生物化学：蛋白质和酶

大学生物化学蛋白质和酶重点内容思维导图。

生物化学

• 氨基酸和蛋白质一级结构
  • 氨基酸结构
    • 全质子化形式
      • 
    • 兼性离子形式
      • 
  • 氨基酸的性质
    • 两性解离
    • 酸碱性质
      • 等电点
      • 带电分析
    • 吸收光谱
      • 芳香族有紫外吸收，最大光波长一般在280nm
    • 化学反应
      • Sanger反应
        • 反应试剂：DNFB；2，4-二硝基氟苯
        • 反应基团：α-氨基
        • 反应条件：弱碱性
        • 反应本质：烃基化（亲核芳香取代）
        • 成色：黄色；2，4-二硝基苯基氨基酸
        • 应用：结合酸水解和层析分离，鉴定多肽链氨基末端氨基酸
      • 茚三酮反应
        • 反应试剂：水合茚三酮
        • 反应基团：氨基，羧基
        • 反应条件：弱酸性
        • 反应本质：脱羧，脱氨
        • 成色：蓝紫色（Pro为黄色）
        • 应用：定量氨基酸，结合层析可定氨基酸
    • 侧链基团的特异反应（Edman反应）
      • 反应试剂：PITC；异硫氰酸苯酯
      • 反应基团：α-氨基
      • 反应条件：弱碱性
      • 反应本质：烃基化
      • 成色：无色
      • 应用：鉴定多肽链氨基末端氨基酸；多肽序列测定
  • 氨基酸的分类
    • 非极性氨基酸
      • 脂肪烃侧链
        • 丙氨酸（Ala）
        • 缬氨酸（Val）
        • 亮氨酸（Leu）
        • 异亮氨酸（Il e）
        • 这些氨基酸侧链R基疏水性依次增加，后三者为高度疏水
        • 甘氨酸（Gly）
          • 最小氨基酸，无旋光性
      • 芳香族
        • 苯丙氨酸（Phe）
        • 色氨酸（Trp）
        • 280nm有特征吸收峰，是定量这些氨基酸和紫外法定量蛋白质的基础依据。其中Phe因高度疏水，常作为蛋白质磷酸化修饰位点
      • 含甲硫基
        • 甲硫氨酸（Met）
        • 高度疏水，原核细胞蛋白合成起始氨基酸，甲基的供体
      • 亚氨基
        • 脯氨酸（Pro）
    • 极性氨基酸
      • 酸性
        • 谷氨酸（Glu）
        • 天冬氨酸（Asp）
        • 生理PH下带负电
      • 碱性
        • 赖氨酸（Lys）
        • 精氨酸（Arg）
        • 组氨酸（His）
        • 生理PH下带正电，其中His是一种很好的质子供体和受体
      • 中性
        • 含酰胺基
          • 天冬酰胺（Asn）
          • 谷氨酰胺（Gln）
          • 高度亲水，易发生转氨基反应
        • 含羟基
          • 丝氨酸（Ser）
          • 苏氨酸（Thr）
          • 酪氨酸（Tyr）
        • 含巯基
          • 半膀氨酸（Cys）
          • 巯基具有高反应性能，在某些蛋白质中可通过形成二硫键而稳定其高级结构
  • 肽
    • 肽键:
      • 一个氨基酸的阿尔法羧基与另一个氨基酸的阿尔法氨基酸脱水缩合形成的共价键
    • 肽键平面:肽键相连四个原子及相邻碳原子形成的平面
    • 肽:
      • 由氨基酸通过肽键连接而成的化合物,根据所含氨基酸残基数目分别称几肽。一般含氨基酸残基少于十个称寡肽，多于十个称多肽。
  • 蛋白质的一级结构:
    • 构成蛋白质的各种氨基酸残基在多肽链中的排列顺序,即氨基酸的线性顺序
    • 1、是蛋白质分子的基本结构,决定蛋白质的空间结构
    • 2、氨基酸顺序由mRNA中的核苷酸序列决定
    • 3、维持一级结构稳定的主要化学键为肽键,此外还有二硫键
• 酶
  • 1. 酶的分子结构
    • 1.1. 酶的分类
