生物化学Biochemistry-蛋白质

生物化学Biochemistry——Ch1.蛋白质protein蛋白质ProteinProtein是由多种α氨基酸按一定序列通过肽键（酰胺键）缩合形成的生物大分子，生命体体内的大部分活动需要蛋白质参与。蛋白质是生物化学最早被研究的物质之一，尽管现在已经了解了蛋白质是mRNA经翻译指导组装而成，但其中的数量关系、组装后蛋白质的复杂修饰、亚细胞定位或迁移、蛋白质-蛋白质互动都不是基因水平解释的，因此，对蛋白质本质的研究，依然是生物化学中充满活力，引人关注的领域。2.1蛋白质的分类Theclassificationofprotein2.1蛋白质的分类THECLASSIFICATIONOFPROTEIN蛋白质的主要组成是C、H、O、N、S，有些蛋白质也含有微量的P、Fe、Cu、I、Zn、Mo等元素，其中N含量最稳定，可据此对样本无机化后，再进行总氮含量及无机氮含量凯氏定氮法测定，计算进行蛋白质含量的测定：蛋白质含量=（总氮含量-无机氮含量）×6.25三聚氰胺、皮革奶事件课本所提供的蛋白质分类法2.1.1根据分子形状分类2.1.2根据分子组成分类2.1.3根据功能分类2.1.1根据分子形状分类球状蛋白质接近球形，水溶性好，行使多种生物学功能纤维状蛋白质分子形状呈棒状或纤维状，大多不溶于水，生物体的重要构件或对生物体其保护作用，如胶原蛋白、角蛋白；与运动有关的肌球蛋白；有些可溶水如血纤维蛋白原；有些纤维状蛋白质是由球蛋白聚集形成；膜蛋白质一般折叠为近球形插入生物膜，也可通过共价或非共价键结合于生物膜表面，生物膜功能大多由膜蛋白实现。膜结合质子泵蛋白是由多个亚基组成，插在质膜上，两头接露出膜，有一个ATP结合区（获得能量），透膜的亚基形成质子通道。2.1.2根据分子组成分类简单蛋白质simpleprotein仅有肽链组成，不包含其他辅助成分的蛋白质称简单蛋白质simpleprotein结合蛋白质conjugatedprotein结合蛋白质又称缀合蛋白质。由简单蛋白质和辅助成分组成，其辅助成分成为辅基，根据辅基类别结合蛋白质分为五类：核蛋白neucleoprotein糖蛋白与蛋白聚糖glucorproteinandproteoglycan脂蛋白lipoprotein色蛋白chromoprotein磷蛋白phosphoprotein简单蛋白Simpleprotein存在举例溶解度Dissolverate清蛋白所有生物血清清蛋白、卵清蛋白、麦清蛋白溶于水和稀盐，饱和硫酸铵沉淀、加热凝固球蛋白血清球蛋白、大豆球蛋白、免疫球蛋白不溶于水、溶于稀盐，半饱和硫酸铵沉淀醇溶蛋白各类植物种子小麦胶体蛋白、玉米蛋白不溶于水，容易稀酸稀碱、容易70~80%乙醇谷蛋白米、麦谷蛋白不溶于水，溶于稀酸稀碱，受热不凝固精蛋白与核酸结合成核蛋白存在于动物体中鱼精蛋白溶于水和稀盐，受热不凝固，分子较小，碱性组蛋白胸腺组蛋白溶于水和稀酸，不溶于稀氨，受热不凝固硬蛋白存在与毛、发、筋、骨等角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白不溶于水、盐溶液及稀酸稀碱溶液简单蛋白质的分类核蛋白neucleoprotein细胞核中核蛋白由DNA与组蛋白结合而成，核糖体是RNA与蛋白质组成的核蛋白，现在已知的病毒都是核蛋白。根据结合蛋白的不同进行的蛋白质分类糖蛋白及蛋白聚糖glucoproteinandproteoglycan均有蛋白与糖以共价键相结合。具有催化作用的酶；运载蛋白；抗体、激素、血型物质；结构蛋白；膜蛋白糖蛋白：短寡糖链无二糖重复单位单位广泛存在动植物组织中，结缔组织和细胞间质的特有成分，组织细胞间的天然粘合剂脂蛋白lipoprotein是由蛋白质和脂质通过非共价键相连有膜蛋白及动物血浆脂蛋白不同的生物膜蛋白间功能形态都有很大差异血浆脂蛋白质为血液中运输脂质的运输蛋白，运载三酰甘油、胆固醇、磷脂等。