蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能授課用

什么是蛋白質(zhì)(protein)?

蛋白質(zhì)是由許多氨基酸（aminoacids）通過肽鍵（peptidebond）相連形成的高分子化合物。當(dāng)前1頁，總共96頁。蛋白質(zhì)研究的歷史1833年，從麥芽中分離淀粉酶，隨后從胃液中分離到類似胃蛋白酶的物質(zhì)。1864年，血紅蛋白被分離并結(jié)晶。19世紀(jì)末，證實(shí)蛋白質(zhì)有氨基酸組成，并合成了多種短肽。20世紀(jì)初，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，完成胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定。20世紀(jì)中葉，各種蛋白質(zhì)分析技術(shù)相繼建立，促進(jìn)了蛋白質(zhì)研究迅速發(fā)展。1962年，確定了血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)90年代，功能基因組與蛋白質(zhì)組研究展開。當(dāng)前2頁，總共96頁。第一節(jié)蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)當(dāng)前3頁，總共96頁。分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。朊病毒含量高：人體的45%為蛋白質(zhì)，脾、肺、肌肉含量均超過80%，細(xì)菌的含量為50~80%，干酵母的含量為46.6%。蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性1.蛋白質(zhì)是構(gòu)成生物體的重要組成物質(zhì)當(dāng)前4頁，總共96頁。生物催化作用代謝調(diào)節(jié)作用轉(zhuǎn)運(yùn)儲(chǔ)存作用運(yùn)動(dòng)與支持作用生物膜功能功能多樣性免疫保護(hù)作用調(diào)控生長(zhǎng)與分化接受和傳遞遺傳信息總而言之，沒有蛋白質(zhì)就沒有生命……2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能當(dāng)前5頁，總共96頁。很多蛋白質(zhì)本身就為藥物（如一些多肽、激素等）；即使有效成分不是蛋白質(zhì)，但在提取、分離時(shí)必然遇到有關(guān)蛋白質(zhì)的處理問題；蛋白質(zhì)的研究對(duì)有關(guān)藥物的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、分析和應(yīng)用等也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。藥學(xué)領(lǐng)域當(dāng)前6頁，總共96頁。第二節(jié)蛋白質(zhì)的化學(xué)組成當(dāng)前7頁，總共96頁。蛋白質(zhì)平均含N量為總蛋白的16％，這是凱氏定氮法測(cè)蛋白質(zhì)含量的理論依據(jù)：蛋白質(zhì)含量＝蛋白質(zhì)含N量×6.25注意：一定要排除非蛋白質(zhì)的氮對(duì)蛋白質(zhì)含量測(cè)定的影響主要元素組成：C、H、O、N、S；有些還含有少量的P或金屬元素Fe、Cu、Zn、Mn等；個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘。蛋白質(zhì)的元素組成當(dāng)前8頁，總共96頁。組成蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位是什么呢？當(dāng)前9頁，總共96頁。蛋白質(zhì)的水解酸水解、堿水解、蛋白酶水解當(dāng)前10頁，總共96頁。蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位——氨基酸R=H-GlycineR=CH3-AlanineCOOHRgroupaH2NH（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)當(dāng)前11頁，總共96頁。存在自然界的氨基酸有180余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20余種（基本氨基酸），且均屬于L-α-氨基酸（除甘氨酸）。當(dāng)前12頁，總共96頁。從氨基酸的結(jié)構(gòu)通式可以看出：構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本氨基酸為α-氨基酸，脯氨酸例外，為α-亞氨基酸。各種氨基酸的區(qū)別在于R側(cè)鏈，R不同蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化。除R為H（甘氨酸）外，其余氨基酸的α-碳原子都是不對(duì)稱的，可形成不同的構(gòu)型，具有旋光性。天然蛋白質(zhì)中基本氨基酸均為L(zhǎng)-型。COOHH2CCH2CH2CH2H+N當(dāng)前13頁，總共96頁。組成蛋白質(zhì)的氨基酸共有20種（二）氨基酸的分類非極性氨基酸

