蛋白质的结构与功能

大学生化蛋白质的结构与功能重点都总结在图中，还对书中要点进行了补充。

蛋白质

• C,H,O,N,S
• 含氮量16%
  • 每克样品含氮克数×6.25×100=100g样品中蛋白质含量（g%）
• 20种氨基酸
  • 通常是L-α氨基酸（除甘氨酸外，因为甘氨酸无手性碳，无D/L之分）
• 不参与蛋白质合成的L-α氨基酸
  • 鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸代琥珀酸
• 含-OH的氨基酸：苏老师（苏氨酸Thr、酪氨酸Tyr、谷氨酸Glu）
• 含S的氨基酸：甲硫氨酸（蛋氨酸Met）和半胱氨酸Cys
• 氨基酸的分类
  • 非极性脂肪族氨基酸
    • 甘氨酸Gly
    • 丙氨酸Ala
    • 缬氨酸Val
    • 亮氨酸Leu
    • 异亮氨酸Ile
    • 脯氨酸Pro
      • 羟化以后得羟脯氨酸
    • 甲硫氨酸Met
  • 极性中性氨基酸
    • 丝氨酸Ser
    • 半胱氨酸Cys
    • 天冬酰胺Asn
    • 谷氨酰胺Gln
    • 苏氨酸Thr
  • 芳香族氨基酸
    • 苯丙氨酸Phe
    • 酪氨酸Tyr
    • 色氨酸Trp
  • 酸性氨基酸
    • 天冬氨酸Asp
      • 含β羧基
    • 谷氨酸Glu
      • 含γ羧基
  • 碱性氨基酸( 均含非α氨基）
    • 精氨酸Arg
    • 赖氨酸Lys
      • 羟化以后得羟赖氨酸
    • 组氨酸His
• 氨基酸的性质
  • 两性解离
    • PI等电点
      • 在某一PH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性
  • 含共轭双键的氨基酸具有紫外线吸收性质
    • 酪氨酸和色氨酸，280nm
  • 氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物
    • 例外：脯氨酸黄色，天冬氨酸棕色
• 氨基酸通过肽键链接形成蛋白质或肽
  • 寡肽2～20个氨基酸
  • 氨基酸50个以下为多肽
    • 如肾上腺激素39氨基酸
  • 氨基酸50个以上为蛋白质
    • 如胰岛素51氨基酸
• 生物活性肽
  • 谷胱甘肽GSH
    • 由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成
    • 第一个肽键为非α肽键，谷氨酸的γ羧基和半胱氨酸的氨基组成
    • 巯基是主要的功能基团
    • 巯基
      • 还原性：使得体内蛋白质或酶分子中巯基免遭氧化，使蛋白质或酶处在活性状态
      • 嗜核特性：能与外源的嗜电子毒物如致癌剂或药物等结合，从而阻断这些化合物与DNA、RNA或蛋白质结合，以保护机体免遭毒物损害
    • 氧化型：GSSG
  • 多肽类激素
    • 催产素、加压素、促肾上腺皮质激素、促甲状腺素释放激素
  • 神经肽
    • 脑啡肽、β-内啡肽、强啡肽和孤啡肽
• 分子结构
  • 一条肽链形成
    • 一级结构
      • 从N-端到C-端的氨基酸的排列顺序
        • 稳定结构的化学键主要为肽键，其次为二硫键
        • 是蛋白质空间构象和特意生物学功能的基础，但不是唯一因素
    • 二级结构
      • 某一肽段的局部空间结构，即该段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
      • α-螺旋、β折叠、β转角、Ω环和无规则卷曲
        • 其中α螺旋是最常见的蛋白质二级结构
          • 每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距为0.54nm
      • 由氢键维系
      • 参与肽键形成的6个原子在同一平面上
        • Cα1与Cα2在平面上所处的位置为反式
        • 其中肽键C-N的键长有一定程度的双键性质，不能自由旋转
