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2021年公衛(wèi)執(zhí)業(yè)醫(yī)師《生物化學(xué)》科目:蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能-莊嚴(yán)老師課程講義

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第01講 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

學(xué)科特點(diǎn)及考試命題重點(diǎn)

1

第一節(jié) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

● 考試大綱及考點(diǎn)預(yù)測(cè)

● 氨基酸的分類

● 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

● 蛋白質(zhì)的變性

一、氨基酸與多肽

(一)氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類

1.蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu):存在自然界中的氨基酸有300余種,但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種(不含鳥氨酸、瓜氨酸和精氨酸),且均屬 L-α-氨基酸(甘氨酸除外,其無(wú)DL之分)。

2.氨基酸的分類 考點(diǎn)

(1)非極性脂肪族氨基酸 6種(脯亮亮纈丙甘)

(2)極性中性氨基酸 6種(蘇甲天絲半谷)

(3)含芳香族氨基酸3種(酪色苯)

(4)酸性氨基酸 2種

(5)堿性氨基酸 3種

記憶要訣:

冬天(天冬氨酸)的谷(谷氨酸)子是酸的,

(堿性氨基酸 )來(lái)(賴氨酸)(精氨酸)(組氨酸)。

(二)肽鍵和肽鏈

1.肽鍵:是由一個(gè)氨基酸的a-羧基與另一個(gè)氨基酸的a-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。

2.肽鏈:有兩個(gè)或兩個(gè)以上的氨基酸以肽鍵相連的化合物。如谷胱甘肽為三肽(寡肽和多肽)。

二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 考點(diǎn)

(一)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)

1.概念:是指多肽鏈中氨基酸的排列順序。(一條線)

2.主要的化學(xué)鍵:肽鍵。有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。

3.意義:一級(jí)結(jié)構(gòu)非空間結(jié)構(gòu),但它決定著蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)。

(二)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)

1.概念:某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)。(彈簧中的一段)

2.主要的化學(xué)鍵:氫鍵

3.蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式:a-螺旋、b-折疊、b-轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)卷曲。

4.a-螺旋特點(diǎn):

(1)主鏈圍繞中心軸旋轉(zhuǎn),每隔3.6個(gè)氨基酸殘基上升一個(gè)螺距。

(2)每個(gè)氨基酸殘基與第四個(gè)氨基酸殘基形成氫鍵。氫鍵維持了α-螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

(3)α-螺旋為右手螺旋(順時(shí)針旋轉(zhuǎn)),氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)伸向螺旋外側(cè)。

5.β-折疊特點(diǎn):

(1)多肽鏈伸展,各肽鍵之間折疊成鋸齒狀,R 基團(tuán)位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)上下方;

(2)肽鏈走向分平行和反平行兩種。

(三)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)

1.概念:是指整條肽鏈中所有原子在三維空間結(jié)構(gòu)。(整條鏈)

2.主要的化學(xué)鍵:疏水鍵、鹽鍵、氫鍵和范德華力。

(四)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)

1.概念:蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布。(多條鏈

2.主要化學(xué)鍵:氫鍵和離子鍵。

3.具有2條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)只有形成完整的四級(jí)結(jié)構(gòu)寡聚體才有生物學(xué)活性。如具有運(yùn)輸O2和CO2功能的成人血紅蛋白含有4亞基。

成人血紅蛋白由2條a鏈和2條b鏈組成,各亞基分別含一個(gè)血紅素。

三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 考點(diǎn)

(一)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

1.空間結(jié)構(gòu)決定著蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能,蛋白水解酶可破壞一級(jí)結(jié)構(gòu)。

2.b亞基第6位谷氨酸突變?yōu)槔i氨酸就會(huì)患鐮狀細(xì)胞貧血,使血紅蛋白聚集黏著,導(dǎo)致紅細(xì)胞變形為鐮刀而極碎,產(chǎn)生溶血性貧血。稱分子病。

(二)蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

以血紅蛋白為例,成人血紅蛋白由2個(gè)a亞基與2個(gè)b亞基組成的四聚體(a2b2 ),每個(gè)亞基含1個(gè)血紅素分子。血紅蛋白每1個(gè)亞基可結(jié)合1個(gè)氧分子。

1.協(xié)同效應(yīng) 當(dāng)Hb的第一個(gè)亞基與O2結(jié)合以后,促進(jìn)了第二及第三個(gè)亞基與O2結(jié)合后,又大大促進(jìn)了第四個(gè)亞基與O2結(jié)合,這種效應(yīng)為正協(xié)同效應(yīng)。如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。

2.別構(gòu)效應(yīng) 一個(gè)蛋白質(zhì)與它的配體(或其他蛋白質(zhì))結(jié)合后,蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生變化,使它更適于功能需要,這一類變化稱為別構(gòu)效應(yīng)。例如Hb是別構(gòu)蛋白,小分子O2是Hb的別構(gòu)劑或稱為效應(yīng)劑。

3.蛋白構(gòu)象疾病 考點(diǎn)

(1)有些蛋白錯(cuò)誤折疊后相互聚集,常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀, 產(chǎn)生毒性而致病,這類疾病包括人紋狀體脊髓變性病、阿爾茨海默病、亨廷頓舞蹈癥、瘋牛病等。

(2)蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病,如蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)a螺旋變?yōu)閎折疊就會(huì)患瘋牛病。其具有傳染性,遺傳性。

四、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)

(一)等電點(diǎn)

在某一pH溶液中,蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢(shì)相等,所帶的正、負(fù)電荷相同,凈電荷為零,即成為兼性離子,此時(shí)溶液的pH稱為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(pI)。大多數(shù)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)接近于5.0。

(二)蛋白質(zhì)的變性 考點(diǎn)

1.概念:在某些物理和化學(xué)因素作用下,其特定的空間構(gòu)象被破壞,導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變生物學(xué)活性的喪失。

2.本質(zhì):破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵,不改變蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。

3.意義:1.高溫滅菌。2.利于消化吸收。

4.特點(diǎn):

(1)化學(xué)性質(zhì)改變:生物活性的喪失(酶失去催化活性、激素不能調(diào)節(jié)代謝反應(yīng)、抗體不能與抗原結(jié)合等)。

(2)物理性質(zhì)的改變:溶解度降低、黏度增加、結(jié)晶能力降低、生物活性喪失、易沉淀、易被蛋白酶水解。

5.變性與復(fù)性

(1)蛋白質(zhì)劇烈變性后,空間結(jié)構(gòu)嚴(yán)重被破壞,不能復(fù)原,稱為不可逆變性。

(2)變性的蛋白質(zhì),只要其一級(jí)結(jié)構(gòu)仍完好,可在一定條件下恢復(fù)其空間結(jié)構(gòu),隨之理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)也重現(xiàn),這稱為復(fù)性。

6.蛋白質(zhì)紫外吸收

(1)酪氨酸、色氨酸的最大吸收峰在 280 nm 附近。

(2)大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基,所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值,可進(jìn)行蛋白質(zhì)定量測(cè)定。

維系蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要化學(xué)鍵是

A.鹽鍵

B.氫鍵

C.疏水作用

D.肽鍵

E.二硫鍵

『正確答案』B

『答案解析』維系蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要化學(xué)鍵是氫鍵。

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