中山大學(xué)生化筆記

中山大學(xué)生物化學(xué)課堂筆記——李國富鄭利民版

Contentsforthissemester:

§1生物化學(xué)緒論和基礎(chǔ)（鄭利民）

§2氨基酸（李國富）

§3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)（李國富）

§4蛋白質(zhì)的功能（李國富）

§5蛋白質(zhì)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(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)（李國富）

§11生物信號（鄭利民）

§12生物體對環(huán)境應(yīng)答的生化基礎(chǔ)（鄭利民）

第二節(jié)Aminoacids

§2.1Preknowledge

一同分異構(gòu)Isomerism

1構(gòu)造異構(gòu)Constitutional?

①碳架異構(gòu)/Carbonchain?②位置異構(gòu)/Position?③官能團(tuán)異構(gòu)/Functionalgroup?

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

（指鍵的雜化類型：SP/S^/SF3）

2立體異構(gòu)Stereoisomerism

①構(gòu)象異構(gòu)Conformation?a.交叉式構(gòu)象b.重疊式構(gòu)象

▲②構(gòu)型異構(gòu)a.順反異構(gòu)/Cis?trans?旋光異構(gòu)/Optical?

?構(gòu)型VS構(gòu)象

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

求共價(jià)鍵的斷裂、原子（基團(tuán)）間的重排和新共價(jià)鍵的重新形成。

構(gòu)象：廣義的構(gòu)象是指分子中原子或基團(tuán)在三維空間的取向和定位；狹義的構(gòu)象是指具有相同構(gòu)造和構(gòu)型

分子中，由于某個(gè)原子（基團(tuán)）繞單鍵自由旋轉(zhuǎn)而形成的不同的易變的空間結(jié)構(gòu)形式（有無數(shù)種）；在各種構(gòu)

象形式中，勢能最低、最穩(wěn)定的構(gòu)象是優(yōu)勢構(gòu)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(dòng)的方向與光前進(jìn)的方向垂直（見下圖）

①自然光：其在振動(dòng)和波面內(nèi)各方向具有相同的概率,

這種振動(dòng)方向概率相等的波稱~

②平面偏振光：

不再具有振動(dòng)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(zhuǎn)的特性。

2手性（chirality）

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

體（旋光異構(gòu)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(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)可重合才算為手性分子，在空間翻轉(zhuǎn)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(zhuǎn)反軸（a.旋轉(zhuǎn)軸：沿此種軸物體旋轉(zhuǎn)n°【360—重180二重120三重90四重

60五重】后分子復(fù)原b.旋轉(zhuǎn)反軸：先旋轉(zhuǎn)n。后，通過一個(gè)鏡面的映射物體復(fù)原）

②同時(shí)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(jié)構(gòu)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(gè)軌道所對應(yīng)四個(gè)不同的原子或基團(tuán)

▲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(zhuǎn)

▲手性面/Chiralplane（了解）

4旋光性的標(biāo)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(tuán)放在上面，和ch。對應(yīng)

①19世紀(jì)末，費(fèi)歇爾建議用甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)來確定對映體的構(gòu)型.（見上圖）

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

§2.2StructuralFeatures

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

COO

+I

H3N—C—H

R

①結(jié)構(gòu)式中水平鍵指向直面外，豎直鍵指向紙面內(nèi)。

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

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

③a-AA：官能團(tuán)所連的第一個(gè)碳為a-碳，以竣基為主官能團(tuán)，氨基在or碳上，所以稱or氨基酸；實(shí)質(zhì)就

是-COOH和-NH2連接在案同一碳原子上的氨基酸。組成蛋白質(zhì)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(jié)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(gòu)性

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

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

（其氨基對應(yīng)0H）,同樣，氨基酸的D,L構(gòu)型與其具體的旋光性（左旋還是右旋）沒有直接對應(yīng)關(guān)系。

3絕大多數(shù)蛋白質(zhì)中的氨基酸是L-AAs,D-AAs在細(xì)菌細(xì)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(gòu)型