按照三酰甘油含量的多少密度有所区别，分为乳糜微粒、极低密度脂蛋白、低密度脂蛋白、高密度脂蛋白4类脂蛋白含量与冠心病、动脉粥样硬化的关系按密度可将血液中的运载脂蛋白分为乳糜微粒（chy-lomicron;CM）、极低密度脂蛋白(verylowdensitylipoprotein;VLDL)、低密度脂蛋白(lowdensitylipoprotein;LDL)、高密度脂蛋白（highdensitylipoprotein;HDL）四类。低密度和高密度脂蛋白的含量是一对二。两者都有重要任务：低密度脂蛋白把胆固醇从肝脏运送到全身组织，高密度脂蛋白将各组织的胆固醇送回肝脏代谢。当低密度脂蛋白，尤其是氧化修饰的低密度脂蛋白（OX-LDL）过量时它携带的胆固醇便积存在动脉壁上，久了容易引起动脉硬化。色蛋白chromoprotein由蛋白质与色素组成，血红蛋白质作为代表。血红素由珠蛋白和血红素组成，血红素是由原卟（por·phy·rin）啉与一个而家铁原子构成的化合物。除此以外，过氧化氢酶，细胞色素c都是有蛋白质和铁卟啉组成的。从水母(Aequoreavictoria)体内发现的发光蛋白。分子质量为26kDa，由238个氨基酸构成，第65～67位氨基酸(Ser-Tyr-Gly)形成发光团，是主要发光的位置。其发光团的形成不具物种专一性，发出荧光稳定，且不需依赖任何辅因子或其他基质而发光。绿色荧光蛋白基因转化入宿主细胞后很稳定，对多数宿主的生理无影响，是常用的报道基因。绿色萤光蛋白(greenfluorescentprotein)，简称GFP有了这些荧光蛋白，科学家们就好像在细胞内装上了“摄像头”，得以实时监测各种病毒“为非作歹”的过程。通过沙尔菲的基因克隆思路，科学家们还培育出了多种荧光生物，由于沙尔菲与钱永健的突出贡献，他们与绿色荧光蛋白的发现者下村修共享了今年的诺贝尔化学奖。磷蛋白phosporprotein由蛋白质和磷酸组成，磷酸往往与丝氨酸或苏氨酸侧链羟基结合，如胃蛋白酶、酪蛋白。蛋白质磷酸化和脱磷酸是对其机能进行调控的重要途径。磷酸化(由激酶催化)和去磷酸化(由磷酸酶催化)是控制细胞周期的关键。它们都被用来控制调控途径自身活性和执行调控途径决定的底物活性。细胞周期调控途径由一系列激酶和磷酸酶组成，它们通过将途径的下一个底物磷酸化和去磷酸化而对外来信号和检验点做出反应。途径最终显示的是通过控制M期激酶(或S期激酶)的磷酸化状态决定其活性。2.1.3根据功能分类1.酶2.调节蛋白质3.贮存蛋白质4.转运蛋白质5.运动蛋白质6.防御蛋白质与毒蛋白质7.受体蛋白质8.支架蛋白9.结构蛋白10.异常功能关于分类当我们对蛋白质并没有真正的了解之前，来对这些分类有充分的认识是很难的，这些分类也显得生硬而难以记忆。然而当我们学习了蛋白质、乃至整个生物化学的内容再返回来看蛋白质的分类，就会真正认识书中所提出的蛋白质分类所基于的理由，这些理由是否合理。2.2蛋白质的组成单位——氨基酸Theunitofprotein–aminoacid2.2氨基酸AMINOACID蛋白质水解得到氨基酸，说明氨基酸是蛋白质的基本组成单位。处理试剂方法水解情况结果6mol/LHCl回流20h完全水解不引起消旋，色氨酸被破坏；羟基氨基酸部分水解，酰胺键水解5Mol/LNaOH共煮10-20h完全水解引起消旋，色氨酸不破坏水解酶催化部分水解不消旋，色氨酸不破坏2.2.1氨基酸的结构羧酸基：carboxylicacidgroup氨基：aminogroup侧链:sidechain除了侧链为氢原子的甘氨酸外，所有的α-碳原子皆为手性，故氨基酸具有旋光性。都由D型和L型，一般蛋白质水解得到的皆为L型，图示为L型。Exceptglycine,allofthestandardaminoacidhavefourdifferentgroupsarrangedtetrahedrallyaroundtheCatomα几种简单化学基团名称羟基羰基羧基氨基巯基2.2.2氨基酸的分类classificationofaminoacid常见氨基酸有20种，其英文简写可用单字母和三字母两种表示。