第一章 蛋白質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)部分第一章蛋白質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)

第一節(jié)組成蛋白質(zhì)的氨基酸第二節(jié)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)與進(jìn)化第三節(jié)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)

第四節(jié)蛋白質(zhì)各級(jí)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系

第五節(jié)球狀蛋白質(zhì)構(gòu)象的運(yùn)動(dòng)第一節(jié)組成蛋白質(zhì)的氨基酸

根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的不同分為：

1.脂肪族氨基酸

2.芳香族氨基酸

3.羥基氨基酸與含硫氨基酸

4.酸性氨基酸及其酰胺

5.堿性氨基酸

另外，蛋白質(zhì)中還常含有修飾氨基酸

1.脂肪族氨基酸

甘氨酸（Gly,G）亮氨酸（Leu,L）

丙氨酸（Ala,A）異亮氨酸（Ile,I）

纈氨酸（Val,V）脯氨酸（Pro,P）

Gly

無側(cè)鏈

雙面角可自由轉(zhuǎn)動(dòng)

柔性大

常出現(xiàn)在需要運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)折的肽鏈片段中Ala

小，側(cè)鏈只有一個(gè)甲基

無化學(xué)活性

在蛋白質(zhì)分子中可處于內(nèi)部或表面Val、

Ile、

Leu

帶有分支的支鏈氨基酸易于在蛋白質(zhì)分子中固定于一定位置，并有利于鏈的折疊Pro一種亞氨酸具有固定的構(gòu)型，很強(qiáng)的立體化學(xué)效應(yīng)

使肽鏈形成一個(gè)轉(zhuǎn)角而改變主鏈方向

對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)有破壞作用，但仍能出現(xiàn)在這些結(jié)構(gòu)末端或彎曲部位

常暴露于蛋白質(zhì)分子表面

以順式肽鍵存在

2.芳香族氨基酸

苯丙氨酸（Phe,F）酪氨酸（Tyr,Y）色氨酸（Trp,W）Phe、Tyr、Trp

Phe疏水作用很強(qiáng)，而Tyr、Trp

較差。Tyr酚基可形成較強(qiáng)的氫鍵Cα與芳環(huán)之間僅有一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的C甲烯基，限制了側(cè)鏈的柔性

側(cè)鏈環(huán)堆積不規(guī)則，常以相互垂直的“人”字型排列，其存在形式對(duì)周圍結(jié)構(gòu)有很大影響3.羥基氨基酸與含硫氨基酸

絲氨酸（Ser,S）半胱氨酸（Cys,C）

蘇氨酸（Thr,T）甲硫氨酸（Met,M）Ser、

Thr側(cè)鏈帶有羥基，可形成氫鍵,也可通過水分子間接形成氫鍵化學(xué)性質(zhì)活潑，具有重要的功能Cys巰基（–SH）

易氧化形成帶有二硫鍵的半胱氨酸

與金屬離子如Fe、Zn、Cu等配位結(jié)合

結(jié)合蛋白質(zhì)中一些非蛋白基團(tuán)

在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)中成簇聚集因此

常埋藏在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部，形成特定的模體結(jié)構(gòu)Met

疏水性大

柔性大

常埋藏在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部4.酸性氨基酸及其酰胺天冬氨酸（Asp,D）

谷氨酸（Glu,E）

天冬酰氨（Asn,N）

谷氨酰氨（Gln,Q）Asp、

Glu一般帶負(fù)電荷，在蛋白質(zhì)內(nèi)形成鹽鍵Glu的γ羧基常位于蛋白質(zhì)分子表面，與鈣結(jié)合在肽段序列中成簇存在，使分子表面形成不對(duì)稱電荷分布從而成為蛋白質(zhì)分子與其他大分子物質(zhì)相互作用的位點(diǎn)Asn、Gln

側(cè)鏈雖有極性，但不解離，不帶電荷易形成氫鍵5.堿性氨基酸

組氨酸（His,H）

賴氨酸（Lys,K）

精氨酸（Arg,R）His

含咪唑基參與酶促反應(yīng)中的質(zhì)子傳遞反應(yīng)，為多種酶的活性中心易與金屬離子形成配位化合物，參與組成各種金蛋白屬質(zhì)Lys、Arg一般帶正電荷，存在于蛋白質(zhì)分子表面可與酸性氨基酸殘基、肽鏈C端、核酸中的磷酸基團(tuán)形成鹽鍵與蛋白質(zhì)活性有關(guān)

Lys

長(zhǎng)側(cè)鏈可自由伸展在外，與蛋白質(zhì)結(jié)合功能有關(guān)

Arg

可沿著側(cè)鏈卷曲成疏水表面埋藏在蛋白質(zhì)分子內(nèi)，也可與蛋白質(zhì)分子內(nèi)的氧形成氫鍵從而穩(wěn)定蛋白質(zhì)，與酶的催化功能有關(guān)

修飾氨基酸翻譯后修飾：即肽鏈中氨基酸殘基的修飾，如O–磷酸化，羥基化碘化，酰氨化，糖基化等翻譯時(shí)修飾：即翻譯過程中氨基酸先經(jīng)過修飾，然后摻入肽鏈中作用：1.保護(hù)蛋白質(zhì)

2.使蛋白質(zhì)出現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)和功能舉例一：翻譯后修飾的氨基酸

