蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

上節(jié)課內(nèi)容回顧蛋白質(zhì)的元素組成氨基酸的結(jié)構(gòu)通式氨基酸分類氨基酸的理化性質(zhì)

兩性解離等電點(diǎn)（pI）紫外吸收性質(zhì)茚三酮反應(yīng)肽肽鍵寡肽多肽

第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)Chapter2ThreeDimensionStructureofProtein蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。

蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)：

蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序。

（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)的概念一.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)1965年9月17日，我國科研人員第一次人工合成出的蛋白質(zhì)──晶體胰島素(放大)

（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)序

主要鍵：肽鍵、二硫鍵一級(jí)結(jié)構(gòu)是由遺傳信息決定的。一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。

（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)一.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)肽鍵OHH—N—CH2—C—OH+OHH—N—CH2—C—OH

OHH—N—CH2—C—OH—N—CH2—C—OH性質(zhì):分子間脫水反應(yīng)共價(jià)鍵非共價(jià)鍵鍵化學(xué)鍵

肽鍵一級(jí)結(jié)構(gòu)氫鍵二硫鍵二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵鹽鍵三、四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中的共價(jià)鍵與次級(jí)鍵范德華力（vanderWaals力）

蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽主鏈原子的局部空間排列,不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。

（一）二級(jí)結(jié)構(gòu)的概念二.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)天然蛋白質(zhì)包括α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、無規(guī)則卷曲等二級(jí)結(jié)構(gòu)。例如：-螺旋雖是單鍵卻有部分雙鍵性質(zhì)周邊六個(gè)原子在同一平面上CNCHaNCOCa0.132nm二.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)C--N0.147nm(正常)C—N0.132nmC=N0.123nm(正常)肽鍵平面★多肽鏈可以看成由Cα串聯(lián)起來的無數(shù)個(gè)平面組成1.a-螺旋(a-helix)

二.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（三）二級(jí)結(jié)構(gòu)單元的種類

鮑林(Linuspauling)

是著名的量子化學(xué)家，他在化學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域都有過重大貢獻(xiàn)。

曾兩次榮獲諾貝爾獎(jiǎng)金(1954年化學(xué)獎(jiǎng)，1962年和平獎(jiǎng))，有很高的國際聲譽(yù)。多肽鏈中的各個(gè)肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上升的距離即螺距為0.54nm,含3.6個(gè)氨基酸殘基；兩個(gè)氨基酸之間的距離為0.15nm;肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與軸平行，第一個(gè)酰胺基團(tuán)的-CO基與第四個(gè)酰胺基團(tuán)的-NH基形成氫鍵。右手-螺旋。（1）-螺旋蛋白質(zhì)分子中氫鍵的形成2、-折疊(-pleatedsheet)

維持β-折疊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的力——?dú)滏I由一條鏈上的羰基和另一條鏈上的氨基之間形成，即氫鍵是在鏈與鏈之間形成的。二.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（三）二級(jí)結(jié)構(gòu)單元的種類一種比較伸展、鋸齒狀的肽鏈結(jié)構(gòu)。圖4-4蛋白質(zhì)分子中的β-折迭結(jié)構(gòu)左：順向平行右：逆向平行

二、β-折疊結(jié)構(gòu)（β-pleatedsheet）NNCNNCCC順向平行反向平行方向：若兩條肽鏈走向相同：順向平行若兩條肽鏈走向相反：反向平行（較穩(wěn)定）

β-轉(zhuǎn)角是指蛋白質(zhì)的分子的多肽鏈經(jīng)常出現(xiàn)180o的回折，在回折角上的結(jié)構(gòu)就稱β-轉(zhuǎn)角，也稱發(fā)夾結(jié)構(gòu)，或稱U形轉(zhuǎn)折。由第一個(gè)氨基酸殘基的C=O與第四個(gè)氨基酸殘基的N—H之間形成氫鍵。(三)β-轉(zhuǎn)角角蛋白如毛發(fā)、甲、角、鱗和羽等?？煞譃?角蛋白和-角蛋白。-角蛋白主要由-螺旋構(gòu)象的多肽鏈組成。肽鏈之間有二硫鍵交聯(lián)以維持其穩(wěn)定性。-角蛋白的伸縮性能很好，當(dāng)-角蛋白氫鍵被破壞而不能復(fù)原。此時(shí)-螺旋轉(zhuǎn)變成-折疊結(jié)構(gòu)，稱為-角蛋白。卷發(fā)(燙發(fā))的生物化學(xué)基礎(chǔ)永久性卷發(fā)(燙發(fā))是一項(xiàng)生物化學(xué)工程?！菪跐駸釛l件下可以伸展轉(zhuǎn)變?yōu)椤D(zhuǎn)角，但在冷卻干燥時(shí)又可自發(fā)地恢復(fù)—螺旋。

把頭發(fā)卷成一定形狀

↓

涂還原劑（破壞二硫鍵）

↓

加熱（—螺旋轉(zhuǎn)變?yōu)椤郫B）；

↓

除去還原劑，涂上氧化劑（建立新的二硫鍵)

