1、第三章第三章 蛋白质化学蛋白质化学23.3 3.3 肽（肽（peptidespeptides）3.3.1 3.3.1 几个相关的概念几个相关的概念肽肽是由两个或两个以上的氨基酸通过肽键连接而形成是由两个或两个以上的氨基酸通过肽键连接而形成的化合物。的化合物。组成肽的氨基酸单元称为组成肽的氨基酸单元称为氨基酸残基氨基酸残基。肽与氨基酸残基：肽与氨基酸残基：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-氨基脱水氨基脱水缩合而形成的酰胺键。缩合而形成的酰胺键。3由两个氨基酸残基组成的肽称为由两个氨基酸残基组成的肽称为二肽二肽(dip
2、eptide)；由三个以上十个以下氨基酸残基组成的肽称为由三个以上十个以下氨基酸残基组成的肽称为寡肽寡肽(oligopeptide)；由多个氨基酸组成的肽则称为；由多个氨基酸组成的肽则称为多肽多肽(polypeptide),亦称多肽链亦称多肽链。二肽，寡肽与多肽：二肽，寡肽与多肽：注注：肽链可以是链状、环状或分支状。：肽链可以是链状、环状或分支状。4肽键的特点肽键的特点 肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。组成肽键的原子处于同一平面。肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。在大多数情况下，以反式结构存在。在细胞内环境条件在细胞内环境条件下，肽键相对稳定下，肽键相对稳
3、定5通常在多肽链的一端含有一个游离的通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基，称为氨氨基端或基端或N-N-端端；在另一端含有一个游离的；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基，称为羧基端或羧基端或C-C-端端。H2N CHCR1OHN CHCR2OHN CHCR3OHN CHCOHRnON N端端氨基酸残基氨基酸残基氨基酸残基氨基酸残基C C端端肽链书写方式：肽链书写方式：N端端C端端 肽链的肽链的N-N-端与端与C-C-端：端：氨基酸顺序：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，这种排列顺序称为列顺序称为氨基酸顺序，氨基酸顺序
4、，氨基酸的顺序是从氨基酸的顺序是从N-N-端端的氨的氨基酸残基开始，以基酸残基开始，以C-C-端端氨基酸残基为终点的排列顺序。氨基酸残基为终点的排列顺序。6CCNCCNCCNCCNCC H2C HC H2C H2C H2C O O-O HC O2HC H2C O N H2O HC H3H3N+OOOOHHHHHHHHHSerValTyrAspGlnC H3N-端C-端肽键 上述五肽可简写表示为：上述五肽可简写表示为：Ser-Val-Tyr-Asp-GlnSer-Val-Tyr-Asp-Gln肽链的表示法肽链的表示法(简写简写)及命名及命名7多肽与蛋白质多肽与蛋白质蛋白质是由一条或多条多肽蛋白质
5、是由一条或多条多肽(polypeptide)链以特殊链以特殊方式结合而成的生物大分子。方式结合而成的生物大分子。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6000道尔顿以上的多肽称为道尔顿以上的多肽称为蛋白质蛋白质。蛋白质分子量变化范围很大蛋白质分子量变化范围很大,从大约从大约6000到到1000000道尔顿甚至更大。道尔顿甚至更大。83.3.2 3.3.2 肽的理化性质肽的理化性质 (1)(1)两性解离与等电点两性解离与等电点 肽与氨基酸一样具有酸、碱性质，它的解离主要取肽与氨基酸一样具有酸、碱性质，它的解离主要取决于肽链的末端氨基、末端羧基和侧
6、链决于肽链的末端氨基、末端羧基和侧链R R基。基。由于肽中由于肽中N N端自由氨基和端自由氨基和C C端自由羧基之间的距离比端自由羧基之间的距离比氨基酸中的大，因此它们之间的静电引力较弱。肽中氨基酸中的大，因此它们之间的静电引力较弱。肽中C C端端-COOH-COOH的的pKpK略大于氨基酸中的略大于氨基酸中的pKpK值，值，pKpK1 1。N N端端-NH-NH+3 3的的pKpK略小于氨基酸中的略小于氨基酸中的pKpK值，值，pKpK2 2。R R基的基的pKpK变化不大。变化不大。肽的等电点：肽所带净电荷为肽的等电点：肽所带净电荷为“零零”时，溶液的时，溶液的pHpH值。值。9(2)肽的
