生物化學(xué)第5章蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)

1、第5章 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)一、研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法一、研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法二、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力二、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力三、多肽主鏈折疊的空間限制三、多肽主鏈折疊的空間限制四、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式四、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式五、纖維狀蛋白質(zhì)五、纖維狀蛋白質(zhì)六、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域六、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域七、球狀蛋白質(zhì)與三級(jí)結(jié)構(gòu)七、球狀蛋白質(zhì)與三級(jí)結(jié)構(gòu)八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)九、蛋白質(zhì)折疊九、蛋白質(zhì)折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)十、亞基締合和四級(jí)結(jié)構(gòu)十、亞基締合和四級(jí)結(jié)構(gòu)(Three-dimentional structure of proteins)一、研究蛋白質(zhì)構(gòu)象

2、的方法 用用 x 射線衍射（射線衍射（x ray diffraction ）研究）研究蛋白質(zhì)的構(gòu)象時(shí)，蛋白質(zhì)必須結(jié)晶。用波長(zhǎng)蛋白質(zhì)的構(gòu)象時(shí)，蛋白質(zhì)必須結(jié)晶。用波長(zhǎng)很短的很短的 x 射線照射蛋白質(zhì)晶體，發(fā)生散射，底射線照射蛋白質(zhì)晶體，發(fā)生散射，底片曝光后，得到片曝光后，得到衍射圖，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，衍射圖，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，繪出電子密度圖，從中構(gòu)建出三維分子圖像。繪出電子密度圖，從中構(gòu)建出三維分子圖像。 （x 射線衍射法）抹香鯨肌紅蛋白三維結(jié)構(gòu)的x射線衍射研究 X射線衍射圖射線衍射圖 血紅素部分的電子密度圖血紅素部分的電子密度圖抹香鯨肌紅蛋白三維結(jié)構(gòu)的x 射線衍射研究血紅素結(jié)構(gòu)與電子密度圖的吻合血紅

3、素結(jié)構(gòu)與電子密度圖的吻合 肌紅蛋白中的血紅素肌紅蛋白中的血紅素肌紅蛋白分子中部分肽鏈的電子密度圖核磁共振法 核磁共振（核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）波譜）波譜法利用各種多維核磁共振譜圖法利用各種多維核磁共振譜圖, ,得到得到各原子之間的距離信息各原子之間的距離信息, , 再結(jié)合蛋白質(zhì)分子的共再結(jié)合蛋白質(zhì)分子的共價(jià)結(jié)構(gòu)價(jià)結(jié)構(gòu), , 經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算得到分子的空間結(jié)構(gòu)。此經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算得到分子的空間結(jié)構(gòu)。此法可以測(cè)定溶液中蛋白質(zhì)的構(gòu)象，可用于研究蛋法可以測(cè)定溶液中蛋白質(zhì)的構(gòu)象，可用于研究蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的變化、蛋白質(zhì)分子的折疊、蛋白白質(zhì)分子構(gòu)象的變化、蛋白質(zhì)分子

4、的折疊、蛋白質(zhì)分子與其他分子的相互作用等。質(zhì)分子與其他分子的相互作用等。1H，13C，15N，19F，31P肌紅蛋白的一種二維氫譜肌紅蛋白血紅素局部的結(jié)構(gòu)2 21 1研究溶液中蛋白質(zhì)構(gòu)象的光譜學(xué)方法（紫外差光譜）（紫外差光譜） 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)中的中的Trp、Tyr、Phe等殘基有紫外吸收，等殘基有紫外吸收，紫外吸收的指標(biāo)有兩個(gè)，即最大吸收波長(zhǎng)（紫外吸收的指標(biāo)有兩個(gè)，即最大吸收波長(zhǎng)（max）和摩爾消光系數(shù)（和摩爾消光系數(shù)（）。這些殘基處于不同的微環(huán)境）。這些殘基處于不同的微環(huán)境下時(shí)，它們的下時(shí)，它們的max和和會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。環(huán)境極會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。環(huán)境極性增大會(huì)引起吸收峰向短波方向移動(dòng)，稱為藍(lán)

5、移，性增大會(huì)引起吸收峰向短波方向移動(dòng)，稱為藍(lán)移，反之，引起紅移。測(cè)定兩個(gè)樣品（同一蛋白溶液，反之，引起紅移。測(cè)定兩個(gè)樣品（同一蛋白溶液，條件有所改變，如條件有所改變，如pH、溶劑種類、離子強(qiáng)度或溫度、溶劑種類、離子強(qiáng)度或溫度等）的紫外吸收光譜之差（差光譜），可以得知這等）的紫外吸收光譜之差（差光譜），可以得知這些基團(tuán)的微環(huán)境。些基團(tuán)的微環(huán)境。 紫外差光譜 在極性溶劑中，如果蛋白質(zhì)中某種氨基酸殘?jiān)跇O性溶劑中，如果蛋白質(zhì)中某種氨基酸殘基的基的max和和大于游離存在的同一種氨基酸的大于游離存在的同一種氨基酸的max和和，說(shuō)明這種氨基酸殘基一定位于蛋白質(zhì)，說(shuō)明這種氨基酸殘基一定位于蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部，并

6、被非極性氨基酸殘基所包圍。如分子的內(nèi)部，并被非極性氨基酸殘基所包圍。如果蛋白質(zhì)的紫外吸收光譜對(duì)溶劑的極性變化很敏果蛋白質(zhì)的紫外吸收光譜對(duì)溶劑的極性變化很敏感，則產(chǎn)生感，則產(chǎn)生max和和變化的氨基酸殘基一定位于變化的氨基酸殘基一定位于蛋白質(zhì)分子表面。蛋白質(zhì)分子表面。 Tyr在pH6和pH13的吸收光譜Tyr是否處于解離狀態(tài)可以通過(guò)紫外吸收光譜測(cè)出是否處于解離狀態(tài)可以通過(guò)紫外吸收光譜測(cè)出Tyr 酚羥基的酚羥基的pKa=10.07熒光測(cè)定 有些物質(zhì)可以吸收某種波長(zhǎng)的輻射，吸收的能有些物質(zhì)可以吸收某種波長(zhǎng)的輻射，吸收的能量少部分轉(zhuǎn)變成熱量，大部分在量少部分轉(zhuǎn)變成熱量，大部分在109108秒內(nèi)以秒內(nèi)以較

7、長(zhǎng)的波長(zhǎng)發(fā)出輻射，這種發(fā)出的輻射稱為熒光。較長(zhǎng)的波長(zhǎng)發(fā)出輻射，這種發(fā)出的輻射稱為熒光。在蛋白質(zhì)中，在蛋白質(zhì)中，Trp和和Tyr殘基是主要的熒光基團(tuán)，殘基是主要的熒光基團(tuán)，Phe殘基也能發(fā)出熒光。它們的熒光殘基也能發(fā)出熒光。它們的熒光max分別為分別為348nm、303nm和和282nm。這些殘基的微環(huán)境的不。這些殘基的微環(huán)境的不同會(huì)導(dǎo)致同會(huì)導(dǎo)致max及熒光強(qiáng)度的不同，根據(jù)其熒光變及熒光強(qiáng)度的不同，根據(jù)其熒光變化可以得知其所處的微環(huán)境。化可以得知其所處的微環(huán)境。 熒光分光光度計(jì)工作原理圖酪氨酸的吸收光譜與熒光光譜Trp、Tyr和Phe的熒光光譜在中性水溶液中在中性水溶液中熒光測(cè)定的指標(biāo) 熒光分析

