临床执医-生物化学与分子生物学-001蛋白质的结构与功能

生物化学与分子生物学，整理了氨基酸与多肽、蛋白质的结构、蛋白质结构与功能的关系、蛋白质的理化性质的内容，一起来看吧！

一、蛋白质的结构与功能

• 《生物化学》- 1.氨基酸与多肽
  • 概述
    • 存在自然界中的氨基酸有300余种，但被生物体直接用于合成蛋白质的氨基酸仅有20种，且除甘氨酸外，均属 L-α-氨基酸。
    • 其中动物自身不能合成，必须从食物中获得的氨基酸为必需氨基酸，缺乏会导致营养不良。
    • 人体有9种，包括：甲硫、色、缬、异亮、亮、苯丙、苏、赖、组。
      • “假设携一两本书来”+ 组。
    • 一、氨基酸的结构和分类
      • (一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸
      • (二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸
      • (三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸
      • (四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸
      • (五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸
  • 二、肽键与肽链
    • 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。
      • 氨基酸通过肽键连接而形成肽， 两分 子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽。
    • 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。
    • 由2-20个氨基酸相连而成的肽称为寡肽；50个氨基酸残基以下，20个氨基酸残基以上则称为多肽；蛋白质的氨基酸残基数通常在50个以上。
    • 多肽链有两端：
      • N末端(肽链的头)：多肽链中有游离α-氨基的一端。
      • C末端(肽链的尾)：多肽链中有游离α-羧基的一端。
• 《生物化学》- 2.蛋白质的结构
  • 一、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。
    • 1.主要的化学键：
      • 肽键，有些还包括二硫键。
    • 2.一级结构的重要意义
      • ①氨基酸百分组成、排列顺序不同而组成多种多样的蛋白质，并具有不同的生物学功能；
      • ②许多先天性疾病是由于某一重要蛋白一级结构改变而引起；
      • ③蛋白质一级结构中氨基酸排列顺序是由遗传密码所决定，氨基酸排列顺序的改变可能是碱基顺序改变所致；
      • ④一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。
  • 二、蛋白质二级结构
    • (一)定义
      • 蛋白质的二级结构即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，不涉及氨基酸残基侧链的构象 。
      • 所谓肽链主链骨架原子即氨基氮、α-碳原子和羰基氧3个原子。其主要的化学键是氢键，基本单位为肽单元。
    • (二)形式
      • 1.a-螺旋
        • ①外观：右手螺旋；②螺距：3.6个氨基酸、0.54nm；③R基团位于螺旋外侧，可影响a-螺旋的形成。
      • 2.β-折叠
        • ①肽段折纸状、锯齿状，相对伸展；②几个肽段顺向平行或反向平行；③R基团的位置：锯齿的上下方。
      • α-螺旋和β-折叠结构比较
    • (三)肽单元
      • 参与肽键的6个原子Ca1、C、O、N、H、Ca2位于同一平面，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元。
    • (四)氨基酸侧链基团R对二级结构的影响
      • 1.R基团的电荷：
        • 酸性或碱性R基团集中的区域，发生同种电荷的相互排斥。
      • 2.R基团的大小：
        • 较大的R侧链集中，不利于α-螺旋形成(空间位阻效应)。
      • 3.R基团的形状：
        • 脯氨酸，不利于α-螺旋形成。
    • (五)超二级结构与模体
      • 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。
      • 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，模体是具有特殊功能的超二级结构。
  • 三、多肽链进一步折叠成蛋白质三级结构
    • (一)三级结构的定义与主要化学键
      • 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，为蛋白质的 三级结构。
      • 主要的化学键包括： 疏水键(最重要)、离子键、氢键和范德华力等。
    • (二)结构域
      • 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。
      • 用限制性蛋白酶水解含多个结构域的蛋白质，常分解出独立的结构域，而各结构域的构象可以基本不改变，并保持其功能。
      • 超二级结构则不具备这种特点。
      • 因此，结构域也可看作是蛋白质的独立折叠单位，有较为独立的三维空间结构。
  • 四、蛋白质的四级结构
    • 许多功能性蛋白质分子含有2条或2条以上多肽链。
    • 每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基。
    • 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。
    • 亚基之间的结合主要是离子键(也称盐键)和氢键。
    • 由2个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分子结构相同，称之为同二聚体，若亚基分子结构不同，则称之为异二聚体。
    • 由两个或两个以上的亚基组成的蛋白质可称为寡聚体蛋白质，也称多聚体蛋白质。
    • 寡聚体含亚基较少，多聚体含亚基较多。
• 《生物化学》- 3. 蛋白质结构与功能的关系
  • 一、蛋白质的生物学重要性
    • (一)蛋白质是生物体的重要组成成分
      • 1.分布广：所有器官、组织都含有蛋白质，细胞的各个部分都含有蛋白质。
      • 2.含量高：
        • 蛋白质是生物体中含量最丰富的生物大分子，约占人体固体成分的45%，而在细胞中可达细胞干重的70%以上。
        • 某些组织含量更高，脾、肺及横纹肌等高达80％。
      • 3.更新快：组织细胞每天都在不断地更新。因此，人体必须每天摄入一定量的蛋白质，作为构成和补充组织细胞的原料。
    • (二)蛋白质具有重要的生物学功能
      • 物质运输、催化功能、信息交流、免疫功能、氧化供能、维持机体酸碱平衡、维持正常血浆渗透压。
  • 二、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础
    • 一级结构是空间构象的基础，其一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能也相似。
    • 氨基酸序列提供重要的生物进化信息，如一些广泛存在于生物界的蛋白质，比较它们的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。
  • 三、蛋白质的功能依赖特定空间结构
    • 1.变构效应/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。
    • 2.蛋白质构象改变可引起疾病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。
      • 朊病毒
• 《生物化学》- 4.蛋白质的理化性质
  • 一、蛋白质的等电点
    • 蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下也可解离成带负电荷或正电荷的基团。
    • 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。
    • 体内各蛋白质的等电点大多数接近于PH5.0，所以在人体体液PH7.4的环境下，大多数蛋白质带负电荷。
  • 二、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，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。
    • 1.本质：破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。
    • 2.特征：生物活性丧失；溶解度降低，易沉淀；黏度增加；易被蛋白酶分解。
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    • 3.造成变性的因素：如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子等。
  • 三、蛋白质的沉淀
    • 1.沉淀：蛋白质分子相互聚集而从溶液中析出的现象称为沉淀。
    • 2.沉淀原理：在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会互相缠绕继而聚集，从溶液中析出。
• 临床执医 生物化学与分子生物学 001 蛋白质的结构与功能