1、第二节第二节 氨基酸化学氨基酸化学 蛋白质分子的基本结构单位氨基酸蛋白质分子的基本结构单位氨基酸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，余种，但组成人体蛋白质常见的氨基酸仅有但组成人体蛋白质常见的氨基酸仅有20种，种，且均属且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。氨基酸（甘氨酸除外）。（一）氨基酸一般结构式（一）氨基酸一般结构式 H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H左侧左侧右侧右侧L L型型D D型型L-氨基酸（甘氨酸除外）氨基酸（甘氨酸除外）（二）氨基酸分类（二）氨基酸分类v 非极性非极性R基氨基酸：基氨基酸：8v 不带电荷的极性氨
2、基酸：不带电荷的极性氨基酸：7v 带正电荷的带正电荷的R基氨基酸：碱性氨基酸基氨基酸：碱性氨基酸 3v 带负电荷带负电荷R基氨基酸：酸性氨基酸基氨基酸：酸性氨基酸 2根据侧链根据侧链R的结构和性质分类的结构和性质分类1.非极性非极性R基氨基酸基氨基酸1.非极性非极性R基氨基酸基氨基酸R R基疏水性大小基疏水性大小 Ala Met Pro Val Leu Ile Phe Trp这类氨基酸这类氨基酸R R基的疏水性，在维持蛋白质的基的疏水性，在维持蛋白质的三维结构中起着重要作用。三维结构中起着重要作用。非极性氨基酸非极性氨基酸R基团间可形成疏基团间可形成疏水作用力水作用力丝氨酸丝氨酸 serine
3、 Ser S 5.68酪氨酸酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 蛋氨酸蛋氨酸 methionine Met M 5.74天冬酰胺天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 苏氨酸苏氨酸 threonine Thr T 5.602.不带电荷的极性不带电荷的极性R基氨基酸基氨基酸天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97谷氨酸谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22赖氨酸赖氨酸 lysine Lys K 9.74精氨酸精
4、氨酸 arginine Arg R 10.76组氨酸组氨酸 histidine His H 7.593.带负电荷的带负电荷的R基氨基酸基氨基酸4.带正电荷的带正电荷的R基氨基酸基氨基酸根据来源分：根据来源分：内源氨基酸和外源氨基酸内源氨基酸和外源氨基酸从营养学角度分：从营养学角度分：必需氨基酸和非必需氨基酸必需氨基酸和非必需氨基酸 根据是否组成蛋白质来分：根据是否组成蛋白质来分：蛋白质中常见氨基酸、蛋白质中常见氨基酸、非蛋白氨基酸非蛋白氨基酸必需氨基酸（必需氨基酸（essential amino acidessential amino acid）：）：指人体指人体（或其它脊椎动物）不能合成或合
5、成速度远不（或其它脊椎动物）不能合成或合成速度远不适应机体的需要，必需由食物蛋白供给，这些适应机体的需要，必需由食物蛋白供给，这些氨基酸称为必需氨基酸。共有氨基酸称为必需氨基酸。共有8 8种其作用分别种其作用分别是：是：赖氨酸（赖氨酸（Lysine Lysine）：促进大脑发育，是）：促进大脑发育，是肝及胆的组成成分，能促进脂肪代谢，调节松肝及胆的组成成分，能促进脂肪代谢，调节松果腺、乳腺、黄体及卵巢，防止细胞退化；果腺、乳腺、黄体及卵巢，防止细胞退化；色氨酸（色氨酸（TryptophaneTryptophane）：促进胃液及胰）：促进胃液及胰液的产生；液的产生；苯丙氨酸（苯丙氨酸（Pheny
6、lalaninePhenylalanine）：参与消除）：参与消除肾及膀胱功能的损耗；肾及膀胱功能的损耗；蛋氨酸（又叫甲硫氨酸）（蛋氨酸（又叫甲硫氨酸）（MethionineMethionine）；参与）；参与组成血红蛋白、组织与血清，有促进脾脏、胰脏组成血红蛋白、组织与血清，有促进脾脏、胰脏及淋巴的功能；及淋巴的功能；苏氨酸（苏氨酸（ThreonineThreonine）：有转变某些氨基酸）：有转变某些氨基酸达到平衡的功能；达到平衡的功能；异亮氨酸（异亮氨酸（Isoleucine Isoleucine）：参与胸腺、脾）：参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及代谢；脑下腺属总司令部脏及脑下腺的调节以