8、的原理與紫外吸收分析有些相似。熒光分析的原理與紫外吸收分析有些相似。測(cè)定的指標(biāo)是熒光測(cè)定的指標(biāo)是熒光max和量子產(chǎn)率和量子產(chǎn)率Q。吸收的光子數(shù)發(fā)射的熒光光子數(shù)Q熒光測(cè)定中猝滅劑的作用 通過(guò)加入熒光通過(guò)加入熒光猝滅劑，如猝滅劑，如I 、Cs+、硝酸鹽、硝酸鹽等，若能猝滅某氨基酸殘基的熒光，說(shuō)明該等，若能猝滅某氨基酸殘基的熒光，說(shuō)明該殘基殘基位于蛋白質(zhì)分子的表面；若不能，則可能該殘基位于蛋白質(zhì)分子的表面；若不能，則可能該殘基位于猝滅劑進(jìn)不去的蛋白質(zhì)分子內(nèi)部或較小的裂位于猝滅劑進(jìn)不去的蛋白質(zhì)分子內(nèi)部或較小的裂隙中，也可能位于能排斥猝滅劑的帶電區(qū)域（猝隙中，也可能位于能排斥猝滅劑的帶電區(qū)域（猝滅劑與該

9、區(qū)域帶有相同的電荷）。滅劑與該區(qū)域帶有相同的電荷）。 熒光測(cè)定中熒光探針的作用 熒光探針是一種能發(fā)出熒光的小分子化合熒光探針是一種能發(fā)出熒光的小分子化合物，物，如如1-苯胺基苯胺基-8-磺基萘（磺基萘（ANS）、）、1-二甲基二甲基氨基氨基-萘萘-5-磺酸鹽（磺酸鹽（DNS）或其衍生物）或其衍生物1-二甲基二甲基氨基氨基-萘萘-5-磺酰氯（丹磺酰氯）。熒光探針可與磺酰氯（丹磺酰氯）。熒光探針可與蛋白質(zhì)共價(jià)或非共價(jià)結(jié)合，再分析熒光探針的蛋白質(zhì)共價(jià)或非共價(jià)結(jié)合，再分析熒光探針的熒光變化，熒光變化，可知與熒光探針結(jié)合的部位處于何可知與熒光探針結(jié)合的部位處于何種微環(huán)境。種微環(huán)境。 圓二色性 兩個(gè)波長(zhǎng)和

10、振幅相等的平面偏振光，當(dāng)它們兩個(gè)波長(zhǎng)和振幅相等的平面偏振光，當(dāng)它們的偏振面互相垂直，且相位相差的偏振面互相垂直，且相位相差90度時(shí)，可以合度時(shí)，可以合成為圓偏振光。圓偏振光有兩種，一種是左圓偏成為圓偏振光。圓偏振光有兩種，一種是左圓偏振光，一種是右圓偏振光。當(dāng)朝向光源方向看時(shí)，振光，一種是右圓偏振光。當(dāng)朝向光源方向看時(shí)，圓偏振光的電場(chǎng)矢量順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的為右圓偏圓偏振光的電場(chǎng)矢量順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的為右圓偏振光，反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的為左圓偏振光。當(dāng)兩種振光，反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的為左圓偏振光。當(dāng)兩種圓偏振光振幅相等時(shí)，合成為平面偏振光。當(dāng)兩圓偏振光振幅相等時(shí)，合成為平面偏振光。當(dāng)兩種圓偏振光振幅不等時(shí)，合成

11、為橢圓偏振光。種圓偏振光振幅不等時(shí)，合成為橢圓偏振光。 橢圓偏振和橢圓率旋光度旋光度橢圓率橢圓率圓二色性 蛋白質(zhì)分子具有不對(duì)稱性，有些是構(gòu)型不對(duì)蛋白質(zhì)分子具有不對(duì)稱性，有些是構(gòu)型不對(duì)稱性，如氨基酸殘基中的手性碳原子，有些是構(gòu)稱性，如氨基酸殘基中的手性碳原子，有些是構(gòu)象不對(duì)稱性，如左手和右手蛋白質(zhì)螺旋。手性物象不對(duì)稱性，如左手和右手蛋白質(zhì)螺旋。手性物質(zhì)對(duì)左圓和右圓偏振光的吸收不同（對(duì)光的吸收質(zhì)對(duì)左圓和右圓偏振光的吸收不同（對(duì)光的吸收使光的振幅減?。?，當(dāng)兩種振幅相等的圓偏振光使光的振幅減?。?，當(dāng)兩種振幅相等的圓偏振光通過(guò)蛋白質(zhì)溶液后，振幅變得不相等了，于是產(chǎn)通過(guò)蛋白質(zhì)溶液后，振幅變得不相等了，于是

12、產(chǎn)生了橢圓偏振光。這種光學(xué)效應(yīng)叫做圓二色性生了橢圓偏振光。這種光學(xué)效應(yīng)叫做圓二色性（circular dichroism，CD）。）。 圓二色性 左圓和右圓偏振光的電矢量分別以左圓和右圓偏振光的電矢量分別以EL和和ER表表示示，L L 和和R R 分別表示手性物質(zhì)對(duì)分別表示手性物質(zhì)對(duì)EL和和ER光吸光吸收的摩爾吸收系數(shù)，則收的摩爾吸收系數(shù)，則= = L L- - R R 為圓二色為圓二色性，圓二色性也用摩爾橢圓率性，圓二色性也用摩爾橢圓率 表示，這兩種表示，這兩種表示方式之間的關(guān)系為：表示方式之間的關(guān)系為： 3300100cl式中橢圓率式中橢圓率 c = =摩爾濃度，摩爾濃度，l = =光程（

13、光程（cm）。）。 的單位為度的單位為度厘米厘米2 2/分摩爾（分摩爾（degcm2/dmol）。）。 的值可以是正值，也可以是負(fù)值，當(dāng)?shù)闹悼梢允钦担部梢允秦?fù)值，當(dāng)為正值時(shí)，叫正圓二色性；當(dāng)為正值時(shí)，叫正圓二色性；當(dāng)為負(fù)值時(shí)，為負(fù)值時(shí)，叫負(fù)圓二色性。叫負(fù)圓二色性。clab33tan)/arctan(圓二色性（當(dāng)（當(dāng) 很小時(shí)）很小時(shí)）圓二色性 對(duì)于一定的蛋白質(zhì)溶液來(lái)說(shuō)，在不同的波長(zhǎng)對(duì)于一定的蛋白質(zhì)溶液來(lái)說(shuō)，在不同的波長(zhǎng)下有不同的下有不同的 值，以值，以 值為縱坐標(biāo)，波長(zhǎng)為橫值為縱坐標(biāo)，波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，得出的曲線就是坐標(biāo)，得出的曲線就是CD光譜。光譜。 在蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)中，在蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)中

14、，螺旋、螺旋、折疊和折疊和無(wú)規(guī)卷曲具有不同的無(wú)規(guī)卷曲具有不同的CD光譜，通過(guò)測(cè)定某一蛋白光譜，通過(guò)測(cè)定某一蛋白質(zhì)溶液在幾個(gè)波長(zhǎng)處的質(zhì)溶液在幾個(gè)波長(zhǎng)處的 值，可以得知該蛋白值，可以得知該蛋白質(zhì)中這質(zhì)中這3種二級(jí)結(jié)構(gòu)的比例。種二級(jí)結(jié)構(gòu)的比例。多聚賴氨酸不同構(gòu)象的標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)紫外CD光譜圓二色性 假設(shè)蛋白質(zhì)分子全由這假設(shè)蛋白質(zhì)分子全由這3種構(gòu)象單元組成，它種構(gòu)象單元組成，它們所含的殘基數(shù)占蛋白質(zhì)分子總殘基數(shù)的百分?jǐn)?shù)們所含的殘基數(shù)占蛋白質(zhì)分子總殘基數(shù)的百分?jǐn)?shù)分別為分別為f, , f , , f R R，則，則 f f f R R = = 1 1 。 再假設(shè)蛋白質(zhì)分子中的各種構(gòu)象單元在各個(gè)再假設(shè)蛋白質(zhì)分子中的

