第一章蛋白质的结构与功能

第一章蛋白质的结构与功能的思维导图，包含了第一节蛋白质的结构与功能、第二节蛋白质的分子结构、第三节蛋白质结构和功能的关系等内容。

第一章 蛋白质的结构与功能

• 第一节 蛋白质的结构与功能
  • pr主要组成元素：CHONS·
  • pr的特征元素：N（pr中平均约16%）
    • 100g样品中pr的含量（g%）=每克样品含氮克数x6.25x100
  • 一、L-α氨基酸是pr的基本结构单位
    • 自然界：300余种aa 构成人体：仅有20种（均为L-α氨基酸，甘氨酸除外）
    • 基本结构式
  • 二、氨基酸可根据其侧链结构和理化性质进行分类（结构p9）注：碱性aa只看等电点，aa呈碱性要环境ph和等电点比较
    • 非极性氨基酸-甘氨酸，丙氨酸，缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，脯氨酸（亚氨基酸），甲硫氨酸
    • 极性中性氨基酸-丝氨酸，半胱氨酸，天冬酰胺，谷氨酰胺，苏氨酸
    • 含芳香环的氨基酸-苯丙氨酸，酪氨酸，色氨酸
    • 酸性氨基酸-天冬氨酸，谷氨酸
    • 碱性氨基酸-精氨酸，赖氨酸，组氨酸
  • 三、氨基酸具有共同或特异的理化性质
    • 1.氨基酸具有两性解离的性质 pI=1/2（pK1+pK2）
    • 2.含共轭双键的氨基酸具有紫外线吸收性质-色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰值在280mm附近（有芳香环）
    • 3.氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物-氨基酸与茚三酮水合物供热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处
  • 四、氨基酸通过肽键连接而形成pr和活性肽
    • 寡肽：十肽以内
    • 因脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基
    • 体内存在多种重要的生物活性肽
      • 1.谷胱甘肽
        • 对抗氧化剂
        • 保护巯基蛋白巯基酶
        • 维持红cell膜结构稳定
        • 解毒作用
      • 2.多肽类激素及神经肽
• 第二节 蛋白质的分子结构
  • 一级结构（氨基酸的排列顺序）
    • pr空间构像和特异生物学功能的基础，但不是决定pr空间构象的唯一因素
    • 主要化学键：肽键
      • 可能含有：二硫键
  • 高级结构（空间构像）
    • 二级结构（多肽链的局部有规则重复的主链构像）
      • 1.为一段肽链，而非全部肽链盘绕折叠而成 2.主链骨架原子形成的空间结构，不涉及残基侧链
      • 主链原子顺序：N，Cα，Co（羰基碳）
      • 主要化学键：氢键
      • 参与肽键形成的6个原子构成一个肽单元
      • 结构分类
        • α-螺旋
          • 右手螺旋；螺旋上升，一圈3.6aa，螺距0.54nm；氢键为主要稳定建
          • 稳定影响因素：侧链不宜过大；要能形成氢键（脯氨酸不适合）；侧链带电性质
        • β-折叠
          • 锯齿状；氢键为主要稳定键：两端肽链可平行也可反平行；
        • β-转角
          • 第一个残基的羰基氧和第四个残基的氨基氰可形成氢键
        • 无规卷曲
          • 没有确定规律性的部分肽链结构
        • Ω环
          • 球状蛋白上由多肽链主链形成的形状类似Ω的结构
    • 三级结构（肽链中所有原子在三维空间的排布位置）
      • 化学键：疏水键，离子键（盐键），氢键，范德华力等
      • 典型eg：肌红蛋白
      • 结构域（三级结构特有）：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
    • 四级结构（含两条或两条以上堕胎俩吧的pr）
      • 亚基:每一条多肽链都有完整的三级结构