7、及代谢；脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺；作用于甲状腺、性腺；亮氨酸（亮氨酸（Leucine Leucine）：作用平衡异亮氨酸；）：作用平衡异亮氨酸；缬氨酸（缬氨酸（ValineValine）：作用于黄体、乳腺及卵）：作用于黄体、乳腺及卵巢。巢。8 8种人体必需氨基酸的记忆口诀种人体必需氨基酸的记忆口诀 借一两本蛋色书来借一两本蛋色书来 谐音谐音:借借(缬氨酸缬氨酸),),一一(异亮氨酸异亮氨酸),),两两(亮氨酸亮氨酸),),本本(苯丙氨酸苯丙氨酸),),蛋蛋(蛋氨酸蛋氨酸),),色色(色氨酸色氨酸),),书书(苏氨酸苏氨酸),),来来(赖氨酸赖氨酸).).笨蛋来宿舍，晾一晾鞋笨蛋来宿舍
8、，晾一晾鞋 笨（苯丙氨酸）蛋（蛋氨酸）来（赖氨笨（苯丙氨酸）蛋（蛋氨酸）来（赖氨酸）宿（苏氨酸）舍（色氨酸），晾（亮酸）宿（苏氨酸）舍（色氨酸），晾（亮氨酸）一晾（异亮氨酸）鞋（缬氨酸）氨酸）一晾（异亮氨酸）鞋（缬氨酸）另外另外：1 1、蛋白质中的很多氨基酸是经过加工修饰的、蛋白质中的很多氨基酸是经过加工修饰的修饰氨基酸修饰氨基酸 如：如：脯氨酸脯氨酸 羟基化羟基化 成成 羟脯氨酸羟脯氨酸 赖氨酸赖氨酸 羟基化羟基化 成成 羟赖氨酸羟赖氨酸2 2、半胱氨酸半胱氨酸CysCys常以常以胱氨酸胱氨酸的形式存在的形式存在一些功能基团如一些功能基团如OH,-SH,-NH3+,H2O等之间可形成氢键等之
9、间可形成氢键 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-HS-CH2-C-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3胰岛素胰岛素 (Insulin)(Insulin)依赖二硫键维持结构稳定性依赖二硫键维持结构稳定性二硫键二硫键 (维持蛋白质结构稳定维持蛋白质结构稳定苏氨酸丝氨酸酪氨酸-OH 基的基的H可被其它化学可被其它化学基团，如磷酸基基团，如磷酸基P取代取代.其他分类方式其他分类方式侧
10、链含羟基的氨基酸侧链含羟基的氨基酸21（三）、氨基酸的理化性质（三）、氨基酸的理化性质1.1.两性解离及等电点两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，其解离程度取决氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。于所处溶液的酸碱度。+OH-+H+CHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+CHNH2COOHR CHNH2COOHR氨基酸氨基酸碱性碱性酸性酸性22氨基酸在酸性溶液中能解离成正（阳）离氨基酸在酸性溶液中能解离成正（阳）离子，在碱性溶液中能解离成阴（负）离子子，在碱性溶液中能解离成阴（负）离子，这种性质叫，这种性质叫两性电离两性电离或两
11、性解离。或两性解离。23pH=pI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-R+OH-pHpI阴离子阴离子CHNH2COO-R CHNH2COO-R+H+pHpI阳离子阳离子CH COOHRNH3+CH COOHRNH3+等电点等电点(isoelectric point,pI)带电状态判定：带电状态判定：pI-pH pI-pH（正数带正电，负数带负电）（正数带正电，负数带负电）pH pI正电荷正电荷 两性离子两性离子 负电荷负电荷负极移动（电场中）负极移动（电场中）不移动不移动 正极移动正极移动n等电点（等电点（is
12、oelectric pointisoelectric point,pI,pI）：在某一）：在某一pHpH环境环境中，氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等，中，氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等，所带所带净电荷为零净电荷为零，在电场中不泳动。此时，氨基酸所，在电场中不泳动。此时，氨基酸所处环境的处环境的pHpH值值称为该氨基酸的等电点。称为该氨基酸的等电点。以丙氨酸为例计算等电点以丙氨酸为例计算等电点pI=2pK 1+pK 2一氨基一羧基一氨基一羧基AAAA的的等电点计算：等电点计算：v氨基酸有时被用作缓冲剂，缓冲剂是当加入酸或氨基酸有时被用作缓冲剂，缓冲剂是当加入酸或碱时具有抗碱时具
