生物化學(xué)筆記

1、生物化學(xué)筆記一 蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)構(gòu)1.氨基酸（amino acid）20個(gè)，18個(gè)常見，1個(gè)脯氨酸，1個(gè)硒代胱氨酸（由終止密碼字編碼）20種氨基酸的性質(zhì)，排列順序決定蛋白質(zhì)的性質(zhì)人類中L型出現(xiàn)較多，D型較少，但是牙齒中的天冬氨酸便是；而在微生物中，D型出現(xiàn)較多，一般出現(xiàn)于翻譯后修飾，可通過恢復(fù)又形成L型氨基酸結(jié)構(gòu)每個(gè)氨基酸（除pro）都含有：COOH-(羧基)，NH2（氨基），R(R集團(tuán))羧基和氨基的主要作用：提供氫鍵形成二級(jí)結(jié)構(gòu)暴露在外的主要是R基，又側(cè)鏈的排列組合決定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)側(cè)鏈提供不同的功能集團(tuán)能夠使蛋白具有獨(dú)特性：獨(dú)特的折疊結(jié)構(gòu)溶解狀態(tài)：與引起生命過程有強(qiáng)烈關(guān)系，側(cè)鏈起決定作用聚集狀

2、態(tài)：?jiǎn)误w，二聚體等與大分子物質(zhì)形成復(fù)合物或大分子，提高酶活性修飾蛋白質(zhì)形成的氨基酸規(guī)律并不明顯，但是結(jié)構(gòu)蛋白有一定的規(guī)律，其中有點(diǎn)肯定的是，氨基酸的選擇不是隨意的決定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的因素有：氨基酸數(shù)量，排列組合，側(cè)鏈修飾（例如 電荷改變與其他分子，自身內(nèi)部作用而發(fā)生改變）氨基酸分類（根據(jù)極性分類）在普通條件下，根據(jù)極性差別，可分為以下幾類：非極性氨基酸（Gly-G, Ala-A, Val-V, Leu-L, Ile-I, Phe-F, Trp-w, Met-M. Pro-P）性質(zhì)：1.具有疏水性 2.結(jié)合或放出質(zhì)子（Met，Phe，Try易放出質(zhì)子）3.酶反應(yīng)中，蛋白質(zhì)折疊堆積在一起時(shí)，酸性強(qiáng)，從

3、而形成極端環(huán)境，因此極性變強(qiáng)，某些基團(tuán)具有極端性質(zhì)易完成特定反應(yīng)。4.在水相球蛋白中，非極性氨基酸貝排在蛋白質(zhì)疏水中心，猶如蛋白質(zhì)骨架，維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，起穩(wěn)定作用，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)功能非常重要，因此可在疏水區(qū)域?qū)Φ鞍踪|(zhì)骨架與功能有十分重要作用5.在跨膜蛋白中，非疏水側(cè)鏈能與膜易結(jié)合1st 甘氨酸（Gly）：缺少對(duì)稱結(jié)構(gòu)，不能形成立體化學(xué)結(jié)構(gòu)缺少碳原子，因此組成肽鏈時(shí)，使肽鏈更柔軟，因?yàn)樵酉嗷ブg擺動(dòng)的角度大，受到阻力比復(fù)雜側(cè)鏈要簡(jiǎn)單提供更多的結(jié)構(gòu)空間甘氨酸常位于蛋白質(zhì)拐角處，并在膠原蛋白中甘氨酸含量大，提供空間與柔軟性，抗擊能力強(qiáng)。甘氨酸對(duì)鄰位氨基酸也有影響。由于空間小，提供鄰位氨基酸化學(xué)活性。

4、比如Asn-Gly的組合比Asnxaa更易形成環(huán)狀的酰胺結(jié)構(gòu)甘氨酸常作為免疫識(shí)別和酶催化的位點(diǎn)2nd 丙氨酸（Ala）：是20種氨基酸種最沒特性的氨基酸，沒有特別的構(gòu)想性質(zhì)，因此可出現(xiàn)在任何部位最普通的氨基酸，弱疏水性，化學(xué)穩(wěn)定性低，發(fā)生化學(xué)修飾機(jī)率低為左提花位點(diǎn)可用于研究某個(gè)氨基酸在蛋白質(zhì)的功能3rd纈氨酸（Ala）：體積變大，降低整體結(jié)構(gòu)軟柔性，旋轉(zhuǎn)空間不大阻礙鄰位的化學(xué)活性屬于國(guó)都太氨基酸，中度疏水性4th 異亮氨酸（ile）：疏水性增強(qiáng)含有分支鏈，對(duì)鄰位氨基酸有空間阻礙，降低化學(xué)活性出現(xiàn)在蛋白質(zhì)內(nèi)部，傾向于形成折疊結(jié)構(gòu)而不是螺旋（因?yàn)榭臻g阻礙變大）有第二個(gè)非對(duì)稱中心，碰到強(qiáng)酸時(shí)，立體結(jié)

