生物化学笔记.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请 联系网站删除生物化学笔记一 蛋白质的共价结构1.氨基酸（amino acid）20个，18个常见，1个脯氨酸，1个硒代胱氨酸（由终止密码字编码）20种氨基酸的性质，排列顺序决定蛋白质的性质人类中L型出现较多，D型较少，但是牙齿中的天冬氨酸便是；而在微生物中，D型出现较多，一般出现于翻译后修饰，可通过恢复又形成L型11 氨基酸结构l 每个氨基酸（除pro）都含有：COOH-(羧基)，NH2（氨基），R(R集团)羧基和氨基的主要作用：提供氢键形成二级结构l 暴露在外的主要是R基，又侧链的排列组合决定蛋白质的结构l 侧链提供不同的功能集团能够使蛋白具有独特性： 独特的折叠结构 溶解状态：与引起生命过程有强烈关系，侧链起决定作用 聚集状态：单体，二聚体等 与大分子物质形成复合物或大分子，提高酶活性 修饰l 蛋白质形成的氨基酸规律并不明显，但是结构蛋白有一定的规律，其中有点肯定的是，氨基酸的选择不是随意的l 决定蛋白质结构的因素有：氨基酸数量，排列组合，侧链修饰（例如 电荷改变与其他分子，自身内部作用而发生改变）12 氨基酸分类（根据极性分类）在普通条件下，根据极性差别，可分为以下几类： 非极性氨基酸（Gly-G, Ala-A, Val-V, Leu-L, Ile-I, Phe-F, Trp-w, Met-M. Pro-P）性质：1.具有疏水性 2.结合或放出质子（Met，Phe，Try易放出质子）3.酶反应中，蛋白质折叠堆积在一起时，酸性强，从而形成极端环境，因此极性变强，某些基团具有极端性质易完成特定反应。4.在水相球蛋白中，非极性氨基酸贝排在蛋白质疏水中心，犹如蛋白质骨架，维持蛋白质结构，起稳定作用，蛋白质结构对功能非常重要，因此可在疏水区域对蛋白质骨架与功能有十分重要作用5.在跨膜蛋白中，非疏水侧链能与膜易结合1st 甘氨酸（Gly）：a) 缺少对称结构，不能形成立体化学结构b) 缺少碳原子，因此组成肽链时，使肽链更柔软，因为原子相互之间摆动的角度大，受到阻力比复杂侧链要简单c) 提供更多的结构空间d) 甘氨酸常位于蛋白质拐角处，并在胶原蛋白中甘氨酸含量大，提供空间与柔软性，抗击能力强。e) 甘氨酸对邻位氨基酸也有影响。由于空间小，提供邻位氨基酸化学活性。比如Asn-Gly的组合比Asnxaa更易形成环状的酰胺结构f) 甘氨酸常作为免疫识别和酶催化的位点2nd 丙氨酸（Ala）：a) 是20种氨基酸种最没特性的氨基酸，没有特别的构想性质，因此可出现在任何部位b) 最普通的氨基酸，弱疏水性，化学稳定性低，发生化学修饰机率低c) 为左提花位点可用于研究某个氨基酸在蛋白质的功能3rd缬氨酸（Ala）：a) 体积变大，降低整体结构软柔性，旋转空间不大b) 阻碍邻位的化学活性c) 属于国都太氨基酸，中度疏水性4th 异亮氨酸（ile）：a) 疏水性增强b) 含有分支链，对邻位氨基酸有空间阻碍，降低化学活性c) 出现在蛋白质内部，倾向于形成折叠结构而不是螺旋（因为空间阻碍变大）d) 有第二个非对称中心，碰到强酸时，立体结构改变，形成别异亮氨酸，功能随之改变l 在体外和体内环境有差异时，蛋白质稳定结构对蛋白质功能具有重要作用5th 亮氨酸（Leu）:a) 疏水性比异亮氨酸b) 在球蛋白中最常见氨基酸，处于疏水中心c) 形成跨膜螺旋结构中的主要成分d) 亮氨酸拉链结构l 亮氨酸拉链（leucine zipper）：出现在DNA结合蛋白质和其它蛋白质中的一种结构基元（motif）。