13、有抗pHpH改变的溶液，改变的溶液，缓冲剂起作用的缓冲剂起作用的pHpH范范围称为缓冲范围，围称为缓冲范围，通常定义为通常定义为pK+1pK+1至至pK-1pK-1。生理生理pHpH条件下那些氨基酸具有缓冲作用？条件下那些氨基酸具有缓冲作用？2020种基本氨基酸中只有种基本氨基酸中只有组氨酸的咪唑基的组氨酸的咪唑基的pKpK最接最接近生理近生理pHpH值（游离氨基酸中为值（游离氨基酸中为6.006.00，在多肽链中，在多肽链中为为7.35 7.35），是在生理，是在生理pHpH条件下唯一具有缓冲能条件下唯一具有缓冲能力的氨基酸。（力的氨基酸。（血红蛋白血红蛋白）苯丙氨酸、色氨酸苯丙氨酸、色氨酸
14、和和酪氨酸酪氨酸的最大吸收峰在的最大吸收峰在 280 nm280 nm 附近。附近。2.芳香族氨基酸紫外吸收芳香族氨基酸紫外吸收 色氨酸、酪氨酸色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在的最大吸收峰在 280 nm 附近。附近。大多数蛋白质含大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收 茚三酮反应：茚三酮反应：氨基酸可与茚三酮缩合产生氨基酸可与茚三酮缩合产生蓝紫色化合物蓝紫色化合物，最大吸收峰在，最大吸收峰在5
15、70nm570nm。该反应可作为该反应可作为蛋白质定性、定量分析蛋白质定性、定量分析的基的基础。础。3.显色反应显色反应 -氨基和氨基和-羧基共同参与的反应羧基共同参与的反应水合茚三酮水合茚三酮(无色无色)NH3CO2 RCHO+还原性茚三酮还原性茚三酮+(弱酸弱酸)加热加热水合茚三酮水合茚三酮3H20紫色化合物紫色化合物570nm+2NH3+还原性茚三酮还原性茚三酮用途用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。常用于氨基酸的定性或定量分析。茚三酮茚三酮CCCOOOHOHH2OH2O水合茚三酮水合茚三酮CCCOOO脯氨酸与茚三酮反应的产物：脯氨酸与茚三酮反应的产物：N N+黄色化合物黄色化合物HNC
16、OHO（max=440nm）小小 结结AA的结构通式的结构通式AA的分类的分类AA的理化性质的理化性质 一般物理性质一般物理性质 AA的两性解离的两性解离(等电点及其计算等电点及其计算)AA的化学反应的化学反应（蛋白质的化学修饰）（蛋白质的化学修饰）第三节第三节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构一、肽键和肽链一、肽键和肽链（一）氨基酸的成肽反应（一）氨基酸的成肽反应肽键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+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-C
17、OOHHHHO肽键：肽键：一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基脱去一分一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基脱去一分子水形成的酰胺键。子水形成的酰胺键。肽肽：氨基酸之间通过：氨基酸之间通过肽键肽键连接而成的化合物连接而成的化合物v二肽二肽：由两个氨基酸组成的肽称为二肽。：由两个氨基酸组成的肽称为二肽。v由三个氨基酸组成的肽称为由三个氨基酸组成的肽称为三肽三肽。十肽以下的。十肽以下的统称为统称为寡肽寡肽。v多肽多肽：由多个氨基酸组成的肽则称为。（多：由多个氨基酸组成的肽则称为。（多寡无严格之分）寡无严格之分）v氨基酸残基氨基酸残基：组成多肽的氨基酸分子因脱水缩：组成多肽的氨基酸分子因脱水缩合而残缺
18、不全称为。合而残缺不全称为。v多肽链多肽链：由数十个到数百个氨基酸分别借肽键相：由数十个到数百个氨基酸分别借肽键相互连接即成。互连接即成。v蛋白质蛋白质：由一条或多条多肽链以特殊方式结合而：由一条或多条多肽链以特殊方式结合而成的生物大分子。成的生物大分子。蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在1000010000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。道尔顿以上的多肽称为蛋白质。v氨基酸顺序：在多肽链中，氨基酸残基按一定的氨基酸顺序：在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为。顺序排列，这种排列顺序称为。v氨基酸的顺序是从氨基酸的顺序是从N-