15、各種構(gòu)象單元在各個(gè)波長(zhǎng)處的橢圓率也可以加和，則波長(zhǎng)處的橢圓率也可以加和，則 ,RRfff 式中式中 為實(shí)驗(yàn)樣品為實(shí)驗(yàn)樣品CD曲線在波長(zhǎng)曲線在波長(zhǎng)處的摩爾處的摩爾橢圓率，橢圓率， 、 、 R R 分別為分別為100%螺螺旋、旋、100%折疊片和折疊片和100%無(wú)規(guī)卷曲構(gòu)象在波長(zhǎng)無(wú)規(guī)卷曲構(gòu)象在波長(zhǎng)處處的摩爾橢圓率，這些數(shù)據(jù)可由人工合成的多聚氨基的摩爾橢圓率，這些數(shù)據(jù)可由人工合成的多聚氨基酸獲得（即標(biāo)準(zhǔn)值）。利用上述公式，酸獲得（即標(biāo)準(zhǔn)值）。利用上述公式，只要測(cè)定三只要測(cè)定三個(gè)不同波長(zhǎng)處的個(gè)不同波長(zhǎng)處的 ，得到一個(gè)三元一次方程組，得到一個(gè)三元一次方程組，即可解得即可解得 f, , f , , f R

16、 R 。圓二色性1, 1, 1, 12, 2, 2, 13, 3, 3, 3 RRRRRRfffffffff 二、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力 穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力主要是一些穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力主要是一些所謂弱的相互作用，或稱非共價(jià)鍵和次級(jí)鍵，所謂弱的相互作用，或稱非共價(jià)鍵和次級(jí)鍵，包括氫鍵、范德華力、疏水作用和鹽鍵（離子包括氫鍵、范德華力、疏水作用和鹽鍵（離子鍵）。這些弱的相互作用也是穩(wěn)定核酸構(gòu)象、鍵）。這些弱的相互作用也是穩(wěn)定核酸構(gòu)象、生物膜結(jié)構(gòu)的作用力。此外，共價(jià)的二硫鍵在生物膜結(jié)構(gòu)的作用力。此外，共價(jià)的二硫鍵在穩(wěn)定某些蛋白質(zhì)的構(gòu)象方面也起著重要的作用。穩(wěn)定某些蛋白質(zhì)的構(gòu)象方面

17、也起著重要的作用。 穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力圖示 鹽鍵鹽鍵 氫鍵氫鍵 疏水作用疏水作用 范德華力范德華力 二硫鍵二硫鍵穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的幾種鍵的鍵能鍵鍵鍵能（鍵能（kJ / mol）氫鍵氫鍵1330范德華力范德華力48疏水作用疏水作用1220鹽鍵鹽鍵1230二硫鍵二硫鍵210氫 鍵 由電負(fù)性強(qiáng)的原子與氫形成的基團(tuán)如由電負(fù)性強(qiáng)的原子與氫形成的基團(tuán)如NH和和OH具有很大的偶極矩，成鍵電子云分布偏向電具有很大的偶極矩，成鍵電子云分布偏向電負(fù)性大的原子，氫原子核周圍的電子分布就少，正負(fù)性大的原子，氫原子核周圍的電子分布就少，正電荷的氫核在外側(cè)裸露。這一正電荷氫核遇到附近電荷的氫核在外側(cè)裸露。這一正

18、電荷氫核遇到附近一個(gè)電負(fù)性強(qiáng)的原子時(shí)，就產(chǎn)生靜電吸引，即是氫一個(gè)電負(fù)性強(qiáng)的原子時(shí)，就產(chǎn)生靜電吸引，即是氫鍵。氫鍵有兩個(gè)重要的特征，一是方向性，受體鍵。氫鍵有兩個(gè)重要的特征，一是方向性，受體 y與供體與供體 x 之間的角度接近之間的角度接近180；另一個(gè)是飽和性，；另一個(gè)是飽和性，在一般情況下，在一般情況下，xH只能和一個(gè)只能和一個(gè) y 原子結(jié)合原子結(jié)合。 XHY范德華力 范德華力包括范德華力包括3種較弱的作用力，即定向效種較弱的作用力，即定向效應(yīng)（取向力，永久偶極矩）、誘導(dǎo)效應(yīng)（誘導(dǎo)力，應(yīng)（取向力，永久偶極矩）、誘導(dǎo)效應(yīng)（誘導(dǎo)力，誘導(dǎo)偶極矩）和分散效應(yīng)（色散力，瞬時(shí)偶極誘導(dǎo)偶極矩）和分散效應(yīng)（

19、色散力，瞬時(shí)偶極矩）。通常以分散效應(yīng)作用最大。矩）。通常以分散效應(yīng)作用最大。 范德華力包括吸引力和斥力兩種作用，只有范德華力包括吸引力和斥力兩種作用，只有當(dāng)兩個(gè)非鍵合原子處于一定距離時(shí)吸引力才能達(dá)當(dāng)兩個(gè)非鍵合原子處于一定距離時(shí)吸引力才能達(dá)到最大，這個(gè)距離稱為接觸距離或范德華距離，到最大，這個(gè)距離稱為接觸距離或范德華距離，它等于兩個(gè)原子的范德華半徑之和。它等于兩個(gè)原子的范德華半徑之和。 幾種生物學(xué)上重要原子的范德華半徑和共價(jià)鍵半徑原子原子范德華半徑（范德華半徑（nm）共價(jià)鍵半徑（共價(jià)鍵半徑（nm）H0.120.030C0.200.077N0.150.070O0.140.066S0.180.104

20、P0.190.110疏水作用 疏水作用并不是成鍵。疏水作用并不是成鍵。蛋白質(zhì)溶液系統(tǒng)的熵蛋白質(zhì)溶液系統(tǒng)的熵增加是疏水作用的主要?jiǎng)恿?。僅從疏水基團(tuán)相互增加是疏水作用的主要?jiǎng)恿?。僅從疏水基團(tuán)相互聚集本身來(lái)看，這是有序化的過(guò)程，造成熵減少，聚集本身來(lái)看，這是有序化的過(guò)程，造成熵減少，不能自發(fā)進(jìn)行。但這一過(guò)程涉及到水的熵增加，不能自發(fā)進(jìn)行。但這一過(guò)程涉及到水的熵增加，由于水的熵增加大于疏水基團(tuán)熵減少的絕對(duì)值，由于水的熵增加大于疏水基團(tuán)熵減少的絕對(duì)值，過(guò)程總的熵變是增加的，可以自發(fā)進(jìn)行。過(guò)程總的熵變是增加的，可以自發(fā)進(jìn)行。疏水作用 當(dāng)疏水化合物或基團(tuán)進(jìn)入水中時(shí)，它周圍的水當(dāng)疏水化合物或基團(tuán)進(jìn)入水中時(shí)，它

21、周圍的水分子將排列成剛性的有序結(jié)構(gòu)，即所謂的籠形結(jié)構(gòu)，分子將排列成剛性的有序結(jié)構(gòu)，即所謂的籠形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是高度有序化的。當(dāng)疏水基團(tuán)聚集時(shí)，籠這種結(jié)構(gòu)是高度有序化的。當(dāng)疏水基團(tuán)聚集時(shí)，籠形結(jié)構(gòu)被破壞，這部分水進(jìn)入自由水中，這樣水的形結(jié)構(gòu)被破壞，這部分水進(jìn)入自由水中，這樣水的熵就增加了。熵就增加了。 籠中包裹的籠中包裹的是三丁烷基是三丁烷基硫離子硫離子膠束的形成膠束的形成膠束膠束疏水作用 在生理溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，疏水在生理溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，疏水作用加強(qiáng)，但超過(guò)一定溫度后（作用加強(qiáng)，但超過(guò)一定溫度后（5060）又趨）又趨減弱。減弱。 非極性溶劑、去污劑能破壞疏水作用，因此非極

22、性溶劑、去污劑能破壞疏水作用，因此是變性劑。尿素和鹽酸胍既能破壞氫鍵，又能破是變性劑。尿素和鹽酸胍既能破壞氫鍵，又能破壞疏水作用，因此是強(qiáng)變性劑。壞疏水作用，因此是強(qiáng)變性劑。2020種常見(jiàn)氨基酸的親水指數(shù) Amino acidHydropathy indexAmino acidHydropathy indexArginine -4.5Threonine-0.7Lysine-3.9Glycine-0.4Asparagine-3.5Proline1.6Aspartate-3.5Alanine1.8Glutamate-3.5Methionine1.9Glutamine-3.5Cysteine2.5H

