中山大學生化筆記

中山大學生物化學課堂筆記——李國富鄭利民版

Contentsforthissemester:

§1生物化學緒論和基礎（鄭利民）

§2氨基酸（李國富）

§3蛋白質的結構（李國富）

§4蛋白質的功能（李國富）

§5蛋白質研究的基本方法（李國富）

§6酶（李國富）

§7糖（李國富）

§8核甘酸與核酸（李國富）

§9脂（李國富）

§10生物膜與物質轉運（李國富）

§11生物信號（鄭利民）

§12生物體對環(huán)境應答的生化基礎（鄭利民）

第二節(jié)Aminoacids

§2.1Preknowledge

一同分異構Isomerism

1構造異構Constitutional?

①碳架異構/Carbonchain?②位置異構/Position?③官能團異構/Functionalgroup?

④互變異構/Tautomerism（兩種異構體可在溶液中自然發(fā)生可逆的相互變化）⑤價鍵異構/Valence?

（指鍵的雜化類型：SP/S^/SF3）

2立體異構Stereoisomerism

①構象異構Conformation?a.交叉式構象b.重疊式構象

▲②構型異構a.順反異構/Cis?trans?旋光異構/Optical?

?構型VS構象

構型：分子中由于各原子或基團間特有的固定的空間排列方式（骨架組合）；一種構型轉變另一種構型則要

求共價鍵的斷裂、原子（基團）間的重排和新共價鍵的重新形成。

構象：廣義的構象是指分子中原子或基團在三維空間的取向和定位；狹義的構象是指具有相同構造和構型

分子中，由于某個原子（基團）繞單鍵自由旋轉而形成的不同的易變的空間結構形式（有無數(shù)種）；在各種構

象形式中，勢能最低、最穩(wěn)定的構象是優(yōu)勢構象。

▲二旋光性和手性

1光的介紹

光是橫波（電磁波），電場和磁場振動的方向與光前進的方向垂直（見下圖）

①自然光：其在振動和波面內各方向具有相同的概率,

這種振動方向概率相等的波稱~

②平面偏振光：

不再具有振動方向各向概率相等的特性。

③旋光活性：指可以使平面偏振光發(fā)生偏轉的特性。

2手性（chirality）

①它們互為鏡象，和左右手之間的關系一樣，外形相似，但不能重合，此為手性。這兩個物體稱對映異構

體（旋光異構體）。

②C、N、C、Si等原子都可以成為手性中心。

③只有在同一平面內進行旋轉可重合才算為手性分子，在空間翻轉不算。

3手性的判定法則

①存在下列情況之一，不是手性分子

O有對稱中心

O有對稱面

O有旋轉反軸（a.旋轉軸：沿此種軸物體旋轉n°【360—重180二重120三重90四重

60五重】后分子復原b.旋轉反軸：先旋轉n。后，通過一個鏡面的映射物體復原）

②同時存在下列情況，肯定是手性分子

O沒有對稱中心

O沒有對稱面

O沒有四重反軸

③即分子存在下列結構之一：

▲手性中心/Chiralcenter

采用SP3雜化，為有四條軌道的正四面體，而且每個軌道所對應四個不同的原子或基團

▲手性軸/Chiralaxis（了解）

由于雙鍵、分子過大等因素的存在使其不能自由旋轉

▲手性面/Chiralplane（了解）

4旋光性的標記

CHOCHO

II

H—*C—OHHO—*C—H

II

CHzOHCH2OH

（I）（II）

glyceraldehydesglyceraldehydes

D（羥基在右）L（羥基在左）制化程度最高的基團放在上面，和ch。對應

①19世紀末，費歇爾建議用甘油醛為標準來確定對映體的構型.（見上圖）

②即采用D-L系統(tǒng)，而且所有的構型都是相對構型（相對于甘油醇來說），與旋光性沒有關系

§2.2StructuralFeatures

?Generalformula（由于生理pH為7,所以此形式為氨基酸在生理條件下的主要存在形式）

COO

+I

H3N—C—H

R

①結構式中水平鍵指向直面外，豎直鍵指向紙面內。

?EachhasadifferentsidechainR（R=uRemainderofthemolecule"）,whichvaryinsize,structureand

