蛋白质的结构与功能

生化第一章蛋白质的结构与功能笔记，包括蛋白质的分子组成、蛋白质的分子结构、蛋白质的分类、蛋白质结构与功能的关系等内容，希望对大家有所帮助~

蛋白质

• 概述
  • 蛋白质是构成生物体的重要组成物质
  • 蛋白质是生物体生命活动的执行者
    • 催化功能
    • 调节功能
    • 运输功能
    • 运动功能
    • 免疫和御防功能
    • 营养和储存功能
    • 机械支持和保护功能
    • 其它功能
• 结构
  • 元素组成
    • 碳50%~55%、氢6%~8%、氧19%~24%、氮13%~19%和硫0~4%
    • 少量磷或硒以及金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼等，个别蛋白质还含有碘
    • 每克样品中含氮克数×6.25×100=每100克样品的蛋白质含量(g/100g)
  • 基本结构单位
    • 氨基酸
      • 组成蛋白质的氨基酸均为 L-α-氨基酸(甘氨酸除外）
      • 一般结构式
  • 氨基酸的分类
    • 非极性R基氨基酸
      • 侧链含烃链,呈疏水性
    • 不带电荷的极性R基氨基酸
      • 侧链有极性、极性中性氨基酸
    • 带正电荷的R基氨基酸(碱性氨基酸）
      • 侧链含正性解离基团
    • 带负电荷的R基氨基酸(酸性氨基酸）
      • 侧链含负性解离基团
  • 特殊氨基酸
    • 硒代半胱氨酸和吡咯赖氨酸
    • 非基本氨基酸
      • 包括蛋白质分子中的氨基酸衍生物，不构成蛋白质的生物活性氨基酸
  • 氨基酸的理化性质
    • 两性解离及等电点
      • 氨基酸含有碱性的氨基和酸性的羧基,是一种两性电解质、具有两性解离的特性
      • 氨基酸的解离方式取决于其所处环境的酸碱度
      • 在某一PH值条件下,氨基酸解离成阳离子或阴离子的程度和趋势相等,净电荷数为零,成为兼性离子,它在电场中既不移向负极，也不移向正极。此时，氨基酸所处环境的PH值为该氨基酸的等电点
    • 紫外吸收性质
    • 茚三酮反应
      • 一定条件下,产生的蓝紫色化合物颜色的深浅(溶液中光的吸收度)与氨基酸浓度成正比。
  • 肽键和多肽键
    • 氨基酸的成肽反应
      • 肽腱:两分子氨基酸可由一分子中的α一氨基与另一个分子中的α-羧基脱水缩合形成的酰胺键（-CO-NH-)
      • 由20~30个以内氨基酸连成的肽可称为寡肽,更多的称为多肽
      • 多肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而使基团稍有残缺称为氨基酸残基
    • 生物活性肽
  • 蛋白质的分类
  • 蛋白质的分子结构
    • 蛋白质的一级结构(初级结构）
      • 概念:蛋白质多肽链上各种氨基酸从N端到C端的排列顺序
      • 肽键，二硫键维系一级结构
      • 一级结构是生物学活性及特异空间结构的基础
      • 蛋白质的差别是由氨基酸的组成，数目以及在蛋白质多肽链中的排列顺序决定的，氨基酸排列顺序的差别就是侧链R基团的差别
    • 蛋白质的空间结构
      • 空间结构的研究方法
        • 晶体X射线衍射法
      • 蛋白质的二级结构
        • 概念：是指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结构
        • 肽单元
          • 肽链中（-C0-NH-)的四个原子和与之相邻的两个α一碳原子位于同一刚性平面
        • 氢键维系二级结构
        • α螺旋
          • 每隔3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，每个氨基酸残基向上移动0.5nm，故螺距为0.54nm
          • 第一个肽平面羰基（-CO）上的氧与第四个肽平面亚氨基（-NH-）上的氢形成氢键，氢键方向与螺旋长轴基本平行
          • 右手螺旋，侧链R基团伸向螺旋外侧
        • β折叠