        • 亚基间的结合主要是氢键和离子键
        • 四级结构中：具有2个相同亚基为同二聚体；不同亚基为异二聚体
      • 注：只有四级结构中的三级结构才称亚基
      • 主要化学键：疏水键
  • 超二级结构
    • 有规则的二级结构组合（3种）：αα（αα模体在α和α间形成疏水键，与DNA合成有关），βαβ，ββ
    • 模体：具有特殊功能的超二级结构
      • eg（最常见的模体）：钙结合蛋白种结合钙离子的模体，锌指结构
• 第三节 蛋白质结构和功能的关系
  • pr主要功能：构成细胞和生物结构 物质运输 催化功能 信息交流 免疫功能 氧化供能 维持机体的酸碱平衡 维持正常的血浆渗透压
  • 蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础
    • （一）一级结构是空间构像的基础
      • 核糖核酸酶A被尿素(或盐酸胍）和β-巯基乙醇处理后，次级键和二硫键被破坏，肽键不受影响，透析去除两种试剂，酶活性恢复如初
        • 一级结构决定二、三级结构
    • （二）一级结构相似的pr具有相似的高级结构与功能
      • pr一级结构的比较，常被用于pr间结构与功能的相似性
    • （三）aa序列提供重要的生物进化信息
      • eg：物种亲缘关系越近，细胞色素c的一级结构越相似
    • （四）重要pr的aa序列改变可引起疾病
      • eg镰刀型红细胞贫血，谷氨酸被缬氨酸替代
        • 这种由pr分子变异所导致的疾病，称为“分子病” 病因：基因突变
  • pr的功能以来特定空间结构
    • 别构效应：pr空间结构的改变伴随其功能的变化
    • 协同效应：一个寡聚体pr的一个亚基与其配体结合后，能影响其寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的的现象
      • 正协同效应：促进作用
        • eg：血红蛋白（Hb）氧结合，S型曲线
      • 负协同效应：抑制作用
    • pr构像改变可引起疾病
      • pr错误折叠——形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病
        • eg：人纹状体脊髓变性病、阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈病、疯牛病（朊病毒蛋白）等
• 第四节 蛋白质的理化性质
  • 一、pr具有两性电离性质
    • pr在电场中移动的方向取决于净电荷
    • 体内各种pr的等电点不同，但大多数接近于ph5.0
    • aqPH大于等电点，该pr带负电荷，反之则带正电荷
  • 二、pr具有胶体性质
    • 作为生物大分子，分子量（1万-100万），分子直径（1-100nm），胶粒范围之内
    • pr稳定的因素：颗粒表面电荷（带电层），水化膜
  • 三、pr空间结构破坏而引起变性
    • 变性本质：破坏非共价键和二硫键，不改变pr的一级结构
    • 造成变性的因素
      • 物理：加压、加热、紫外线照射、超声波的作用等
      • 化学：强酸、强碱、重金属盐、生物碱试剂等
    • 临床用途：消毒，灭菌；有效保存pr试剂（如疫苗等）
    • 复性：若pr变性程度较轻，去除变性因素后，pr仍可恢复或部分恢复期原有的构像和功能
    • 盐析、重金属盐，生物碱以及某些酸类等可使pr沉淀
    • pr凝固（不可逆）：pr变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，该凝块不易再溶于强酸和强碱中
  • 四、pr在紫外光谱区有特征性光吸收
    • pr中含有共轭双键的酪氨酸，色氨酸，在280nm波长处有特征性吸收峰。pr的A280与其浓度成正比关系，可进行pr定量测定
  • 五、应用pr呈色反应可测定aq中pr含量
    • 茚三酮反应（产生蓝色化合物）
    • 双缩脲反应：pr和多肽分子中泰键在稀碱aq中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，可用于检测pr水解程度

