生物化学

1.蛋白质功能充当生物催化剂，如酶；调节其他蛋白质行使特定的生理功能或调解基因的表达；运输；贮存运动；为细胞和机体提供结构支持，胶原蛋白；信号转导，激素；免疫，抗体；产生特定的毒性；具有一些奇异的功能，如荧光，抗冻蛋白2.氨基酸的种类及分离分析技术结构特点：氨基酸(aminoacid)是蛋白质分子的基本组成单位。构成天然蛋白质分子的氨基酸约有20种，除脯氨酸为α-亚氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外(没有旋光性)，其余氨基酸均为L-α-氨基酸。（可以把脯氨酸看做L-α氨基酸)丝氨酸ser（S）酪氨酸tyr（Y）苏氨酸含有羟基天冬酰胺asn（N）谷氨酰胺gln（Q）含酰胺键半胱氨酸cys（C）含巯基，pKa约为8.4甲流氨酸（蛋氨酸）met（M），含硫，多用于甲基化修饰色氨酸trp(W)R基团有N原子，可形成氢键，极性比苯丙氨酸phe(F)极性强，都为疏水氨基酸电泳：氨基酸分子在高于或低于其pI的溶液中带净的负或正电荷，因此在电场中可以移动。电泳迁移率的大小主要取决于氨基酸分子带电性质以及大小形状等存在的差异离子交换层析：以含带电基团的树脂作固定相，利用它与流动相中带相反电荷的离子结合并进行可逆交换的性质来分离目标带电分子的一种方法3.蛋白质分子各级结构蛋白质的分子结构可人为分为一级、二级、三级和四级结构等层次。一级结构为线状结构，二、三、四级结构为空间结构。蛋白质一级结构：是指氨基酸在多肽链上的排列顺序。（由编码它的基因的核苷酸序列决定）主要功能键：肽键胰岛素还包括二硫键的数目和位置确定蛋白质的一级结构有助于理解其高级结构和功能蛋白质二级结构：多肽链的主链部分（不包括R基团）在局部形成的一种有规律的折叠和盘绕维系键：氢键（稳定性）种类：&螺旋，3（10）螺旋，三股螺旋，贝塔折叠，贝塔转角，贝塔凸起，环，无规则卷曲从结构的稳定性来看：右手&螺旋贝塔折叠贝塔转角无规则卷曲和环&螺旋多位右手螺旋：每隔3.6个氨基酸残基，螺旋上升一圈，螺距为0.54nm，每个氨基酸残基沿轴上升0.15nm，螺旋半径0.23nm，二面角（-57°，-47°）影响α-螺旋形成的因素主要是：①存在侧链基团较大的氨基酸残基；②连续存在带相同电荷的氨基酸残基；③存在脯氨酸残基。最常见的不利于形成&螺旋的两种氨基酸是脯氨酸（亚氨基酸，形成氢键后，不能充当氢键供体；侧链为刚性的环，难以达到α螺旋形成的φ值）和甘氨酸（侧链太小，自由度太大，无法满足形成α螺旋的必需条件---具有相对固定的二面角）经常在α螺旋中出现的氨基酸有：赖氨酸（侧链基团较大，有极性，亲水），甲硫氨酸（侧链含硫，与氧原子性质相似，有一定亲水性，疏水性较差，可参与dna的甲基化修饰），丙氨酸，亮氨酸，谷氨酸（侧链含羧基，有极性，亲水），谷氨酰胺（含酰胺基，侧链可参与氢键形成），半胱氨酸（含有巯基，蛋白质分子间形成二硫键，有助于维持蛋白质三维结构的稳定），组氨酸（侧链基团含N的咪唑环，带正电荷）β-折叠：定义：多肽链的局部肽段，以肽键平面为单位折叠成锯齿状的一种较伸展结构.其结构特征为：①若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片；②所有肽键的C=O和N—H形成链间氢键；③侧链基团分别交替位于片层的上、下方。β-转角：多肽链180°回折部分，通常由四个氨基酸残基构成，借1、4残基之间形成氢键维系。无规卷曲：主链骨架无规律盘绕的部分。作用：赋予蛋白质较大的构象柔性，常构成蛋白质的特定功能部位。