蛋白质《生物化学原理》改良版
2025-04-06 17:59:13 0 举报 使用 
AI智能生成
对之前思维导图中的一些介绍较为短浅的知识点进行了讲一步的分析，对抽象化的知识点进行总结便于理解，方便背记。额外增加了推理过程，帮助大家去合理运用思维导图中的知识去拓展更好的思维，最后祝大家前程似锦！
作者其他创作
大纲/内容
组成
组成单位
氨基酸
标准氨基酸
必需氨基酸
一组笨蛋精来宿舍凉凉鞋
非必须氨基酸
甘，丙，丝，半胱，酪，天冬酰胺，谷氨酰胺，天冬，谷
按性质分类
非极性脂肪族氨基酸
甘，丙，脯，缬，亮，异亮，甲硫
芳香族氨基酸
笨丙，酪，色
带正电荷的（碱性）
赖，精，组
极性，不带电荷
丝，苏，半胱，天冬酰胺，谷氨酰胺
带负电荷
天冬，谷
特性
旋光性
两性解离
化学反应
酯化
酰氯化
酰胺化
酰化
形成西佛碱
鉴定氨基酸
䒢三酮反应
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
注：脯与羟脯与他反应颜色为亮黄色
酪氨酸
酚基反应生成橘黄色化合物
色氨酸
侧链吲哚基在温和条件可被N-溴代琥珀酰亚胺氧化
半胱氨酸
Elman试剂可以发
生成硫醇-二硫化物交换反应
生成硫醇-二硫化物交换反应
分离氨基酸
分配层析
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
电泳
2-10为寡肽
注:有些书上是20个以下为寡肽
注:有些书上是20个以下为寡肽
特性
旋光性
两性解离
可以发生双缩尿反应
水解反应
10-50个为多肽
注：有些书上是没有这个概念的，以书上为准
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
结构
一级结构
仅表示平面上的顺序
注：二硫键也包含在一级结构中
他决定了三级结构
拥有部分双键的性质
存在共振效应
存在顺式和反式
多为反式
极少数为顺式，除了脯可以有更多的顺式存在
肽平面
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
应用
合成相关蛋白质
研究在分子水平上生物进化
氨基酸的顺序和肽平面的特点都可以让我们更好的研究生物进化
在保持肽平面几何特性（即主链构象稳定）的前提下，侧链残基（如活性位点附近的氨基酸）可以自由变异，赋予蛋白质新功能。
二级结构
在排列的基础上增加了空间结构
由主链上的氢键稳定
常见的二级结构
α螺旋
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
常见的结构
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
影响因素
环境会影响α螺旋的稳定
自身自带的R基也可以影响稳定性
脯氨酸可以是结构断裂
甘氨酸可以是结构不稳定
带电性质
α存在偶极性不稳定
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
构像
右手
最为常见因为空间位阻小
左手
β折叠
由至少两条肽链构成，每一条肽链几乎完全伸展，成锯齿状
构像
正平行
不稳定，通常需要更多的肽链来稳定
反平行
较稳定
结构
反平行
每一个氨基残基上升0.35nm
正平行
每个氨基残基上升0.325nm
β转角
主链发生180°方向改变
像是铁轨用于转弯的铁轨，因此核心功能便是改变肽链方向
β突起
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
与转角差不多多用于改变方向，只是程度更低
无规则卷曲和环
与功能密切相关
三级结构
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
组成
模体
注：也可称为超二级结构
注：也可称为超二级结构
由多个二级结构连接而成的特殊结构
β-α-β
螺旋-转角-螺旋
罗马折叠
希腊钥匙模型
由模体构成的结构
结构域
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
模体与模体之间用肽键连接
由R基的次级键来稳定结构
氢键
疏水键
满足热力学第二定律
离子键
配位键
范德华力
二硫键
四级结构
个别蛋白质存在该结构
命名
寡聚蛋白质
由为数不多的亚基构成的
（亚基的肽链组成较少）
（亚基的肽链组成较少）
多聚蛋白质
由两个至上百个亚基构成的
同多聚
由多个相同的亚基构成
杂多聚
由多个不同的亚基构成
单体蛋白质
仅由一个亚基构成
由亚基之间的次级键稳定
功能
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
第一讲一个复杂的蛋白质拆解成一个个小小亚基极大的提升了防错误率（翻译出错）
第二部分亚基出错还有其他亚基帮助
有利于某些酶的活性的组装
像是你有了更多的感光传感器，能够感受到更多的光线信息，同样四级结构也是这样
组装起来的蛋白质有着更多可活动的结合点
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
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
储存
肌红蛋白Mb
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
组成
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
结构
拥有一个疏水袋，血红素就在其中
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。
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
组氨酸的作用
近端组氨酸
利用组氨酸自带的咪唑环的强亲和力大幅提高了内部稳定，降低了二价铁被氧化的风险
远端组氨酸
利用组氨酸自的结构尽可能降低除氧气以外的气体的进入提高携氧能力
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+
信号传导
例如激素
免疫
免疫球蛋白
是由浆细胞分泌的糖蛋白，是血清蛋白
特点
特异性
庞大的多样性
结构
抗体由两条相同的 重链（Heavy Chain, H链） 和两条相同的 轻链（Light Chain, L链） 通过二硫键连接，形成对称的“Y”形结构
可变区（Variable Region, V区）：位于抗体“Y”形的顶端，包含抗原结合位点（Complementarity-Determining Regions, CDRs），负责特异性识别抗原