2為直接用于合成蛋白質(zhì)的單體，即有對應(yīng)的tRNA將其運(yùn)送至核糖體中用于肽鏈合成。

?特征

1每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)都有一個(gè)三字母縮寫&一個(gè)一字母縮寫名(便于以后蛋白質(zhì)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(jìn)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(tuán)含0H,C00H等集團(tuán)，則極性較大，極性大的集團(tuán)一般親水性較強(qiáng)

(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(gòu)體；異亮氨酸有兩個(gè)手性C原子，但在生物化學(xué)中，一般以a-C

為手性碳來標(biāo)識其L-D構(gòu)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(luò)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(shí)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(gè)手性C,但仍以a-C為手性碳來標(biāo)識其L-D構(gòu)型。

3半胱氨酸：Cys(C),R:-CH2-SH

-SH在蛋白質(zhì)中常被氧化成二硫鍵-S-S(用于固定蛋白質(zhì)的構(gòu)象，在生物堅(jiān)硬蛋白質(zhì)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(chǎn).

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(tuán)的AAS組合形成蛋白之后，一般為蛋白質(zhì)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(fù)電荷

1天冬氨酸：Asp(D)：有兩個(gè)COCT

2谷氨酸：Glu(E)，有兩個(gè)COCT

(三)TworarestandardAAs

+Selenocysteine:encoded(編碼)bytheRNAnucleotidetripletUGAfoundin

Archaea,eubacteriaandanimalsincludingmammals.

+Pyrrolysine:encodedbytheRNAnucleotidetripletUAG,foundinArchaea,

andeubacteria.

二NonstandardAAs

?產(chǎn)生途徑

1由蛋白質(zhì)中的標(biāo)準(zhǔn)AAS經(jīng)修飾而成

即在標(biāo)準(zhǔn)AAS合成蛋白質(zhì)之后，由于蛋白質(zhì)功能需要，會(huì)對AAS進(jìn)行修飾改進(jìn)，其水解后的產(chǎn)物

便有非標(biāo)準(zhǔn)AAS(arefoundincertainproteinsandaremadeafterthestandardamino

acidshavebeenincorporatedintoproteins)

2AAS和蛋白質(zhì)代謝的中間產(chǎn)物

e.g：鳥氨酸瓜氨酸

§2.4ChemicalProperties

?Acid-BaseandTitrationCurves（滴定曲名戔）

-酸堿性相關(guān)知識補(bǔ)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(zhì)子化）ofabaseyieldsitsconjugate

NH?=H++NH,acid.

AmmoniumionAmmonia

CDefinitionofpHandpK

1ThepHofasolutionisameasureofitsconcentration（濃度）ofH+.ThepH

isdefinedas

++

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

這個(gè)電離的表觀平衡常數(shù)

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

Ka的意義：即當(dāng)弱電解質(zhì)電離達(dá)到平衡時(shí)(只有弱電解質(zhì)發(fā)生不完全電離，討論才有意義)，已經(jīng)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(guān)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(gè)竣基和一個(gè)氨基)、

酸性AAS(兩個(gè)竣基和一個(gè)氨基，即門冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)③堿性AAS(一個(gè)段基和兩個(gè)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(xué)性質(zhì)上看，所有a—AAS都具以下一些獨(dú)特的性質(zhì)：

1.為不揮發(fā)、高熔點(diǎn)的結(jié)晶晶體。

2.在水中的溶解性要比在有機(jī)溶劑中好得多。

Reasonfor1&2：

其分子中既有正離子又有負(fù)離子，是一種鹽，所以其為高熔點(diǎn)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(zhì)，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(jié)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(zhì)子化的氨基(-NH3),作為堿的是去質(zhì)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(jīng)解離為兩性離子而言的~~),酸性更大，因?yàn)?/p>

①由于其本身以兩性離子形式存在，所以其NH3+作為強(qiáng)的吸電子基團(tuán)產(chǎn)生吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)，有利于

竣基的解離。

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

電相互排斥作用，從而導(dǎo)致皴基負(fù)離子難與質(zhì)子相結(jié)合。

以上兩種因素最終導(dǎo)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(dāng)溶液的pH發(fā)生變化時(shí)，其的存在形式也發(fā)生變化。

