生物化学：蛋白质的结构与功能

生物化学：蛋白质的结构与功能，本科和考研通用！结合蛋白质：氨基酸+辅基（色素化合物、寡糖、磷酸、脂质、金属离子、核酸）绝大多数通过共价键相连。细胞色素c：蛋白质+色素（铁卟啉环的乙烯基侧链与蛋白质的半胱氨酸残基以硫醚键相连）

蛋白质的结构与功能

• 一、蛋白质的分子组成
  • 主要是蛋白质组成元素、基本单位氨基酸的理化性质（两性、等电点、紫外线、茚三铜）、各类概念（肽、多肽、、、的定义）！
  • 元素组成
    • 主要元素：碳、氢、氧、氮、硫
    • 少量元素：磷、铁、铜、锌、锰、钴、钼、（碘）
    • 含氮量：各种蛋白质的含氮量平均为16%，用于测定蛋白质含量
  • 基本结构单位——氨基酸
    • 化学结构
    • 分类
      • 蛋白质氨基酸（典型）
        • 非极性脂肪族氨基酸
        • 极性中性氨基酸
        • 芳香族氨基酸
        • 酸性氨基酸
        • 碱性氨基酸
        • 其他分组记忆
          • 特征
            • 简单氨基酸
              • • 甘氨酸
                  • 参与结合胆汁酸的形成
                  • 参与血红素的形成
                  • 谷胱甘肽的形成
                  • 嘌呤碱的从头合成
                  • 肌酸的合成
                  • 唯一的无手性氨基酸
                • 丙氨酸
                  • 氨在血液中的转运（丙氨酸-葡萄糖循环）
            • 支链氨基酸（均为必需氨基酸）
            • 侧链含羟基的氨基酸（磷酸化/去磷酸化）
            • 侧链含硫的氨基酸
              • • 半胱氨酸
                  • 两个半胱氨酸结合成胱氨酸形成二硫键
                  • 形成谷胱甘肽
                  • 形成巯基
                • 甲硫氨酸
                  • 形成S-腺苷甲硫氨酸提供甲基
            • 侧链含羧基（酸性）
              • • 谷氨酸
                  • 参与转氨基作用
                  • 脱羧生成γ-氨基丁酸（神经抑制剂）
                • 天冬氨酸
                  • 参与尿素循环
                  • 生物氧化（苹果酸-天冬氨酸穿梭）
                  • 从头合成嘌呤碱、嘧啶碱
            • 酰胺衍生物
              • • 谷氨酰胺
                  • 氨在血液中的转运
                  • 从头合成嘌呤碱
            • 脂肪族碱性氨基酸
            • 芳香族氨基酸
            • 杂环氨基酸
              • • 脯氨酸——亚氨基酸，参与β-转角
          • 生糖生酮性质
          • 衍生物
          • 提供一碳单位的：丝、色、谷、甘
      • 其他蛋白质氨基酸
        • 硒代半胱氨酸（过氧化物酶和电子传递链还原酶）
        • 吡咯赖氨酸（产甲烷菌的甲胺甲基转移酶）
      • 非蛋白质氨基酸
        • 鸟氨酸
        • 瓜氨酸
        • 精氨酸代琥珀酸
        • 合成尿素
      • D型氨基酸
        • 微生物——D-谷氨酸
        • 个别抗生素——D-苯丙氨酸
        • 低等生物——D-丝氨酸
    • 理化性质
      • 两性解离性
        • 若一个氨基酸有3个可解离基团，写出它们的电离式后取兼性离子两边的pK的平均值，即为此氨基酸的pI
      • 紫外吸收
        • 苯丙氨酸不明显
        • 比较记忆
      • 茚三酮反应
  • 生物活性肽具有生理活性及多样性
    • 谷胱甘肽
    • 多肽类激素及神经肽
• 二、蛋白质的分子结构