5、構(gòu)改變，形成別異亮氨酸，功能隨之改變?cè)隗w外和體內(nèi)環(huán)境有差異時(shí)，蛋白質(zhì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)對(duì)蛋白質(zhì)功能具有重要作用5th 亮氨酸（Leu）:疏水性比異亮氨酸在球蛋白中最常見氨基酸，處于疏水中心形成跨膜螺旋結(jié)構(gòu)中的主要成分亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu) 亮氨酸拉鏈（leucine zipper）：出現(xiàn)在DNA結(jié)合蛋白質(zhì)和其它蛋白質(zhì)中的一種結(jié)構(gòu)基元（motif）。當(dāng)來自同一個(gè)或不同多肽鏈的兩個(gè)兩用性的-螺旋的疏水面（常常含有亮氨酸殘基）相互作用形成一個(gè)圈對(duì)圈的二聚體結(jié)構(gòu)時(shí)就形成了亮氨酸拉鏈。 在生物化學(xué)的研究中，發(fā)現(xiàn)某些DNA結(jié)合蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)C末端區(qū)段，亮氨酸總是有規(guī)律地每隔7個(gè)氨基酸就出現(xiàn)一次。蛋白質(zhì)-螺旋每繞一圈為3.6

6、個(gè)氨基酸殘基。這種一級(jí)結(jié)構(gòu)形成-螺旋時(shí)，亮氨酸必與螺旋軸平行而在外側(cè)同一線上排布，每繞兩圈出現(xiàn)一次，如圖中的1,8,15,22位；而且，亮氨酸R-基因上的分支側(cè)鏈也露于螺旋之外成規(guī)律地相間。所謂拉鏈，就是兩組平行走向，帶亮氨酸的-螺旋形成的對(duì)稱二聚體。每條肽鏈上的亮氨酸殘基，側(cè)鏈上R-基因的分支碳鏈，又剛好互相交錯(cuò)排列，故名。亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)于真核生物DNA結(jié)合蛋白的C-端，它們往往是和癌基因表達(dá)調(diào)控功能有關(guān)，故受到研究者的重視。這類蛋白質(zhì)的主要代表為酵母的轉(zhuǎn)錄激活因子GCN4，癌蛋白Jun，F(xiàn)os，Myc，增強(qiáng)子結(jié)合蛋白C/EBP等。這類基元結(jié)構(gòu)是解決基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的途徑之一，并將會(huì)在生命

7、科學(xué)研究中繼續(xù)成為主導(dǎo)領(lǐng)域的研究課題。（leucine zipper）是由伸展的氨基酸組成，每7個(gè)氨基酸中的第7個(gè)氨基酸是亮氨酸，亮氨酸是疏水性氨基酸，排列在。螺旋的一側(cè)，所有帶電荷的氨基酸殘基排在另一側(cè)。當(dāng)2個(gè)蛋白質(zhì)分子平行排列時(shí)，亮氨酸之間相互作用形成二聚體，形成“拉鏈”。在“拉鏈”式的蛋白質(zhì)分子中，亮氨酸以外帶電荷的氨基酸形式同DNA結(jié)合。原癌基因cfos 的蛋白產(chǎn)物是磷酸化蛋白，有一個(gè)亮氨酸“拉鏈”區(qū)，卻不能形成同源二聚體?？墒?，它可以同c-jun的蛋白產(chǎn)物中的“拉鏈”區(qū)形成異源二聚體。cfos 的蛋白質(zhì)產(chǎn)物本身不能同DNA結(jié)合，可是一旦同c-jun的蛋白質(zhì)產(chǎn)物形成“拉鏈”式的異源二聚