7、旋光性及紫外吸收肽的旋光性及紫外吸收 肽具有旋光性，短肽的旋光度等于组成该肽具有旋光性，短肽的旋光度等于组成该肽中各个氨基酸的旋光度之和；长肽的旋光肽中各个氨基酸的旋光度之和；长肽的旋光度比累加的和小很多。度比累加的和小很多。肽在紫外吸收区肽在紫外吸收区215nm处有最大吸收峰，处有最大吸收峰，可以用来作为肽的定量测定。可以用来作为肽的定量测定。10（3 3）肽的化学性质）肽的化学性质 肽的化学性质与氨基酸相似，如两性解离、等电点肽的化学性质与氨基酸相似，如两性解离、等电点等，但等，但肽有与氨基酸不同的特殊反应。肽有与氨基酸不同的特殊反应。（a）双缩脲反应）双缩脲反应（b）茚三酮反应）茚三酮反
8、应 肽与茚三酮反应不放出肽与茚三酮反应不放出CO2。CONH2NH2CONH2NH2加热CONH2NHCONH2+NH3双缩脲双缩脲 碱性碱性CuSO4溶液溶液 紫色紫色肽和蛋白质特有，用于肽和蛋白质的定量测定。113.3.3 3.3.3 天然存在的某些活性肽天然存在的某些活性肽 (1)(1)肌肽和鹅肌肽肌肽和鹅肌肽 肌肽（肌肽（carnosinecarnosine）:-Ala-His:-Ala-His 鹅肌肽（鹅肌肽（anserineanserine）：）：-Ala-1-Me-His-Ala-1-Me-His 12(2)谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)13GSHGSH具有重
9、要的功能具有重要的功能：v1、解毒功能：与重金属离子、环氧化物（致、解毒功能：与重金属离子、环氧化物（致癌物）结合排出体外。癌物）结合排出体外。v2、维持红细胞膜的完整性。、维持红细胞膜的完整性。v3、参与高铁血红蛋白的还原作用。、参与高铁血红蛋白的还原作用。v4、促进铁的吸收。、促进铁的吸收。2H2OH2O22GSHGSSGNADP+NADPH+H+GSH过氧化物酶GSH还原酶 14(3)(3)多肽抗菌素多肽抗菌素 环环链链肽肽15(4)(4)多肽激素多肽激素 种类较多，生理功能各异。种类较多，生理功能各异。多肽类激素主要见于多肽类激素主要见于垂体垂体及及下丘脑下丘脑分泌分泌的激素，的激素，
10、如催产素（如催产素（9肽）、加压素（肽）、加压素（9肽）、促肾上腺皮肽）、促肾上腺皮质激素（质激素（39肽）、促甲状腺素释放激素（肽）、促甲状腺素释放激素（3肽）。肽）。神经肽主要与神经信号转导作用相关，包括脑啡神经肽主要与神经信号转导作用相关，包括脑啡肽（肽（5肽）、肽）、-内啡肽（内啡肽（31肽）、强啡肽（肽）、强啡肽（17肽）肽）等。等。16垂体后叶激素如垂体后叶激素如催产素催产素和和加压素加压素17促甲状腺素释放激素促甲状腺素释放激素(thyrotropin-release hormone，TRH)如由下丘脑分泌的激素之一如由下丘脑分泌的激素之一 促甲状腺素释放激素促甲状腺素释放激素1
11、8(5)(5)神经肽神经肽甲硫氨酸脑啡肽甲硫氨酸脑啡肽Tyr-Gly-Gly-phe-Met 亮氨酸脑啡肽亮氨酸脑啡肽Tyr-Gly-Gly-phe-Leu 功能：镇痛功能：镇痛 例如脑啡肽例如脑啡肽 (enkephalin)(enkephalin)：Responsible for signal transduction(信号转导信号转导)in neurotransmission 脑啡肽脑啡肽(enkephalin)；内啡肽；内啡肽(Endorphin)；强；强啡肽啡肽(dynorphin)；P物质物质(Substance P)；神经肽；神经肽Y(neuropeptide Y)193.4 蛋白
12、质的分类蛋白质的分类纤维状蛋白质：形状似纤维，不溶于水。纤维状蛋白质：形状似纤维，不溶于水。根据分子根据分子的形状的形状球状蛋白质：分子似球形，较易溶解。球状蛋白质：分子似球形，较易溶解。1根据组根据组成分类成分类简单（单纯）蛋白质简单（单纯）蛋白质结合（缀结合（缀合合）蛋白质）蛋白质23 根据溶解度分类（清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、根据溶解度分类（清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、精蛋白、组蛋白、硬蛋白）精蛋白、组蛋白、硬蛋白）活性蛋白质（如酶蛋白、转运蛋白、运动蛋白、活性蛋白质（如酶蛋白、转运蛋白、运动蛋白、保护和防御蛋白、受体蛋白保护和防御蛋白、受体蛋白.）根据功根据功能分类能分类
