【生物化學(xué)】考點(diǎn)-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

2020-06-09 15:49 來源：醫(yī)學(xué)教育網(wǎng)

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蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能是2020年藥學(xué)職稱考試【生物化學(xué)】會(huì)涉及的內(nèi)容，為了幫助大家了解，醫(yī)學(xué)教育網(wǎng)為大家整理如下：

一、蛋白質(zhì)的分子組成

1.組成蛋白質(zhì)的元素

主要有碳、氫、氧、氮和硫。各種蛋白質(zhì)中含氮量相近，平均為16% ，因此測定生物樣品中的含氮量可得出蛋白質(zhì)的大致含量：每克樣品含氮的克數(shù)×6.25=蛋白質(zhì)的克數(shù)/克樣品。

2.氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位

人體內(nèi)組成蛋白質(zhì)的氨基酸共有20種，均為L-α氨基酸(甘氨酸不含手性碳原子，無旋光性)。

氨基酸按側(cè)鏈的理化性質(zhì)分為4類：

①非極性疏水性氨基酸：色氨酸、纈氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸(甲硫氨酸)和丙氨酸;

②極性中性氨基酸：半胱氨酸、天冬酰胺、甘氨酸、蘇氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺和絲氨酸;(此處與教材不一致，教材有誤，以老師講解為準(zhǔn))

③酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸;

④堿性氨基酸：賴氨酸、精氨酸和組氨酸。

3.氨基酸屬于兩性電解質(zhì)

為兼性離子　色氨酸和酪氨酸在280nm波長處有最大光吸收，而絕大多數(shù)蛋白質(zhì)都含有色氨酸和酪氨酸，因此紫外吸收法是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的簡便方法。

4.肽與肽鍵

一個(gè)氨基酸的氨基與另一個(gè)氨基酸的羧基脫去1分子水，所形成的酰胺鍵稱為肽鍵。

氨基酸通過肽鍵相連而成肽鏈，少于10個(gè)氨基酸的肽鏈稱為寡肽，多于10個(gè)氨基酸的肽鏈稱為多肽。

多肽鏈中氨基末端寫在左側(cè)，羧基末端寫在肽鏈的右側(cè)，以氨基末端的氨基酸為1號對多肽鏈進(jìn)行編號，從左向右順序排列。

二、蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

1.蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)

多肽鏈中氨基酸的排列順序稱為蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中的主要化學(xué)鍵是肽鍵。

2.蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu) ，也就是該肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置。蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)包括α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲。維持蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵是氫鍵。

(1)α-螺旋：①多肽鏈的主鏈圍繞中心軸呈有規(guī)律的螺旋式上升，螺旋的走向?yàn)轫槙r(shí)針方向，即右手螺旋;②氨基酸側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè);③每個(gè)肽鍵的亞氨基氫和第四個(gè)肽鍵的羰基氧形成氫鍵，依此類推，肽鏈中的全部肽鍵都形成氫鍵，以穩(wěn)固α-螺旋結(jié)構(gòu);④每3.6個(gè)氨基酸殘基螺旋上升一圈。螺距為0.54nm，所以每個(gè)氨基酸殘基上升的高度為0.15nm。

(2)β-折疊：①多肽鏈充分伸展，每個(gè)肽單元以Cα為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，依次折疊成鋸齒結(jié)構(gòu);②氨基酸側(cè)鏈交替地位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上、下方;③兩條以上肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的若干肽段平行排列，通過鏈間羰基氧和亞氨基氫形成氫鍵，從而穩(wěn)固β-折疊結(jié)構(gòu);④肽鏈有順式平行和反式平行兩種。

(3)β-轉(zhuǎn)角：①常發(fā)生于肽鏈180°回折時(shí)的轉(zhuǎn)角上;②通常有4個(gè)氨基酸殘基組成，其第一個(gè)殘基的羰基氧與第四個(gè)殘基的亞氨基氫可形成氫鍵。

(4)無規(guī)卷曲：沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。

3.蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)

整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，即整條肽鏈所有原子在三維空間的排布位置。蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定主要靠次級鍵——疏水作用力、離子鍵、氫鍵和范德華力等。

4.蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間分布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。維系四級結(jié)構(gòu)的作用力主要是疏水作用力，氫鍵和離子鍵也參與維持四級結(jié)構(gòu)。

