知識點總結(jié)：蛋白質(zhì)及氨基酸生化基礎(chǔ)

1、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的化學知識*歷史1838, Mulder發(fā)現(xiàn)了組成生物體的復(fù)雜含氮物。1902, Fischer, Hofmeister 同時提出肽鍵理論。（Nobel, 1902）1950, Pauling提出蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)的基本單位：a-螺旋和田折疊，肽鍵6個原子在同一平面。（Nobel， 1954）1953, Sanger 確定了牛胰島素一級結(jié)構(gòu)。（Nobel，1958）1961, Anfinsen證明蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定其三級結(jié)構(gòu)，利用核糖核酸酶的變性和復(fù)性* 20種氨基酸級氨基酸，Primary amino acid縮寫丙氨酸（Ala），纈氨酸（Val），亮氨酸（Leu），異亮氨酸（I

2、le），脯氨酸（Pro），苯丙氨酸（Phe）， 色氨酸（Trp），蛋氨酸/甲硫氨酸（Met），甘氨酸（Gly），絲氨酸（Ser），蘇氨酸（Thr），半胱氨酸（Cys），酪氨酸（Tyr），天冬酰胺（Asn），谷氨酰胺（Gln），賴氨酸（Lys），精氨酸（Arg），組氨酸（His），天冬氨酸（Asp），谷氨酸（Glu）口訣：分類及特性：非極性，通過疏水作用穩(wěn)定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),Met, Val, Ala, Gly, Ile, Leu芳香族氨基酸，相對非極性，都能參與疏水作用。Trp, Try, Phe極性不帶電：水中溶解度較大或更加親水，可以與水形成氫鍵。Ser, Thr, Cry, Asn, Gln

3、, Pro植物受到逆境條件的危害，積累Pro。積累一定量的溶質(zhì)降低水勢。Pro主要以游離狀態(tài)廣泛存在于植物中， 水溶性最大的氨基酸，具有較強的水和能力。Pro大量積累，含量甚至高達百倍以上。帶正電和的三個堿性氨基酸，最為親水，側(cè)鏈上有第二個氨基，Arg有帶正電的胍基，His有可帶電的咪唑 基。Lys旋光性與手性原子上的構(gòu)型沒有確定的關(guān)系。氨基酸的理化性質(zhì)一般物理性質(zhì)：無色晶體，熔點較高，溶解度各不同，在紫外有特征吸收的僅三個芳香族的氨基酸Trp、 Tyr、Phe。測定280nm處的紫外吸收值。兩性電解質(zhì)：同一氨基酸分子上可以同時解離攜帶正電荷和負電荷，被稱為兩性電解質(zhì)ampholyteoMS

4、和羧基在不同的PH條件下表現(xiàn)出不同的解離狀態(tài)。電荷總量為零時（凈電荷為零），溶液的PH值為等電 點 isoelectric point, pI.-氨基參與的反應(yīng)與亞硝酸反應(yīng)（Van Slyke定氮）與甲醛發(fā)生羥甲基化反應(yīng)，直接測定氨基酸濃度。 烴基化反應(yīng)（DNFB ）法，二硝基氟苯法，桑格反應(yīng)，Sanger reaction,鑒定多肽N端氨基酸的重要方 法烴基化反應(yīng)（PITC ）法。Edman氨基酸順序分析法。N端測序，苯異硫氰酸酯。能夠不斷重復(fù)循環(huán)， 將肽鏈N端氨基酸逐一進行標記和解離。?；磻?yīng)（丹磺酰氯法），N端測序，丹磺酰-氨基酸有很強的熒光性質(zhì)，DNS-Cl?；磻?yīng)（氨基保護反應(yīng)）

5、，用于保護氨基以及肽鏈合成生成西佛堿，多種酶促反應(yīng)的中間過程脫氨基反應(yīng)：酶催化的反應(yīng)羧基的化學反應(yīng)Strecker降解：弱氧化劑（次氯酸鈉）作用下生成NH3和醛；特殊條件下還原成醇、醛；與肼反應(yīng)， C端氨基酸分析成鹽成酯，成鹽后COOH被保護；酰鹵；疊氮化反應(yīng)，作為多肽合成活性中間體，活化羧基；脫羧側(cè)鏈的化學反應(yīng)羥基：酯化（磷酸化），修飾蛋白質(zhì)蔬基：氧化還原，與金屬離子的螯合可用于體內(nèi)解毒氨基和羧基共同參與茚三酮反應(yīng)（定性、定量），紫色產(chǎn)物，Pro黃色，比色測定和紙層析顯色成肽反應(yīng)理化性質(zhì)、測定及分離純化*理化性質(zhì)：蛋白質(zhì)溶液是一種膠體溶液； 特定的空間構(gòu)象，分子量一定-分子篩層析 大部分pH

