1、蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第第 一一 章章 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 主要内容：介绍蛋白质的构件单位主要内容：介绍蛋白质的构件单位氨基酸的结构、氨基酸的结构、分类、性质及肽的概念，重点讨论蛋白质的结构、性质以及分类、性质及肽的概念，重点讨论蛋白质的结构、性质以及结构和功能的相互关系。结构和功能的相互关系。目目 录录 第一节第一节 蛋白质通论蛋白质通论目目 录录一、什么是蛋白质一、什么是蛋白质?蛋白质蛋白质(protein)是由许多氨基酸是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键通过肽键(pe
2、ptide bond)相连相连形成的高分子含氮化合物。形成的高分子含氮化合物。目目 录录蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成碳、氢、氧，还有氮和少量硫等碳、氢、氧，还有氮和少量硫等C 5055%H 67%O 1924%N 1319%S 04%v有些蛋白质还含有有些蛋白质还含有P、Fe、Cu、Mn、Zn、Se等。等。v各种蛋白质含氮量接近，平均为各种蛋白质含氮量接近，平均为16%。v 1克氮相当于克氮相当于6.25克蛋白质为测定样品中蛋白质含量克蛋白质为测定样品中蛋白质含量的依据。的依据。凯氏定氮法测定蛋白质含量：凯氏定氮法测定蛋白质含量：蛋白质含量蛋白质含量=蛋白氮蛋白氮6.25目目 录录二、蛋白
3、质的生物学重要性二、蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物蛋白质是生物 体重要组成成分体重要组成成分分布广：分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的分子，占人体干重的45，某些组织含量更，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达高，例如脾、肺及横纹肌等高达80。目目 录录1 1）作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调节作用）代谢调节作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质的转运和存储）物质的转运和存储5
4、5）运动与支持作用）运动与支持作用6 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息传递2.蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能3.氧化供能氧化供能目目 录录蛋白质是由蛋白质是由20种种L-型型氨基酸氨基酸组成的长链分子，组成的长链分子，包括：包括：1、简单（单纯）蛋白质：完全由氨基酸构成；、简单（单纯）蛋白质：完全由氨基酸构成；2、结合（缀合）蛋白质：还有非蛋白质成份的、结合（缀合）蛋白质：还有非蛋白质成份的辅基或配基。辅基或配基。蛋白质构象：蛋白质构象：每一种天然的蛋白质都有自己特有的空间结每一种天然的蛋白质都有自己特有的空间结构，这称为蛋白质构象。构，这称为蛋白质构象。目目 录录
5、蛋白质结构的不同组织层次：蛋白质结构的不同组织层次：1、一级结构：多肽链共价主链的氨基酸顺序；、一级结构：多肽链共价主链的氨基酸顺序；2、二级结构：多肽链以、二级结构：多肽链以氢键氢键排列成沿一维方向的周期性结构排列成沿一维方向的周期性结构 的构象，如纤维状蛋白质中的的构象，如纤维状蛋白质中的-螺旋和螺旋和-折叠片；折叠片；3、三级结构：多肽链以各、三级结构：多肽链以各次级键次级键（非共价键）盘绕成具有特（非共价键）盘绕成具有特 定走向的紧密球状构象；定走向的紧密球状构象；4、四级结构：寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互结合、四级结构：寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互结合 方式。方式。目
6、目 录录第二节第二节 氨基酸氨基酸 组成蛋白质的基本单位组成蛋白质的基本单位存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余种，但余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均种，且均属属 L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。COOH HC H2NRCOOH H2N C HRL-氨基酸氨基酸D-氨基酸氨基酸-氨基酸的通式氨基酸的通式 （一）、氨基酸的分类（一）、氨基酸的分类 脂肪族脂肪族AA（15）（3）按）按R基团的基团的 芳香族芳香族AA（Phe,Tyr,Try)化学结构分类化学结构分类 杂环族杂环族AA(His)杂环亚杂环亚AA(Pro)中性中性
