研究生高级生物化学总结资料

第一章蛋白质的结构与功能

1. 氨基酸的两性解离与等电点

（1）氨基酸的两性解离

氨基酸同时含有氨基和羧基，是两性电解质，在水溶液以兼性离子或偶极离子的形式存在。氨基酸的兼性离子在酸性溶液中可接受质子形成阳离子，在碱性溶液中则释放质子形成阴离子。

（2）氨基酸的等电点

调节溶液的pH值，到某一点时羧基所带的负电荷与氨基所带的正电荷相同，氨基酸表现为整体不带电，这点的pH值就是氨基酸的等电点。

2. 蛋白质的结构层次

蛋白质是具有特定构象的大分子，为研究方便，将蛋白质结构分为几个结构水平，包括一级结构、二级结构、三级结构和四级结构以及超二级结构结合域。

一级结构：氨基酸排列顺序，其维持键为肽键及二硫键。

二级结构：指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式。二级结构主要有ɑ-螺旋、β-折叠、β-转角。二级结构是通过骨架上的羰基和酰胺基团之间形成的氢键维持的，氢键是稳定二级结构的主要作用力。

三级结构：蛋白质分子处于它的天然折叠状态的三维构象。三级结构是在二级结构的基础上进一步盘绕、折叠形成的，三级结构主要是靠氨基酸侧链之间的疏水相互作用，氢键，范德华力和静电作用维持。

四级结构：在体内许多蛋白质含有两条或两条以上的多肽链，才能全面执行功能。每一条多肽链都有其完整的三级结构，称为亚基，这种蛋白质分子中各亚基的空间排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。其结合键为疏水键、离子键，氢键和范德华力。

超二级结构和结构域是介于二、三级结构之间的两个结构层次：超二级结构是有规则的二级结构聚合体，如 集合体等，而结构域是较大蛋白质中空间上可明显区分的相对独立的区域性结构。

3. 稳定蛋白质空间结构的作用力

维持蛋白质一级结构的化学键有肽键和二硫键；维持二级结构靠氢键；维持三级结构和四级结构靠次级键，其中包括疏水建、氢键、盐碱和二硫键。

（1）范德华力：非特异性相互作用，存在于所有分子及分子之间，在两个结构互补的大分子间大量存在，介导酶与底物，抗原抗体结合力很弱。

（2）氢键：呈直线排列，是维持蛋白质构象的重要作用力。

（3）离子键：数量较少，主要在R侧链间起作用。

（4）疏水作用：是球状蛋白形成稳定构象的主要作用力。

（5）二硫键：分子量较大的蛋白多借二硫键稳固其结构。

4. 二级结构的种类和特征

天然蛋白质的二级结构主要有三种类型：ɑ-螺旋、β-折叠、β-转角

（一）ɑ-螺旋的结构特点：

（1）蛋白质多肽链主链像螺旋状盘曲，每隔3.6个氨基酸残基沿中心轴螺旋上升一圈，每上升一圈相当于向上平移0.54nm，即每个氨基酸残基向上升高0.15nm，每个氨基酸残基沿中心轴旋转100o 。

（2）ɑ-螺旋的稳定性是靠链内氢键维持的，相邻的螺圈之间形成键内氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行，氢键是由每个氨基酸残基的N-H与前面隔3个氨基酸的C=O形成的，肽链上所有的肽键都参与氢键的形成，因此，ɑ-螺旋相当稳定。

（3）ɑ-螺旋中氨基酸残基的侧链伸向外侧。ɑ-螺旋有左手螺旋和右手螺旋两种，但天然蛋白质ɑ-螺旋，绝大多数都是右手螺旋。

（二）β-折叠的结构特点

（1）β-折叠结构中两个氨基酸残基之间的轴心距为0.35nm（反式平行）及0.325nm（平行式）

（2）肽链按层排列，靠键间氢键维持其结构的稳定性，β-折叠结构的氢键是由相邻肽键主链上的N-H和C=O之间形成的。

（3）相邻肽链走向可以平行也可以反平行，肽链的N端在同侧为平行式，在不同侧为反平行式，（即相邻肽链的N端一顺一倒地排列），从能量角度考虑，反平行式更稳定。

（4）肽链中氨基酸残基的R侧链交替分布在片层上下。

（三）β-转角的结构特点

（1）当蛋白质多肽链以180°回折时，这种回折部分就是β-转角，它是由第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基N-H之间形成氢键，产生的一种不很稳定的环形结构。

（2）由于β-转角结构，可使多肽链走向发生改变，目前发现的β-转角多数都处于球状蛋白质分子的表面，在这里改变多肽链的方向阻力比较小。

5. 蛋白质一级结构与高级结构及功能的关系

蛋白质一级结构决定于高级结构，而高级结构决定功能。蛋白质天然构象一般是自由能最低的状态，蛋白质合成后要形成特定的立体结构才有活性，对每种蛋白质而言，有活性的立体结构是特定的和唯一的，称之为天然结构。蛋白质的天然立体机构在溶液中有一定的可塑性。

牛胰RNAse变性，复性实验证明蛋白质的以一级结构决定高级结构，一级结构包含了决定高级结构的全部信息，因此可根据一级结构预测三级结构；根据已知氨基酸序列和结构的蛋白质，预测另一个与它序列相似的蛋白质结构与功能。

第二章蛋白质的研究技术

6.引起蛋白质变性的理化因素有那些，蛋白质变性后哪些性质发生了变化？

物理因素：加热，紫外线等射线照射，超声波，高压处理等；

化学因素主要有：强碱，强酸，脲，胍，去垢剂，重金属盐，生物碱试剂及有机溶剂等。蛋白质变性后：1.生物活性丧失，如酶失去催化活性，抗体丧失其识别与结合抗原的能力。血红蛋白失去载氧能力，调节蛋白质丧失其调节功能等。2.溶解度降低，粘度增大，扩散系数变小。3.原来隐藏在内部的疏水侧链基因暴露，导致光学性质变化。4.对蛋白酶降解的敏感性增大。5.亲水基因相对减少。

蛋白质变形后一级结构不变，组成成分和相对分子质量不变，只是二、三级以上的高级结构发生巨大的改变，从而导致蛋白质表面结构发生变化，性质也变化。

7. 简述2种利用电荷性质差异分离纯化蛋白质的方法。

（1）等电点聚焦电泳：电泳时PAGE胶中的两性电解质形成连续的PH梯度，电泳后各种蛋白质停留在与其中等电点相同的位置，从而分离纯化蛋白质，他能分离PI值仅相差0.01的蛋白质。（等电点Mark）

（2）离子交换层析：蛋白质中的氨基酸有等电点，当氨基酸处于不同PH条件下，其带电