electriccharge（電荷）andinfluenceAAs在水里的溶解性。

③a-AA：官能團所連的第一個碳為a-碳，以竣基為主官能團，氨基在or碳上，所以稱or氨基酸；實質就

是-COOH和-NH2連接在案同一碳原子上的氨基酸。組成蛋白質的氨基酸均為a氨基酸，一般biocham

所指的都是這種氨基酸。（根據(jù)氨基連結在竣酸中碳原子的位置，可分為a、0、Y、5……的氨

基酸（C...C-C—C-C-COOH）o

④除少數(shù)列外，大多數(shù)氨基酸只有a-carbon是手性碳原子。

?氨基酸的旋光異構性

1由于氨基酸的C連接四個不同的基團（甘氨酸除外），所及具有手性，所以AAS具有旋光異構體。

2氨基酸的D-L構型不是由其自己的旋光活性確定的，而是對應甘油醛的D/L構型確定的，

（其氨基對應0H）,同樣，氨基酸的D,L構型與其具體的旋光性（左旋還是右旋）沒有直接對應關系。

3絕大多數(shù)蛋白質中的氨基酸是L-AAs,D-AAs在細菌細胞壁的肽聚糖以及抗菌肽中出現(xiàn)。

XCHOCHO

HO-2-HA

H一C一OH

I!

3cH20HCH2OH

L-Glyceraldehydeo-Glyceraldehyde

oC6

iA

oroC

vT-

cCH

n-Alanine

§2.3Category

-StandardAAs:

?判斷依據(jù)

1為L構型

2為直接用于合成蛋白質的單體，即有對應的tRNA將其運送至核糖體中用于肽鏈合成。

?特征

1每個標準AA都有其俗名(即非IUPAC)

e.g:酪氨酸(第一次從cheese中獲得)

2每個都有一個三字母縮寫&一個一字母縮寫名(便于以后蛋白質鏈的縮寫)

通常為首三/一字母

3共20種

?分類

分類依據(jù)：按照氨基酸中R基的極性進行分類。

R基極性的判斷：有無極性是相對來言，一般看分子偶極矩的大小，即極性鍵多還是非極性鍵多，如

烷燃一般沒有極性(C-H.H-H),但若基團含0H,C00H等集團，則極性較大，極性大的集團一般親水性較強

(氫鍵作用)。

(―)NopolarAAs(疏水)

1甘氨酸：Gly(G)，由于其R基為H,,所以其無手性C原子，即無旋光性。

2亮氨酸:Leu(L)

3異亮氨酸：lie(I),2和3為同分異構體；異亮氨酸有兩個手性C原子，但在生物化學中，一般以a-C

為手性碳來標識其L-D構型。

4苯丙氨酸：Phc(F)

5色氨酸：Trp(W)

O唯一帶共柜體系(苯環(huán))的三種氨基酸

苯丙氨酸<絡氨酸<色氨酸

其在近紫外區(qū)有吸收光的能力，一般最大光吸收在280mm處。(實踐中一般使用色氨酸)

6丙氨酸：Ala(A)

7脯氨酸：Pro(P)

8綴氨酸：Vai(V)

10甲硫氨酸：Met(M)

AromaticRgroups

Nonpolar,aliphaticRgroups

coo-coo-coo-

H3N—C—H

甘氯丙氮

Glycine^AjanineProline脯氮Valine縝氯

coo

H3N—C—H

(二)極性氨基酸(親水)

A不帶電荷

1絲氨酸：Ser(S),R基為CH20H

2蘇氨酸：Thr(T),有兩個手性C,但仍以a-C為手性碳來標識其L-D構型。

3半胱氨酸：Cys(C),R:-CH2-SH

-SH在蛋白質中常被氧化成二硫鍵-S-S(用于固定蛋白質的構象，在生物堅硬蛋白質中含量高，如指甲,

牛角等)

COO-COO-

?I+I

HjN—CHHjN—CH

CysteineI

CHa.CH

I2H*+2e-2

SH廣S

Cystine

SH，、S

2H++2e~I

cCH

Cysteine|S.產.

