北京最佳皮炎医院 http://m.39.net/pf/a_8810678.html蛋白质的分子组成
大体
元素：C、O、N、H、S；P、金属（铁铜锌锰钴钼）、I；
含氮量：16％；
计算蛋白质含量的公式：每g样品含氮克数×6.25×=g样品中蛋白质含量（g％）；
L-α氨基酸
M-是蛋白质
的基本结构单位
20种氨基酸，参与人体内蛋白质合成，除甘氨酸外，为L-α-氨基酸；
Ps.α-碳原子：连在-COO-基上的C，是不对称碳原子；即C上连的4个基团需各不相同，而甘氨酸有2个H，即甘氨酸无手性碳=不对称碳原子；
Ps.左旋：L；右旋：D；
硒代半胱氨酸：除20种基本氨基酸外，还可合成蛋白质的氨基酸；
氨基酸
可根据其
侧链结构和
理化性质
进行分类
必需氨基酸：8；缬、异、亮、苯、蛋、色、苏、赖；写一两本淡色书来；
含硫氨基酸：3；半胱、胱、蛋；
支链氨基酸：缬、异、亮；
生糖+生酮氨基酸：异、苯、酪、色、苏；一本落色书；
生酮氨基酸：亮、赖；同样来；
生糖氨基酸：除生酮氨基酸外的；
生成一碳单位的氨基酸：丝、色、组、甘；施舍竹竿；
不参与转氨基的氨基酸：脯、羟脯、苏、赖；甘；不抢书来；
含2个羧基的氨基酸：酸性氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸）；
含2个氨基的氨基酸：赖氨酸；
碱性氨基酸：精氨酸：胍基；赖氨酸：氨基；组氨酸：咪唑基；
易使肽链形成折角的氨基酸：脯氨酸；
可形成二硫键/含巯基的氨基酸：半胱氨酸；
修饰氨基酸/蛋白质合成修饰加工生成、无相应编码的氨基酸：胱氨酸、羟脯氨酸、羟赖氨酸；
Ps.碱性蛋白质：鱼精蛋白、组蛋白；酸性蛋白质：胃蛋白酶、丝蛋白；
碱性氨基酸：精、赖、组；酸性氨基酸：天冬、谷；
根据侧链的结构、理化性质，分成5类：
非极性
脂肪族
氨基酸
甘、丙、缬、亮、异亮、脯、甲硫=蛋；
Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Pro、Met；
G、A、V、L、I、P；
极性
中性
氨基酸
丝、苏、半胱、天冬、谷；
Ser、Thr、Cys、Asn、Gln；
S、T、C、N、Q；
芳香族
氨基酸
苯丙、酪、色；
Phe、Tyr、Trp；
F、Y、W；
酸性
氨基酸
天冬、谷；
Asp、Glu；
D、E；
碱性
氨基酸
精、赖、组；
Arg、Lys、His；
R、K、H；
脯氨酸：亚氨基酸；可被羟化呈羟脯氨酸；（同，赖氨酸可被羟化成羟赖氨酸；二者均可存在于天然蛋白质中）；
半胱氨酸：极性最强=反应能力最强（∵有巯基；可自己和自己反应）=还原能力最强=最易被氧化；
蛋白质中不少半胱氨酸以胱氨酸的形式存在；
天然蛋白质中可存在：胱氨酸√、羟脯氨酸√；同型半胱氨酸×（甲硫氨酸循环）；
氨基酸
具有共同或特异
的理化性质
两性解离
等电点pI：氨基酸成为兼性离子，呈电中性，此时的溶液pH；
pI=（pK1+pK2）/2；
当pH＜pI：即相当于处于酸性溶液中→阳离子为主→带正电；
当pH＞pI：即相当于处于碱性溶液中→阴离子为主→带负电；
含共轭双键的
氨基酸具有
紫外线吸收性质
色氨酸、酪氨酸：nm；测定溶液nm的光吸收值，是分析溶液中蛋白质含量的快速方法；
苯丙氨酸：nm；注意：苯丙氨酸也含共轭双键，但不是nm；
Ps.核酸：nm；
氨基酸与
茚三酮反应
生成蓝紫色化合物
弱酸性溶液中，茚三酮水合物和氨基酸共同加热→氨基酸氧化脱羧、脱氨，茚三酮水合物被还原→还原物与氨基酸加热分解产生的氨结合→再与另一分子茚三酮缩合，形成蓝紫色化合物→吸收峰在nm，吸收峰值大小与氨基酸释放的氨量成正比，可定量分析氨基酸；
Ps.可用于法医鉴定；
氨基酸通过
肽键连接
而形成
蛋白质或肽
寡肽：2-20个氨基酸相连而形成的肽；
多肽：更多的氨基酸相连而形成的肽；
？10个分寡肽、多肽；氨基酸＞50，即为蛋白质；
Ps.肽键：是单键，但有一定程度的双键的性质；∵O、H间存在吸引力，但未形成键；∴肽键（C-N）虽是单键，但平面不可自由旋转；