8、體后，卻能與jun-jun同源二聚體一樣具有DNA結(jié)合能力，且表現(xiàn)出更高的親和力。6th 苯丙氨酸（Phe）:體積大的疏水性結(jié)構(gòu)具有弱極性（苯環(huán)作用），易與其他芳香環(huán)或極性基團(tuán)發(fā)生作用作為球蛋白或跨膜蛋白的主要成分，起穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)可作為A280吸收位點(diǎn)，進(jìn)行定量試驗(yàn)7th 甲硫氨酸（Met）：含有硫醚結(jié)構(gòu)疏水性和基團(tuán)大小與Leu相似硫原子易與金屬離子（Zn,Cu,Hg等）結(jié)合，賦予蛋白質(zhì)新功能在體外易形成亞砜結(jié)構(gòu)，氧化時(shí)形成亞砜結(jié)構(gòu)，易變形，因此需要加抗氧化劑。在體內(nèi)，可由酶進(jìn)行反應(yīng)形成特定結(jié)構(gòu)完成特定功能易發(fā)生烷基化反應(yīng)，在酸性條件下，能使硫醚鏈斷裂8th 色氨酸（Trp）：含有吲哚基團(tuán)，

9、由最大的側(cè)鏈基團(tuán)具有強(qiáng)的空間阻礙，常用于竄則穩(wěn)定結(jié)構(gòu)含有疏水性，但由于吲哚基存在，減弱疏水性。提供附加氫鍵（主鏈），有時(shí)與其他物質(zhì)相互作用時(shí)，吲哚基團(tuán)易與配基相互作用，如抗體，親和素，溶解酵素。易受輕電攻擊，鹵素易與之反應(yīng)，發(fā)生共價(jià)鍵作用，使肽鏈易斷裂吲哚基團(tuán)易被光氧化降解最強(qiáng)的紫外吸收峰，具有熒光性質(zhì)（A280）9th 脯氨酸（Pro）:含有脯氨?；纬蓙啺苯Y(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)限制，出現(xiàn)在蛋白質(zhì)表面或轉(zhuǎn)角處能出現(xiàn)在螺旋的邊邊上，不能與主鏈上形成氫鍵，在折疊出現(xiàn)時(shí)，會(huì)形成凸起結(jié)構(gòu)在肽鏈中能以順式結(jié)構(gòu)存在，它能進(jìn)行反式轉(zhuǎn)化，這是一個(gè)限時(shí)步驟，由酶參與完成，是可調(diào)控的，在體外自發(fā)完成化學(xué)活性低，當(dāng)鄰位是

10、D-天冬氨酸時(shí)，脯氨酸活性增強(qiáng)，在弱酸條件下，易斷裂極性氨基酸：（Ser-S, Thr-T,Cys-C,Asn-N,Gln-Q,Tyr-Y）性質(zhì)：1.普通條件下，凈電荷為零，ph7； 2.翻譯后修飾易發(fā)生在極性氨基酸。10th 絲氨酸（Ser）：含有脂肪羥基，在不同環(huán)境下，即可作為氫鍵供受體常出現(xiàn)在球蛋白表面氧原子在生理?xiàng)l件下，具有弱親和性。在特定條件下，氧原子親和力強(qiáng)，如絲氨酸激酶，化學(xué)活性增強(qiáng)。這種特定條件下可能是由蛋白質(zhì)自身通過結(jié)構(gòu)改變形成在體內(nèi)中，易發(fā)生共價(jià)修飾，如糖基化修飾磷酸化：兩種形式：一為穩(wěn)定磷酸化，另為可逆磷酸化堿性條件下，易發(fā)生消除反應(yīng)，OH消失，形成雙鍵11th 蘇氨酸（

11、Thr）：與絲氨酸相似，但與之相比，空間阻礙變大，化學(xué)活性弱一些含有第二個(gè)手性結(jié)構(gòu)，遇上強(qiáng)酸強(qiáng)堿，結(jié)構(gòu)會(huì)改變12th 半胱氨酸（Cys）：硫基CH-SH，可參與酶反應(yīng)的中間反應(yīng)物與金屬反應(yīng)（重金屬，吸附，解毒）胞外蛋白與cys中硫基結(jié)合成二硫鍵，起穩(wěn)定蛋白作用，還原形成谷胱甘肽（GST）抗氧化劑。在普通環(huán)境下研究蛋白質(zhì)（體外），使cys處于還原狀態(tài)，重組蛋白含有cys時(shí)，與在體外相比，形成的二硫鍵還是有所差別，如白蛋白（為含585個(gè) HYPERLINK /view/687343.htm 氨基酸殘基的單鏈多肽，分子量為66458，分子中含17個(gè) HYPERLINK /view/68277.htm

