第 25 章。蛋白质
推荐文章：【有机化学】【有机化学目录】(https://jb243.github.io/pages/1483)
1. 特性
2. 氨基酸
3. 蛋白质一级结构
4. 蛋白质二级结构
5. 蛋白质三级结构
6. 蛋白质四级结构
7. 测定蛋白质结构的方法
8. 蛋白质变性
9. 蛋白质代谢
a. 生物体的组成
b. 生物聚合物库
1.特点
⑴ 成分：C、H、O、N、S
⑵ 功能
① 代谢反应中的酶
② 细胞内和细胞外结构的形成：除水外，占身体重量的一半。
③ 肌肉收缩
④ 免疫功能
⑤ 激素和信号蛋白
⑥ 细胞内信号传导
⑦ 物质跨膜运输
⑧ 能量转换和储存：4 kcal/g。主要发生于胎儿
⑨ DNA复制、修复和重组
⑩ 转录、翻译
⑪ 蛋白质转运与分泌
⑶ 蛋白质：由一种或多种多肽组成
⑷ 多肽：由氨基酸之间的肽键形成
⑸ 肽键：氨基（-NH2）与羧基（-COOH）脱水合成反应
图1. 两种氨基酸的脱水合成
2.氨基酸
⑴ 总共20种氨基酸：其中包括硒代半胱氨酸（Sec），总共21种
表 1. 氨基酸符号
⑵ 结构：中心碳、氨基、羧基、R基团
⑶ 所有氨基酸具有相同的主链，但有20个不同的R基团。其他不用于蛋白质合成
① 含硒代半胱氨酸等次要氨基酸可达20以上
⑷ 两性离子：充当酸或碱。 两性离子的当量点
⑸ 氨基酸性质随侧链的不同而变化
① 非极性氨基酸：Ala、Ile、Leu、Met、Phe、Pro、Trp、Val、Gly
② 极性、不带电氨基酸：Asn、Cys、Gln、Ser、Thr、Tyr
③ 带正电荷的氨基酸（+）：Arg、His、Lys
④ 带负电的氨基酸（-）：Asp、Glu
⑤ 带-OH基的氨基酸：Ser、Thr、Tyr
○ 可在-OH基上添加磷酸基，用于信号转导。
○ Ser、Thr：参与信号传导中的磷酸化级联
○ Tyr：存在于信号转导的酪氨酸激酶受体中。
⑥ 含硫氨基酸：Cys、Met。仅Cys形成二硫键
⑦ 含苯基氨基酸：Phe、Trp、Tyr
⑧ 苯基表现出280 nm 吸收。用于紫外光谱仪定量
⑨ TCA循环中不使用的氨基酸：Leu、Lys
⑹【DL氨基酸命名法】(https://jb243.github.io/pages/1358)
图 2. 氨基酸和 DL 命名法
① DL命名法是根据中心碳周围取代基的空间排列来确定的，包括氢取代基、羧基、氨基和官能团，如上所示。
② 在生物体中，氨基酸以L-异构体存在。⑺【氨基酸滴定】(https://jb243.github.io/pages/1352)
| 氨基酸 | 缩写 | 分子量 | pKa1 (-COOH) | pKa2 (-NH3+) | pKaR | pI（等电点） | 疏水指数 | 蛋白质百分比 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 非极性脂肪族 R 基团 | |||||||||
| 甘氨酸 | 甘氨酸，G | 75 | 75 2.34 | 2.34 9.60 | 9.60 | 5.97 | 5.97 -0.4 | 7.2 | |
| 丙氨酸 | 阿拉，A | 89 | 89 2.34 | 2.34 9.69 | 9.69 | 6.01 | 1.8 | 1.8 7.8 | |
| 脯氨酸 | 专业、P | 115 | 115 1.99 | 1.99 10.96 | 10.96 | 6.48 | 6.48 -1.6 | 5.2 | 5.2 |
| 缬氨酸 | 瓦尔，A | 117 | 117 2.32 | 2.32 9.62 | 9.62 | 5.97 | 5.97 4.2 | 6.6 | 6.6 |
| 亮氨酸 | 亮氨酸，L | 131 | 131 2.36 | 2.36 9.60 | 9.60 | 5.98 | 5.98 3.8 | 9.1 | |
| 异亮氨酸 | 岛，我 | 131 | 131 2.36 | 2.36 9.68 | 9.68 | 6.02 | 6.02 4.5 | 4.5 5.3 | |
