生物化学静态生化蛋白质知识点总结

一张思维导图带你学完生物化学静态生化蛋白质全部重点，包括组成元素、氨基酸、蛋白质的分子结构、分类、生理功能、执行功能的主要方式、理化性质及其分离纯化等知识点。喜欢请点赞收藏！关注我，能持续获取优质导图哦。

蛋白质

• 组成元素
  • C H O N S
  • 含氮量接近——16%
• 氨基酸
  • 氨基酸的种类和名称
    • 种类看R基
    • 非极性脂肪族氨基酸(脂肪族碳氢链)
      • 甘丙脯缬异亮甲
      • Gly(5.97)
        • R基为氢原子
      • Ala(6.00)
      • Val(5.96)
      • Leu(5.98)
      • Ile（6.02）
      • Pro（6.30）
        • 亚氨基酸，氨基含有一个氢原子，形成肽键后无氢原子而引起折叠
      • Met（5.74）
    • 极性中性氨基酸(极性基团）
      • 丝苏半天谷
      • Ser(5.68)
      • Cys(5.07)
        • 含-SH，具有还原性，；两个-SH靠近，失去氢原子，形成胱氨酸
      • Asn(5.41)
      • Gln(5.65)
      • Thr(5.60)
    • 芳香族氨基酸（苯环）
      • 酪苯色
      • Phe（5.48)
      • Tyr(5.66)
      • Trp(5.89)
    • 酸性氨基酸(羧基）
      • 天谷
      • Asp(2.97)
      • Giu(3.22)
    • 碱性氨基酸(氨基 胍基 咪唑基)
      • 赖精组
      • Arg(10.76)
      • Lys(9.74)
      • His(7.59)
  • 特殊氨基酸
    • 谷氨酸：R基为H；脯氨酸：亚氨基酸
    • 含羟基氨基酸：丝苏酪
    • 含硫氨基酸：半胱氨酸 甲硫氨酸
    • 半胱氨酸：含-SH，具有还原性，可形成胱氨酸
  • 理化性质
    • 两性电解质
      • 氨基酸的解离方式取决于溶液的酸碱度和自身的等电点
    • 紫外线吸收性质（共轭双键）
      • 色氨酸 酪氨酸 苯丙氨酸 吸收峰在280nm 色氨酸吸收最强 大多数蛋白质含酪氨酸和色氨酸残基-紫外分光光度法测定蛋白质的含量
    • 茚三酮反应
      • 加热 弱酸产生蓝紫色化合物 最大吸收峰570nm 测定氨基酸含量
  • 肽
    • 多肽键的表示方法：从氨基端开始到羧基端
    • 寡肽
      • 2-20个氨基酸相连
    • 多肽
      • 多肽有两端 α-氨基一端为氨基末端（N-端）α-羧基一端为羧基末端（C-端）
      • 肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全被称为氨基酸残基
    • 通常，由50个及以上氨基酸以肽键连接形成的肽称为蛋白质
    • 概要
      • 生物活性肽
        • 谷胱甘肽（GSH）
          • 还原性
            • 保护体内蛋白质或酶分子中的巯基免遭氧化，还可还原细胞内产生的H2O2
          • 嗜核特性
            • 与外源的嗜电子毒物或药物结合，保护机体免受侵害
        • 多肽类激素及神经肽
          • 例如TRH(促甲状腺激素释放激素)
• 蛋白质的分子结构
  • 蛋白质的组成层次
    • C H O N等元素
      • 氨基酸
        • 多肽
          • 蛋白质
  • 决定蛋白质多样性的因素
    • 氨基酸的种类不同
    • 氨基酸的数量不同
    • 氨基酸的排列顺序不同
    • 蛋白质分子的空间结构不同
  • 概要
    • 基本结构
      • 一级结构
        • 蛋白质多肽链氨基酸的排列顺序
        • 肽
          • 肽：氨基酸通过肽键缩合而成的线性聚合物，也称肽链
            • 二肽
            • 寡肽
            • 多肽
            • 环肽
          • 肽键： 连接多肽链主链中aa残基的共价键：AA脱水形成的共价键
          • 肽链的极性
            • N端左 C端右 氨基酸序列是从N端到C端的
          • 肽基：也称肽单位 肽链中的酰胺基
          • 肽平面：酰胺平面 肽基平面
            • CO NH 两个α碳构成的刚性平面
          • 肽平面的结构特征
            • 酰胺键 具有双键性质，不能自由旋转
            • 肽平面上的六个原子倾向与共平面
            • C=O和N-H或两个Cα反式排布
            • 二面角
          • 肽的理化性质
            • 酸碱性
              • 肽链中末端羧基的pKa值比游离氨基酸的大，末端氨基的pKa值比游离氨基酸的小
              • 等点电
                • 肽所带的净电荷为零时，溶液的PH值
            • 化学反应
              • 与aa的反应类似，由于肽键的存在可以发生双缩尿反应 碱性溶液中能与Cu离子发生作用形成紫色络合物
            • 旋光性
              • 小肽：各氨基酸旋光度之和
              • 长肽和蛋白：不是简单的加和
            • 肽键的紫外吸收
              • 210nm-230nm
          • 天然存在的活性肽
            • 谷胱甘肽
              • 含有巯基：有重要的抗氧化作用
            • 脑啡肽：五肽：神经系统
            • α鹅膏蕈碱：环八肽 真核细胞 RNA聚合酶2 3
            • 鹅肌肽 ：二肽
            • 肌肽：二肽
        • 定义
          • 蛋白质多肽链氨基酸的排列顺序
