蛋白质的结构与功能

蛋白质的分子结构具有多样性，决定蛋白质的功能具有多样性。 功能：1、有些蛋白是构成细胞和生物体的重要物质2、催化作用，即酶3、运输作用，如血红蛋白运输氧气4、调节作用，如胰岛素，生长激素5、免疫作用，如免疫球蛋白 (抗体)。

蛋白质结构与功能

• 蛋白质概述
  • 生物学重要性
    • 蛋白质是生物体重要组成成分
      • 分布广 含量高
    • 蛋白质具有重要的生物学功能
    • 氧化供能
      • 成人所需能量约18%来自蛋白质的分解代谢
  • 定义
    • 蛋白质是由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合物
  • Components of proteins
    • major elements
      • C (50~55%), H (~7%), O (19~20%), N (13~19%), S (~4%)
    • trace elements
      • P, Fe, Cu, Zn, I, …
    • 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。
      • 100克样品中蛋白质的含量 ( g % )= 每克样品含氮克数× 6.25×100
• 蛋白质的分子组成
  • 氨基酸(Amino acid) —— 组成蛋白质的基本单位
    • 组成人体蛋白质的氨基酸主要有20种，且均属 L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。
    • 除甘氨酸外，其余氨基酸均含有一个不对称碳原子，即手性碳
    • 各种氨基酸的差异体现在侧链R基团上
    • 分类
      • 非极性疏水性氨基酸
      • 极性中性氨基酸
      • 芳香族氨基酸
      • 酸性氨基酸
      • 碱性氨基酸
      • 必需氨基酸是指人体必不可少，而机体内又不能合成、必须从食物中补充的氨基酸。
    • 理化性质
      • 两性解离及等电点最大吸收峰在 280 nm
        • 电中性；溶液的pH值
      • 紫外吸收
        • 最大吸收峰——280 nm 附近
      • 茚三酮反应
  • 肽（peptide）
    • 定义：是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。
      • 肽键(peptide bond)
        • 是由一个氨基酸的a-羧基与另一个氨基酸的a-氨基脱水缩合而形成的化学键。
    • 几种生物活性肽
      • 1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH)；(γ-羧基形成肽键)
      • 2. 多肽类激素及神经肽
        • 体内许多激素属寡肽或多肽
        • 神经肽(neuropeptide)
          • 信号转导作用
• 蛋白质的分子结构
  • 蛋白质的一级结构 (primary structure)
    • 定义
      • 蛋白质的一级结构指多肽链从N端到C端的氨基酸排列顺序，包括氨基酸种类、数目、排列顺序及二硫键的位置。
    • 主要的化学键
      • 肽键；二硫键（有些）
    • 一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。
  • 蛋白质的二级结构(secondary structure)
    • 定义
      • 蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即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) 。
    • 主要的化学键
      • 氢键
    • 肽单元(peptide unit)
      • 参与肽键的4个原子C、O、N、H，及相邻的2个α-C原子Ca1、Ca2位于同一平面，Ca1和Ca2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 。
    • 主要形式
      • a-螺旋 ( a -helix )
        • 常见
      • b-片层 ( b-pleated sheet )
        • 使多肽链形成片层结构
      • b-转角 ( b-turn )
        • 通常发生在多肽链180°回折时的转角上
      • 无规卷曲（random coil ）
        • 不规则的二级结构
          • b转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在
    • 氨基酸残基侧链对二级结构形成的影响
      • 蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。
      • 一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成a-螺旋或β-折叠，它就会出现相应的二级结构。
    • 模体是具有特殊功能的超二级结构
      • 定义
        • 二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，发挥特殊功能
  • 蛋白质的三级结构(tertiary structure )
    • 定义
      • 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。
    • 化学键
      • 疏水作用、盐键、氢键和范德华氏力等（次级键）
    • 结构域（domain）：三级结构层次上的独立功能区
    • 分子伴侣参与蛋白质折叠
      • 分子伴侣（chaperon）为一类特殊的蛋白质，通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。
  • 蛋白质的四级结构(quaternary structure )
    • 定义
      • 蛋白质分子中各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。
    • 化学键（亚基之间结合）
      • 疏水作用、氢键和盐键等次级键
    • 亚基（subunit）概念
      • 体内许多蛋白质含有2条或2条以上独立的肽链，每条肽链都有其完整的三级结构，称为亚基。（亚基间聚合与解聚互为可逆，调节蛋白质功能活性。）