          • 侧链R基团交替分布在片层平面的两侧
          • 两条以上肽链或一条肽链内若干肽段平行排列，他们之间靠肽键羰基氧和氨基氢形成链间氢键维系，氢键方向与β折叠的长轴垂直
          • 两条肽链走向相同，由N端到C端，为顺平行折叠 两条肽链走向相反，一条N端到C端，另一条C端到N端，为反平行折叠（更稳定）
        • 蛋白质的非重复二级结构
          • 稳定，有序的区域结构
          • β转角
            • 在非重复区的某些部位，多肽链主链常常会出现180°的回折
            • 四个连续氨基酸残基组成
            • 第一个残基的羰基氧与第四个残基的亚氨基氢形成氢键
        • Ω环
          • 存在于球状蛋白质中，形似希腊字母Ω，往往位于蛋白质分子表面，以亲水残基为主，在分子h识别中有重要作用
      • 蛋白质的三级结构
        • 概念：整条肽链中所有原子在三维空间的排布
        • 特点
          • 球状蛋白质由多种类型的二级结构组成
          • 亲水R基团大部分分布在球状分子的表面，疏水R基团位于分子内部
          • 球状蛋白质具有明显的折叠层次（一级→二级→超二级→结构域→三级，亚基→四级）
          • 分子呈球状或椭球状
          • 表面常有空穴，配体结合部位（活性中心）
        • 三级结构的形成和稳定主要靠疏水键，离子键，二硫键，氢键和范德华力
        • 三级结构中多肽链的盘曲方式由氨基酸残基的种类及排列顺序决定
        • 结构模体
          • 是2个或2个以上具有二级结构的肽段在空间上相互接近而形成的一个特殊的空间结构，也称蛋白质的超二级结构
            • α螺旋组合（αα）
            • β折叠组合（βββ）
            • α螺旋-β折叠组合（α/β）
        • 结构域
          • 在二级或超二级结构基础上形成的特定区域称为结构域—可各行其功能
          • 结构层次介于超二级结构和三级结构之间
          • 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
          • 结构域与分子整体以共价键相连
      • 蛋白质的四级结构
        • 概念
          • 蛋白质每条肽链形成相对独立的三级结构被称为一个亚基，由亚基构成的蛋白质称为寡聚蛋白质。寡聚蛋白质中亚基的立体排布，亚基之间的相互关系被称为蛋白质的四级结构
• 功能
  • 蛋白质一级结构与功能的关系
    • 蛋白质的一级结构是空间结构的基础
      • 牛胰核糖核酸酶A
    • 蛋白质一级结构的种属差异
    • 蛋白质的一级结构与分子病
      • 镰刀型细胞贫血症
      • 正常蛋白质的分子结构改变引起的疾病为分子病
  • 蛋白质的空间结构与功能的关系
    • 蛋白质功能依赖于特定的空间结构
    • 协同效应
      • 一个亚基与其配位体结合后影响寡聚体中另外一个亚基与配体的结合能力，有促进作用的称为正协同效应，反之为负协同效应
    • 别构效应
      • 一个配体与特定部位的结合会使蛋白质分子发生构想改变，进而影响蛋白质分子的功能
  • 蛋白质的两性解离性质
    • 两性解离与等电点
    • 等电点沉淀法分离提取蛋白
      • 利用蛋白质在其等电点附近溶解度最小，容易沉淀析出的特性以及各种蛋白质等电点的差异
    • 蛋白质的电泳分离和分子量测定
      • 带电颗粒在电场中泳动的现象称为电泳
      • 带电颗粒的电泳速度取决于所带电荷的性质，数目，颗粒大小和形状等
    • 蛋白质的离子交换层折
      • 利用蛋白质两性解离和等电点的特性
  • 蛋白质的高分子性质
    • 蛋白质亲水胶体稳定因素
      • 蛋白质分子表面多为亲水基团，具有亲水胶体的特性。分子表面有多层水分子包围，形成水化膜
      • 蛋白质胶粒可因本身的解离而带有电荷
    • 透析与超滤法分离提纯蛋白