①堿性溶液中

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

②酸性溶液中

竣酸負(fù)離子被質(zhì)子化，表現(xiàn)出堿的性質(zhì)，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(zhì)子化時(shí)，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(diǎn)

定義：當(dāng)溶液處于某一pH時(shí)，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(diǎn)——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(dòng)，不帶電荷的則不移動(dòng)。)

2AAs的等電點(diǎn)是是其的一個(gè)重要性質(zhì)，當(dāng)AAS處于等電點(diǎn)時(shí)，具一下特點(diǎn)：

①溶解度最小——可以利用此性質(zhì)分離AAS

②凈電荷為0.在電場中不移動(dòng)。

③對于含一個(gè)氨基和一個(gè)酸基的AAS來說：

pI=pKl+pK2/2

?對于側(cè)鏈上含有可解離基團(tuán)的酸性AAS和堿性AAS來說，它們的等電點(diǎn)則是側(cè)鏈可解離基團(tuán)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(shù)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(gè)氨基酸殘基的平均相對分子量為110

?C/Nterminal：一般寫時(shí)為"左N右C"

?Peptidebond：肽鍵，實(shí)為一種酰胺鍵（共價(jià)鍵），為蛋白質(zhì)肽鏈骨架的重復(fù)結(jié)

構(gòu)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帷薄?/p>

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

anpl——無法像AAS的PI那樣直接計(jì)算，只可通過實(shí)驗(yàn)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(zhì)

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(gè)原子和它相鄰的兩個(gè)a-C原子都處在同一

平面上，此剛性結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(shí)

是不能自由旋轉(zhuǎn)的。

3但Ca-C鍵和N-Ca是可以自由旋轉(zhuǎn)的。

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

的角度為（P（向紙外旋轉(zhuǎn)）。

N-CaCa-CC-N

②當(dāng)兩個(gè)平面轉(zhuǎn)到組成一個(gè)共矩形平面時(shí)，。和<p為0°.(butitisdisallowedbythesteric空間上

的overlapbetweenHandOatomsofadjacent令B近的peptideplanes.)

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

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

天然構(gòu)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(jié)構(gòu)和功能。

?Conservativesubstitutions：某些AAS可被替換，但是有前提---通常是用性質(zhì)、結(jié)構(gòu)類似的

AAS替換。

四Otherchemicalgroups

根據(jù)蛋白質(zhì)的化學(xué)組成可將它們分為單純蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)。

1單純蛋白質(zhì)一水解后的產(chǎn)物僅為AAS,如胰島素、催產(chǎn)素等。

2結(jié)合蛋白質(zhì)——由蛋白質(zhì)部分和非蛋白質(zhì)部分結(jié)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(jià)金屬（金屬蛋白）

Theproteinsarereferredasconjugatedproteinswhiletheaminoacidpartaloneiscalled

apoprotein（脫輔基蛋白）。

§3.2SecondaryStructure

蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是指通過鏈內(nèi)或鏈間氫鍵而形成的只涉及肽鏈主鏈的空間結(jié)構(gòu)（不涉及側(cè)鏈的構(gòu)象）

—a-helix

—a-chain

1一般COOH端朝下，NH2朝上

2螺旋的構(gòu)象靠氫鍵維持：第n個(gè)氨基酸a-氨基上的H與第n+3個(gè)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(nèi)部的氫鍵數(shù)目達(dá)到最大，所以這種構(gòu)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?yàn)樽笫謅-helix不如右手a-helix穩(wěn)定一其L-AAS側(cè)鏈的第一個(gè)C過分接近于竣基上的氧原子,

并同位于內(nèi)側(cè)，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(tuán)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(shí)產(chǎn)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(jié)構(gòu)

PRO：其R為環(huán)裝結(jié)構(gòu)，也為剛性結(jié)構(gòu)，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(tuán)的性質(zhì)

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

二p-pleatedsheet

在這種結(jié)構(gòu)中，多肽鏈按一定軸向呈鋸齒狀伸展?fàn)顟B(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(cè)鏈R基團(tuán)

交替分布于片層的上方和下方，并與片層垂直，維持其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1Parallel

由錯(cuò)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(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)中的第一個(gè)氨基酸殘基上的氨基氫和線基氧分別與第

四個(gè)氨基酸殘基上的娠基氧和氨基氫形成氫鍵，產(chǎn)生一種很不穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

②Itoftenconnectstheendsoftwoadjacent（臨近的）segmentsofanantiparallel

p-pleatedsheet.