第一章 蛋白质的结构与功能

• 第一节 蛋白质的结构与功能
  • pr主要组成元素：CHONS·
  • pr的特征元素：N（pr中平均约16%）
    • 100g样品中pr的含量（g%）=每克样品含氮克数x6.25x100
  • 一、L-α氨基酸是pr的基本结构单位
    • 自然界：300余种aa 构成人体：仅有20种（均为L-α氨基酸，甘氨酸除外）
    • 基本结构式
  • 二、氨基酸可根据其侧链结构和理化性质进行分类（结构p9）注：碱性aa只看等电点，aa呈碱性要环境ph和等电点比较
    • 非极性氨基酸-甘氨酸，丙氨酸，缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，脯氨酸（亚氨基酸），甲硫氨酸
    • 极性中性氨基酸-丝氨酸，半胱氨酸，天冬酰胺，谷氨酰胺，苏氨酸
    • 含芳香环的氨基酸-苯丙氨酸，酪氨酸，色氨酸
    • 酸性氨基酸-天冬氨酸，谷氨酸
    • 碱性氨基酸-精氨酸，赖氨酸，组氨酸
  • 三、氨基酸具有共同或特异的理化性质
    • 1.氨基酸具有两性解离的性质 pI=1/2（pK1+pK2）
    • 2.含共轭双键的氨基酸具有紫外线吸收性质-色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰值在280mm附近（有芳香环）
    • 3.氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物-氨基酸与茚三酮水合物供热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处
  • 四、氨基酸通过肽键连接而形成pr和活性肽
    • 寡肽：十肽以内
    • 因脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基
    • 体内存在多种重要的生物活性肽
      • 1.谷胱甘肽
        • 对抗氧化剂
        • 保护巯基蛋白巯基酶
        • 维持红cell膜结构稳定
        • 解毒作用
      • 2.多肽类激素及神经肽
• 第二节 蛋白质的分子结构
  • 一级结构（氨基酸的排列顺序）
    • pr空间构像和特异生物学功能的基础，但不是决定pr空间构象的唯一因素
    • 主要化学键：肽键
      • 可能含有：二硫键
  • 高级结构（空间构像）
    • 二级结构（多肽链的局部有规则重复的主链构像）
      • 1.为一段肽链，而非全部肽链盘绕折叠而成 2.主链骨架原子形成的空间结构，不涉及残基侧链
      • 主链原子顺序：N，Cα，Co（羰基碳）
      • 主要化学键：氢键
      • 参与肽键形成的6个原子构成一个肽单元
      • 结构分类
        • α-螺旋
          • 右手螺旋；螺旋上升，一圈3.6aa，螺距0.54nm；氢键为主要稳定建
          • 稳定影响因素：侧链不宜过大；要能形成氢键（脯氨酸不适合）；侧链带电性质
        • β-折叠
          • 锯齿状；氢键为主要稳定键：两端肽链可平行也可反平行；
        • β-转角
          • 第一个残基的羰基氧和第四个残基的氨基氰可形成氢键
        • 无规卷曲
          • 没有确定规律性的部分肽链结构
        • Ω环
          • 球状蛋白上由多肽链主链形成的形状类似Ω的结构
    • 三级结构（肽链中所有原子在三维空间的排布位置）
      • 化学键：疏水键，离子键（盐键），氢键，范德华力等
      • 典型eg：肌红蛋白
      • 结构域（三级结构特有）：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
    • 四级结构（含两条或两条以上堕胎俩吧的pr）
      • 亚基:每一条多肽链都有完整的三级结构
        • 亚基间的结合主要是氢键和离子键
        • 四级结构中：具有2个相同亚基为同二聚体；不同亚基为异二聚体
      • 注：只有四级结构中的三级结构才称亚基
      • 主要化学键：疏水键
  • 超二级结构
    • 有规则的二级结构组合（3种）：αα（αα模体在α和α间形成疏水键，与DNA合成有关），βαβ，ββ
    • 模体：具有特殊功能的超二级结构
      • eg（最常见的模体）：钙结合蛋白种结合钙离子的模体，锌指结构
• 第三节 蛋白质结构和功能的关系
  • pr主要功能：构成细胞和生物结构 物质运输 催化功能 信息交流 免疫功能 氧化供能 维持机体的酸碱平衡 维持正常的血浆渗透压
  • 蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础
    • （一）一级结构是空间构像的基础
      • 核糖核酸酶A被尿素(或盐酸胍）和β-巯基乙醇处理后，次级键和二硫键被破坏，肽键不受影响，透析去除两种试剂，酶活性恢复如初
        • 一级结构决定二、三级结构
    • （二）一级结构相似的pr具有相似的高级结构与功能
      • pr一级结构的比较，常被用于pr间结构与功能的相似性
    • （三）aa序列提供重要的生物进化信息
      • eg：物种亲缘关系越近，细胞色素c的一级结构越相似
    • （四）重要pr的aa序列改变可引起疾病
      • eg镰刀型红细胞贫血，谷氨酸被缬氨酸替代
        • 这种由pr分子变异所导致的疾病，称为“分子病” 病因：基因突变
  • pr的功能以来特定空间结构
    • 别构效应：pr空间结构的改变伴随其功能的变化
    • 协同效应：一个寡聚体pr的一个亚基与其配体结合后，能影响其寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的的现象
      • 正协同效应：促进作用
        • eg：血红蛋白（Hb）氧结合，S型曲线
      • 负协同效应：抑制作用
    • pr构像改变可引起疾病
      • pr错误折叠——形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病
        • eg：人纹状体脊髓变性病、阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈病、疯牛病（朊病毒蛋白）等
• 第四节 蛋白质的理化性质
  • 一、pr具有两性电离性质
    • pr在电场中移动的方向取决于净电荷
    • 体内各种pr的等电点不同，但大多数接近于ph5.0
    • aqPH大于等电点，该pr带负电荷，反之则带正电荷
  • 二、pr具有胶体性质
    • 作为生物大分子，分子量（1万-100万），分子直径（1-100nm），胶粒范围之内
    • pr稳定的因素：颗粒表面电荷（带电层），水化膜
  • 三、pr空间结构破坏而引起变性
    • 变性本质：破坏非共价键和二硫键，不改变pr的一级结构
    • 造成变性的因素
      • 物理：加压、加热、紫外线照射、超声波的作用等
      • 化学：强酸、强碱、重金属盐、生物碱试剂等
    • 临床用途：消毒，灭菌；有效保存pr试剂（如疫苗等）
    • 复性：若pr变性程度较轻，去除变性因素后，pr仍可恢复或部分恢复期原有的构像和功能
    • 盐析、重金属盐，生物碱以及某些酸类等可使pr沉淀
    • pr凝固（不可逆）：pr变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，该凝块不易再溶于强酸和强碱中
  • 四、pr在紫外光谱区有特征性光吸收
    • pr中含有共轭双键的酪氨酸，色氨酸，在280nm波长处有特征性吸收峰。pr的A280与其浓度成正比关系，可进行pr定量测定
  • 五、应用pr呈色反应可测定aq中pr含量
    • 茚三酮反应（产生蓝色化合物）
    • 双缩脲反应：pr和多肽分子中泰键在稀碱aq中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，可用于检测pr水解程度