12、 二硫鍵，不含有糖的組分。在 HYPERLINK /view/267154.htm 體液pH7.4的環(huán)境中，白蛋白為負(fù)離子，每分子可以帶有200個(gè)以上 HYPERLINK /view/532077.htm 負(fù)電荷。它是血漿中很主要的 HYPERLINK /view/184171.htm 載體，許多水溶性差的物質(zhì)可以通過與白蛋白的結(jié)合而被運(yùn)輸。這些物質(zhì)包括 HYPERLINK /view/1570.htm 膽紅素、長(zhǎng)鏈 HYPERLINK /view/25233.htm 脂肪酸（每分子可以結(jié)合4-6個(gè)分子）、膽汁酸鹽、 HYPERLINK /view/265229.htm 前列腺素、 HYPER

13、LINK /view/1598265.htm 類固醇激素、 HYPERLINK /view/1927454.htm 金屬離子（如Cu2+、Ni2+、Ca2+） HYPERLINK /view/31485.htm 藥物（如 HYPERLINK /view/1345.htm 阿司匹林、 HYPERLINK /view/1680.htm 青霉素等。）在胞外，蛋白質(zhì)的cys易形成二硫鍵，以穩(wěn)定自身蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，二硫鍵會(huì)在氧化的環(huán)境下形成（谷胱甘肽在體內(nèi)以二硫鍵狀態(tài)存在），cys在胞內(nèi)大多數(shù)以游離的狀態(tài)存在，因此在體外研究蛋白質(zhì)的二硫鍵時(shí)，要注意環(huán)境。主要有?；?，烷基化修飾(結(jié)合脂肪鏈)，結(jié)合到側(cè)鏈?zhǔn)?/p>

14、其具有疏水性質(zhì)（脂肪鏈可接近脂膜），血紅蛋白輔基（血紅素）等共價(jià)結(jié)合蛋白消除反應(yīng)（-消去指分子內(nèi)兩個(gè)相鄰的原子上各失去一個(gè)基團(tuán)，形成新的雙鍵或叄鍵的反應(yīng)。這也是最為普遍認(rèn)識(shí)的消去反應(yīng)。反應(yīng)條件：醇類和 HYPERLINK /view/162300.htm 鹵代烴能發(fā)生消去反應(yīng)。 HYPERLINK /view/10062.htm 醇分子中，連有 HYPERLINK /view/27034.htm 羥基（-OH）的碳原子必須有相鄰的碳原子且與此相鄰的碳原子上，并且還必須連有氫原子時(shí)，才可發(fā)生消去反應(yīng)。）：利用堿性處理，加入羥基，然后產(chǎn)生消除，此方法利用在羊毛處理上，使羊毛更有強(qiáng)度。13th 天冬

15、酰胺（Asn）:碳上有酰胺，易形成氫鍵，使氫鍵的供體和受體一般位于折疊蛋白轉(zhuǎn)角位置，附加氫鍵，比較靈活，所以容易破壞正常氫鍵，使其形成多樣性氫鍵環(huán)亞胺結(jié)構(gòu)，消旋反應(yīng)形成D-氨基酸殘基（消旋反應(yīng)是一種使分子產(chǎn)生同樣多的兩種構(gòu)象的反應(yīng)，只有手性結(jié)構(gòu)的分子才能發(fā)生，會(huì)產(chǎn)生L-和R-（即左旋和右旋）兩種結(jié)構(gòu)的分子，這兩種分子雖然分子式相同，但旋光性不同。），當(dāng)Asn與Gly或Ser等空間阻礙小的氨基酸相連時(shí)（Asn-Gly），亞胺結(jié)構(gòu)易被水解。當(dāng)空間位阻沒有或小時(shí)，會(huì)形成環(huán)亞胺結(jié)構(gòu)，環(huán)亞胺結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易被羥胺化，導(dǎo)致肽鍵斷裂。在胞外的顯露的天冬氨酸氨側(cè)鏈基（N）端，是糖蛋白的連接位點(diǎn)，當(dāng)asnxaas

