生化-蛋白质的结构与功能

生物化学与分子生物学知识要点，下图为蛋白质的结构与功能笔记总结。

蛋白质的结构与功能

• 蛋白质的分子结构
  • 一级结构
    • 多肽链N端到C端的氨基酸残基排列顺序
    • 主要的化学键：肽键、特殊的二硫键
  • 空间结构
    • 二级结构
      • 肽单元
      • 局部肽链主链骨架原子的相对空间位置，不涉及侧链的构象
      • 主要的形式
        • α-螺旋
          • 每圈螺旋含3.6个氨基酸残基 螺距为0.54mm
          • 右手螺旋
          • 氢键方向与螺旋轴平行
          • 侧链伸向螺旋外侧
        • β-折叠
          • 锯齿状
          • 存在形式
            • 平行式
            • 反平行式
        • β-转角
          • 肽链180°回折
          • 球形蛋白
          • 常见Pro和Gly
        • Ω环
          • 球形蛋白
          • 亲水性残基
        • 超二级结构
          • 有规则的二级结构组合体
        • 模体
          • 具有特定空间结构和特定构象
    • 三级结构
      • 整条肽链全部氨基酸残基的相对空间位置
        • 一条肽链的最高级结构，包括侧链的构象
      • 稳定蛋白质三维构象的作用力
        • 疏水键、盐键、氢键、范德华力
      • 结构域
        • 三级结构上的独立功能区
        • 分子较大的蛋白质
        • 多个结构紧密的区域
        • 具有特定的功能
    • 四级结构
      • 两个以上具有三级结构的多肽链组合
      • 每条多肽链称为一个亚基
      • 亚基之间的作用力：氢键、离子键
• 蛋白质的结构与功能的关系
  • 蛋白质一级机构、空间结构及其功能之间的关系
    • 一级结构是空间结构的基础，也是功能的基础
    • 一级结构不能直接决定功能，需要通过空间结构来间接决定功能
    • 并非任何一级结构的改变都会改变功能
      • 了解蛋白质间的同源性发现蛋白质家族和物种间的亲缘关系
• 蛋白质的理化性质
  • 1、紫外吸收
    • 蛋白质在紫外光谱区（280mm）有特征性吸收峰
      • 注意待测样品中杂质的干扰
      • 注意不同蛋白质分子中所含的色氨酸和酪氨酸残基总量甚至比例的差别干扰
  • 2、呈色反应
    • 茚三酮
      • 氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物
      • 最大吸收峰在570mm处
      • 吸收峰值与氨基酸含量成正比关系
      • 蛋白质水解后的氨基酸也可与茚三酮发生显色反应
    • 双缩脲反应
      • 蛋白质与多肽分子中的肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现红色或紫红色
      • 可用于检测蛋白质的水解程度和氨基酸的成肽效率
    • 酚试剂法
      • 灵敏度比双缩脲强100倍
    • 考马斯亮蓝法
      • 最低蛋白质检测量可达1ug
  • 3、两性解离
  • 4、胶体性质
    • 胶体：分散质微粒直径大小在1-100nm之间的分散系
    • 蛋白质：分子量1-100万，直径1-100nm，属于交替范围
    • 胶粒不能透过半透膜，可分离蛋白质与杂质
    • 维持蛋白质稳定的两个重要因素：
      • 蛋白质颗粒的表面电荷和水化膜
• 蛋白质的变性
  • 蛋白质变性的概念
    • 1、变性的定义
      • 在某些物理和化学因素的印象下，其特定的空间构想被改变，也即有序的空间结构变成无序的空间结构从而导致其理化性质和生物活性的丧失，
    • 2、变性的本质
      • 破坏空间结构：破坏共价键和二硫键
      • 不改变蛋白质的一级结构：肽键未破坏
    • 3、造成变性的因素
      • 加热、乙醚等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子以及生物碱试剂
    • 4、与变性相关的医学应用
      • 有效保存蛋白质抑制剂
      • 消毒、灭菌
    • 5、变性与复性的关系
      • 若蛋白质变性程度较低，去除变形因素后，蛋白质任可恢复或部分恢复其原有的构象和功能叫做复性（可逆性变性）。
      • 若蛋白质变性程度较严重，去除变性因素后，蛋白质任不能恢复其原有的构象和功能，这种变性称为不可逆变性。
  • 变性与沉淀的联系与区别
    • 1、沉淀的定义：
      • 在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融汇相互缠绕继而聚集，并从溶液中析出的现象。
    • 2、沉淀的本质
      • 聚集成较大颗粒而介质中沉淀下来
    • 3、变性与沉淀的联系
      • 一般的蛋白质都易发生沉淀现象
    • 4、变性与沉淀的区别
      • 虽然变相的蛋白质易与沉淀，但不一定都沉淀
    • 5、非变性条件下的沉淀现象
      • 沉淀的蛋白常常式变性的蛋白，但不一定都变形
        • 表面电荷被中和/水化膜被剥夺
  • 变性向沉淀的进一步发展
    • 1、凝固的形成过程
      • 蛋白质变性后所形成都絮状物经过加热可变成比较坚硬的凝块
    • 2、凝固的本质
      • 凝固是变性的进一步发展
    • 3、凝固后的性质变化
      • 凝块不再易溶于强酸强碱
      • 一般的蛋白质在强酸强碱中变性处于溶解状态，pH调至中性后出现絮状沉淀
• 氨基酸的结构
  • 除了甘氨酸外全部为L-α-氨基酸
  • 甘氨酸为对称结构
• 氨基酸的分类与性质
  • 脂肪族氨基酸
    • 甘Gly、丙Ala、缬Val、亮Leu、异Ile
    • 特性：非极性、中性、脂溶性、化学性质稳定
  • 芳香族氨基酸
    • 苯Phe（F）、酪Trp（W）、色Tyr（Y）
    • 侧链环含有共轭双键色
    • 酪氨在紫外线280mm处有最大吸收峰——快速简便地分析溶液中蛋白质含量
  • 碱性氨基酸
    • 赖K、精Arg(R)、组H
    • K侧链长，富伸展变化
    • R有胍基，碱性最强
    • H含俩个氮原子，易与金属离子结合（锌指结构）
  • 酸性氨基酸及其酰胺
    • 天Asp（D）、谷Glu(E)；天胺Asn（N）、谷胺Gln(Q)
    • 天、谷：羧基为功能基团，PI分别为2.97和3.22，中性环境下显酸性，带负电荷
    • 天胺、谷胺：羧基酰胺化，PI分别为5.41和5.65,侧链有极性但不带电荷，属极性中性氨基酸
  • 含羟基氨基酸
    • 丝Ser、苏Thr
    • 羟基为功能基团
    • 羟基也是磷酸化的部位
  • 含硫氨基酸
    • 半Cys、蛋Met
    • 甲硫氨酸不稳定，是体内甲基的主要供体
    • 半胱氨酸：巯基为功能基团，是二硫键形成的基础
  • 亚氨基酸
    • 脯Pro
    • 空间位阻大/小，可形成折叠角：α-螺旋、β-折叠、β-转角
    • 成肽后无形成氢键的能力，可破坏氢键维持的空间构象
• 蛋白质的基本组成单位是氨基酸
  • 每克蛋白质的N含量平均为16%
  • 100克样品中蛋白质的含量（g%）=每克样品中的N含量X6.25X100