生物活性肽具有
生物活性、多样性
谷胱甘肽GSH：三肽；由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸组成；巯基是主要功能基团，具有还原性；被氧化成氧化型谷胱甘肽GSSG；
作用：保护体内蛋白质、酶中的巯基免遭氧化；
嗜核特性，可阻断外源的嗜电子毒物与DNA、RNA、蛋白质结合；
多肽类激素、神经肽体：
蛋白质的分子结构
大体
蛋白质分子结构分为4个层次：一级、二级、三级、四级结构；
高级结构=空间构象：二级、三级、四级结构；
仅≥2条肽链形成的蛋白质才有四级结构；
一级结构
高级结构
二级结构
三级结构
四级结构
定义
蛋白质分子中，
从N-端到C-端的
氨基酸排列顺序；
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，不涉及氨基酸残基侧链的构象；
整条肽链中，全部氨基酸残基的相对空间位置，即整条肽链所有原子在三维空间的排布位置；
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；
表现
形式
肽键；
α-螺旋、β-折叠、β-转角、Ω环；
亚基；
维系键
肽键（主要）、
二硫键（次要）；
氢键；
疏水键、盐键（=离子键）、氢键、范德华力；
氢键、离子键；
补充
分子病：p27；
变性：
水解：
疏水键：把疏水残基埋藏在内部；
盐键：=离子键；
氢键：质子周围；
范德华力：分子间作用力；
同二聚体、异二聚体：
2个亚基组成的四级结构的蛋白质中，亚基结构相同时为同二聚体，不同时为异二聚体；
对2个以上亚基构成的蛋白质，单一亚基一般无正常的生物学功能；
单体酶：只有单一肽链的酶；有三级结构，无四级结构；
血红蛋白：有四级结构；
肌红蛋白：只有三级结构，无四级结构；
注意
氨基酸水平；
亚基水平；
氨基酸的
排列顺序决定
蛋白质的
一级结构
多肽链的局部
有规则重叠的
主链构象
是蛋白质的
二级结构
大体
参与肽键形成的
6个原子
在同一平面上
6个原子：Cα1、C、O、N、H、Cα2；
α-螺旋
是常见的
蛋白质二级结构
顺时针，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1圈；
螺距为0.54nm；
氢键方向与螺旋长轴平行；
易形成α-螺旋的氨基酸：丙、谷氨酸、亮、甲硫；
蛋白质表面的α-螺旋，有两亲特点；如：血浆脂蛋白、多肽激素、钙调节蛋白激酶；
举例：角蛋白、肌球蛋白、纤维蛋白，几乎全长卷曲成α-螺旋；
对比α-螺旋、DNA双螺旋：
α-螺旋
DNA双螺旋
右手螺旋，顺时针；
右手螺旋（A、B型）；
左手螺旋（Z型）；
螺距0.54nm；
一圈有3.6个氨基酸残基；
直径2.37nm；
碱基对平面距高0.34nm；
螺距3.54nm；
一圈10.5对碱基；
外侧：氨基酸侧链；
内侧：肽链；
外侧：核糖、磷酸基团；
内侧：碱基；
β-折叠
使多肽链
形成片层结构
呈折纸状；每个肽单元以Cα为旋转点，依次折叠成锯齿状结构；氨基酸残基侧链交替位于锯齿状结构的上下方；
举例：蚕丝蛋白几乎全是β-折叠；
β-转角和Ω-环
存在于
球状蛋白质中
β-转角
由4个氨基酸残基构成；第2个残基常为脯氨酸；其他常见残基如甘（II型的第3个残基）、天冬2、色；
Ω环
存在于球状蛋白质中；总出现在分子表面；以亲水残基为主；参与分子识别；
氨基酸残基的侧链
影响二级结构的
形成
P16；
多肽链进一步
折叠成
蛋白质的
三级结构
三级结构是指
整条肽链中
全部氨基酸残基的
相对空间位置
结构模体
可由2个
或2个以上
二级结构肽段组成
模体=模序：属于超二级结构（高于二级，但不是三级结构）；
举例：钙离子结合蛋白、纤连蛋白受体结合肽、锌指结构、亮氨酸拉链；
形式：αα、βαβ、ββ；
相互作用：主要由非极性氨基酸残基参与；
亮氨酸拉链：出现在DNA结合蛋白、其他蛋白质中的一种结构模体；