当来自同一个或不同多肽链的两个两用性的-螺旋的疏水面（常常含有亮氨酸残基）相互作用形成一个圈对圈的二聚体结构时就形成了亮氨酸拉链。 在生物化学的研究中，发现某些DNA结合蛋白的一级结构C末端区段，亮氨酸总是有规律地每隔7个氨基酸就出现一次。蛋白质-螺旋每绕一圈为3.6个氨基酸残基。这种一级结构形成-螺旋时，亮氨酸必与螺旋轴平行而在外侧同一线上排布，每绕两圈出现一次，如图中的1,8,15,22位；而且，亮氨酸R-基因上的分支侧链也露于螺旋之外成规律地相间。所谓拉链，就是两组平行走向，带亮氨酸的-螺旋形成的对称二聚体。每条肽链上的亮氨酸残基，侧链上R-基因的分支碳链，又刚好互相交错排列，故名。亮氨酸拉链结构常出现于真核生物DNA结合蛋白的C-端，它们往往是和癌基因表达调控功能有关，故受到研究者的重视。这类蛋白质的主要代表为酵母的转录激活因子GCN4，癌蛋白Jun，Fos，Myc，增强子结合蛋白C/EBP等。这类基元结构是解决基因转录调控的途径之一，并将会在生命科学研究中继续成为主导领域的研究课题。（leucine zipper）是由伸展的氨基酸组成，每7个氨基酸中的第7个氨基酸是亮氨酸，亮氨酸是疏水性氨基酸，排列在。螺旋的一侧，所有带电荷的氨基酸残基排在另一侧。当2个蛋白质分子平行排列时，亮氨酸之间相互作用形成二聚体，形成“拉链”。在“拉链”式的蛋白质分子中，亮氨酸以外带电荷的氨基酸形式同DNA结合。原癌基因cfos 的蛋白产物是磷酸化蛋白，有一个亮氨酸“拉链”区，却不能形成同源二聚体。可是，它可以同c-jun的蛋白产物中的“拉链”区形成异源二聚体。cfos 的蛋白质产物本身不能同DNA结合，可是一旦同c-jun的蛋白质产物形成“拉链”式的异源二聚体后，却能与jun-jun同源二聚体一样具有DNA结合能力，且表现出更高的亲和力。6th 苯丙氨酸（Phe）:a) 体积大的疏水性结构b) 具有弱极性（苯环作用），易与其他芳香环或极性基团发生作用c) 作为球蛋白或跨膜蛋白的主要成分，起稳定蛋白质结构d) 可作为A280吸收位点，进行定量试验7th 甲硫氨酸（Met）：a) 含有硫醚结构b) 疏水性和基团大小与Leu相似c) 硫原子易与金属离子（Zn,Cu,Hg等）结合，赋予蛋白质新功能d) 在体外易形成亚砜结构，氧化时形成亚砜结构，易变形，因此需要加抗氧化剂。e) 在体内，可由酶进行反应形成特定结构完成特定功能f) 易发生烷基化反应，在酸性条件下，能使硫醚链断裂8th 色氨酸（Trp）：a) 含有吲哚基团，由最大的侧链基团b) 具有强的空间阻碍，常用于窜则稳定结构c) 含有疏水性，但由于吲哚基存在，减弱疏水性。提供附加氢键（主链），有时与其他物质相互作用时，吲哚基团易与配基相互作用，如抗体，亲和素，溶解酵素。