7、AA（15种）种）（1）按）按R基团的酸碱性分类基团的酸碱性分类 酸性酸性AA（Glu、Asp）碱性碱性AA (His、Arg、Lys)（2）按）按R基团的基团的 疏水性疏水性R基团基团AA 极性分类极性分类 不带电荷极性不带电荷极性R基团的基团的AA 亲水性亲水性R基团基团AA 正电荷（碱性）正电荷（碱性）带电荷带电荷R基团的基团的AA 负电荷（酸性）负电荷（酸性）PH=6-7目目 录录1、非极性疏水性氨基酸、非极性疏水性氨基酸H2NCH CHOHO甘氨酸GlyH2NCHCCH3OHO丙氨酸AlaHNCOHO脯氨酸Pro20种氨基酸按侧链种氨基酸按侧链R的理化性质分为的理化性质分为4类：类：
8、H2NCHCCH2OHOCH2SCH3甲 硫 氨 酸 M e t目目 录录H2N CHCCHOHOCH3CH3H2N CHCCH2OHO缬氨酸Val苯丙氨酸PheH2NCH CCH2OHOCH CH3CH3H2NCH CCHOHOCH3CH2CH3亮 氨 酸 Leu异 亮 氨 酸 IleH2N CHCCH2OHON色氨酸Trp吲哚吲哚基基目目 录录2、极性中性氨基酸、极性中性氨基酸H2N CHCCH2OHOOH丝氨酸SerH2N CHCCHOHOOHCH3苏氨酸ThrH2NCH CCH2OHOOH酪 氨 酸 T yr羟基羟基目目 录录H2N CHCCH2OHOSH半胱氨酸Cys巯基巯基目目 录
9、录H2N CHCCH2OHOCNH2OH2N CHCCH2OHOCH2CNH2O天冬酰胺Asn谷氨酰胺Gln酰胺基酰胺基目目 录录3、酸性氨基酸、酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCOHOH2NCH CCH2OHOCH2COHO天 冬 氨 酸 A sp谷 氨 酸 G lu羧基羧基目目 录录4、碱性氨基酸、碱性氨基酸H2N CHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NHH2N CHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2H2N CHCCH2OHONNH精氨酸Arg赖氨酸Lys组氨酸His胍基胍基咪唑咪唑基基几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2
10、+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3（二）氨基酸的理化性质（二）氨基酸的理化性质1.两性解离及等电点两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，氨基酸是两性电解质，氨基酸分子中同时带有氨基酸分子中同时带有可解离的弱碱性基团可解离的弱碱性基团（-NH2 -NH3
11、+）和弱酸性基和弱酸性基团团（-COOH -COO-)。等电点等电点(isoelectric point,pI)在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电值称为该氨基酸的等电点。点。COO-NH3+C HRpH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pH PI溶液对溶液对PI而言偏碱而言偏碱 带带“-”PI与与PH的关系的关系 PH=PI溶液对溶液对PI而言中性而言中性 不带电不带电 PH PI溶液对溶液对PI而言偏酸而言
12、偏酸 带带“+”2.氨基酸的等电点氨基酸的等电点目目 录录三、氨基酸的化学反应三、氨基酸的化学反应1.1.由由-氨基参加的反应：氨基参加的反应：(1)(1)与亚硝酸反应：放出氮气，氮气的一半来自氨与亚硝酸反应：放出氮气，氮气的一半来自氨基氮，一半来自亚硝酸，在通常情况下测定生成的基氮，一半来自亚硝酸，在通常情况下测定生成的氮气的体积量可计算氨基酸的量，此反应可用于测氮气的体积量可计算氨基酸的量，此反应可用于测定蛋白质的水解程度。定蛋白质的水解程度。目目 录录(2)(2)与甲醛的反应：与甲醛的反应：用过量的中性甲醛与氨基酸反应，可游离用过量的中性甲醛与氨基酸反应，可游离出氢离子，然后用出氢离子，
