蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

第1章1編輯版ppt蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第1章1編輯版ppt2

蛋白質(zhì)是細(xì)胞組分中含量最豐富、功能最多的生物大分子，占人體干重的45%。一個細(xì)胞可能含上萬種蛋白質(zhì)，每種蛋白質(zhì)發(fā)揮不同的功能。各種蛋白質(zhì)功能的多樣性是由其復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)決定的。只有在深入了解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上才能真正了解蛋白質(zhì)的功能。2編輯版ppt2蛋白質(zhì)是細(xì)胞組分中含量最豐富、功能最多的生物大分子，3

第一節(jié)組成蛋白質(zhì)的氨基酸

蛋白質(zhì)由氨基酸（aminoacid,AA)組成。自然界的氨基酸有300余種.

由基因編碼的氨基酸僅有20種。

3編輯版ppt3第一節(jié)組成蛋白質(zhì)的氨基酸3編輯版pptAA側(cè)鏈（1）AA結(jié)構(gòu)通式：（2）除甘氨酸（Gly）外，均屬L－α－AA.COO-

H

CαNH3+R20種基本氨基酸結(jié)構(gòu)的共同特征是:4編輯版pptAA側(cè)鏈（1）AA結(jié)構(gòu)通式：（2）除甘氨酸（Gly）外，5立體構(gòu)型：

兩種構(gòu)型互為對映體；一種構(gòu)型必須有共價(jià)鍵斷裂才能形成另一種構(gòu)型。*組成蛋白質(zhì)的α

-氨基酸多是L-構(gòu)型。D-構(gòu)型氨基酸：主要存在于某些抗生素和個別植物的生物堿中。5編輯版ppt5立體構(gòu)型：5編輯版ppt6天然pr中的AA通常為L-型；6編輯版ppt6天然pr中的AA通常為L-型；6編輯版ppt7根據(jù)2O種基本氨基酸的R基（側(cè)鏈）不同，可分為:

⑴非極性疏水AA7種

⑵不解離的極性AA（或極性中性AA)8種

⑶解離的極性AA

酸性AA2種堿性AA3種7編輯版ppt7根據(jù)2O種基本氨基酸的R基（側(cè)鏈）不同，可分為:酸性AA81·非極性疏水AA

7種：

AA的R基是脂肪烴或芳香烴;烴鏈越長疏水性越大。存在部位：常因相互疏水作用而處于球狀蛋白內(nèi)部或生物膜的跨膜雙脂層中。8編輯版ppt81·非極性疏水AA7種：8編輯版ppt甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸alanineAlaA

6.00纈氨酸valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98

異亮氨酸isoleucineIleI

6.02

苯丙氨酸phenylalaninePheF

5.48脯氨酸prolineProP

6.30非極性疏水性氨基酸9編輯版ppt甘氨酸glycineGly2.不解離的極性AA8種

AA的R側(cè)鏈?zhǔn)菐в袠O性的羥基、巰基或酰胺基團(tuán)，故有親水性，但不解離.10編輯版ppt2.不解離的極性AA8種10編輯版ppt色氨酸t(yī)ryptophanTryW

5.89絲氨酸serineSerS

5.68酪氨酸t(yī)yrosineTryY

5.66

半胱氨酸cysteineCysC

5.07

蛋氨酸methionine

MetM

5.74天冬酰胺asparagineAsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65

蘇氨酸

threonineThrT5.602.極性中性氨基酸11編輯版ppt色氨酸t(yī)ryptophanTry3·解離的極性AA5種

AA的R側(cè)鏈可解離而帶負(fù)電荷，又稱酸性AA，有2種;AA的R側(cè)鏈可解離而帶正電荷，又稱堿性AA，有3種。存在部位：蛋白質(zhì)分子的表面，與環(huán)境中水分子形成氫鍵。12編輯版ppt3·解離的極性AA5種12編輯版ppt天冬氨酸asparticacidAspD

2.97谷氨酸glutamicacidGluE

3.22賴氨酸lysineLysK

9.74精氨酸arginineArgR

10.76組氨酸histidineHisH

7.593.酸性氨基酸4.堿性氨基酸帶正電荷的堿性AA殘基常與帶負(fù)電荷的酸性AA的殘基形成鹽鍵?；脽羝?913編輯版ppt天冬氨酸asparticacidAsp脯氨酸:（亞氨基酸）幾個特殊的氨基酸由于其氨基與側(cè)鏈C原子結(jié)合成環(huán)，具有固定的構(gòu)型，在蛋白質(zhì)肽鏈中有很強(qiáng)的鏈形成一個轉(zhuǎn)角而改變主鏈方向，同時(shí)由于環(huán)的存在而具有空間障礙，對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)形成有破壞性作用，但仍能出現(xiàn)在這些結(jié)構(gòu)的末端或彎曲部位，因而常暴露于分子表面。14編輯版ppt脯氨酸:（亞氨基酸）幾個特殊的氨基酸由于其氨基與側(cè)鏈C原子結(jié)幾個特殊的氨基酸?半胱氨酸

胱氨酸2個Cys胱氨酸巰基易形成帶有二硫鍵的胱氨酸，在蛋白質(zhì)的構(gòu)象形成中具有重要意義。同時(shí)巰基還能與金屬離子結(jié)合，埋藏在分子內(nèi)部，開成motif結(jié)構(gòu)。15編輯版ppt幾個特殊的氨基酸?半胱氨酸

與氨基酸的氨基氮原子之間形成的穩(wěn)定共價(jià)鍵不同，二硫容易被還原而斷裂，斷裂后可再次氧化重新形成二硫鍵，因而是可以動態(tài)變化的化學(xué)鍵。二硫鍵是參與一級結(jié)構(gòu)也是形成高級結(jié)構(gòu)的重要化學(xué)鍵，對蛋白質(zhì)折疊和高級結(jié)構(gòu)的形成與維持十分重要。燙發(fā)和發(fā)型保持，主要原理是操縱毛發(fā)角蛋白二硫鍵的還原和再氧化，即二硫鍵的斷開和重新鍵合。

16編輯版ppt16編輯版ppt酸性AA（共2種）特點(diǎn)：除α－C上有一個羧基（COO-)外，它們的R基上都還具有一個羧基.堿性AA

（共3種）特點(diǎn)：R基都含有堿性基團(tuán)。胍基咪唑基17編輯版ppt酸性AA（共2種）特點(diǎn)：堿性AA（共3種）特點(diǎn)：胍基咪唑基酸性及堿性AA不僅帶電荷，且極性較強(qiáng)。在蛋白質(zhì)分子中，常出現(xiàn)在分子表面，與環(huán)境中的水分子結(jié)全而使蛋白質(zhì)具有親水性質(zhì)，尤其是堿性氨基酸的側(cè)鏈較長，柔性較大，在介質(zhì)中擺動，可增強(qiáng)其溶解度，同時(shí)也易作為多種酶的催化對象。18編輯版ppt酸性及堿性AA不僅帶電荷，且極性較強(qiáng)。在蛋白質(zhì)分子中，常出現(xiàn)19以上20種由基因編碼的AA稱為編碼氨基酸。在蛋白質(zhì)分子中還有非編碼氨基酸—是在蛋白質(zhì)生物合成后經(jīng)乙酰化、磷酸化、羥基化或甲基化等修飾形成的。如：

廣泛存在于Pr中的絲氨酸、蘇氨酸或酪氨酸的磷酸化，在細(xì)胞信號傳遞系統(tǒng)中起重要作用;

膠原中的羥脯氨酸和羥賴氨酸;

鈣調(diào)素中的三甲基賴氨酸;

凝血酶原中谷氨酸的γ-羧化;

某些蛋白質(zhì)N-端氨基酸的乙酰化或C-端氨基酸的酰胺化；更多的蛋白質(zhì)中AA的糖基化或脂質(zhì)化，使其親水或疏水性增大。19編輯版ppt19以上20種由基因編碼的AA稱為編碼氨基酸。19編輯版pp20第二節(jié)穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力

