第一章?? 氨基酸

第一節(jié)? 氨基酸結(jié)構(gòu)

1.蛋白質(zhì)氨基酸

硒代半胱氨酸：含硒半胱氨酸，有絲氨酸轉(zhuǎn)變。存在于含硒蛋白中，如谷胱甘肽過氧化物氧化酶和去碘酶。

吡咯賴氨酸：僅存在于一些產(chǎn)甲烷的古菌（催化甲烷合成的酶分子），以及一些革蘭氏陽性菌的厚壁細(xì)胞和δ-變形細(xì)胞的體內(nèi)。

組氨酸含有咪挫基，在生理PH值下兩性解離，既可以做質(zhì)子受體，又可以做質(zhì)子供體

分類：1.非極性的脂肪族氨基酸

??????? 包括Gly,Ala,Val,Leu,Ile,Pro

????? 2.不帶電荷的極性氨基酸

??????? 包括Ser,Thr（含有極性的羥基）,Asn,Gln（含有極性的酰胺基）,Cys,Met（都含有硫原子）

????? 3.芳香族氨基酸

??????? 包括Phe,Tyr,Trp.它們都含有苯環(huán)，但極性差別很大：Phe的苯環(huán)上沒有取代集團(tuán)，極性最強(qiáng)；Tyr的苯環(huán)上含有羥基，極性最強(qiáng)

????? 4.帶電荷的極性氨基酸

??????? 包括Asp,Glu,Sec,His,Lys,Ply,Arg.其中，前三種帶負(fù)電荷，后四種帶正電荷

分類：1.親水氨基酸：Ser,Thr,Cys,Tyr,Sec,Asn,Gln,Asp,Glu,Pyl,Arg

????? 2.疏水氨基酸：Gly,Ala,Val,Leu,Ile,Pro,Met,Phe,Trp

2.非蛋白質(zhì)氨基酸

蛋白質(zhì)氨基酸在翻譯后經(jīng)化學(xué)修飾的后加工產(chǎn)物（羥脯氨酸，羥賴氨酸?，絲氨酸和蘇氨酸的糖基化修飾）；有特殊的生理功能或作為代謝的中間產(chǎn)物和某些物質(zhì)的前體（動物中的神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸【甘氨酸，天冬氨酸都可以】，維生素和泛素的組分β-丙氨酸以及參與尿素循環(huán)的鳥氨酸和瓜氨酸）

第二節(jié)?? 氨基酸的結(jié)構(gòu)

1.縮合反應(yīng)（成肽反應(yīng)）

費(fèi)歇爾式投影；L型氨基酸（大部分不對稱氨基酸），D型氨基酸（存在于少數(shù)抗菌肽中和細(xì)菌細(xì)胞壁的肽聚糖中）；D型氨基酸不可以參與到核糖體合成的多肽之中（有些蛋白質(zhì)分子的個別L型氨基酸經(jīng)特定的異構(gòu)酶催化可變成D型氨基酸）

具有手性的分子具有旋旋光性（分子對偏振光的振動方向產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)）；一種手性分子D型和L型和旋光方向無直接聯(lián)系。

3.特殊酸堿性質(zhì)和等電點

兩性離子，兼性離子

對于一種氨基酸，存在等電點，使其表面靜電荷為0（pI）

當(dāng)處于PH=PI時，在電場中，這種氨基酸不移動

計算：中性、酸性：取較小的兩個PK值相加除以2

????? 堿性：取較大的兩個PK值相加除以2

3.側(cè)鏈基團(tuán)的疏水性

4.氨基和羧基參加的化學(xué)反應(yīng)

（1）與2，4-二硝基氟苯（DNFB）sanger反應(yīng)

α-氨基參與，生成穩(wěn)定的黃色物質(zhì)（DNP-氨基酸）。不易被水解，溶于乙酸乙酯和乙醚，之后再用色譜分析，可以測出肽鏈N端是什么氨基酸

（2）與異硫氰酸苯酯（PITC）Edman反應(yīng)