13、然后用NaOHNaOH滴定，从消耗的碱量可滴定，从消耗的碱量可以计算出氨基酸的含量。此法称为间接滴定法。以计算出氨基酸的含量。此法称为间接滴定法。目目 录录(3)(3)与与2,4-2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯（2,4-DNFB2,4-DNFB）的反应）的反应（SangerSanger反应）：生成黄色的二硝基苯反应）：生成黄色的二硝基苯-氨基酸氨基酸衍生物。衍生物。(4)(4)与苯异硫氰酸酯与苯异硫氰酸酯（PITCPITC）反应（）反应（EdmanEdman反反应）：生成苯乙内酰硫脲应）：生成苯乙内酰硫脲-氨基酸。氨基酸。(5)(5)与丹磺酰氯与丹磺酰氯（DNS-ClDNS-Cl）的反应：生成荧
14、光物）的反应：生成荧光物质质DNS-DNS-氨基酸。氨基酸。(3)(3)、(4)(4)、(5)(5)反应用于蛋白质的反应用于蛋白质的N-N-末端的测定。末端的测定。目目 录录2.-2.-羧基参加的反应：羧基参加的反应：(1)(1)与碱反应成盐与碱反应成盐 (2)(2)与醇反应成酯与醇反应成酯 (3)(3)与酰化试剂反应成酰氯与酰化试剂反应成酰氯目目 录录 3.-3.-氨基与氨基与-羧基共同参加的反应羧基共同参加的反应 与茚三酮的反应：除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它氨与茚三酮的反应：除脯氨酸与羟脯氨酸外，可与其它氨基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟脯氨酸为黄色化合物基酸生成蓝紫色化合物。脯氨酸与羟
15、脯氨酸为黄色化合物。OOO H2CH2CNHCHCH2COOHOOCH2H2CNHCCH2黄色4.R-侧链反应侧链反应-呈色反应呈色反应反应名称反应名称反应试剂反应试剂反应基团反应基团颜色颜色用途用途黄色反应黄色反应浓硫酸浓硫酸+浓硝酸浓硝酸苯基、酚基苯基、酚基黄色黄色Phe TyrPhe Tyr米伦反应米伦反应硝酸汞（亚汞）硝酸汞（亚汞）酚基酚基红色红色TyrTyr乙醛酸反应乙醛酸反应乙醛酸乙醛酸吲哚基吲哚基紫红紫红TrpTrp坂口反应坂口反应萘酚萘酚+NaClO+NaClO胍基胍基红色红色ArgArg福林酚反应福林酚反应磷钼酸磷钼酸+磷钨酸磷钨酸酚基、吲哚基酚基、吲哚基蓝色蓝色Trp Ty
16、rTrp TyrPaulyPauly反应反应重氮盐重氮盐咪唑基咪唑基酚基酚基棕红色棕红色桔黄色桔黄色His His TyrTyr巯基反应巯基反应亚硝酸亚铁氰酸亚硝酸亚铁氰酸钠钠巯基巯基红色红色CysCys5、成肽反应、成肽反应*肽键肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的-氨基氨基脱水缩合脱水缩合而形成的化学键。而形成的化学键。*肽肽是由氨基酸通过是由氨基酸通过肽键肽键脱水缩合而形成脱水缩合而形成的化合物。的化合物。NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+
17、-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO*两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨，三分子氨基酸缩合则形成基酸缩合则形成三肽三肽*肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为不全，被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。*由多个氨基酸相连形成的肽称由多个氨基酸相连形成的肽称多肽多肽(polypeptide)。蛋蛋 白白 质质 的的 共价结共价结 构构 第第 三三 节节蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括 一级结构一级结构(primary str
18、ucture)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)高级高级结构结构 a盐键（离子键盐键（离子键）b氢键氢键 c疏水相互作用力疏水相互作用力 d 范德华力范德华力 e二硫键二硫键 f 酯键酯键蛋白质分子结构中的化学键蛋白质分子结构中的化学键维系蛋白质分子的一级结构：肽键维系蛋白质分子的一级结构：肽键维系蛋白质分子的二级结构：氢键维系蛋白质分子的二级结构：氢键维系蛋白质分子的三级结构：疏水键维系蛋白质分子的三级结构：疏水键维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、维系