      • 利用蛋白质的高分子性质分离蛋白质与小分子物质，也可将大小不同的蛋白质分离
      • 把含有小分子杂质的蛋白质溶液放于透析袋内，将透析袋放在流动的水或缓冲液中，小分子杂质析出，蛋白质留在袋内，蛋白质得以纯化，称为透析法
      • 超滤法利用一种压力活性膜，在外界推动力（压力）作用下载留水中分子量相对较高的大分子蛋白质，而小分子物质颗粒和溶剂透过膜的分离过程。
    • 蛋白质的沉降与超速离心分离
      • 利用扩散慢，易沉降性质用于蛋白质的超速离心分离
    • 凝胶过滤法分离纯化蛋白质
      • 又称分子筛层析，依据蛋白质分子量大小进行分离
  • 蛋白质的沉淀
    • 蛋白质从溶液中析出的现象称为沉淀
    • 盐析
      • 加入大量中性盐，破坏水化膜，中和电荷
    • 重金属盐沉淀蛋白质
      • 重金属离子可与呈负电状态的蛋白质结合
    • 生物碱体剂与某些酸沉淀蛋白质
      • 能沉淀各类生物碱的化学试剂称为生物碱试剂
      • 可与呈正点状态的蛋白质结合成不溶性的盐
        • 沉淀条件：PH小于蛋白质的PI
    • 有机溶剂沉淀蛋白质
      • 破坏蛋白质胶体颗粒的水化膜
        • 有机溶剂：0～4°C，溶剂体积10倍于蛋白质溶液体积
  • 蛋白质的变性、絮凝及凝固
    • 在某些物理或化学因素作用下，蛋白质的空间结构破坏（不包括一级结构的变化），导致蛋白质若干理化性质的改变，生物活性的丧失，这种现象称为蛋白质的变性作用
    • 变性因素：高温，高压，紫外线，X线，超声波等物理因素；强酸，强碱，重金属盐，有机溶剂等化学因素
    • 絮凝作用：将强酸或强碱溶液pH调至等电点，变性蛋白质立即结成絮状不溶解物。这些絮状物仍能再溶于强酸或强碱中
    • 凝固作用：加热絮凝作用产生的絮状物，絮状物变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸或强碱中
    • 实际意义
      • 低温保持生物活性蛋白质，避免变性失活
      • 利用变性因素消毒灭菌
  • 蛋白质的呈色化应
    • 双缩脲反应

蛋白质

• 概述
  • 蛋白质是构成生物体的重要组成物质
  • 蛋白质是生物体生命活动的执行者
    • 催化功能
    • 调节功能
    • 运输功能
    • 运动功能
    • 免疫和御防功能
    • 营养和储存功能
    • 机械支持和保护功能
    • 其它功能
• 结构
  • 元素组成
    • 碳50%~55%、氢6%~8%、氧19%~24%、氮13%~19%和硫0~4%
    • 少量磷或硒以及金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼等，个别蛋白质还含有碘
    • 每克样品中含氮克数×6.25×100=每100克样品的蛋白质含量(g/100g)
  • 基本结构单位
    • 氨基酸
      • 组成蛋白质的氨基酸均为 L-α-氨基酸(甘氨酸除外）
      • 一般结构式
  • 氨基酸的分类
    • 非极性R基氨基酸
      • 侧链含烃链,呈疏水性
    • 不带电荷的极性R基氨基酸
      • 侧链有极性、极性中性氨基酸
    • 带正电荷的R基氨基酸(碱性氨基酸）
      • 侧链含正性解离基团
    • 带负电荷的R基氨基酸(酸性氨基酸）
      • 侧链含负性解离基团
  • 特殊氨基酸
    • 硒代半胱氨酸和吡咯赖氨酸
    • 非基本氨基酸
      • 包括蛋白质分子中的氨基酸衍生物，不构成蛋白质的生物活性氨基酸
  • 氨基酸的理化性质
    • 两性解离及等电点
      • 氨基酸含有碱性的氨基和酸性的羧基,是一种两性电解质、具有两性解离的特性
      • 氨基酸的解离方式取决于其所处环境的酸碱度
      • 在某一PH值条件下,氨基酸解离成阳离子或阴离子的程度和趋势相等,净电荷数为零,成为兼性离子,它在电场中既不移向负极，也不移向正极。此时，氨基酸所处环境的PH值为该氨基酸的等电点
    • 紫外吸收性质
    • 茚三酮反应