19、N-端的氨基酸残基开始，以端的氨基酸残基开始，以C-C-端氨基酸残基为终点的排列顺序，即端氨基酸残基为终点的排列顺序，即N CN C方向方向 。N N 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由氨基自由氨基的一端的一端C C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由羧基自由羧基的一端的一端多肽链有方向性：多肽链有方向性：N端C端N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶第三节第三节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构v蛋白质分子的基本结构蛋白质分子的基本结构一级结构一级结构v蛋白质分子的空间结构蛋白质分子的空间结构二、三、四级结二、三、四级结构构定义：蛋白质的一级结构指多肽链中定义：蛋白质的一级结构指多
20、肽链中氨基酸氨基酸的的排排列顺序列顺序。(包括蛋白质分子中所有的二硫键的位置）包括蛋白质分子中所有的二硫键的位置）主要的维系键：主要的维系键：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。二、二、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。功能的基础。蛋白质一级结构重要性蛋白质一级结构重要性 事情发生在事情发生在19041904年，美国东部年，美国东部NewYork,NewYorkNewYork,NewYork city,city,当时有一位黑人大学生当时有一位黑人大学生Smark(18Smark(18岁），
21、找一位医生（岁），找一位医生（Ingram)Ingram)看病，自觉看病，自觉头昏、发烧、呼吸困难。医生对头昏、发烧、呼吸困难。医生对SmarkSmark 进行了检查，进行了检查，发现病人眼睛有黄疸，心跳有杂音，没有发现寄生发现病人眼睛有黄疸，心跳有杂音，没有发现寄生虫，只发现虫，只发现Red blood cell 350Red blood cell 350万万/mmmm3 3，Blood Blood platelet 25platelet 25万万/mm/mm3 3,White blood cell5000/mm,White blood cell5000/mm3 3.根据正常人的数值（根据正
22、常人的数值（RBC500RBC500万万/mmmm3 3，WBC6000/mmWBC6000/mm3 3，BP15.6BP15.6万万/mm/mm3 3）诊断病人为贫血症）诊断病人为贫血症。血红蛋白是高等血红蛋白是高等生物体内负责运载氧生物体内负责运载氧的一种蛋白质。人体的一种蛋白质。人体内的血红蛋白由四个内的血红蛋白由四个亚基构成，分别为两亚基构成，分别为两个个亚基和两个亚基和两个亚亚基，基，它既可以载氧，它既可以载氧，又可以运走又可以运走COCO2 2。后来后来Ingram医生又对病人取血，镜检，发现病人的红血球的是半医生又对病人取血，镜检，发现病人的红血球的是半月型的（形状象镰刀）。月型
23、的（形状象镰刀）。把血红蛋白的一级结构进行分析。首先用胰蛋白把血红蛋白的一级结构进行分析。首先用胰蛋白酶水解酶水解HBHB，得到，得到2828个肽段，采用纸上层析分离与电泳个肽段，采用纸上层析分离与电泳相结合的方法对这些肽与正常的进行比较。相结合的方法对这些肽与正常的进行比较。发现发现2727个肽一样，只有一个肽段是不同的。把这个肽一样，只有一个肽段是不同的。把这个异常的肽段剪下来，进行测序。结果是个异常的肽段剪下来，进行测序。结果是 链上的一链上的一个个8 8肽。肽。Hba:HHba:H2 2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-N-Val-His-Leu-Thr-Pro-GluGlu