任何一個蛋白質(zhì)分子，在其天然狀態(tài)或活性形式下，都具有獨(dú)特而穩(wěn)定的構(gòu)象。構(gòu)象是蛋白質(zhì)分子在結(jié)構(gòu)上的一個最顯著的特征。

20編輯版ppt20第二節(jié)穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力21

構(gòu)象*（Conformation）:又稱之為三維結(jié)構(gòu)、立體結(jié)構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)或高級結(jié)構(gòu)等.是指分子內(nèi)各原子或基團(tuán)之間的相互立體關(guān)系。構(gòu)象的改變，是由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的，它不需有共價(jià)鍵的變化，僅涉及到氫鍵等次級鍵的改變。

構(gòu)型（configuration）是指光學(xué)活性不對稱的一種特定的立體結(jié)構(gòu).例如氨基酸從D型L型，共價(jià)鍵的變化。

21編輯版ppt2121編輯版ppt22

維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的作用力有：

氫鍵疏水作用力范德華力離子鍵二硫鍵配位鍵22編輯版ppt22維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的作用力有：223一、氫鍵X一H…Y

氫原子與電負(fù)性的原子X共價(jià)結(jié)合時(shí)，共用的電子對強(qiáng)烈地偏向X的一邊，使氫原子帶有部分正電荷，能再與另一個電負(fù)性高而半徑較小的原子Y結(jié)合，形成的X—H┅Y型的鍵。23編輯版ppt23一、氫鍵X一H…Y23編輯版ppt24氫鍵有兩種不同的含義：第一種是指X一H…Y的整個結(jié)構(gòu)，氫鍵的鍵長就是指從X到Y(jié)之間的距離。第二種是指H...Y之間的結(jié)合力。氫鍵的鍵能就是指打開H...Y的結(jié)合所需要的能量。由于距離短，氫鍵之間的吸引力強(qiáng)，介于共價(jià)鍵與范德華力之間。24編輯版ppt24氫鍵有兩種不同的含義：24編輯版ppt25

氫鍵有兩個重要特征：（1）具有方向性：當(dāng)氫供體X-H與氫受體Y之間的夾角接近180°時(shí),X-H與Y的相互作用最強(qiáng).X一H…Y（2）具有飽和性：X-H只能和一個Y原子相結(jié)合氫鍵作用：對于維持蛋白質(zhì)分子的二、三、四級結(jié)構(gòu)的完整性以及功能反應(yīng)的靈活性，具有十分重要的意義。不僅在肽鏈之間形成，在側(cè)鏈之間或側(cè)鏈與肽鍵之間也可生成。25編輯版ppt25氫鍵有兩個重要特征：25編輯版ppt26

二、疏水作用力

疏水作用力(疏水鍵)：是指非極性基團(tuán)即疏水基團(tuán)為了避開水相而群集在一起的集合力。在蛋白質(zhì)分子中，含有許多疏水基團(tuán)，這些基團(tuán)有一種自然的趨勢，即避開水相，相互集合，藏于蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部。作用：

AA順序上相隔較遠(yuǎn)的殘基間的疏水作用力，對維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象具有重要影響。

26編輯版ppt26二、疏水作用力26編輯版ppt27

三、范德華力

在物質(zhì)的聚集狀態(tài)中，分子與分子之間存在著一種較弱的作用力。即原子中帶正電荷的核與另一原子帶負(fù)電荷的電子層之間的靜電引力。

包括兩種類型的相互作用：一種是吸引作用（范德華引力），另一種是排斥作用（范德華斥力）。

范德華引力有3種表現(xiàn)形式：(1)取向力:極性基團(tuán)之間，偶極與偶極的相互吸引;(2)誘導(dǎo)力:極性基團(tuán)的偶極與非極性基團(tuán)的誘導(dǎo)偶極之間的相互吸引;(3)色散力:非極性基團(tuán)瞬時(shí)偶極之間的相互吸引。27編輯版ppt27三、范德華力范德華引力有3種表現(xiàn)形式：27編輯版p28其共同的特點(diǎn)是:引力隨作用基團(tuán)之間距離的增大而迅速減小，但兩個作用基團(tuán)只互相吸引并不相碰。因?yàn)楫?dāng)它們靠得很近時(shí)，電子云之間會發(fā)生排斥，從而產(chǎn)生范德華斥力。因此，上述兩個基團(tuán)之間的作用距離是由范德華引力和范德華斥力的平衡來決定的，這種距離稱為范德華力間距。28編輯版ppt28其共同的特點(diǎn)是:28編輯版ppt29

迄今所測得的蛋白質(zhì)構(gòu)象都顯示出蛋白質(zhì)分子內(nèi)的基團(tuán)是緊密堆積的。這表明。在蛋白質(zhì)分子內(nèi)無疑存在著范德華力。作用：對維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)的三、四級結(jié)構(gòu)具有一定的貢獻(xiàn)。VanderWaals力在維持蛋白質(zhì)的構(gòu)象中雖有一定的作用，但可能非常有限。

29編輯版ppt29迄今所測得的蛋白質(zhì)構(gòu)象都顯示出蛋白質(zhì)分子內(nèi)的基團(tuán)30四、離子鍵(鹽鍵、鹽橋或靜電作用力)

是由帶相反電荷的兩個基團(tuán)間的靜電吸引所形成的在蛋白質(zhì)分子中，通常有帶正電荷的基團(tuán)和帶負(fù)電荷的基團(tuán):

帶正電荷的基團(tuán)-N-末端的α-NH3+

肽鏈中賴氨酸殘基的ε－NH3+

精氨酸殘基的胍基；帶負(fù)電荷的基團(tuán)-C一末端的α-COO－肽鏈中天冬氨酸殘基的β-COO-

谷氨酸殘基的γ－COO－30編輯版ppt30四、離子鍵(鹽鍵、鹽橋或靜電作用力)30編輯版ppt31在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與環(huán)境都適宜的情況下，上述基團(tuán)中有一部分是相互接近而形成離子鍵的。高濃度的鹽、過高或過低的pH值，可以破壞蛋白質(zhì)構(gòu)象中的離子鍵--蛋白質(zhì)變性的主要原因31編輯版ppt3131編輯版ppt32五、配位鍵配位共價(jià)鍵簡稱“配位鍵”是指兩原子的成鍵電子全部由一個原子提供所形成的共價(jià)鍵。其中，提供所有成鍵電子的稱“配位體（簡稱配體）”、提供空軌道接納電子的稱“受體”。

32編輯版ppt32五、配位鍵32編輯版ppt金屬離子與蛋白質(zhì)的連接一般通過配位鍵:

如鐵氧還原蛋白、細(xì)胞色素C等---含有鐵離子胰島素等---含有鋅離子。

金屬離子通過配位鍵參與維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)的三、四級結(jié)構(gòu)。若用螯合劑從蛋白質(zhì)中除去金屬離子則:1.蛋白質(zhì)分子便解離成亞基,導(dǎo)致生物活性喪失

2.或者是三級結(jié)構(gòu)遭到局部破壞33編輯版ppt金屬離子與蛋白質(zhì)的連接一般通過配位鍵:33編輯版ppt34

5.二硫鍵（-S-S-）是兩個硫原子之間所形成的共價(jià)鍵。

作用:

它可以把不同的肽鏈、或同一條肽鏈的不同部分連接起來，對維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)的構(gòu)象具有重要作用.