13、非活性蛋白质（如硬蛋白、角蛋白）非活性蛋白质（如硬蛋白、角蛋白）420简单蛋白质分类简单蛋白质分类只有只有-氨基酸组成。氨基酸组成。21结合蛋白质分类结合蛋白质分类由由单纯蛋白质单纯蛋白质与与非蛋白质物质非蛋白质物质结合而成。结合而成。22 为了对蛋白质结构叙述的方便，人为地将蛋白质的结构分为为了对蛋白质结构叙述的方便，人为地将蛋白质的结构分为一一级结构、二级结构、三级结构和四级结构级结构、二级结构、三级结构和四级结构。蛋白质的蛋白质的一级结构一级结构又称又称初级结构初级结构，二级结构、三级结构、四二级结构、三级结构、四级结构级结构的三度空间排列称蛋白质的的三度空间排列称蛋白质的空间结构、高级
14、结构、三维结空间结构、高级结构、三维结构或构象。构或构象。3.5 蛋白质的结构蛋白质的结构23构象与构型构象与构型 构构 象象(conformation)构构 型型(configuration)一个化合物分子中一切原子一个化合物分子中一切原子沿共价键转动而产生的不同沿共价键转动而产生的不同空间排列，这种构象的改变空间排列，这种构象的改变会涉及氢键的形成和破坏，会涉及氢键的形成和破坏，但不致使共价键被破坏。但不致使共价键被破坏。一个化合物分子中原子的空一个化合物分子中原子的空间排列，这种排列的改变会间排列，这种排列的改变会涉及共价键的形成与破坏，涉及共价键的形成与破坏，与氢键无关。与氢键无关。多
15、肽链的空间结构多肽链的空间结构单糖：单糖：-和和-氨基酸：氨基酸：D-和和L-243.5.1 3.5.1 蛋白质结构的近代概念蛋白质结构的近代概念 3.5 蛋白质的结构蛋白质的结构一级结构一级结构二级结构二级结构三级结构三级结构四级结构四级结构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结构域三级结构三级结构四级结构四级结构25一级结构一级结构(primary structure)：氨基酸序列，肽键相连氨基酸序列，肽键相连.高级结构高级结构u二级结构二级结构(secondary structure)：蛋白质分子中某一段肽链的局蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，部空间结构，-螺
16、旋螺旋、-折叠、折叠、-转角和无规卷曲转角和无规卷曲u三级结构三级结构(tertiary structure):整条肽链中全部氨基酸残基的相对整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，主要靠次级键（疏水键、离子键、氢键和空间位置，主要靠次级键（疏水键、离子键、氢键和Van der Walls力维持）力维持）u四级结构四级结构(quaternary structure):蛋白质分子中各个亚基的空间蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用（主要靠疏水键维持）排布及亚基接触部位的布局和相互作用（主要靠疏水键维持）263.5.2 3.5.2 蛋白质结构的研究方法蛋白质结构的研究方法
17、3.5.2.1 一级结构的研究方法一级结构的研究方法 肽链水解与末端分析法肽链水解与末端分析法3.5.2.2 高级结构的研究方法高级结构的研究方法 重氢交换法重氢交换法 核磁共振光谱法核磁共振光谱法 园二色性园二色性 荧光偏振法荧光偏振法 红外偏振法红外偏振法273.5.3 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构（primary structure）蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽链中氨基酸的线蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽链中氨基酸的线性排列顺序（性排列顺序（sequence）。）。氨基酸顺序书写时，从氨基酸顺序书写时，从 N-末端末端(N-terminus)至至 C-末端末端(C-terminus
18、).肽键肽键(peptide bond)和和二硫键二硫键(disulfide bond)均属于蛋白质一级结构均属于蛋白质一级结构.281954年英国生化学家年英国生化学家Sanger报道了胰岛素报道了胰岛素的一级结构，是世界上第一例确定一级结构的一级结构，是世界上第一例确定一级结构的蛋白质。的蛋白质。Sanger由此由此1958年获年获Nobel 化学奖。化学奖。1965年我国科学家完成了结晶牛胰岛素的年我国科学家完成了结晶牛胰岛素的合成，是世界上第一例人工合成蛋白质。合成，是世界上第一例人工合成蛋白质。蛋白质的一级结构由遗传信息决定，其一级蛋白质的一级结构由遗传信息决定，其一级结构决定高级结
