子质量
    • 蛋白质的相对分子质量除了根据其化学组成来推导外，主要使利用蛋白质的某些物理化学性质来测定
      • 沉降速度法
      • 凝胶过滤法
      • SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法
  • 蛋白质的沉淀反应
    • 盐析法
    • 有机溶剂沉淀法
    • 重金属盐沉淀法
    • 生物碱试剂沉淀法
  • 蛋白质的变性与复性
    • 变性
      • 内部高级结构发生变化，一级结构不发生变化
      • 引起因素
        • 射线照射
          • 加热
          • 紫外线等
        • 物理因素
          • 超声波
          • 高压处理等
        • 化学因素
          • 强酸
          • 强碱
          • 脲
          • 去垢剂
          • 重金属盐
          • 生物碱试剂
          • 有机溶剂等
      • 表现
        • 丧失生物活性
        • 溶解度降低，粘度增大，扩散系数变小等
        • 光学性质发生变化
        • 对蛋白酶降级的敏感性增大
    • 复性
      • 高级结构松散了的变性蛋白通常在除去变形因素后，可缓慢地重新自发折叠形成原来的构象，恢复原有的理化性质和生物活性的现象
  • 蛋白质的紫外吸收与显色反应
    • 蛋白质的紫外吸收
    • 蛋白质的显色反应
• 蛋白质的分类
  • 子主题 3
    • 简单蛋白质
      • 完全水解产物为ɑ-氨基酸
    • 结合蛋白质
      • 简单蛋白质和非蛋白质组分结合而成，其非蛋白组分通常称为辐基。
        • 糖蛋白
        • 脂蛋白
        • 色蛋白
        • 核蛋白
        • 磷蛋白
        • 金属蛋白
  • 蛋白质分子性状
    • 球状蛋白质
    • 纤维状蛋白质
• 蛋白质的分离提纯及应用
  • 蛋白质的分离纯化的一般原则
    • 前处理
    • 粗分级
    • 细分级
  • 蛋白质的应用
    • 主要用于某些疾病的预防、治疗和辅助诊断。
    • 某些蛋白质制剂已经用于食品加工和饲料工业。
• 四级结构
• 结构域
• 一级结构
• 二级结构
• 三级结构
• 超二级结构
• 并非所有蛋白都有四级结构
• 蛋白质的结构层次：