在某些蛋白質(zhì)中，二硫鍵一旦遭到破壞，則蛋白質(zhì)的生物活性立即喪失。

若二硫鍵的數(shù)目多，則蛋白質(zhì)分子抗拒外界變性因素的能力也強(qiáng)，蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也高(角蛋白)

34編輯版ppt3434編輯版ppt二硫鍵的種類有多種35編輯版ppt二硫鍵的種類有多種35編輯版ppt36綜上:

氫鍵、疏水作用力、范德華力和離子鍵這四種次級鍵

--是維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的主要作用力。二硫鍵和配位鍵這兩種共價(jià)鍵

--參與維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)的三級或四級結(jié)構(gòu)。

36編輯版ppt36綜上:36編輯版ppt37例：胰島素胰臟中胰島β-細(xì)胞分泌的一種蛋白質(zhì)激素。功能：降低血糖。結(jié)構(gòu)：

A鏈：21aa；B鏈：30aa；鏈間有兩對二硫鍵；在A鏈內(nèi)aa6和aa11間以二硫鍵連成小環(huán)。如：牛胰島素37編輯版ppt37例：胰島素胰臟中胰島β-細(xì)胞分泌的一種蛋白質(zhì)激素。37編1965.9.1738編輯版ppt1965.9.1738編輯版ppt39

第三節(jié)

蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)

39編輯版ppt3939編輯版ppt40一、

肽(peptide)（一）肽（peptide)：

AA通過肽鍵連接形成的化合物叫肽；

兩分子AA縮合形成二肽，三分子AA縮合則形成三肽……40編輯版ppt40一、肽(peptide)（一）肽（pept+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵肽鍵：一個AA的α-COOH與另一個AA的α-NH2脫水縮合而形成的化學(xué)鍵.

41編輯版ppt+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵肽鍵：一個AA的α-COOH與另一42寡肽（oligopeptide)：

20個以下氨基酸組成。多肽（polypeptide)：20-50個氨基酸形成.蛋白質(zhì)(protein)：50個以上氨基酸組成。肽鏈中的氨基酸已非完整分子，稱氨基酸殘基(animoacidresidue)。42編輯版ppt42寡肽（oligopeptide)：20個以下氨基酸組成

肽的命名：某氨基酰某氨基酰…..某氨基酸.N—末端(氨基末端)，常寫在左端；

C—末端(羧基末端)，常寫在右端.肽的簡寫：Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu或SGYAL

SerGlyTyrAlaLeu

43編輯版ppt肽的命名：某氨基酰某氨基?！?.某氨基酸.44

肽單位和二面角多肽鏈的基本結(jié)構(gòu):肽單位44編輯版ppt4444編輯版ppt45肽單位空間結(jié)構(gòu)特征:1.肽單位是剛性平面結(jié)構(gòu)。肽單位上的六個原子都處于同一平面上。

2．肽鍵具有局部雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。3.在肽單位上，兩個Cα是反式構(gòu)型。45編輯版ppt4545編輯版ppt46二面角肽鍵中的C—N鍵具有部分雙鍵的特征，不能自由旋轉(zhuǎn)，其結(jié)果使肽鍵處在一個剛性的平面上，此平面被稱為肽鍵平面(酰胺平面)。兩個肽鍵平面之間的α-碳原子，可以作為一個旋轉(zhuǎn)點(diǎn)形成二面角(dihedralangle)。二面角的變化，決定著多肽主鍵在三維空間的排布方式，是形成不同蛋白質(zhì)構(gòu)象的基礎(chǔ)。46編輯版ppt46二面角肽鍵中的C—N鍵具有部分雙鍵的特征，不能自由旋轉(zhuǎn)，47高級結(jié)構(gòu),又稱空間構(gòu)象一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括：丹麥科學(xué)家Linderstrom-Lang二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)47編輯版ppt47高級結(jié)構(gòu),又稱空間構(gòu)象一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括：丹麥48

Pr的一級結(jié)構(gòu):Pr中N-端到C-端的AA排列順序.

維系的鍵:肽鍵，二硫鍵

一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ).

但一級結(jié)構(gòu)并不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素.Pr的高級結(jié)構(gòu):

二級三級四級結(jié)構(gòu)48編輯版ppt4848編輯版ppt49(一)二級結(jié)構(gòu)及其基本類型1.二級結(jié)構(gòu):是指多肽鏈主鏈骨架中的若干肽段所形成的有規(guī)則的空間排布（如α-螺旋、β-折疊和β-轉(zhuǎn)角)或無規(guī)則的空間排布（如無規(guī)則卷曲）。主要包括:主鏈原子局部的空間排布，不涉及側(cè)鏈的構(gòu)象以及與其他肽段的關(guān)系。維系的主要化學(xué)鍵：H鍵49編輯版ppt4949編輯版ppt502.二級結(jié)構(gòu)的基本類型:α-螺旋

β-折疊

β-轉(zhuǎn)角

無規(guī)卷曲50編輯版ppt502.二級結(jié)構(gòu)的基本類型:50編輯版ppt51α-螺旋(α-helix)：（1）主鏈形成右手螺旋或左手螺旋（2）每圈螺旋占3.6個AA殘基，螺距0.54nm;（3）螺旋中氨基酸殘基的側(cè)鏈伸向外側(cè)；（4）相鄰螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵，取向與中心軸平行。氫鍵:是由肽鍵上的N-H上的氫和第四個肽鍵的C=O上的氧之間形成的?；瘜W(xué)鍵：氫鍵51編輯版ppt5151編輯版ppt52編輯版ppt52編輯版ppta螺旋的穩(wěn)定性最好，各種氨基酸都有折疊成a螺旋的傾向。53編輯版ppta螺旋的穩(wěn)定性最好，各種氨基酸都有折疊成a螺旋的傾向。53編（1）多肽鏈在一空間平面內(nèi)伸展，各肽鏈平面間折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu).

（2）AA殘基的側(cè)鏈R基交替分布在片層上下.

（3）肽鏈按層排列，靠鏈間氫鍵維持其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，β-折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵是由相鄰肽鏈主鏈上的N－H上的氫和C＝O上的氧間形成的.鏈間氫鍵方向與鏈方向垂直（4）β-折疊可由一條多肽鏈折返而成，或由兩條以上多肽鏈順向或逆向平行排列而成.β-折疊(β-pleatedsheet)：β-片層、β-結(jié)構(gòu)平行式反平行式54編輯版ppt（1）多肽鏈在一空間平面內(nèi)伸展，各肽鏈平面間折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)55平行與反平行平行指的是兩條肽鏈走向相同；反平行則指走向相反。β-折疊是某些纖維狀蛋白質(zhì)的基本構(gòu)象，也普遍存在于球狀蛋白質(zhì)中。β-折疊的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性較差。

55編輯版ppt55平行與反平行55編輯版pptβ-轉(zhuǎn)角

(β-turn)（

β-彎曲、β-發(fā)夾結(jié)構(gòu)）發(fā)生于肽鏈進(jìn)行180℃回折時(shí)的轉(zhuǎn)角上.

通常有四個AA殘基組成，第一個殘基的羰基O與第四個氨基H形成氫鍵。第二個殘基常為Pro（Gly、Asp、Asn、Trp）此結(jié)構(gòu)廣泛存在球狀蛋白中，球蛋白的緊密球形在于肽鏈走向的多次逆轉(zhuǎn)，主要是通過β-轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)的。主要在各種二級結(jié)構(gòu)之間起連接作用。56編輯版pptβ-轉(zhuǎn)角(β-turn)（β-彎曲、β-發(fā)夾結(jié)構(gòu)）57無規(guī)卷曲(randomcoil)

多肽鏈骨架上的肽段在空間上的不規(guī)則排布，無明確規(guī)律性。通常酶蛋白的功能部位在此。

在一般的球蛋白分子中，含有大量的無規(guī)則卷曲，它使蛋白質(zhì)肽鏈從整體上形成球狀構(gòu)象。57編輯版ppt5757編輯版ppt58編輯版ppt58編輯版ppt59在不同的蛋白質(zhì)中，二級結(jié)構(gòu)的分布和作用卻很不一樣:纖維蛋白--二級結(jié)構(gòu)就是其分子的基本結(jié)構(gòu)，并在基本的方面決定了分子的性能。哺乳動物的角蛋白:二級結(jié)構(gòu)主要是α-螺旋。

