蛋白质

蛋白质的思维导图，蛋白质分类(形状和组成) 有球状和纤维状、简单蛋白质和缀合蛋白质、单体蛋白质和寡聚(多聚)蛋白质。

蛋白质

• 氨基酸
  • 结构
    • 结构通式
    • L型
    • ※20种氨基酸的侧链结构及缩写
      • 20种氨基酸的侧链结构及缩写
  • 分类
    • 必需氨基酸、非必需氨基酸
    • 不常见蛋白质氨基酸、非蛋白质氨基酸
      • 非蛋白质氨基酸
        • 1.γ-氨基丁酸由谷氨酸脱羧形成，为神经递质
        • 2.β-丙氨酸是遍多酸（泛酸，辅酶A前体）的前体
    • 蛋白质组成
      • 单纯蛋白
        • 清蛋白
        • 球蛋白
        • 谷蛋白
      • 缀合蛋白
        • 糖蛋白
        • 脂蛋白
        • 核蛋白
        • 血红素蛋白
        • 黄素蛋白
    • ※根据侧链结构及理化性质
      • 脂肪族、芳香族、杂环
      • 极性、非极性
      • 酸性、碱性、中性
  • 物理性质
    • 溶解度
      • 除了半胱氨酸和酪氨酸外都能溶于水中
      • 脯氨酸和羟脯氨酸能溶于乙醇和乙醚中
    • 旋光性
      • 除了甘氨酸外，α氨基酸都有手性和旋光性
    • 紫外吸收
      • 280nm
    • ※解离、等电点
      • 等电点的概念
      • 等电点的计算
        • 酸性氨基酸
          • 两个小的pK相加除以2
        • 碱性氨基酸
          • 两个大的pK相加除以2
      • 解离
        • pH>pI 带负电 向正极移动
        • pH>pI 带正电 向负极移动
        • 甘氨酸α-羧基的酸性比相应的脂肪酸-醋酸强200倍
          • 因为α-羧基上要离去的质子和附近带正电荷的α-NH3之间相互排斥，使其更易解离
        • 只有组氨酸具有缓冲能力
          • 运输氧的血红蛋白有较多的组氨酸残基，使其在pH=7左右的血液中具有显著的缓冲能力，有助于红细胞在血液中运输氧气和二氧化碳
  • 化学性质
    • 氨基
      • ※蛋白质N端残基测定
        • DNFB（Sanger测序)
        • PITC（Edman化学降解)
    • 羧基
    • 氨基和羧基
      • 茚三酮
        • 在弱酸性条件下与茚三酮共热，脱氨、脱羧，释放氨气，生成紫色物质
        • 脯氨酸、羟脯氨酸反应不释放氨气，直接生成黄色产物
      • 成肽反应
  • 分离
    • 离子交换层析
      • 强酸性阳离子交换树脂
        • 酸性（Asp）>中性>碱性（Arg）
• 肽
  • 肽键、肽平面、二面角
  • 天然存在的活性肽
    • 谷胱甘肽GSH
      • 作为巯基缓冲剂，维持血红蛋白和红细胞其他蛋白质的半胱氨酸残基处于还原态
    • 多肽类激素：催产素，加压素，舒缓激肽
    • 脑啡肽
  • 双缩脲反应
• 蛋白质
  • 三种水解的方法
    • 酸水解
      • 不引起解旋，破坏Trp
    • 碱水解
      • 引起解旋，不破坏Trp
    • 酶水解
      • 不引起解旋，不破坏Trp，但是需要多种酶协同
  • 分类(形状和组成)和举例
    • 球状和纤维状
      • 纤维状蛋白
        • 角蛋白
          • α-螺旋蛋白
        • 丝心蛋白、β-角蛋白
          • β-折叠片蛋白
        • 胶原蛋白
          • 三股螺旋
      • 球状蛋白
        • 三级结构的特征
          • 有两种及两种以上二级结构元件
          • 具有明显的折叠层次
          • 是紧密的球状或椭圆状实体
          • 疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面
          • 表面有一个空穴
    • 简单蛋白质和缀合蛋白质
    • 单体蛋白质和寡聚(多聚)蛋白质
      • 肌红蛋白是单体蛋白
      • 血红蛋白是寡聚蛋白
      • 胰岛素
        • 胰岛素的单体形式包含两条肽链，但二者之间以二硫键相连。 因为二硫键是共价键，所以胰岛素不是寡聚蛋白。 胰岛素还可以形成二聚体和六聚体，但它们不是胰岛素的功能单位。 因为胰岛素的单体就具有完整的生物功能，所以二聚体和六聚体是多分子聚集体，不是寡聚蛋白。
        • 在核糖体上初合成时，是一条相对分子质量比胰岛素大一倍多的单链多肽，称前胰岛素原，是胰岛素原的前身，在他的N端比胰岛素原多一段肽链（约20个残基）成为信号肽，信号肽引导新生多肽进入内质网腔后，立即被酶切除，剩余多肽链折叠成含有三个S-S的胰岛素原，后者进入高尔基体，在酶催化下出去一段连接胰岛B链和A链N端的连接肽，简称C肽，变为成熟胰岛素