CH—NH3CH—NHs

coo-coo-

4天冬氨酸：Asn(N),R基帶NH2,

5谷氨酰胺、；Gin(Q),R基帶NH2

6酪氨酸：含苯環(huán)，有近紫外吸收。

O帶OH、NH2、SH基團的AAS組合形成蛋白之后，一般為蛋白質發(fā)揮作用的部位(e.g:酶

的催化)

B帶電荷

a.帶正電荷

1賴氨酸：Lys(K)

2精氨酸：Arg(R)

3組氨酸:His(H)

b.帶負電荷

1天冬氨酸：Asp(D)：有兩個COCT

2谷氨酸：Glu(E)，有兩個COCT

(三)TworarestandardAAs

+Selenocysteine:encoded(編碼)bytheRNAnucleotidetripletUGAfoundin

Archaea,eubacteriaandanimalsincludingmammals.

+Pyrrolysine:encodedbytheRNAnucleotidetripletUAG,foundinArchaea,

andeubacteria.

二NonstandardAAs

?產生途徑

1由蛋白質中的標準AAS經修飾而成

即在標準AAS合成蛋白質之后，由于蛋白質功能需要，會對AAS進行修飾改進，其水解后的產物

便有非標準AAS(arefoundincertainproteinsandaremadeafterthestandardamino

acidshavebeenincorporatedintoproteins)

2AAS和蛋白質代謝的中間產物

e.g：鳥氨酸瓜氨酸

§2.4ChemicalProperties

?Acid-BaseandTitrationCurves（滴定曲名戔）

-酸堿性相關知識補充

AIonizationofWater（水的電離）

Waterdissociatesintohydronium（H3O+）andhydroxyl（OH-）ions.For

simplicity,werefertothe（H3O+）asahydrogenion（H+）andwritethe

equilibriumas

H2O5=iH*+OH-

其中，式子的平衡常數(shù)

%=（I）

式子中括號里表示的是離子的摩爾濃度。由于水的解離度很小，所以expression1canbe

simplifiedtogive

+

KW=[H][OH-]（2）

Kw則表示水的離子積。NotethattheconcentrationsofH+andOH-are

reciprocallyrelated.IftheconcentrationofH+ishigh,thenthe

concentrationofOH-mustbelow,andviceversa.

BDefinitionofAcidandBase（堿）

1Anacidisaprotondonor.Abaseisaprotonacceptor.,

Thespeciesformedbytheionization（電離）of

AcidH++base.,

_anacidisitsconjugatebase（共軌堿）=Conversely,

CH￡OOH=H++CH3coecr,

Acene?cidAcetateprotonation（質子化）ofabaseyieldsitsconjugate

NH?=H++NH,acid.

AmmoniumionAmmonia

CDefinitionofpHandpK

1ThepHofasolutionisameasureofitsconcentration（濃度）ofH+.ThepH

isdefinedas

++

pH=log10(l/[H])--log10(H](3)

這個電離的表觀平衡常數(shù)

K.=[H+][A-]/[HA](4)

Ka的意義：即當弱電解質電離達到平衡時(只有弱電解質發(fā)生不完全電離，討論才有意義)，已經發(fā)生電

離的離子濃度和未發(fā)生電離的離子濃度之比。

2ThepKaofanacidisdefinedas

pKt=-logKa=log(l/KJ(5)

thepKaofanacidisthepHatwhichitishalfdissociated,when[A-]=[HA]?

3pH和pka的關系可以用等式表示為

pH=pKa+log((A-]/(HA])(8)

二氨基酸的酸堿特性

若按氨基酸的酸堿特性來分，可將20種氨基酸分為①中性AAS(分子中僅含一個竣基和一個氨基)、

酸性AAS(兩個竣基和一個氨基，即門冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)③堿性AAS(一個段基和兩個氨

基,即賴氨酸(Lys),精氨酸(Arg)和組氨酸(His)).