絲和昆蟲纖維，其二級結(jié)構(gòu)主要是β-折疊。

膠原蛋白，三股螺旋是它的基本結(jié)構(gòu)。球蛋白--二級結(jié)構(gòu)是分子三維折疊的基本要素，對分子的骨架形成具有重要作用。59編輯版ppt59在不同的蛋白質(zhì)中，二級結(jié)構(gòu)的分布和作用卻很不59編輯版p60３、蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域超二級結(jié)構(gòu)(supersecondarystructure）*：由相鄰的幾個二級結(jié)構(gòu)相互作用形成有規(guī)則的組合體。是特殊的序列或結(jié)構(gòu)的基本組成單元，又稱基序或模序（motif)*.可進(jìn)一步組建成結(jié)構(gòu)域。超二級結(jié)構(gòu)包括：

αα、

ββ、βαβ

組合。60編輯版ppt60３、蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域60編輯版ppt61編輯版ppt61編輯版ppt鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模序鋅指結(jié)構(gòu)62編輯版ppt鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模序鋅指結(jié)構(gòu)62編輯版ppt63蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域*

（Domain）

：在超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步組合折疊形成半獨(dú)立較緊密的球狀結(jié)構(gòu)，具有簡單的生物學(xué)功能。1.與蛋白質(zhì)分子整體以共價(jià)鍵相連，一般難以分離，這是與亞基的區(qū)別.

2.結(jié)構(gòu)域之間有裂隙，是結(jié)合位點(diǎn)或活性位點(diǎn)。3.大的蛋白質(zhì)可有多個結(jié)構(gòu)域。

纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域63編輯版ppt63蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域*（Domain）：纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)64結(jié)構(gòu)域的特點(diǎn)：1.各個結(jié)構(gòu)域有不同的組成，有些有一定的規(guī)律，有些無。2.一個Pr分子內(nèi)的結(jié)構(gòu)域，可以十分相似，也可完全不同。3.結(jié)構(gòu)域大小一般為100-200殘基（少40多400）4.結(jié)構(gòu)域連接，有的只靠一段肽段，有的是靠接觸面。64編輯版ppt64結(jié)構(gòu)域的特點(diǎn)：64編輯版ppt65結(jié)構(gòu)域(domain)：65編輯版ppt65結(jié)構(gòu)域(domain)：65編輯版ppt66

結(jié)構(gòu)域有兩個重要的功能*：第一，像亞基那樣，能作為一個模式結(jié)構(gòu)來有效地參與蛋白質(zhì)分子的裝配。獨(dú)立結(jié)構(gòu)域的存在可以把蛋白質(zhì)肽鏈的折疊、盤曲過程簡化為個別的簡單步驟。這對于分子量很大的蛋白質(zhì)來說更顯得特別重要。第二，結(jié)構(gòu)域能夠活動。對底物的結(jié)合、變構(gòu)控制以及巨大結(jié)構(gòu)的裝配具有決定作用。66編輯版ppt6666編輯版ppt67編輯版ppt67編輯版ppt68(二)

蛋白質(zhì)分子的三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)：是指一條多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域的基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤曲或折疊，形成包括主、側(cè)鏈在內(nèi)的專一性空間排布。即整條肽鏈的三維結(jié)構(gòu)。維系的化學(xué)鍵：次級鍵(疏水作用、氫鍵、離子鍵、范德華力）

有些pr只有三級結(jié)構(gòu)。68編輯版ppt68(二)蛋白質(zhì)分子的三級結(jié)構(gòu)68編輯版ppt69單鏈蛋白質(zhì)--是分子本身的特征性立體結(jié)構(gòu)；多鏈蛋白質(zhì)--是各組成鏈（亞基）的主鏈和側(cè)鏈的空間排布重要的生命活動都與蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)直接相關(guān)并且對三級結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格的要求。三級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)構(gòu)象中的一個至關(guān)重要的等級或?qū)哟危瑥恼w看，它實(shí)際包含著除亞基締合以外的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的全部內(nèi)容。69編輯版ppt69單鏈蛋白質(zhì)--是分子本身的特征性立體結(jié)構(gòu)；69編輯版pp70蛋白質(zhì)分子三級結(jié)構(gòu)的基本特征（以球狀Pr為例）（1）在蛋白質(zhì)分子中，一條多肽鏈往往是通過一部分α

-螺旋、一部分β-折疊、一部分β-轉(zhuǎn)角和一部分無規(guī)則卷曲形成緊密的球狀結(jié)構(gòu)（2）在蛋白質(zhì)分子中，大多數(shù)非極性側(cè)鏈總是埋在分子的內(nèi)部，形成疏水核；大多數(shù)極性側(cè)鏈總是暴露在分子的表面上，極性基團(tuán)的種類、數(shù)目與排布決定了蛋白質(zhì)的功能。70編輯版ppt70蛋白質(zhì)分子三級結(jié)構(gòu)的基本特征（以球狀Pr為例）70編輯版71（3）在蛋白質(zhì)分子的表面，有一個內(nèi)陷的空穴（裂隙、凹槽、袋）--疏水區(qū)，能夠容納一個或兩個小分子配體,或大分子配體的一部分。酶分子--此空穴正好容納一個或兩個小分子底物，或大分子底物的一部分，即酶分子的活性部位。如：肌紅蛋白血紅蛋白此空穴正好容納一個血紅素分子。細(xì)胞色素C

71編輯版ppt7171編輯版ppt72編輯版ppt72編輯版ppt73（三）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)亞基：在體內(nèi)有許多Pr分子含有兩條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有其完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為Pr的亞基（subunit）。亞基之間呈特定的三維空間排布，并以次級鍵相連接。四級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子中各個亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用.維系的力：次級鍵(氫鍵、離子鍵、疏水作用和范得華力）

73編輯版ppt73（三）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)亞基：在體內(nèi)有許多Pr分子含有兩條74亞基是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單位，但不是獨(dú)立的功能單位。亞基單獨(dú)存在時(shí)無完整的生物學(xué)功能.只有締合成完整的四級結(jié)構(gòu)才具有生物活性。血紅蛋白:2個α亞基和2個β亞基74編輯版ppt74血紅蛋白:2個α亞基和2個β亞基74編輯版ppt75寡聚蛋白--多個亞基組成的蛋白質(zhì)。寡聚蛋白的四級結(jié)構(gòu)對其生物學(xué)功能具有重要作用。亞基：可以是相同的，也可以是不同的。亞基數(shù)目從2個到幾十，幾百個不等。通常亞基用字母表示。如：血紅蛋白--2α、2β四聚體煙草花葉病毒的外殼蛋白--2130個相同的亞基組成75編輯版ppt75寡聚蛋白--多個亞基組成的蛋白質(zhì)。75編輯版ppt7676編輯版ppt7676編輯版ppt77蛋白質(zhì)的四種結(jié)構(gòu)層次暨南大學(xué)醫(yī)學(xué)院莫宏波motifdomain77編輯版ppt77蛋白質(zhì)的四種結(jié)構(gòu)層次暨南大學(xué)醫(yī)學(xué)院莫宏波motifdom78

第三節(jié)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1.一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)（Anfinsen經(jīng)典實(shí)驗(yàn))78編輯版ppt78第三節(jié)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系78編輯版pp79

2.一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（1）一般而言，一級結(jié)構(gòu)相似的多肽或蛋白質(zhì)，其空間構(gòu)象以及功能也相似。蛋白質(zhì)具不同的一級結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，因此各具不同的功能。

