蛋白質(zhì)的構(gòu)造7/4/202512.3.1蛋白質(zhì)的一級構(gòu)造2.3.2蛋白質(zhì)的二級構(gòu)造2.3.4蛋白質(zhì)的四級構(gòu)造2.3.3蛋白質(zhì)的三級構(gòu)造【重要內(nèi)容】：§2.3蛋白質(zhì)的分子構(gòu)造7/4/20252蛋白質(zhì)的構(gòu)造分為：

一級構(gòu)造、二級構(gòu)造、三級構(gòu)造、四級構(gòu)造。在二、三級構(gòu)造間劃分出超二級構(gòu)造和構(gòu)造域。7/4/20253蛋白質(zhì)的一、二、三、四級構(gòu)造7/4/202542.3.1蛋白質(zhì)的一級構(gòu)造一、蛋白質(zhì)的一級構(gòu)造蛋白質(zhì)的一級構(gòu)造（Primarystructure）又稱為共價構(gòu)造或化學構(gòu)造。是指蛋白質(zhì)中氨基酸的排列次序。（一）肽鍵與肽鏈1.肽鍵：一種氨基酸的α-COOH和相鄰的另一種氨基酸的α-NH2脫水形成共價鍵。如下圖：7/4/202557/4/20256肽鍵和肽的構(gòu)造7/4/202572.氨基酸借肽鍵連接起來叫肽；

1）兩個氨基酸構(gòu)成的肽叫二肽；

2）三個氨基酸構(gòu)成的肽叫三肽；3）多種氨基酸構(gòu)成的肽叫多肽；4）氨基酸借肽鍵連成長鏈，稱為肽鏈，肽鏈兩端有自由-NH2和-COOH，自由-NH2端稱為N-末端（氨基末端），自由-COOH端稱為C-末端（羧基末端）；

5）構(gòu)成肽鏈的氨基酸已殘缺不全，稱為氨基酸殘基；

6）肽鏈中的氨基酸的排列次序，一般-NH2端開始，由N指向C，即多肽鏈有方向性，N端為頭，C端為尾。7/4/20258（二）天然活性肽(理解)自然界中有自由存在的活性肽，重要有：1.谷胱甘肽（GSH）：三肽（Glu-Cys-Gly），廣泛存在于生物細胞中，具有自由的巰基，具有很強的還原性，可作為體內(nèi)重要的還原劑，保護某些蛋白質(zhì)或酶分子中的巰基免遭氧化，使其處在活性狀態(tài)。7/4/202597/4/2025102.促甲狀腺素釋放激素：三肽（焦谷氨酰組氨酰脯氨酸），可增進甲狀腺素的釋放。3.短桿菌素S：環(huán)十肽，具有D-苯丙氨酸、鳥氨酸，對革蘭氏陰性細菌有破壞作用，重要作用于細胞膜。4.青霉素：具有D—半胱氨酸和D—纈氨酸的二肽衍生物。重要破壞細菌的細胞壁粘肽的合成引起溶菌。7/4/2025115.牛催產(chǎn)素與加壓素：均為九肽，分子中具有一對二硫鍵，兩者構(gòu)造類似。前者可刺激子宮的收縮，增進分娩。后者可增進小動脈收縮，使血壓升高，也有抗利尿作用，參與水、鹽代謝的調(diào)整。牛催產(chǎn)素: SS Cys·Tyr·Ile·Gln·Asn·Cys·Pro·Leu·Gly-NH2牛加壓素:7.腦啡肽：為五肽，具有鎮(zhèn)痛作用。SS Cys·Tyr·Phe·Gln·Asn·Cys·Pro·Ary·Gly-NH26.舒緩激肽：增進血管舒張，增進水、鈉離子的排出。7/4/2025127/4/202513（三）蛋白質(zhì)的一級構(gòu)造研究一級構(gòu)造的研究包括：蛋白質(zhì)的氨基酸構(gòu)成測定，肽鏈數(shù)目確實定，末端氨基酸種類測定，氨基酸的排列次序測定，二硫鍵位置的測定，酰胺位置確實定。大體環(huán)節(jié)如下：1.獲取一定量純的蛋白質(zhì)樣品，測其分子量，然后將樣品完全水解，確定該蛋白質(zhì)的氨基酸種類、數(shù)目及每種氨基酸的含量。2.進行末端測定，確定該蛋白質(zhì)的肽鏈數(shù)目，N-端和C-端是什么氨基酸。