19、蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键、氢键、疏水键相互作用盐键、氢键、疏水键相互作用CH3S：CH2CH2CHNHCNHCHCOOR+BrC+NBr-CH3S+CH2CH2CHNHCNHCHCOORCNCH3SCN CH2CHNHCNHCHCOORCH2+H2O+CH2CHNHCOCH2OH3N+CHCOR高丝氨酸内酯化学法断裂肽键：化学法断裂肽键：溴化氰水解法，它能选择性地切割由甲硫氨酸的羧基溴化氰水解法，它能选择性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽键所形成的肽键。酶法断裂肽键酶法断裂肽键 -HN-CH-CO-NH-CH-CO R1 R2胰酶：胰酶：R1=Lys.Arg胰凝乳酶：胰凝乳酶：R1
20、=phe.Tyr.Trp胃酶：胃酶：R1 R2=phe.Tyr.Trp.leu嗜热菌蛋白酶：嗜热菌蛋白酶：R2=phe.Tyr.Trp.leu.Ile.valGlu酶：酶：R1=Glu.AspArg酶：酶：R1=Arg定义定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。顺序。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构主要的化学键主要的化学键肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。，有些蛋白质还包括二硫键。目目 录录（一）肽和肽键结构（一）肽和肽键结构1、肽链的结构特点是：、肽链的结构特点是：（1）肽链中的骨干是）肽链中的骨干是 单位规则地重复排列，单位规则地重复排
21、列，称称 之为共价主链：之为共价主链：（2）每个肽键的形成都丢失一个水分子，故肽键中的氨基酸）每个肽键的形成都丢失一个水分子，故肽键中的氨基酸称称氨基酸残基氨基酸残基。（3）各种肽链的主链结构一样，但侧链）各种肽链的主链结构一样，但侧链R基即氨基酸残基的基即氨基酸残基的顺序不同。顺序不同。（4）一条多肽链通常在一端含有一个游离的末端氨基，称）一条多肽链通常在一端含有一个游离的末端氨基，称N端；另一端含一个游离的末端羧基，称端；另一端含一个游离的末端羧基，称C端。端。NH2CHRCOOHNH2CHRCOOH+-H2ONH2CHRCONH CHRCOOH肽键NH2CHRCONHCHRCONHCHR
22、COOHnCN端端目目 录录目目 录录2 2、肽的命名：从、肽的命名：从N N端氨基酸开始，称某氨基酰某氨基端氨基酸开始，称某氨基酰某氨基酰酰某氨基酸，某氨基酸，如简写：如简写：Ser-Gly-Tyr-Ala-LeuSer-Gly-Tyr-Ala-Leu。目目 录录3 3、肽键的平面结构：、肽键的平面结构：顺式构型中的两个顺式构型中的两个C C彼此接近，引起彼此接近，引起各各R R基之间的空间位基之间的空间位阻，造成结构不稳；阻，造成结构不稳；反在式构型中两者相反在式构型中两者相距较远，结构比较稳距较远，结构比较稳定。定。肽链中的肽键全肽链中的肽键全是反式构型是反式构型。目目 录录4 4、肽键
23、共振、肽键共振 肽键是一种酰胺键，通常在羰基碳和酰胺氮之间是单键，肽键是一种酰胺键，通常在羰基碳和酰胺氮之间是单键，这样肽链主链上的这样肽链主链上的3种键（种键（C-C键，键，C-N肽键，肽键，N-C键）都键）都是单键，所以原则上多肽主链上的任何共价键都可发生旋转。是单键，所以原则上多肽主链上的任何共价键都可发生旋转。目目 录录 但在酰胺氮和羰基氧之间会发生共振相互作用，其结果但在酰胺氮和羰基氧之间会发生共振相互作用，其结果表现两种极端形式：表现两种极端形式：C和和O之间有一个之间有一个键和一个键和一个键连接，而酰胺键连接，而酰胺N上留有一个上留有一个孤电子对，这种结构允许孤电子对，这种结构允
24、许C-N键自由旋转（键自由旋转（A）；）；C和和N原子参与原子参与键的形成，在羰基键的形成，在羰基O上留下一个孤上留下一个孤e-对，对，带负电荷，酰胺带负电荷，酰胺N带正电荷，这样带正电荷，这样C-N键就成为一个双键，键就成为一个双键，阻绕阻绕C-N键的自由旋转（键的自由旋转（B）。）。肽键共振的结果：肽键共振的结果：（1）阻绕肽键）阻绕肽键C-N的自由旋转，只保留的自由旋转，只保留N-C键和键和C-C键的键的 旋转；旋转；（2）组成肽基的）组成肽基的4个原子和个原子和2个相邻的个相邻的C原子倾向于共平原子倾向于共平 面，形成多肽主链的酰胺平面。面，形成多肽主链的酰胺平面。目目 录录目目 录录
