蛋白质组学基础知识，蛋白质的基础知识

蛋白质是-氨基酸按一定顺序结合形成一条多肽链，再由一条或多条多肽链按其特定方式结合而成的复杂有机高分子化合物。

氨基酸是构成蛋白质的基本单位，氨基酸通过脱水缩合与肽链相连。

各多肽链上有20个至数百个氨基酸残基(-R； 各种氨基酸残基按一定顺序排列。

一.蛋白质的组成特点

蛋白质的氨基酸序列由相应的基因编码。

除了20种由遗传密码编码的基本氨基酸外，蛋白质中还有部分氨基酸残基经翻译后可修饰发生化学结构改变，激活或调控蛋白质。

多种蛋白质能聚在一起，往往是结合在一起形成稳定的蛋白质复合体，折叠成螺旋状构成一定的空间结构，发挥某种特定的功能。

合成多肽的细胞器是细胞质中粗面型内质网上的核糖体。

蛋白质的差异是氨基酸的种类、数量、排列顺序、肽链空间结构的不同。

蛋白质由c (碳) h )氢) o )氧) n )氮)组成，常见的蛋白质有p )磷( s )硫) Fe )铁) Zn )锌) Cu )铜) b )硼) Mn )锰) I

这些元素在蛋白质中组成比例为：碳50%、氢7%、氧23%、氮16%、硫0-3%、其他微量。

所有蛋白质都含有n元素，各蛋白质的氮含量平均接近16%

每g生物样品中均存在n，表明存在约100/16=6.25g的蛋白质，6.25常被称为蛋白质常数。

二.蛋白质结构

蛋白质是指由氨基酸“脱水缩合”而成的多肽链，呈螺旋状折叠形成的具有一定空间结构的物质。

然而，天然蛋白质分子并不是走向随机的松散多肽链。

每种天然蛋白质都有其特有的空间结构或三维结构，这种三维结构通常被称为蛋白质构象，即蛋白质结构。

蛋白质分子中氨基酸的序列和由此形成的立体结构，构成了蛋白质结构的多样性。

蛋白质的分子结构分为四个阶段，可以解释其不同的方面

一级结构：构成蛋白质多肽链的线性氨基酸序列和二硫键的位置

二级结构：在蛋白质分子定位区内，多肽链沿一定方向缠绕折叠。

三级结构：由三维空间中多个二级结构元素的排列形成的一个蛋白质分子的三维结构。

(四级结构)用于描述不同多肽链(亚基)之间相互作用形成的具有生物功能的蛋白质复合物分子。

除了这些结构层次外，蛋白质还可以在多种相似结构中被转化，发挥生物学功能。

功能结构变化时，这些三级或四级结构通常由化学构象描述，相应的构象变化称为构象变化。

三.蛋白质的合成

蛋白质的合成是将DNA中隐藏的信息在细胞内酶的作用下转录到mRNA上，再以tRNA成密码子对的原则，将相应的氨基酸携带到核糖体上，按照mRNA的编码顺序排列，形成多肽链