（2）一級結(jié)構(gòu)改變（或氨基酸的改變）對功能的影響：蛋白質(zhì)分子中非關(guān)鍵部位一些氨基酸殘基的改變或缺失，并不會影響蛋白質(zhì)分子的生物活性；另一方面，蛋白質(zhì)分子關(guān)鍵活性部位氨基酸殘基的改變，會影響其功能，甚至造成疾病。79編輯版ppt792.一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系79編輯版ppt80例如1.人、豬、牛的胰島素A鏈中8、9、11位氨基酸殘基不同存在種族差異，但這并不B鏈中30位影響其降低血糖濃度的共同生理功能2.人群中不同個體間同一種蛋白質(zhì)也會有氨基酸的不同或差異，但這也不影響他們在不同個體中擔(dān)負(fù)著相同的生理功能。3.若是分類上從脂肪族換成了芳香族氨基酸，即蛋白質(zhì)之間的免疫原性就差異較大，由這些蛋白質(zhì)組成的人體組織、器官，在臨床上進(jìn)行移植時(shí)，就更產(chǎn)生排異反應(yīng).80編輯版ppt80例如80編輯版ppt例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)81編輯版ppt例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val·his·leu·82鐮刀型貧血病血紅蛋白僅一級結(jié)構(gòu)中：

β6Glu換成β6Val

由此引起三級結(jié)構(gòu)多一疏水鍵，四級結(jié)構(gòu)發(fā)生線性締合，導(dǎo)致紅細(xì)胞發(fā)生溶血。82編輯版ppt82鐮刀型貧血病血紅蛋白僅一級結(jié)構(gòu)中：82編輯版ppt83二、空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)構(gòu)象發(fā)生改變時(shí)會引起蛋白質(zhì)功能的改變或喪失。例如:

酶在某些因素如高溫、紫外線照射等作用下，空間結(jié)構(gòu)受破壞而一級結(jié)構(gòu)沒改變，但酶分子的催化功能喪失。有些蛋白質(zhì)在表現(xiàn)其生物學(xué)活性時(shí)，其構(gòu)象發(fā)生改變，從而改變了整個分子的性質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為別構(gòu)現(xiàn)象。83編輯版ppt83二、空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系83編輯版ppt正常成人Hb有4個亞基（2α、2β）每個亞基結(jié)合1個能攜帶氧的血紅素血紅素分子中4個吡咯環(huán)構(gòu)成卟啉結(jié)構(gòu)，環(huán)的中心是Fe2+Fe2+

共有6個配位鍵:4個與血紅素中4個吡咯氮原子結(jié)合;l個與Hbα或β亞基中1個組氨酸殘基(稱近位組氨酸）側(cè)鏈上的咪唑基團(tuán)相結(jié)合;空著的1個配位鍵可與O2可逆地結(jié)合，氧分壓較高的環(huán)境中與O2

結(jié)合,氧分壓較低的環(huán)境中釋放出O2

。84編輯版ppt正常成人Hb有4個亞基（2α、2β）Fe2+共有6個配位85當(dāng)Hb未結(jié)合O2時(shí)，其處于一種結(jié)構(gòu)緊密型（T型）狀態(tài)，這時(shí)它與O2

的親和力小，與O2

結(jié)合速度慢@。但只要Hb第一個亞基與O2

結(jié)合后，其構(gòu)象發(fā)生改變￥，與O2

結(jié)合力增強(qiáng)，隨著第二第三個亞基與O2

結(jié)合后，連接于亞基之間的離子鍵逐個斷裂，引起Hb由緊密型（T型）構(gòu)象逐步變成松弛型（R型），導(dǎo)致Hb與O2

的親和力逐步增強(qiáng)，很快達(dá)到與O2飽和?？梢姷鞍踪|(zhì)的構(gòu)象與功能有密切關(guān)系85編輯版ppt8585編輯版ppt86

別構(gòu)效應(yīng)（allostericeffect）

寡聚蛋白質(zhì)的一個亞基和配體結(jié)合后構(gòu)象發(fā)生了改變，這種構(gòu)象的變化傳遞可影響其他亞基的構(gòu)象，進(jìn)而改變了分子的生物學(xué)活性。

協(xié)同作用--各亞基之間的相互作用是通過亞基間構(gòu)象改變的傳遞作用產(chǎn)生的。若亞基結(jié)合的配體相同，為同種協(xié)同效應(yīng)，如配體不同則為異種協(xié)同效應(yīng)

正協(xié)同效應(yīng)：1個亞基和配體結(jié)合，使其它亞基與配體的結(jié)合更容易了

負(fù)協(xié)同效應(yīng)：--------------更困難了。86編輯版ppt8686編輯版ppt87編輯版ppt87編輯版ppt88編輯版ppt88編輯版ppt蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病，稱蛋白構(gòu)象疾病。如瘋牛病，老年癡呆癥等。89編輯版ppt蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾?。?9編輯版ppt90蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系主要表現(xiàn)在兩方面：1.蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)是由一級結(jié)構(gòu)氨基酸順序決定的。2.蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)分子發(fā)揮其生物功能的重要保證。90編輯版ppt90蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系主要表現(xiàn)在兩方面：90編輯版思考題：以PKA為例，論述蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系？91編輯版ppt思考題：91編輯版ppt

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

第1章92編輯版ppt蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第1章1編輯版ppt93

蛋白質(zhì)是細(xì)胞組分中含量最豐富、功能最多的生物大分子，占人體干重的45%。一個細(xì)胞可能含上萬種蛋白質(zhì)，每種蛋白質(zhì)發(fā)揮不同的功能。各種蛋白質(zhì)功能的多樣性是由其復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)決定的。只有在深入了解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上才能真正了解蛋白質(zhì)的功能。93編輯版ppt2蛋白質(zhì)是細(xì)胞組分中含量最豐富、功能最多的生物大分子，94

第一節(jié)組成蛋白質(zhì)的氨基酸

蛋白質(zhì)由氨基酸（aminoacid,AA)組成。自然界的氨基酸有300余種.

由基因編碼的氨基酸僅有20種。

94編輯版ppt3第一節(jié)組成蛋白質(zhì)的氨基酸3編輯版pptAA側(cè)鏈（1）AA結(jié)構(gòu)通式：（2）除甘氨酸（Gly）外，均屬L－α－AA.COO-

H

CαNH3+R20種基本氨基酸結(jié)構(gòu)的共同特征是:95編輯版pptAA側(cè)鏈（1）AA結(jié)構(gòu)通式：（2）除甘氨酸（Gly）外，96立體構(gòu)型：

兩種構(gòu)型互為對映體；一種構(gòu)型必須有共價(jià)鍵斷裂才能形成另一種構(gòu)型。*組成蛋白質(zhì)的α

-氨基酸多是L-構(gòu)型。D-構(gòu)型氨基酸：主要存在于某些抗生素和個別植物的生物堿中。96編輯版ppt5立體構(gòu)型：5編輯版ppt97天然pr中的AA通常為L-型；97編輯版ppt6天然pr中的AA通常為L-型；6編輯版ppt98根據(jù)2O種基本氨基酸的R基（側(cè)鏈）不同，可分為:

⑴非極性疏水AA7種

⑵不解離的極性AA（或極性中性AA)8種

⑶解離的極性AA

酸性AA2種堿性AA3種98編輯版ppt7根據(jù)2O種基本氨基酸的R基（側(cè)鏈）不同，可分為:酸性AA991·非極性疏水AA

7種：

AA的R基是脂肪烴或芳香烴;烴鏈越長疏水性越大。存在部位：常因相互疏水作用而處于球狀蛋白內(nèi)部或生物膜的跨膜雙脂層中。99編輯版ppt81·非極性疏水AA7種：8編輯版ppt甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸alanineAlaA

6.00纈氨酸valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98

異亮氨酸isoleucineIleI

6.02

苯丙氨酸phenylalaninePheF

5.48脯氨酸prolineProP

6.30非極性疏水性氨基酸100編輯版ppt甘氨酸glycineGly2.不解離的極性AA8種

AA的R側(cè)鏈?zhǔn)菐в袠O性的羥基、巰基或酰胺基團(tuán)，故有親水性，但不解離.101編輯版ppt2.不解離的極性AA8種10編輯版ppt色氨酸t(yī)ryptophanTryW