        • 主要化学键
          • 肽键
          • 某些蛋白质还包括二硫键
        • 意义
          • 一级结构变化会引起空间结构和生物学功能的改变
          • 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
        • 蛋白质一级结构的测定： 1.多肽链的数目 2.多肽链氨基酸的排列顺序 3.二硫键的数目与位置
          • 意义
            • 一级结构是高级结构的基础
            • 从分子水平上阐述蛋白质结构与功能的关系
            • 为生物进化理论提供依据
            • 为人工合成蛋白质提供参考
          • sanger测序法
            • 准备工作
              • 待测蛋白的纯度检测97%以上
                • 电泳
                • 层析
                • N末端氨基酸测定
                • 等电点沉淀
                • 纯化至恒定的比活
              • 相对分子量的确定
                • 凝胶过滤法
                • SDS-PAGE
                • 沉降分析法
            • 策略
              • 测定蛋白质多肽链的数目
              • 拆分多肽链
                • 非共价结合（亚基）
                  • PH 大于10或 小于3
                  • 强变性剂
                    • 尿素 盐酸胍
                  • 高浓度盐
                • 共价结合 （二硫键）
                  • 氧化：过甲酸（不能重新生成二硫键）
                  • 还原 DTT 巯基乙醇
              • 断开多肽链的二硫键
              • 测定每一条多肽链的氨基酸种类与数目
                • 水解
                  • 蛋白酶水解
                    • 不消旋
                  • 碱水解
                    • 引起消旋作用，色氨酸稳定
                  • 酸水解
                    • 不引起消旋作用，色氨酸被破坏
                • aa的定性与定量
                  • 定性
                    • 纸层析
                    • 薄层层析
                    • 高压纸电泳
                  • 定量
                    • 离子交换层析
              • 鉴定多肽链的N末端与C末端
                • N-端氨基酸分析方法
                  • Sanger法
                    • 二硝基氟苯
                  • DNS法
                    • 丹磺酰氯 DNS
                  • Edman
                    • 异硫氰酸苯酯 PITC
                  • 氨肽酶法
                • C-端氨基酸分析方法
                  • 肼解法
                  • 羧肽酶法
                  • LiBH4还原法
              • 裂解多肽链为较小的肽段:用两种或两种以上的不同的断裂方法
                • 酶解法
                  • 内切酶
                    • 胰蛋白酶
                      • R1=lys arg 专一性强 水解速度快 R2=pro时 水解受抑制
                    • 胰凝乳蛋白酶：糜蛋白酶
                      • R1=phe,trp,tyr 水解速度快 R1=leu met his 水解速度稍慢 R2=pro时水解受抑制
                    • 胃蛋白酶
                      • R2=phe Trp Tyr Leu及其他氨基酸水解速度快 R1=Pro时受抑制
                    • 金黄色葡萄球菌蛋白酶
                    • 梭状芽孢杆菌蛋白酶
                  • 外切酶
                    • 羧肽酶
                      • 从羧基端开始逐一水解AA的酶
                    • 氨肽酶
                      • 从氨基端逐一水解AA的酶
                • 化学法：可获得较大的肽段
                  • 溴化氢水解法
                    • 选择性降解Met羧基形成的肽键
              • 测定各肽段的氨基酸序列
                • Edman降解
                  • 重复循环，将肽链N-末端aa标记逐一降解下来
              • 重建多肽链的完整序列
                • 两种或两种以上的不同方法断裂多肽样品，得到两套或多套肽段的AA序列彼此交错重叠，拼凑出整条多肽链的氨基酸序列
                  • 重叠肽或接头肽：不同断裂方法得到的相互跨过切口而重叠的肽段
              • 确定二硫键的数目与位置
                • 酶解