并非所有蛋白質(zhì)都有四級結(jié)構(gòu)。含有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，單獨(dú)的亞基一般沒有生物學(xué)功能。

5.蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象

蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象由一級結(jié)構(gòu)決定，常需分子伴侶(幫助多肽鏈正確折疊 )的參與。其作用：

①可逆地與未折疊肽段結(jié)合防止錯(cuò)誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊;

②與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導(dǎo)其正確折疊;

③促進(jìn)對蛋白質(zhì)分子中二硫鍵的正確形成。

(1)肽單元：參與肽鍵的6個(gè)原子——C α1 、C、0、N、H、C α2 位于同一平面，Cα1和Cα2在平面上所處的位置為反式構(gòu)型，此同一平面上的6個(gè)原子構(gòu)成肽單元。

(2)模體

在許多蛋白質(zhì)分子中，2個(gè)或3個(gè)具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)具有特殊功能的空間結(jié)構(gòu)，稱為模體。

(3)結(jié)構(gòu)域

分子量大的蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)常可分割成1個(gè)和數(shù)個(gè)球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，具有獨(dú)立的生物學(xué)功能，稱為結(jié)構(gòu)域。

三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

(一)蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

1.一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)

蛋白質(zhì)變性后，空間結(jié)構(gòu)被破壞，但一級結(jié)構(gòu)不變，復(fù)性后空間結(jié)構(gòu)再次形成，生物學(xué)活性恢復(fù)。

2.鐮刀形紅細(xì)胞貧血

人血紅蛋白β亞基的第6位氨基酸的谷氨酸，被纈氨酸所取代。(記憶：鐮刀割谷子，累了歇一會(huì)兒)

(二)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

血紅蛋白(Hb)由2條α鏈和2條β鏈與輔基組成，通過血紅蛋白中的Fe2+與氧結(jié)合，發(fā)揮運(yùn)輸氧的作用。

1.協(xié)同效應(yīng)　一個(gè)寡聚體亞基與其配體結(jié)合后，影響另一亞基與配體的結(jié)合能力，如果是促進(jìn)作用，則稱為正協(xié)同效應(yīng)，反之則為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。如，Hb的第一個(gè)亞基與O2結(jié)合以后，促進(jìn)了后續(xù)亞基與O2結(jié)合，即為正協(xié)同效應(yīng)。

2.別構(gòu)效應(yīng)　又稱變構(gòu)效應(yīng)。一個(gè)蛋白質(zhì)與它的配體(或其他蛋白質(zhì))結(jié)合后，蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生變化，使它更適于功能需要，這一類變化稱為別構(gòu)效應(yīng)。例如Hb是別構(gòu)蛋白，小分子O2是Hb的別構(gòu)劑或稱為效應(yīng)劑。

四、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)

(一)蛋白質(zhì)的兩性電離

蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離子，此時(shí)pH稱為等電點(diǎn)(pI)。pH＞pI，蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷；pH＜pI，蛋白質(zhì)帶正電荷。

(二)蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)

維持蛋白質(zhì)溶液穩(wěn)定的因素有兩個(gè)：①水化膜：蛋白質(zhì)顆粒表面大多為親水基團(tuán)，可吸引水分子，使顆粒表面形成一層水化膜，從而阻斷蛋白質(zhì)顆粒的相互聚集，防止溶液中蛋白質(zhì)的沉淀析出。②同種電荷：在pH≠pI的溶液中，蛋白質(zhì)帶有同種電荷。同種電荷相互排斥，阻止蛋白質(zhì)顆粒相互聚集、沉淀。

(三)蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性

在某些物理和化學(xué)因素作用下，蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象被破壞，其理化性質(zhì)改變和生物活性喪失，稱為變性。變性后，其溶解度降低，黏度增加，結(jié)晶能力消失，易被蛋白酶水解。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，但是沉淀的蛋白質(zhì)不一定變性。變性的蛋白質(zhì)，只要其一級結(jié)構(gòu)仍完好，可在一定條件下恢復(fù)其空間結(jié)構(gòu)，隨之理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)也重現(xiàn)，這稱為復(fù)性。

(四)蛋白質(zhì)的紫外吸收

在280nm波長處有特征性吸收峰，可作蛋白質(zhì)定量測定。

(五)蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)

有茚三酮反應(yīng)，雙縮脲反應(yīng)等。