蛋白质

蛋白质的思维导图，本整理了分子组成、蛋白质的主要功能、分子结构、蛋白质的理化性质的内容，一起来看吧！

蛋白质

• 分子组成
  • 蛋白质是生物体的重要组成成分和生命活动的基本物质基础，自然界中的氨基酸有300余种，人体含20种氨基酸，约占人体固体成分的45%，占细胞干重79%以上
  • 元素组成
    • 碳（50%~55%）、氢（6%~7%）、氧（19%~24%）、硫（0~4%）、氮（13%~19%）：特征性元素
    • 凯式定氮法：N/克*6.25*100=100g中蛋白质含量（%）
  • 基本结构单位
    • 20种氨基酸都是α-氨基酸，除甘氨酸，剩余19种为L-α-氨基酸
    • 不参与蛋白质合成的氨基酸：鸟氨酸（合成尿素），瓜氨酸和精氨酸代琥珀酸
  • R基团
    • 1、酸性氨基酸：含羧基 2、碱性氨基酸：含氨基3、芳香族氨基酸：含苯基，有紫外吸收特性）
    • 4、非极性脂肪族氨基酸：甘氨酸（H）、脯氨酸（亚胺基酸）、甲硫氨酸 （蛋氨酸）
    • 5、极性中性氨基酸：丝氨酸（CH2OH)、苏氨酸（CH(OH)CH3)、半胱氨酸（巯基SH，蛋白质中不少半胱氨酸通过二硫键合成胱氨酸）
    • 口诀：借饼干，量一壶（非脂） 家叔，半天，事故（极中）
  • 理化性质
    • 两性解离的性质
      • 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，此时的pH称等电点pI
      • pH<pI氨基酸带正电，pH=pI氨基酸呈中性溶解度最小，pH>pI氨基酸带负电
    • 紫外线吸收性质：含共轭双键的氨基酸具有紫外线吸收性质，色氨酸络氨酸的最大吸收峰在280nm波长附近
    • 氨基酸与茚三酮反应生产蓝紫色化合物
  • 氨基酸通过肽键连接形成蛋白质或肽，多肽链游离α-氨基的一端称氨基末端或N-端，游离α-羧基的一端称为羧基末端或C-端
  • 谷胱甘肽GSH（活性肽）
    • 组成：谷氨酸，半胱氨酸，甘氨酸（第一肽键是γ-肽键由谷氨酸γ-羧基与半胱氨酸的氨基组成）
    • 功能：1、GSH的巯基具有还原性2、与外源的嗜电子毒物如致癌剂或药物等结合，起解毒作用
• 蛋白质的主要功能
  • 蛋白质是生物体重要组成成分（结构蛋白）
    • 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。
    • 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。
    • 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。
  • 蛋白质具有重要的生物学功能（功能蛋白）
    • 物质运输， 催化功能 ，信息交流， 免疫功能， 氧化供能 ，维持肌体的酸碱平衡，维持正常的血浆渗透压
  • 蛋白质执行功能的主要方式
    • (一)蛋白质与小分子相互作用（酶的抑制剂）
    • (二)蛋白质与核酸相互作用（端粒酶：蛋白质+RNA）
    • (三)蛋白质的相互作用 1、主要组织相容性复合物（MHC参与分子识别，细胞免疫系统）2、抗原抗体的特异结合
  • 蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础
    • 蛋白质形成复杂的空间构象所需的信息包含在它的一级结构中，由肽链中氨基酸的排列顺序决定。
    • 一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能
    • 氨基酸序列提供重要的生物进化信息
    • 重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病（镰刀型贫血 glu→val）
    • 蛋白质的功能依赖特定空间结构
      • 血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似血红素
        • Mb与 Hb 都可与氧可逆结合
        • Mb 与氧的亲和力大于 Hb
        • Mb 的氧解离曲线是双曲线型
        • Hb的氧解离曲线是 “ S” 型
      • 血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合
        • 变构效应(allosteric effect)：当变构剂不蛋白质分子结合，使蛋白质的构象发生 一定变化，从而导致其功能的变化。蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化。
        • 协同效应(cooperativity)：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的空间结构不同，决定了其生理功能不同
    • 蛋白质构象改变可引起疾病
      • 蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。
      • 这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。
• 分子结构
  • 构象：共价键不断裂，原子旋转 构型：共价键断裂