6、條件下，蛋白質(zhì)分子同時存在兩種電荷-等電點沉淀，鹽溶，鹽析，電泳，離子交換層一般而言，蛋白質(zhì)上同時存在疏水和親水區(qū)域-有機溶劑沉淀，疏水層析（反相層析）膠體性質(zhì)：分子量大，一萬到百萬。球狀蛋白質(zhì)表面親水，形成水化膜，從而阻止蛋白質(zhì)顆粒的相互聚集。 顆粒大小：1-100nm之間，屬膠體。穩(wěn)定親水膠體的因素：水化膜，表面電荷相同蛋白質(zhì)分子擴散速度慢，不易透過半透膜，粘度大，將混有小分子雜質(zhì)的蛋白質(zhì)溶液置于半透膜制成的透 析袋或管內(nèi)，浮于流動動水或適宜的緩沖液中，小分子雜質(zhì)易從袋中透出，保留了比較純化的蛋白質(zhì)，即 透析（dialysis）。*蛋白質(zhì)大分子溶液在一定溶劑中超速離心時可發(fā)生沉降。沉降速度

7、與離心加速度之比值即為蛋白質(zhì)的沉降 系數(shù)S。s = v/wzr ；沉降系數(shù)以每單位重力的沉降時間表示，蛋白質(zhì)、核酸、核糖體、病毒等的沉降系數(shù) 通常為1-200*10-13S，10-13這個因子叫做沉降單位S。兩性電離和等電點：氨基酸分子中除兩端游離的氨基和羧基外，Glu、Asp殘基中的Y和6羧基，Lys殘基中 的&氨基，Arg的胍基和His的咪唑基。作為帶點顆粒，在電場中移動，移動方向取決于蛋白質(zhì)分子所帶 電荷性質(zhì)。蛋白質(zhì)的電荷即決定于分子組成中堿性和酸性氨基酸的含量，又受所處溶液的pH影響。當?shù)?白質(zhì)溶液處于某一 pH時，蛋白質(zhì)游離成正、負離子的趨勢相等，即成為堿性離子（凈電荷為0 ），此時

8、溶 液的pH值成為蛋白質(zhì)的等電點。pH=pI ,凈電荷為零，電場中不移動；pH大于pl ,帶負電，向陽極移動；pH小于pl ,帶正電，向陰極移動；pl時，蛋白質(zhì)失去了膠體的穩(wěn)定條件，沒有相同電荷相互排斥的作用，不穩(wěn)定，溶解度最小，易沉淀。蛋白質(zhì)的變性,denaturation蛋白質(zhì)在某些物理或化學因素作用下，其特定的空間結(jié)構(gòu)被破壞，從而導致理化性質(zhì)改變和生物學活 性的喪失。變性只是空間構(gòu)象的破壞，一般認為蛋白質(zhì)變性的本質(zhì)是次級鍵，二硫鍵的破壞，并不涉 及一級結(jié)構(gòu)的變化。內(nèi)部側(cè)鏈疏水基團暴露于表面，溶解度降低；多肽鏈松弛伸展，粘度增加；結(jié)晶性破壞；生物學活性 喪失；結(jié)構(gòu)松散，側(cè)鏈基團暴露，易于發(fā)

9、生化學反應(yīng)；疏水側(cè)鏈暴露，導致紫外吸收增加。物理因素-加熱、加壓、脫水、攪拌、振蕩、紫外線照射、超聲波化學因素-強酸強堿、尿素、重金屬鹽、十二烷基磺酸鈉（SDS）復(fù)性，renaturation :變性程度較輕時，去除變性因素，有的蛋白質(zhì)仍能恢復(fù)或部分恢復(fù)其原來的構(gòu)象 及功能，變性的可逆變化稱為復(fù)性。許多蛋白質(zhì)變性時被破壞嚴重，不能恢復(fù)，稱為不可逆變性。*蛋白質(zhì)的沉淀，Precipitation蛋白質(zhì)分子從溶液中析出的現(xiàn)象-蛋白質(zhì)沉淀。蛋白質(zhì)所形成的親水膠體顆粒具有兩種穩(wěn)定因素，即顆粒表面的水化層和電荷。鹽析：在蛋白質(zhì)溶液中加入大量中性鹽以破壞蛋白質(zhì)交替的穩(wěn)定性而使其析出。各種蛋白質(zhì)所需的鹽 濃

10、度及pH不同，故可用于對混合蛋白質(zhì)組分的分離。鹽析沉淀的蛋白質(zhì)，經(jīng)透析除鹽，仍保證蛋白 質(zhì)活性。調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)溶液的pH至等電點后，再用鹽析法則蛋白質(zhì)沉淀的效果更好。 重金屬鹽沉淀蛋白質(zhì)：可以與重金屬離子如汞、鉛等結(jié)合成鹽沉淀，沉淀的條件以pH稍大于等電點 為宜。此時蛋白質(zhì)分子有較多的負離子，易成鹽。重金屬沉淀的蛋白質(zhì)常是變性的。臨床上搶救誤服 重金屬鹽中毒的病人，給病人口服大量蛋白質(zhì)，然后用催吐劑將結(jié)合的重金屬鹽吐出。蛋白質(zhì)與生物堿試劑以及某些酸結(jié)合成不溶性的鹽沉淀，沉淀條件為pH小于等電點。正電荷易于與 酸根成鹽。有機溶劑沉淀蛋白質(zhì)，可與水混合的有機溶劑，能破壞蛋白質(zhì)顆粒的水化膜，在等電點時使