        • 肽单元中的其他键为单键，可自由旋转，N与Cα的键角用Φ表示，C与Cα的键角用Ψ表示
      • 不利于形成α螺旋的因素
        • 无氢键，如脯氨酸的N原子在刚性的五元环中，其形成的肽键N原子上没有H，所以不能形成氢键，结果肽键走向转折，不形成α螺旋
        • 排斥力，如一段肽链有多个谷氨酸或天冬氨酸残基相邻，则在pH7.0 时这些残基的游离羧基带负电荷，彼此相斥，妨碍α螺旋的形成。多个碱性氨基酸同理，不利于。
        • 侧链太大产生位阻，如天冬酰胺、苏氨酸、半胱氨酸的侧链较大
      • β-折叠使多肽链形成片层结构
      • β-转角和Ω-环存在于球状蛋白质中
        • β-转角的第二个残基常为脯氨酸，五元环有利于转角形成
        • II型β-转角的第3个残基往往为甘氨酸
    • 三级结构
      • 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置
      • 超二级结构介于二级结构与三级结构之间
        • 具有特殊功能的超二级结构：结构模体
          • 1.βαβ 2.ββ 3. 亮氨酸拉链 4. α-螺旋-环-α-螺旋 5.锌指结构
      • 稳定的维持靠次级键：疏水键、盐键（离子键）、氢键和范德华力
      • 结构域
        • 三级结构层次上具有独立结构与功能的区域
          • 球状蛋白的独立折叠单位
          • 超二级结构不具备此特点
  • 2条或2条以上肽链
    • 四级结构
      • 含有两条以上多肽链
      • 每一条多肽链都有其完整的三级结构，称为亚基，亚基与亚基之间呈特定的三维空间排布，并以非共价键相连接。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，称为蛋白质的四级结构
      • 氢键和离子键
• 分类
  • 单纯蛋白（只含有氨基酸）和缀合蛋白（还有非蛋白部分）
  • 纤维蛋白（多为结构蛋白，难溶于水）和球状蛋白（可溶于水）
• 血红蛋白与肌红蛋白比较
  • 均为缀合蛋白，含有血红素辅基
  • Hb的氧解离曲线为S曲线，Mb的氧解离曲线为直角双曲线
  • Mb主要储存O2,Hb在肺和肌肉组织间运输O2，一分子Hb携带四分子氧
  • Mb是只有三级结构的单链蛋白质，有8个螺旋结构肽段，A～H，Hb是由4个亚基组成的四级结构，α2β2
  • Mb疏水在内，亲水在外，水溶性较好，内部有一个袋形空穴，血红素居于其中。Hb亚基之间通过8对盐键，使4个亚基紧密结合而形成亲水的球状蛋白质
  • Mb只有一条肽链，不存在协同效应和别构效应
• 协同效应
  • 指一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一亚基与配体结合的能力
• 别构效应
  • 配体与亚基结合后，引起其他亚基构象的变化
• 蛋白质与疾病
  • 分子病（基因突变所致）
    • 镰状细胞贫血：血红蛋白β亚基的第六位氨基酸由谷氨酸变为了缬氨酸
  • 构象病
    • 人纹状体脊髓变性病、阿尔茨海默病、亨廷顿病、疯牛病
• 主要功能
  • 构成细胞和生物体结构
  • 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
• 蛋白质的理化性质
  • 两性电离性质
    • PI与氨基酸一样
  • 胶体性质
    • 表面电荷和水化膜为蛋白质的稳定因素
  • 变性与复性
    • 变性（沉淀）的蛋白质不一定沉淀（变性）
    • 变性的蛋白质容易沉淀
    • 凝固的蛋白质均已变性，而且不再溶解
    • 变性后：溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、生物活性丧失、易被蛋白酶水解
    • 应用：消毒及灭菌，低温贮存蛋白质制剂（疫苗、抗体等）
  • 在紫外光谱区有特征性光吸收
  • 呈色反应
    • 茚三酮反应
      • 氨基酸和蛋白质都可以反应
    • 双缩脲反应
      • 氨基酸不反应