  • 全部级结构的概念、主要维系键！ 外加 二：主要表现形式、超二级结构、膜体 三：结构域
  • 一级结构
  • 二级结构
    • • α-螺旋
      • β-折叠
      • β-转角
      • Ω-环
    • 肽单元
    • 超二级结构
      • 模体
        • 钙结合蛋白
        • 锌指结构
        • 亮氨酸拉链
  • 三级结构
    • 结构域
    • 分子伴侣
  • 四级结构
    • 分类
      • 同二聚体：亚基结构相同
      • 异二聚体：亚基结构不同
  • 比较
  • 分类
    • 组成成分
      • 单纯蛋白质：只含氨基酸
      • 结合蛋白质：氨基酸+辅基（色素化合物、寡糖、磷酸、脂质、金属离子、核酸）绝大多数通过共价键相连
        • 细胞色素c：蛋白质+色素（铁卟啉环的乙烯基侧链与蛋白质的半胱氨酸残基以硫醚键相连）
        • 免疫球蛋白：蛋白质+寡糖链
    • 形状
      • 纤维状蛋白质（多为结构蛋白质，难溶于水）：胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白
      • 球状蛋白（可溶于水）：酶、转运蛋白、蛋白质类激素、代谢调节蛋白、基因表达调节蛋白、免疫球蛋白
• 三、蛋白质结构与功能的关系
  • 一级结构与功能的关系： （1）一级结构是空间构象的基础；（2）一级结构是功能的基础；（3）一级结构改变与分子病 空间结构与功能的关系： （1）蛋白质的功能依赖于特定的空间结构；（2）血红蛋白的空间结构变化与结合氧的关系；（3）蛋白质空间结构改变与疾病；（4）蛋白质的紫外吸收与呈色反应。
  • 主要功能
    • 构成细胞和生物体结构
    • 物质运输（血红蛋白、载脂蛋白、清蛋白、运铁蛋白、铜蓝蛋白、皮质激素传递蛋白）
    • 催化功能（酶）
    • 信息交流（受体、衔接蛋白）
    • 免疫功能（抗体、淋巴因子）
    • 氧化功能
    • 维持机体酸碱平衡（蛋白质缓冲体系）
    • 维持正常的血浆渗透压（白蛋白）
  • 执行功能的主要方式
    • 与小分子相互作用（酶催化底物、抑制剂、代谢中间物和产物）
    • 与核酸相互作用
      • 核糖体：蛋白质+rRNA
      • 端粒酶：蛋白质+RNA模板
      • 剪接体：蛋白质+snRNA
    • 蛋白质相互作用（PPI）
      • 主要组织相容性复合物（MHC）参与的分子识别
        • 病毒外壳蛋白碎片的免疫原性多肽透过跨膜的MHC提呈在细胞外侧，便于T细胞识别并执行功能。
        • Tc细胞大量增殖，释放穿孔素和颗粒酶。穿孔素导致受感染细胞溶解。颗粒酶造成受感染细胞凋亡。
      • 抗原与抗体的特异性结合
  • 一级结构是高级结构与功能的基础
    • 一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能，如：不同哺乳类动物的【胰岛素】
  • 蛋白质的功能依赖特定的空间结构
    • 角蛋白有大量的α-螺旋，坚韧并富有弹性；丝心蛋白有大量β-折叠，具有伸展和柔软特性。
    • 血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似
    • 血红蛋白亚基构想变化可影响亚基与氧结合
      • 协同效应：一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。
        • 正协同效应
        • 负协同效应
      • 别构效应：蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为别构效应。
    • 蛋白质构象病
      • 人纹状体脊髓变性病、阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈病、疯牛病
• 四、理化性质
  • 紫外吸收和呈色反应（与氨基酸基本相同，可以看对比记忆！）
  • 两性解离性
  • 胶体性质
  • 变性与复性
    • 变性
    • 复性与不可逆变性
    • 凝固和沉淀
  • 紫外吸收
  • 呈色反应
  • 与氨基酸比较
• 五、分离和纯化（了解）
  • • 层析
      • • 阴离子交换层析
        • 凝胶过滤（分子筛）