11、蛋白質(zhì)沉 淀。常溫下會引起變性，低溫下緩慢進行可用于分離制備各種血漿蛋白質(zhì)。不可逆沉淀：沉淀出來的蛋白質(zhì)分子，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的改變，失去了原來的生物活性，即使 沉淀因素消失也不重新溶解。加入某些水溶性的有機溶劑，破壞水化膜，進入蛋白質(zhì)內(nèi)部，短時間及 低溫時，沉淀可逆。但作用時間長或溫度較高則不可逆。生物堿沉淀不可逆，重金屬陽離子不可逆。加熱凝固：接近于等電點附近的蛋白質(zhì)溶液加熱，首先使蛋白質(zhì)變性，有規(guī)則的肽鏈結(jié)構(gòu)被打開呈松 散狀不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，疏水基團暴露，進而凝聚成凝膠狀的蛋白塊。蛋白質(zhì)的變性、沉淀、凝固之間有密切的關(guān)系。但蛋白質(zhì)變性后不一定沉淀，變性蛋白質(zhì)只在等電點 附近才沉淀，沉淀的

12、變性蛋白質(zhì)也不一定凝固。* 蛋白質(zhì)的紫外吸收：波長，280nm。主要是色氨酸和酪氨酸的共軛雙鍵。Phe在紫外光下也有光吸收。*蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)，蛋白質(zhì)在堿性溶液中與硫酸銅作用呈現(xiàn)紫紅色。凡分子有兩個以上-CO-NH-鍵的化合物 都由此反應(yīng)。因此所有蛋白質(zhì)都能與雙縮脲試劑發(fā)生反應(yīng)。米倫反應(yīng)：蛋白質(zhì)溶液中加入米倫試劑，蛋白質(zhì)首先沉淀，加熱變?yōu)榧t色沉淀。此為酪氨酸的酚核特 有的反應(yīng)，因此含有酪氨酸的蛋白質(zhì)均呈米倫反應(yīng)。茚三酮反應(yīng)：藍色，a -氨基酸黃蛋白反應(yīng)：含有苯環(huán)的氨基酸，與硝酸共熱，呈黃色，再加堿則變?yōu)槌赛S。一般蛋白質(zhì)均有。含硫蛋白質(zhì)：含有Cys或Met等，與堿基醋酸鉛共熱時，分解產(chǎn)

13、生的硫遇鉛即產(chǎn)生黑色的硫化鉛沉淀。色氨酸反應(yīng)：滴入乙醛酸+濃硫酸，如果有吲哚環(huán)，則兩液層的界面上會出現(xiàn)紫色環(huán)，這個反應(yīng)稱為 色氨酸反應(yīng)，也稱乙醛酸反應(yīng)或霍普金（Hopking ）反應(yīng)。用來檢驗Trp殘基。*蛋白質(zhì)的定量測定法凱氏定氮法：消化、蒸餾、吸收、滴定。雙縮脲法測定蛋白質(zhì)含量。堿性溶液中蛋白質(zhì)與Cu2+形成紫紅色絡(luò)合物，其顏色的深淺與蛋白質(zhì)濃 度成正比，而與蛋白質(zhì)的分子量及氨基酸成分無關(guān)，因此被廣泛應(yīng)用。標準曲線（560nm）。Folin-酚法測定蛋白質(zhì)含量。1。在堿性條件下，蛋白質(zhì)與銅作用生成蛋白質(zhì)-銅絡(luò)合物；2。此絡(luò)合 物將磷鉬酸-磷鎢酸試劑（Folin試劑）還原，產(chǎn)生深藍色，顏色深

14、淺與蛋白質(zhì)含量成正比。靈敏度比 雙縮脲法高100倍。改良Lowry法。紫外吸收法，通常以1mg蛋白質(zhì)/ ml溶液的A280為1.0進行估算。蛋白質(zhì)濃度（mg/ml）= 0.144（A215-A225）BCA法測定蛋白質(zhì)濃度，堿性溶液中，蛋白質(zhì)將二價銅還原成一價銅，后者與測定試劑中BCA（雙辛 丹寧）生成一個在562nm處有最大光吸收的紫色復(fù)合物。復(fù)合物的光吸收強度成正比。抗干擾能力強。 考馬斯亮藍法：根據(jù)蛋白質(zhì)與CBB結(jié)合的原理設(shè)計。使染料的最大吸收峰位置由465nm變?yōu)?95nm, 溶液的顏色也由棕黑色變?yōu)樗{色。染料主要是與蛋白質(zhì)中的堿性氨基酸（特別是精氨酸）和芳香族氨 基酸殘基相結(jié)合。*蛋