19、构，一级结构是基本结构结构决定高级结构，一级结构是基本结构。但一级结构并不是决定蛋白质空间构象的唯但一级结构并不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。一因素。29COOCOO-HH3 3NN+SS303.5.3.1 3.5.3.1 蛋白质一级结构的测定蛋白质一级结构的测定AAAA序列的测定序列的测定 序列测定前的准备工作：序列测定前的准备工作：样品的纯度样品的纯度相对分子质量相对分子质量肽链的数目肽链的数目氨基酸组成氨基酸组成一级结构的测定主要用一级结构的测定主要用小片段重叠法小片段重叠法原理原理：31（1）末端分析：包括）末端分析：包括N端分析，端分析，C端分析端分析 N端分析方法端分析方法 二硝
20、基氟苯法（二硝基氟苯法（DNP法、法、DNFB法或法或FDNB法）法）序列测定步骤与方法序列测定步骤与方法32 丹磺酰氯法（丹磺酰氯法（DNS法）法）33 苯异硫氰酸苯异硫氰酸(酯酯)法（法（PITC法、法、PTC法、法、PTH法、法、Edman降解法降解法）34 氨肽酶（氨肽酶（aminopeptidase,Apase）法）法 AlaValGly35亮氨酸氨肽酶（亮氨酸氨肽酶（Leucine amino peptidase,LAP）专一性专一性:A=非极性氨基酸时非极性氨基酸时 快快A=其它氨基酸时其它氨基酸时 慢慢A BN端端A=Leu时时 最快最快36 肼解法：也称联氨法肼解法：也称联氨
21、法 C端分析端分析 苯甲醛缩合二亚苄衍生物二亚苄衍生物(不溶于水不溶于水)溶于水溶于水37C端分析端分析 硼氢化锂还原法硼氢化锂还原法 HNCHCOOHRLiBH4HNCHCH2OHR水解混合氨基酸H2NCHCH2OHR+C端38 羧肽酶（羧肽酶（carboxypeptidase,Cpase）法）法 394 4种羧肽酶的来源和专一性种羧肽酶的来源和专一性 羧肽酶来源专一性CpA胰脏能释放除pro、Arg和Lys以外的所有C端氨基酸CpB胰脏主要水解C端为Arg或Lys的肽键CpC植物或微生物相当广泛，几乎能释放C端的所有氨基酸CpY面包酵母可释放C端所有氨基酸40（2 2）肽链的拆开和分离与纯
22、化）肽链的拆开和分离与纯化 共价键：共价键：主要是二硫键折分主要是二硫键折分分离纯化：分离纯化：采用还原法或氧化法采用还原法或氧化法序列测定步骤与方法序列测定步骤与方法 Dialysis(透析透析)Acetone precipitation and salt precipitation(沉淀沉淀)Electrophoresis(电泳电泳)Chromatography(层析层析)Ultracentrifugation(超离心超离心)41（3 3）肽链的氨基酸组成分析）肽链的氨基酸组成分析 酸水解：通常用酸水解：通常用6mol/L HClHPLC分析分析AA组成组成序列测定步骤与方法序列测定步骤与
23、方法42（4 4）肽链的部分水解）肽链的部分水解 化学方法：化学方法：溴化氰（溴化氰（CNBr）裂解法）裂解法:序列测定步骤与方法序列测定步骤与方法43酶解方法酶解方法 Cleavage reagent(裂解剂裂解剂)Trypsin(胰蛋白酶胰蛋白酶)Chymotrypsin(胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶)弹性蛋白酶弹性蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶Staphylococcus aureusCyanogen bromide(溴化氰溴化氰)Hydroxylamine(羟胺羟胺)Cleavage site(裂解位点裂解位点)Lys,Arg(C)Phe,Tyr,Trp(C)Ala,Gly,Ser,Val(C)P
24、he,Trp,Tyr(N)Glu(C)Met(C)AsnGly44（5 5）肽段的分离和氨基酸序列测定）肽段的分离和氨基酸序列测定 v EdmanEdman降解降解（苯异硫氰酸酯法）氨基酸顺序分析法实际上也（苯异硫氰酸酯法）氨基酸顺序分析法实际上也是一种是一种N-N-端分析法。此法的特点是能够不断重复循环，将端分析法。此法的特点是能够不断重复循环，将肽链肽链N-N-端氨基酸残基逐一进行标记和解离。端氨基酸残基逐一进行标记和解离。序列测定步骤与方法序列测定步骤与方法45（6 6）找重叠肽从而推断整个肽链的氨基酸序列）找重叠肽从而推断整个肽链的氨基酸序列 序列测定步骤与方法序列测定步骤与方法46（