弱堿性中，α-氨基與其反應(yīng)，生成苯胺基硫甲酰氨基酸（PTC-氨基酸），在酸性環(huán)境中，PTC-氨基酸迅速環(huán)化，形成穩(wěn)定的苯乙內(nèi)酰硫脲氨基酸（PTH-氨基酸）

（3）與茚三酮

生成紫色物質(zhì)（脯氨酸因為是亞氨基酸，所以產(chǎn)生黃色物質(zhì)）

可用來確定氨基酸含量（比色法），做顯色劑

（4）其它（脯氨酸和亞硝酸無法反應(yīng)）

5.個別基團(tuán)對氨基酸性質(zhì)的貢獻(xiàn)

（1）芳香族的紫外吸收性質(zhì)

（2）對蛋白質(zhì)的貢獻(xiàn)

第三節(jié)?? 氨基酸的分離和純化

1.電泳（分子大小，形狀，帶電情況）（在電場中）

區(qū)帶電泳（紙電泳——濾紙支持）、薄層電泳（硝酸纖維素薄膜支持）、自由電泳（顯微電泳、密度梯度電泳）、凝膠電泳

2.層析（分子對流動相，固定相的相互作用能力不同，導(dǎo)致向前流動的速度不同）

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第二章???? 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

第一節(jié)? 肽

1.肽的分類和命名

2.寡肽的理化性質(zhì)

（1）旋旋光性?? 由氨基酸帶來，旋亮度為各個氨基酸旋亮度的總合

（2）兩性解離?? 由氨基酸帶來，不可以直接計算得出，依靠實驗測定（小肽的計算方法和氨基酸算類似）

（3）雙縮脲反應(yīng)?? 生成紫色絡(luò)合物，大于二肽的蛋白質(zhì)都可以發(fā)生反應(yīng)

（4）水解反應(yīng)

3.幾種天然存在的活性肽

（1）核糖體合成?? 不可能參入D型氨基酸

（2）不是在核糖體上合成的氨基酸?? 可能含有D型氨基酸，肽鍵可能不是由α-氨基和α-羧基縮合而成

第二節(jié)? 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

1.蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)

氨基酸在多肽鏈上的排列順序，包括二硫鍵的數(shù)目和位置

肽鍵的性質(zhì)：（1）具有部分雙鍵的性質(zhì)（由酰胺N上的孤電子對與相鄰羰基發(fā)生共振造成）

?????????? （2）多為反式，也有順式：反式結(jié)構(gòu)中空間位阻小，故反式結(jié)構(gòu)比順式結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。一開始肽鏈在核糖體上合成時，都為反式，后來某些部位與脯氨酸的亞氨基有關(guān)的肽鍵在肽酰脯氨酰順反異構(gòu)酶（PPI）催化下變成順式

?????????? （3）與肽鍵相關(guān)的六個原子共處一個平面（肽平面）：但與Cα有關(guān)的兩個肽鍵是單鍵，可以旋轉(zhuǎn)

?????????? （4）酰胺N帶部分正電，羰基O帶部分負(fù)電

2.蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)

指的是多肽鏈的主鏈部分在局部形成的折疊和盤繞，穩(wěn)定性由氫鍵決定

（1）α螺旋

1）肽鏈主鏈圍繞一個虛擬的軸以旋轉(zhuǎn)的方式盤繞

2）氫鍵受體為第n位氨基酸殘基的羰基O，供體則是n+4位殘基氨基上的H

3) 每隔3.6個殘基，螺旋上升一圈

4）螺旋方向一般是右手螺旋，因為蛋白質(zhì)分子中的氨基酸為L型

5）R基伸展在螺旋表面，不參與螺旋的形成，但可以影響到螺旋的形成和穩(wěn)定性。

?? 可以使用同一氨基酸的多聚氨基酸來研究對于螺旋的形成及穩(wěn)定性

?? 常見的形成螺旋的氨基酸有Ala,Leu,Met,Glu,Lys，不利于形成螺旋的氨基酸有Gly（空間位阻小，形成二級結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定）,Pro（不供氫【因為是亞氨基酸】）