d) 易受轻电攻击，卤素易与之反应，发生共价键作用，使肽链易断裂e) 吲哚基团易被光氧化降解f) 最强的紫外吸收峰，具有荧光性质（A280）9th 脯氨酸（Pro）:a) 含有脯氨酰基，形成亚氨结构b) 具有结构限制，出现在蛋白质表面或转角处c) 能出现在螺旋的边边上，不能与主链上形成氢键，在折叠出现时，会形成凸起结构d) 在肽链中能以顺式结构存在，它能进行反式转化，这是一个限时步骤，由酶参与完成，是可调控的，在体外自发完成e) 化学活性低，当邻位是D-天冬氨酸时，脯氨酸活性增强，在弱酸条件下，易断裂 极性氨基酸：（Ser-S, Thr-T,Cys-C,Asn-N,Gln-Q,Tyr-Y）性质：1.普通条件下，净电荷为零，ph7； 2.翻译后修饰易发生在极性氨基酸。10th 丝氨酸（Ser）：a) 含有脂肪羟基，在不同环境下，即可作为氢键供受体b) 常出现在球蛋白表面c) 氧原子在生理条件下，具有弱亲和性。在特定条件下，氧原子亲和力强，如丝氨酸激酶，化学活性增强。这种特定条件下可能是由蛋白质自身通过结构改变形成d) 在体内中，易发生共价修饰，如糖基化修饰e) 磷酸化：两种形式：一为稳定磷酸化，另为可逆磷酸化f) 碱性条件下，易发生消除反应，OH消失，形成双键11th 苏氨酸（Thr）：a) 与丝氨酸相似，但与之相比，空间阻碍变大，化学活性弱一些b) 含有第二个手性结构，遇上强酸强碱，结构会改变12th 半胱氨酸（Cys）：a) 硫基CH-SH，可参与酶反应的中间反应物b) 与金属反应（重金属，吸附，解毒）c) 胞外蛋白与cys中硫基结合成二硫键，起稳定蛋白作用，还原形成谷胱甘肽（GST）抗氧化剂。在普通环境下研究蛋白质（体外），使cys处于还原状态，重组蛋白含有cys时，与在体外相比，形成的二硫键还是有所差别，如白蛋白（为含585个氨基酸残基的单链多肽，分子量为66458，分子中含17个二硫键，不含有糖的组分。在体液pH7.4的环境中，白蛋白为负离子，每分子可以带有200个以上负电荷。它是血浆中很主要的载体，许多水溶性差的物质可以通过与白蛋白的结合而被运输。这些物质包括胆红素、长链脂肪酸（每分子可以结合4-6个分子）、胆汁酸盐、前列腺素、类固醇激素、金属离子（如Cu2+、Ni2+、Ca2+）药物（如阿司匹林、青霉素等。）d) 在胞外，蛋白质的cys易形成二硫键，以稳定自身蛋白质的结构，二硫键会在氧化的环境下形成（谷胱甘肽在体内以二硫键状态存在），cys在胞内大多数以游离的状态存在，因此在体外研究蛋白质的二硫键时，要注意环境。e) 主要有酰基化，烷基化修饰(结合脂肪链)，结合到侧链使其具有疏水性质（脂肪链可接近脂膜），血红蛋白辅基（血红素）等共价结合蛋白f) 消除反应（-消去指分子内两个相邻的原子上各失去一个基团，形成新的双键或叄键的反应。这也是最为普遍认识的消去反应。反应条件：醇类和卤代烃能发生消去反应。醇分子中，连有羟基（-OH）的碳原子必须有相邻的碳原子且与此相邻的碳原子上，并且还必须连有氢原子时，才可发生消去反应。）：利用碱性处理，加入羟基，然后产生消除，此方法利用在羊毛处理上，使羊毛更有强度。13th 天冬酰胺（Asn）:a) 碳上有酰胺，易形成氢键，使氢键的供体和受体b) 一般位于折叠蛋白转角位置，附加氢键，比较灵活，所以容易破坏正常氢键，使其形成多样性氢键c) 环亚胺结构，消旋反应形成D-氨基酸残基（消旋反应是一种使分子产生同样多的两种构象的反应，只有手性结构的分子才能发生，会产生L-和R-（即左旋和右旋）两种结构的分子，这两种分子虽然分子式相同，但旋光性不同。），当Asn与Gly或Ser等空间阻碍小的氨基酸相连时（Asn-Gly），亚胺结构易被水解。