第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

1、蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) 1定義： 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序，一級結(jié)構(gòu)的主要連接鍵是肽鍵，通常將二硫鍵也歸屬于一級結(jié)構(gòu) 2結(jié)構(gòu)特點：蛋白質(zhì)的序列具有方向性，一般書寫順序是從N-端到C-端， 其主要作用是決定蛋白質(zhì)分子的高級結(jié)構(gòu)和功能胰島素由51個氨基酸殘基組成，分為A、B兩條鏈。A鏈21個氨基酸殘基，B鏈30個氨基酸殘基。A、B兩條鏈之間通過兩個二硫鍵聯(lián)結(jié)在一起，A鏈另有一個鏈內(nèi)二硫鍵。一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和特異生物學功能的基一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和特異生

2、物學功能的基礎(chǔ)，但并不是決定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的唯一因素礎(chǔ)，但并不是決定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的唯一因素1 1、定義：、定義： 指多肽鏈指多肽鏈主鏈骨架原子主鏈骨架原子的空間相對位置，不涉及的空間相對位置，不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。2 2、基本類型：基本類型： - -螺旋、螺旋、 - -折疊、折疊、 - -轉(zhuǎn)角、無規(guī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角、無規(guī)結(jié)構(gòu)3 3、穩(wěn)定二級結(jié)構(gòu)的作用力：氫鍵穩(wěn)定二級結(jié)構(gòu)的作用力：氫鍵 二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) (1) -螺旋螺旋結(jié)構(gòu)要點：(1) 肽鍵平面為單位,以-碳原子為轉(zhuǎn)折盤旋形成右手螺旋，螺旋的每圈有3.6個氨基酸，螺旋間距離為0.54nm，每個殘基沿軸旋轉(zhuǎn)100，上升

3、0.15nm(2) 主鏈原子構(gòu)成螺旋的主體,側(cè)鏈在其外部，直徑約為0.5nm-螺旋左、右手螺旋(3) 每個肽鍵的羰基氧與遠在第四個氨基酸氨基上的氫形成氫鍵(共形成n-4個氫鍵)，所有肽鍵都能參與鏈內(nèi)氫鍵的形成，氫鍵的方向與中心軸大致平行, 是穩(wěn)定螺旋的主要作用力3.613 (SN)(4) Pro的N上缺少H，不能形成氫鍵，經(jīng)常出現(xiàn)在-螺旋的端頭，它改變多肽鏈的方向并終止螺旋（2）-折疊 -折疊折疊是由兩條或多條伸展的多肽鏈靠氫鍵聯(lián)結(jié)而是由兩條或多條伸展的多肽鏈靠氫鍵聯(lián)結(jié)而成的鋸齒狀片狀結(jié)構(gòu)。成的鋸齒狀片狀結(jié)構(gòu)。 側(cè)鏈基團與側(cè)鏈基團與C C 間的鍵幾乎垂直于折疊平面，間的鍵幾乎垂直于折疊平面，R

4、 R基團基團交替地分布于片層平面兩側(cè)。交替地分布于片層平面兩側(cè)。 - -折疊分折疊分平行式平行式和和反平行式反平行式，后者更為穩(wěn)定。，后者更為穩(wěn)定。N N端在同一端。端在同一端。氨基酸之間沿軸氨基酸之間沿軸相距相距0.3250.325nmnmN N端不在同一端。端不在同一端。氨基酸之間沿軸氨基酸之間沿軸相距相距0.350.35nmnm維持維持-折疊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的力折疊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的力 氫鍵氫鍵由一條鏈上的羰基和另一條鏈上的氨基之由一條鏈上的羰基和另一條鏈上的氨基之間形成，即氫鍵是在鏈與鏈之間形成間形成，即氫鍵是在鏈與鏈之間形成的。的。三、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) (3) (3) - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角概念概念：

5、肽鏈出現(xiàn)180回折的轉(zhuǎn)角處結(jié)構(gòu)稱為- 轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點： 第一個殘基的C=O與第四個殘基的N-H形成氫鍵，常見于連接反平行-折疊片的端頭(如Gly與Pro)，多位于球狀蛋白質(zhì)分子表面，約占全部殘基的四分之一 (4) 無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲oil）概念概念： 沒有確定規(guī)律性的肽鍵構(gòu)象特點：特點： 常見于球狀蛋白質(zhì)分子中，在其它類型二級結(jié)構(gòu)肽段之間起連接作用，有利于整條肽鏈盤曲折疊。酶的功能酶的功能部位常常處于這種構(gòu)象區(qū)域。部位常常處于這種構(gòu)象區(qū)域。H2N COOH - -螺旋螺旋-折疊折疊-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲核糖核酸酶分子中的二級結(jié)構(gòu)核糖核酸酶分子中的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)總結(jié)多肽鏈折疊的