16、er（thr）三個(gè)氨基酸排列在一起時(shí)，asn被糖基化修飾后，會(huì)變得很穩(wěn)定。（xaa不能為pro）。14th 谷氨酰胺（Gln）化學(xué)性質(zhì)與asn相似，多一個(gè)亞甲基，蛋白質(zhì)內(nèi)部比asn穩(wěn)定，在蛋白質(zhì)末端會(huì)自動(dòng)發(fā)生焦谷氨酰反應(yīng)。有些谷氨酰胺得側(cè)鏈?zhǔn)枪劝滨０忿D(zhuǎn)移酶得作用底物，經(jīng)催化與賴氨酰交聯(lián)15th 絡(luò)氨酸（Tyr）含有酚羥基，過渡態(tài)極性。在球蛋白結(jié)構(gòu)時(shí)，通常它的側(cè)鏈部分暴露與溶劑當(dāng)中，部分與內(nèi)部分子結(jié)合。在生理環(huán)境下，基團(tuán)是中性的，容易結(jié)合金屬離子，如Fe2+。有一定的電性，可以做H 的供受體體內(nèi)修飾包括磷酸化，硝基化（常發(fā)生于血管，引起粥樣硬化），胞外蛋白酚羥基容易于其他蛋白發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。絡(luò)氨酸

17、區(qū)域也是甲狀腺的前體物質(zhì)酸性氨基酸(Asp,Glu)性質(zhì)：在生理環(huán)境下帶有負(fù)電荷16th 天冬氨酸（Asp）生理?xiàng)l件下以負(fù)電荷形式存在，Pka=4.0,酸性強(qiáng)羧基與供體基團(tuán)（如胍鹽）能形成氫鍵，極性側(cè)鏈位于蛋白質(zhì)表面，內(nèi)部與堿性氨基酸結(jié)合形成鹽橋，帶負(fù)電荷能與Ca2+等離子發(fā)生反應(yīng)。COOH能夠直接參與酶催化反應(yīng)，例如天門冬酰蛋白酶（胃蛋白酶，高血壓蛋白原酶，逆轉(zhuǎn)錄酶）能夠在Na+,K+ATP酶，細(xì)胞膜上的Ca2+ATP酶和肌漿網(wǎng)作用的過程中催化形成?；姿狨?。羧基易引起變性，因此體外研究需要加入試劑保持它的原始狀態(tài)。（在酸性環(huán)境下，肽鏈容易水解，若鄰位是pro特易水解（asppro）當(dāng)羧基與

18、-羧基肽鍵接近時(shí)會(huì)發(fā)生鄰位效應(yīng)，并且在酸溶液中，天門冬酰肽鍵比其他氨酰鍵更容易被水解?；瘜W(xué)性質(zhì)活頁，能夠參與化學(xué)反應(yīng)。例如在活躍試劑，強(qiáng)酸條件，碳化二亞氨，酒精，親核物質(zhì)下能夠酯化和氨化天冬氨酸在體內(nèi)能夠被羥基修飾，形成羥基天冬氨酸17th Glu(谷氨酸)鄰位效應(yīng)較弱，酸性比asp弱血凝蛋白中，發(fā)生修飾，形成glu，與Ca2+結(jié)合更緊密堿性氨基酸（Arg,Lys,His,硒代半胱氨酸）性質(zhì)：生理?xiàng)l件下，得質(zhì)子18th 精氨酸（Arg）帶有胍基團(tuán)，酸性堿性下都帶正電荷，堿性強(qiáng)，得質(zhì)子出現(xiàn)在蛋白質(zhì)內(nèi)部，與酸性氨基酸形成鹽橋或強(qiáng)氫鍵，能夠形成多重氫鍵出現(xiàn)在表面，與帶有負(fù)電的配基結(jié)合，如磷酸基團(tuán)，核酸與lys結(jié)合能夠形成正電荷信號(hào)，提供信號(hào)，完成相應(yīng)功能，如膜蛋白信號(hào)，前蛋白剪切，核酸和核仁定位）能夠進(jìn)行甲基化和糖基化修飾，非常重要。如病毒，病原體通過發(fā)生糖基化調(diào)節(jié)進(jìn)入宿主細(xì)胞19th賴氨酸（Lys）被排除在球蛋白非極性內(nèi)部中心以外，在生理?xiàng)l件下，側(cè)鏈的丁基削弱氨基（NH2）極性，但是整體極性占主導(dǎo)地位，因此整體極性較強(qiáng)。很多蛋白質(zhì)的交聯(lián)結(jié)構(gòu)主要由lys形成（如羊毛），為負(fù)電荷提供結(jié)合位點(diǎn)，也可以連接氫鍵體內(nèi)連接輔基，側(cè)鏈測(cè)性交聯(lián)結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈也可進(jìn)行修飾2