常出现在真核生物DNA结合蛋白的C端；与癌基因表达调控功能有关；
锌指结构：含锌指结构的蛋白质可与DNA或RNA结合；
结构域
是三级结构层次上
具有独立结构、
功能的区域
结构域vs超二级结构：
结构域：用限制性蛋白酶水解，含多个结构域的蛋白质常分解出独立的结构域，而各结构域的构象可基本不变；
超二级结构：无此特点；
蛋白质的多肽链
须折叠成
正确的空间构象
分子伴侣：一种蛋白质；可提供保护环境，加速蛋白质折叠成天然结构；
举例：热休克蛋白70Hsp70、伴侣蛋白、核质蛋白；
作用：让未折叠的正确折叠；让错误折叠的正确折叠；诱导二硫键的正确形成；
含有2条以上
多肽链
的蛋白质可具有
四级结构
蛋白质可依其
组成、结构、
功能
进行分类
P20；
蛋白质结构与功能的关系
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；
执行功能的
主要方式
P21
蛋白质与
小分子相互作用
如：各种代谢路径的酶催化底物、抑制剂、代谢中间物和产物、副产物等；
蛋白质与
核酸的相互作用
蛋白质是基因表达的产物，基因的表达离不开蛋白质的作用；
蛋白质与核酸的相互作用，存在于生物体内基因表达的各个水平之中；
蛋白质有几种模体，如锌指模体、亮氨酸拉链、螺旋-转角-螺旋等，专门结合DNA、并发挥生物学效应；
RNA存在于细胞质和细胞核中；
少部分RNA可以核酶的形式，单独发挥功能；
绝大部分RNA都是与蛋白质形成RNA-蛋白质复合物；
如：核糖体，是细胞内蛋白质合成的场所，核糖体的2个亚基由精确折叠的蛋白质和rRNA组成；
端粒酶是一种由催化蛋白和RNA模板组成的酶，可合成染色体末端的DNA；
剪接体是指进行RNA剪接时形成的多组分复合物，主要是由小分子的核RNA和蛋白质组成；
蛋白质与RNA的相互作用，在蛋白质合成、细胞发育调控等生理过程中起决定性作用；
蛋白质相互作用
是蛋白质执行功能
的主要方式
蛋白质-蛋白质相互作用PPI：≥2个蛋白质分子通过非共价键相互作用，并发挥功能的过程；
可改变细胞内酶的动力学特征，可产生新的的结合位点，改变蛋白质对底物的亲和性；
举例：
主要组织相容性复合物参与的分子识别；
抗原与抗体的特异性结合；
蛋白质
一级结构是
高级结构与功能的基础
一级结构是
空间构象的基础
空间构象遭破坏的核糖核酸酶A，只要其一级结构（氨基酸序列）未被破坏，就有可能回复到原来的三级结构，功能仍然存在；
一级结构相似的
蛋白质
具有相似的
高级结构与功能
蛋白质一级结构的比较，常用来预测蛋白质之间结构与功能的相似性；
同源性较高的蛋白质之间，可能具有向类似的功能；
在对不同物种中具有相同功能的蛋白质进行结构分析时，发现它们有相似的氨基酸序列；
多态性：在人类群体中的不同个体间，这些蛋白质存在着氨基酸序列的多样性，但几乎不会影响蛋白质的功能；
氨基酸序列与
生物进化信息
通过比较一些广泛存在于生物界不同种系间的蛋白质的一级结构，可帮助了解物种进化间的关系；
重要蛋白质的
氨基酸序列
改变可引起疾病
分子病：蛋白质分子发生变异所导致的疾病；
镰贫：基因点突变；谷氨酸变成了缬氨酸，即酸性氨基酸被中性氨基酸取代；
蛋白质的
功能依赖
特定空间结构
大体
体内蛋白质所具有的特定空间构象，与其发挥特殊的生理功能有密切关系；
如：角蛋白，含大量α-螺旋结构，与富含角蛋白的组织的坚韧性并富有弹性直接相关；
丝心蛋白分子，含大量β-折叠结构，使蚕丝具有伸展、柔软的特性；
血红蛋白亚基与
肌红蛋白
结构相似
肌红蛋白Mb、血红蛋白Hb，均是含有血红素辅基的蛋白质；
血红蛋白是由4个亚基组成的四级结构蛋白质；1分子Hb可携带4分子氧；
血红蛋白亚基
构象变化
可影响
亚基与氧结合
Hb与Mb一样可逆地与O2结合；
Hb的氧解离曲线：S状；提示Hb的4个亚基与4个O2结合时有4个不同的平衡常数；存在正协同效应；
Mb的氧解离曲线：直角双曲线；
Mb易与O2结合；