25、（二）肽的物理和化学性质（二）肽的物理和化学性质1、物理性质、物理性质 在水溶液中以偶极离子存在，这决定于游离末端在水溶液中以偶极离子存在，这决定于游离末端-NH2，-COOH以及酸性和碱性氨基酸侧链以及酸性和碱性氨基酸侧链R基团上可解离的功能团。基团上可解离的功能团。肽键中的亚氨基不解离。肽键中的亚氨基不解离。2、化学反应、化学反应（1）游离的）游离的-NH2和和-COOH及及R基团可发生与氨基酸中相应的基团可发生与氨基酸中相应的基团类似的反应；基团类似的反应；（2）N末端的氨基酸残基也能与茚三酮发生定量呈色反应；末端的氨基酸残基也能与茚三酮发生定量呈色反应；（3）双缩脲反应为肽和蛋白质所特
26、有、而氨基酸所没有的一）双缩脲反应为肽和蛋白质所特有、而氨基酸所没有的一种颜色反应（紫红色或紫蓝色，与种颜色反应（紫红色或紫蓝色，与CuSO4碱性液反应），借助碱性液反应），借助分光光度计可定量分析。分光光度计可定量分析。PCOONH2HOHPCOONH3PCOOHNH3HOHP=ProtinpH pHpIpHpI蛋白质二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构蛋白质分子中某一段肽链的局部空间蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。定义定义 主要的化学键主要的
27、化学键：氢键氢键 目目 录录肽单元（肽键平面）肽单元（肽键平面）参与肽键的参与肽键的6 6个原子个原子C C 1 1、C C、O O、N N、H H、C C 2 2位于同一平面，此位于同一平面，此同一平面上的同一平面上的6 6个原子构成了所个原子构成了所谓的谓的肽单元肽单元 (peptide unit)(peptide unit)。目目 录录 酰胺平面与酰胺平面与-碳原子的二面角碳原子的二面角 酰胺平面酰胺平面 多肽链可看成是由一系列酰胺平面组成：多肽链可看成是由一系列酰胺平面组成：1/3的肽键不能旋转，只有的肽键不能旋转，只有碳原子连接的两个单键（碳原子连接的两个单键（C-N和和C-C），能
28、够旋转。），能够旋转。目目 录录 二面角（二面角（和和）两相邻酰胺平面，能以共同两相邻酰胺平面，能以共同C为为定点而旋转。定点而旋转。绕绕C-N键旋转角度为键旋转角度为绕绕C-C键旋转角度为键旋转角度为 蛋白质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式 -螺旋螺旋 (-helix)-折叠折叠 (-pleated sheet)-转角转角 (-turn)无规卷曲无规卷曲 (random coil)（一）（一）-螺旋螺旋目目 录录多多为为右右手手螺螺旋旋1.-螺旋结构螺旋结构3.6残基残基/圈圈0.54nm/圈圈 O H-C-NH-CH-CO-N-3R氢键是维持此结构的氢键是维持此结构的主要作用力主
29、要作用力-螺旋结构有左、右螺旋之分，螺旋结构有左、右螺旋之分，天然蛋白质为右手天然蛋白质为右手-螺旋结构螺旋结构，典型，典型右手右手-螺旋结构可用螺旋结构可用3.613表示。表示。目目 录录毛发横切面和毛发毛发横切面和毛发-角蛋白的结角蛋白的结构构 原纤维原纤维 细胞细胞-螺旋螺旋角质层（鳞状细胞）角质层（鳞状细胞）微纤维微纤维 微纤维微纤维 大纤维大纤维目目 录录影响影响 -螺旋形成的因素：螺旋形成的因素：1.1.多肽链上连续出现带同种电荷基团的氨基酸残基（如多肽链上连续出现带同种电荷基团的氨基酸残基（如LysLys、AspAsp、GluGlu），不能形成稳定的），不能形成稳定的-螺旋。螺旋
30、。2.Gly2.Gly连续存在时，由于没有侧链的约束，其连续存在时，由于没有侧链的约束，其可任意取可任意取值，所需二面角几率很小，不易形成值，所需二面角几率很小，不易形成-螺旋。螺旋。3.R3.R基大（如基大（如IleIle）不易形成）不易形成-螺旋螺旋 4.Pro4.Pro由于侧链的吡咯环及由于侧链的吡咯环及C C 没有没有H H参与螺旋氢键形成，参与螺旋氢键形成，使螺旋拐弯（中断），产生一个使螺旋拐弯（中断），产生一个“结节（结节（kinkkink）”。5.R5.R基较小，且不带电荷的氨基酸利于基较小，且不带电荷的氨基酸利于-螺旋的形成。螺旋的形成。如多聚如多聚AlaAla能自发卷曲成能自
31、发卷曲成-螺旋。螺旋。（二）（二）-折叠折叠两条或多条伸展的两条或多条伸展的多肽链（或一条多多肽链（或一条多肽链的若干肽段）肽链的若干肽段）侧向集聚，通过相侧向集聚，通过相邻肽链主链上的邻肽链主链上的N-H与与C=O之间之间有规则的有规则的氢键氢键，形，形成锯齿状片层结构成锯齿状片层结构，即，即折叠片。折叠片。目目 录录 -折叠折叠（-pleated sheet-pleated sheet）结构特点结构特点 又叫又叫-构象（构象（-conformation-conformation），），主要存在于主要存在于-角蛋白中。角蛋白中。氢键与肽链的长轴接近垂直。氢键与肽链的长轴接近垂直。多肽主链呈锯