23、istidine-3.2Phenylalanine2.8Tyrosine-1.3Leucine3.8Tryptophan-0.9Valine4.2Serine-0.8Isoleucine4.5鹽 鍵 蛋白質(zhì)分子中可解離的基團(tuán)解離后就帶有電蛋白質(zhì)分子中可解離的基團(tuán)解離后就帶有電荷，異種電荷之間通過(guò)靜電引力彼此吸引。鹽鍵荷，異種電荷之間通過(guò)靜電引力彼此吸引。鹽鍵因加入非極性溶劑而加強(qiáng)（非極性溶劑的介電常因加入非極性溶劑而加強(qiáng)（非極性溶劑的介電常數(shù)小，靜電引力增加），加入鹽類而減弱。數(shù)小，靜電引力增加），加入鹽類而減弱。 221rqqF二硫鍵 二硫鍵的形成并不規(guī)定肽鏈的折疊，而是折二硫鍵的形成并不規(guī)

24、定肽鏈的折疊，而是折疊好以后，靠近的半胱氨酸之間形成二硫鍵。二疊好以后，靠近的半胱氨酸之間形成二硫鍵。二硫鍵能夠穩(wěn)定三維結(jié)構(gòu)。硫鍵能夠穩(wěn)定三維結(jié)構(gòu)。 三、多肽主鏈折疊的空間限制完全伸展的肽鏈構(gòu)象示示角和角和角角框內(nèi)為一個(gè)氨基酸殘基框內(nèi)為一個(gè)氨基酸殘基幾種不同的角和角 當(dāng)當(dāng)和和旋轉(zhuǎn)鍵所在酰胺平面與旋轉(zhuǎn)鍵所在酰胺平面與H-C-R所在平面垂直，且所在平面垂直，且該旋轉(zhuǎn)鍵兩側(cè)的主鏈處于順式構(gòu)象時(shí)，規(guī)定該旋轉(zhuǎn)鍵兩側(cè)的主鏈處于順式構(gòu)象時(shí)，規(guī)定= 0和和= 0。從。從C沿鍵軸方向觀察，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度為正值，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角沿鍵軸方向觀察，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度為正值，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度為負(fù)值。度為負(fù)值。拉氏構(gòu)象圖

25、印度印度學(xué)者學(xué)者Ramachandran G N及其同事把肽鏈及其同事把肽鏈的原子看成是簡(jiǎn)單的硬球，根據(jù)原子的范德華半徑的原子看成是簡(jiǎn)單的硬球，根據(jù)原子的范德華半徑確定了非鍵合原子之間的最小接觸距離（允許距確定了非鍵合原子之間的最小接觸距離（允許距離）。并根據(jù)非鍵合原子之間的最小接觸距離，確離）。并根據(jù)非鍵合原子之間的最小接觸距離，確定哪些成對(duì)的定哪些成對(duì)的和和是允許的，哪些是不允許的，作是允許的，哪些是不允許的，作成了一個(gè)圖，即拉氏構(gòu)象圖。成了一個(gè)圖，即拉氏構(gòu)象圖。拉氏構(gòu)象圖 圖中的陰影部分用白線封閉的區(qū)域是允許區(qū)，圖中的陰影部分用白線封閉的區(qū)域是允許區(qū)，其它陰影部分是不完全允許區(qū)，陰影外的

26、部分是不其它陰影部分是不完全允許區(qū)，陰影外的部分是不允許區(qū)。這些區(qū)域的定義適用于非甘氨酸殘基，若允許區(qū)。這些區(qū)域的定義適用于非甘氨酸殘基，若是 甘 氨 酸 殘 基 ， 允 許 的 區(qū) 域 會(huì) 大 得 多 。是 甘 氨 酸 殘 基 ， 允 許 的 區(qū) 域 會(huì) 大 得 多 。Ramachandran等人測(cè)定了等人測(cè)定了8個(gè)蛋白質(zhì)的個(gè)蛋白質(zhì)的1000個(gè)非甘個(gè)非甘氨酸殘基的氨酸殘基的角和角和角，將它們描在圖中，可以角，將它們描在圖中，可以看到，看到，實(shí)際測(cè)定值和理論推導(dǎo)值還是相當(dāng)吻合的。實(shí)際測(cè)定值和理論推導(dǎo)值還是相當(dāng)吻合的。可允許的和值（拉氏構(gòu)象圖）（拉氏構(gòu)象圖）四、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式1.

27、螺旋（helixhelix） 螺旋是右手螺旋，螺旋是右手螺旋，螺旋中每個(gè)螺旋中每個(gè)碳的碳的角和角和角分別在角分別在57和和47附近，每圈螺旋占附近，每圈螺旋占3.6個(gè)氨個(gè)氨基酸殘基，沿螺旋軸方向上升基酸殘基，沿螺旋軸方向上升0.54nm。每個(gè)殘基繞。每個(gè)殘基繞軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)100，沿軸上升，沿軸上升0.15nm。殘基的側(cè)鏈伸向外。殘基的側(cè)鏈伸向外側(cè)，不計(jì)側(cè)鏈基團(tuán)的螺旋直徑為側(cè)，不計(jì)側(cè)鏈基團(tuán)的螺旋直徑為0.5nm。相鄰螺圈之。相鄰螺圈之間形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與螺旋軸平行。從間形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與螺旋軸平行。從N末末端出發(fā)，氫鍵是由每個(gè)肽基的端出發(fā)，氫鍵是由每個(gè)肽基的C=O與其前面第與其前

28、面第3個(gè)肽個(gè)肽基的基的NH之間形成的。由氫鍵封閉的環(huán)是之間形成的。由氫鍵封閉的環(huán)是13元環(huán)，元環(huán)，因此因此螺旋也稱為螺旋也稱為3.613螺旋。螺旋。 螺旋的各種圖示螺旋頂面觀外圍的紫色小球?yàn)橥鈬淖仙∏驗(yàn)镽基基螺旋中的氫鍵連接十三元環(huán)十三元環(huán)螺旋的偶極矩C端積累了端積累了部分負(fù)電荷部分負(fù)電荷N N端積累了端積累了部分正電荷部分正電荷影響螺旋形成的因素 一條肽鏈能否形成一條肽鏈能否形成螺旋，以及形成的螺旋螺旋，以及形成的螺旋是否穩(wěn)定，與它的氨基酸組成和序列有極大關(guān)系。是否穩(wěn)定，與它的氨基酸組成和序列有極大關(guān)系。R基小且不帶電荷的多聚丙氨酸，在基小且不帶電荷的多聚丙氨酸，在pH7的水溶的水溶液中

29、能自發(fā)地卷曲成液中能自發(fā)地卷曲成螺旋，但多聚賴氨酸在同螺旋，但多聚賴氨酸在同樣的樣的pH條件下不能形成條件下不能形成螺旋，多聚谷氨酸也是螺旋，多聚谷氨酸也是如此。當(dāng)如此。當(dāng)pH變化到使這些多聚氨基酸不帶電荷變化到使這些多聚氨基酸不帶電荷時(shí)，它們就能形成時(shí)，它們就能形成螺旋。螺旋。 pH對(duì)多聚賴氨酸和多聚谷氨酸構(gòu)象的影響影響螺旋形成的因素 R基太大也不能形成基太大也不能形成螺旋，如多聚亮螺旋，如多聚亮氨酸。脯氨酸的氨酸。脯氨酸的CN鍵和鍵和CN都不能旋都不能旋轉(zhuǎn)，而且不具有酰胺氫，不能形成鏈內(nèi)氫鍵。轉(zhuǎn)，而且不具有酰胺氫，不能形成鏈內(nèi)氫鍵。因此，多肽鏈中只要出現(xiàn)脯氨酸，因此，多肽鏈中只要出現(xiàn)脯氨酸