A兩性解離

?由于a-AAS既含-COOH又含~NH?,因此，在水溶液中，它既可作為酸又可作為堿起作用。

?從物理化學性質上看，所有a—AAS都具以下一些獨特的性質：

1.為不揮發(fā)、高熔點的結晶晶體。

2.在水中的溶解性要比在有機溶劑中好得多。

Reasonfor1&2：

其分子中既有正離子又有負離子，是一種鹽，所以其為高熔點晶體且具有好的水溶性。

3.其偶極矩比簡單的酸和胺大得多。

4.表現(xiàn)出酸堿兩重性質，其酸性大都比較酸弱，其球性也比大多數(shù)胺的堿性弱。

Reason:

AAS在結晶狀態(tài)或者溶液中，并不是以游離氨基和竣基形式存在，而是以解離成兩性離子的形式存

+

在。在兩性離子中，作為酸的是質子化的氨基(-NH3),作為堿的是去質子化的竣基(-COO'),所以其

酸性弱于痰酸而堿性弱于胺的原因。

5.但a-AA中的a-COOH比一般化合物中的PKa更小，即更容易解離(注意和4區(qū)分！！4是相對于其

已經解離為兩性離子而言的~~),酸性更大，因為

①由于其本身以兩性離子形式存在，所以其NH3+作為強的吸電子基團產生吸電子誘導效應，有利于

竣基的解離。

②解離后的皴基負離子與氨基正離子存在靜電相互吸引作用，且?guī)д姷馁|子會與氨基正離子存在靜

電相互排斥作用，從而導致皴基負離子難與質子相結合。

以上兩種因素最終導致a-AA竣基酸性大大增加。

同樣的，a-AA中的a-NH：：也比一般化合物中的PKa小，說明更容易解離。

?酸堿性詳述

1溶液中AAS的存在形式

溶液中，AAS的存在形式依賴于溶液的pH,當溶液的pH發(fā)生變化時，其的存在形式也發(fā)生變化。

①堿性溶液中

質子化的氨基(NH3+)釋放出質子，表現(xiàn)出酸的性質，AAS以負離子形式存在(HzNCHRCOCT)

②酸性溶液中

竣酸負離子被質子化，表現(xiàn)出堿的性質，氨基酸以正離子的形式存在(H3N+CHRCOOH),

③接近中性的溶液中

AAS主要以兩性的離子形式存在(H3N+CHRC00)

2AAs完全質子化時，可看成是多元酸，中性AAS為二元酸，酸性和堿性AAS可看成是三元酸。

例(有生738頁)

B等電點

定義：當溶液處于某一pH時，氨基酸溶液中所含的-^^3*和900-數(shù)目正好相等，凈電荷為0.這一

Ph稱為該AAS的等電點——pl?不同的AAS有不同的pl。

1由于不同的AAS有不同的pl,因此可以通過電泳將AAS混合物分離開來。(帶不同電荷的AAS由

于靜電吸引力向不同方向移動，不帶電荷的則不移動。)

2AAs的等電點是是其的一個重要性質，當AAS處于等電點時，具一下特點：

①溶解度最小——可以利用此性質分離AAS

②凈電荷為0.在電場中不移動。

③對于含一個氨基和一個酸基的AAS來說：

pI=pKl+pK2/2

?對于側鏈上含有可解離基團的酸性AAS和堿性AAS來說，它們的等電點則是側鏈可解離基團解離

常數(shù)(pKR)與數(shù)值比較接近(pKR)的a-氨基或a-峻基的算術平均值。即

酸性AAS：pI=pKi+pKR/2

堿性AAS：pI=pK2+pKR/2

?CharacteristicReactions

第三節(jié)ProteinStructure

§3.1PrimaryStructure

-ReIatedconcepts

?Residue：氨基酸殘基每個氨基酸殘基的平均相對分子量為110

?C/Nterminal：一般寫時為"左N右C"