| 蛋氨酸 | 遇见，M | 149 | 149 2.28 | 2.28 9.21 | 9.21 | 5.74 | 5.74 1.9 | 1.9 2.3 | 2.3 |
| 芳香族R基团 | |||||||||
| 苯丙氨酸 | 菲，F | 165 | 165 1.83 | 1.83 9.13 | 9.13 | 5.48 | 5.48 2.8 | 2.8 3.9 | 3.9 |
| 酪氨酸 | 蒂尔，Y | 181 | 181 2.20 | 2.20 9.11 | 9.11 10.07 | 10.07 5.66 | 5.66 -1.3 | 3.2 | |
| 色氨酸 | 色氨酸，W | 204 | 204 2.38 | 2.38 9.39 | 9.39 | 5.89 | 5.89 -0.9 | 1.4 | 1.4 |
| 极性、不带电的 R 基团 | |||||||||
| 丝氨酸 | Ser，S | 105 | 105 2.21 | 2.21 9.15 | 9.15 | 5.68 | 5.68 -0.8 | 6.8 | |
| 苏氨酸 | 苏尔，T | 119 | 119 2.11 | 2.11 9.62 | 9.62 | 5.87 | 5.87 -0.7 | 5.9 | 5.9 |
| 半胱氨酸 | 半胱氨酸，C | 121 | 121 1.96 | 1.96 10.28 | 10.28 8.18 | 5.07 | 5.07 2.5 | 2.5 1.9 | 1.9 |
| 天冬酰胺 | 阿森，N | 132 | 132 2.02 | 2.02 8.80 | 5.41 | 5.41 -3.5 | 4.3 | ||
| 谷氨酰胺 | 谷氨酰胺，Q | 146 | 146 2.17 | 2.17 9.13 | 9.13 | 5.65 | 5.65 -3.5 | 4.2 | |
| 带正电荷的 R 基团 | |||||||||
| 赖氨酸 | 赖斯，K | 146 | 146 2.18 | 2.18 8.95 | 8.95 10.53 | 10.53 9.74 | 9.74 -3.9 | 5.9 | 5.9 |
| 组氨酸 | 他的，H | 155 | 155 1.82 | 1.82 9.17 | 9.17 6.00 | 7.59 | 7.59 -3.2 | 2.3 | 2.3 |
| 精氨酸 | 精氨酸，R | 174 | 174 2.17 | 2.17 9.04 | 9.04 12.48 | 12.48 10.76 | 10.76 -4.5 | 5.1 | |
| 带负电荷的 R 基团 | |||||||||
| 天冬氨酸 | 天冬氨酸，D | 133 | 133 1.88 | 1.88 9.60 | 9.60 3.65 | 3.65 2.77 | 2.77 -3.5 | 5.3 | |
| 谷氨酸 | 谷氨酸，E | 147 | 147 2.19 | 2.19 9.67 | 9.67 4.25 | 4.25 3.22 | 3.22 -3.5 | 6.3 |
表 2. pKa1、pKa2、pKaR、pI、疏水指数以及蛋白质中每种氨基酸的比率
3。蛋白质一级结构
⑴ 氨基酸序列
⑵ 肽键的平面性质
① 酰胺平面：形成肽键。两个 α 碳之间包含 C、O、N、H
②同一平面内各种键的命名
○ Φ 键：N - Cα 键
○ ψ 键: Cα - C 键
○ ω键：C-N键
○ χ 键：Cα - R（侧链）键
③ C=O键与ω键发生共振，导致C=O键和C-N键各有1.5个键，从而防止旋转并固定它们的位置。
图 2. 肽键的平面性质
4。蛋白质二级结构（Chou-Fasman 规则）
⑴ 氨基酸主链之间（H和O之间）的氢键导致氨基酸序列形成三维卷曲或折叠结构。
⑵ α螺旋
图3. α螺旋结构
①第n个氨基酸的C=O与第n+4个氨基酸的N-H之间的氢键
② 弹性右手螺旋
③ 特点：氨基酸内部存在氢键，氨基酸之间不存在氢键