25、7 7）二硫键位置的确定）二硫键位置的确定 对角线电泳对角线电泳 474 4蛋白质序列数据库蛋白质序列数据库 (1)PIR（Protein Information Resource）数据库）数据库(2)SWISS-PROT数据库数据库 483.5.4 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构指多肽链中主链原子的局部空间排布即构象，指多肽链中主链原子的局部空间排布即构象，不涉及侧链部分的构象不涉及侧链部分的构象.酰胺平面是构成主链构象的基本单位。酰胺平面是构成主链构象的基本单位。定义：定义：493.5.4.1肽键平面肽键平面(或称酰胺平面或称酰胺平面,amide plane)在肽链中每在肽链中每6个原子
26、个原子C-C(=O)-N(-H)-C 构成一个构成一个肽单元肽单元;Pauling等人对一些简单的肽及氨基酸的酰胺等等人对一些简单的肽及氨基酸的酰胺等进行了进行了X射线衍射分析，得出下图所示结构：射线衍射分析，得出下图所示结构：50(1)肽键中的肽键中的C-N键长键长0.132nm，比相邻的，比相邻的N-C单键单键(0.147nm)短，而较一般短，而较一般C=N双键双键(0.127nm)长，可见，长，可见，肽键中肽键中-C-N-键的性质介于单、双键之间，具有部分双键键的性质介于单、双键之间，具有部分双键的性质，因而不能旋转，这就将固定在一个平面之内。的性质，因而不能旋转，这就将固定在一个平面之
27、内。酰胺平面的特性酰胺平面的特性51v(2)肽键的肽键的C及及N周围三个键角之和均为周围三个键角之和均为360，说明都处于一，说明都处于一个平面上，也就是说六个原子（个平面上，也就是说六个原子（-CCONHC-）基本）基本上同处于一个平面，这就是上同处于一个平面，这就是肽键平面肽键平面(或酰胺平面或酰胺平面).参与肽键参与肽键的的6个原子个原子:-C-CO-NH-C-称为肽单元称为肽单元(peptide unit)；v(3)(3)肽链中能够旋转的只有肽链中能够旋转的只有碳原子所形成的单键，此单键碳原子所形成的单键，此单键的旋转决定两个肽键平面的位置关系，于是肽键平面成为肽的旋转决定两个肽键平面
28、的位置关系，于是肽键平面成为肽链盘曲折叠的基本单位。链盘曲折叠的基本单位。v(4)(4)肽键中的肽键中的C-NC-N既具有双键性质，就会有顺反不同的立体异既具有双键性质，就会有顺反不同的立体异构，已证实构，已证实COCO和和NHNH处于反位。处于反位。52C CC C33C C22C C11C CNNNNHHHHHHOOOOR R酰胺平面酰胺平面 1酰胺平面酰胺平面 253反式（反式（Trans）顺式（顺式（cis）543.5.4.2 -螺旋螺旋 1950年美国年美国Pauling等人在研究纤维状蛋白质时，提出了等人在研究纤维状蛋白质时，提出了-螺旋，螺旋，后来发现在球状蛋白质分子中也存在后来
29、发现在球状蛋白质分子中也存在-螺旋。螺旋。0.54 n m 3.6个残基个残基0.15 n m55 蛋白质多肽链像螺旋一样盘曲蛋白质多肽链像螺旋一样盘曲上升，每上升，每3.63.6个氨基酸残基螺旋上个氨基酸残基螺旋上升一圈，每圈螺旋的高度为升一圈，每圈螺旋的高度为0.54nm0.54nm，每个氨基酸残基沿轴上升每个氨基酸残基沿轴上升0.15nm0.15nm，螺旋上升时，每个残基沿轴旋转螺旋上升时，每个残基沿轴旋转100100。（=-57=-57,=-47=-47）；）；在同一肽链内相邻的螺圈之间在同一肽链内相邻的螺圈之间形成氢链。形成氢链。-螺旋有右手螺旋和左手螺旋螺旋有右手螺旋和左手螺旋之分
30、，天然蛋白质绝大部分是右手之分，天然蛋白质绝大部分是右手螺旋，到目前为止仅在嗜热菌蛋白螺旋，到目前为止仅在嗜热菌蛋白酶中发现了一段左手螺旋。酶中发现了一段左手螺旋。-螺旋结构的要点如下：螺旋结构的要点如下：左手和右手螺旋左手和右手螺旋(顺时针)(逆时针)R R侧链位于螺旋外侧，其大小、侧链位于螺旋外侧，其大小、形状及电荷等是影响此结构形成的形状及电荷等是影响此结构形成的主要因素。主要因素。5657 -螺旋的稳定性主要靠氢键来维持。螺旋的稳定性主要靠氢键来维持。The-CO group of peptide unit n is H-bonded to the-NH group of peptid
