生化蛋白质的结构与功能

蛋白质在细胞干重占70%以上。元素组成：碳 氢 氧 氮 硫 少数含有少量磷和金属元素铁铜锌锰钴钼各种蛋白质的含氮量很接近，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

第一章蛋白质的结构与功能

• 蛋白质（protein）是由许多氨基酸（amino acids）通过肽键（peptide bond）相连形成的高分子含氮化合物。
• 第一节蛋白质的分子组成
  • 蛋白质在细胞干重占70%以上。 元素组成：碳 氢 氧 氮 硫 少数含有少量磷和金属元素铁铜锌锰钴钼 各种蛋白质的含氮量很接近，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
  • L-a-氨基酸是蛋白质的基本结构单位
    • 组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属 L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。 不参与蛋白质合成但具有重要生理作用的L-α-氨基酸：合成尿素的鸟氨酸，瓜氨酸，精氨酸代琥珀酸
  • 氨基酸可根据侧链结构和理化性质进行分类
    • 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
    • 几种特殊氨基酸：脯氨酸（亚氨基酸） 两个半胱氨酸形成二硫键成为胱氨酸
  • 氨基酸具有共同或特异的理化性质
    • 氨基酸具有两性解离的性质
      • 氨基酸等电点pI ：在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。
    • 含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质
      • 色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在 280 nm 附近。
    • 氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物
      • 芳香族氨基酸
  • 氨基酸通过肽键连接而形成蛋白质或肽
    • N 末端：多肽链中有游离α-氨基的一端。 C 末端：多肽链中有游离α-羧基的一端。
    • 由2-20个氨基酸相连而成的肽称为寡肽
    • 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基
    • 肽键：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。
  • 生物活性肽具有生理活性及多样性
    • 谷胱甘肽：由谷氨酸，半胱氨酸，甘氨酸组成的三肽
• 第二节蛋白质的分子结构
  • 氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构
    • 蛋白质的一级结构：指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序 主要化学键是：肽键，二硫键
  • 多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构
    • 蛋白质的二级结构：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 。 主要化学键：氢键
    • a-螺旋 β-折叠 β-转角 无规卷曲
    • 肽单元：参与肽键的6个原子Ca1、C、O、N、H、Ca2位于同一平面，Ca1和Ca2在平面上所处的位置为反式构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 。
    • 氨基酸残基的侧链影响二级结构的形成
  • 肽链进一步折叠成蛋白质三级结构
    • 蛋白质的三级结构：指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。 主要化学键：疏水键、离子键、氢键和范德华力等。
    • 超二级结构：在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个有规则的二级结构组合，被称为超二级结构
    • 模体（超二级结构）：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，称为模体
    • 分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密且稳定的区域，并各行其功能，称为结构域
  • 蛋白质的多肽链须折叠成正确的空间构象
    • 蛋白质的四级结构：有两条及以上具有二级结构的肽链，且具有三级结构，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 主要化学键是：氢键和离子键
    • 蛋白质家族 : 氨基酸序列相似而且空间结构与功能也十分相近的蛋白质。 同源蛋白质：属于同一蛋白质家族的成员 蛋白质超家族 : 2个或2个以上的蛋白质家族之间，其氨基酸序列的相似性并不高，但含有发挥相似作用的同一模体结构。
• 第三节蛋白质的结构与功能的关系
  • 重要的蛋白质的氨基酸序列改变可以引起疾病
    • 镰状细胞贫血
  • 蛋白质构象改变疾病
    • 纹状体脊髓变性病，阿尔兹海默症，亨廷顿病，疯牛病
  • 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。
  • 蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为别构效应。
• 第四节蛋白质的理化性质
  • 蛋白质具有两性电离的性质
    • 蛋白质的等电点：当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。
  • 蛋白质胶体稳定的因素:颗粒表面电荷，水化膜
  • 蛋白质的变性：在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。
  • 若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性