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生物化学笔记

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

1．1氨基酸结构

●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

●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

●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

●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

●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）

1．2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β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Ａｓn—xaa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β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β折叠结构而不是α－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

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

亮氨酸拉链（leucinezippeｒ）：

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α—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α-螺旋每绕一圈为３。

６个氨基酸残基。

这种一级结构形成α-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α－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c—ｆoｓ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。

ｃ—foｓ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α-螺旋的边边上，不能与主链上形成氢键,在β-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，ph＝7;

　　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）β消除反应（★β—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β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）β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-asn－ｘaa—ser（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）β－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（－asｐ-ｐｒo——）

e）当β-羧基与α-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β－羟基天冬氨酸

1７tｈＧlu（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γ—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，在酶催化中，质子转移

b）依赖ph值的酶催化反应，当需要中性条件时，常常会以hｉs为质子供体，以提高催化效率

c）分子内,接近pｈ，离域作用（咪唑集团内）,形成酸碱效应,对酶作用非常作用

d）与其他酰基，金属离子结合（金属螯合亲和层析）,如ｈis－nie柱子

e）体内，得质子，磁共振

21sｔ硒代半胱氨酸

a）天然蛋白组成成分，由UGＡ翻译而成

b）酶反应位点,发生氧化还原反应

c）还原性比半胱氨酸要强，粗略来说，对细胞具有积极作用

d）性质与半胱氨酸相似,与之反应的类型也相同

2.翻译后修饰——末端修饰

把构成蛋白质的二十种氨基酸再进行化学反应（共价修饰）而使功能得以发挥

a）