Hb与O2的结合在O2分压较低时较难；
紧张态T：
松弛态R：
别构效应：一个氧分子与Hb亚基结合后，引起其他亚基构象变化；
蛋白质构象改变
可引起疾病
蛋白质构象病：
若蛋白质的折叠发生错误，尽管一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响功能，严重时可导致疾病发生；
如：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，如人纹状体脊髓变性病、阿尔茨海默病、亨廷顿病、疯牛病；
疯牛病：由朊病毒蛋白PrP，引起的一组人和动物神经退行性病变；
具有传染性、遗传性、散在发病的特点；
在动物间的传播是由PrP组成的传染性蛋白质颗粒（不含核酸）完成的；
PrP是染色体基因编码的蛋白质；
正常人和动物的PrP是PrPc，水溶性强、对蛋白酶敏感、二级结构中有多个α-螺旋；
异常的是PrPsc，分子中大多数是β-折叠，对蛋白酶不敏感、水溶性差、对热稳定、可相互聚集，最终形成淀粉样纤维沉淀而致病；
二者一级结构完全相同，PrPc转变成PrPsc涉及蛋白质分子α-螺旋重新折叠成β-折叠的过程；
蛋白质的理化性质
大体
氨基酸的+特有的；
两性电离
pI等电点；溶液pH＞pI：蛋白质颗粒带负电；反之带正电；
体内蛋白质的pI大多接近于pH5.0；故在pH7.4环境下，多解离成阴离子；
碱性蛋白质：鱼精蛋白、组蛋白；含碱性氨基酸较多，等电点偏碱性；
酸性蛋白质：胃蛋白酶、丝蛋白；含酸性氨基酸较多，等电点偏酸性；
胶体性质
分子直径可达1-nm，是胶体范围；
维持蛋白质胶体稳定的2个因素：水化膜、蛋白质胶粒表面的电荷；
变性、复性
变性：有序的空间结构变成无序的空间结构，导致理化性质改变、生物学活性丧失；涉及二硫键、非共价键的破坏；不涉及一级结构中氨基酸序列的改变；
理化生物性质改变：溶解度↓、黏度↑、结晶能力消失、生物学活性丧失、易被蛋白酶水解；nm吸收↑√∵疏水基团双键暴露；
因素：加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子、生物碱；
沉淀：变性后的蛋白质的疏水侧链暴露在外面，肽链融汇缠绕聚集，从溶液中析出；变性的易于沉淀，但可发生沉淀而不变性；
复性：变性程度较轻的，在去除变性因素后，可恢复或部分恢复原有构象、功能；
凝固作用：
在紫外光谱区有
特征性光吸收
∵含有共轭双键的酪、色，∴在nm处有特征性吸收峰；可定量测定；
呈色反应
可用于
测定溶液中
蛋白质含量
茚三酮反应
蛋白质经水解后产生的氨基酸可发生茚三酮反应；
双缩脲反应
蛋白质、多肽中的肽键，在稀碱溶液中，与硫酸铜共热，呈紫色、红色，即双缩脲反应；
氨基酸不发生；
可用于检测蛋白质水解程度；水解程度大→氨基酸浓度上升、肽键少→颜色浅；
补充：蛋白质的分离、纯化
P
透析、超滤
分子量、半透膜、自由扩散；
超滤：加压透析；
沉淀
有机溶剂沉淀
盐析
加入盐，如NaCl，破坏表面电荷、水化膜；
免疫沉淀
利用蛋白质特异抗体识别抗原蛋白质；
电泳
电荷量多、分子量小→泳动速度快；
超速离心
分离蛋白质、测定分子量；
层析
离子交换层析
阴离子结合树脂，带正电荷，填充在层析管内；
含阴离子，如Cl-的溶液，用于洗柱；
蛋白质多带负电，所以电荷量大的→与树脂结合紧密→不易洗脱；
即含负电量小的蛋白质首先被洗脱下来；若增加Cl-浓度，则含负电量多的蛋白质也被洗脱下来；
凝胶过滤
=分子筛层析；
可分离不同大小的蛋白质；分子量大的先被洗脱；
总结
根据分子量大小：透析、超滤、离心、凝胶过滤；
利用沉淀/溶解度不同的性质（破坏水化膜、电荷）：丙酮沉淀、盐析、等电点；
根据电荷不同：电泳、离子交换层析；
利用相分配或亲和原理：离子交换层析、凝胶过滤、亲和层析（抗原抗体；酶和底物）；
利用蛋白质等电点的差异：等电聚焦电泳；
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