極性氨基酸

極性不帶電荷的氨基酸帶負(fù)電荷的氨基酸帶正電荷的氨基酸不同的aa在于

R基團(tuán)的不同1.根據(jù)R基團(tuán)的理化性質(zhì)當(dāng)前14頁，總共96頁。I非極性氨基酸（八種）

丙氨酸 AlaCOOHCH3CHNH2

CHCHCOOHNH2

CH3CH3

纈氨酸 ValCOOHCH2CHNH2

CH3CH3CH亮氨酸 Leu異亮氨酸 IleCOOHCHNH2

CHCH3CH2CH3當(dāng)前15頁，總共96頁。I非極性氨基酸（八種）

脯氨酸 ProCOOHCHNHCH2CH2CH2

苯丙氨酸 PheCOOHCHNH2

CH2COOHCH2CHNH2

色氨酸 TrpN

H

甲硫氨酸 MetCOOHCHNH2

CH2CH2SCH3吲哚基當(dāng)前16頁，總共96頁。II極性不帶電荷的氨基酸（七種）CHCOOHCHNH2

蘇氨酸 ThrCH3HO

絲氨酸 SerCOOHCHNH2

CH2HO半胱氨酸 CysCOOHCHNH2

CH2HS

酪氨酸 TyrCOOHCHNH2CH2HO巰基當(dāng)前17頁，總共96頁。II極性不帶電荷的氨基酸（七種）

天冬酰胺 AsnCOOHCHNH2

CH2COH2NCOOHCHNH2

谷氨酰胺 GlnCH2COH2NCH2

甘氨酸 GlyCOOHCHNH2H當(dāng)前18頁，總共96頁。III帶負(fù)電荷的氨基酸（兩種）

天冬氨酸 AspCOOHCHNH2

CH2COHOCOOHCHNH2

谷氨酸 GluCH2COHOCH2當(dāng)前19頁，總共96頁。IV帶正電荷的氨基酸（三種）(CH2)4

賴氨酸 LysCOOHCHNH2H2N

精氨酸 ArgCOOHCHNH2

(CH2)3NHCNHH2NCOOHCHNH2

組氨酸 HisCH2NHN胍基咪唑基當(dāng)前20頁，總共96頁。非極性氨基酸：纈、甲、脯、丙、亮、異亮、苯、色寫家譜并晾一晾本色記憶方法極性氨基酸：酪、絲、蘇、半、甘、天酰、谷酰老師說半干天谷咸帶負(fù)電：天冬氨酸、谷氨酸帶正電：賴氨酸、精氨酸、組氨酸當(dāng)前21頁，總共96頁。通常是常見氨基酸的衍生物。例如：2.稀有氨基酸羥基化的氨基酸4-羥脯氨酸、5-羥賴氨酸存在于結(jié)締組織膠原蛋白中甲基化的氨基酸甲基組氨酸、甲基賴氨酸存在于肌球蛋白中γ-羥基谷氨酸存在于凝血酶原中，參與凝血當(dāng)前22頁，總共96頁。1986年--硒代半胱氨酸，硒元素取代了半胱氨酸中的硫元素；2002年--吡咯賴氨酸，賴氨酸的ε-氨基與（4R，5R）-4-取代-吡咯啉-5-羧酸以酰胺鍵相連而形成的化合物。是生物體內(nèi)組成蛋白質(zhì)的第21和第22種基本氨基酸，均屬于L-α-氨基酸。SeH當(dāng)前23頁，總共96頁。以游離或結(jié)合態(tài)存在細(xì)胞或組織中，大部分是常見氨基酸的衍生物或異構(gòu)型。例如：3.