6、規(guī)則方式多肽鏈折疊的規(guī)則方式三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 概念概念： 蛋白質(zhì)分子中所有原子(包括主鏈和側(cè)鏈)在三維空間的排列分布，又稱為空間結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)、構(gòu)象 維持三級結(jié)構(gòu)的作用力二硫鍵二硫鍵 共價鍵共價鍵 疏水作用疏水作用非共價鍵（次級鍵）非共價鍵（次級鍵）氫鍵氫鍵 離子鍵離子鍵范德華力范德華力穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力a a 離子鍵離子鍵 b b 氫鍵氫鍵 c c 疏水作用疏水作用 d d 范德華力范德華力e e 二硫鍵二硫鍵 abcdeacd 氫鍵對維持二級結(jié)構(gòu)特別重要氫鍵對維持二級結(jié)構(gòu)特別重要 疏水作用對維持三級結(jié)構(gòu)特別重要疏水作用對維持三級結(jié)構(gòu)特別重要 這些非共價

7、鍵以量取勝，它們不僅穩(wěn)定了蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，對蛋白質(zhì)的功能也有重要影響作用疏水核：疏水核： 疏水區(qū)多位于分子內(nèi)部， 往往 是與輔酶/基或底物結(jié)合的位點維持蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素 親水區(qū)：親水區(qū)： 親水區(qū)多位于分子表面， 故球 形蛋白質(zhì)水溶性較好 蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的其它特點：蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的其它特點：l 許多在一級結(jié)構(gòu)上相差很遠的氨基酸堿基在三級結(jié)構(gòu)上相距很近。l 三級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)發(fā)揮生物活性所必須的。 l 所有具有高度生物學活性的蛋白質(zhì)幾乎都是球狀蛋白。l 球狀蛋白的三級結(jié)構(gòu)很密實，大部分的水分子從球形蛋白的核心中被排出，這使得極性基團間以及非極性基團間的相互用成為可能。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)例子1

8、胰島素分子的三級結(jié)構(gòu)例2溶菌酶分子的三級結(jié)構(gòu)例3磷酸丙糖異構(gòu)酶和丙酮酸激酶的三級結(jié)構(gòu)許多蛋白質(zhì)是由兩個或兩個以上獨立的球狀蛋白質(zhì)通過非共價鍵結(jié)合成的多聚體，稱為寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每個獨立的球狀蛋白質(zhì)稱為亞基，亞基一般由一條肽鏈構(gòu)成，也稱為單體。蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是指亞基的種類、數(shù)量以及各個亞基在寡聚蛋白質(zhì)中的空間排布和亞基間的相互作用。四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) 四級結(jié)構(gòu)的特點:亞基單獨存在時無生物活性，只有相互聚合成特亞基單獨存在時無生物活性，只有相互聚合成特定構(gòu)象時才具有完整的生物活性定構(gòu)象時才具有完整的生物活性亞基之間以非共價鍵結(jié)合，容易彼此解離亞基之間以非

9、共價鍵結(jié)合，容易彼此解離大多數(shù)寡聚蛋白質(zhì)分子的亞基的排列是對稱的，大多數(shù)寡聚蛋白質(zhì)分子的亞基的排列是對稱的，對稱性是四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)最重要的性質(zhì)之一對稱性是四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)最重要的性質(zhì)之一血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)1根據(jù)組成：根據(jù)組成： 簡單蛋白和結(jié)合蛋白簡單蛋白和結(jié)合蛋白 （1 1） 單純蛋白質(zhì) 僅由氨基酸組成，不含其他成分，例如：核糖核酸酶、胰島素。（2） 結(jié)合蛋白質(zhì) 除了蛋白質(zhì)部分外，還有非蛋白質(zhì)成分（輔基、配基）例如：血紅蛋白。 2根據(jù)分子的形狀： （1）球狀蛋白質(zhì)分子對稱性佳，外形接近球狀或橢球狀，溶解度較好，能結(jié)晶。Eg.血紅蛋白、血清球蛋白。（2）纖維狀蛋白質(zhì)對稱性差，分子類似細棒或纖維。 可溶性纖維狀蛋白質(zhì)肌球蛋白。 不溶性纖維狀蛋白質(zhì)膠原、彈性蛋白。3. 根據(jù)蛋白質(zhì)的功能分；（1） 活性蛋白 按生理作用不同又可分為: 酶、激素、抗體、收縮蛋白、運輸?shù)鞍椎?。?）非活性蛋白 擔任生物的保護或支持作用的蛋白，但本身不具有生物活性的物質(zhì)。例如：貯存蛋白（清蛋