蛋白质《生物化学原理》思维导图
2024-04-13 17:56:51 0 举报AI智能生成
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蛋白质是生命的基础，它由20种不同的氨基酸通过肽键连接而成的多肽链。这些多肽链通过折叠和卷曲形成复杂的三维结构，赋予了蛋白质生物活性和功能。蛋白质在生物体内发挥着重要作用，包括参与细胞结构构建、催化生物化学反应、基因表达调控、信号传导、免疫应答等。因此，蛋白质的研究是生物化学领域的核心内容之一，对于理解生命活动的机制以及开发新药物等方面具有重要意义。
作者其他创作
大纲/内容
一级结构决定三级结构
蛋白质的折叠伴随着自由能的降低
折叠过程由疏水键提供动力
在细胞内同一个蛋白质的折叠也有区别
基本规则
不折叠，需要时折叠
自发折叠
不自发，要分子伴侣协助
不自发，要分子伴侣创造一个环境
折叠类型
部分可以聚合为四级
聚合为三级
聚合成结构域
继续聚合成模体
部分折叠变为二级（称为折叠核）
一级
折叠历程
带有同种电荷肽链形成有规律的结构
将一个带有电荷的基团从水相中移走，却没有与带相反电荷的基团形成盐键
将两个同种电荷的基团强行放在了一起
将一个极性基团从水相中移走，却没有形成氢键
将疏水基团放在水相基团中
将两原子放在一起产生位阻
不利因素
形成过程
有些蛋白不满足Anfinsen法则，称为变形蛋白，一级结构与三级结构不一样，可以用来提高基因效率
注
与配体结合后结构发生变化
与配体结合后发生化学变化
根据与配体结合后效果不同进行分类
都溶
清蛋白
溶碱或酸，中性盐溶液
球蛋白
溶碱或酸
谷蛋白
溶70%～80%醇溶液，溶碱和酸
醇溶蛋白
溶水，酸
组蛋白
溶酸
精蛋白
不溶
硬蛋白
根据溶解度进行分类
来自不同祖先，结构不同功能相似
类似物
来自同一个祖先，结构相同功能不同
同源物
按照功能与结构分类
只由氨基酸构成
简单蛋白质
不仅仅只有氨基酸构成
结合蛋白质
按化学组成分类
球状蛋白质
纤维蛋白质
膜蛋白
按照形状
至少有30%的氨基酸序列是相同的
家族
最多有30%的氨基酸序列是相同的
超家族
有相同的二级结构，相同的排列，但拓扑学连接不同
栏
按结构和亲缘关系分类
调节蛋白
运输蛋白
储存蛋白
运动蛋白
结构蛋白
接头蛋白
保护和防御蛋白
毒蛋白
奇异蛋白
按功能分类
分类
如果蛋白A和B是同源物，那么B可能具有类似A的功能
基于序列途径
如果蛋白A就有某个特性，B也有那么B也可能与A有相关功能
基于结构
同时取用序列和结构信息
结构与序列比对法
如果一组蛋白有功能X，而另一组具有相似的模体Y，而蛋白A有这个模体Y那么这个蛋白的功能可能与这个模体Y有关
基于模体
如果A有X功能而B与A相关，那B也可能与X有关
基于“连体”的方法
蛋白质的功能预测
沉降离心
梯度离心
沉淀与离心
透析和超滤
IFE
SDS-PAGE
双向电泳
电泳
疏水作用层析
亲和层析
聚焦层析
凝胶过滤层析
HPLC
层析
常见的分离方法
破碎细胞组织
去除残渣
沉淀/浓缩
纯化
鉴定
化学法
仪器法
一般方法
纯化一般流程
分离与纯化
凝胶过滤法
超速离心法
质谱法
大小测定
等电聚焦
等电点沉淀
Ip测定
免疫荧光技术
免疫电镜
在体内活动研究
测定对应DNA
间接测定
纯化蛋白质
拆分肽链
打破二硫键
分析氨基酸种类
末端氨基酸测定
切割肽链为小片段
多次切割不同位点
重叠法
二硫键定位
直接测定
一级结构的测定
蛋白质的研究方法
一组笨蛋精来宿舍凉凉鞋
必需氨基酸
甘，丙，丝，半胱，酪，天冬酰胺，谷氨酰胺，天冬，谷
非必须氨基酸
标准氨基酸
甘，丙，脯，缬，亮，异亮，甲硫
非极性脂肪族氨基酸
笨丙，酪，色
芳香族氨基酸
赖，精，组
带正电荷的（碱性）
丝，苏，半胱，天冬酰胺，谷氨酰胺
极性，不带电荷
天冬，谷
带负电荷
按性质分类
旋光性
两性解离
特性
酯化
酰氯化
酰胺化
酰化
形成西佛碱
化学反应
与氨基酸反应生成紫色产物注：脯与羟脯与他反应颜色为亮黄色