非蛋白質(zhì)氨基酸鳥氨酸、瓜氨酸是尿素循環(huán)的中間代謝產(chǎn)物；D-谷氨酸、D-丙氨酸存在于細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖中；γ-氨基丁酸由谷氨酸脫羧產(chǎn)生，為重要的神經(jīng)遞質(zhì)。當(dāng)前24頁，總共96頁。1.物理性質(zhì)形態(tài)：均為白色結(jié)晶或粉末，不同氨基酸的晶型結(jié)構(gòu)不同。溶解性：一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于丙酮，在稀酸和稀堿中溶解性好。熔點(diǎn)：氨基酸的熔點(diǎn)一般都比較高，一般都大于200℃，超過熔點(diǎn)以上氨基酸分解產(chǎn)生胺和二氧化碳。旋光性：除甘氨酸外都有旋光性，左旋用（-）表示，右旋用（+）表示。氨基酸的旋光性和大小取決于R基的性質(zhì)，并且與D/L型沒有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。氨基酸的性質(zhì)當(dāng)前25頁，總共96頁。2.化學(xué)性質(zhì)氨基酸的兩性解離與等電點(diǎn)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。等電點(diǎn)（isoeletricpoint，PI）：當(dāng)溶液濃度為某一pH值時(shí)，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-數(shù)目正好相等，成為兼性離子，凈電荷為0，呈電中性，此時(shí)溶液的pH值即為氨基酸的等電點(diǎn)。在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸既不向正極也不向負(fù)極移動(dòng)，pH變化時(shí)，遷移發(fā)生變化。當(dāng)前26頁，總共96頁。pI是氨基酸的特征常數(shù)pH﹤pI陽離子pH=pI兩性離子pH﹥pI陰離子當(dāng)前27頁，總共96頁。紫外吸收性質(zhì)

酪氨酸、色氨酸R基團(tuán)有共軛雙鍵，具有紫外吸收特性，其最大吸收波長(zhǎng)在280nm附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸，因此測(cè)定蛋白溶液280nm處吸光值是檢測(cè)蛋白濃度的快速簡(jiǎn)便有效的方法當(dāng)前28頁，總共96頁。在加熱條件及弱酸環(huán)境下，氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可以作為氨基酸的定量分析方法。茚三酮反應(yīng)（靈敏度為1ug）當(dāng)前29頁，總共96頁。寡肽、多肽的組成單位多種生物活性物質(zhì)的前體：NO前體—精氨酸；褪黑色素前體-色氨酸。作為神經(jīng)遞質(zhì)（谷氨酸、γ-氨基丁酸）氧化分解產(chǎn)生ATP作為糖異生的前體氨基酸的生理功能當(dāng)前30頁，總共96頁。蛋白質(zhì)分子中氨基酸是如何連接的呢？當(dāng)前31頁，總共96頁。兩個(gè)氨基酸分子頭尾連接起來肽鍵的形成NH2COOH1NH2COOH2NH2CNCOOHOH21脫水CarbodiimideJuangRH(2004)BCbasics當(dāng)前32頁，總共96頁。當(dāng)前33頁，總共96頁。一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的氨基之間失水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化合物稱為肽。肽鍵與肽鏈當(dāng)前34頁，總共96頁。由兩個(gè)氨基酸組成的肽稱為二肽，三個(gè)氨基酸組成的肽稱為三肽，依此類推。由十個(gè)以下氨基酸組成的肽稱為寡肽（oligope-ptide）;十個(gè)以上氨基酸組成的肽稱為多肽或多肽鏈（polypeptide）。肽鏈中的氨基酸因?yàn)槊撍s合而非原來的完整分子單元，故將其稱為氨基酸殘基（residue）。當(dāng)前35頁，總共96頁。肽鏈中AA的排列順序和命名在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基酸順序。多肽鏈有兩端：N-端：多肽鏈中有游離-氨基的一端，也稱氨基端；