5.89絲氨酸serineSerS

5.68酪氨酸t(yī)yrosineTryY

5.66

半胱氨酸cysteineCysC

5.07

蛋氨酸methionine

MetM

5.74天冬酰胺asparagineAsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65

蘇氨酸

threonineThrT5.602.極性中性氨基酸102編輯版ppt色氨酸t(yī)ryptophanTry3·解離的極性AA5種

AA的R側(cè)鏈可解離而帶負(fù)電荷，又稱酸性AA，有2種;AA的R側(cè)鏈可解離而帶正電荷，又稱堿性AA，有3種。存在部位：蛋白質(zhì)分子的表面，與環(huán)境中水分子形成氫鍵。103編輯版ppt3·解離的極性AA5種12編輯版ppt天冬氨酸asparticacidAspD

2.97谷氨酸glutamicacidGluE

3.22賴氨酸lysineLysK

9.74精氨酸arginineArgR

10.76組氨酸histidineHisH

7.593.酸性氨基酸4.堿性氨基酸帶正電荷的堿性AA殘基常與帶負(fù)電荷的酸性AA的殘基形成鹽鍵?；脽羝?9104編輯版ppt天冬氨酸asparticacidAsp脯氨酸:（亞氨基酸）幾個特殊的氨基酸由于其氨基與側(cè)鏈C原子結(jié)合成環(huán)，具有固定的構(gòu)型，在蛋白質(zhì)肽鏈中有很強(qiáng)的鏈形成一個轉(zhuǎn)角而改變主鏈方向，同時(shí)由于環(huán)的存在而具有空間障礙，對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)形成有破壞性作用，但仍能出現(xiàn)在這些結(jié)構(gòu)的末端或彎曲部位，因而常暴露于分子表面。105編輯版ppt脯氨酸:（亞氨基酸）幾個特殊的氨基酸由于其氨基與側(cè)鏈C原子結(jié)幾個特殊的氨基酸?半胱氨酸

胱氨酸2個Cys胱氨酸巰基易形成帶有二硫鍵的胱氨酸，在蛋白質(zhì)的構(gòu)象形成中具有重要意義。同時(shí)巰基還能與金屬離子結(jié)合，埋藏在分子內(nèi)部，開成motif結(jié)構(gòu)。106編輯版ppt幾個特殊的氨基酸?半胱氨酸

與氨基酸的氨基氮原子之間形成的穩(wěn)定共價(jià)鍵不同，二硫容易被還原而斷裂，斷裂后可再次氧化重新形成二硫鍵，因而是可以動態(tài)變化的化學(xué)鍵。二硫鍵是參與一級結(jié)構(gòu)也是形成高級結(jié)構(gòu)的重要化學(xué)鍵，對蛋白質(zhì)折疊和高級結(jié)構(gòu)的形成與維持十分重要。燙發(fā)和發(fā)型保持，主要原理是操縱毛發(fā)角蛋白二硫鍵的還原和再氧化，即二硫鍵的斷開和重新鍵合。

107編輯版ppt16編輯版ppt酸性AA（共2種）特點(diǎn)：除α－C上有一個羧基（COO-)外，它們的R基上都還具有一個羧基.堿性AA

（共3種）特點(diǎn)：R基都含有堿性基團(tuán)。胍基咪唑基108編輯版ppt酸性AA（共2種）特點(diǎn)：堿性AA（共3種）特點(diǎn)：胍基咪唑基酸性及堿性AA不僅帶電荷，且極性較強(qiáng)。在蛋白質(zhì)分子中，常出現(xiàn)在分子表面，與環(huán)境中的水分子結(jié)全而使蛋白質(zhì)具有親水性質(zhì)，尤其是堿性氨基酸的側(cè)鏈較長，柔性較大，在介質(zhì)中擺動，可增強(qiáng)其溶解度，同時(shí)也易作為多種酶的催化對象。109編輯版ppt酸性及堿性AA不僅帶電荷，且極性較強(qiáng)。在蛋白質(zhì)分子中，常出現(xiàn)110以上20種由基因編碼的AA稱為編碼氨基酸。在蛋白質(zhì)分子中還有非編碼氨基酸—是在蛋白質(zhì)生物合成后經(jīng)乙?；?、磷酸化、羥基化或甲基化等修飾形成的。如：

廣泛存在于Pr中的絲氨酸、蘇氨酸或酪氨酸的磷酸化，在細(xì)胞信號傳遞系統(tǒng)中起重要作用;

膠原中的羥脯氨酸和羥賴氨酸;

鈣調(diào)素中的三甲基賴氨酸;

凝血酶原中谷氨酸的γ-羧化;

某些蛋白質(zhì)N-端氨基酸的乙?；駽-端氨基酸的酰胺化；更多的蛋白質(zhì)中AA的糖基化或脂質(zhì)化，使其親水或疏水性增大。110編輯版ppt19以上20種由基因編碼的AA稱為編碼氨基酸。19編輯版pp111第二節(jié)穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力

任何一個蛋白質(zhì)分子，在其天然狀態(tài)或活性形式下，都具有獨(dú)特而穩(wěn)定的構(gòu)象。構(gòu)象是蛋白質(zhì)分子在結(jié)構(gòu)上的一個最顯著的特征。

111編輯版ppt20第二節(jié)穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力112

構(gòu)象*（Conformation）:又稱之為三維結(jié)構(gòu)、立體結(jié)構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)或高級結(jié)構(gòu)等.是指分子內(nèi)各原子或基團(tuán)之間的相互立體關(guān)系。構(gòu)象的改變，是由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的，它不需有共價(jià)鍵的變化，僅涉及到氫鍵等次級鍵的改變。

構(gòu)型（configuration）是指光學(xué)活性不對稱的一種特定的立體結(jié)構(gòu).例如氨基酸從D型L型，共價(jià)鍵的變化。

112編輯版ppt2121編輯版ppt113

維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的作用力有：

氫鍵疏水作用力范德華力離子鍵二硫鍵配位鍵113編輯版ppt22維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的作用力有：2114一、氫鍵X一H…Y

氫原子與電負(fù)性的原子X共價(jià)結(jié)合時(shí)，共用的電子對強(qiáng)烈地偏向X的一邊，使氫原子帶有部分正電荷，能再與另一個電負(fù)性高而半徑較小的原子Y結(jié)合，形成的X—H┅Y型的鍵。114編輯版ppt23一、氫鍵X一H…Y23編輯版ppt115氫鍵有兩種不同的含義：第一種是指X一H…Y的整個結(jié)構(gòu)，氫鍵的鍵長就是指從X到Y(jié)之間的距離。第二種是指H...Y之間的結(jié)合力。氫鍵的鍵能就是指打開H...Y的結(jié)合所需要的能量。由于距離短，氫鍵之間的吸引力強(qiáng)，介于共價(jià)鍵與范德華力之間。115編輯版ppt24氫鍵有兩種不同的含義：24編輯版ppt116

氫鍵有兩個重要特征：（1）具有方向性：當(dāng)氫供體X-H與氫受體Y之間的夾角接近180°時(shí),X-H與Y的相互作用最強(qiáng).X一H…Y（2）具有飽和性：X-H只能和一個Y原子相結(jié)合氫鍵作用：對于維持蛋白質(zhì)分子的二、三、四級結(jié)構(gòu)的完整性以及功能反應(yīng)的靈活性，具有十分重要的意義。不僅在肽鏈之間形成，在側(cè)鏈之間或側(cè)鏈與肽鍵之間也可生成。116編輯版ppt25氫鍵有兩個重要特征：25編輯版ppt117

二、疏水作用力

疏水作用力(疏水鍵)：是指非極性基團(tuán)即疏水基團(tuán)為了避開水相而群集在一起的集合力。在蛋白質(zhì)分子中，含有許多疏水基團(tuán)，這些基團(tuán)有一種自然的趨勢，即避開水相，相互集合，藏于蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部。作用：