30、，螺旋即螺旋即被中斷，產(chǎn)生一個(gè)被中斷，產(chǎn)生一個(gè)“結(jié)節(jié)結(jié)節(jié)”（kink）。）。 不常見(jiàn)的螺旋類型 蛋白質(zhì)中還發(fā)現(xiàn)幾種不常見(jiàn)的其它類型的螺蛋白質(zhì)中還發(fā)現(xiàn)幾種不常見(jiàn)的其它類型的螺旋。其中最常見(jiàn)的是旋。其中最常見(jiàn)的是310螺旋，還有螺旋，還有4.416螺旋螺旋（螺旋）。螺旋）。 2. 折疊片（pleated sheet） 可以把可以把折疊片想象為由折疊的條狀紙片側(cè)向折疊片想象為由折疊的條狀紙片側(cè)向并排而成。每條紙片代表一條肽鏈，肽鏈沿紙條成并排而成。每條紙片代表一條肽鏈，肽鏈沿紙條成鋸齒狀，鋸齒狀，碳原子位于折疊線上。側(cè)鏈基團(tuán)都垂直碳原子位于折疊線上。側(cè)鏈基團(tuán)都垂直于折疊片的平面，并交替地從平面上下二

31、側(cè)伸出。于折疊片的平面，并交替地從平面上下二側(cè)伸出。折疊片有兩種形式，一種是折疊片有兩種形式，一種是平行式（平行式（parallel），），另一種是反平行式（另一種是反平行式（antiparallel），氫鍵在股間形），氫鍵在股間形成。成。折疊片中的每條肽鏈稱為折疊片中的每條肽鏈稱為折疊股或折疊股或股股（strand）。）。 折疊片（反平行）黑黑 C紅紅 O藍(lán)藍(lán) N白白 H黃黃 R 基基平行和反平行的折疊片平行平行反平行反平行折疊片 平行式中平行式中碳的碳的角和角和角分別為角分別為119和和113左右，反平行式的分別為左右，反平行式的分別為139和和135左右。平行左右。平行折疊片一般是大結(jié)構(gòu)

32、，少于折疊片一般是大結(jié)構(gòu)，少于5個(gè)個(gè)股的很少見(jiàn)，而反平行股的很少見(jiàn)，而反平行折疊片可以少到僅由折疊片可以少到僅由2個(gè)個(gè)股組成。股組成。 平行平行折疊片中疏水基團(tuán)分布在折疊片平面折疊片中疏水基團(tuán)分布在折疊片平面的兩側(cè)，而反平行的兩側(cè)，而反平行折疊片中通常所有的疏水側(cè)折疊片中通常所有的疏水側(cè)鏈都排列在折疊片平面的一側(cè)，這就要求參與反鏈都排列在折疊片平面的一側(cè)，這就要求參與反平行平行折疊片的肽鏈一級(jí)折疊片的肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)中親水殘基和疏水結(jié)構(gòu)中親水殘基和疏水殘基交替排列。殘基交替排列。3. 轉(zhuǎn)角（turn） 轉(zhuǎn)角可以使肽鏈倒轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)角可以使肽鏈倒轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)角中，第一個(gè)殘轉(zhuǎn)角中，第一個(gè)殘基的基的C=O與第四

33、個(gè)殘基與第四個(gè)殘基NH形成氫鍵。形成氫鍵。 由于甘氨酸缺少側(cè)鏈，在由于甘氨酸缺少側(cè)鏈，在轉(zhuǎn)角中能很好地調(diào)轉(zhuǎn)角中能很好地調(diào)整其它殘基的空間障礙，因此甘氨酸是形成整其它殘基的空間障礙，因此甘氨酸是形成轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角最合適的氨基酸。脯氨酸具有固定的最合適的氨基酸。脯氨酸具有固定的角，在一定角，在一定程度上迫使程度上迫使轉(zhuǎn)角形成。轉(zhuǎn)角形成。 目前發(fā)現(xiàn)的目前發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)角多數(shù)處于蛋白質(zhì)分子的表面。轉(zhuǎn)角多數(shù)處于蛋白質(zhì)分子的表面。 轉(zhuǎn)角Also called tight turn or -bend4. 凸起（bulge）Classic bulge G-1 bulge wide bulge 凸起可以認(rèn)為是凸起可以認(rèn)為是

34、折疊股中多了一個(gè)氨基酸折疊股中多了一個(gè)氨基酸殘基，它的凸起使得肽鏈的走向發(fā)生彎曲。殘基，它的凸起使得肽鏈的走向發(fā)生彎曲。 5. 無(wú)規(guī)卷曲（random coil) 無(wú)規(guī)卷曲泛指那些沒(méi)有明確的、有規(guī)律無(wú)規(guī)卷曲泛指那些沒(méi)有明確的、有規(guī)律的二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽鏈區(qū)段。但對(duì)于一個(gè)特定的的二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽鏈區(qū)段。但對(duì)于一個(gè)特定的蛋白質(zhì)分子來(lái)說(shuō)，無(wú)規(guī)卷曲也是有一定的卷蛋白質(zhì)分子來(lái)說(shuō)，無(wú)規(guī)卷曲也是有一定的卷曲結(jié)構(gòu)的。曲結(jié)構(gòu)的。 特定氨基酸出現(xiàn)在三種常見(jiàn)二級(jí)結(jié)構(gòu)中的相對(duì)可能性五、纖維狀蛋白質(zhì) 纖維狀蛋白質(zhì)可分為不溶性和可溶性兩類，纖維狀蛋白質(zhì)可分為不溶性和可溶性兩類，不溶性的有角蛋白、膠原蛋白和彈性蛋白等，其不溶性的有角

35、蛋白、膠原蛋白和彈性蛋白等，其中角蛋白又分為中角蛋白又分為角蛋白和角蛋白和角蛋白；可溶性的角蛋白；可溶性的有肌球蛋白和血纖維蛋白原等。有肌球蛋白和血纖維蛋白原等。 1. 角蛋白（keratin） 角蛋白是毛發(fā)中的主要蛋白，角蛋白是毛發(fā)中的主要蛋白，角蛋白亞基由角蛋白亞基由富含富含螺旋的中央棒狀螺旋的中央棒狀區(qū)（長(zhǎng)度為區(qū)（長(zhǎng)度為311314個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸殘基）及兩端的非螺旋區(qū)組成。三個(gè)這樣的亞基結(jié)合殘基）及兩端的非螺旋區(qū)組成。三個(gè)這樣的亞基結(jié)合成左手螺旋的初原纖維，直徑成左手螺旋的初原纖維，直徑2nm；11根初原纖維以根初原纖維以92的形式結(jié)合成微原纖維，直徑的形式結(jié)合成微原纖維，直徑8nm；

36、成百根微原纖；成百根微原纖維再結(jié)合成不規(guī)則的纖維束，稱為大原纖維，直徑維再結(jié)合成不規(guī)則的纖維束，稱為大原纖維，直徑200nm。很多大原纖維存在于沒(méi)有生命的細(xì)胞當(dāng)中，。很多大原纖維存在于沒(méi)有生命的細(xì)胞當(dāng)中，這些細(xì)胞組成毛發(fā)的核心，毛發(fā)的外層是皮層細(xì)胞這些細(xì)胞組成毛發(fā)的核心，毛發(fā)的外層是皮層細(xì)胞和和鱗狀細(xì)胞。鱗狀細(xì)胞。毛發(fā)的結(jié)構(gòu)直徑直徑2 2nm直徑直徑8 8nm直徑直徑200200nm毛發(fā)的結(jié)構(gòu)兩條鏈組成兩條鏈組成的卷曲螺旋的卷曲螺旋原纖絲原纖絲初原纖維初原纖維中間絲中間絲毛發(fā)的結(jié)構(gòu)N-terminal Rod C-terminal domain domain domainCoiled coil