C-端：多肽鏈中有游離-羧基的一端，也稱羧基端。氨基酸的順序是從N-端的氨基酸殘基開始，以C-端氨基酸殘基為終點(diǎn)的排列順序。如上述五肽可表示為：Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu當(dāng)前36頁，總共96頁。當(dāng)前37頁，總共96頁。第三節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)當(dāng)前38頁，總共96頁。蛋白質(zhì)是具有三維空間結(jié)構(gòu)的高分子物質(zhì)，根據(jù)蛋白質(zhì)肽鏈的折疊方式和復(fù)雜程度，將蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分為…….當(dāng)前39頁，總共96頁。1234

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次Mathewsetal(2000)Biochemistry(3e)p.195當(dāng)前40頁，總共96頁。一級(jí)結(jié)構(gòu)（primarystructure）-氨基酸序列二級(jí)結(jié)構(gòu)（secondarystructure）-主要由氫鍵穩(wěn)固的局部構(gòu)象，如-helix,-sheet等三級(jí)結(jié)構(gòu)（tertiarystructure）-一條多肽鏈中所有原子或基團(tuán)在三維空間的整體排布四級(jí)結(jié)構(gòu)（quarternarystructure）

-多個(gè)多肽鏈的組合空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次當(dāng)前41頁，總共96頁。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的氨基酸排列順序（注意方向），包括二硫鍵的位置。主要的化學(xué)鍵：肽鍵，二硫鍵當(dāng)前42頁，總共96頁。一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)的基礎(chǔ)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。當(dāng)前43頁，總共96頁。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽鏈中AA的排列順序以及多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質(zhì)生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。當(dāng)前44頁，總共96頁。如何測(cè)定蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)：氨基酸序列(1)直接進(jìn)行氨基酸測(cè)序： Edmandegradation

F.Sanger(CambridgeU.) →Insulin----胰島素(A,Bchains)(2)由cDNA序列反推氨基酸序列： DNA定序法：F.Sanger

JuangRH(2004)BCbasics當(dāng)前45頁，總共96頁。1.小片段肽鏈測(cè)序：二硝基氟苯（FDNB）法二甲氨基磺酰氯（DNS-Cl）法Edman降解法（苯異硫氰酸酯法）氨肽酶法肼解法羧肽酶法N末端氨基酸的分析C末端氨基酸的分析當(dāng)前46頁，總共96頁。N末端基氨基酸測(cè)定主要涉及三步反應(yīng)：偶聯(lián)反應(yīng)、環(huán)化斷裂反應(yīng)、轉(zhuǎn)化反應(yīng)。此法的特點(diǎn)是能夠不斷重復(fù)循環(huán)，將肽鏈N-端氨基酸殘基逐一進(jìn)行標(biāo)記和解離。Edman降解法（苯異硫氰酸酯法，PITC法）脫去N末端氨基酸后，剩下的肽鏈仍然是完整的。當(dāng)前47頁，總共96頁。苯異硫氰酸酯（PITC)堿性條件，偶聯(lián)酸性條件，斷裂環(huán)化PTC-肽當(dāng)前48頁，總共96頁。多肽與肼在無水條件下加熱，C-端氨基酸即從肽鏈上解離出來，其余的氨基酸則變成肼化物。肼化物能夠與苯甲醛縮合成不溶于水的物質(zhì)而與C-端氨基酸分離。C末端基氨基酸測(cè)定①肼解法當(dāng)前49頁，總共96頁。羧肽酶是一種肽鏈外切酶，它能特異地從多肽鏈的C-端將氨基酸依次水解下來，是C末端分析常用的方法。目前常用的羧肽酶有四種：A,B,C和Y；C末端基氨基酸測(cè)定②羧肽酶法羧肽酶種類能水解氨基酸種類羧肽酶A脂肪族或芳香族氨基酸（Pro除外）C-末端肽鍵羧肽酶B只能水解由堿性氨基酸構(gòu)成的C-末端肽鍵羧肽酶CC-末端的Pro羧肽酶Y能切斷各種氨基酸在C-末端的肽鍵當(dāng)前50頁，總共96頁。2.大片段肽鏈測(cè)序：分析多肽鏈的N-末端和C－末端殘基(二硝基氟苯法,丹酰氯法)非共價(jià)鍵（需要用變性劑尿素或SDS）二硫鍵需要用還原法用兩種不同的裂解方式裂解多肽鏈為較小片段測(cè)定各片段的氨基酸順序用片段重疊法重新建立完整多肽鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目拆分蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈蛋白質(zhì)末端分析或SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳當(dāng)前51頁，總共96頁。測(cè)序步驟A.多肽鏈的拆分由多條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)分子，必須先進(jìn)行拆分?？捎?mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍處理，即可分開多肽鏈(亞基)B.二硫鍵的斷裂可在尿素或鹽酸胍存在時(shí)，用過量的-巰基乙醇處理，使二硫鍵還原為巰基，然后用烷基化試劑保護(hù)生成的巰基，以防止它重新被氧化。蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定當(dāng)前52頁，總共96頁。C.測(cè)定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目蛋白質(zhì)末端分析SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定當(dāng)前53頁，總共96頁。D.多肽鏈斷裂成多個(gè)肽段以便建立兩個(gè)重要的氨基酸序列參考點(diǎn)