31、e unit(n+4).58一些一些侧链基团侧链基团虽然不参与螺旋，但他们可影响虽然不参与螺旋，但他们可影响 -螺旋的稳定性螺旋的稳定性 在多肽链中连续的出现带同种电荷的极性氨基酸，在多肽链中连续的出现带同种电荷的极性氨基酸，-螺旋就不稳定。螺旋就不稳定。在多肽链中只要出现在多肽链中只要出现pro，-螺旋就被中断，产生一个弯曲（螺旋就被中断，产生一个弯曲（bend）或结节（或结节（kink）Gly的的R基太小，难以形成基太小，难以形成 -螺旋所需的两面角，所以和螺旋所需的两面角，所以和Pro一样也一样也是螺旋的最大破坏者是螺旋的最大破坏者 肽链中连续出现带庞大侧链的氨基酸如肽链中连续出现带庞大
32、侧链的氨基酸如Ile，由于空间位阻，也难以，由于空间位阻，也难以形成形成 -螺旋螺旋;苯丙氨酸、色氨酸苯丙氨酸、色氨酸 593.5.4.3-3.5.4.3-折叠折叠也是也是paulingpauling等人提出来的，它是与等人提出来的，它是与 -螺旋完全不同的一种结构。螺旋完全不同的一种结构。-折叠主链骨架以一定的折叠形式形成一个折叠的片层。折叠主链骨架以一定的折叠形式形成一个折叠的片层。在两条相邻的肽链之间形成氢链。在两条相邻的肽链之间形成氢链。60-折叠有平行和反平行的两种形式折叠有平行和反平行的两种形式:每一个氨基酸在主轴上所占的距离，平行的是每一个氨基酸在主轴上所占的距离，平行的是0.3
33、25nm0.325nm，反平，反平 行的是行的是0.35nm0.35nm。61HHNCNCNCNCOHOOOHHHHOOOHOCNCNCNCNN端端平行式HHHOOOHOCNCNCNCNOOONCNCNCNHHHCHO反平行式N端端N端端C端端折叠折叠靠不同肽键之间的肽键上靠不同肽键之间的肽键上CO与与NH形成氢键而得形成氢键而得以稳定。反平行式比平行式稳定。以稳定。反平行式比平行式稳定。62633.5.4.4-转角转角(-turn)(-turn)-转角是指蛋白质分子的多肽链经常出现转角是指蛋白质分子的多肽链经常出现180180的回折，在回折角上的回折，在回折角上的结构就称的结构就称-转角转角
34、，也称发夹结构，或称，也称发夹结构，或称U U形转折。由第一个氨基酸形转折。由第一个氨基酸残基的残基的C=OC=O与第四个氨基酸残基的与第四个氨基酸残基的N NH H之间形成氢键。之间形成氢键。Gly and Pro residuesoften occur in -turn64-转角转角(-turn)(-turn)有两种类型：有两种类型：型和型和型型区别：连接区别：连接2位残基与位残基与3位残基的肽单位旋转了位残基的肽单位旋转了1800.65没有一定规律的松散肽链结构，但仍是紧密有没有一定规律的松散肽链结构，但仍是紧密有序的稳定结构，通过主链间及主链与侧链间氢键维序的稳定结构，通过主链间及主链
35、与侧链间氢键维持其构象不同的蛋白质，自由回转的数量和形式持其构象不同的蛋白质，自由回转的数量和形式各不相同分两类：各不相同分两类：3.5.4.5 自由回转自由回转无规卷曲无规卷曲(random coil)连接条带连接条带 紧密环如紧密环如环环 环环66蛋白质空间结构单元蛋白质空间结构单元Ribbon model of the bacterial catabolite gene activator protein(CAP)67在蛋白质分子中，由若在蛋白质分子中，由若干相邻的二级结构单元干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互组合在一起，彼此相互作用，形成有规则的、作用，形成有规则的、在空间上能辨
36、认的二级在空间上能辨认的二级结构组合体。几种类型结构组合体。几种类型的超二级结构：的超二级结构：；3.5.5 超二级结构和结构域超二级结构和结构域（）超二级结构（）超二级结构(supersecondary structure)超二级结构在结构层次超二级结构在结构层次上高于二级结构，但没上高于二级结构，但没有聚集成具有功能的结有聚集成具有功能的结构域构域68两个两个聚集体连在一起形成聚集体连在一起形成 结构，称结构，称Rossmann折叠折叠Rossmann折叠折叠Rossmann折叠折叠它们可直接作为三级结构它们可直接作为三级结构的的“建筑块建筑块”或结构域的或结构域的组成单位，是蛋白质构象组
37、成单位，是蛋白质构象中二级结构与三级结构之中二级结构与三级结构之间的一个层次，故称超二间的一个层次，故称超二级结构。级结构。69（）结构域（）结构域结构域结构域是是 1970年年Edelman提出的，它是指在较大的球提出的，它是指在较大的球状蛋白质分子中，多肽链往往形成几个紧密的球状构象，状蛋白质分子中，多肽链往往形成几个紧密的球状构象，彼此分开，以松散的肽链相连，此球状构象就是结构域。彼此分开，以松散的肽链相连，此球状构象就是结构域。v结构域结构域(domain)也是蛋白质构象中二级结构与三也是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个层次。在较大的蛋白质分子中，级结构之间的一个层次。在较大的