32、齿状折叠构象。多肽主链呈锯齿状折叠构象。侧链侧链R R基交替地分布在片层平面的两侧。基交替地分布在片层平面的两侧。两个氨基酸之间轴心距为两个氨基酸之间轴心距为0.35nm0.35nm（反平行）或（反平行）或0.3250.325（平行）（完全伸展为（平行）（完全伸展为0.36nm 0.36nm）。）。目目 录录 -折叠有两种类型：折叠有两种类型：平行式平行式 （二面角（二面角 =119、=+113）即所有）即所有肽链的肽链的N-端都在同一方向，主要存在于球状和纤维状蛋白质端都在同一方向，主要存在于球状和纤维状蛋白质中。中。反平行式反平行式 （二面角（二面角=139、=+135）即相邻）即相邻两条
33、肽链的方向相反，主要存在于纤维状蛋白质中。两条肽链的方向相反，主要存在于纤维状蛋白质中。反平行反平行-折叠比平行的更稳定。折叠比平行的更稳定。目目 录录目目 录录目目 录录平行和反平行的平行和反平行的 折折叠叠目目 录录 （三）（三）-转角和转角和-凸起凸起 -转角（转角（-turn）又叫）又叫 -弯曲（弯曲（-bend）、发夹结）、发夹结构（构（hairpin structure），是一种非重复结构。），是一种非重复结构。在在-转角部分，由转角部分，由4个氨基酸残基组成，弯曲处的第个氨基酸残基组成，弯曲处的第1个氨个氨基酸残基的基酸残基的-C=O 和第和第4个残基的个残基的 NH 之间形成氢
34、键，形成之间形成氢键，形成 的环状结构。的环状结构。某些氨基酸如某些氨基酸如Gly、Pro在转角处经常出现。在转角处经常出现。-转角结构主要存在于球状蛋白分子的表面，约占全部碱转角结构主要存在于球状蛋白分子的表面，约占全部碱基的基的1/4。目目 录录目目 录录 -凸起（凸起（-bugle）是）是-折叠股中额外插入一个残基，使得折叠股中额外插入一个残基，使得在两个正常氢键之间，在凸起折叠股上是在两个正常氢键之间，在凸起折叠股上是2个残基，而另一侧正个残基，而另一侧正常股上是常股上是1个残基，从而引起多肽键方向的小的改变。个残基，从而引起多肽键方向的小的改变。核糖核酸酶分子中的二级结构核糖核酸酶分
35、子中的二级结构-螺旋螺旋-折叠折叠-转角转角无规卷曲无规卷曲（四）氨基酸残基的侧链对二级结构形成（四）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响的影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成侧链适合形成-螺旋螺旋或或-折叠折叠，它就会出现相应的二级结构。，它就会出现相应的二级结构。目目 录录 超二级结构超二级结构（super secondary structure）M.Rossmann于于1973年提出，为二级和三级结构之间过年提出，为二级和三级结构之间过渡构象层次。渡构象层次。若干个相邻的二级结构单元（若干个相
36、邻的二级结构单元（-螺旋、螺旋、-折叠、折叠、-转角及转角及无规卷曲）组合在一起，彼此相互作用，形成有规则的、在无规卷曲）组合在一起，彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能够辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件。空间上能够辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件。组合形式有组合形式有、等类型。等类型。目目 录录（1）类型类型 由两股或三股右手由两股或三股右手-螺旋彼此缠绕而成的左手螺旋彼此缠绕而成的左手超螺旋。存在于超螺旋。存在于-角蛋白，肌球蛋白，原肌球蛋角蛋白，肌球蛋白，原肌球蛋白和纤维蛋白原中。白和纤维蛋白原中。（2）类型类型 由两段平行式的由两段平行式的-折叠通过一段连接链（折叠通
37、过一段连接链（-螺旋或无规卷曲）螺旋或无规卷曲）连接而形成。连接而形成。最常见的是最常见的是3股平行的股平行的 链和链和2段段-螺旋构成（螺旋构成（），称，称Rossmann折叠，存在于苹果酸脱氢酶，乳酸脱氢酶中。折叠，存在于苹果酸脱氢酶，乳酸脱氢酶中。目目 录录x在此类型中几乎所用的连接链都是右手交叉：目目 录录 （3）类型类型 一条多肽链的若干段折叠反平行组合而成。两个股通过一个一条多肽链的若干段折叠反平行组合而成。两个股通过一个短环连接，主要有：短环连接，主要有：曲折（曲折（-meander）由多条反平行式的）由多条反平行式的-折叠链通过折叠链通过紧凑的紧凑的-转角连接而成。转角连接而成