                  • 胃蛋白酶处理未断开二硫键的多肽链：胃蛋白酶专一性较低，切点多，生成的肽段小作用pH在酸性条件 可以防止二硫键发生交换
                • 对角线电泳
                  • 把水解的混合肽段点到滤纸中央，在pH6.5条件下，进行第一次电泳，把滤纸暴露在过甲酸蒸汽中，使二硫键断裂，滤纸旋转90度在与第一次相同的条件下进行第二次电泳，大多数的肽段迁移率不变，处于滤纸的对角线上半胱氨酸的应没有二硫键
                • 分离含二硫键的片段
                • 分别测序
                • 比照定位
    • 空间结构
      • 蛋白质特定的空间构象是生物学功能的基础
      • 空间结构的研究方法——X射线衍射法
      • 二级结构
        • 肽单元
        • 主链骨架原子
        • 定义
          • 是指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该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
        • 形式
          • α螺旋 α-helix
            • 结构
              • 多右手螺旋
              • 主链骨架绕中心轴上升，每圈3.6个aa，螺距0.54nm，螺旋直径0.5nm
              • 每个氨基酸沿中心轴上升0.15nm,旋转100度
              • 氢键封环
                • 相邻螺圈形成氢键 每个肽基的羰基与前三个肽基的酰胺氢形成氢键
                • 氢键封闭的环包含13个原子，3.6aaα-helix也称3.6-13螺旋
                • 氢键取向几乎与螺旋轴平行
                • 侧链
                  • 亲水与疏水性取决与侧链基团
                  • 侧链向外伸展
                • 主链
                  • 主链原子精密堆积，中心轴几乎不存在空间
            • α-helix的偶极矩与帽化
              • 螺旋帽化
                • 螺旋的头四个酰胺氢与最后四个羰基氧不参与螺旋氢键的形成，常用另外的配体结合形成氢键
              • 螺旋的偶极矩
                • 螺旋的氢键都沿螺旋轴指向同一方向。每个肽键具有酰胺氢与羰基氧形成的偶极矩，相当于在N末端积累了部分正电荷，在C末端积累了部分负电荷
            • α螺旋的手性
              • α-helix是手性结构具有旋光性（α碳原子的构型不对称性，α螺旋构象不对称性的总反应
              • 左右手都是由L-AA组成不是对映体
              • 右手螺旋空间位阻较小，构象稳定
            • 影响α螺旋形成的因素
              • R基的大小
                • R基太大，存在空间位阻，R基太小，键角自由度太大不稳定
              • R基的电荷性质
                • 连续存在带有相同电荷的氨基酸残基相排斥
              • Pro等亚氨基酸的存在
                • 不能形成氢键不能形成α螺旋
              • 连续出现Gly
              • 连续出现Ser Thr
            • 其他类型的螺旋
              • 3.0-10 helix
                • 每个肽基羰基氧与前两个肽基酰胺氢形成氢键，构成10元环，每个氨基端绕中心轴上升0.2nm,每一圈上升0.6nm
              • 左手螺旋
              • Π-16 helix 4.4-16 helix
            • 纤维状蛋白
              • 不溶性硬蛋白
                • 角蛋白
                  • α-角蛋白
                    • 角蛋白是毛发中的主要蛋白质，由三股右手α螺旋缠绕成一根原纤维。原纤维9+2再形成一根微纤维，成百根微纤维结合成一根大纤维。
                    • 主要结构：α螺旋束
                    • 链内维持力：氢键
                    • 链间维持力：二硫键
                    • 烫发的生物学基础
                  • β-角蛋白
                    • 主要结构：反向平行β折叠片
                    • 维持力：氢键 范德华力
                    • 丝心蛋白
                      • 蚕丝，蜘蛛丝 抗张强度高，质地柔软，不能拉伸
                      • 完全扭曲的反平行式β折叠片
                      • 酰胺基取向避免空间位阻
                      • 侧链交替分布于折叠片两侧
                • 胶原蛋白
                • 弹性蛋白
              • 可溶性蛋白
                • 肌球蛋白
                • 血纤蛋白原
          • β折叠
            • 定义：两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，或同一肽链的不同肽段侧向聚集在一起，通过链间氢键或链内氢键交联形成重复性结构
            • 主链骨架伸展呈锯齿状，R基交替位于其上下方避免空间位阻，由若干条肽段或肽链平行或反平行排列
            • 借相邻主链之间的氢键维系
            • 影响因素：要求氨基酸侧链较小