15、白質(zhì)的分離純化破碎細胞及離心-粗提液分部分離：利用蛋白質(zhì)大小或帶電性將混合物中的蛋白質(zhì)分離成不同的組分。利用溶解度不同，涉及pH、 溫度、鹽濃度等。鹽析透析：半透膜的袋子或管子中，脫鹽。超速離心：不同蛋白質(zhì)的密度與形態(tài)不同，沉降速度不同。大體上S與蛋白質(zhì)分子量成正比；S與密度和 形狀相關(guān)，緊密顆粒的摩擦系數(shù)小-快；疏松顆粒的摩擦系數(shù)大-慢。分離純化和分子量測定。超濾：利用超濾膜在壓力下使大分子滯留，小分子濾過。除鹽、濃縮、分離純化。電泳：分離蛋白質(zhì)。通常不用于大規(guī)模的蛋白質(zhì)純化，并且電泳會不可逆地導致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的改變。 電泳在蛋白質(zhì)及核算等的分析方法上特別有用。優(yōu)點是蛋白質(zhì)電泳后可以顯色

16、，估測不同蛋白質(zhì)在混合物 中的數(shù)量或純度；還可以測定蛋白質(zhì)的一些性質(zhì)，如等電點及大概分子量。通常在交聯(lián)的多聚物凝膠上進行，分子篩，減緩電荷質(zhì)量比相近蛋白質(zhì)的遷移。大小和形狀的作用結(jié)果。 一級結(jié)構(gòu)小肽，阿斯巴甜，激素，催產(chǎn)素，舒緩激肽，甲狀腺激素釋放因子，毒素等。多亞基蛋白質(zhì)：兩條或更多條非共價結(jié)合的多肽鏈。不同的亞基形成小的寡聚體（oligomeric），原體（protomers）.共價連接的不是亞基，如胰島素，二硫鍵，被認為是肽鏈。估算：蛋白質(zhì)的分子量/110 =氨基酸數(shù)目；多肽具有特征性的氨基酸組成非氨基酸的化學基團：單純蛋白質(zhì)；復(fù)合蛋白質(zhì)-輔基（prosthetic group），脂蛋白

17、、糖蛋白、金屬蛋白， 有些不止一種輔基，對蛋白質(zhì)功能起重要作用。肽鍵：氮原子上的孤對電子與羰基具有明顯的共軛作用。組成肽鍵的原子處于同一平面，C-N鍵具有部分 雙鍵性質(zhì)，以反式結(jié)構(gòu)存在。一級結(jié)構(gòu)的測定：化Sanger第一個將蛋白質(zhì)（胰島素）所有氨基酸的排列順序通過實驗加以確定。 Sanger試劑（FDNB）標記N末端化 歷史上第一個被確定氨基酸序列的酶（1960），核酸酶，ribonuclease, 124AAMoore & Stein，氨基酸自動分析儀，Edman降解法+ Sanger法，獲1972年諾貝爾化學獎 化 測定要求：樣品純，分子量，亞基，氨基酸組成，每種氨基酸個數(shù)，氨量，酰胺量，

18、多條肽鏈必須拆 分-測定末端氨基酸殘基的摩爾數(shù)與蛋白質(zhì)分子量之間的關(guān)系，即可確定多肽鏈數(shù)目。化 酸水解：6mol/L的鹽酸或4mol/L的硫酸在105-110C條件下進行水解，約20小時。優(yōu)點：不容易引 起水解產(chǎn)物的消旋化。缺點：色氨酸被沸酸完全破壞；酰胺基被水解成了羧基化 堿水解：5mol/L氫氧化鈉煮沸，許多氨基酸都受到不同程度的破壞，消旋化，色氨酸在水解中不受破 壞。化 酶法水解：不會破壞氨基酸，不會消旋，水解產(chǎn)物為較小的肽段。內(nèi)切酶：胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、 胃蛋白酶、嗜熱菌蛋白酶；外切酶：羧肽酶、氨肽酶?；疪1-水解位點-R2 - R3 - R41.胰蛋白酶：R1 = Lys & A

19、rg; R2 = Pro ；轉(zhuǎn)移性強，水解速度快. 胃蛋白酶：R1和/或R2 = Phe、Trp、Tyr、Leu及其它疏水性AA水解速度較快，PH2 , R1=Pro抑制.糜蛋白酶/胰凝乳蛋白酶：R1 = Phe、Trp、Tyr等疏水性AA , Leu、Met、His稍慢，R2 =Pro抑制，pH8-9。水解速度與相鄰AA性質(zhì)有關(guān)：酸性：-/堿性：+.嗜熱菌蛋白酶：R2 = Phe、Trp、Tyr、Leu、Ile、Met、Val及其他疏水性強的AA水解速度快。R2 = Pro、Gly不水解，R1或R3 = Pro，抑制水解?；瘜W法轉(zhuǎn)移性水解1. BrCN-Met 的 C 端2 . NH2OH