24、-Glu-Lys-COOH-Glu-Lys-COOHHbs:HHbs:H2 2N-Val-His-Leu-Thr-Pro-N-Val-His-Leu-Thr-Pro-ValVal-Glu-Lys-COOH-Glu-Lys-COOH 正常型正常型 -Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys-链链 镰刀型镰刀型 -Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys-链链三、蛋白质分子的二级结构三、蛋白质分子的二级结构v蛋白质的二级结构是指多肽链骨架中原子的局蛋白质的二级结构是指多肽链骨架中原子的局部空间排列，不包括氨基酸残基侧链的构象。部空间排列，不包括氨基酸残基侧链的构象。丙氨
25、酸丙氨酸酪酪氨酸氨酸天冬氨酸天冬氨酸甘氨酸甘氨酸主要的维系键：主要的维系键：氢键氢键 （一）（一）肽单元肽单元肽单元：肽单元：肽键中的四个原子和与之相邻的两个肽键中的四个原子和与之相邻的两个碳碳原子基本位于同一刚性平面上，原子基本位于同一刚性平面上，构成一个肽单元。构成一个肽单元。54肽键的肽键的C CN N键在一定程度上具有双键性质，不能自键在一定程度上具有双键性质，不能自由旋转，它们所相连的四个原子处于同一平面，称由旋转，它们所相连的四个原子处于同一平面，称肽键平面肽键平面肽单元肽单元55两个肽平面以一个两个肽平面以一个CC为中心发生旋转为中心发生旋转多肽链可以看成是多个肽平面组成多肽链可
26、以看成是多个肽平面组成天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽v在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。质的亚单位。v但是，生物体也有许多分子量比较小的多肽以游但是，生物体也有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽（能，常称为活性肽（active peptideactive peptide）。）。v如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。甘肽；蛇毒多肽等。v CO-NH-CH-CO-NH-CH2
27、-COOHCHCH2 2CHCH2 2CHNHCHNH2 2COOHCOOHCHCH2 2SHSH 谷胱甘肽谷胱甘肽广泛存在于动物肝脏、广泛存在于动物肝脏、血液、酵母和小麦胚芽中血液、酵母和小麦胚芽中：2 2GSHGSHGS-GS-SGSG谷胱甘肽的作用：谷胱甘肽的作用：（1 1）解毒。）解毒。GSHGSH能与进入机体的有毒化合物、重金属离子或致能与进入机体的有毒化合物、重金属离子或致癌物质等相结合，并促其排出体外，起到中和解毒作用。癌物质等相结合，并促其排出体外，起到中和解毒作用。（2 2）防治辐射病及辐射防护）防治辐射病及辐射防护 。GSHGSH对于放射线、放射性药物对于放射线、放射性药物
28、或由于抗肿瘤药物引起的白细胞减少等症状能起到保护作用或由于抗肿瘤药物引起的白细胞减少等症状能起到保护作用。（3 3）保护肝脏）保护肝脏 （4 4）抗过敏。）抗过敏。GSHGSH能够纠正乙酰胆碱、胆碱酯酶的不平衡，起能够纠正乙酰胆碱、胆碱酯酶的不平衡，起到抗过敏作用。到抗过敏作用。（5 5）改善某些疾病的病程和症状）改善某些疾病的病程和症状 SH SH还可保护细胞膜，使之免遭氧化性破坏，防止红细胞溶血还可保护细胞膜，使之免遭氧化性破坏，防止红细胞溶血及促进高铁血红蛋白的还原，对缺氧血症、恶心及肝脏疾病及促进高铁血红蛋白的还原，对缺氧血症、恶心及肝脏疾病引起的不适具有缓解作用引起的不适具有缓解作用
29、 。（6 6）养颜美容护肤）养颜美容护肤 。可防止皮肤老化及色素沉着，减少黑色。可防止皮肤老化及色素沉着，减少黑色素的形成，改善皮肤抗氧化能力并使皮肤产生光泽素的形成，改善皮肤抗氧化能力并使皮肤产生光泽 +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-Met-脑啡肽 +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-Leu-脑啡肽 L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val L-Orn L-Orn L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu 短杆菌肽短杆菌肽S(S(环十肽环十肽)由细菌分泌的多肽，有时也都含有由细菌分泌的多肽，有时也都含有D-D-氨基酸和氨基酸和一些非