↓

洗滌并冷卻頭發(fā)(—折疊轉(zhuǎn)變?yōu)椤菪?4、無規(guī)則卷曲（non-regularcoil）

又稱自由卷曲，是指沒有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)。酶的功能部位常常處于這種構(gòu)象區(qū)域。

無規(guī)卷曲常出現(xiàn)在a-螺旋與a-螺旋、a-螺旋與β-折疊、β-折疊與β-折疊之間。它是形成蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)所必需的。二.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（三）二級(jí)結(jié)構(gòu)單元的種類RNase的分子結(jié)構(gòu)α-螺旋β-折疊β-轉(zhuǎn)角無規(guī)則卷曲最近發(fā)現(xiàn)普通存在于球狀蛋白質(zhì)中的一種新的二級(jí)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在蛋白質(zhì)分子的表面，與生物功能有關(guān)。在分子識(shí)別中可能起重要作用。Ω環(huán)。四.蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)

三級(jí)結(jié)構(gòu)（tertiarystructure）：指每一條多肽鏈內(nèi)所有原子的空間排布，包括主鏈、側(cè)鏈構(gòu)象內(nèi)容。是在主鏈構(gòu)象二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，由于側(cè)鏈R基相互作用，進(jìn)一步折疊盤曲構(gòu)成的。（一）三級(jí)結(jié)構(gòu)的概念由一條多肽鏈構(gòu)成的蛋白質(zhì)，具有三級(jí)結(jié)構(gòu)才具有生物學(xué)活性。H2NH3N+NbHCOO-OaCCCOOHSSHOHOCH2OaaCHCH3CHCH3CH3CH2CH3CH3CH3cccOOCcCH2OHCH2OHbNH2+H2NCOCO-abc氫鍵離子鍵疏水鍵維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的各種化學(xué)鍵胰島素分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)溶菌酶分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)(二)結(jié)構(gòu)域大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)常可分割成一個(gè)或數(shù)個(gè)球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行使其功能，稱為結(jié)構(gòu)域(domain)。免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域示意圖

肌紅蛋白(Mb)

N端

C端五.蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)(一)四級(jí)結(jié)構(gòu)的概念

四級(jí)結(jié)構(gòu)（quaternarystructure）：由兩條或兩條以上具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈聚合而成。每條多肽鏈稱為一個(gè)亞基。

血紅蛋白由四條多肽鏈形成，是一種寡聚蛋白質(zhì)。這四條鏈主要通過非共價(jià)鍵相互作用締合在一起。血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)

(二)維持四級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力

疏水作用氫鍵

鹽鍵范德華力

五.蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)圖4-13血紅蛋白質(zhì)的三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵非共價(jià)鍵鍵化學(xué)鍵

肽鍵一級(jí)結(jié)構(gòu)氫鍵二硫鍵二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵鹽鍵三、四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中的共價(jià)鍵與次級(jí)鍵范德華力（vanderWaals力）Summary五.蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

1.一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

一級(jí)結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能。多肽鏈中氨基酸的排列順序決定了該肽鏈的折疊、盤曲方式。2.空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)空間構(gòu)象是功能學(xué)活性的基礎(chǔ)。構(gòu)象發(fā)生變化，其功能活性也隨之改變。第四節(jié)蛋白質(zhì)的分類1、按組成分類單純蛋白質(zhì)：僅由氨基酸組成結(jié)合蛋白質(zhì)：蛋白部分和非蛋白部分組成2、按分子形狀分類球狀蛋白質(zhì)

纖維狀蛋白質(zhì)3、按功能分類活性蛋白質(zhì)非活性蛋白質(zhì)練習(xí)1.維持蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵是：A．氫鍵B．肽鍵C．疏水鍵D．鹽鍵2、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本形式有：A．α-螺旋B．β-折疊C．β-轉(zhuǎn)角D．不規(guī)則卷曲3、維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵包括：A．肽鍵B．氫鍵C．鹽鍵D．二硫鍵練習(xí)5、關(guān)于蛋白質(zhì)分子三級(jí)結(jié)構(gòu)的描述，其中錯(cuò)誤的是：A．天然蛋白質(zhì)分子均有三級(jí)結(jié)構(gòu)B．具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)一定有生物學(xué)活性C．三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要靠非共價(jià)鍵維系D．親水基團(tuán)常聚集在蛋白質(zhì)分子的表面練習(xí)6.下列哪項(xiàng)不是四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的特征：A．由兩條或兩條以上的多肽鏈組成B.每條多肽鏈稱為一個(gè)亞基C．每條多肽鏈都具有獨(dú)立的生物學(xué)活性D．依賴非共價(jià)鍵維系四級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性練習(xí)判斷：1.所有的蛋白質(zhì)都具有一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)。（）2.一條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)無四級(jí)結(jié)構(gòu)。（）3.蛋白質(zhì)必需具備四級(jí)結(jié)構(gòu)才有生理活性。（）

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