?Peptidebond：肽鍵，實為一種酰胺鍵（共價鍵），為蛋白質肽鏈骨架的重復結

構單元。

?Peptide：

①AAS以酰胺鍵連接起來的化合物稱肽

②肽的命名：根據(jù)氨基酸殘基來確定的，即從多肽N末端的AAS殘基開始向C末端按

順序依次稱為“某氨基酰某氨基?！被帷?。

?isoelectricpoint(pl)：Eachpeptidehasacharacteristictitrationcurve(滴定曲線)and

anpl——無法像AAS的PI那樣直接計算，只可通過實驗直接測定。

?分類：根據(jù)AAS含量不同Oligopeptides寡聚肽Polypeptides多肽Protein蛋白質

lessthan50btw50-10morethan100

二Structuralfeatures

1由于-CONH-中的C&N都采用SP2雜化，所以肽鍵中的四個原子和它相鄰的兩個a-C原子都處在同一

平面上，此剛性結構的平面稱肽平面or酰胺平面。

2由于酰胺基中攜基的n電子與氮原子上的孤電子對占據(jù)的p軌道形成p-n共聊，氮原子上的電子云向城基

偏移，導致單雙鍵的鍵長趨向平均化。所以酰胺分子中鍍基碳原子與氨基氮原子之間的C-N鍵在常溫時

是不能自由旋轉的。

3但Ca-C鍵和N-Ca是可以自由旋轉的。

①N-Ca所在的肽平面隨N-Ca鍵旋轉的角度為0（向紙平面內旋轉）；Ca-C所在的肽平面隨Ca-C鍵旋轉

的角度為（P（向紙外旋轉）。

N-CaCa-CC-N

②當兩個平面轉到組成一個共矩形平面時，。和<p為0°.(butitisdisallowedbythesteric空間上

的overlapbetweenHandOatomsofadjacent令B近的peptideplanes.)

③<|>=180°,v|/=180°whenthepeptideisinitsfullyextendedconformation?

④但其實在正常的理化條件下，一種蛋白的多肽鏈僅有一個（或非常少的）構象，這就是具有生物活性的

天然構象。

三Homology同源性

Homologousproteins:evolutionarilyrelated,performthesamefunctionindifferentspecies0

具有：

①Invariant（不變的，恒定的）residues：Manypositionsinprimarystructureareoccupied

bythesameaaresiduesinallspecies.這些AAS決定其的功能，不可替換。

②Variableresidues：有的AAS可以改變，但不影響其高級結構和功能。

?Conservativesubstitutions：某些AAS可被替換，但是有前提---通常是用性質、結構類似的

AAS替換。

四Otherchemicalgroups

根據(jù)蛋白質的化學組成可將它們分為單純蛋白質和結合蛋白質。

1單純蛋白質一水解后的產物僅為AAS,如胰島素、催產素等。

2結合蛋白質——由蛋白質部分和非蛋白質部分結合而成。

非蛋白部分又稱輔基，如糖類（糖蛋白）、核酸（核蛋白）、脂肪/膽固醇（脂蛋白）、配價金屬（金屬蛋白）

Theproteinsarereferredasconjugatedproteinswhiletheaminoacidpartaloneiscalled

apoprotein（脫輔基蛋白）。

§3.2SecondaryStructure

蛋白質的二級結構是指通過鏈內或鏈間氫鍵而形成的只涉及肽鏈主鏈的空間結構（不涉及側鏈的構象）

—a-helix

—a-chain

1一般COOH端朝下，NH2朝上

2螺旋的構象靠氫鍵維持：第n個氨基酸a-氨基上的H與第n+3個氨基酸上的a-皴基。形成氫鍵一

即所有肽鍵平面上的H&0都參與了形成氫鍵，使a-helix內部的氫鍵數(shù)目達到最大，所以這種構象是

最穩(wěn)定的。且氫鍵和主軸平行。

3L氨基酸既可以形成右手a-helix也可形成左手a-helix,但天然a-helix全部為右手a-helix

因為左手a-helix不如右手a-helix穩(wěn)定一其L-AAS側鏈的第一個C過分接近于竣基上的氧原子,

并同位于內側，分子阻力大，能量較高，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4影響a-helix穩(wěn)定的因素：