蛋白质的三级结构；是指构成蛋白质的多肽链在二级结构的基础上，进一步盘绕、卷曲和折叠，形成的特定空间结构，包括了肽链上所有原子的空间排布维系键：氢键，疏水键，离子键，范德华力，有的金属蛋白还有金属配位键，也可涉二硫键模体：属于超二级结构，多肽链内顺序上相互靠近的二级结构常常在空间折叠中彼此相互作用，形成规则的二级结构聚合体，通常类型有：αα、ββ、βαβ结构域：是指在较大蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，形成二个或多个在空间上可以明显区别的局部区域（一般为球状），常具有特定的功能，有时也称功能域构象：一个蛋白质的全部三维结构，构象转变由单键的自由旋转造成，不涉及共价键改变构型：立体异构中，一组特定的原子或基团在空间上的几何布局，两种构型的转变伴随共价键的断裂和形成蛋白质的四级结构：具有两条以上多肽链的蛋白质如果不是以二硫键相连，则认为它们具有四级结构亚基：蛋白质四级结构的内容：包括亚基的种类、数目、空间排布以及亚基之间的相互作用驱动四级结构形成或稳定四级结构的作用力包括：氢键，疏水键，范德华力和离子键4.如何把环与β转角区分开来β转角是主链180°U型回折改变方向形成的，由肽链上的4个连续的氨基酸组成，构成β转角的氨基酸残基的第一个氨基酸残基的碳氧双键与第三位残基的氮氢键形成氢键；而环是一种不规则的二级结构，柔性强，涉及的二面角变化大，由它连接的两段多肽段或肽链间的角度是变化的，它的主链部分可能由许多氨基酸残基组成，与侧链部分通常都含有各种结合位点和功能位点，可以进行运动5Quiz7脯氨酸是一种亚氨基酸，其侧链与氨基形成一个刚性的环，因此在许多方面会与其它氨基酸有所不同。如，与茚三酮反应，生成黄色物质；肽键的形成上，脯氨酸可能形成顺式结构，由于脯氨酸残基蛋白质可能会改变最初的反式结构，还有，脯氨酸的结构使它不利于参与&螺旋的形成，因其刚性环结构，使它也不能出现在β折叠中，但是在某种程度上它又可以迫使β转角生成6蛋白质折叠的基本规律：1.一级结构决定高级结构；2.蛋白质的折叠伴随着自由能的降低；3.蛋白质的折叠是协同和有序的过程；4.驱动蛋白质折叠的主要作用力是疏水键，其他次级键也有作用5.在细胞内，不同的蛋白质可能具有不同的折叠路径6，某些蛋白者的折叠还需要蛋白质二硫化物异构酶和肽酰脯氨酰顺反异构酶的帮助7.最终得到的蛋白质构想不是僵硬的，而且具有一定的柔性7.蛋白质结构与生物功能的关系一般规则：大多数蛋白质具有特定的三维结构，也具有特定的功能，少数蛋白质处于天然无折叠状态，但仍然具有功能；蛋白质的三维结构直接决定蛋白质的功能；蛋白质的一级结构决定蛋白质的三维结构，因此也最终决定蛋白质的功能；结构相似的蛋白质具有相似的功能，功能相似的蛋白质也具有相似的结构；在不同物种体内功能相同的蛋白质具有相同和基本相同的三维结构，但一级结构是否有差异以及差异的程度往往取决于物种之间在进化上的亲缘关系；一级结构的蛋白质往往具有共同的起源纤维蛋白：一级结构高度规律性----氨基酸残基种类有限，序列通常以重复的形式出现，倾向于形成有规律的纤维状结构&角蛋白，螺旋区的七肽重复序列使得其分子能够通过H位的疏水R基团结合，相互缠绕形成双股的卷曲螺旋，大大提高了&螺旋的稳定性，此外，在链间还形成了多个二硫键胶原蛋白的三股螺旋β角蛋白的无序的α螺旋和β转角环绕在有序的β折叠周围球状蛋白：名词解释：类似物同源物种间同源物种内同源物或旁系同源物P478蛋白质的重要性质紫外吸收：绝大多数蛋白质都含有色氨酸，酪氨酸，苯丙氨酸，这三种芳香族氨基酸R基团在280nm波长附近有最大的紫外吸收两性解离：表面氨基酸残基可解离的r基团，肽链两端游离的氨基或羧基//////////由于一个蛋白质分子含有多个氨基酸残基，其解离情况要比单个氨基酸残基或一个小肽复杂的多，并且各个可解离基团的pKa究竟是多少难以确定，因此一种蛋白质的pI难以直接计算，一般使用等电聚焦或等电点沉淀等方法进行测定胶体性质：电泳，布朗运动，丁达尔现象，不能通过半透膜/////because蛋白质分子大小已达胶体质点范围/含亲水基团，与水分子形成氢键，容易吸附水分子，形成水化膜，使蛋白质分子颗粒难以彼此靠近，增加了蛋白质在溶液中的稳定性，防止聚集或沉淀/同种蛋白质分子在非等电状态时带有同种电荷而相互排斥，不会聚沉沉淀反应：水化膜被破坏或表面电荷被中和/////factor破坏水化膜又中和电荷的中性盐/中和电荷的等电点pH/破换水化膜的有机溶剂/中和电荷的生物碱等蛋白质变性：蛋白质受到某些理化因素的作用，高级结构受到破坏，生物活性随之部分