可采用兩種或多種不同的斷裂方法（斷裂點(diǎn)不同）將多肽樣品斷裂成兩套或多套肽段，并將其分離開來。酶解法:胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶、嗜熱菌蛋白酶、羧肽酶和氨肽酶化學(xué)法：(Cyanogenbromide)溴化氰水解法，它能選擇性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽鍵。蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定當(dāng)前54頁，總共96頁。蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定E.分析多肽鏈的N-末端和C-末端殘基以便建立兩個(gè)重要的氨基酸序列參考點(diǎn)N末端二硝基氟苯（DNFB）法丹磺酰氯（DNS）法Edman降解法氨肽酶法C末端肼解法還原法羧肽酶當(dāng)前55頁，總共96頁。蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定F.片段重疊法確定肽段在多肽鏈中順序示意兩套或兩套以上不同方法斷裂的肽段樣品，切口彼此錯(cuò)位，兩套肽段正好相互跨過切口而重合，達(dá)到互補(bǔ)的目的。當(dāng)前56頁，總共96頁。借助重疊肽確定肽段次序：末端殘基HS末端肽段HOWT

APS

（OUS）第一套肽段HOWT

OUS

EOVE

RLA

PS第二套肽段HO

WTOU

SEO

VERL

APS

推斷全順序HOWTOUSEOVERLAPS氨基末端殘基H羧基末端殘基S第一套肽段第二套肽段

OUS

SEO

PS

WTOU

EOVE

VERL

RLA

APS

HOWT

HO舉例：所得資料當(dāng)前57頁，總共96頁。核酸推導(dǎo)法原理：蛋白質(zhì)的氨基酸順序是由核酸的核苷酸順序決定的。測(cè)出核酸的核苷酸順序根據(jù)三個(gè)核苷酸確定一個(gè)氨基酸的密碼子推導(dǎo)出蛋白質(zhì)的氨基酸順序當(dāng)前58頁，總共96頁。小結(jié)掌握：片段重疊法確定肽段在多肽鏈中順序；熟記：組成蛋白質(zhì)的各種氨基酸以及縮寫符號(hào)；熟悉：分析多肽鏈的N-末端和C-末端殘基的方法；當(dāng)前59頁，總共96頁。蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象又稱空間結(jié)構(gòu)、立體結(jié)構(gòu)、高級(jí)結(jié)構(gòu)、三維構(gòu)象等，是指蛋白質(zhì)分子中原子和基團(tuán)在三維空間上的排列、分布及肽鏈的走向。蛋白質(zhì)的分子構(gòu)象取決于一級(jí)結(jié)構(gòu)，是蛋白質(zhì)生物學(xué)功能或活性所必需的。蛋白質(zhì)的構(gòu)象可分為二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前60頁，總共96頁。