?? 除了R基對螺旋的形成的影響以外，還有螺旋的偶極矩，偶極矩原有的帶電情況不利于形成螺旋，需要兩端氨基酸改變其電性，消除不利影響。

5）對于一個穩(wěn)定得螺旋來說，主鏈上的原子埋在螺旋內(nèi)部，彼此之間以范德華力緊密結(jié)合，所有的R基成輻射狀展現(xiàn)在螺旋表面，便于參與生化反應(yīng)

（2）β折疊

1）至少有兩條肽段組成，肽平面之間呈鋸齒狀

2）每一條肽段被稱為β股，相鄰β股呈平行排列，主鏈之間通過氫鍵相連

3）R基團(tuán)垂直于相鄰兩個肽平面的交線，且交替分布在折疊片兩側(cè)

4）肽鏈走向有平行和反平行兩種，反平行更加穩(wěn)定

5）形成折疊的氨基酸的側(cè)鏈基團(tuán)傾向于龐大，如Val,Ile,Phe,Tyr,Trp,Thr

?? Pro從來不會出現(xiàn)在折疊之中

（3）β轉(zhuǎn)角

1）主鏈發(fā)生了180o轉(zhuǎn)向

2）由肽鏈上的4個氨基酸形成，Gly,Pro常出現(xiàn)在中間的兩個位置

3）β轉(zhuǎn)角和抗體的識別、磷酸化、糖基化、羥基化有關(guān)

（4）β突起

???? 平行的β股之中多出一個氨基酸殘基，不利于形成β折疊

可能和防止突變給蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)造成影響有關(guān)

（5）無卷曲和環(huán)

常常作為輔因子或底物的結(jié)合位點

3.蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)

（1）穩(wěn)定三級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵：氫鍵，疏水鍵，離子鍵，范德華力，配位鍵，范德華力

（2）研究三級結(jié)構(gòu)的方法

??? 1）X晶體衍射技術(shù)：制備蛋白質(zhì)晶體；測出的是電子密度圖譜；得出的三維結(jié)構(gòu)是在晶體的情況下和天然結(jié)構(gòu)有較大區(qū)別

??? 2）核磁共振波譜法：靠原子核在磁場下的震動分析蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)；隨著蛋白質(zhì)的分子質(zhì)量加大，該方法誤差增大，故只能測量一些分子量較小的淡白質(zhì)；還會受到自旋擴(kuò)散和分子局域運(yùn)動的影響

??? 3）冷凍電鏡技術(shù)：待測蛋白質(zhì)迅速冷凍，獲取二維投影圖像，計算得出蛋白質(zhì)三維密度圖，再得出蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)

??? 4）同源建模：借助結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)來推測待測蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

（4）三維結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)部件

? 1）模體

【1】卷曲螺旋：α螺旋聚合體；超螺旋方向一般是左手螺旋

【2】螺旋-環(huán)-螺旋：又稱為EF手相，存在于多種鈣離子傳感器蛋白上，鈣離子在環(huán)上同蛋白質(zhì)結(jié)合。在轉(zhuǎn)錄因子中也有這種結(jié)構(gòu)，識別DNA雙螺旋的大溝內(nèi)特定的堿基結(jié)構(gòu)，結(jié)合

【3】β-α-β

【4】β發(fā)夾環(huán)

【5】螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋：存在于許多和DNA特異性結(jié)合的蛋白質(zhì)分子上，如Cro（大腸桿菌噬菌體產(chǎn)生的阻遏蛋白）,CAP（分解代謝物基因激活蛋白）,λ阻遏蛋白