37、 of two -helices-helixProtofilament (pair of coiled coils)Filament(four right-hand twistedprotofibrils)毛發(fā)的結(jié)構(gòu)原纖絲原纖絲初原纖維初原纖維角蛋白的若干性質(zhì) 角蛋白的伸縮性很強(qiáng)，一根毛發(fā)纖維在濕角蛋白的伸縮性很強(qiáng)，一根毛發(fā)纖維在濕熱時(shí)可以拉長(zhǎng)到原有長(zhǎng)度的熱時(shí)可以拉長(zhǎng)到原有長(zhǎng)度的2倍，這時(shí)倍，這時(shí)螺旋被螺旋被撐開(kāi)，各圈的氫鍵被破壞，轉(zhuǎn)變成撐開(kāi)，各圈的氫鍵被破壞，轉(zhuǎn)變成構(gòu)象。構(gòu)象。 螺旋之間有許多二硫鍵連接，一般認(rèn)為每螺旋之間有許多二硫鍵連接，一般認(rèn)為每4個(gè)螺圈就有一個(gè)二硫鍵。二硫鍵的數(shù)目越多，

38、個(gè)螺圈就有一個(gè)二硫鍵。二硫鍵的數(shù)目越多，纖維的剛性越強(qiáng)。根據(jù)含硫量的大小，纖維的剛性越強(qiáng)。根據(jù)含硫量的大小，角蛋白角蛋白可以分成硬角蛋白和軟角蛋白兩種類型。蹄、爪、可以分成硬角蛋白和軟角蛋白兩種類型。蹄、爪、角、甲中的角蛋白是高硫硬角蛋白，皮膚和胼胝角、甲中的角蛋白是高硫硬角蛋白，皮膚和胼胝中的角蛋白是低硫軟角蛋白。中的角蛋白是低硫軟角蛋白。 2. 角蛋白角蛋白 絲心蛋白是蠶絲和蜘蛛絲中的一種蛋白質(zhì)，屬絲心蛋白是蠶絲和蜘蛛絲中的一種蛋白質(zhì)，屬于于角蛋白。絲心蛋白抗張強(qiáng)度高，質(zhì)地柔軟。絲角蛋白。絲心蛋白抗張強(qiáng)度高，質(zhì)地柔軟。絲心蛋白是反平行的心蛋白是反平行的折疊片堆積成的多層結(jié)構(gòu)，鏈折疊片堆積成

39、的多層結(jié)構(gòu)，鏈間主要以氫鍵連接，層間主要以范德華力結(jié)合。絲間主要以氫鍵連接，層間主要以范德華力結(jié)合。絲心蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)分析表明，它主要是由具有小側(cè)心蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)分析表明，它主要是由具有小側(cè)鏈基團(tuán)的甘氨酸、絲氨酸和丙氨酸組成，在一級(jí)結(jié)鏈基團(tuán)的甘氨酸、絲氨酸和丙氨酸組成，在一級(jí)結(jié)構(gòu)上每隔構(gòu)上每隔1 1個(gè)殘基就是甘氨酸殘基，所以所有的甘氨個(gè)殘基就是甘氨酸殘基，所以所有的甘氨酸都位于折疊片平面的一側(cè)，絲氨酸和丙氨酸的側(cè)酸都位于折疊片平面的一側(cè)，絲氨酸和丙氨酸的側(cè)鏈基團(tuán)位于折疊片平面的另一側(cè)。鏈基團(tuán)位于折疊片平面的另一側(cè)。 堆積的折疊片的三維結(jié)構(gòu)絲心蛋白層間距離示意圖蜘蛛泌（吐）絲蜘蛛網(wǎng)絲的結(jié)構(gòu)3.

40、膠原蛋白膠原纖維膠原纖維 原膠原分子原膠原分子膠原纖維的結(jié)構(gòu)膠原蛋白 膠原蛋白有多種類型，但都是由膠原蛋白有多種類型，但都是由3條肽鏈組成。條肽鏈組成。皮膚膠原蛋白（皮膚膠原蛋白（型）含有很多的甘氨酸（型）含有很多的甘氨酸（33%）和脯氨酸（和脯氨酸（13%），并含有），并含有3種不常見(jiàn)的氨基酸：種不常見(jiàn)的氨基酸：4羥脯氨酸（羥脯氨酸（9%），），3羥脯氨酸（羥脯氨酸（0.1%）和）和5羥賴氨酸（羥賴氨酸（0.6%）。這些不常見(jiàn)的氨基酸都是在肽）。這些不常見(jiàn)的氨基酸都是在肽鏈合成后修飾而成的。膠原蛋白中還含有糖，少量鏈合成后修飾而成的。膠原蛋白中還含有糖，少量的糖與的糖與5羥賴氨酸殘基的羥賴氨

41、酸殘基的羥基共價(jià)連接，糖的羥基共價(jià)連接，糖的加入也是在肽鏈合成后，但在折疊成超螺旋之前發(fā)加入也是在肽鏈合成后，但在折疊成超螺旋之前發(fā)生的。生的。 膠原蛋白中的幾種特殊氨基酸4-Hydroxyprolyl residue 3-Hydroxyprolyl residue 5-Hydroxylysyl residue (Hyp) (Hyl)糖分子與5羥賴氨酸的共價(jià)結(jié)合膠原蛋白 在體內(nèi)，膠原蛋白以膠原在體內(nèi)，膠原蛋白以膠原纖維（纖維（collagen fiber）的形式存在。膠原纖維的基本結(jié)構(gòu)是原膠）的形式存在。膠原纖維的基本結(jié)構(gòu)是原膠原分子，其相對(duì)分子量為原分子，其相對(duì)分子量為285103，由三股纏

42、繞，由三股纏繞的螺旋肽鏈組成，每股長(zhǎng)約的螺旋肽鏈組成，每股長(zhǎng)約1000個(gè)氨基酸殘基，個(gè)氨基酸殘基，原膠原分子長(zhǎng)約原膠原分子長(zhǎng)約300nm，直徑約，直徑約1.5nm。就單股螺。就單股螺旋肽鏈來(lái)說(shuō)，它是旋肽鏈來(lái)說(shuō)，它是左手螺旋左手螺旋，三股再組成右手螺，三股再組成右手螺旋的原膠原分子。與旋的原膠原分子。與螺旋相比，膠原肽鏈的螺旋螺旋相比，膠原肽鏈的螺旋比較伸展，螺距為比較伸展，螺距為0.95nm，每圈約含，每圈約含3.3個(gè)個(gè)殘基。殘基。 膠原蛋白 膠原的肽鏈中很長(zhǎng)的區(qū)段的氨基酸序列是膠原的肽鏈中很長(zhǎng)的區(qū)段的氨基酸序列是Gly-x-y的重復(fù)，這里的重復(fù)，這里x常常是常常是Pro，y常常是常常是Hyp

43、（4羥脯氨酸）。在三股螺旋的原膠原分子中，羥脯氨酸）。在三股螺旋的原膠原分子中，每隔兩個(gè)殘基就有一個(gè)殘基的側(cè)鏈面向中心軸處，每隔兩個(gè)殘基就有一個(gè)殘基的側(cè)鏈面向中心軸處，這個(gè)殘基正好是甘氨酸，由于甘氨酸沒(méi)有側(cè)鏈基這個(gè)殘基正好是甘氨酸，由于甘氨酸沒(méi)有側(cè)鏈基團(tuán)，所以三股螺旋可以纏繞得很緊密。團(tuán)，所以三股螺旋可以纏繞得很緊密。 在膠原纖維中，有分子內(nèi)和分子間的交聯(lián)，在膠原纖維中，有分子內(nèi)和分子間的交聯(lián)，交聯(lián)發(fā)生在兩個(gè)賴氨酸之間。交聯(lián)發(fā)生在兩個(gè)賴氨酸之間。 原膠原分子的三股螺旋賴氨酸之間的交聯(lián)4. 肌球蛋白 肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白是各種類型的肌肉（橫紋肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白是各種類型的肌肉（橫紋肌、平滑肌、心肌