38、。回形拓扑结构（回形拓扑结构（Greek key topology）曲折回形拓扑结构目目 录录（4）-折叠桶折叠桶 由多条由多条-折叠股构成的折叠股构成的-折叠层，卷成一个筒状结构，折叠层，卷成一个筒状结构，筒上筒上折叠可以是平行的或反折叠可以是平行的或反平行的，一般由平行的，一般由5-15条条-折折叠股组成。叠股组成。SOD的的-折叠筒由折叠筒由8条条-折叠股组成。筒中心由疏水折叠股组成。筒中心由疏水氨基酸残基组成。氨基酸残基组成。目目 录录 （5）-螺旋螺旋 回折回折-螺旋螺旋 两个两个-螺旋通过一个螺旋通过一个转角连接在一起。转角连接在一起。噬菌体的噬菌体的阻遏蛋白阻遏蛋白含此结构含此结
39、构。螺旋螺旋-回折回折-螺旋螺旋目目 录录 角蛋白（角蛋白（keratin）结构）结构 来源于外胚层，包括皮来源于外胚层，包括皮肤及皮肤的衍生物，如毛肤及皮肤的衍生物，如毛发、甲、角、鳞和羽等，发、甲、角、鳞和羽等，为结构蛋白。为结构蛋白。目目 录录 -角蛋白角蛋白 一般一般4个螺个螺旋圈一个旋圈一个-S-S-，保证结构，保证结构稳定。稳定。根据根据-S-S-的含量，有硬的含量，有硬角蛋白（如蹄、角蛋白（如蹄、角、爪、甲，角、爪、甲，硬、不易拉伸）硬、不易拉伸）和软角蛋白和软角蛋白（皮肤、胼胝，（皮肤、胼胝，有伸展性）。有伸展性）。目目 录录 毛发的结构：毛发的结构：3股右手股右手-螺旋（左手
40、超螺旋）螺旋（左手超螺旋）原纤维原纤维(2nm)（原纤维排成（原纤维排成9+2电缆式）电缆式）微纤维微纤维(8nm)（成百根微纤维）（成百根微纤维）大纤维大纤维(200nm)-螺旋螺旋原纤维原纤维微纤维微纤维(9+2)微纤维大纤维鳞状细胞皮质细胞目目 录录目目 录录 -角蛋白角蛋白 主要存在于蚕丝和蜘蛛丝内。主要存在于蚕丝和蜘蛛丝内。目目 录录结构域结构域 （1）结构域（）结构域（structural domain）的概念）的概念 在一些相对较大的蛋白质分子中，在空间折叠时往往先分别在一些相对较大的蛋白质分子中，在空间折叠时往往先分别折叠成几个相对独立的区域，再组装成更复杂的折叠成几个相对独立
41、的区域，再组装成更复杂的球状球状结构，这种结构，这种在二级或超二级结构基础上形成的在二级或超二级结构基础上形成的特定区域特定区域称为称为结构域结构域。它的结。它的结构层次构层次介于超二级结构和三级结构之间介于超二级结构和三级结构之间。肌钙蛋白肌钙蛋白目目 录录溶菌酶溶菌酶(2个个)目目 录录目目 录录 （2）结构域的特点）结构域的特点 一般由一般由100200 个氨基酸残基组成，范围个氨基酸残基组成，范围 40400 个。氨基酸可以连续，也可不连续。个。氨基酸可以连续，也可不连续。常是几个超二级结构的组合。对于较小的蛋白质，结构常是几个超二级结构的组合。对于较小的蛋白质，结构域与三级结构等同。
42、域与三级结构等同。结构域之间常形成裂隙，比较松散，往往是蛋白质优先结构域之间常形成裂隙，比较松散，往往是蛋白质优先被水解的部位。被水解的部位。酶活性中心常位于两个结构域的界面上。酶活性中心常位于两个结构域的界面上。结构域之间由结构域之间由“铰链区铰链区”相连，分子构象有一定的柔性，相连，分子构象有一定的柔性，使蛋白质实现一定的功能。使蛋白质实现一定的功能。蛋白质分子内，结构域可进行相对独立的运动，水解后蛋白质分子内，结构域可进行相对独立的运动，水解后仍能维持稳定的结构，甚至保留某些生物活性。仍能维持稳定的结构，甚至保留某些生物活性。目目 录录 （3）功能域）功能域 功能域（功能域（functi
43、onal domain）是蛋白质分子中能独立存）是蛋白质分子中能独立存在的功能单位，它可以是一个结构域，也可由几个结构域组在的功能单位，它可以是一个结构域，也可由几个结构域组成。成。这些结构域可以位于一条多肽链上或者几条多肽链上，活这些结构域可以位于一条多肽链上或者几条多肽链上，活性部位是功能域，它往往位于结构域之间的交界处。性部位是功能域，它往往位于结构域之间的交界处。目目 录录 （4）结构域的类型）结构域的类型 反平行反平行-螺旋（全螺旋（全-结构）结构）-螺旋反平行排列，形成上下螺旋反平行排列，形成上下型纤维束。相邻螺旋之间以环相型纤维束。相邻螺旋之间以环相连。连。常见的是四纤维束，呈轻
44、度左常见的是四纤维束，呈轻度左手扭曲。如蚯蚓血红蛋白手扭曲。如蚯蚓血红蛋白中四个-螺旋组成的结构域。两个铁两个铁原子原子目目 录录 平行或混合型平行或混合型折叠片（折叠片（,-结构结构）单绕平行单绕平行桶桶 8个平行的个平行的折叠股环形排列，折叠股环形排列，1、8两个折叠两个折叠股借氢键形成一个闭合圆筒，肽链按股借氢键形成一个闭合圆筒，肽链按Rossman折叠方式卷绕。折叠方式卷绕。丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶丙酮酸激酶结构域丙酮酸激酶结构域外桶内桶目目 录录 双绕平行片（马鞍形扭曲片）由由4-9个平行的个平行的折叠股或混合的折叠股或混合的折叠股构成马鞍形折叠股构成马鞍形片，片，两侧由螺旋和环