      • 一定条件下,产生的蓝紫色化合物颜色的深浅(溶液中光的吸收度)与氨基酸浓度成正比。
  • 肽键和多肽键
    • 氨基酸的成肽反应
      • 肽腱:两分子氨基酸可由一分子中的α一氨基与另一个分子中的α-羧基脱水缩合形成的酰胺键（-CO-NH-)
      • 由20~30个以内氨基酸连成的肽可称为寡肽,更多的称为多肽
      • 多肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而使基团稍有残缺称为氨基酸残基
    • 生物活性肽
  • 蛋白质的分类
  • 蛋白质的分子结构
    • 蛋白质的一级结构(初级结构）
      • 概念:蛋白质多肽链上各种氨基酸从N端到C端的排列顺序
      • 肽键，二硫键维系一级结构
      • 一级结构是生物学活性及特异空间结构的基础
      • 蛋白质的差别是由氨基酸的组成，数目以及在蛋白质多肽链中的排列顺序决定的，氨基酸排列顺序的差别就是侧链R基团的差别
    • 蛋白质的空间结构
      • 空间结构的研究方法
        • 晶体X射线衍射法
      • 蛋白质的二级结构
        • 概念：是指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结构
        • 肽单元
          • 肽链中（-C0-NH-)的四个原子和与之相邻的两个α一碳原子位于同一刚性平面
        • 氢键维系二级结构
        • α螺旋
          • 每隔3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，每个氨基酸残基向上移动0.5nm，故螺距为0.54nm
          • 第一个肽平面羰基（-CO）上的氧与第四个肽平面亚氨基（-NH-）上的氢形成氢键，氢键方向与螺旋长轴基本平行
          • 右手螺旋，侧链R基团伸向螺旋外侧
        • β折叠
          • 侧链R基团交替分布在片层平面的两侧
          • 两条以上肽链或一条肽链内若干肽段平行排列，他们之间靠肽键羰基氧和氨基氢形成链间氢键维系，氢键方向与β折叠的长轴垂直
          • 两条肽链走向相同，由N端到C端，为顺平行折叠 两条肽链走向相反，一条N端到C端，另一条C端到N端，为反平行折叠（更稳定）
        • 蛋白质的非重复二级结构
          • 稳定，有序的区域结构
          • β转角
            • 在非重复区的某些部位，多肽链主链常常会出现180°的回折
            • 四个连续氨基酸残基组成
            • 第一个残基的羰基氧与第四个残基的亚氨基氢形成氢键
        • Ω环
          • 存在于球状蛋白质中，形似希腊字母Ω，往往位于蛋白质分子表面，以亲水残基为主，在分子h识别中有重要作用
      • 蛋白质的三级结构
        • 概念：整条肽链中所有原子在三维空间的排布
        • 特点
          • 球状蛋白质由多种类型的二级结构组成
          • 亲水R基团大部分分布在球状分子的表面，疏水R基团位于分子内部
          • 球状蛋白质具有明显的折叠层次（一级→二级→超二级→结构域→三级，亚基→四级）
          • 分子呈球状或椭球状
          • 表面常有空穴，配体结合部位（活性中心）
        • 三级结构的形成和稳定主要靠疏水键，离子键，二硫键，氢键和范德华力
        • 三级结构中多肽链的盘曲方式由氨基酸残基的种类及排列顺序决定
        • 结构模体
          • 是2个或2个以上具有二级结构的肽段在空间上相互接近而形成的一个特殊的空间结构，也称蛋白质的超二级结构
            • α螺旋组合（αα）
            • β折叠组合（βββ）
            • α螺旋-β折叠组合（α/β）
        • 结构域
          • 在二级或超二级结构基础上形成的特定区域称为结构域—可各行其功能
          • 结构层次介于超二级结构和三级结构之间