20、斷裂：專一性斷裂Asn-Gly , Asn-Leu及Asn-Ala也能部分斷裂化 末端氨基酸測定。N末端：Sanger, Edman , DNS-Cl ,酶降解法；C末端：肼解法，酶講解法，硼氫 化鋰法。酶解法末端測序，外切蛋白水解酶，將肽鏈的氨基酸從N端（氨肽酶，aminopeptidase ）或C端（羧 肽酶，carboxypeptidase） 一個接一個游離出來，在不同時間取樣進行分析，根據(jù)所游離的氨基酸的 摩爾數(shù)的多少來判斷氨基酸的排列順序。化 二硫鍵的斷裂：8mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍存在下，用過量的$蔬基乙醇處理，使二硫鍵還原為蔬 基，然后用烷基化試劑保護生成的巰基?；嚯?/p>

21、鏈斷裂成多個肽段化 一級結(jié)構(gòu)測定步驟：蛋白質(zhì)的分離純化-二硫鍵的拆分和保護-亞基分離-多種方法的部分水解- 分離水解后得到的多肽-測序-重疊-二硫鍵位置的確定。化Cys受空氣氧化形成Cys - Cys, Cys和Cys-Cys發(fā)生交換反應(yīng)，分析時，Cys容易受修飾而不利于定量。 S-S使蛋白酶難于作用，Edman反應(yīng)中不能形成穩(wěn)定的PTH-AA，多肽鏈以S-S擁有兩個以上N末端， 無法用Edman測序?；蜴I位置的確定。采用胃蛋白酶水解含二硫鍵的蛋白質(zhì)，因酶的轉(zhuǎn)移性低、切點多、生成的肽段包 括含有二硫鍵的肽段較小，且pH2時有利于防止二硫鍵發(fā)生交換。進一步采用對角線電泳，第一向肽 段按大小及

22、電荷不同被分離，然后用過甲酸蒸汽使S-S斷裂，被氧化成一對含半胱氨磺酸的肽段。所 帶負電荷增加，偏離對角線，取下測序，確定位置?；?其他方法：質(zhì)譜法，DNA快速測定方法、遺傳密碼分析、基因的分離技術(shù)可以從編碼基因的核苷酸序 列來分析蛋白質(zhì)的多肽序列二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)具唯一的化學結(jié)構(gòu)：每個蛋白質(zhì)具有一種特定的化學或結(jié)構(gòu)上的功能，每一種蛋白質(zhì)只有一個唯一 的三維結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)中原子的空間排列是蛋白質(zhì)的構(gòu)象，一個蛋白質(zhì)的可能構(gòu)象包括不打破共價鍵的前提 下的任意結(jié)構(gòu)狀態(tài)。生理條件下會呈現(xiàn)一個或幾個主要的構(gòu)象狀態(tài)，特定條件下存在的構(gòu)象通常是熱力學 上最穩(wěn)定的構(gòu)象，具最低的自由能，處于功能及折疊狀態(tài)構(gòu)象的蛋白質(zhì)

23、稱為天然蛋白質(zhì)（native protiens）.*蛋白質(zhì)的構(gòu)象由弱的作用力維持：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性可以定義為維持天然蛋白質(zhì)構(gòu)象的趨勢或能力。 非共價鍵作用的數(shù)量多，是維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要作用，通常具有最低自由能的蛋白質(zhì)構(gòu)象是最大數(shù)量弱 相互作用力維持的那種。對于每個單位質(zhì)量的氫鍵的數(shù)，純水的要比其他液體或溶液更大，所以即使是最強極性的分子，溶解性 也有限，因為它們的存在導致了每個單位質(zhì)量氫鍵的凈減少，因此極性分子周圍會形成一個結(jié)構(gòu)化了的水 的水化層。* 疏水作用：蛋白質(zhì)內(nèi)部通常是疏水氨基酸側(cè)鏈緊密包裹的核心。蛋白質(zhì)中基團間氫鍵的形成是協(xié)同的，一 個氫鍵的形成可以促進其他氫鍵的形成。作用力分

24、子構(gòu)象實例氫鍵，guanidine hydrochloridea-螺旋邛-折疊尿素、鹽酸胍疏水作用形成球蛋白的核心去垢劑，有機溶劑Van der Waals 力穩(wěn)定緊密堆積的基團和原子離子鍵穩(wěn)定a-螺旋，三、四級結(jié)構(gòu)酸、堿二硫鍵穩(wěn)定三、四級結(jié)構(gòu)還原劑酉己位鍵與金屬離子結(jié)合螯合劑EDTA* 蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的原則：疏水殘基主要被包埋在蛋白質(zhì)內(nèi)部，極性或帶電殘基主要存在于蛋白質(zhì)表面。氫 鍵數(shù)量被最大化層次：一級結(jié)構(gòu)：氨基酸序列；二級結(jié)構(gòu)：a-螺旋，伊折疊；超二級結(jié)構(gòu)：模Module結(jié)構(gòu)域domain ；三 級結(jié)構(gòu)：所有原子空間位置；四級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)多聚體。肽鍵的特征：肽鍵是一個剛性的平面結(jié)構(gòu)C-N雙