①相鄰R基團間的靜電作用（最好不帶電荷或帶相反電荷）、范德瓦爾斯作用（體積過大時產生）、

疏水相互作用或位阻作用

②Pro和Gly：

GLY：其R為H,太小，無法和附近的原子形成相互作用，不利于形成穩(wěn)定結構

PRO：其R為環(huán)裝結構，也為剛性結構，不利于在螺旋拐彎處形成彎曲。

③N-末端和C-末端氨基酸R基團的性質

最好鏈上端顯負電荷，下端顯正電荷，有利于加強a-helix的偶極矩，使其更穩(wěn)定。

二p-pleatedsheet

在這種結構中，多肽鏈按一定軸向呈鋸齒狀伸展狀態(tài)，兩條或多條肽鏈（也可是同一條肽鏈的不同片

段）按層排列，相鄰的太臉上的鐐基和氨基形成氫鍵，氫鍵幾乎垂直于中心軸，相鄰AAS的側鏈R基團

交替分布于片層的上方和下方，并與片層垂直，維持其結構的穩(wěn)定性。

1Parallel

由錯開的。和H形成氫鍵

2Antiparallel

。和H頭碰頭形成氫鍵，更為穩(wěn)定，所以更加common。

?若氫鍵的R基體積較大并帶有同種電荷，則不易形成p-pleatedsheet

三0turn

—Loop

—Randomcoil

①為肽鏈中出現(xiàn)的180°的回折，這種轉折結構中的第一個氨基酸殘基上的氨基氫和線基氧分別與第

四個氨基酸殘基上的娠基氧和氨基氫形成氫鍵，產生一種很不穩(wěn)定的環(huán)狀結構。

②Itoftenconnectstheendsoftwoadjacent（臨近的）segmentsofanantiparallel

p-pleatedsheet.

③。turnsareoftenfoundnearthesurfaceofaprotein.

因為在這些位置改變多肽鏈的方向位置阻力較小，而且形成。turn以后，少量的疏水側鏈R基

位于蛋白分子內部形成疏水區(qū)，極性側鏈R暴露在蛋白質分子表面形成親水區(qū)。

④GlyandProareoftenfoundinbturns。

因為在Bturn中，會有一種順反異構酶將PRO由反式變?yōu)轫樖?，則此時它會形成一個天然的適

合pturn的大彎曲。

transcis

Prolineisomera

(b)

§3.3Tertiary&QuaternaryStructure

Pre：

①三級&四級結構的地位是平等的。若蛋白質由一條多肽鏈構成，則其終極結構就為三級結構；若蛋白

質由兩條及以上的肽鏈組成，則它的終極結構就為四級結構。

②三級結構：由a-helix、p-pleatedsheet、p-turn等二級結構之間相互配置而成的構象。

③四級結構：很多蛋白質分子是由具有獨立三級結構的多肽鏈組成的，這些多肽鏈之間無共價聯(lián)系，而

是借助次級鍵締結在一起的，稱為蛋白質的四級結構。其中每條多肽鏈形成的獨立三級結構單元稱為

“亞基”或“亞單位”。

——Fibrousproteins----areadaptedforastructuralfunction（結構蛋

白）

1a-角蛋白（a-keratins）

一般為皮膚的衍生物的組成成分，存在于動物的毛、發(fā)、鱗，爪、蹄'羽毛、甲殼和角甲。

①其二級結構為a-helix（右）

②其四級結構直接由2條a-helix扭在一起（向左），沒有明顯的三級結構。

③含豐富的半胱氨酸（Cys）——所以形成四級結構的多肽鏈之間有大量的二硫鍵，且Cys含量越高，

形成的蛋白質越堅硬。

@Richinhydrophobic（疏水的）residues：Phe,He,Vai,Met,andAla.

⑤a-角蛋白伸縮性好，有彈性。

2膠原蛋白Collagen

是皮膚、軟骨、動脈管壁以及結締組織的成分，在體內以膠原纖維形式存在。

①其二級結構為a-chain----為將左手a-helex拉開所得（故其內沒有氫鍵）

②四級結構：由三條a-chain相互絞合成右手大螺旋——稱原膠原蛋白分子。在此螺旋中，肽鏈之間

靠氫鍵聯(lián)系，氫鍵垂直于纖維軸.