30、蛋白氨基酸。如鸟氨酸（一些非蛋白氨基酸。如鸟氨酸（OrnOrnithine,ithine,缩写为缩写为 Orn Orn）。）。（二）蛋白质二级结构类型（二）蛋白质二级结构类型螺旋螺旋折叠折叠转角转角-凸起凸起无规则卷曲无规则卷曲The Nobel Prize in Chemistry 1954Linus Carl Pauling 1901-19941.1.-螺旋螺旋 （-Helix-Helix）RRRRRR3.63.6个氨基酸残基个氨基酸残基（1 1）每个螺旋有）每个螺旋有3.63.6个氨基个氨基酸残基，螺距为酸残基，螺距为0.54nm0.54nm。（2 2）肽键平面与螺旋长轴平）肽键平面与螺
31、旋长轴平行，两圈螺旋之间形成氢键行，两圈螺旋之间形成氢键（AA1AA4），），稳定螺旋。稳定螺旋。氢氢键键主要化学力：氢键主要化学力：氢键（3 3）多肽链以肽键平面为单位）多肽链以肽键平面为单位,盘曲成一个盘曲成一个右手螺旋右手螺旋；-螺旋的横截面（绿色圆圈表示螺旋的横截面（绿色圆圈表示R R基团）基团）要点：单链右旋一圈3.6残基上升0.54nm形成51氢键且全部平行R基指向外侧 维系维系-螺旋的氢键螺旋的氢键影响影响螺旋形成稳定的因素螺旋形成稳定的因素 （1 1）R R基的大小：较大的难形成，存在空间位阻基的大小：较大的难形成，存在空间位阻，如多聚，如多聚Ile Ile （2 2）R R基
32、的电荷性质：不带电荷易形成，同种基的电荷性质：不带电荷易形成，同种电荷的互斥效应电荷的互斥效应 （3 3）Pro Pro：-NH-NH参与环的形成参与环的形成 无法提供质子，不能形成链无法提供质子，不能形成链 （4 4）甘氨酸由于侧链太小，构象不稳定，也是）甘氨酸由于侧链太小，构象不稳定，也是螺旋的破坏者。螺旋的破坏者。-角蛋白角蛋白 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 大纤维大纤维主要由主要由-螺旋结构组成，三股右螺旋结构组成，三股右手手-螺旋向左缠绕形成原纤维，螺旋向左缠绕形成原纤维，原纤维排列成原纤维排列成“9+2”9+2”的电
33、缆式结的电缆式结构称微纤维，成百根微纤维结合构称微纤维，成百根微纤维结合成大纤维成大纤维 乙醇酸 溴酸钠 胱氨酸 762.2.-片层（片层（-折叠，折叠，-pleated sheets-pleated sheets）-片层是由若干肽段或肽链排列起来所形成的扇面片层是由若干肽段或肽链排列起来所形成的扇面状片层构象，其结构特征为：状片层构象，其结构特征为：主链骨架伸展呈锯齿状主链骨架伸展呈锯齿状,R,R基团位于片层的上、下方基团位于片层的上、下方77（2 2）相邻主链之间借相邻主链之间借氢键氢键维系，氢键方向与折叠维系，氢键方向与折叠长轴垂直长轴垂直-片层片层N N端端N N端端C C端端C C端
34、端氢键氢键C COOC COOC COOC COOHHNN-折叠的片层结构和-股之间的氢键要点：肽链伸展，形成链间氢键（成为片层），R-基处于片层上下79(3)(3)若两条肽链走向相同，称顺平行折叠；反之为若两条肽链走向相同，称顺平行折叠；反之为反平行折叠反平行折叠N N端端N N端端C C端端C C端端N端端N端端C端端C端端指伸展的肽链形成指伸展的肽链形成180180的的U U形回折。形回折。-转角具有如下特征：转角具有如下特征：（1 1）肽链骨架以）肽链骨架以180180回折而改变了肽链的方向；回折而改变了肽链的方向；（2 2）由肽链上四个连续的氨基酸残基组成，其中）由肽链上四个连续的氨
35、基酸残基组成，其中n n位氨基酸位氨基酸残基的残基的-C=O-C=O与与n n3 3位氨基酸残基的位氨基酸残基的-NH-NH形成氢键；形成氢键；（3 3）GlyGly和和ProPro经常出现在这种结构之中；经常出现在这种结构之中；（4 4）有利于反平行）有利于反平行-折叠的形成，这是因为折叠的形成，这是因为-转角改变转角改变了肽链的走向，促进相邻的肽段各自作为了肽链的走向，促进相邻的肽段各自作为-股，形成股，形成-折折叠。叠。3.3.-转角转角4.-4.-凸起凸起v-凸起是由于凸起是由于-折叠股折叠股中额外插入一个氨基酸残中额外插入一个氨基酸残基，使原来连续的氢键结基，使原来连续的氢键结构被打