38、蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，形成二由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，形成二个或多个在空间上可以明显区别它与蛋白质亚基结个或多个在空间上可以明显区别它与蛋白质亚基结构的区别。一般每个结构域约由构的区别。一般每个结构域约由100-200个氨基酸个氨基酸残基组成，各有独特的空间构象，并承担不同的生残基组成，各有独特的空间构象，并承担不同的生物学功能。物学功能。70结构域通常是几个超二级结构的组合，对于较小的蛋白质结构域通常是几个超二级结构的组合，对于较小的蛋白质分子，结构域与三级结构等同，即这些蛋白为单结构域。分子，结构域与三级结构等同，即这些蛋白为单结构域。结构域一般由
39、结构域一般由100200 个氨基酸残基组成，但大小范围个氨基酸残基组成，但大小范围可达可达 40400 个残基。氨基酸可以是连续的，也可以是不个残基。氨基酸可以是连续的，也可以是不连续的连续的结构域之间常形成裂隙，比较松散，往往是蛋白质优先被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。酶的活性中心往往位于两个结构域的界面水解的部位。酶的活性中心往往位于两个结构域的界面上上结构域之间由结构域之间由“铰链区铰链区”相连，使分子构象有一定的柔性，相连，使分子构象有一定的柔性，通过结构域之间的相对运动，使蛋白质分子实现一定的生通过结构域之间的相对运动，使蛋白质分子实现一定的生物功能。
40、物功能。在蛋白质分子内，结构域可作为结构单位进行相对独立的在蛋白质分子内，结构域可作为结构单位进行相对独立的运动，水解出来后仍能维持稳定的结构，甚至保留某些生运动，水解出来后仍能维持稳定的结构，甚至保留某些生物活性物活性71 对那些较小的蛋白质分对那些较小的蛋白质分子来说，结构域和三级结构子来说，结构域和三级结构往往是一个意思，也就是说往往是一个意思，也就是说是单结构域的。一般来说，是单结构域的。一般来说，大的蛋白质分子可以由大的蛋白质分子可以由2 2个或个或更多个结构域组成。更多个结构域组成。72结构域结构域有时也称有时也称功能域功能域，功能域是指有功能的部分，功能域是指有功能的部分,功能域
41、功能域可以是一个结构域，也可以是两个或两个以上的结构域组成。可以是一个结构域，也可以是两个或两个以上的结构域组成。从动力学的角度来看从动力学的角度来看，一条，一条长的多肽链先折叠成几个相长的多肽链先折叠成几个相对独立的区域，再缔合成三对独立的区域，再缔合成三级结构要比直接折叠成三级级结构要比直接折叠成三级结构更合理。结构更合理。从功能的角度来看从功能的角度来看，酶蛋白，酶蛋白的的活性中心活性中心往往位于结构域往往位于结构域之间，因为连接各个结构域之间，因为连接各个结构域的常常是一条松散的肽链，的常常是一条松散的肽链，使结构域在空间上摆动比较使结构域在空间上摆动比较自由，容易形成适合底物结自由，
42、容易形成适合底物结合的空间。合的空间。733.5.6 三级结构三级结构 蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再进一蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折迭形成具有一定规律的三维空间结构，称步盘曲或折迭形成具有一定规律的三维空间结构，称为蛋白质的三级结构为蛋白质的三级结构(tertiary structure)。肌红蛋白的三级结构肌红蛋白的三级结构7475767778v蛋白质三级结构的稳定主要靠次级键，包括蛋白质三级结构的稳定主要靠次级键，包括氢键、疏水键、盐键以及范德华力氢键、疏水键、盐键以及范德华力(Van der Wasls力力)等。这些次级键可存在于一等。这些次级键可存在于
43、一级结构序号相隔很远的氨基酸残基的级结构序号相隔很远的氨基酸残基的R基团之基团之间，因此蛋白质的三级结构主要指氨基酸残间，因此蛋白质的三级结构主要指氨基酸残基的侧链间的结合。基的侧链间的结合。v次级键都是非共价键，易受环境中次级键都是非共价键，易受环境中pH、温度、温度、离子强度等的影响，有变动的可能性。二硫离子强度等的影响，有变动的可能性。二硫键不属于次级键，但在某些肽链中能使远隔键不属于次级键，但在某些肽链中能使远隔的二个肽段联系在一起，这对于蛋白质三级的二个肽段联系在一起，这对于蛋白质三级结构的稳定上起着重要作用。结构的稳定上起着重要作用。79v具备三级结构的蛋白质从其外形上看，有的细长