  • 一级结构
    • 概念：从N-端至C-端的氨基酸排列顺序（N端数目=肽链数目）
    • 主要的化学键：1、肽键 2、二硫键
    • 作用：一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是蛋白质空间构象的唯一因素
  • 二级结构
    • 概念：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
    • α螺旋
      • 参与肽键形成的6个原子在同一平面上，构成了肽单元
      • 右手螺旋，氨基酸螺旋伸向外侧
      • 每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距为0.54nm
      • 每个肽键的N-H和第四个肽键的羰基氧形成氢键，氢键方向与螺旋长轴基本平行
    • β-折叠
      • 呈锯齿状折叠构象，多肽链充分伸展，每个肽单元以Cα为旋转点
      • 肽链平行排列，氢键维持结构稳定
      • 肽链走向为顺向或反向
    • β-转角和Ω-环
      • 常发生于肽链进行180°回折时的转角上
      • 由4个氨基酸残基组成，第二个残基常为脯氨酸，第一个残基的羰基氧与第四个残基的氨基氢可形成氢键
      • 转角Ⅰ和转角Ⅱ的区别：Ⅱ型β转角的第三个残基往往是甘氨酸
    • 影响因素
      • 1、侧链带电性：带同种电荷，相互排斥，脯氨酸N上无H也无法形成α螺旋
      • 2、侧链基团：如较大也会影响二级结构的形成
  • 三级结构
    • 过渡结构
      • 功能模体/结构模体：表示具有特定功能的或作为一个独立结构域一部分的相邻的二级结构的聚合体，它一般被称为功能模体（functional motif）或结构模体（structural motif），相当于超二级结构（super-secondary structure）。
      • 模体的作用：模体(motif)，有的在维持特定空间结构中起着关键作用(Structuralmotif),有的则与蛋白质的生物功能密切相关(Functional motif)。
      • 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，一般不具备生理功能（αα，βαβ，ββ，不属于二级结构也不属于三级结构）
      • 结构域：大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为结构域(domain)（位于超二级结构和三级结构之间的层次）
    • 概念：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
    • 主要化学键：疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等
    • 蛋白质有生理功能，一定有三级结构
  • 四级结构
    • 有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基 (subunit)
    • 概念：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（胰岛素不具备四级结构）
    • 主要化学键：氢键和离子键，疏水作用
    • 若亚基结构相同称为同二聚体，反之为异二聚体
    • 亚基间的聚合与疏松，聚合与解聚互为可逆，这也是调节蛋白质功能活性的一种方式
    • 注意
      • 不是所有的蛋白质都有四级结构（必须有两个及以上完整三级结构的亚基）
      • 有两条以上多肽链的蛋白质不一定有四级结构。（同理，有两个N端的蛋白质不一定有四级结构）
• 蛋白质的理化性质
  • 蛋白质具有两性电离的性质
  • 蛋白质具有胶体性质
    • 稳定的因素:1、颗粒表面电荷2、水化膜
    • 溶液中蛋白质的聚沉
  • 蛋白质的变性不复性
    • 变性的本质：破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。
    • 造成因素：加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等 。
    • 应用举例:临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌，也是有效保存蛋白质制剂 （如疫苗等）的必要条件。
    • 若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复戒部分恢复其原有的构象和功能，称为复性（renaturation）
    • 蛋白质沉淀：变性的蛋白质易亍沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性
    • 蛋白质的凝固作用：此凝块不易再溶于强酸和强碱中，凝固的蛋白质一定发生变性
    • 蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰，在280nm波长处有特征性吸收峰。
    • 应用蛋白质呈色反应可测定蛋白质溶液含量
      • 茚三酮反应
      • 双缩脲反应