N-末端測定法：常采用2，4—二硝基氟苯法、Edman降解法、丹磺酰氯法。

C-末端測定法：常采用肼解法、羧肽酶法。p397/4/2025143.肽鏈的拆分:經(jīng)末端的分析，若該蛋白質(zhì)具有兩條以上的肽鏈，并且肽鏈之間是通過非共價鍵連接，使用蛋白質(zhì)變性劑將其變性后分開；若蛋白質(zhì)肽鏈之間通過共價鍵相連，則可采用過甲酸氧化法或巰基乙醇還原法將其分開。4.各肽鏈中氨基酸排列次序的測定:使用兩種以上的措施將肽鏈部分水解成肽段，測各肽段的氨基酸次序，然后使用片段重疊法推測出完整肽鏈的氨基酸次序。5.確定二硫鍵和酰胺的位置6.確定氨基酸的序列7/4/202515(四)胰島素的一級構(gòu)造1953年英國Sanger等人，完畢了牛胰島素(Isulin)一級構(gòu)造測定工作，分子量為5700D，有A鏈(21AA)和B鏈(30AA)兩條肽鏈，兩個鏈間有二硫鍵和一種鏈內(nèi)二硫鍵(A鏈)。7/4/202516五、蛋白質(zhì)的構(gòu)象和維持構(gòu)象的作用力p40-41構(gòu)型（configuration):立體異構(gòu)體分子中取代原子或基團在空間的取向，如幾何異構(gòu)體和旋光異構(gòu)體。構(gòu)型互變需要共價鍵的斷裂。構(gòu)象(conformation)：取代基團當單鍵旋轉(zhuǎn)時形成不一樣的立體構(gòu)造。構(gòu)象有無數(shù)種，交叉型最穩(wěn)定，重疊型最不穩(wěn)定。構(gòu)象互變不需要共價鍵的斷裂。7/4/202517a.鹽鍵、b.f.氫鍵、c.疏水作用d.范得華力、e.二硫鍵、g.酯鍵h.配位鍵7/4/202518二級構(gòu)造的概念：多肽鏈在一級構(gòu)造的基礎(chǔ)上，按照一定的方式有規(guī)律的旋轉(zhuǎn)或折疊形成的空間構(gòu)象。其實質(zhì)是多肽鏈在空間的排列方式。1.蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的立體化學原則LinusPauling和RobertCorey于20世紀40年代末至50年代初，應(yīng)用X-射線衍射法（X-raydiffraction）技術(shù)對α-角蛋白等研究成果，提出了蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的立體化學原則，要點如下：2.3.2、蛋白質(zhì)的二級構(gòu)造7/4/202519（1）肽鏈空間構(gòu)象的基本構(gòu)造單位為肽平面或肽單位。所謂的肽平面是指肽鏈中從一種Cα原子到另一種Cα原子之間的構(gòu)造，共包括6個原子（Cα、C、O、N、H、Cα），它們在空間共處在同一種平面。如下圖所示：7/4/202520（2）肽鍵上的原子呈反式構(gòu)型（見下一種片子）（3）肽鍵C-N鍵長為0.132nm,比一般的C-N單鍵(0.147nm)短，比C=N雙鍵(0.128nm)要長，具有部分雙鍵的性質(zhì)(partialdouble-bondcharacter)，不能旋轉(zhuǎn)。而