通过基因工程，研究者可以改变序列，从而改变蛋白质的结构、靶物质、敏感性和其他属性。

将不同蛋白质的基因序列拼接在一起，可以产生两种蛋白质属性“荒诞”的蛋白质，这种融合形式已成为细胞生物学家改变和检测细胞功能的主要工具。

另外，蛋白质研究领域的另一个尝试是制造具有全新属性和功能的蛋白质，这个领域被称为蛋白质工程。

四.蛋白质的主要性质

蛋白质分子的结构决定了其性质。

有两性

由于蛋白质分子中存在氨基和羧基，与氨基酸相似，蛋白质也是两性物质。

发生水解反应

蛋白质在酸、碱或酶的作用下发生水解反应，经过多肽，最终得到多种-氨基酸。

水解蛋白质时，寻找结构中键的“断裂点”，水解时部分或全部肽键断裂。

具有胶体性质

有些蛋白质可以溶解在水中。 例如，有些蛋白可以溶解在水中。

当蛋白质分子直径达到胶体粒子大小( 10-9~10-7m )时，蛋白质具有胶体性质。

蛋白质沉淀

少量的盐，如硫酸铵、硫酸钠等会促进蛋白质的溶解。

在蛋白质的水溶液中加入较浓的无机盐溶液，会降低蛋白质的溶解度，从溶液中析出。 这种作用叫做盐析。

原因：加入高浓度中性盐、有机溶剂、重金属、生物碱或酸类、热变性，降低蛋白质溶解度。

盐析是一个可逆的过程，因为析出盐的蛋白质可以溶解在水中而不影响原始蛋白质的性质。 利用这一性质，采用分步盐析法可以分离纯化蛋白质。

蛋白质变性

蛋白质分子在受到外界一些物理化学因素的影响后，分子的肽链不会裂解，但会改变破坏其天然的空间结构，从而导致蛋白质生物活性的丧失和其他物理化学性质的改变。 这种现象称为蛋白质变性。