44、具备三级结构的蛋白质从其外形上看，有的细长(长长轴比短轴大轴比短轴大1010倍以上倍以上)，属于纤维状蛋白质，属于纤维状蛋白质(fibrous(fibrous protein)protein)，如丝心蛋白；有的长短轴相差不多基本，如丝心蛋白；有的长短轴相差不多基本上呈球形，属于球状蛋白质上呈球形，属于球状蛋白质(globular protein)(globular protein)，如血浆清蛋白、球蛋白、肌红蛋白，球状蛋白的疏如血浆清蛋白、球蛋白、肌红蛋白，球状蛋白的疏水基多聚集在分子的内部，而亲水基则多分布在分水基多聚集在分子的内部，而亲水基则多分布在分子表面，因而球状蛋白质是亲水的，更重要
45、的是，子表面，因而球状蛋白质是亲水的，更重要的是，多肽链经过如此盘曲后，可形成某些发挥生物学功多肽链经过如此盘曲后，可形成某些发挥生物学功能的特定区域，例如酶的活性中心等。能的特定区域，例如酶的活性中心等。801963年年Kendrew等通过鲸肌红蛋白的等通过鲸肌红蛋白的x-射线衍射分析，测射线衍射分析，测得了它的空间结构。得了它的空间结构。例子例子813.5.7 3.5.7 蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构 四级结构实际上是指亚基的立体排布、相互作用及接触部位的布四级结构实际上是指亚基的立体排布、相互作用及接触部位的布局。亚基之间不含共价键，亚基间次级键的结合比二、三级结构局。亚基之间不含共
46、价键，亚基间次级键的结合比二、三级结构疏松，因此在一定的条件下，四级结构的蛋白质可分离为其组成疏松，因此在一定的条件下，四级结构的蛋白质可分离为其组成的亚基，而亚基本身构象仍可不变的亚基，而亚基本身构象仍可不变.具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级键相互组合而形成的空间结构称为蛋白质的多肽链间通过次级键相互组合而形成的空间结构称为蛋白质的四级结构四级结构(quarternary structure)(quarternary structure)。其中，每个具有独立三。其中，每个具有独立三级结构的多肽链单位称
47、为级结构的多肽链单位称为亚基亚基(subunit)(subunit)。82v 一种蛋白质中，亚基结构可以相同，也可不同。如烟草斑纹一种蛋白质中，亚基结构可以相同，也可不同。如烟草斑纹病毒的外壳蛋白是由病毒的外壳蛋白是由22002200个相同的亚基形成的多聚体；正常个相同的亚基形成的多聚体；正常血红蛋白是两个血红蛋白是两个亚基与两个亚基与两个亚基形成的四聚体；天冬氨亚基形成的四聚体；天冬氨酸氨甲酰基转移酶由六个调节亚基与六个催化亚基组成。酸氨甲酰基转移酶由六个调节亚基与六个催化亚基组成。v 有人将具有全套不同亚基的最小单位称为原聚体有人将具有全套不同亚基的最小单位称为原聚体(protomer)(
48、protomer)，如一个催化亚基与一个调节亚基结合成天冬氨酸氨甲酰基转如一个催化亚基与一个调节亚基结合成天冬氨酸氨甲酰基转移酶的原聚体。移酶的原聚体。83v某些蛋白质分子可进一步聚合成聚合体某些蛋白质分子可进一步聚合成聚合体(polymer)(polymer)。聚合体中的重复单位称为单体聚合体中的重复单位称为单体(monomer)(monomer)，聚合体可，聚合体可按其中所含单体的数量不同而分为二聚体、三聚按其中所含单体的数量不同而分为二聚体、三聚体体寡聚体寡聚体(oligomer)(oligomer)和多聚体和多聚体(polymer)(polymer)而存而存在，如胰岛素在，如胰岛素(insulin)(insulin)在体内可形成二聚体及六聚在体内可形成二聚体及六聚体。体。8485Mathews et al(2000)Biochemistry(3e)p.214 H H O H H O OH C N OH C N O HO H C N C N H HOH O HO HCH CH2COOHH2NCOO-H2N+C NH CH2CH2CH2CH COOHNH2NH2AspArgNH3+O O=CSS CH CH2 CH3CH3 CH3 CH3 CH2 CHNHOCH3CH3P121，思考题，思考题3,6谢谢！谢谢！
