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,—RR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l eucine 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;l eucine 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A2809th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个的单链多肽,分子量为66458,分子中含17个,不含有糖的组分;在的环境中,白蛋白为负离子,每分子可以带有200个以上;它是血浆中很主要的,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、长链每分子可以结合4-6个分子、胆汁酸盐、、、如Cu2+、Ni2+、Ca2+如、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：醇类和能发生消去反应;分子中,连有-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－serthr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Glna)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Tyra)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Aspa)生理条件下以负电荷形式存在,Pka=,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Arga)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Lysa)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NH极性,但是整体极性占主导地位,因此整体极性较强;2b)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Hisa)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)。