AA順序上相隔較遠(yuǎn)的殘基間的疏水作用力，對維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象具有重要影響。

117編輯版ppt26二、疏水作用力26編輯版ppt118

三、范德華力

在物質(zhì)的聚集狀態(tài)中，分子與分子之間存在著一種較弱的作用力。即原子中帶正電荷的核與另一原子帶負(fù)電荷的電子層之間的靜電引力。

包括兩種類型的相互作用：一種是吸引作用（范德華引力），另一種是排斥作用（范德華斥力）。

范德華引力有3種表現(xiàn)形式：(1)取向力:極性基團(tuán)之間，偶極與偶極的相互吸引;(2)誘導(dǎo)力:極性基團(tuán)的偶極與非極性基團(tuán)的誘導(dǎo)偶極之間的相互吸引;(3)色散力:非極性基團(tuán)瞬時(shí)偶極之間的相互吸引。118編輯版ppt27三、范德華力范德華引力有3種表現(xiàn)形式：27編輯版p119其共同的特點(diǎn)是:引力隨作用基團(tuán)之間距離的增大而迅速減小，但兩個作用基團(tuán)只互相吸引并不相碰。因?yàn)楫?dāng)它們靠得很近時(shí)，電子云之間會發(fā)生排斥，從而產(chǎn)生范德華斥力。因此，上述兩個基團(tuán)之間的作用距離是由范德華引力和范德華斥力的平衡來決定的，這種距離稱為范德華力間距。119編輯版ppt28其共同的特點(diǎn)是:28編輯版ppt120

迄今所測得的蛋白質(zhì)構(gòu)象都顯示出蛋白質(zhì)分子內(nèi)的基團(tuán)是緊密堆積的。這表明。在蛋白質(zhì)分子內(nèi)無疑存在著范德華力。作用：對維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)的三、四級結(jié)構(gòu)具有一定的貢獻(xiàn)。VanderWaals力在維持蛋白質(zhì)的構(gòu)象中雖有一定的作用，但可能非常有限。

120編輯版ppt29迄今所測得的蛋白質(zhì)構(gòu)象都顯示出蛋白質(zhì)分子內(nèi)的基團(tuán)121四、離子鍵(鹽鍵、鹽橋或靜電作用力)

是由帶相反電荷的兩個基團(tuán)間的靜電吸引所形成的在蛋白質(zhì)分子中，通常有帶正電荷的基團(tuán)和帶負(fù)電荷的基團(tuán):

帶正電荷的基團(tuán)-N-末端的α-NH3+

肽鏈中賴氨酸殘基的ε－NH3+

精氨酸殘基的胍基；帶負(fù)電荷的基團(tuán)-C一末端的α-COO－肽鏈中天冬氨酸殘基的β-COO-

谷氨酸殘基的γ－COO－121編輯版ppt30四、離子鍵(鹽鍵、鹽橋或靜電作用力)30編輯版ppt122在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與環(huán)境都適宜的情況下，上述基團(tuán)中有一部分是相互接近而形成離子鍵的。高濃度的鹽、過高或過低的pH值，可以破壞蛋白質(zhì)構(gòu)象中的離子鍵--蛋白質(zhì)變性的主要原因122編輯版ppt3131編輯版ppt123五、配位鍵配位共價(jià)鍵簡稱“配位鍵”是指兩原子的成鍵電子全部由一個原子提供所形成的共價(jià)鍵。其中，提供所有成鍵電子的稱“配位體（簡稱配體）”、提供空軌道接納電子的稱“受體”。

123編輯版ppt32五、配位鍵32編輯版ppt金屬離子與蛋白質(zhì)的連接一般通過配位鍵:

如鐵氧還原蛋白、細(xì)胞色素C等---含有鐵離子胰島素等---含有鋅離子。

金屬離子通過配位鍵參與維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)的三、四級結(jié)構(gòu)。若用螯合劑從蛋白質(zhì)中除去金屬離子則:1.蛋白質(zhì)分子便解離成亞基,導(dǎo)致生物活性喪失

2.或者是三級結(jié)構(gòu)遭到局部破壞124編輯版ppt金屬離子與蛋白質(zhì)的連接一般通過配位鍵:33編輯版ppt125

5.二硫鍵（-S-S-）是兩個硫原子之間所形成的共價(jià)鍵。

作用:

它可以把不同的肽鏈、或同一條肽鏈的不同部分連接起來，對維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)的構(gòu)象具有重要作用.

在某些蛋白質(zhì)中，二硫鍵一旦遭到破壞，則蛋白質(zhì)的生物活性立即喪失。

若二硫鍵的數(shù)目多，則蛋白質(zhì)分子抗拒外界變性因素的能力也強(qiáng)，蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也高(角蛋白)

125編輯版ppt3434編輯版ppt二硫鍵的種類有多種126編輯版ppt二硫鍵的種類有多種35編輯版ppt127綜上:

氫鍵、疏水作用力、范德華力和離子鍵這四種次級鍵

--是維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的主要作用力。二硫鍵和配位鍵這兩種共價(jià)鍵

--參與維持和穩(wěn)定蛋白質(zhì)的三級或四級結(jié)構(gòu)。

127編輯版ppt36綜上:36編輯版ppt128例：胰島素胰臟中胰島β-細(xì)胞分泌的一種蛋白質(zhì)激素。功能：降低血糖。結(jié)構(gòu)：

A鏈：21aa；B鏈：30aa；鏈間有兩對二硫鍵；在A鏈內(nèi)aa6和aa11間以二硫鍵連成小環(huán)。如：牛胰島素128編輯版ppt37例：胰島素胰臟中胰島β-細(xì)胞分泌的一種蛋白質(zhì)激素。37編1965.9.17129編輯版ppt1965.9.1738編輯版ppt130

第三節(jié)

蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)

130編輯版ppt3939編輯版ppt131一、

肽(peptide)（一）肽（peptide)：

AA通過肽鍵連接形成的化合物叫肽；

兩分子AA縮合形成二肽，三分子AA縮合則形成三肽……131編輯版ppt40一、肽(peptide)（一）肽（pept+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵肽鍵：一個AA的α-COOH與另一個AA的α-NH2脫水縮合而形成的化學(xué)鍵.

132編輯版ppt+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵肽鍵：一個AA的α-COOH與另一133寡肽（oligopeptide)：

20個以下氨基酸組成。多肽（polypeptide)：20-50個氨基酸形成.蛋白質(zhì)(protein)：50個以上氨基酸組成。肽鏈中的氨基酸已非完整分子，稱氨基酸殘基(animoacidresidue)。133編輯版ppt42寡肽（oligopeptide)：20個以下氨基酸組成

肽的命名：某氨基酰某氨基酰…..某氨基酸.N—末端(氨基末端)，常寫在左端；

C—末端(羧基末端)，常寫在右端.肽的簡寫：Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu或SGYAL

SerGlyTyrAlaLeu

134編輯版ppt肽的命名：某氨基酰某氨基?！?.某氨基酸.135

肽單位和二面角多肽鏈的基本結(jié)構(gòu):肽單位135編輯版ppt4444編輯版ppt136肽單位空間結(jié)構(gòu)特征:1.肽單位是剛性平面結(jié)構(gòu)。肽單位上的六個原子都處于同一平面上。

2．肽鍵具有局部雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。3.在肽單位上，兩個Cα是反式構(gòu)型。136編輯版ppt4545編輯版ppt137二面角肽鍵中的C—N鍵具有部分雙鍵的特征，不能自由旋轉(zhuǎn)，其結(jié)果使肽鍵處在一個剛性的平面上，此平面被稱為肽鍵平面(酰胺平面)。兩個肽鍵平面之間的α-碳原子，可以作為一個旋轉(zhuǎn)點(diǎn)形成二面角(dihedralangle)。二面角的變化，決定著多肽主鍵在三維空間的排布方式，是形成不同蛋白質(zhì)構(gòu)象的基礎(chǔ)。137編輯版ppt46二面角肽鍵中的C—N鍵具有部分雙鍵的特征，不能自由旋轉(zhuǎn)，138高級結(jié)構(gòu),又稱空間構(gòu)象一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括：丹麥科學(xué)家Linderstrom-Lang二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)138編輯版ppt47高級結(jié)構(gòu),又稱空間構(gòu)象一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括：丹麥139

Pr的一級結(jié)構(gòu):Pr中N-端到C-端的AA排列順序.