Cα-COOH、C-NH2，為真正單鍵(puresinglebond)，可以旋轉(zhuǎn)。7/4/2025217/4/202522(4)相鄰肽平面構(gòu)成二面角：一種Cα原子相連的兩個肽平面，由于N1-Cα和Cα-C2(羧基碳)兩個鍵為單鍵，肽平面可以分別圍繞這兩個鍵旋轉(zhuǎn)，從而構(gòu)成不一樣的構(gòu)象。一種肽平面圍繞N1-Cα(氮原子與α-碳原子)旋轉(zhuǎn)的角度，用Φ表達。另一種肽平面圍繞Cα-C2(α-碳原子與羧基碳)旋轉(zhuǎn)的角度，用Ψ表達。這兩個旋轉(zhuǎn)角度叫二面角(dihedralangle)。一般二面角(Φ,Ψ)確定后，一種多肽鏈的二級構(gòu)造就確定了p437/4/2025237/4/2025242.蛋白質(zhì)二級構(gòu)造重要類型有：α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角(1)α-螺旋（α-Helix）:又稱為3.613螺旋，Φ=-57。，Ψ=-47。構(gòu)造要點：多種肽鍵平面通過α-碳原子旋轉(zhuǎn)，主鏈繞一條固定軸形成右手螺旋。每3.6個氨基酸殘基上升一圈，相稱于0.54nm。相鄰兩圈螺旋之間借肽鍵中C＝O和N-H形成許多鏈內(nèi)氫健，即每一種氨基酸殘基中的NH和前面相隔三個殘基的C＝O之間形成氫鍵，這是穩(wěn)定α-螺旋的重要鍵。肽鏈中氨基酸側(cè)鏈R，分布在螺旋外側(cè)，其形狀、大小及電荷影響α-螺旋的形成。7/4/2025257/4/2025267/4/202527α-螺旋在許多蛋白中存在，如α-角蛋白、血紅蛋白、肌紅蛋白等，重要由α-螺旋構(gòu)造構(gòu)成。螺旋的構(gòu)造一般用“SN”來表達，S表達螺旋每旋轉(zhuǎn)一圈所含的殘基數(shù)，N表達形成氫鍵的C=O與H-N原子之間在主鏈上包括的原子數(shù)。7/4/202528*影響α-螺旋穩(wěn)定的原因：（P44）酸性或堿性氨基酸集中的區(qū)域，由于同電荷相斥，不利于α-螺旋形成；較大的R(如苯丙氨酸、色氨酸、異亮氨酸)集中的區(qū)域，也阻礙α－螺旋形成；脯氨酸因其α-碳原子位于五元環(huán)上，不易扭轉(zhuǎn)，加之它是亞氨基酸，不易形成氫鍵，故不易形成上述α-螺旋；甘氨酸的R基為H，空間占位很小，也會影響該處螺旋的穩(wěn)定。7/4/202529(2)β-折疊(β-pleatedsheets)又稱β-片層、β-構(gòu)造，其構(gòu)造要點如下：多肽鏈呈鋸齒狀（或扇面狀）排列成比較伸展的構(gòu)造；相鄰兩個氨基酸殘基的軸心距離為0.35nm，側(cè)鏈R基團交替地分布在片層平面的上下方，片層間有氫鍵相連；有平行式和反平行式兩種，平行式的折疊其Φ=-119。，Ψ=+113。。反平行折疊其Φ=-139。，Ψ=+135。。這種片層在絲心蛋白里大量存在。7/4/2025307/4/2025317/4/2025327/4/202533又稱β-彎曲，β-回折或發(fā)夾構(gòu)造。指蛋白質(zhì)的多肽鏈在形成空間構(gòu)象時常常會出現(xiàn)180。的回折，回折處的構(gòu)造就稱為β-轉(zhuǎn)角。一般由四個持續(xù)的氨基酸構(gòu)成，第一種氨基酸的羧基與第四個氨基酸的氨基形成氫鍵。也有某些是由第一種氨基酸的羧基與第三個氨基酸的氨基形成氫鍵。(3)β-轉(zhuǎn)角7/4/2025347/4/202535

——泛指不能歸入明確的二級構(gòu)造如折疊片和螺旋的多肽片斷。（4）無規(guī)卷曲（randomcoil）7/4/2025362.3.3超二級構(gòu)造和構(gòu)造域1．超二級構(gòu)造超二級構(gòu)造（Super-secondarystructure）的概念是M.Rossmann于1973年提出來的。蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈在三維折疊中往往形成有規(guī)則的二級構(gòu)造匯集體，在球蛋白中充當三級構(gòu)造的構(gòu)件。常見的有：αα、ββ、βαβαβ等。7/4/2025377/4/2025387/4/2025397/4/2025407/4/2025417/4/2025427/4/2025432．構(gòu)造域（structuraldomain）在某些相對較大的蛋白質(zhì)分子中，在空間折疊時往往先分別折疊成幾種相對獨立的區(qū)域，再組裝成更復(fù)雜的球狀構(gòu)造，這種在二級或超二級構(gòu)造基礎(chǔ)上形成的特定區(qū)域稱為構(gòu)造域。它的構(gòu)造層次介于超二級構(gòu)造和三級構(gòu)造之間。如圖所示：7/4/2025447/4/2025457/4/2025467/4/202547

2.3.4.蛋白質(zhì)的三級構(gòu)造一條多肽鏈中所有原子在三維空間的整體排布，稱為三級構(gòu)造，是包括主、側(cè)鏈在內(nèi)的空間排列。大多數(shù)蛋白質(zhì)的三級構(gòu)造為球狀或近似球狀。在三級構(gòu)造中，大多數(shù)的親水的R側(cè)基分布于球形構(gòu)造的表面，而疏水的R側(cè)基分布于球形構(gòu)造的內(nèi)部，形成疏水的關(guān)鍵。7/4/2025487/4/2025497/4/2025507/4/202551三級構(gòu)造形成后，生物學活性必需基團靠近，形成活性中心或部位，即蛋白質(zhì)分子表面形成了某些發(fā)揮生物學功能的特定區(qū)域。7/4/202552三級構(gòu)造重要靠次級鍵（非共價鍵，noncovalent）維系固定，重要有：氫鍵、離子鍵（鹽鍵）、疏水的互相作用（疏水鍵）、范德華力、配位鍵，此外二硫鍵（共價鍵）也參與維系三級構(gòu)造。7/4/202553

2.3.5蛋