蛋白质的结构与功能

　　一、蛋白质的分子组成

　　1.组成蛋白质的元素

　　主要有碳、氢、氧、氮和硫。各种蛋白质中含氮量相近，平均为16% ，因此测定生物样品中的含氮量可得出蛋白质的大致含量：每克样品含氮的克数×6.25=蛋白质的克数/克样品。

　　2.氨基酸是组成蛋白质的基本单位

　　人体内组成蛋白质的氨基酸共有20种，均为L-α氨基酸(甘氨酸不含手性碳原子 ，无旋光性)。

　　氨基酸按侧链的理化性质分为4类：

　　①非极性疏水性氨基酸：色氨酸、缬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸(甲硫氨酸)和丙氨酸;

　　②极性中性氨基酸：半胱氨酸、天冬酰胺、甘氨酸、苏氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺和丝氨酸;(此处与教材不一致，教材有误，以老师讲解为准)

　　③酸性氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸;

　　④碱性氨基酸：赖氨酸、精氨酸和组氨酸。

　　3.氨基酸属于两性电解质

　　为兼性离子　色氨酸和酪氨酸在280nm波长处有最大光吸收 ，而绝大多数蛋白质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质含量的简便方法。

　　4.肽与肽键

　　一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基脱去1分子水，所形成的酰胺键称为肽键。

　　氨基酸通过肽键相连而成肽链，少于10个氨基酸的肽链称为寡肽，多于10个氨基酸的肽链称为多肽。

　　多肽链中氨基末端写在左侧，羧基末端写在肽链的右侧，以氨基末端的氨基酸为1号对多肽链进行编号，从左向右顺序排列。

　　二、蛋白质的分子结构

　　1.蛋白质的一级结构

　　多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构，蛋白质一级结构中的主要化学键是肽键 。

　　2.蛋白质的二级结构

　　蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构 ，也就是该肽链主链骨架原子的相对空间位置。蛋白质二级结构包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲。维持蛋白质二级结构的化学键是氢键。

　　(1)α-螺旋：①多肽链的主链围绕中心轴呈有规律的螺旋式上升，螺旋的走向为顺时针方向，即右手螺旋;②氨基酸侧链伸向螺旋外侧;③每个肽键的亚氨基氢和第四个肽键的羰基氧形成氢键，依此类推，肽链中的全部肽键都形成氢键，以稳固α-螺旋结构;④每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈。螺距为0.54nm，所以每个氨基酸残基上升的高度为0.15nm。

　　(2)β-折叠：①多肽链充分伸展，每个肽单元以Cα为旋转点，依次折叠成锯齿结构;②氨基酸侧链交替地位于锯齿状结构的上、下方;③两条以上肽链或一条肽链内的若干肽段平行排列，通过链间羰基氧和亚氨基氢形成氢键，从而稳固β-折叠结构;④肽链有顺式平行和反式平行两种。

　　(3)β-转角：①常发生于肽链180°回折时的转角上;②通常有4个氨基酸残基组成，其第一个残基的羰基氧与第四个残基的亚氨基氢可形成氢键。

　　(4)无规卷曲：没有确定规律性的那部分肽链结构。

　　3.蛋白质的三级结构

　　整条肽链中全部 氨基酸残基的相对空间位置，即整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠次级键——疏水作用力、离子键、氢键和范德华力等。

　　4.蛋白质的四级结构

　　蛋白质分子中各亚基的空间分布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。维系四级结构的作用力主要是疏水作用力 ，氢键和离子键也参与维持四级结构。

　　并非所有蛋白质都有四级结构。含有四级结构的蛋白质，单独的亚基一般没有生物学功能。

　　5.蛋白质的空间构象

　　蛋白质的空间构象由一级结构决定，常需分子伴侣(帮助多肽链正确折叠 )的参与。其作用：

　　①可逆地与未折叠肽段结合防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠;

　　②与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠;

　　③促进对蛋白质分子中二硫键的正确形成。

　　(1)肽单元：参与肽键的6个原子——C _α1 、C、0、N、H、C _α2 位于同一平面，Cα1和Cα2在平面上所处的位置为反式构型，此同一平面上的6个原子构成肽单元。