維系的鍵:肽鍵，二硫鍵

一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ).

但一級結(jié)構(gòu)并不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素.Pr的高級結(jié)構(gòu):

二級三級四級結(jié)構(gòu)139編輯版ppt4848編輯版ppt140(一)二級結(jié)構(gòu)及其基本類型1.二級結(jié)構(gòu):是指多肽鏈主鏈骨架中的若干肽段所形成的有規(guī)則的空間排布（如α-螺旋、β-折疊和β-轉(zhuǎn)角)或無規(guī)則的空間排布（如無規(guī)則卷曲）。主要包括:主鏈原子局部的空間排布，不涉及側(cè)鏈的構(gòu)象以及與其他肽段的關(guān)系。維系的主要化學(xué)鍵：H鍵140編輯版ppt4949編輯版ppt1412.二級結(jié)構(gòu)的基本類型:α-螺旋

β-折疊

β-轉(zhuǎn)角

無規(guī)卷曲141編輯版ppt502.二級結(jié)構(gòu)的基本類型:50編輯版ppt142α-螺旋(α-helix)：（1）主鏈形成右手螺旋或左手螺旋（2）每圈螺旋占3.6個AA殘基，螺距0.54nm;（3）螺旋中氨基酸殘基的側(cè)鏈伸向外側(cè)；（4）相鄰螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵，取向與中心軸平行。氫鍵:是由肽鍵上的N-H上的氫和第四個肽鍵的C=O上的氧之間形成的。化學(xué)鍵：氫鍵142編輯版ppt5151編輯版ppt143編輯版ppt52編輯版ppta螺旋的穩(wěn)定性最好，各種氨基酸都有折疊成a螺旋的傾向。144編輯版ppta螺旋的穩(wěn)定性最好，各種氨基酸都有折疊成a螺旋的傾向。53編（1）多肽鏈在一空間平面內(nèi)伸展，各肽鏈平面間折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu).

（2）AA殘基的側(cè)鏈R基交替分布在片層上下.

（3）肽鏈按層排列，靠鏈間氫鍵維持其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，β-折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵是由相鄰肽鏈主鏈上的N－H上的氫和C＝O上的氧間形成的.鏈間氫鍵方向與鏈方向垂直（4）β-折疊可由一條多肽鏈折返而成，或由兩條以上多肽鏈順向或逆向平行排列而成.β-折疊(β-pleatedsheet)：β-片層、β-結(jié)構(gòu)平行式反平行式145編輯版ppt（1）多肽鏈在一空間平面內(nèi)伸展，各肽鏈平面間折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)146平行與反平行平行指的是兩條肽鏈走向相同；反平行則指走向相反。β-折疊是某些纖維狀蛋白質(zhì)的基本構(gòu)象，也普遍存在于球狀蛋白質(zhì)中。β-折疊的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性較差。

146編輯版ppt55平行與反平行55編輯版pptβ-轉(zhuǎn)角

(β-turn)（

β-彎曲、β-發(fā)夾結(jié)構(gòu)）發(fā)生于肽鏈進(jìn)行180℃回折時(shí)的轉(zhuǎn)角上.

通常有四個AA殘基組成，第一個殘基的羰基O與第四個氨基H形成氫鍵。第二個殘基常為Pro（Gly、Asp、Asn、Trp）此結(jié)構(gòu)廣泛存在球狀蛋白中，球蛋白的緊密球形在于肽鏈走向的多次逆轉(zhuǎn)，主要是通過β-轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)的。主要在各種二級結(jié)構(gòu)之間起連接作用。147編輯版pptβ-轉(zhuǎn)角(β-turn)（β-彎曲、β-發(fā)夾結(jié)構(gòu)）148無規(guī)卷曲(randomcoil)

多肽鏈骨架上的肽段在空間上的不規(guī)則排布，無明確規(guī)律性。通常酶蛋白的功能部位在此。

在一般的球蛋白分子中，含有大量的無規(guī)則卷曲，它使蛋白質(zhì)肽鏈從整體上形成球狀構(gòu)象。148編輯版ppt5757編輯版ppt149編輯版ppt58編輯版ppt150在不同的蛋白質(zhì)中，二級結(jié)構(gòu)的分布和作用卻很不一樣:纖維蛋白--二級結(jié)構(gòu)就是其分子的基本結(jié)構(gòu)，并在基本的方面決定了分子的性能。哺乳動物的角蛋白:二級結(jié)構(gòu)主要是α-螺旋。

絲和昆蟲纖維，其二級結(jié)構(gòu)主要是β-折疊。

膠原蛋白，三股螺旋是它的基本結(jié)構(gòu)。球蛋白--二級結(jié)構(gòu)是分子三維折疊的基本要素，對分子的骨架形成具有重要作用。150編輯版ppt59在不同的蛋白質(zhì)中，二級結(jié)構(gòu)的分布和作用卻很不59編輯版p151３、蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域超二級結(jié)構(gòu)(supersecondarystructure）*：由相鄰的幾個二級結(jié)構(gòu)相互作用形成有規(guī)則的組合體。是特殊的序列或結(jié)構(gòu)的基本組成單元，又稱基序或模序（motif)*.可進(jìn)一步組建成結(jié)構(gòu)域。超二級結(jié)構(gòu)包括：

αα、

ββ、βαβ

組合。151編輯版ppt60３、蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域60編輯版ppt152編輯版ppt61編輯版ppt鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模序鋅指結(jié)構(gòu)153編輯版ppt鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模序鋅指結(jié)構(gòu)62編輯版ppt154蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域*

（Domain）

：在超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步組合折疊形成半獨(dú)立較緊密的球狀結(jié)構(gòu)，具有簡單的生物學(xué)功能。1.與蛋白質(zhì)分子整體以共價(jià)鍵相連，一般難以分離，這是與亞基的區(qū)別.

2.結(jié)構(gòu)域之間有裂隙，是結(jié)合位點(diǎn)或活性位點(diǎn)。3.大的蛋白質(zhì)可有多個結(jié)構(gòu)域。

纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域154編輯版ppt63蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域*（Domain）：纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)155結(jié)構(gòu)域的特點(diǎn)：1.各個結(jié)構(gòu)域有不同的組成，有些有一定的規(guī)律，有些無。2.一個Pr分子內(nèi)的結(jié)構(gòu)域，可以十分相似，也可完全不同。3.結(jié)構(gòu)域大小一般為100-200殘基（少40多400）4.結(jié)構(gòu)域連接，有的只靠一段肽段，有的是靠接觸面。155編輯版ppt64結(jié)構(gòu)域的特點(diǎn)：64編輯版ppt156結(jié)構(gòu)域(domain)：156編輯版ppt65結(jié)構(gòu)域(domain)：65編輯版ppt157

結(jié)構(gòu)域有兩個重要的功能*：第一，像亞基那樣，能作為一個模式結(jié)構(gòu)來有效地參與蛋白質(zhì)分子的裝配。獨(dú)立結(jié)構(gòu)域的存在可以把蛋白質(zhì)肽鏈的折疊、盤曲過程簡化為個別的簡單步驟。這對于分子量很大的蛋白質(zhì)來說更顯得特別重要。第二，結(jié)構(gòu)域能夠活動。對底物的結(jié)合、變構(gòu)控制以及巨大結(jié)構(gòu)的裝配具有決定作用。157編輯版ppt6666編輯版ppt158編輯版ppt67編輯版ppt159(二)

蛋白質(zhì)分子的三