      • 单体蛋白
        • 蛋白质仅由一条多肽链构成，仅由一个亚基组成并且没有四级结构
      • 寡聚蛋白
        • 由两条或多亚基组成，如血红蛋白和己糖激酶，其中每条多肽链称为亚基，亚基之间通过非共价力缔合
  • 等电点的定义及特点
  • 结构层次(定义和作用力)
    • ※一级结构
      • 定义内容
        • 蛋白质中共价连接的氨基酸残基的排列顺序
          • ①氨基酸残基种类、数目、排列顺序
          • ②共价键、肽键、二硫键的数目和位置
      • 举例
      • 与功能的关系
        • 同源蛋白质
        • 分子病
          • 镰刀型贫血病
            • 血红蛋白β-链第六位谷氨酸突变为缬氨酸
      • 与高级结构的关系
    • 二级结构
      • 指多肽链的主链在一级结构的基础上借助氢键盘旋、折叠成有规律的构象，即肽链主链的空间走向，是有规则重复的构象。肽链主链具有重复结构，其中氨基是氢键供体，羰基是氢键受体，通过形成链内或链间氢键可以使肽链卷曲折叠形成各种二级结构单元，如α螺旋、β折叠、β转角、无规卷曲等。二级结构不涉及到氨基酸残基的侧链构象。
      • α螺旋
        • 侧链伸向螺旋外侧，螺距为0.54nm，每3.6个氨基酸残基上升一圈，每个氨基酸残基绕轴旋转100°，沿轴上升0.15nm，每个肽键的亚氨基H与前面第四个肽键的羰基O之间形成氢键，与请见封闭形成的环为13元环。氢键与螺旋长轴平行，二面角(-57°,-47°)，α螺旋又称为3.6 13-螺旋。大多是右手螺旋。
      • β折叠
      • β转角
      • 无规卷曲
    • 超二级结构
      • 指在蛋白质分子中特别是在球状蛋白分子中经常可以看到的由若干相邻的二级结构原件组合在一起，彼此相互作用，形成种类不多，有规则的二级结构组合或二级结构串，在多种蛋白质中充当三级结构的构件
    • 结构域
      • 是指多肽链在二级结构和超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，是相对独立的紧密球状实体
    • 三级结构
      • 指一条多肽链在二级结构的基础上进一步盘绕、折叠，从而产生特定的空间结构，包括主链和侧链的结构或者说三级结构是指多肽链所有原子的空间排布，维持三级结构的力有疏水作用力，氢键，范德华力，静电作用力和二硫键的作用
    • 四级结构
      • 由两条或两条以上肽链通过非共价键构成的蛋白质成为寡聚蛋白，其中每一条多肽链称为亚基，每个亚基都有自己的一二三四级结构。亚基单独存在时无生物活性，只有相互聚合成特定构想时才具有完整生物活性。四级结构就是各个亚基在寡聚蛋白的天然构象中空间上的排列方式
      • 亚基(非共价结合)
      • 单体和寡聚蛋白
        • 胰岛素不是寡聚蛋白
        • 最简单的寡聚蛋白是血红蛋白
  • 变性、复性、盐析
    • 变性
      • 蛋白质因为受物理和化学因素的影响，高级结构遭到破坏，使其理化性质和生物功能发生改变，但不导致一级结构的改变。二硫键的改变引起的失活可以看作变性
      • 表现
        • 生物活性丧失
        • 一些物理化学性质改变
          • 粘度升高，溶解度降低，结晶能力丧失，旋光度，紫外红外光谱发生变化
        • 生物化学性质改变
          • 变性蛋白易被水解，消化率上升。包埋在分子内部的可反应基团暴露，反应性增加
  • ※功能
    • 蛋白质一级结构对功能的影响
      • 镰刀型贫血病
        • 血红蛋白β-链第六位谷氨酸突变为缬氨酸
    • 蛋白质变构现象对功能的影响
      • 一级结构的断裂
        • 酶原激活和凝血过程
  • 分离纯化
    • 根据溶解度不同
      • 等电点沉淀，盐析，有机溶剂分级分离，两相分配
    • 根据分子大小不同
      • 超过滤，凝胶过滤，超离心
    • 根据电荷不同
      • 电泳，离子交换层析
    • 以疏水相互作用为基础
      • 疏水相互作用层析，SDS-PAGE和染料结合层析
    • 根据对生物配基的亲和力
      • 亲和层析
  • 相对分子质量测定
    • 凝胶过滤
      • 当分子大小和形状不同的蛋白质流经凝胶层析柱时，比凝胶孔径大的分子不能进入珠内的网状结构，而被排阻在凝胶珠之外，随着空隙和凝胶柱之间的孔隙向下移动并最终流出柱外，比网孔小的分子则不同程度的能够自由进出入凝胶珠内外。这样不同大小的分子由于所经路径不同而得到分离
    • SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳
      • SDS是一种变性剂，破坏分子中的氢键和疏水相互作用。在电荷上，SDS能与蛋白质结合，覆盖了原有的电荷量；在形状上，改变蛋白质天然构象，使其成为棒状型。所以完全基于相对分子质量分离蛋白质
  • 三维结构的测定
  • 蛋白质的测序