【6】Rossman折疊：βαβαβ結(jié)構(gòu)，可以結(jié)合輔酶I和輔酶Ⅱ存在于許多脫氫酶中

【7】希臘鑰匙模體

【8】β折疊：多個β股以螺旋的方式組織在一起

? 2）結(jié)構(gòu)域：相對獨立的球狀結(jié)構(gòu)或功能模塊稱為結(jié)構(gòu)域，疏水結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定存在所必需的；同一個蛋白存在多個相同的結(jié)構(gòu)域（可用來研究進(jìn)化）

4.蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

兩條及兩條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)如果不是以二硫鍵相連，則認(rèn)為它們具有四級結(jié)構(gòu)

第三節(jié)? 蛋白質(zhì)的折疊歷程和結(jié)構(gòu)預(yù)測

1.蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律

（1）一級結(jié)構(gòu)決定三級結(jié)構(gòu)

（2）蛋白質(zhì)的折疊伴隨著自由能的降低

（3）驅(qū)動蛋白質(zhì)折疊的動力是疏水鍵

（4）不同的蛋白質(zhì)折疊具有不同的途徑，如分子伴侶;

???? 絕大多數(shù)分子伴侶屬于熱休克蛋白，幫助蛋白質(zhì)折疊克服一些動力學(xué)障礙；幫助蛋白質(zhì)在正確的時間、正確的地點正確的折疊；幫助折疊錯誤的蛋白質(zhì)重新折疊；幫助細(xì)胞清除一些無用的蛋白質(zhì)。

???? 熱休克蛋白是一種在細(xì)胞受熱或受脅迫時大量表達(dá)的蛋白質(zhì)

（5）某些蛋白質(zhì)的折疊還需要蛋白質(zhì)二硫化異構(gòu)酶（促進(jìn)含有二硫鍵的蛋白質(zhì)形成正確的蛋白質(zhì)）和肽酰脯氨酰順反異構(gòu)酶的幫助（脯氨酸有關(guān)的肽鍵順反異構(gòu)是重要的限速步驟，肽酰脯氨酰順反異構(gòu)酶是通過扭轉(zhuǎn)這個肽鍵來促進(jìn)和它的順反異構(gòu)，加速蛋白質(zhì)的折疊）

（6）變形蛋白：兩種生理學(xué)效應(yīng)完全不同的不同蛋白質(zhì)構(gòu)象。這有利于擴(kuò)大生物的基因組的編碼能力

2.折疊模型

（1）框架模型

（2）疏水塌陷模型

（3）成核模型

第四節(jié)? 蛋白質(zhì)組和蛋白質(zhì)組學(xué)

高通量分離蛋白的方法是二維電泳或雙向電泳，這里介紹雙向電泳：雙向電泳是依據(jù)等電點和大小來把蛋白質(zhì)分離出來的，需要先進(jìn)行一次等電聚焦電泳（等電點），再進(jìn)行一次與開始方向相垂直的SDS-聚丙烯酰胺凝膠雙向電泳

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第三章??? 蛋白質(zhì)的功能及其與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系

第一節(jié)? 蛋白質(zhì)的功能

簡直蛋白：有些蛋白質(zhì)雖然只有一種結(jié)構(gòu)，但是卻可以行使多種功能。

第二節(jié)? 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系

結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)一般具有相似的功能

在不同物種中功能相同的蛋白具有基本相同的三維結(jié)構(gòu)，但一級結(jié)構(gòu)反映了物種之間的親緣關(guān)系

類似物：具有相同功能，起源不同基因的蛋白質(zhì)

同源物：來源于某同一祖先基因的蛋白質(zhì)

第三節(jié)? 幾種重要的蛋白質(zhì)