③氨基酸序列簡單---Arepeatingtripeptide:Gly-X-ProorGly-X-Hyp,Gly-Pro-Hypmore

frequento

④富含Gly和Pro的原因：

Glycanfitintothecrowdedinteriorofthetriplehelix（R基小，利于繩擰得致密，Gly都被

擰在螺旋內部）,whilePropermitsthesharptwistingofthecollagenhelix0

?Collagenfibershavesimilartensilestrengthasasteelwireofequalcrosssection

3Silkfibroin絲心蛋白

①其二級結構為p-pleatedsheet。

②FibroinisrichinAla（丙氨酸）andGly,permittingaclosepackingofpsheetsandan

interlocking（連鎖的）arrangementsofRgroups（因為兩者是AAS中R基最小的兩種）.這樣，可

以使形成的片層最光滑（R小，毛刺少），且不同片層疊加后很致密，利于發(fā)生片層間的相對滑動。

?Overallstructureisstabilizedbyextensivehydrogenbondsandbyoptimization（最優(yōu)化）of

vandecWaalsinteractionsbetweensheetSo（由于不含半胱氨酸殘基，無二硫鍵形成）

?Silkdoesnotstretchsinceitspconformationisalreadyhighlyextendedo

⑤Structureisflexiblesincethemajorforceholdingsheetstogetherisweakinteractions

ratherthandisulfidebonds（二硫鍵）asina-keratins.

二GlobularproteinsandtheirStructruralpatterns

1.Myoglobin肌紅蛋白

①肌紅蛋白存在于肌肉中，心肌中含量特別豐富。抹香鯨肌紅蛋白三級結構于I960年由Kendrew用X

線衍射法闡明，這是世界上第一個被描述的蛋白質三級結構。

②由一條多肽鏈+一個輔基多肽鏈（亞鐵血紅素一一為亞鐵原嚇咻化合物，它由4個毗咯通過4個甲

快基相連成一個大環(huán)，F(xiàn)e2+居于環(huán)中。其位于球形分子內部一口袋形空穴中）

③分子呈緊密球形，多肽鏈中氨基酸殘基上的疏水側鏈大都在分子內部，親水側鏈多位于分子表面，

因此其水溶性較好。

④三級結構：有8段a-螺旋區(qū)

⑤血紅素和氨基酸的結合部位有兩個組氨酸殘基，在和。的結合中起關鍵作用。

2Structruralpatterns

ADomain結構域

1定義：含數(shù)百個AAS殘基的多肽鏈經常折疊成兩個或多個穩(wěn)定的、相對獨立的、球狀實體，稱為結構域。

“相對獨立的”指：①熱學穩(wěn)定性為獨立的——加熱或其他變性因素時兩個結構域之間變性不同步。

②通常執(zhí)行不同的功能

2結構域也經常是功能域。功能域是蛋白質分子中能獨立存在的功能單位，其可以為一個結構域，也可以

由多個結構域組成。

3結構域的意義

a從結構角度來看，一條長的多肽鏈先分別折疊成幾個相互獨立的區(qū)域，再締合成三級結構要比整條多肽

鏈直接締合成三級結構在動力學上為更為合理的途徑。

b從功能角度來看，許多多結構域的酶，其活性中心都位于結構域之間，因為通過結構域容易構建具有特

定三維排布的的活性中心

c結構域之間常常只有一段柔性的肽鏈連接，形成所謂的較鏈區(qū)，使結構域容易發(fā)生相對運動，結構域之

間的這種柔性特性將有利于活性中心結合底物和對底物施加應力，有利于別構中心結合調節(jié)物和發(fā)生別

構效應。

B超二級結構

1定義

由若干相鄰二級結構元件組合在一起，彼此相互作用，形成種類不多，有規(guī)則，穩(wěn)定的二級結構組合，

稱為超二級結構（或Motifs基元,）為介于二級三級之間的一種結構層次。

2常見的幾種基本組合形式：

①aa

由兩股平行或反平行排列的右手helix相互纏繞而成的左手超螺旋。

②pap

由兩段平行的B股和一段作為連接鏈的a-B股之間還有氫鍵相連，連接鏈反平行地交

叉在。片的一側，。片的疏水側鏈面向a螺旋的疏水面，彼此緊密裝配。

③PP

實際上就是反平行B片，只不過在球狀蛋白質中多是由一條多肽鏈的若干區(qū)段的。股反平行組合而成,

兩個。股間通過一個短回環(huán)連接起來。常見的有。發(fā)夾，B曲折（多個反平行。股通過緊湊的轉角連接而

成）和希臘鑰匙拓撲結構。

con,rxGCt.xon

botzwoor*Q曰七Tacdn

《'veryr?ro>>

3proteinstructuralclassification

①alla

②allp

③a/p：a-helix和p-sheet交替出現(xiàn)