④ 亲水性氨基酸具有吸引力和排斥力，干扰α螺旋的形成。
○ 结论：疏水性氨基酸主要形成α螺旋
○ 常见于跨膜蛋白
⑤ Gly：侧链R是氢，由于其尺寸小，无法形成适当的α螺旋> ⑥ Pro：形成亚氨基，限制氢键→防止α螺旋形成
⑶ 贝塔褶皱片材
图4. Beta褶皱片结构
①特点：除了氨基酸主链之间存在氢键外，氨基酸侧链之间也存在氢键。
② 常见于丝等纤维蛋白
③ 蜘蛛丝将β折叠片与α螺旋相结合
⑷ 拉马钱德兰图
① x 轴上 Phi 键、y 轴上 Psi 键的二维表示
② α螺旋集中在(-60°,-60°)。 Beta褶片集中在（-120°，120°）
③ 用于评估正确的残基位置。图上的簇表示位置不正确
④ 示例
图 5. Ramachandran 图示例
5。蛋白质三级结构
⑴ 多肽的整体三维结构
⑵ 由于R基团之间的相互作用而产生不同的结构。结构的差异决定特性
⑶ 离子键
⑷ 共价键
⑸ 二硫键：有助于更稳定的构象
① 还原剂：破坏二硫桥。示例：β-巯基乙醇、DTT（二硫苏糖醇）
② 真核细胞内质网中形成二硫桥。
③原核细胞的二硫桥是由细胞质中的PDI（蛋白质二硫键异构酶）形成的。
④ 安芬森的实验
○ NEM（N-乙基马来酰亚胺）：与不参与二硫键的半胱氨酸的-SH基团共价键合。
○ DTT（包括β-巯基乙醇）：-S-S- → -SH + HS-。用作断裂二硫键的还原剂。
○ NEM* → DTT → NEM：量化最初存在的 SH 基团。 * 表示放射性同位素。
○ NEM → DTT → NEM*：量化最初存在的 -S-S- 键。 * 表示放射性同位素。
○ 结论1： 当变性因子被去除时，蛋白质恢复到原来的结构。
○ 结论2： 二硫桥不可逆地促进构象的形成，需要精确控制。
⑹ 疏水相互作用：由于生物环境的水性而产生的力。
⑺ R基团之间的极性键和氢键
⑻ 范德华力
⑼ 特定的相互作用可能导致蛋白质错误折叠，需要伴侣蛋白才能正确组装。
① 例1： 【热休克蛋白】(https://jb243.github.io/pages/1096)：防止蛋白质因温度变化而变性。
6.蛋白质四级结构
⑴ 三级结构多肽之间的相互作用。
⑵运甲状腺素蛋白（四聚体）、血红蛋白（α2β2）、胶原蛋白（三螺旋）
7.测定蛋白质结构的方法
⑴ 一级结构的测定
① 方法1： Edman 降解法
○ 在弱碱中与多肽的N端结合，依次分解氨基酸。
○ 从 N 端只能识别出大约 10 个氨基酸。
○ 非常传统的方法，目前很少有人使用。
② 方法2：肽酶
○ 结合内肽酶和外肽酶，适当分解并确定氨基酸。
○ 肽链内切酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等。
○ 外肽酶：羧肽酶等
○ 肽酶的作用机制
③ 方法3： Ab阵列
④ 方法4：质谱法
○ 第一第一。电泳和 DNA 梯子：可以确定纯度或混合物。
○ 第二第二。胰蛋白酶治疗。» ○ 第三第。第一级质谱：构建 MS 谱图。
○ 第 4。第二质谱：构建 MS/MS 谱图。也称为串联 MS 或碎片。
○ 第五th。通过频谱重建：在信息学领域。
○ 这些方法是第一代技术，考虑到翻译后修饰而变得更加复杂。
⑵ 二级结构测定
① 方法1： 圆二色性（CD）
② 方法2： 红外光谱：用于研究柔性肽和蛋白质结构。
③ 方法3：分子动力学模拟
⑶ 三级、四级结构的测定
① 方法1： X射线晶体学：大约90%的测定使用此方法。允许推断 3D 原子坐标。
② 方法2： NMR：约9%的测定使用此方法。
③ 方法 3： 冷冻电子显微镜 (Cryo-EM)
○ 分辨率较低，但正在稳步提高。适用于衣壳和淀粉样蛋白等大型蛋白质复合物。
○ -200℃冷冻后观察蛋白质3D结构。
8.蛋白质变性
⑴变性：盐浓度、pH、高温等因素引起构象变化而丧失功能。
9.蛋白质代谢
⑴【蛋白质降解】(https://jb243.github.io/pages/1416)
⑵ 蛋白质合成
输入： 2022.04.18 00:26