45、状区保护。两侧由螺旋和环状区保护。NAD裂缝乳酸脱氢酶结构域（侧面）乳酸脱氢酶结构域（侧面）乳酸脱氢酶结构域（顶面）乳酸脱氢酶结构域（顶面）目目 录录 不规则小蛋白结构域（不规则小蛋白结构域（富含金属或二硫键）富含金属或二硫键）小于小于100个氨基酸残基的结构域不规则，只有少量的二级结构，个氨基酸残基的结构域不规则，只有少量的二级结构，但富含二硫键及金属，它们对构象起稳定作用。但富含二硫键及金属，它们对构象起稳定作用。胰岛素胰岛素三、蛋白质的三级结构三、蛋白质的三级结构疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 范德华力等。范德华力等。主要的化学键主要的化学键肽链中所有原子在三维空间的排布位
46、置。肽链中所有原子在三维空间的排布位置。即多肽链在二级结构的基础上折叠成具有特即多肽链在二级结构的基础上折叠成具有特定走向的紧密球状结构。定走向的紧密球状结构。（一）（一）定义定义 目目 录录 三.蛋白质的三级结构 一条多肽链中所有原子在一条多肽链中所有原子在三维空间三维空间的整体排布，的整体排布，称为三级结构，是包括称为三级结构，是包括主、侧链在内的空间排列主、侧链在内的空间排列。在。在三级结构中，大多数的亲水的三级结构中，大多数的亲水的R R侧基分布于球形结构的侧基分布于球形结构的表面，而疏水的表面，而疏水的R R侧基分布于球形结构的内部，形成疏侧基分布于球形结构的内部，形成疏水的核心。水
47、的核心。目目 录录 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端目目 录录胰岛素分子的三级结构胰岛素分子的三级结构溶菌酶分子的三级结构溶菌酶分子的三级结构目目 录录三维结构特征：三维结构特征：1.1.纤维状蛋白通常只含一种二级结构，而球蛋白通常含有多纤维状蛋白通常只含一种二级结构，而球蛋白通常含有多种二级结构种二级结构 2.2.球状蛋白质具有明显的折叠层次球状蛋白质具有明显的折叠层次 一级结构一级结构-二级结构二级结构-超二级结构超二级结构-结构域、三级结结构域、三级结构构-四级结构四级结构 3.3.球蛋白是紧密的球状或托球状实体球蛋白是紧密的球状或托球状实体 4.4.疏水残基埋藏于球体内，亲水基
48、暴露于球体外疏水残基埋藏于球体内，亲水基暴露于球体外 5.5.表面有一空穴，这个空穴能结合配体，蛋白质的活性部位表面有一空穴，这个空穴能结合配体，蛋白质的活性部位 6.6.由二级结构向三级结构转变主要动力是疏水作用由二级结构向三级结构转变主要动力是疏水作用 亚基之间的结合力主要是亚基之间的结合力主要是疏水作用疏水作用，其次，其次是是氢键氢键和和离子键离子键。四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级蛋白质的四级结构结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，有
49、些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的质的亚基亚基 (subunit)。血红蛋白血红蛋白的四级结构的四级结构 五、蛋白质分子的结构层次五、蛋白质分子的结构层次目目 录录第五节第五节 蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质分子结构与功能的关系一一.蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质一级结构与功能的关系 研究蛋白质一级结构与功能的关系主要是：研究蛋白质一级结构与功能的关系主要是：研究多肽链中不同部位的残基与生物功能的关研究多肽链中不同部位的残基与生物功能的关系。系。进行这方面的研究常用的方法有：同源蛋白进行这方面的研究常用的方
50、法有：同源蛋白质氨基酸顺序相似性分析、氨基酸残基的化学质氨基酸顺序相似性分析、氨基酸残基的化学修饰及切割实验等。修饰及切割实验等。目目 录录 例一：镰形细胞贫血症：编码珠蛋白例一：镰形细胞贫血症：编码珠蛋白链的链的结构基因第六个密码子由结构基因第六个密码子由CTTCATCTTCAT，相应的多肽，相应的多肽序列中序列中N N端的第六个氨基酸由端的第六个氨基酸由GluVlaGluVla；其空间；其空间结构发生相应改变，丧失运输氧的生物活性。结构发生相应改变，丧失运输氧的生物活性。目目 录录目目 录录例例2 2 一级结构的局部断裂与蛋白质的激活一级结构的局部断裂与蛋白质的激活 体内的某些蛋白质分子初