④a+B：一段肽鏈全為a,另一段全為。EPaaaaa+PPPPP

4Quaternarystructures&symmetry（對稱性）

?四級結構具對稱性的原因——追求最經濟

①四級結構由多條多肽鏈構成，但其種類可能只有i~2種，因為單體形狀結構更固定——由于同樣的結

構重復再現(xiàn)，所以結構易呈對稱性。

②稱對稱性和多面體的特性在病毒的蛋白質外殼中尤為突出。

§3.4ProteinDenaturation（變性）&Folding

—FourTypesofNoncovalent（"Weak"）

InteractionsamongBiomoleculesinAqueousSolvent（液體溶齊ij）

?常見的分子間相互作用

vanderWaalsinteractions、Hbonds、Hydrophobicinteractionsxstericforce（空間位阻作用）、

sovaltionforce（溶劑作用）

A范德華作用力——弱靜電作用力

范

德

瓦

耳

斯

力

BHydrogenbond（靜電相互作用）

1定義：由電負性較大的原子和氫共價結合的基團具很大的偶極矩，成鍵電子云的分布偏向電負性較大的

原子，因此氫原子核周圍的電子云密度小，氫核幾近裸露，這一正電荷氫核遇到另一個電負性大

的原子則產生靜電吸引，稱為氫鍵。用A——H-----B表示。

2氫鍵具有方向性——沿鍵軸方向形成的鍵強度最大

e.g：p-pleatedsheet反平行結構比平行結構穩(wěn)定，就是因為其反平行時形成的氫鍵是頭碰頭的，而平

行時形成的氫鍵不能很好的重疊。

3氫鍵具有飽和性

一般情況下A——H只能和一個y原子相結合，因為H非常小，而供體和接納體原子都相當大，這樣將

排斥另一接納原子再和H結合。

4氫鍵形成具有協(xié)同性

即一個氫鍵的形成能促進其余氫鍵的形成

5氫鍵的鍵能比共價健小很多，但比范德華力大。

CHydrophobicinteraction

為非極性分子之間的一種弱的、非共價的相互作用。這些非極性分子（如一些中性氨基酸殘基，也稱之

疏水殘基）在水相環(huán)境中具有避開水而相互聚集的偵向。

1其作用范圍可達lOOnm作用（一般的非共價作用力W5nm）

2已知△G=ZkH-TZ\S

G：吉布斯自由能4H：熔變ZkS：焙變

e.gA：

①NaCI晶體：S?。ㄓ行蛐愿撸┮簯B(tài)水分子:S大（有序性低）

②當把NaCI投入水中后，Na+、CU會分別被水分子包圍，形成水化層

③從NaCI來看，S增加從H2。來看，S減?。ㄐ纬伤瘜?，更有序）

其總的結果是：4G,即增加，所以此過程可自發(fā)進行

e.gB：

①油脂分子滴入水中后，不會分散

②從外界給予能量（加熱，攪拌）后，雖然由于水分子和油脂分子不親和，但油脂的位于表面疏水基團外

有有水分子有序地排列成籠狀的結構，所以H2。的炮減少；但油脂分子S上升

③其凈焙變是減少的，所以反應不可自發(fā)進行，當外界停止提供能量石，油脂又會重新聚集（此過程4

S增加），由于油脂分子表面都是疏水基團，所以這個疏水分子和疏水分子一起作用打開水籠子的過程

便為“疏水相互作用：

?疏水相互作用是疏水分子和疏水分子之間的相互作用~~!!!

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■ntcructions

?二Non-covalentinteractionsinproteinfolding

AG=AH-TAS

|AG|=20-65kJ/mol

生理條件下

Unfoldedprotein----------------------------------------------->Foldedprotein

1能形成H鍵的基團與H20形成H鍵