③。turnsareoftenfoundnearthesurfaceofaprotein.

因?yàn)樵谶@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(cè)鏈R基

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

④GlyandProareoftenfoundinbturns。

因?yàn)樵贐turn中，會(huì)有一種順反異構(gòu)酶將PRO由反式變?yōu)轫樖剑瑒t此時(shí)它會(huì)形成一個(gè)天然的適

合pturn的大彎曲。

transcis

Prolineisomera

(b)

§3.3Tertiary&QuaternaryStructure

Pre：

①三級&四級結(jié)構(gòu)的地位是平等的。若蛋白質(zhì)由一條多肽鏈構(gòu)成，則其終極結(jié)構(gòu)就為三級結(jié)構(gòu)；若蛋白

質(zhì)由兩條及以上的肽鏈組成，則它的終極結(jié)構(gòu)就為四級結(jié)構(gòu)。

②三級結(jié)構(gòu)：由a-helix、p-pleatedsheet、p-turn等二級結(jié)構(gòu)之間相互配置而成的構(gòu)象。

③四級結(jié)構(gòu)：很多蛋白質(zhì)分子是由具有獨(dú)立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈組成的，這些多肽鏈之間無共價(jià)聯(lián)系，而

是借助次級鍵締結(jié)在一起的，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。其中每條多肽鏈形成的獨(dú)立三級結(jié)構(gòu)單元稱為

“亞基”或“亞單位”。

——Fibrousproteins----areadaptedforastructuralfunction（結(jié)構(gòu)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(dòng)物的毛、發(fā)、鱗，爪、蹄'羽毛、甲殼和角甲。

①其二級結(jié)構(gòu)為a-helix（右）

②其四級結(jié)構(gòu)直接由2條a-helix扭在一起（向左），沒有明顯的三級結(jié)構(gòu)。

③含豐富的半胱氨酸（Cys）——所以形成四級結(jié)構(gòu)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(zhì)越堅(jiān)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(dòng)脈管壁以及結(jié)締組織的成分，在體內(nèi)以膠原纖維形式存在。

①其二級結(jié)構(gòu)為a-chain----為將左手a-helex拉開所得（故其內(nèi)沒有氫鍵）

②四級結(jié)構(gòu)：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(nèi)部）,whilePropermitsthesharptwistingofthecollagenhelix0

?Collagenfibershavesimilartensilestrengthasasteelwireofequalcrosssection

3Silkfibroin絲心蛋白

①其二級結(jié)構(gòu)為p-pleatedsheet。

②FibroinisrichinAla（丙氨酸）andGly,permittingaclosepackingofpsheetsandan

interlocking（連鎖的）arrangementsofRgroups（因?yàn)閮烧呤茿AS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(dòng)。

?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(jié)構(gòu)于I960年由Kendrew用X

線衍射法闡明，這是世界上第一個(gè)被描述的蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)。

②由一條多肽鏈+一個(gè)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(gè)毗咯通過4個(gè)甲

快基相連成一個(gè)大環(huán)，F(xiàn)e2+居于環(huán)中。其位于球形分子內(nèi)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(cè)鏈大都在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈多位于分子表面，

因此其水溶性較好。

④三級結(jié)構(gòu)：有8段a-螺旋區(qū)

⑤血紅素和氨基酸的結(jié)合部位有兩個(gè)組氨酸殘基，在和。的結(jié)合中起關(guān)鍵作用。

2Structruralpatterns

ADomain結(jié)構(gòu)域

1定義：含數(shù)百個(gè)AAS殘基的多肽鏈經(jīng)常折疊成兩個(gè)或多個(gè)穩(wěn)定的、相對獨(dú)立的、球狀實(shí)體，稱為結(jié)構(gòu)域。