蛋白质变性后，会失去原有的可溶性，也失去生理作用。

因此，蛋白质的变性凝固是一个不可逆的过程。

蛋白质变性的原因：

物理因素：加热、加压、搅拌、振动、紫外线照射、x射线、超声波等；

化学因素：强酸、强碱、重金属盐、三氯乙酸、乙醇、丙酮等。

引起蛋白质变性的主要因素有温度。

酸碱度。

有机溶剂。

尿素和盐酸胍。

这是应用最广泛的蛋白质变性试剂。

阻垢剂和芳香环化合物。

重现性：在一定条件下，改性后的生物高分子恢复为具有生物活性的天然结构的现象。

颜色反应

蛋白质可以和很多试剂发生颜色反应。

例如，如果向蛋白溶液中滴加浓硝酸，蛋白溶液就会变成黄色。 这是因为蛋白质(包括苯环结构)和浓硝酸发生了颜色反应。

也可以用双缩二脲试剂对其进行检测，该试剂遇到蛋白质后变紫。

蛋白质的灼烧分解

蛋白质燃烧时，有羽毛燃烧的特殊气味。

利用这个性质可以鉴定蛋白质

五.蛋白质功能

蛋白质在生物体中具有各种各样的功能。

具有催化功能催化功能的蛋白质称为酶，机体新陈代谢的所有化学反应都是通过酶催化进行的。

运动功能从低等细菌鞭毛运动到高等动物肌肉收缩都是通过蛋白质实现的。

肌肉的松弛和收缩主要通过以肌球蛋白为主成分的粗线和以肌动蛋白为主成分的细线相互滑动来进行。

转运功能在生命活动过程中，许多小分子和离子的转运是通过各种特异的蛋白质完成的。

例如，血液中的血浆白蛋白携带小分子，红细胞中的血红蛋白携带氧气和二氧化碳等。

机械支持和保护功能高等动物具有机械支持功能的组织，如骨、结缔组织、覆盖保护功能的毛发、皮肤、指甲等组织主要由胶原、角蛋白、弹性蛋白等组成。

免疫和防御功能机体为了维持自身的生存，有各种类型的防御手段，大多通过蛋白质执行。

例如，抗体是高度特异性的蛋白质，能识别并结合入侵机体的外来物质，如异体蛋白质、病毒、细菌等，消除其不良反应。

调节功能在维持机体正常生命活动中，在代谢功能调节、生长发育分化调控、生殖功能调节及物种存活等诸多过程中，多肽和蛋白质激素起着至关重要的作用。

另外，还有各种激素的受体蛋白质等，接受调节信息并传递的蛋白质。

六.蛋白质生理功能

蛋白质的生理功能包括构成机体组织，调节生理功能，提供能量。

蛋白质的消化从胃开始，主要消化部位是小肠。

吃过的蛋白质在体内消化，水解的氨基酸被吸收后，再合成为人体需要的蛋白质，同时新的蛋白质不断代谢和分解，始终处于动态平衡中。

因此，食物蛋白质的质与量、各种氨基酸的比例与人体蛋白质合成的量有关，尤其是青少年生长发育、孕产妇优生优育、老年人健康长寿与膳食中蛋白质的量密切相关。

主要生理功能

是形成身体组织结构的主要成分，蛋白质参与肌肉、血液、皮肤和各种身体器官的制造，帮助身体形成新组织代替破碎的组织，促进人体的病后康复。

蛋白质中的酶具有催化功能，使细胞新陈代谢向特定方向发展，完成各种生理活动。

抗体是抗病原体感染的重要物质、发挥免疫力的重要物质，也是蛋白质。

抗疲劳、维持生物膜的功能。

生物膜含有多种生物活性蛋白，与脂质结合形成复合物，是生物体内物质和信息流能量的必由途径，是能量转化的平台，能维持生物膜的正常生理活动。

是人体的“管家”，是调节体内水分平衡、调控细胞基因表达的物质，负责向细胞转运各种营养素。

主要作用

蛋白质在细胞和机体的生命活动过程中起着非常重要的作用。

生物的结构和性状与蛋白质有关。

蛋白质还参与基因表达的调节、细胞中的氧化还原、电子传递、神经传递，甚至学习和记忆等多种生命活动过程。

胰岛素和胸腺素等许多重要激素也是蛋白质。

另外，植物种子(豆、花生、小麦等)中的蛋白质、动物蛋白质、奶酪等许多蛋白质都是生物营养生长的蛋白质。

蛇毒、蜂毒等蛋白质是动物攻防的武器。

蛋白质占人体的20 %，在身体中所占比例最大。

除胆汁、尿液外，所有蛋白质都被合成。

如果蛋白质不充分，代谢就不正常。

蛋白质是构建新组织的基础材料。 是酶、激素合成的原料，维持钾钠平衡，消除水肿。

是合成抗体的成分。 白细胞、t淋巴细胞、干扰素等，提高免疫力。

提供部分能量。

降低血压、缓解贫血是红细胞的载体。

形成人体的胶原蛋白。

眼球、视紫质有胶原蛋白。

调整酸碱度。

经常吃肉的人是酸性体质。

头重—发生供血不足，吃足够的蛋白质，不降低糖分。

脑细胞分裂的动力源是蛋白质； 脑脊液是由蛋白质合成的。

功能障碍。

肝脏(造血功能； 合成激素、酶； 有解毒作用。

蛋白质不足的话，肝细胞会变得不健康。

心脏—泵器官。

蛋白质不足会导致手脚发冷缺氧； 心肌缺氧导致心力衰竭—-死亡。

脾胃(必须每天消化食物。 消化酶是由蛋白质合成的。

不足会导致胃动力不足、消化不良、打嗝。

胃溃疡、胃炎； 胃酸过多刺激溃疡面会感到疼痛，蛋白质是唯一具有修复再生细胞的功能。

消化壁有韧带，缺乏蛋白质会松弛，内脏下垂，子宫下垂，器官移位。

四肢(人总是脚尖，缺乏蛋白质导致肌肉萎缩，骨头韧性下降，容易骨折。

抗体减少，容易感冒，容易发烧。

蛋白质可作为试剂用于筛选能促进或抑制本发明蛋白质活性的化合物或其盐。

此外，该化合物或其盐和抑制蛋白质活性的中和抗体可用作治疗或预防支气管哮喘、慢性阻塞性肺病等的药物。

当癌细胞快速增殖时，一种叫做survivin的辅助癌蛋白可以防止细胞自我破坏，也就是细胞凋亡。

癌细胞中含有丰富的这种蛋白质，但正常细胞中几乎不存在。

由于这种癌细胞和survivin蛋白的依赖性，survivin自然成为制备新抗癌药物的靶标，也是抗癌药物集中处理的良好靶标。

七.蛋白质含量测定

测定生物样品中蛋白质含量的方法有凯氏定氮法、双缩二脲法、苯酚试剂法、紫外光谱吸收法和双缩二脲——苯酚试剂联用。

经典的方法是克尔达法。 样品与浓硫酸共热后，含氮有机物分解生成氨，氨和硫酸作用生成硫酸铵。 这个过程称为“消化”。

然后用强碱碱化分解硫酸铵释放氨，蒸汽蒸馏氨并用硼酸吸收，根据该酸液被中和到什么程度计算出样品的氮含量。

根据总氮量换算成粗蛋白质含量。

一般按蛋白质氮含量16%计算，粗蛋白质%=N% 6. 25。

如果知道某种生物材料蛋白质的准确氮含量，蛋白质换算系数不需要6. 25。