恒定区（Constant Region, C区）：决定抗体的效应功能（如激活补体、结合Fc受体）。
可以通过多个抗体结合形成决定族
产生特定毒素
具有一些奇异的功能
如荧光蛋白
结构
α-角蛋白
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二硫键键稳定结构
注：烫头的原理就是去破坏二硫键在将二硫键重新接回去
注：烫头的原理就是去破坏二硫键在将二硫键重新接回去
β-角蛋白
富含β折叠而得名
胶原蛋白
主要存在于胞外基质，还有大部分的结缔组织中
由三股螺旋构成
三股的行成
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
注：断开后一级结构被破坏变性后很难恢复
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
要注意的是皮肤的褶皱和老化是与一般交联的过程和胶原蛋白流失有关他们同时发生导致的
另一个要注意的是韧带的变硬主要是由于交联引起的
支架
转运
血红蛋白Hb
Hb与Mb很相似但Mb只有三级结构Hb有四级结构
组成
拥有两个α亚基和两个β亚基
运输氧气的调节能力
正协同效应
齐变模型
波尔效应
利用质子和二氧化碳来控制氧气的释放
有两个途径
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
利用电荷对蛋白质的影响进行的调控
CO2可以与Hb的N端氨基可以发生可逆反应
别构效应
质子
CO2
2.3-BPG
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
2,3-BPG就更容易进入空隙中
为什么是2,3-BPG进去？
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
NO
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，促进氧气释放
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
镰刀型贫血症
由于Hb的一级结构突变
导致血红蛋白之间形成一个疏水袋，相互连接
形成纤维状不溶物
导致红细胞变形，运输能力下降
特殊蛋白
膜蛋白
分类
内在蛋白（整合蛋白）
贯穿膜
外周蛋白
没有完全贯穿
脂锚定蛋白
用共价键连在膜上
天然无规则的蛋白质
完全无折叠
无任何结构（只有一级结构）
带有一些修饰
部分折叠蛋白质
好处
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
理化性质
紫外吸收
两性解离
胶体性质（1~160nm）
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
变性后的性质
导致变性的因素
加热
疏水作用力下降，导致变性
强酸强碱
破坏离子键，导致变性
去垢剂
插入蛋白质中，导致变性
尿素
破坏氢键,导致变性
重金属盐
有机溶剂
不同的有机拥挤破坏的次级键不同
理化性质
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
应用
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
蛋白质水解方法
酸水解
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
碱水解
不破坏色氨酸
几乎所有氨基酸被破坏，并伴有消旋现象
酶水解
内切酶
胰蛋白酶
酶切位点是在肽链Lys、Arg两个残疾羧基端肽键
胰凝乳蛋白酶
酶切位点是在肽链Trp、Tyr、Phe残疾羧基端肽键
胃蛋白酶
外切酶
氨肽酶
从N端开切
羟肽酶A
从C端开切
开端不能有脯
羟肽酶B
只切脯
二硫键的断裂方法
过甲酸氧化
巯基化合物还原
CNBr断裂法
形成过程
基本规则
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
折叠类型
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
折叠历程
一级
部分折叠变为二级
（称为折叠核）
（称为折叠核）
继续聚合成模体
聚合成结构域
聚合为三级
部分可以聚合为四级
不利因素
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
分类
根据与配体结合后效果不同进行分类
与配体结合后结构发生变化
与配体结合后发生化学变化
根据溶解度进行分类
清蛋白
都溶
球蛋白
溶碱或酸，中性盐溶液
谷蛋白
溶碱或酸
醇溶蛋白
溶70%～80%醇溶液，溶碱和酸
组蛋白
溶水，酸
精蛋白
溶酸
硬蛋白
不溶
按照功能与结构分类
类似物
来自不同祖先，结构不同功能相似
同源物
来自同一个祖先，结构相同功能不同
按化学组成分类
简单蛋白质
只由氨基酸构成
结合蛋白质
不仅仅只有氨基酸构成
按照形状
球状蛋白质
纤维蛋白质
膜蛋白
按结构和亲缘关系分类
家族
至少有30%的氨基酸序列是相同的
超家族
最多有30%的氨基酸序列是相同的
栏
有相同的二级结构，相同的排列，但拓扑学连接不同
按功能分类
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
蛋白质的功能预测
基于序列途径
如果蛋白A和B是同源物，那么B可能具有类似A的功能
基于结构
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
结构与序列比对法
同时取用序列和结构信息
基于模体
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“连体”的方法
如果A有X功能而B与A相关，那B也可能与X有关
蛋白质的研究方法
分离与纯化
常见的分离方法
沉淀与离心
沉降离心
梯度离心
透析和超滤
电泳
IFE
SDS-PAGE
双向电泳
层析
疏水作用层析
亲和层析
聚焦层析
凝胶过滤层析
HPLC
纯化一般流程
破碎细胞组织
去除残渣
沉淀/浓缩
纯化
鉴定
一般方法
电泳
化学法
仪器法
大小测定
SDS-PAGE
凝胶过滤法
超速离心法
质谱法
Ip测定
等电聚焦
等电点沉淀
在体内活动研究
免疫荧光技术
免疫电镜
一级结构的测定
间接测定
测定对应DNA
直接测定
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
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