或全部丧失的现象////factor强酸、强碱、高浓度盐、重金属盐、疏水分子/加热、加压、机械作用、超声波等/////指标：溶解度降低，黏度增加，生物活性丧失，更容易被水解，结晶行为发生变化蛋白质复性：少数蛋白质在特定的条件下，蛋白质恢复原来的构象，生物活性随之恢复蛋白质水解：强酸强碱蛋白酶催化下蛋白质的颜色反应：双缩脲试剂、乙醛酸反应名词解释分段盐析：盐溶：9蛋白质研究技术及其原理：1）沉淀和离心沉淀是根据不同蛋白质在特定条件下溶解性不同，而对它们进行选择性沉降从而达到分离目的一种粗提纯方法/////way改变pH或改变离子强度(盐析)盐析：在蛋白质溶液中加入大量中性盐，以破坏蛋白质的胶体性质，使蛋白质从溶液中沉淀析出，称为盐析。常用的中性盐有：硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等。盐析时，溶液的pH在蛋白质的等电点处效果最好。凡能与水以任意比例混合的有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等，均可引起蛋白质沉淀。有机溶剂沉淀：与水的亲和力更大，能破坏蛋白质表面的水化膜，使蛋白质分子溶解性降低pI沉淀：等电点时，蛋白质分子主要以两性离子形式存在，静电荷为零，失去了同种电荷的排斥作用，很容易聚集而沉淀重金属盐作用沉淀：蛋白质分子带负电荷时，与重金属离子结合形成不溶性蛋白盐而沉淀离心方法是根据分子的特征密度来分离大分子的超速离心：利用物质密度的不同，经超速离心后，分布于不同的液层而分离。超速离心也可用来测定蛋白质的分子量，蛋白质的分子量与其沉降系数S成正比。2）透析和超滤透析是利用蛋白质等生物大分子不能透过半透膜，但小分子物质和离子能够通过半透膜而进行纯化的一种方法超滤利用具有一定大小孔径的微孔滤膜，在常压、加压或减压条件下对生物大分子溶液进行过滤，使大分子保留在超滤膜上面的溶液中，小分子物质及水过滤出去，从而达到脱盐浓缩或更换缓冲液的目的，是对透析原理的改进3）电泳蛋白质分子在高于或低于其pI的溶液中带净的负或正电荷，因此在电场中可以移动。电泳迁移率的大小主要取决于蛋白质分子所带电荷量以及分子大小。4）层析利用混合物中各组分理化性质的差异，在相互接触的两相（固定相与流动相）之间的分布不同而进行分离。主要有疏水作用层析、离子交换层析，凝胶层析，吸附层析及亲和层析等，其中凝胶层析可用于测定蛋白质的分子量。10理解蛋白质生物功能的多样性蛋白质结构多样性决定其功能多样性，而蛋白质肽链由氨基酸脱水缩合而成，因此构成蛋白质的氨基酸的种类不同，空间排列顺序不同，数量不同将会使蛋白质肽链的一级结构不同，而一级结构的差异和多样性，将会最终决定其高级结构的不同，从而使不同蛋白质功能呈现出差异性和多样性，而从基因控制蛋白质的角度看，基因中核苷酸的排列顺序从根本上决定了蛋白质分子结构的多样性。11氨基酸顺序分析：蛋白质多肽链的氨基酸顺序分析，即蛋白质一级结构的测定，主要有以下几个步骤：1.分离纯化蛋白质，得到一定量的蛋白质纯品；2.取一定量的样品进行完全水解，再测定蛋白质的氨基酸组成；3.分析蛋白质的N-端和C-端氨基酸；4.采用特异性的酶（如胰凝乳蛋白酶）或化学试剂（如溴化氰）将蛋白质处理为若干条肽段；5.分离纯化单一肽段；6.测定各条肽段的氨基酸顺序。一般采用Edman降解法，用异硫氰酸苯酯进行反应，将氨基酸降解后，逐一进行测定；7.至少用两种不同的方法处理蛋白质，分别得到其肽段的氨基酸顺序；8.将两套不同肽段的氨基酸顺序进行比较，以获得完整的蛋白质分子的氨基酸顺序。12举例说明蛋白质各级结构与功能的关系一级结构：β-珠蛋白基因突变导致血红蛋白的β亚基在6号位的Glu被Val代替，使人表现镰状细胞贫血；探究不同来源的细胞色素c，物种间亲缘关系越近，其一级结构越相似二级结构：β角蛋白的无序的α螺旋和β转角环绕在有序的β折叠周围，相邻的β股能更加紧密的堆积形成网状结构，增加丝的抗张性和弹性空间结构：RnaseA天然构象，具催化活性；去折叠状态，二硫键被破坏，无催化活性；肌红蛋白和血红