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)定義是指肽鏈的主鏈骨架中若干肽單位，各自沿一定的軸盤旋或折疊形成的有規(guī)則的構(gòu)象，以氫鍵為主要的次級(jí)鍵。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)中不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。主鏈：是由氨基酸的羧基與氨基形成的肽鍵部分規(guī)則的重復(fù)排列而成。側(cè)鏈：R基部分。當(dāng)前61頁，總共96頁。兩肽鍵平面的交接點(diǎn)為α-碳以肽鍵為平面連接成多肽長(zhǎng)鏈注意：α-碳上面接有各種大小不等的基團(tuán)當(dāng)前62頁，總共96頁。肽單位（peptideunit）：肽鍵與相鄰的兩個(gè)Cα組成的基團(tuán)其中肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。肽單位是剛性平面，其上面6個(gè)原子處于同一平面，稱為肽平面。肽鏈主鏈上只有兩個(gè)α碳原子連接單鍵可旋轉(zhuǎn)。肽單位中與C-N相連的氫和氧原子與兩個(gè)α碳原子呈反向分布。當(dāng)前63頁，總共96頁。肽鏈中的肽平面當(dāng)前64頁，總共96頁。蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)單元β-折疊(β-pleatedsheet)β-轉(zhuǎn)角(β-turn)環(huán)(loop)無規(guī)則卷曲（randomcoil）Ribbonmodelofthebacterialcatabolitegeneactivatorprotein(CAP)α-螺旋(α-

helix)

肽鍵平面對(duì)多肽鏈構(gòu)象的限制當(dāng)前65頁，總共96頁。肽平面的相疊形成α螺旋當(dāng)前66頁，總共96頁。-螺旋(-helix)指蛋白質(zhì)分子中多個(gè)肽平面通過氨基酸-碳原子的旋轉(zhuǎn)，使多肽鏈的主骨架沿中心軸盤曲成穩(wěn)定的-螺旋構(gòu)象。當(dāng)前67頁，總共96頁。右手-螺旋，螺距為0.54nm，每圈含3.6個(gè)氨基酸殘基；兩個(gè)氨基酸殘基之間的距離為0.15nm;穩(wěn)定因素：鏈內(nèi)氫鍵，每隔三個(gè)氨基酸殘基形成一個(gè)氫鍵，氫鍵取向與主軸基本平行。R基團(tuán)在外側(cè)，其大小、形狀及電荷等均影響-螺旋的穩(wěn)定性和形成。0.54nm-螺旋結(jié)構(gòu)特征當(dāng)前68頁，總共96頁。肽鏈伸展使肽鍵平面之間折疊成鋸齒狀；-折疊借相鄰主鏈之間的氫鍵維系。肽鏈中氨基酸殘基的R側(cè)鏈分布在片層的上下。-折疊的結(jié)構(gòu)特征當(dāng)前69頁，總共96頁。-折疊有兩種類型。一種為順式，肽鏈的N-端在同側(cè)。另一種為反式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。一般反式較為穩(wěn)定。當(dāng)前70頁，總共96頁。