1.纖維狀蛋白的結(jié)構(gòu)和功能

結(jié)構(gòu)伸展，呈纖維狀，不溶于水，功能在于，結(jié)構(gòu)和機(jī)械支撐

（1）α角蛋白

具有α螺旋，存在于動物的毛發(fā)，角，鳥喙和爪子

肽鏈中央形成典型的α螺旋區(qū)域，兩端為疏水區(qū)域

兩個α角蛋白可以形成一段左手超螺旋

（2）β角蛋白

存在于蠶絲和蜘蛛絲之中

一級結(jié)構(gòu)富含丙氨酸、甘氨酸，具有重復(fù)的序列甘氨酸-丙氨酸或絲氨酸-甘氨酸-丙氨酸或絲氨酸

有序的反平行β折疊構(gòu)成絲的微晶

（3）膠原蛋白

存在于動物結(jié)締組織和其他纖維樣組織中

膠原蛋白3條α鏈形成三股螺旋（特有結(jié)構(gòu)）

穩(wěn)定三股螺旋結(jié)構(gòu)需要引入額外的氫鍵供體，及修飾在脯氨酸上的羥基化反應(yīng)（需要氧氣、二價鐵離子、α-酮戊二酸、維生素c，維生素C是為了防止鐵離子氧化，氧分子供氧）

主要由成纖細(xì)胞合成（前膠原，糖基化修飾，組裝成三股螺旋，前膠原肽酶，兩端的前肽被切除，成為原膠原）。賴氨酰氧化酶（共價交聯(lián)，穩(wěn)定），硫銨亞鍵（將4型膠原分子連接在一起）

2.球狀蛋白的結(jié)構(gòu)與功能

（1）珠蛋白家族

都含有血紅素輔基，都可以可逆的結(jié)合氧氣。下面介紹其中兩種

? 1）肌紅蛋白（只有一個亞基）

專門為動物細(xì)胞的肌肉組織儲備氧氣

一級結(jié)構(gòu)：緊密結(jié)合1個血紅素輔基,血紅素由原卟啉和鐵離子組成

肌紅蛋白和血紅蛋白一樣，折疊形成球狀結(jié)構(gòu)，疏水肽鏈在分子內(nèi)部，極帶電荷的分子的肽鏈在分子表面，故疏水性較好

分子表面有一個疏水口袋，血紅素在這個口袋（口袋中有鐵離子，與周圍形成5個配位鍵，并與氧氣形成第六個配位鍵）中，既可以讓氧分子進(jìn)入口袋中，又防止亞鐵離子被氧化。

高鐵血紅蛋白（血紅素不小心被氧化）依賴細(xì)胞色素b-5還原酶（NADH-高鐵蛋白還原酶）利用還原性輔酶Ⅰ把高價鐵還原成低價鐵

? 2）血紅蛋白

主要存在于紅細(xì)胞，氧氣的運(yùn)輸者

有四個亞基組成，每一個亞基稱為珠蛋白

【1】正協(xié)同效應(yīng)：血紅蛋白分子有一個亞基結(jié)合氧分子后，構(gòu)象改變，使其他的亞基對氣的親和力增強(qiáng)（R態(tài)和T態(tài)）

【2】波爾效應(yīng)：氫離子和碳酸根離子促進(jìn)血紅蛋白釋放氧分子結(jié)合二氧化碳分子：當(dāng)二氧化碳分子和碳酸根離子濃度降低的時候，二氧化碳分子釋放，血紅蛋白再次結(jié)合氧分子（在組織器官中釋放氧分子結(jié)合二氧化碳分子；在肺部釋放二氧化碳分子結(jié)合氧分子。

【3】別構(gòu)效應(yīng)：除了氧分子以外的各種配體（二氧化碳分子、2，3-BPG，一氧化氮）在與血紅蛋白中除了血紅素鐵以外的位點結(jié)合，使血紅蛋白的構(gòu)象發(fā)生變化，進(jìn)而影響到血紅蛋白的氧結(jié)合能力。

? 3）血紅蛋白的突變體：鐮刀狀紅細(xì)胞貧血（血紅蛋白變?yōu)椴豢扇芾w維狀）

（2）免疫球蛋白

即抗體，B淋巴細(xì)胞分泌出的糖蛋白

3.膜蛋白的結(jié)構(gòu)與功能

4.天然物折疊蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能

第四節(jié)? 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測

結(jié)構(gòu)和序列的比對法