生物化学笔记

生物化学笔记 一一 蛋白质的共价结构蛋白质的共价结构 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 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 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 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 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 折叠结构而不是 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 leucine 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 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 螺旋每绕一圈为 3 6 个 氨基酸残基 这种一级结构形成 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 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 螺旋的边边上 不能与主链上形成氢键 在 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 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 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 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 消除反应 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 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 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 酸性氨基酸酸性氨基酸 Asp Glu Asp Glu 性质 在生理环境下带有负电荷性质 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 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 羧基与 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 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 glu 与 Ca2 结合更紧密 碱性氨基酸 碱性氨基酸 Arg Lys His Arg Lys His 硒代半胱氨酸 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