䒢三酮反应
酚基反应生成橘黄色化合物
酪氨酸
侧链吲哚基在温和条件可被N-溴代琥珀酰亚胺氧化
色氨酸
Elman试剂可以发生成硫醇-二硫化物交换反应
半胱氨酸
鉴定氨基酸
利用不同的氨基酸的性质不同，在层析柱的移动速度不同，将他们分离开
分配层析
分离氨基酸
氨基酸
可以发生双缩尿反应
水解反应
2-10为寡肽注:有些书上是20个以下为寡肽
10-50个为多肽注：有些书上是没有这个概念的，以书上为准
50个以上为蛋白质
组成单位
氨基酸之间发生缩合反应通过酰胺键或肽键相连的聚合物
肽的概念
胰岛素是51个氨基酸组成的所以是蛋白质
最大的蛋白质是肌巨蛋白有27000个氨基酸构成
概要
注：二硫键也包含在一级结构中
他决定了三级结构
仅表示平面上的顺序
存在共振效应
拥有部分双键的性质
多为反式
极少数为顺式，除了脯可以有更多的顺式存在
存在顺式和反式
脯想要变成顺式必须要脯氨酸异构酶的辅助
与肽键相关的6个原子处于同一个平面，这个平面叫肽平面
C-N键的旋转角叫φ
C-C键的旋转角叫ψ
肽平面
合成相关蛋白质
研究在分子水平上生物进化
应用
一级结构
同一个C有关的φ和ψ的夹角
二面角
在排列的基础上增加了空间结构
由主链上的氢键稳定
最稳定的结构适合做结构蛋白
以主链进行盘绕
螺旋是自发的
氢键的连接非常有规律
每隔3.6个氨基酸形成一个氢键
每上升一圈，旋转100°，螺距0.54nm，每个氨基上升0.15nm
常见的结构
环境会影响α螺旋的稳定
脯氨酸可以是结构断裂
甘氨酸可以是结构不稳定
自身自带的R基也可以影响稳定性
通过在N端加入更多带负电荷较多的氨基酸
引入带负电荷的金属中和
与一个α相连
α存在偶极性不稳定
带电性质
影响因素
最为常见因为空间位阻小
右手
左手
构像
α螺旋
由至少两条肽链构成，每一条肽链几乎完全伸展，成锯齿状
不稳定，通常需要更多的肽链来稳定
正平行
一般要五个肽链
较稳定
反平行
每一个氨基残基上升0.35nm
每个氨基残基上升0.325nm
结构
β折叠
主链发生180°方向改变
β转角
在已经形成β折叠的肽链中加入一个氨基酸残基，导致方向发生改变
β突起
与功能密切相关
无规则卷曲和环
常见的二级结构
二级结构
在一二级的结构基础上，进一步盘绕，卷曲折叠，形成包括所有原子在内特定结构
β-α-β
螺旋-转角-螺旋
罗马折叠
希腊钥匙模型
由多个二级结构连接而成的特殊结构
有大有小，一般不超过200个氨基酸
蛋白质的数量不同，两到三个普遍
结构域之间的功能是相对独立的
结构域
模体与模体之间用肽键连接
由模体构成的结构
模体注：也可称为超二级结构
组成
氢键
满足热力学第二定律
疏水键
离子键
配位键
范德华力
二硫键
由R基的次级键来稳定结构
二硫键不是次级键但也起到了稳定作用
三级结构
个别蛋白质存在该结构
由为数不多的亚基构成的（亚基的肽链组成较少）
寡聚蛋白质
由两个至上百个亚基构成的
由多个相同的亚基构成
同多聚
由多个不同的亚基构成
杂多聚
多聚蛋白质
仅由一个亚基构成
单体蛋白质
命名
由亚基之间的次级键稳定
减少表面积来提高蛋白质的稳定性
提高遗传学经济与效率
有利于某些酶的活性的组装
能产生协同效应
减少翻译出错机会
改变一种蛋白质的特异性
利于酶的调控
功能
四级结构
充当生物催化剂
调节其它蛋白质行使特定的功能或者调节基因的表达
参与运动
只存在于肌肉组织中在心肌尤为丰富
是第一个获得完整三级结构的蛋白质
由一条肽链组成
共有8段螺旋，螺旋与螺旋之间存在β转角、环、β突起
8段分别为ABCDEFGH
铁离子（Fe2+）位于卟啉环的中心，与四个氮原子配位形成正方形的平面结构。铁离子可以与氧分子可逆结合，实现氧气的运输。
Fe2+有六个配位建，其中四个键与N结合第五个与组氨酸结合
疏水袋虽然可以保护Fe2+但Fe2+依旧有可能变成Fe3+因此机体还有一种保护方式：依赖细胞色素b5还原酶（NADPH）或称NADH-高铁血蛋白还原酶，能够利用NADH/NAD+将Fe3+还原成Fe2+