25、鍵特性限制了肽鍵的旋轉(zhuǎn)。*二級結(jié)構(gòu)是指肽鏈中主鏈原子的局部空間排布即構(gòu)象，不涉及側(cè)鏈部分的構(gòu)象、拉馬錢德蘭圖：闡述蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)中肽鍵內(nèi)a碳原子和羰基碳原子間鍵的旋轉(zhuǎn)度對a碳原子和氮原子間 鍵的旋轉(zhuǎn)度所繪制的圖。主要用來指名蛋白質(zhì)允許和不允許的構(gòu)象Linus Carl Pauling,雜化軌道，量子化學，a-helix , p-sheeto Nobel化學獎，和平獎。鹽湖城丑聞a-螺旋,最常見、最豐富的二級結(jié)構(gòu)。=-570、中=-480。周期性有規(guī)則的構(gòu)象。大部分右手螺旋或左手螺旋。 3.6個氨基酸殘基、沿螺旋軸方向上升0.54nm、每個氨基酸殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100，沿軸上升0.15nm。 側(cè)鏈伸

26、向外側(cè)，相鄰螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵，氫鍵的取向與中心軸幾乎呈平行關(guān)系。氫鍵由肽鍵上的 N-H的氫與其后面（N端）的第四個氨基酸殘基上的C=O的氧之間形成。肽鍵平面與螺旋長軸平行。 3.613-螺旋（n=3 ） ,3*3+4 = 13310-螺旋（n=2），每圈3個氨基酸殘基（整數(shù)螺旋），含3*2+4個原子，只存在于p-turn幾乎都是右手螺旋，右手比左手穩(wěn)定，前提是都是由L-氨基酸殘基組成。左手螺旋中第一個C原子過 于接近主鏈上的C=O原子，以致結(jié)構(gòu)不舒適，能量較高，構(gòu)象不穩(wěn)定。右手螺旋中，空間位阻小，較 為符合立體化學空間要求，肽鏈折疊中容易形成，構(gòu)象穩(wěn)定。氨基酸側(cè)鏈的相互作用能夠穩(wěn)定或破壞這

27、種結(jié)構(gòu)。側(cè)鏈彼此排斥不能形成鏈內(nèi)氫鍵。R基大小對形成a 螺旋也有影響。R基太大不能形成鏈內(nèi)氫鍵，ploy-Pro沒有亞氨基，產(chǎn)生結(jié)節(jié)。B-構(gòu)象也稱件折疊、件結(jié)構(gòu)、件折疊片。第二種最常見的二級結(jié)構(gòu)。兩條或多條幾乎完全伸展的多肽鏈側(cè)向 聚集在一起，相鄰肽鏈主鏈上的-NH和C=O之間形成有規(guī)則的氫鍵。所有的肽鍵都參與鏈間氫鍵的交 聯(lián)，氫鍵與肽鏈的長軸接近垂直。平行式和反平行式。肽鏈相當伸展，折疊成鋸齒狀，平面間110角。R側(cè)鏈伸出交替分布在片層平面兩側(cè)，上方或下方。平行結(jié)構(gòu)中，0.65nm;反平行結(jié)構(gòu)中，0.7nm。纖維狀蛋白質(zhì)中主要為反平行式，球狀蛋白質(zhì)中兩種形 式幾乎同樣廣泛存在。B-轉(zhuǎn)角邛-t

28、urn )肽鏈出現(xiàn)180的回折。第一個氨基酸殘基的-C=O與第四個氨基酸殘基的-NH形成氫鍵。0-轉(zhuǎn)角(。- turn )也稱回折(reverse turn )s 0-彎曲(0-bend )或發(fā)夾結(jié)構(gòu)，4個AA , Gly及Pro常出現(xiàn)在&-轉(zhuǎn) 角處。相當于半圈3.010螺旋。B-凸起 (&-bugle)小片的非重復(fù)結(jié)構(gòu)，獨立存在?？梢哉J為是折疊中額外插入一個殘基。*無規(guī)則卷曲( Randon coil)無規(guī)則卷曲泛指那些不能被歸入明確的二級結(jié)構(gòu)的多肽片段。存在少數(shù)柔性的無序片段，同樣是明確而穩(wěn) 定的結(jié)構(gòu)。受側(cè)鏈相互作用的影響很大，經(jīng)常構(gòu)成酶活性部位或其他蛋白質(zhì)特異的功能部位。如鈣離子結(jié) 合蛋

29、白的中央環(huán)。二級結(jié)構(gòu):a-螺旋和&-構(gòu)象是多種蛋白質(zhì)中最主要的重復(fù)二級結(jié)構(gòu)。一些氨基酸殘基對于不同類型的二級 結(jié)構(gòu)的適合程度不同。Pro和Gly在0-轉(zhuǎn)角處常見，而在a-螺旋中幾乎很少出現(xiàn)。角蛋白，a-Keratin。兩股右手a-螺旋向左纏繞，擰成一根原纖維，再排列成9+2的結(jié)構(gòu)-微纖維。數(shù)百 根微纖維結(jié)合成不規(guī)則纖維束-大纖維。含有豐富的二硫鍵，每四個螺旋就有一個交聯(lián)二硫鍵，保證了顯 微結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和強大剛性。a-角蛋白在濕熱條件下可轉(zhuǎn)變?yōu)?-構(gòu)想，冷卻干燥又回復(fù)原狀。膠原蛋白(Collagen):膠原纖維形式存在，基本單位是原膠原蛋白分子。多集聚和形成膠原纖維。二級 結(jié)構(gòu)：3條多肽鏈組成的三