36、破，从而使肽链产构被打破，从而使肽链产生的一种弯曲凸起结构。生的一种弯曲凸起结构。-凸起主要发现在反平行凸起主要发现在反平行-折叠之中，只有约折叠之中，只有约5%5%的的-凸起出现在平行的凸起出现在平行的-折叠结构之中。折叠结构之中。-凸起也凸起也能改变多肽链的走向，但能改变多肽链的走向，但没有没有-转角那样明显。转角那样明显。v在蛋白质分子中，除了上在蛋白质分子中，除了上述四种有规则的二级结构述四种有规则的二级结构以外，还有一些极不规则以外，还有一些极不规则的二级结构，这些结构统的二级结构，这些结构统称为无规则卷曲。一般说称为无规则卷曲。一般说来，无规则卷曲无固定的来，无规则卷曲无固定的走向
37、，有时以环的形式存走向，有时以环的形式存在，但也不是任意变动的在，但也不是任意变动的，它的，它的2 2个二面角（个二面角（,）也有个变化范围。）也有个变化范围。将相邻二级结构连结在将相邻二级结构连结在一起的环结构（黄色）一起的环结构（黄色）5.5.无规卷曲无规卷曲84RNARNA酶的分子结构酶的分子结构-螺旋螺旋-折叠折叠-转角转角无规卷曲无规卷曲二级结构维持力量：氢键二级结构维持力量：氢键（三）蛋白质超二级结构和结构域（三）蛋白质超二级结构和结构域1.1.超二级结构超二级结构(super secondary structure)(super secondary structure)相邻的二级
38、结构单元可组合在一起，相互作用相邻的二级结构单元可组合在一起，相互作用，形成有规则，在空间上能辨认的二级结构组合体，形成有规则，在空间上能辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件，称为超二级结构，也称，充当三级结构的构件，称为超二级结构，也称momotiftif（模体，模序）。（模体，模序）。超二级结构的形成主要是氨基酸残基侧链基团间超二级结构的形成主要是氨基酸残基侧链基团间相互作用的结果。相互作用的结果。常见类型：常见类型：由两股或三股右手：由两股或三股右手螺旋彼此缠绕形成的螺旋彼此缠绕形成的左手超螺旋。左手超螺旋。：由一级结构上连续的反平行由一级结构上连续的反平行折叠通过紧折叠通过紧凑的凑
39、的转角连接而成。转角连接而成。：折叠之间由折叠之间由螺旋或无规卷曲连接螺旋或无规卷曲连接超二级结构类型超二级结构类型A.A.B.B.单元单元C.RossmanC.Rossman折叠折叠D.D.发夹；发夹；E.E.曲折；曲折；F.F.希腊钥匙拓希腊钥匙拓扑结构扑结构-发夹环卷曲螺旋卷曲螺旋 -螺旋螺旋细胞色素细胞色素C C的的结构结构 细胞核抗原的细胞核抗原的结构结构纤溶酶原的纤溶酶原的结构结构2、结构域、结构域大分子蛋白质的三级结构大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为密，各行使其功能
40、，称为结构结构域域(domain)(domain)。根据占优势的二级结构元件的类型，结构域可分根据占优势的二级结构元件的类型，结构域可分为五大类：为五大类：（1 1）结构域结构域完全由完全由-螺旋组成；螺旋组成；（2 2）-结构域结构域只含有只含有-折叠、折叠、-转角和转角和不规则环结构；不规则环结构；（3 3）/-/-结构域结构域由由-股和起连接的股和起连接的-螺螺旋片断组成；旋片断组成；（4 4）+-+-结构域结构域由独立的由独立的-螺旋区和螺旋区和-折叠区组成；折叠区组成；（5 5）交联结构域）交联结构域缺乏特定的二级结构元件，缺乏特定的二级结构元件，但由几个二硫键或金属离子起稳定作用。
41、但由几个二硫键或金属离子起稳定作用。大肠杆菌大肠杆菌D DNA NA 聚合酶聚合酶具有三个具有三个结构域结构域免疫球蛋白免疫球蛋白G G的空间填充模型的空间填充模型免疫球蛋白和神经酰胺酶免疫球蛋白和神经酰胺酶-结构域结构域(四四)、蛋白质分子的三级结构、蛋白质分子的三级结构1.1.三级结构三级结构指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间 位置，即一条多肽链的整体构象。位置，即一条多肽链的整体构象。肌红蛋白的三级结构肌红蛋白的三级结构由由153153个氨基酸残基个氨基酸残基组成的单链蛋白组成的单链蛋白8 8个螺旋个螺旋+无规卷曲无规卷曲球形结构球形结构2.主要化学