44、）以及許多其它收縮系統(tǒng)中都含肌、平滑肌、心?。┮约霸S多其它收縮系統(tǒng)中都含有的兩種構(gòu)成肌纖維的主要蛋白質(zhì)。有的兩種構(gòu)成肌纖維的主要蛋白質(zhì)。 肌球蛋白（myosin ） 肌肌球蛋白是一種很長(zhǎng)的棒狀分子，由球蛋白是一種很長(zhǎng)的棒狀分子，由6條肽鏈條肽鏈組成，包括兩條組成，包括兩條Mr 230103 （230kD）的重鏈和）的重鏈和兩對(duì)不同的、分子量約為兩對(duì)不同的、分子量約為 20103 （20kD）的輕鏈。）的輕鏈。重鏈由重鏈由N末端的雙頭球狀區(qū)（頭）和末端的雙頭球狀區(qū)（頭）和C末端的棒狀末端的棒狀區(qū)（尾）組成，頭和尾之間是一個(gè)柔性的鉸鏈區(qū)區(qū)（尾）組成，頭和尾之間是一個(gè)柔性的鉸鏈區(qū)（頸），棒狀區(qū)由兩條

45、自身是右手（頸），棒狀區(qū)由兩條自身是右手螺旋的肽鏈相螺旋的肽鏈相互纏繞成的左手超螺旋，稱為互纏繞成的左手超螺旋，稱為螺旋卷曲螺旋（螺旋卷曲螺旋（-helix coiled coil），長(zhǎng)約），長(zhǎng)約150nm，直徑，直徑2nm。 肌球蛋白模式圖肌球蛋白S1S1的結(jié)構(gòu) 肌球蛋白可用胰蛋白酶水解成兩個(gè)片段，一肌球蛋白可用胰蛋白酶水解成兩個(gè)片段，一個(gè)叫輕酶解肌球蛋白（個(gè)叫輕酶解肌球蛋白（LMM），另一個(gè)叫重酶解），另一個(gè)叫重酶解肌球蛋白（肌球蛋白（HMM）。）。HMM可進(jìn)一步被木瓜蛋白可進(jìn)一步被木瓜蛋白酶在頸處水解成兩個(gè)稱為酶在頸處水解成兩個(gè)稱為S1的頭片和一個(gè)稱為的頭片和一個(gè)稱為S2的棒狀亞片段。與

46、頸部結(jié)合的兩個(gè)輕鏈一個(gè)叫的棒狀亞片段。與頸部結(jié)合的兩個(gè)輕鏈一個(gè)叫LC1（必需輕鏈，（必需輕鏈，essential light chain，ELC），），另一個(gè)叫另一個(gè)叫LC2（調(diào)節(jié)輕鏈，（調(diào)節(jié)輕鏈，regulatory light chain，RLC）。）。 每個(gè)頭片由每個(gè)頭片由3個(gè)結(jié)構(gòu)域組成，分別為個(gè)結(jié)構(gòu)域組成，分別為N末端域、末端域、中央域和中央域和C末端域。肌動(dòng)蛋白末端域。肌動(dòng)蛋白結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)和和ATP結(jié)合結(jié)合位點(diǎn)位于中央結(jié)構(gòu)域的兩側(cè)。位點(diǎn)位于中央結(jié)構(gòu)域的兩側(cè)。肌球蛋白模式圖輕酶解肌球蛋白輕酶解肌球蛋白重酶解重酶解肌球蛋白肌球蛋白木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶肌球蛋白S1S1的

47、結(jié)構(gòu)必需輕鏈必需輕鏈調(diào)節(jié)輕鏈調(diào)節(jié)輕鏈N末端域末端域C末端域末端域中央域中央域5. 原肌球蛋白 原肌球蛋白由兩條不同的肽鏈組成，肽原肌球蛋白由兩條不同的肽鏈組成，肽鏈本身是鏈本身是螺旋，兩條螺旋，兩條螺旋鏈再形成右手螺旋鏈再形成右手超螺旋的雙股鏈。超螺旋的雙股鏈。 肌球蛋白和原肌球蛋白都是肌纖維的組肌球蛋白和原肌球蛋白都是肌纖維的組成成分，在肌肉收縮中發(fā)揮作用。成成分，在肌肉收縮中發(fā)揮作用。細(xì)肌絲中的原肌球蛋白肌鈣蛋白肌鈣蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白肌動(dòng)蛋白肌動(dòng)蛋白六、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域超二級(jí)結(jié)構(gòu)Rossman折疊折疊發(fā)夾發(fā)夾曲折曲折（希臘鑰匙結(jié)構(gòu)）（希臘鑰匙結(jié)構(gòu)）親水面朝親水面朝向觀察者向觀察者希

48、臘鑰匙結(jié)構(gòu)名稱的由來(lái) Topology diagrams of antiparallel -sheet barrels reveal that many of them arrange the polypeptide sequence in an interlocking pattern reminiscent of patterns found on ancient Greek vases and are thus referred to as a Greek key topology.超螺旋結(jié)構(gòu)中兩股螺旋鏈的非極性邊緣的疏水作用 在在超螺旋中，每超螺旋中，每7 7個(gè)氨基酸殘基形成一個(gè)個(gè)氨基

49、酸殘基形成一個(gè)周期，其中周期，其中第第1個(gè)和第個(gè)和第4個(gè)殘個(gè)殘基的側(cè)鏈?zhǔn)鞘杷鶊F(tuán)，基的側(cè)鏈?zhǔn)鞘杷鶊F(tuán)，兩個(gè)這樣的兩個(gè)這樣的螺旋靠疏水作用結(jié)合。螺旋靠疏水作用結(jié)合。 單元中的右手交叉發(fā)夾連接發(fā)夾連接右手交叉連接右手交叉連接左手交叉連接左手交叉連接結(jié)構(gòu)域 結(jié)構(gòu)域（結(jié)構(gòu)域（domain）是多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二）是多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成三級(jí)結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)，它是級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成三級(jí)結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)，它是相對(duì)獨(dú)立的緊密球狀實(shí)體。相對(duì)獨(dú)立的緊密球狀實(shí)體。結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白質(zhì)的獨(dú)立折疊單位。獨(dú)立折疊單位。有些單體蛋白質(zhì)或寡聚蛋白質(zhì)的亞有些單體蛋白質(zhì)或寡聚蛋白質(zhì)的亞基只

50、有一個(gè)結(jié)構(gòu)域，有些具有兩個(gè)以上的結(jié)構(gòu)域，基只有一個(gè)結(jié)構(gòu)域，有些具有兩個(gè)以上的結(jié)構(gòu)域，結(jié)構(gòu)域之間由相對(duì)柔性的肽鏈連接。結(jié)構(gòu)域之間由相對(duì)柔性的肽鏈連接。結(jié)構(gòu)域的分類 結(jié)構(gòu)域大體可分為結(jié)構(gòu)域大體可分為 4 類：反平行類：反平行螺旋結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)域（全域（全結(jié)構(gòu)），平行或混合型結(jié)構(gòu)），平行或混合型折疊片結(jié)構(gòu)域折疊片結(jié)構(gòu)域（，結(jié)構(gòu)），反平行結(jié)構(gòu)），反平行折疊片結(jié)構(gòu)域（全折疊片結(jié)構(gòu)域（全結(jié)構(gòu)），富含金屬或二硫鍵結(jié)構(gòu)域（不規(guī)則小蛋結(jié)構(gòu)），富含金屬或二硫鍵結(jié)構(gòu)域（不規(guī)則小蛋白結(jié)構(gòu)）。酶的活性中心往往處于兩個(gè)結(jié)構(gòu)域之白結(jié)構(gòu)）。酶的活性中心往往處于兩個(gè)結(jié)構(gòu)域之間。間。 紅氧還蛋白的單結(jié)構(gòu)域即三級(jí)結(jié)構(gòu)空間充填模型空間

