蛋白质思维导图

生物化学中蛋白质这一章节的知识总结，本人做了非常详细的知识点梳理，整理出来给大家参考。

蛋白质

• 分离纯化
  • 透析和超滤去除蛋白质溶液中的小分子化合物
  • 丙酮沉淀，盐析是常用的蛋白质浓缩方法
  • 利用荷电性质可电泳分离蛋白质
    • 十二烷基磺酸钠
    • 聚丙烯酰氨凝胶电泳（SBS）
    • 等电聚焦电泳
    • 双向凝胶电泳：第一次聚焦电泳，第二次SBS
  • 层析
    • 离子交换层析
    • 凝胶过滤又称分子筛层析
• 定义
  • 蛋白质是由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合物
• 特性
  • 分布广，含量高
  • 具有重要的生物学功能
  • 氧化功能
• 化学组成
  • 元素
    • 主要有C,H,O,N,S,有些蛋白质含有P,Fe,Cu,Zn,Mn等，各种蛋白质的含量很接近，平均为16%。
    • 定氮法：100g样品中蛋白质的含量（g%）=每克样品含氮克数*6.25*100
    • 现有氨基酸300余种，组成人体的仅有20种，且均属于L-α-氨基酸（甘氨酸外）
  • 分类
    • 非极性脂肪族氨基酸：丙，缬，亮，异亮，蛋，苯丙，脯，色氨酸
    • 极性中性氨基酸：丝，苏，酪，天氨酸，谷氨酸，半胱氨酸，甘氨酸
    • 酸性氨基酸：谷氨酸，天冬氨酸（正常生理条件下，R侧链带负电荷）
    • 碱性氨基酸：
    • 特殊氨基酸：脯氨酸，又叫亚氨基酸；半胱氨酸。在蛋白质的翻译过程中，脯氨酸和赖氨酸可被羟基化为羟脯氨酸和羟赖氨酸。蛋白质分子中20中氨基酸残基的某些基团还可被甲基化，甲酰化等。
  • 理化性质
    • 等电点
      • 在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阴离子和阳离子的趋势及程度相同，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。
      • pH=pI,氨基酸的兼性离子，净电荷为0，;pH>pI,阴离子，带负电荷；pH<pI，阳离子，带正电荷。
    • 含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性，用分光光度法测量，色氨酸，酪氨酸的最大吸收峰在280nm
    • 氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物
• 分子结构
  • 一级结构
    • 定义：蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸种类和排列顺序。
    • 主要化学键：肽键，有些蛋白质还包括二硫键
    • 肽键：是由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合而形成的化学键
  • 生物活性肽
    • 谷胱甘肽：其中含有巯基，巯基的氢具有还原性，可发生氧化反应，是体内重要的还原剂，可以保护体内的酶蛋白巯基不被破坏，同时具有噬核特性。
    • 多肽类激素及神经肽
  • 二级结构
    • 定义
      • 蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸的巯基侧链的构象。
      • 主要化学键：氢键
    • 二级结构
      • α-螺旋：螺距0.54nm，3.6个残基
      • β-折叠：形成片层结构
      • β-转角：β-转角的第二个氨基酸是脯氨酸
      • 无规卷曲
    • 基序：
      • 超二级结构：在许多蛋白质分子中，可发现两个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个有规则的二级结构组合，被称为超二级结构。
      • 模体：二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，称为模体。模体是具有特殊功能的超二级结构。
• 高级结构
  • 三级结构
    • 定义：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。
    • 主要化学键：疏水键，离子键，氢键和范德华力等
    • 结构域
      • 定义：分子量较大的蛋白质可折叠成多个结构较为紧密且稳定的区域，并各行其功能，称为结构域。
      • 结构域是三级结构层次上的功能区
    • 亚基：许多功能性蛋白质分子含两条或两条以上多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基。
  • 四级结构
    • 定义：蛋白质分子中的各亚基的空间排布及各亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。
    • 二聚体：由两个亚基组成的蛋白质中，若亚基分子结构相同，称之为同二聚体，若结构不同，称之为异二聚体。
    • 化学键：亚基之间的结合主要是疏水键，氢键和离子键
  • 分类
    • 根据组成成分
      • 单纯蛋白质
      • 结合蛋白质=蛋白质部分+非蛋白质部分
    • 根据蛋白质形状
      • 纤维状蛋白质
      • 球状蛋白质
• 结构与功能的关系
  • 一级结构与功能的关系
    • 结构不同，生物学功能不同
    • 一级结构相似的蛋白质，具有相似的高级结构和功能
    • 一级结构关键部分变化，其生物活性也改变
    • 重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病
  • 蛋白质的功能依赖特定的空间结构
    • 蛋白质前体的活化：胃蛋白酶，胰蛋白酶
    • 蛋白质的变构现象
      • 变构效应：蛋白质空间结构的改变伴随其功能的改变，称为变构效应
      • 协同效应：一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象。
        • 正协同效应：促进作用
        • 负协同效应：抑制作用
    • 蛋白质构想改变可引起疾病
      • 致治病机理：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的沉淀样纤维沉淀，产生毒性而致病。
      • 例如：疯牛病，老年痴呆症
      • 疯牛病致病机理：又朊病毒蛋白（PrP）引起的一组人和动物神经退行性病变，正常的（PrP）富含α-螺旋，致病的为β-折叠。
  • 蛋白质结构与生物进化
  • 总结
    • 一级结构是空间结构的基础
    • 完整的空间构象是发生生物学功能的基础
    • 一级结构改变会引发疾病为分子病
    • 高级结构改变引发疾病为构象病
• 理化性质
  • 蛋白质具有两性解离的性质：体内大多数蛋白质等电点接近5左右
  • 蛋白质具有胶体性质：蛋白质为生物大分子，直径为1-100nm，属于胶体。胶体稳定因素：颗粒表面电荷；水化膜（蛋白质表面为亲水基团）
  • 蛋白质的变性
    • 定义：在某些理化作用下，蛋白质的空间结构被破坏，即有序的空间结构变无序，从而导致理化性质改变和生理活性丧失。
    • 变性的本质：破坏共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构
    • 变性因素：如加热，乙醇等有机溶剂，强酸，强碱，重金属离子及生物碱试剂等。
    • 变形特征：生物学活性的丧失；失去结晶能力；溶解度降低，易沉淀；粘度增加，扩散系数降低；易被蛋白酶水解。
    • 复性：若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，仍可恢复或部分恢复其原有构象和功能，称为复性。
    • 应用举例：临床医学上，变性常用来消毒和灭菌；防止蛋白质变性是有效保存蛋白质制剂的必要条件
  • 蛋白质的沉淀：变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性
    • 中性盐沉淀，盐析
    • 有机溶剂沉淀（水化膜）
    • 加热沉淀（变性）
    • 重金属盐沉淀
    • 生物碱试剂沉淀（pI<等电点）
  • 在紫外光谱区有特征吸收峰
  • 显色反应
    • 茚三酮反应蓝紫色
    • 双缩脲反应紫红色（与肽键反应）