      • 1.1.1. 氧化还原酶
      • 1.1.2. 转移酶
      • 1.1.3. 水解酶
      • 1.1.4. 裂合酶
      • 1.1.5. 异构酶
    • 1.2. 酶活性与比活
      • 1.2.1. 酶活性：指酶催化指定化学反应的能力
      • 1.2.2. 比活：指每毫升蛋白含有的酶活单位数
  • 2. 酶催化机制
    • 2.1. 酸碱催化
    • 2.2. 共价催化
    • 2.3. 金属离子催化
    • 2.4. 靠近和定位效应
  • 3. 可逆性抑制作用
    • 3.1. 竞争性抑制作用
      • 3.1.1. （1）抑制剂与底物的结构相似； （2）抑制剂与底物相互竞争与酶活性中心结合； （3）抑制程度取决于[I]/[S]相对比例； （4）增加底物浓度，可以减少或解除抑制作用； （5）Km值增大，Vm值不变。
    • 3.2. 非竞争性抑制作用
      • 3.2.1. （1）底物和抑制剂结构不相似。 （2）底物和抑制剂可同时与酶的不同部位相结合。 （3）抑制程度只取决于[I]。 （4）增加[S]不能去除抑制作用。 （5）Km值不变，Vmax值降低。
    • 3.3. 反竞争性抑制作用
      • 3.3.1. km变小vm变小
  • 4. 不逆性抑制作用
    • 4.1. 不可逆性抑制作用
      • 4.1.1. 丝氨酸酶抑制剂
      • 4.1.2. 巯基酶抑制剂
  • 5. 酶的调节
    • 5.1. 酶原激活
      • 5.1.1. 酶原：某些酶在最初合成、分泌时没有活性，这种没有活性的酶的前体称为酶原 酶原激活：水解掉部分肽段，肽链构象发生改变而形成或暴露活性中心的过程
      • 5.1.2. 酶原激活的实质是酶的活性中心形成或暴露的过程
      • 5.1.3. 意义:1.避免细胞自身消化，在特定部位发挥作用 2.可视为酶的安全储存形式
    • 5.2. 同工酶
      • 5.2.1. l-乳酸脱氢酶
      • 5.2.2. 肌酸激酶
    • 5.3. 结构调节
      • 5.3.1. 别构调节
        • 定义:一些小分子化合物与酶蛋白活性中心外的特定部位以非共价 键特异结合，改变酶蛋白构象，从而改变其活性，这种调节 称为酶的别构调节。
        • 意义:防止产物过多，代谢物合理调配和有效利用
      • 5.3.2. 共价修饰调节
        • 定义:酶蛋白肽链上某些氨基酸残基可在另一种酶作用 下发生可逆的共价修饰，结合或脱去某些化学基团从 而改变酶的催化活性的调节方式
• 蛋白质的三维结构
  • 蛋白质的空间结构
    • 构成蛋白质的所有原子在三维空间的排列分布及位置关系
    • 内容:二级结构、三级结构、四级结构
    • 结构键:次级键(氢键、盐键、疏水键)
    • 蛋白质的二级结构:
      • 多肽链主链各原子在空间的排列方式
      • 形式:α–螺旋、β–折叠、β–转角、不规则卷曲
      • 结构基础:肽键平面
    • 蛋白质的三级结构:
      • 多肽链在二级结构的基础上盘曲折叠形成的三维空间结构
      • 稳定因素:次级键(氢键、二硫键、离子键、疏水键）
    • 蛋白质的四级结构：
      • 只有两条或两条以上具有三级结构的多肽链通过非共价键连接所形成的空间结构
      • 有两条或两条以上具有三级结构的多肽链通过非共价键连接所形成的空间结构。是各亚基之间的空间排布及亚基键的连接和相互作用所形成的空间结构
      • 亚基：在具有四级结构的蛋白质中每一条具有独立三级结构的多肽链
  • 蛋白质结构改变与疾病：
    • 分子病(一级结构改变与疾病)
    • 镰刀状红细胞性贫血：由于β–链第六位氨基酸改变，导致红细胞在氧分压较低时呈镰刀状，并极易聚集破裂形成溶血
  • 蛋白质空间结构与功能的关系：蛋白质空间结构是其生物学的基础，空间结构的改变，其功能活性也随之改变。
  • 蛋白质结构与功能的关系：
    • 蛋白质一级结构与功能的关系：相似结构表现相似功能，不同结构具有不同的功能。
    • 催产素兼有抗利尿激素样功能，抗利尿激素也兼有催产素样功能，但催产素对血管平滑肌和抗利尿作用仅为抗利尿激素的1％左右