-轉(zhuǎn)角（-turn）在-轉(zhuǎn)角部分，由四個(gè)連續(xù)的氨基酸殘基組成；彎曲處的第一個(gè)氨基酸殘基的-C=O和第四個(gè)殘基的–N-H之間形成氫鍵，產(chǎn)生一個(gè)不很穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子中。COOHH2CCH2CH2CH2H+N當(dāng)前71頁，總共96頁。無規(guī)卷曲（randomcoil）指多肽鏈主鏈部分形成的無規(guī)律構(gòu)象。一種蛋白質(zhì)往往具有多種不同類型的二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象，只是不同蛋白質(zhì)各占多少不同而已。當(dāng)前72頁，總共96頁。核糖核酸酶的分子結(jié)構(gòu)α-螺旋β-折疊β-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲當(dāng)前73頁，總共96頁。基序基序（motif）又稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)、模體或模序：多肽鏈內(nèi)順序上相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)常在空間中相互接近，相互作用而形成有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)聚集體。超二級(jí)結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)的組織層次上高于二級(jí)結(jié)構(gòu)，但沒有完整的結(jié)構(gòu)域。常見的有：αα，βββ，βαβ當(dāng)前74頁，總共96頁。αα當(dāng)前75頁，總共96頁。結(jié)構(gòu)域（domain）三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū)。結(jié)構(gòu)域：在較大的蛋白質(zhì)分子中，多肽鏈上相鄰的基序（超二級(jí)結(jié)構(gòu)）緊密聯(lián)系，進(jìn)一步折疊成一個(gè)或多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的致密的三維實(shí)體。具有獨(dú)特的空間構(gòu)象，與分子整體以共價(jià)鍵相連，并承擔(dān)特定的生物學(xué)功能。蛋白質(zhì)分子可以有多個(gè)相同或不同的結(jié)構(gòu)域；不同的蛋白質(zhì)分子可以有相同的結(jié)構(gòu)域。當(dāng)前76頁，總共96頁。丙酮酸激酶的結(jié)構(gòu)域當(dāng)前77頁，總共96頁。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)(TertiaryStructure)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)、超二級(jí)結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)域的一條多肽鏈上，序列上相隔較遠(yuǎn)的AA殘基側(cè)鏈相互作用，在空間進(jìn)一步盤繞、折疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的特征三維結(jié)構(gòu)。指在一條多肽鏈上所有原子和基團(tuán)在三維空間的整體排布。大多數(shù)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)為球狀或近似球狀。大多數(shù)的親水的側(cè)鏈分布于球形結(jié)構(gòu)的表面，而疏水的側(cè)鏈鏈分布于球形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，形成疏水的核心。溶菌酶分子三級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前78頁，總共96頁。維系三級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵主要是非共價(jià)鍵：氫鍵、離子鍵、疏水鍵和范德華力。當(dāng)前79頁，總共96頁。蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)(QuaternaryStructure)：二個(gè)或二個(gè)以上的亞基之間相互作用，彼此以非共價(jià)鍵相連而形成更復(fù)雜的構(gòu)象。蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前80頁，總共96頁。1.蛋白亞基具有一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈，稱為亞基或亞單位(subunit)，四級(jí)結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是亞基在空間排列的方式。2-10個(gè)亞基組成具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)為寡聚體(oligomer)，多于10個(gè)稱為多聚體（polymer）。

單獨(dú)亞基無生物學(xué)功能，當(dāng)亞基聚合成為具有完整四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)后才有功能。當(dāng)前81頁，總共96頁。2.亞基間的結(jié)合力維持亞基之間的化學(xué)鍵主要是疏水鍵。亞基間的疏水基團(tuán)為了避開水相而相互作用形成疏水鍵，導(dǎo)致亞基聚合。此外，氫鍵、離子鍵、范德華力、二硫鍵等在維持蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)也起一定的作用。當(dāng)前82頁，總共96頁。血紅蛋白(hemoglobin)四級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前83頁，總共96頁。蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)小結(jié)四級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域超二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)20種氨基酸當(dāng)前84頁，總共96頁。第四節(jié)

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能當(dāng)前85頁，總共96頁。一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，并且決定高級(jí)結(jié)構(gòu)，而高級(jí)結(jié)構(gòu)決定它的生物學(xué)功能。當(dāng)前86頁，總共96頁。在蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)中，有少數(shù)氨基酸殘基參與功能活性部位的構(gòu)成或處于特定構(gòu)象的關(guān)鍵部位，這部分殘基對(duì)于蛋白質(zhì)正常發(fā)揮功能至關(guān)重要。一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能