第一章：蛋白质的结构与功能 人卫

大学医学人卫第九版-第一章-蛋白质的结构与功能。

蛋白质的结构与功能

• 蛋白质的分子组成
  • 组成蛋白质的元素
    • 主要有C，H，O，N，S
    • 蛋白质元素组成特点
      • 各种蛋白质的含氮量平均为16%
      • 公式：每克样品含氮克数*6.25*100=100g样品中蛋白质含量
  • 氨基酸
    • 人体含有20种氨基酸
    • 氨基酸的分类
      • 非极性脂肪族氨基酸
        • 甘氨酸Gly，脯氨酸Pro，甲硫氨酸Met，丙氨酸，缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸
      • 极性中性氨基酸
        • 丝氨酸Ser，半胱氨酸Cys，天冬氨酸Asn，苏氨酸Thr，谷氨酰胺
      • 含芳香环的氨基酸
        • 苯丙氨酸Phe，酪氨酸Tyr，色氨酸Trp
      • 酸性氨基酸
        • 天冬氨酸Asp，谷氨酸Glu
      • 碱性氨基酸
        • 精氨酸Arg，赖氨酸Lys，组氨酸His
    • 特殊氨基酸
      • 半胱氨酸→胱氨酸
      • 脯氨酸（亚氨基酸）
    • 理化性质
      • 两性解离
        • 等电点：当将氨基酸溶液调至某一特定pH值时，氨基 酸分子中羧基电离合氨基电离的趋势恰好相等，这时候溶 液的pH值称为该氨基酸的等电点。
      • 紫外线吸收（分析蛋白质含量）
        • 含共轭双键的色氨酸，酪氨酸最大吸收峰在280nm波长附近
      • 氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物
        • 特别注意脯氨酸是黄色，天冬酰胺是棕色
  • 氨基酸通过肽链连接形成蛋白质或活性肽
    • 肽和肽键
      • 蛋白质分子中氨基酸连接的基本方式是一分子氨基酸的a-羧基与另一分子氨基酸的a-氨基通过脱水缩合形成一个酰胺键，新生成的化合物称为肽。肽分子中的酰胺键也称为肽键。
      • 寡肽2～20氨基酸
      • 多肽50个氨基酸以下
      • 蛋白质50个氨基酸以上
      • N-端和C-端
    • 重要的生物活性肽
      • 谷胱甘肽
        • 谷氨酸，半胱氨酸，甘氨酸组成
        • 第一个肽键是非a肽键
        • 巯基具有还原性
      • 多肽类激素及神经肽类
• 蛋白质的分子结构
  • 一级结构
    • 在蛋白质分子中，从N-端至C-端的氨基酸排列顺序和蛋白质分子中所有的二硫键的位置
    • 氨基酸排列顺序
    • 肽键与二硫键
  • 二级结构
    • 蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构
      • 参与肽键形成的六个原子在一个平面上
      • a-螺旋
        • 右手螺旋，氨基酸侧链伸向螺旋外侧
        • 每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距0.54nm
        • 每个肽键的N-H和第四个肽键的羰基氧形成氢键稳固
      • β-折叠使多肽链形成片层结构
        • 相同走向，相反走向
        • 肽键羰基氧和亚氨基氢形成氢键稳固
        • 蚕丝蛋白
      • β-转角和Ω-环存在于球状蛋白质
      • 无规则卷曲
    • 由氢键导致肽链卷曲折叠
    • 氢键
  • 三级结构
    • 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置
    • 次级键：疏水键，盐键，氢键和范德华力等
    • 结构模体：亮氨酸拉链，锌指结构
    • 分子伴侣辅助折叠
  • 四级结构
    • 蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用
    • 氢键，离子键
    • 含有两条以上蛋白质的多肽链
  • 蛋白质的分类
    • 组成成分
      • 单纯蛋白质
        • 只含氨基酸
      • 缀合蛋白质
        • 含非蛋白质部分
    • 形状
      • 纤维状蛋白质
        • 胶原蛋白，弹性蛋白，角蛋白
      • 球状蛋白质
        • 酶，转运蛋白
• 蛋白质结构和功能的关系
  • 功能：构成细胞和生物体结构，物质运输，催化， 信息交流，免疫，氧化供能，维持机体酸碱平衡，维持正常的血浆渗透压
  • 一级结构是高级结构和功能的基础
  • 一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能：胰岛素
  • 重要蛋白质氨基酸序列改变可引起疾病
    • 镰状细胞贫血病：β亚基第6位谷氨酸变成了缬氨酸
    • 地中海贫血
  • 蛋白质的功能依赖特定空间结构
    • 肌红蛋白，血红蛋白都是含有血红素辅基的蛋白质
    • 蛋白质构象改变可引起疾病：阿尔兹海默症，疯牛病
    • 协同效应
    • 别构效应
• 蛋白质的理化性质
  • 两性解离性质
    • 氨基，羧基，氨基酸残基侧链中某些基团可解离
    • 当蛋白质溶液处于某一 PH时，蛋白质解离成正负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的ph称为蛋白质的等电点
      • 体内蛋白质的等电点大多接近PH5.0
  • 胶体性质
    • 直径1～100nm
    • 带同种电荷
    • 水化膜
  • 蛋白质的变性与复性
    • 变性主要发生二硫键和非共价键的破坏，不涉及一级结构氨基酸序列的改变
    • 变性因素：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
    • 溶解度降低，黏度增加，结晶能力消失，生物学活性丧失，易被蛋白酶水解
    • 变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀但并不变性
    • 透析可复性
    • 凝固作用：指蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中的现象。
  • 蛋白质在紫外光谱区有特征性光吸收
    • 含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸
  • 蛋白质呈色反应测定溶液中蛋白质含量
    • 茚三酮反应
    • 双缩脲反应
      • 肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热呈现紫色和红色
      • 氨基酸不出现此反应
      • 检测蛋白质的水解程度
• 蛋白质的沉淀
  • 盐析法
    • 去除电荷和水化膜
  • 有机溶剂法
  • 有机酸法
  • 重金属盐法