当空间位阻没有或小时，会形成环亚胺结构，环亚胺结构不稳定，易被羟胺化，导致肽键断裂。d) 在胞外的显露的天冬氨酸氨侧链基（N）端，是糖蛋白的连接位点，当asnxaaser（thr）三个氨基酸排列在一起时，asn被糖基化修饰后，会变得很稳定。（xaa不能为pro）。14th 谷氨酰胺（Gln）a) 化学性质与asn相似，多一个亚甲基，蛋白质内部比asn稳定，在蛋白质末端会自动发生焦谷氨酰反应。b) 有些谷氨酰胺得侧链是谷氨酰胺转移酶得作用底物，经催化与赖氨酰交联15th 络氨酸（Tyr）a) 含有酚羟基，过渡态极性。在球蛋白结构时，通常它的侧链部分暴露与溶剂当中，部分与内部分子结合。b) 在生理环境下，基团是中性的，容易结合金属离子，如Fe2+。有一定的电性，可以做H 的供受体c) 体内修饰包括磷酸化，硝基化（常发生于血管，引起粥样硬化），胞外蛋白酚羟基容易于其他蛋白发生交联反应。d) 络氨酸区域也是甲状腺的前体物质 酸性氨基酸(Asp,Glu)性质：在生理环境下带有负电荷16th 天冬氨酸（Asp）a) 生理条件下以负电荷形式存在，Pka=4.0,酸性强b) 羧基与供体基团（如胍盐）能形成氢键，极性侧链位于蛋白质表面，内部与碱性氨基酸结合形成盐桥，带负电荷能与Ca2+等离子发生反应。c) COOH能够直接参与酶催化反应，例如天门冬酰蛋白酶（胃蛋白酶，高血压蛋白原酶，逆转录酶）能够在Na+,K+ATP酶，细胞膜上的Ca2+ATP酶和肌浆网作用的过程中催化形成酰基磷酸酯。d) 羧基易引起变性，因此体外研究需要加入试剂保持它的原始状态。（在酸性环境下，肽链容易水解，若邻位是pro特易水解（asppro）e) 当羧基与-羧基肽键接近时会发生邻位效应，并且在酸溶液中，天门冬酰肽键比其他氨酰键更容易被水解。f) 化学性质活页，能够参与化学反应。例如在活跃试剂，强酸条件，碳化二亚氨，酒精，亲核物质下能够酯化和氨化g) 天冬氨酸在体内能够被羟基修饰，形成羟基天冬氨酸17th Glu(谷氨酸)a) 邻位效应较弱，酸性比asp弱b) 血凝蛋白中，发生修饰，形成glu，与Ca2+结合更紧密 碱性氨基酸（Arg,Lys,His,硒代半胱氨酸）性质：生理条件下，得质子18th 精氨酸（Arg）a) 带有胍基团，酸性碱性下都带正电荷，碱性强，得质子b) 出现在蛋白质内部，与酸性氨基酸形成盐桥或强氢键，能够形成多重氢键c) 出现在表面，与带有负电的配基结合，如磷酸基团，核酸d) 与lys结合能够形成正电荷信号，提供信号，完成相应功能，如膜蛋白信号，前蛋白剪切，核酸和核仁定位）e) 能够进行甲基化和糖基化修饰，非常重要。如病毒，病原体通过发生糖基化调节进入宿主细胞19th赖氨酸（Lys）a) 被排除在球蛋白非极性内部中心以外，在生理条件下，侧链的丁基削弱氨基（NH2）极性，但是整体极性占主导地位，因此整体极性较强。b) 很多蛋白质的交联结构主要由lys形成（如羊毛），为负电荷提供结合位点，也可以连接氢键c) 体内连接辅基，侧链测性交联结构，侧链也可进行修饰20th 组氨酸(His)a) 含有咪唑基团，几乎为中性。得质子后，呈碱性，在酶