根据氨基酸R侧链的极性以及中性电荷下的带电荷的情况分为4类：2.2.2氨基酸的分类classificationofaminoacid非极性氨基酸（疏水氨基酸）8种：丙氨酸（Ala）缬氨酸（Val）亮氨酸（Leu）异亮氨酸（Ile）脯氨酸（Pro）甲硫氨酸（Met）苯丙氨酸（Phe）色氨酸（Trp）极性不带电荷：7种甘氨酸（Gly）丝氨酸（Ser）苏氨酸（Thr）半胱氨酸（Cys）酪氨酸（Tyr）天冬酰胺（Asn）谷氨酰胺（Gln）极性带正电荷的氨基酸（碱性氨基酸）3种赖氨酸（Lys）精氨酸（Arg）组氨酸（His）极性带负电荷的氨基酸（酸性氨基酸）2种天冬氨酸（Asp）谷氨酸（Glu）2.2.2氨基酸的分类classificationofaminoacid极性带正电荷氨基酸在pH值中性条件下带净负电荷，可与金属离子结合，故许多蛋白质结构中均需依赖这两种氨基酸形成金属结合位点。极性带负电荷氨基酸在中性pH条件下可接受质子，组氨酸是R基pKa值为7附近时唯一的氨基酸，故作为酶促反应质子供受体有重要作用，含有组氨酸的肽具有重要的生物缓冲功能。必需氨基酸（essentialaminoacid）：必需氨基酸（essentialaminoacid）：指人体（或其它脊椎动物）不能合成或合成速度远不适应机体的需要，必需由食物蛋白供给，这些氨基酸称为必需氨基酸。成人必需氨基酸的需要量约为蛋白质需要量的20%～37%。皮革奶就算不含毒也不可食用，因为添加的蛋白质不含人体必须氨基酸，无法满足正常的人体需要。最近国家开始禁止使用面粉增白剂。2.2.2氨基酸的分类classificationofaminoacid不常见的氨基酸：通常由常见氨基酸修饰形成，在特定的位置其特定作用，如焦谷氨酸存在细胞紫膜质中，是光驱动质子泵蛋白质的成分。1986年以前，人们一直认为，出现在蛋白质分子中的由遗传密码编码的标准氨基酸残基只有20种。到了1986年，科学家们终于在含硒蛋白中发现第二十一种标准氨基酸——含硒半胱氨酸。时隔16年之后，来自美国俄亥俄州立大学的两个研究小组在产甲烷细菌里发现了第二十二种标准氨基酸——吡咯赖氨酸。非蛋白质氨基酸2.2.3氨基酸理化性质physicochemicalproperty两性解离和等电点无机盐一般为离子化合物，熔点高，能溶于水而不溶于有机溶剂，氨基酸具有这两个性质，因此推断氨基酸也是离子化合物。氨基酸是两性电解质（zwitterion），也叫偶极离子或两性离子。氨基酸本身的氨基与羧基作用也能成盐，称为内盐。Ionizaton离子化Theα-aminoandα-carboxylgroupsonaminoacidsactasacid-basegroups,donatingoracceptingaprotonasthepHisaltered.AtlowpH,bothgroupsarefullyprotonated,asthepHisincreasedtwogrouplosesahydrogenion.aminoacidwithanionizableside-chainhaveanadditionalacidacid-basegroupwithadistinctivepK.等电点isoelectricpoint:pI调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的-NH3-和-COO-,即氨基酸所带净电荷为零，主要以两性离子存在时，在电场中不向任何一极移动，此时pH叫做氨基酸的等电点（isoelectricpoint）。氨基酸等电点的计算公式：pH=(pKn+pKn+1)/2n:氨基酸（或多肽）完全质子化时带正电荷基团数pK:解离基团的解离常数电点的计算步骤1.按氨基酸/多肽可解离基团的pK值自小到大按顺序排列2.判断n值判断氨基酸的分类酸性氨基酸和中性氨基酸的完全质子化数=1碱性氨基酸