“相對獨(dú)立的”指：①熱學(xué)穩(wěn)定性為獨(dú)立的——加熱或其他變性因素時(shí)兩個(gè)結(jié)構(gòu)域之間變性不同步。

②通常執(zhí)行不同的功能

2結(jié)構(gòu)域也經(jīng)常是功能域。功能域是蛋白質(zhì)分子中能獨(dú)立存在的功能單位，其可以為一個(gè)結(jié)構(gòu)域，也可以

由多個(gè)結(jié)構(gòu)域組成。

3結(jié)構(gòu)域的意義

a從結(jié)構(gòu)角度來看，一條長的多肽鏈先分別折疊成幾個(gè)相互獨(dú)立的區(qū)域，再締合成三級結(jié)構(gòu)要比整條多肽

鏈直接締合成三級結(jié)構(gòu)在動(dòng)力學(xué)上為更為合理的途徑。

b從功能角度來看，許多多結(jié)構(gòu)域的酶，其活性中心都位于結(jié)構(gòu)域之間，因?yàn)橥ㄟ^結(jié)構(gòu)域容易構(gòu)建具有特

定三維排布的的活性中心

c結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)域容易發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)域之

間的這種柔性特性將有利于活性中心結(jié)合底物和對底物施加應(yīng)力，有利于別構(gòu)中心結(jié)合調(diào)節(jié)物和發(fā)生別

構(gòu)效應(yīng)。

B超二級結(jié)構(gòu)

1定義

由若干相鄰二級結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)組合，

稱為超二級結(jié)構(gòu)（或Motifs基元,）為介于二級三級之間的一種結(jié)構(gòu)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(cè)，。片的疏水側(cè)鏈面向a螺旋的疏水面，彼此緊密裝配。

③PP

實(shí)際上就是反平行B片，只不過在球狀蛋白質(zhì)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(gè)。股間通過一個(gè)短回環(huán)連接起來。常見的有。發(fā)夾，B曲折（多個(gè)反平行。股通過緊湊的轉(zhuǎn)角連接而

成）和希臘鑰匙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

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(jié)構(gòu)具對稱性的原因——追求最經(jīng)濟(jì)

①四級結(jié)構(gòu)由多條多肽鏈構(gòu)成，但其種類可能只有i~2種，因?yàn)閱误w形狀結(jié)構(gòu)更固定——由于同樣的結(jié)

構(gòu)重復(fù)再現(xiàn)，所以結(jié)構(gòu)易呈對稱性。

②稱對稱性和多面體的特性在病毒的蛋白質(zhì)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(fù)性較大的原子和氫共價(jià)結(jié)合的基團(tuán)具很大的偶極矩，成鍵電子云的分布偏向電負(fù)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(gè)電負(fù)性大

的原子則產(chǎn)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(qiáng)度最大

e.g：p-pleatedsheet反平行結(jié)構(gòu)比平行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，就是因?yàn)槠浞雌叫袝r(shí)形成的氫鍵是頭碰頭的，而平

行時(shí)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(gè)y原子相結(jié)合，因?yàn)镠非常小，而供體和接納體原子都相當(dāng)大，這樣將

排斥另一接納原子再和H結(jié)合。

4氫鍵形成具有協(xié)同性

即一個(gè)氫鍵的形成能促進(jìn)其余氫鍵的形成

5氫鍵的鍵能比共價(jià)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(jià)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(dá)lOOnm作用（一般的非共價(jià)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(dāng)把NaCI投入水中后，Na+、CU會(huì)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減小（形成水化層，更有序）

其總的結(jié)果是：4G,即增加，所以此過程可自發(fā)進(jìn)行

e.gB：

①油脂分子滴入水中后，不會(huì)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(tuán)外

有有水分子有序地排列成籠狀的結(jié)構(gòu)，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(yīng)不可自發(fā)進(jìn)行，當(dāng)外界停止提供能量石，油脂又會(huì)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(tuán)，所以這個(gè)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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ionic,andIkydropKobic

■ntcructions

?二Non-covalentinteractionsinproteinfolding

AG=AH-TAS

|AG|=20-65kJ/mol

生理?xiàng)l件下

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

1能形成H鍵的基團(tuán)與H20形成H鍵