拥有一个疏水袋，血红素就在其中
肌红蛋白Mb
储存
信号传导
是由浆细胞分泌的糖蛋白，是血清蛋白
特异性
庞大的多样性
特点
可以通过多个抗体结合形成决定族
免疫球蛋白
免疫
产生特定毒素
具有一些奇异的功能
主要以α螺旋而得名
由多个右手α螺旋向左螺旋形成
其中螺旋中存在半胱氨酸可以形成氢键稳定结构注：烫头的原理就是去破坏二硫键在将二硫键重新接回去
α-角蛋白
富含β折叠而得名
β-角蛋白
主要存在于胞外基质，还有大部分的结缔组织中
是由三个核糖体同时合成，合成一段后断开注：断开后一级结构被破坏变性后很难恢复
三股的行成
由三股螺旋构成
由甘-X-Y基本单位构成
存在稀有氨基酸：4-羟脯氨酸，3-羟脯氨酸，5-羟赖氨酸
细胞产生的4个原胶原分子，以平行交错的形式结合成胶原纤维，但原胶原分子会逐步交联进一步增加强度韧性变差
胶原蛋白
支架
Hb与Mb很相似但Mb只有三级结构Hb有四级结构
拥有两个α亚基和两个β亚基
齐变模型
正协同效应
利用质子和二氧化碳来控制氧气的释放
在碳酸酐的催化下，红细胞内的CO2发生反应，因为是可逆反应因此CO2的浓度可以调控
CO2可以与Hb的N端氨基可以发生可逆反应
有两个途径
注：还可以影响构象从而影响氧气释放
波尔效应
质子
CO2
由于β亚基与α亚基不同，β亚基之间存在空隙，空隙中有很多的碱性氨基酸，导致空隙中有很多的正电荷
进入空隙后更容易形成T态更容易释放氧气，T态改成R态则可以将2.3-BPG挤出去
2.3-BPG
Hb在和氧气结合的状态下，NO可以与特定位点的半胱氨酸的巯基结合
一旦释放氧气NO就会立刻解离到外周组织扩张血管有利于氧气进入其他细胞中
NO
别构效应
原理就是波尔效应
运输氧气的调节能力
导致红细胞变形，运输能力下降
形成纤维状不溶物
导致血红蛋白之间形成一个疏水袋，相互连接
由于Hb的一级结构突变
镰刀型贫血症
血红蛋白Hb
没有与氧气结合的状态
T态（紧张态）
结合氧气时的状态
R态（放松态）
其中对氧的亲和力R>T
当T构象发生变化时可以引导周围的R发生变化有利于R向T转变
假定存在两种构象
解释模型
转运
贯穿膜
内在蛋白（整合蛋白）
没有完全贯穿
外周蛋白
用共价键连在膜上
脂锚定蛋白
无任何结构（只有一级结构）
带有一些修饰
完全无折叠
部分折叠蛋白质
无折叠也可以用
不用结合配体
有较大的分子界面，更容易识别
好处
天然无规则的蛋白质
特殊蛋白
紫外吸收
外层亲水集团形成“水化层”进一步提高了他的溶解性
相同的蛋白质带有相同的电荷，相互排斥防止聚沉
胶体性质（1~160nm）
疏水作用力下降，导致变性
加热
破坏离子键，导致变性
强酸强碱
插入蛋白质中，导致变性
去垢剂
尿素
重金属盐
不同的有机拥挤破坏的次级键不同
有机溶剂
导致变性的因素
活性丧失
水溶性下降
更易水解
黏度增加
结晶有变化，难以结晶
理化性质
可以利用蛋白质之间变性条件不同可以控制变量，来研究蛋白质的功能
变性后的性质
破坏水化层
中和电荷
盐析
当蛋白质达到Ip时沉淀量增加
Ip沉淀
有机溶剂引起的沉淀
形成蛋白盐沉淀，但一定会导致蛋白质变性，谨慎使用
重金属沉淀
沉淀反应
注：当盐的浓度很低时，因为无法中和水化层上的电荷使得水化层的电荷量增加，溶解度增加
注：有些有机溶剂可能会破坏蛋白质结构
不会消旋，为L型
色氨酸会被破坏，天冬酰胺和谷酰胺会脱氨，丝氨酸和苏氨酸部分破坏
酸水解
不破坏色氨酸
几乎所有氨基酸被破坏，并伴有消旋现象
碱水解
酶切位点是在肽链Lys、Arg两个残疾羧基端肽键
胰蛋白酶
酶切位点是在肽链Trp、Tyr、Phe残疾羧基端肽键
胰凝乳蛋白酶
胃蛋白酶
内切酶
从N端开切
氨肽酶
开端不能有脯
从C端开切
羟肽酶A
只切脯
羟肽酶B
外切酶
酶水解
过甲酸氧化
巯基化合物还原
CNBr断裂法
二硫键的断裂方法
蛋白质水解方法
蛋白质
拥有多个功能
兼职蛋白
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