          • 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
          • 结构域与分子整体以共价键相连
      • 蛋白质的四级结构
        • 概念
          • 蛋白质每条肽链形成相对独立的三级结构被称为一个亚基，由亚基构成的蛋白质称为寡聚蛋白质。寡聚蛋白质中亚基的立体排布，亚基之间的相互关系被称为蛋白质的四级结构
• 功能
  • 蛋白质一级结构与功能的关系
    • 蛋白质的一级结构是空间结构的基础
      • 牛胰核糖核酸酶A
    • 蛋白质一级结构的种属差异
    • 蛋白质的一级结构与分子病
      • 镰刀型细胞贫血症
      • 正常蛋白质的分子结构改变引起的疾病为分子病
  • 蛋白质的空间结构与功能的关系
    • 蛋白质功能依赖于特定的空间结构
    • 协同效应
      • 一个亚基与其配位体结合后影响寡聚体中另外一个亚基与配体的结合能力，有促进作用的称为正协同效应，反之为负协同效应
    • 别构效应
      • 一个配体与特定部位的结合会使蛋白质分子发生构想改变，进而影响蛋白质分子的功能
  • 蛋白质的两性解离性质
    • 两性解离与等电点
    • 等电点沉淀法分离提取蛋白
      • 利用蛋白质在其等电点附近溶解度最小，容易沉淀析出的特性以及各种蛋白质等电点的差异
    • 蛋白质的电泳分离和分子量测定
      • 带电颗粒在电场中泳动的现象称为电泳
      • 带电颗粒的电泳速度取决于所带电荷的性质，数目，颗粒大小和形状等
    • 蛋白质的离子交换层折
      • 利用蛋白质两性解离和等电点的特性
  • 蛋白质的高分子性质
    • 蛋白质亲水胶体稳定因素
      • 蛋白质分子表面多为亲水基团，具有亲水胶体的特性。分子表面有多层水分子包围，形成水化膜
      • 蛋白质胶粒可因本身的解离而带有电荷
    • 透析与超滤法分离提纯蛋白
      • 利用蛋白质的高分子性质分离蛋白质与小分子物质，也可将大小不同的蛋白质分离
      • 把含有小分子杂质的蛋白质溶液放于透析袋内，将透析袋放在流动的水或缓冲液中，小分子杂质析出，蛋白质留在袋内，蛋白质得以纯化，称为透析法
      • 超滤法利用一种压力活性膜，在外界推动力（压力）作用下载留水中分子量相对较高的大分子蛋白质，而小分子物质颗粒和溶剂透过膜的分离过程。
    • 蛋白质的沉降与超速离心分离
      • 利用扩散慢，易沉降性质用于蛋白质的超速离心分离
    • 凝胶过滤法分离纯化蛋白质
      • 又称分子筛层析，依据蛋白质分子量大小进行分离
  • 蛋白质的沉淀
    • 蛋白质从溶液中析出的现象称为沉淀
    • 盐析
      • 加入大量中性盐，破坏水化膜，中和电荷
    • 重金属盐沉淀蛋白质
      • 重金属离子可与呈负电状态的蛋白质结合
    • 生物碱体剂与某些酸沉淀蛋白质
      • 能沉淀各类生物碱的化学试剂称为生物碱试剂
      • 可与呈正点状态的蛋白质结合成不溶性的盐
        • 沉淀条件：PH小于蛋白质的PI
    • 有机溶剂沉淀蛋白质
      • 破坏蛋白质胶体颗粒的水化膜
        • 有机溶剂：0～4°C，溶剂体积10倍于蛋白质溶液体积
  • 蛋白质的变性、絮凝及凝固
    • 在某些物理或化学因素作用下，蛋白质的空间结构破坏（不包括一级结构的变化），导致蛋白质若干理化性质的改变，生物活性的丧失，这种现象称为蛋白质的变性作用
    • 变性因素：高温，高压，紫外线，X线，超声波等物理因素；强酸，强碱，重金属盐，有机溶剂等化学因素
    • 絮凝作用：将强酸或强碱溶液pH调至等电点，变性蛋白质立即结成絮状不溶解物。这些絮状物仍能再溶于强酸或强碱中
    • 凝固作用：加热絮凝作用产生的絮状物，絮状物变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸或强碱中
    • 实际意义
      • 低温保持生物活性蛋白质，避免变性失活
      • 利用变性因素消毒灭菌
  • 蛋白质的呈色化应
    • 双缩脲反应