51、充填模型Rubredoxin帶式模型帶式模型己糖激酶的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域Active sitecleftHexokinase molecule免疫球蛋白的多結(jié)構(gòu)域（共有（共有4 4個(gè)亞基）個(gè)亞基）硫氰酸酶中兩個(gè)相似的結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域2 2木瓜蛋白酶中兩個(gè)不相同的結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域2 2七、球狀蛋白質(zhì)與三級(jí)結(jié)構(gòu)球狀蛋白質(zhì)的分類全全結(jié)構(gòu)（反平行結(jié)構(gòu)（反平行螺旋）螺旋）TMV外殼蛋白外殼蛋白結(jié)構(gòu)，以結(jié)構(gòu)，以螺旋為主，螺旋為主，螺旋一順一反地排列。螺旋一順一反地排列。 蚯蚓血紅蛋白蚯蚓血紅蛋白球狀蛋白質(zhì)的分類平行平行折疊片結(jié)構(gòu)域（平行折疊片結(jié)構(gòu)域（平行桶）桶）磷酸丙糖異構(gòu)酶（側(cè)面

52、）磷酸丙糖異構(gòu)酶（側(cè)面） 丙酮酸激酶（側(cè)面）丙酮酸激酶（側(cè)面）磷酸丙糖異構(gòu)酶（頂面）磷酸丙糖異構(gòu)酶（頂面） 平行平行桶：桶：結(jié)構(gòu)，呈右手交叉，平行結(jié)構(gòu)，呈右手交叉，平行折疊片在折疊片在內(nèi)形成一個(gè)桶狀，外側(cè)是內(nèi)形成一個(gè)桶狀，外側(cè)是螺旋。也叫單繞平行螺旋。也叫單繞平行桶。桶。 球狀蛋白質(zhì)的分類平行平行折疊片結(jié)構(gòu)域（馬鞍形扭曲片）折疊片結(jié)構(gòu)域（馬鞍形扭曲片）乳酸脫氫酶結(jié)構(gòu)域乳酸脫氫酶結(jié)構(gòu)域1（側(cè)面）（側(cè)面） 磷酸甘油激酶結(jié)構(gòu)域磷酸甘油激酶結(jié)構(gòu)域2乳酸脫氫酶結(jié)構(gòu)域乳酸脫氫酶結(jié)構(gòu)域1（頂面）（頂面）馬鞍形扭曲片 結(jié)構(gòu)，呈右手交叉，肽鏈從折疊片中開(kāi)結(jié)構(gòu)，呈右手交叉，肽鏈從折疊片中開(kāi)始向一個(gè)方向卷繞始向一個(gè)

53、方向卷繞成成Rossman折疊，折疊，螺旋覆蓋在螺旋覆蓋在折疊片的一側(cè)，然后改變方向回到折疊片的中部向折疊片的一側(cè)，然后改變方向回到折疊片的中部向相反的方向卷繞再形成相反的方向卷繞再形成Rossman折疊，此時(shí)折疊，此時(shí)螺旋螺旋覆蓋在折疊片的另一側(cè)。所以也叫雙繞平行覆蓋在折疊片的另一側(cè)。所以也叫雙繞平行折疊折疊片。有時(shí)有發(fā)夾連接的反平行片。有時(shí)有發(fā)夾連接的反平行折疊股混雜在平行折疊股混雜在平行折疊股之間，形成混合型折疊股之間，形成混合型折疊片蛋白質(zhì)。折疊片蛋白質(zhì)。 球狀蛋白質(zhì)的分類反平行反平行折疊片結(jié)構(gòu)域折疊片結(jié)構(gòu)域CuZn超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶 免疫球蛋白免疫球蛋白 VL 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域

54、 兩層兩層折疊片結(jié)構(gòu)，折疊片結(jié)構(gòu)，疏水面相對(duì)，疏水面相對(duì)，親水面朝外。親水面朝外。反平行桶 反平行反平行桶也叫上下型桶也叫上下型桶，屬于桶，屬于結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，以以折疊片為主，反平行折疊片為主，反平行折疊片一面是親水基團(tuán)，折疊片一面是親水基團(tuán)，另一側(cè)是疏水基團(tuán)。另一側(cè)是疏水基團(tuán)。 球狀蛋白質(zhì)的分類反平行反平行折疊片結(jié)構(gòu)域（上下型折疊片結(jié)構(gòu)域（上下型桶）桶）大豆胰蛋白酶抑制劑大豆胰蛋白酶抑制劑 視黃醇結(jié)合蛋白視黃醇結(jié)合蛋白視黃醇視黃醇球狀蛋白質(zhì)的分類反平行反平行折疊片結(jié)構(gòu)域（露面夾心結(jié)構(gòu)）折疊片結(jié)構(gòu)域（露面夾心結(jié)構(gòu)）鏈霉菌枯草蛋白酶抑制劑鏈霉菌枯草蛋白酶抑制劑 谷胱甘肽還原酶結(jié)構(gòu)域谷胱甘肽還原酶結(jié)構(gòu)

55、域3 只有一片只有一片反平行反平行折疊折疊片，親水一側(cè)片，親水一側(cè)朝外，疏水一朝外，疏水一側(cè)有側(cè)有螺旋和螺旋和回環(huán)（屬無(wú)規(guī)回環(huán)（屬無(wú)規(guī)卷曲）覆蓋。卷曲）覆蓋。 球狀蛋白質(zhì)的分類富含二硫鍵蛋白質(zhì)富含二硫鍵蛋白質(zhì)胰島素胰島素 二節(jié)薺蛋白二節(jié)薺蛋白球狀蛋白質(zhì)的分類富含金屬蛋白質(zhì)富含金屬蛋白質(zhì)高氧還勢(shì)鐵蛋白高氧還勢(shì)鐵蛋白 鐵氧還蛋白鐵氧還蛋白Protein Knot type31 41 52List of known knots ProteinSpeciesPDB codeLengthKnotYbeA-like E.coli1ns515331T.maritima1o6d14731S.aureus1vh

56、015731B.subtilis1to014831SpoU-like RNA 2-O ribose mtf. T.thermophilus1v2x19131H.influenza1j8515631T.thermophilus1ipa25831E.coli1gz024231A. aeolicus1zjr19731S. viridochromog.1x7p26731List of known knots ProteinSpeciesPDB codeLengthKnottRNA(m1G37)-methyltransferase TrmD H.influenza1uaj24131E.coli1p9p2

57、3531YggJ C-terminal domain-like H.influenza1nxz24631B.subtilis1vhk23531T.thermophilus1v6z22731Hypothetical protein MTH1 (MT0001) A.M. thermoautotr. 1k3r26231Carbonic Anhydrases: 31Carbonic Anhydrase IIH.sapiens1lug25931Bos Taurus1v9e25931Dunaliella salina1y7w27431List of known knots ProteinSpeciesPD

58、B codeLengthKnotCarbonic AnhydraseN. gonorrhoeae1kop22331Carbonic Anhydrase IH.sapiens1hcb25831Carbonic Anhydrase III Rattus norv.1flj25931H. sapiens1z9326331Carbonic Anhydrase IVH.sapiens1znc26231Carbonic Anhydrase VMus musculus1keq23831Carbonic Anhydrase VIIH.sapiens1jd026031Carbonic Anhydrase XIV

59、Mus Musculus1rj625931Miscellaneous: 31Ubiquitin Hydrolase UCH-L3 H.sapiens1xd322952S.cerevisiae (synth.)1cmx21431List of known knots ProteinSpeciesPDB codeLengthKnotUbiquitin Hydrolase UCH-L1H.sapiens2etl21952S-adenosylmethionine synthetaseE.coli1fug38331rattus norv.1qm436831H. sapiens2hj238031Class

60、 II ketol-acid reductoisomerase Spinacia oleracea1yve51341E.coli1yrl48741TranscarbamylaseB.fragilis1js132431X.campestris1yh032831MethyltransferaseH.sapiens2ha815931P. gingivalis2i6d23131球狀蛋白質(zhì)的特征1 1球狀蛋白質(zhì)含有多種二級(jí)結(jié)構(gòu)元件。球狀蛋白質(zhì)含有多種二級(jí)結(jié)構(gòu)元件。2 2球狀蛋白質(zhì)具有明顯的折疊層次。球狀蛋白質(zhì)具有明顯的折疊層次。先折疊出二級(jí)結(jié)先折疊出二級(jí)結(jié)構(gòu)，然后形成超二級(jí)結(jié)構(gòu)，再裝配成相對(duì)獨(dú)立的球構(gòu)，