42、键：主要化学键：疏水键疏水键、离子键、氢键、范德华引力、离子键、氢键、范德华引力维系三级结构稳定的化学键维系三级结构稳定的化学键氢键氢键 在稳定蛋白质中起着极其重要的作用，在稳定蛋白质中起着极其重要的作用，是维持蛋白质二级结构的主要作用力。是维持蛋白质二级结构的主要作用力。此外，氢键还可以在侧链与侧链、侧链此外，氢键还可以在侧链与侧链、侧链与介质水、主链肽基与侧链或主链肽基与水与介质水、主链肽基与侧链或主链肽基与水之间形成。之间形成。疏水作用疏水作用:由非由非极性极性基团受到基团受到水分子水分子排斥相互聚集排斥相互聚集在一起的作用力在一起的作用力疏水作用示意图疏水作用示意图疏水作用疏水作用范德
43、华力范德华力是分子间的吸是分子间的吸引力，这是一种普遍存引力，这是一种普遍存在的作用力，是一个原在的作用力，是一个原子的原子核吸引另一个子的原子核吸引另一个原子外围电子所产生的原子外围电子所产生的作用力。它是一种比较作用力。它是一种比较弱的、非特异性的作用弱的、非特异性的作用力。（静电引力）力。（静电引力）。上海大学生命科学学院范德华力范德华力（范德华相互作用）（范德华相互作用）v范德华力包括三种较弱的相互作用，即定向效应、诱范德华力包括三种较弱的相互作用，即定向效应、诱导效应和分散效应。导效应和分散效应。v定向效应定向效应：发生在：发生在极性分子极性分子间的力，它是永久偶极间的静电相互间的力
44、，它是永久偶极间的静电相互作用。氢键属于这种范德华力。作用。氢键属于这种范德华力。v诱导效应诱导效应：极性物质和非极性物质极性物质和非极性物质之间的相互作用。之间的相互作用。v分散效应分散效应：是在大多数情况下起主要作用的范德华力，它是：是在大多数情况下起主要作用的范德华力，它是非极非极性分子或基团性分子或基团仅有的一种范德华力。仅有的一种范德华力。盐键盐键（离子键）（离子键）它是正负电荷之间的一种静电相互作用。它是正负电荷之间的一种静电相互作用。在疏水环境中，介电常数比水中小，相反电荷在疏水环境中，介电常数比水中小，相反电荷间的吸引力相应增大。间的吸引力相应增大。+NH3COO-113三级结
45、构的特点：三级结构的特点：1 1、进一步盘曲、折叠的多肽链分子长度大大缩短，、进一步盘曲、折叠的多肽链分子长度大大缩短，呈棒状、纤维状或球状；呈棒状、纤维状或球状；2 2、三级结构的稳定性主要靠次级键维持，尤其是、三级结构的稳定性主要靠次级键维持，尤其是疏疏水键水键；3 3、疏水基团多位于分子内部，亲水基团多位于分子、疏水基团多位于分子内部，亲水基团多位于分子表面；表面；4 4、分子表面或某些部位形成了发挥生物学功能的特、分子表面或某些部位形成了发挥生物学功能的特定区域定区域单链蛋白质的三级结构是其分子结构单链蛋白质的三级结构是其分子结构 的最高形式的最高形式,可表现生物学活性可表现生物学活性
46、溶菌酶分子的三级结构溶菌酶分子的三级结构磷酸丙糖异构酶和丙酮酸激酶的三级结构磷酸丙糖异构酶和丙酮酸激酶的三级结构117（五）蛋白质的四级结构（五）蛋白质的四级结构v蛋白质的四级结构是指由多条各自具有三级结构蛋白质的四级结构是指由多条各自具有三级结构的肽链通过的肽链通过非共价键连接非共价键连接起来的空间排列方式。起来的空间排列方式。其中每一条多肽链叫做一个亚基或亚单位。其中每一条多肽链叫做一个亚基或亚单位。v通常通常亚基亚基只有一条多肽链，但有的只有一条多肽链，但有的亚基由两条或亚基由两条或多条多肽链组成多条多肽链组成，这些多肽链间多以二硫键相连。，这些多肽链间多以二硫键相连。亚基单独存在时无生
47、物学活性。亚基单独存在时无生物学活性。118（五）蛋白质的四级结构（五）蛋白质的四级结构v具有四级结构的蛋白属于寡聚蛋白。（寡聚蛋白中具有四级结构的蛋白属于寡聚蛋白。（寡聚蛋白中亚基可以是相同的或不相同的，亚基可以是相同的或不相同的，亚基相同时，分子亚基相同时，分子具有对称性）具有对称性）v亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。离子键。v并非所有蛋白质都有四级结构，有的只有三级结构。并非所有蛋白质都有四级结构，有的只有三级结构。v实质：实质：蛋白质的四级结构实际上研究亚基之间的相蛋白质的四级结构实际上研究亚基之间的相互作用、空间排布及亚基接触部位的空间布局。互作用、空间排布及亚基接触部位的空间布局。血红蛋白（血红蛋白（HbHb）两个两个链与两个链与两个链组链组成的四聚体成的四聚体链：链：141aa141aa；链：链：146aa;146aa;每条链各含一个血红素每条链各含一个血红素辅基辅基 如烟草斑纹如烟草斑纹病毒的外壳蛋病毒的外壳蛋白是由白是由22002200个个相同的亚基形相同的亚基形成的多聚体；成的多聚体；