30、股螺旋，一種右手超螺旋結(jié)構(gòu)，每一股螺旋是一種特殊的左手螺旋。穩(wěn)定膠原 三螺旋的力包括：范德華力，氫鍵，共價交聯(lián)。穩(wěn)定三螺旋還需要三聯(lián)體的每第三個位置必須是Gly。氫 鍵在一條鏈三聯(lián)體的Gly的酰胺氫與另一條鏈的相鄰三聯(lián)體的羰基氧間形成。Hypro也參與鏈間氫鍵的形 成。共價交聯(lián)主要在1尸，和Hylys殘基間形成，III型膠原還有鏈間二硫鍵。高級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)(supersecondary structure):介于蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)之間，指相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元 組合在一起，彼此相互作用，排列成規(guī)則的、在空間結(jié)構(gòu)上能夠辨認的二級結(jié)構(gòu)組合體，并充當三級結(jié)構(gòu) 的構(gòu)件。其基本形式有aa、&a&和&

31、等。j aa由兩股右手a螺旋平行或反平行彼此纏繞而成的左手超螺旋。每圈3.5個AA ,重復(fù)距離從5.4縮短到 5.1A。螺旋之間可能作用的側(cè)鏈是非極性的，它們向著超螺旋內(nèi)部，避開與水接觸，其他的是極性的， 處于分子的表面，與水接觸。超螺旋的穩(wěn)定性主要由非極性側(cè)鏈間的范德華力相互作用的結(jié)果。也有 發(fā)現(xiàn)三股和四股螺旋的。肌球蛋白，Myosin,馬達蛋白，在肌肉收縮和細胞分裂中起重要作用。2條重鏈，4條輕鏈。頭部區(qū)域 有相當高的同源性，特別是ATP和肌動蛋白的結(jié)合位點非常保守。S1。j PaP最簡單的形式是兩段平行的6-鏈和一段連接鏈連接而成。連接鏈可以使a-螺旋鏈或是無規(guī)則卷曲。最 常見的是三段平

32、行的6-鏈和兩段a-螺旋鏈組成-Rossmann-折疊。666,6-曲折和回形拓撲結(jié)構(gòu)式組合的兩種超二級結(jié)構(gòu)。6曲折是另一種，相鄰的三條反平行&鏈通過 緊湊的6-轉(zhuǎn)角連接而成。結(jié)構(gòu)域Domain，也稱轄區(qū)，二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的三級結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)。一條多肽鏈 在這個域范圍內(nèi)來回折疊。相鄰的域被一個或兩個多肽片段連結(jié)三維空間可以明顯區(qū)分和相對獨立，并 且具有一定的生物學功能三級結(jié)構(gòu)(Tertiary structure):蛋白質(zhì)多肽鏈在各種二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再進一步盤曲或折疊形成具有一定 規(guī)律的三維空間結(jié)構(gòu)，成為三級結(jié)構(gòu)。主要研究方法為X-光衍射和核磁共振(確定蛋白質(zhì)分子在溶液中的

33、動態(tài)結(jié)構(gòu)的唯一方法)。側(cè)鏈構(gòu)象主要是形成微區(qū)。 氫鍵，Hydrogen Bond,羰基氧和酰胺氫之間形成的氫鍵是穩(wěn)定蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要作用力，此外，還可 在側(cè)鏈與側(cè)鏈，側(cè)鏈與介質(zhì)水，主鏈肽基與側(cè)鏈或主鏈肽基與水之間形成。 范德華力，Van Der Waals Force，定向效應(yīng)、誘導效應(yīng)、分散效應(yīng)(多數(shù)情況下主要作用的范德華力，它 是非極性分子或基團間僅有的一種范德華力即狹義的范德華力)。范德華力包括引力和斥力，吸引力只有 當兩個非鍵合原子處于接觸距離，或稱范德華距離才達到最大。其相互作用數(shù)量大且有加和效應(yīng)和位相效 應(yīng)。 疏水作用(Hydrophobic Interaction):介質(zhì)中的

34、球狀蛋白質(zhì)的折疊總是傾向于把疏水殘基埋藏在分子 的內(nèi)部。在穩(wěn)定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)方面占有突出地位。疏水作用是出自比開水的需要而被迫接近。當疏水 化合物或基團進入水中時，他周圍的水分子將排列成剛性的有序結(jié)構(gòu)即所謂籠形結(jié)構(gòu)。與此相反的過程(疏水作用)，排列有序的水分子被破壞，水的混亂度增加即熵增加，因此疏水作用是熵驅(qū)動的自發(fā)過程。 ffiHC Ion Interaction):又稱鹽橋或離子鍵，是正電荷與負電荷之間的一種靜電相互作用。升高溫度 穩(wěn)定性增加，加入非極性溶劑加強，加入鹽類減弱。 二硫鍵(Disculfide Bound ):通常情況下二硫鍵是在多肽鏈的6-轉(zhuǎn)角附近形成的。二硫鍵的形成并不