          • β转角 发夹结构
            • β-转角是多肽链180°回折所形成的一种二级结构
            • 主链骨架本身以大约180°回折
            • 回折部分通常由四个氨基酸残基构成；脯氨酸和甘氨酸经常在β转角中存在 造成的位阻较小
            • 构象依靠第一残基的-CO基和O与第四残基-NH基的H之间形成氢键来维系
            • 非重复性结构 主要存在在球状蛋白质分子表面
            • 常由亲水性氨基酸组成
          • β凸起
            • 定义
              • 是在反平行β折叠结构中额外插入一个aa残基，使折叠股弯曲而导致β折叠片凸起。
            • 非重复结构
          • 无规则卷曲
            • 对于特定的蛋白质，其无规则卷曲部分的构象是特异的，往往构成活性部位和功能单位。
            • 定义
              • 指多肽链主链上不能归入明确的二级结构的多肽区段。是一种有序的非重复结构。
            • 维持力：氢键
          • Ω环
            • 蛋白质分子表面，以疏水基为主，可能其分子识别作用
          • 超二级结构
            • 定义
              • 蛋白质（尤其在球状蛋白质）常有由若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形成有规则、在空间上能辨认的二级结构组合体。充当三级结构的构件。是蛋白质二级结构与三级结构的过渡态结构层次。
            • 特点：高于二级结构，未聚集成有功能的结构域
            • 蛋白质分子中两个或两个以上的二级结构单元在空间上接近形成一个有规则的二级结构组合。形式：αα ββ βαβ
          • 结构模体
            • 是具有特定功能的超二级结构
        • 主要化学键
          • 氢键
      • 三级结构
        • 蛋白质的三级结构是指一条多肽链中全部氨基酸残基的空间位置（包含主链和侧链），也就是整条肽链所有原子三维空间的排布位置
        • 通常亲水性侧链基团在分子表面，疏水性基团在分子内部
        • 主要化学键
          • 氢键
          • 离子键
          • 疏水键
          • 范德华力等
        • 注意
          • 结构域
            • 分子量较大的蛋白质常可可折叠成多个结构较为紧密的区，并各行其功能。位于二级和三级结构之间
          • 分子伴侣——通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构
            • 分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠
            • 分子伴侣也可以与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠
            • 分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用
          • 球状蛋白质
            • 全α结构蛋白
              • 反平行α螺旋结构域
                • 上下型螺旋束
              • 珠蛋白型α螺旋蛋白
                • 相邻的两螺旋接近相互垂直
            • 全β结构蛋白
              • 反平行β桶 闭合
              • 反平行β片 不闭合
            • αβ混合结构蛋白
              • 单绕平行β桶
              • 双绕平行β片
                • 由β片扭曲成马鞍形，α螺旋分处扭曲片的两侧
            • 富含金属或二硫键的蛋白
              • 特点
                • 一般小于100AA
                • 很少有二级结构
                • 结构域不规则
                • 富含二硫键与金属 有稳定结构域的作用
      • 四级结构
        • 有些蛋白质分子含有两条或多条多肽链，每一个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接触部位布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构
        • 亚基可相同（同二聚体），也可不同（异二聚体）；单独一个亚基一般没有生物活性
        • 化学键;非共价键（氢键 离子键）
• 蛋白质的分类
  • 根据蛋白质组成成分
    • 单纯蛋白质
    • 结合蛋白质=蛋白质部分+非蛋白质部分(核蛋白 脂蛋白 糖蛋白 金属蛋白 磷蛋白等）
  • 根据蛋白质形状
    • 纤维状蛋白：长/短>10；如角蛋白
    • 球状蛋白质：多数
• 蛋白质的生理功能
  • 生物体的重要组成成分
  • 参与生物体各种重要的生理活动
  • 氧化
• 执行功能的主要方式
  • 蛋白质与小分子相互作用
  • 蛋白质与核酸相互作用
  • 蛋白质与蛋白质相互作用
    • 主要组织相容性复合物参与的分子识别
    • 抗原与抗体的特异性结合
• 理化性质及其分离纯化
  • 两性解离性质
    • 两性解离及等电点
    • 等电点沉淀法分离提取蛋白质
    • 蛋白质的电泳分离和分子量测定
    • 蛋白质的离子交换层析
  • 高分子性质
    • 蛋白质亲水胶体的稳定因素
    • 透析与超滤法分离纯化蛋白质
    • 蛋白质的沉降一颤、超速离心分离
  • 沉淀
    • 盐析
    • 重金属盐沉淀蛋白质
    • 生物碱试剂与某些酸沉淀蛋白质
    • 有机溶剂沉淀蛋白质
  • 变色、絮凝和凝固
  • 呈色反应