　　(2)模体

　　在许多蛋白质分子中，2个或3个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个具有特殊功能的空间结构，称为模体。

　　(3)结构域

　　分子量大的蛋白质三级结构常可分割成1个和数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，具有独立的生物学功能，称为结构域。

　　三、蛋白质结构与功能的关系

　　(一)蛋白质一级结构与功能的关系

　　1.一级结构是空间构象的基础

　　蛋白质变性后，空间结构被破坏，但一级结构不变，复性后空间结构再次形成，生物学活性恢复。

　　2.镰刀形红细胞贫血

　　人血红蛋白β亚基的第6位氨基酸的谷氨酸，被缬氨酸所取代 。(记忆：镰刀割谷子，累了歇一会儿)

　　(二)蛋白质空间结构与功能的关系

　　血红蛋白(Hb)由2条α链和2条β链与辅基组成，通过血红蛋白中的Fe2+与氧结合，发挥运输氧的作用。

　　1.协同效应　一个寡聚体亚基与其配体结合后，影响另一亚基与配体的结合能力，如果是促进作用，则称为正协同效应，反之则为负协同效应。如，Hb的第一个亚基与O2结合以后，促进了后续亚基与O2结合，即为正协同效应。

　　2.别构效应　又称变构效应。一个蛋白质与它的配体(或其他蛋白质)结合后，蛋白质的构象发生变化，使它更适于功能需要，这一类变化称为别构效应。例如Hb是别构蛋白，小分子O2是Hb的别构剂或称为效应剂。

　　四、蛋白质的理化性质

　　(一)蛋白质的两性电离

　　蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，此时pH称为等电点(pI)。pH＞pI，蛋白质带负电荷；pH＜pI，蛋白质带正电荷。

　　(二)蛋白质的胶体性质

　　维持蛋白质溶液稳定的因素有两个：①水化膜 ：蛋白质颗粒表面大多为亲水基团，可吸引水分子，使颗粒表面形成一层水化膜，从而阻断蛋白质颗粒的相互聚集，防止溶液中蛋白质的沉淀析出。②同种电荷 ：在pH≠pI的溶液中，蛋白质带有同种电荷。同种电荷相互排斥，阻止蛋白质颗粒相互聚集、沉淀。

　　(三)蛋白质的变性与复性

　　在某些物理和化学因素作用下，蛋白质的空间构象被破坏，其理化性质改变和生物活性丧失，称为变性。变性后，其溶解度降低，黏度增加，结晶能力消失，易被蛋白酶水解。变性的蛋白质易于沉淀， 但是沉淀的蛋白质不一定变性。变性的蛋白质，只要其一级结构仍完好，可在一定条件下恢复其空间结构，随之理化性质和生物学性质也重现，这称为复性。

　　(四)蛋白质的紫外吸收

　　在280nm波长处有特征性吸收峰，可作蛋白质定量测定。

　　(五)蛋白质的呈色反应

　　有茚三酮反应，双缩脲反应等。

　　组成人体蛋白质多肽链的基本单位是

　　A.L-α-氨基酸

　　B.D-α-氨基酸

　　C.L-β-氨基酸

　　D.D-β-氨基酸

　　E.以上都不是

　　『正确答案』A

　　下列氨基酸，无L型或D型之分的是

　　A.苏氨酸

　　B.谷氨酸

　　C.丝氨酸

　　D.甘氨酸

　　E.酰胺酸

　　『正确答案』D

　　A.蛋白质一级结构

　　B.蛋白质二级结构

　　C.蛋白质三级结构

　　D.蛋白质四级结构

　　E.单个亚基结构

　　1.不属于空间结构的是

　　2.整条肽链中全部氨基酸的相对空间位置

　　『正确答案』A、C

　　变性蛋白质的主要特点是

　　A.不易被蛋白水解酶水解

　　B.一级结构被破坏

　　C.溶解性增加

　　D.生物学活性丧失

　　E.分子量降低

　　『正确答案』D

　　Hb的第一个亚基与O2结合后促进其他亚基与O2结合称为

　　A.正协同效应

　　B.变构效应

　　C.不可逆性抑制

　　D.竞争性抑制

　　E.负协同效应

　　『正确答案』A

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