35、規(guī) 定多肽鏈折疊，但一旦蛋白質(zhì)采取了三維結(jié)構(gòu)，則二硫鍵的形成將對此構(gòu)象起穩(wěn)定作用。四級結(jié)構(gòu)(Quaternary structure) 指蛋白質(zhì)分子中亞基的立體排布，亞基間的相互作用與接觸部位的布局。亞基(subunit)是指參與構(gòu)成 蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)的、每條具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈。維系蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)的是氫鍵、鹽鍵、范德華力、疏水 非共價.變構(gòu)效應(yīng)：由于蛋白質(zhì)分子構(gòu)象改變而導致蛋白質(zhì)分子功能發(fā)生改變的現(xiàn)象成為變構(gòu)效應(yīng)。 折疊(folding ):蛋白質(zhì)從伸展的多肽鏈形成特定的立體結(jié)構(gòu)的過程 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定其高級結(jié)構(gòu)。Anfinsen , 1972Nobel，證明了一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)。 天然

36、結(jié)構(gòu)(native structure)擁有生理活性的立體結(jié)構(gòu)對每種蛋白質(zhì)而言，是特定和唯一的，通常稱之為 天然結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的天然立體結(jié)構(gòu)在溶液中有一定的可塑性。有些蛋白質(zhì)合成以后自己不能獨立形成自由 能最低的立體結(jié)構(gòu)，而需要一些蛋白質(zhì)來催化，這類蛋白質(zhì)成為分子伴侶(molecular chaperone )。 蛋白質(zhì)在受熱或在高濃度的尿素、鹽酸胍等化學試劑存在下會喪失活性，成為變性(denaturation )。本 質(zhì)為高級結(jié)構(gòu)的破壞(一級結(jié)構(gòu)不被破壞)，特別是氫鍵的破壞。復(fù)性(renaturation ). 阮病毒(Prion )，也稱傳染性蛋白粒子/朊粒/朊病毒。朊蛋白(prion pr

37、otein, PrP。是人和動物的傳染性海 綿狀腦病(transmissible spongiform encephalopathies, TSEs)。一類不含核酸和脂類的疏水性糖蛋白。結(jié)構(gòu)形成總則：蛋白質(zhì)的形狀分球狀和纖維狀；穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)傾向于擁有最多量的氫鍵。球狀蛋白質(zhì)都有疏水核心，由疏水側(cè)鏈構(gòu)成，親水側(cè)鏈分布在蛋白質(zhì)的表面或酶活性中心（油滴法 貝U），蛋白質(zhì)的內(nèi)部不得有空隙；纖維狀蛋白也符合這一規(guī)律。多聚化是球狀蛋白質(zhì)的普遍現(xiàn)象，不正常聚合成纖維狀可導致疾??；穿膜區(qū)一定呈a螺旋結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈外露。不會打結(jié)形成球蛋白的作用力按其重要程度依次為：氫健、疏水作用力、鹽健、范德華力結(jié)構(gòu)與功能*血紅

38、蛋白球形四聚體，血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)顯示了不同亞基間強的相互作用。邱界面間存在強相互作用，明顯的疏 水作用，但也存在許多氫鍵和一些離子對作用。結(jié)合氧后引起結(jié)構(gòu)改變：R態(tài)和T態(tài)。無氧結(jié)合時，T更穩(wěn)定，氧與Hb 一個亞基的T態(tài)結(jié)合，引起構(gòu)象改 變?yōu)镽態(tài)。別構(gòu)蛋白：不止有一個配基的結(jié)合部位（活性部位），還有別的配基的結(jié)合部位（別構(gòu)部位），均有別構(gòu) 效應(yīng)；別構(gòu)效應(yīng)：蛋白質(zhì)與配基結(jié)合后改變蛋白質(zhì)構(gòu)象，進而改變蛋白質(zhì)活性。氧與血紅蛋白的結(jié)合受2,3-二磷酸干甘油酸（BPG ）的調(diào)控。表現(xiàn)為一種向異性的變構(gòu)調(diào)控行為。紅細胞 中的BPG濃度相對較高，BPG能大大降低Hb對氧的親和力。調(diào)控對組織中氧的釋放。BPG的結(jié)合穩(wěn)定去 氧Hb的T態(tài)。鐮刀狀貧血?。夯蜃儺?蛋白質(zhì)特性。由于6鏈一個氨基酸突變（Glu - Val），去氧血紅蛋白的S表面換 成了一個疏水側(cè)鏈，進一步引起分子發(fā)生線性蒂合，形成長鏈。多條長鏈進一步聚集成多股螺旋的不溶性 纖維。*免疫體系分子的相互識別輔助T細胞：Helper T cell,遞呈作用MHC :皮膚移植時出現(xiàn)的排斥反應(yīng)，具有記憶性，特異性和可轉(zhuǎn)移性。不同個體間其抗原特異性互不相同。 MHC1,抗原肽