一、 蛋白质分子结构特点
见表1-1。
表1-1 蛋白质分子结构的比较
一级结构 | 二级结构 | 三级结构 | 四级结构 | |
定 义 | 指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序 | 蛋白质主链的局部空间结构、不涉及氨基酸残基侧链构象 | 整条肽链中所有原子在三维空间的排布位置 | 各亚基间的空间排布 |
表现形式 | - | α-螺旋、β-折叠(片层)、β-转角、无规卷曲 | 结构域、模 体 (锌指结构) | 亚基聚合 |
维系键 | 肽 键(主要) 二硫键(次要) | 氢 键 | 次级键(疏水作用、盐键、氢键、范德华力) | 亚基间的次级键 |
特 殊 | - | 脯氨酸的存在或者多个谷、天冬氨酸的存在都会干扰α-螺旋的形成 | - | - |
² 模 体:蛋白质分子中,由两个以上具有二级结构的肽段在空间上相互接近,形成一个特殊的空间构象并发挥特定的作用。
² 锌指结构:是一个典型的模体,由一个α-螺旋和二个反平衡的β-折叠的3个肽段组成,具有结合锌离子的功能。
² 分子伴侣:能够可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开,引导肽链正确折叠的存在于细胞内的一类蛋白质,也对蛋白质二硫键正确形成起到重要作用。
二、 蛋白质一级结构与空间结构的关系
² 一级结构是空间构象的基础,具有相似一级结构的多肽或蛋白质,其空间构象及功能也相似。
² 分子病:由于蛋白质分子一级结构发生改变,导致其功能改变而产生的疾病。
三、 蛋白质空间结构与功能的关系
² 蛋白质空间结构由一级结构决定,其空间结构与功能密切相关。
² 血红蛋白(Hb)由四个亚基组成,两个α亚基,两个β亚基。记忆要点如下:
ü 血红蛋白分子存着紧张态(T)和松弛态(R)两种不同的空间构象。
ü T型和氧分子亲和力低,R型与氧分子的亲和力强,四个亚基与氧分子结合的能力不一样。
ü 第一个亚基与氧分子结合后,使Hb分子空间构象发生变化,引起后一个亚基与氧分子结合能力加强(正协同效应)。
ü 肌红蛋白分子只有一个亚基,不存在变构效应
² 协同效应:指一个亚基与其配体结合后,能影响此寡聚体中的另一个亚基与配体的结合能力。促进作用则为正协同效应;反之为负协同效应。
² 变构效应:蛋白质分子的亚基与配体结合后,引起蛋白质的构象发生变化的现象。
结构域:大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域,折叠得较为紧密,各行使其功能,称为结构域。
² 疯牛病:是由朊病毒蛋白引起的一组人和动物神经退行性病变,具有传染性、遗传性或散在发病的特点。生物体内含有正常的α-螺旋形式的PrPc,转变为异常的β-折叠形式的PrPSc具有致病性。
四、 蛋白质重要的理化性质及相关概念
² 蛋白质的等电点:当蛋白质在某一pH溶液中时,蛋白质解离成正、负离子的趋势相等,成为兼性离子,带有的净电荷为零,此时溶液的pH值称为蛋白质的等电点。
ü 体内的蛋白质等电点各不相同,大多数接近于pH5.0
ü 碱性蛋白质:鱼精蛋白、组蛋白 酸性蛋白质:胃蛋白酶、丝蛋白
ü 蛋白质处于大于其等电点的pH值溶液中时,蛋白质颗粒带负电荷。反之则带有正电荷。
² 蛋白质胶体溶液稳定的两个因素:水化膜、表面电荷。
² 蛋白质的变性:在某些物理和化学因素作用下,其特定的空间构象被破坏,导致理化性质的改变和生物活性的丧失。
ü 变性的本质:二硫键与非共价键的破坏,不涉及肽键的断裂
ü 变性后特点:生物学活性丧失、溶解度下降、粘度增加、结晶能力消失、易被蛋白酶水解
ü 变性的因素:加热、乙醇、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等
ü 蛋白质复性:变性程度较轻,去除变性因素后,仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能
蛋白质的凝固作用:蛋白质经强酸或强碱变性后,仍能溶解于该溶液中。若调节pH值至其等电点时,变性蛋白质呈絮状析出,再加热,形成坚固的凝块。
² 蛋白质的复性:若蛋白质变性程度较轻,去除变性因素后,蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能,称为复性。
² 蛋白质的紫外吸收:含有具有共轭双键的三种芳香族氨基酸,于280nm波长处有特征吸收峰。
² 蛋白质的呈色反应:
ü 茚三酮反应:蛋白质水解后可产生游离的氨基酸,原理同前
ü 双缩脲反应:肽键与碱性硫酸铜共热,呈现紫色或红色。氨基酸不出现此反应,当蛋白质不断水解时,氨基酸浓度上升,其双缩脲呈色浓度逐渐下降,因此可以检测蛋白质的水解程度。
五、 蛋白质的分离纯化
² 透 析:利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。
² 超滤法:应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜的方法。
² 盐 析:硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等中性盐放入蛋白质溶液中,破坏水化膜并中和表面电荷,导致蛋白质胶体的稳定因素去除而沉淀。
² 电 泳:蛋白质在高于或低于其等电点的溶液中,受到电场力的作用向正极或负极泳动。
² 层 析:待分离蛋白质溶液(流动相)经过一个固态物质(固定相)时,根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等,使待分离的蛋白质在两相中反复分配,并以不同速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的。
ü 阴离子交换层析:负电量小的蛋白质首先被洗脱
ü 凝胶过滤:分子量大的蛋白质最先洗脱
² 超速离心:既可分离纯化蛋白质也可测定蛋白质的分子量;
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