4-羥脯氨酸（膠原蛋白）

5-羥賴氨酸（結(jié)締組織）

γ-羧基谷氨酸（凝血酶）

6-N-甲基賴氨酸

3，5-二碘酪氨酸

鎖鏈素（結(jié)締組織）舉例二：翻譯時(shí)修飾的氨基酸

硒代半胱氨酸蛋白質(zhì)翻譯過程中，識(shí)別某些終止密碼子UGA的特殊絲氨酸t(yī)RNA與絲氨酸結(jié)合后，可經(jīng)酶促催化絲氨酸而形成硒代半胱氨酸，再進(jìn)入核糖體參與某些蛋白質(zhì)合成。第二節(jié)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)與進(jìn)化

蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)（primarystructure）

蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的序列

包括兩個(gè)方面蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目多肽鏈中氨基酸的精確序列2.一級(jí)結(jié)構(gòu)與進(jìn)化

（1）同源蛋白質(zhì)（homologousprotein）（2）蛋白質(zhì)家族與超家族（proteinfamilyandsuperfamily）

（3）舉例：細(xì)胞色素C（cytochromeC）（1）同源蛋白質(zhì)來自同一祖先蛋白質(zhì)，隨著進(jìn)化而分化為具有不同功能特征的蛋白質(zhì)產(chǎn)生原因：

趨異突變（divergentmutation）：導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)改變，使蛋白質(zhì)被淘汰或形成新蛋白質(zhì)

中性突變（neutralmutation）：不影響蛋白質(zhì)功能

同源蛋白質(zhì)同源蛋白質(zhì)的種屬差異多見于蛋白質(zhì)分子表面的氨基酸殘基，內(nèi)部殘基的變異不僅少見，還往往借其他改變來進(jìn)行補(bǔ)償，借以減少肽鏈主體的任何紊亂，且變異常常是類似性質(zhì)氨基酸任何兩個(gè)無關(guān)的蛋白質(zhì)肽鏈之間，一般都可能出現(xiàn)5%位置上殘基相同的情況。至少15%（去除間隔與插入）位置上殘基相同的蛋白質(zhì)才有可能是同一家族，15%~25%的殘基相同者屬于準(zhǔn)同源同源蛋白質(zhì)同源蛋白質(zhì)某一特定位置的氨基酸殘基可以相同（invariable),

保守（conservative）/相似（similar）和可變（variable）高度保守的氨基酸殘基對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能非常重要同源蛋白質(zhì)擁有共同的三維結(jié)構(gòu)（2）蛋白質(zhì)家族與超家族同源蛋白質(zhì)序列組成中殘基相同多于50%者屬于同一家族蛋白質(zhì)少于50%者屬于超家族蛋白質(zhì)。還應(yīng)考慮蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)域或模體的相似性及其與功能進(jìn)化的關(guān)系在蛋白質(zhì)家族中根據(jù)其氨基酸序列相差少于20%者可劃分為亞家族（subfamily)（3）舉例：細(xì)胞色素C（cytochromeC）

60個(gè)物種中，有27個(gè)位置上的氨基酸殘基完全不變，是維持其構(gòu)象中發(fā)揮特有功能所必要的部位，屬于不變殘基可變殘基可能隨著進(jìn)化而變異，而且不同種屬的細(xì)胞色素C氨基酸差異數(shù)與種屬之間的親緣關(guān)系相關(guān)。親緣關(guān)系相近者，氨基酸差異少，反之則多（進(jìn)化樹）

單位進(jìn)化周期（unitevolutionperiod):蛋白質(zhì)在進(jìn)化過程中每一個(gè)殘基的變異所需時(shí)間細(xì)胞色素C

（cytochromeC）黃色：不變殘基（invariableresidues）藍(lán)色：保守氨基酸（conservativeresidues）未標(biāo)記：可變殘基（variableresidues）第三節(jié)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)1.穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵和作用力2.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)3.蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)4.蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的層次1.穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵和作用力

（1）VanderWaals力（2）氫鍵（hydrogenbond）（3）鹽鍵（ionicbond）（4）疏水相互作用（hydrophobicinteraction）（5）二硫鍵（disulfidebond）（1）VanderWaals力

非特異性相互作用存在于所有分子中及分子之間能量：1kcal/mol

在兩個(gè)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)大分子之間大量形成介導(dǎo)酶與底物、抗原抗體結(jié)合（2）氫鍵（hydrogenbond）生物大分子中形成氫鍵的主要基團(tuán)：羥基，氨基，羰基，脂基蛋白質(zhì)中至少50%的內(nèi)部極性基團(tuán)參與形成氫鍵眾多的氫鍵呈直線排列而有較大的鍵能，為維持蛋白質(zhì)穩(wěn)定構(gòu)象的重要化學(xué)鍵蛋白質(zhì)側(cè)鏈殘基之間及殘基與主鏈之間形成的氫鍵很少，但對(duì)維持蛋白質(zhì)構(gòu)象起很大的作用不同基團(tuán)間形成氫鍵蛋白質(zhì)中的氫鍵（3）鹽鍵（ionicbond）存在于蛋白質(zhì)相互靠近的酸性或堿性氨基酸側(cè)鏈間一般分布在蛋白質(zhì)分子表面很少，作用有限（4）疏水相互作用（hydrophobicinteraction）

當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)肽鏈進(jìn)入水介質(zhì)時(shí)，所有非極性基團(tuán)趨于聚合而減少非極性基團(tuán)與水的界面，從而使蛋白質(zhì)形成疏水核心是使球狀蛋白質(zhì)形成穩(wěn)定構(gòu)象的主要作用力

（5）二硫鍵（disulfidebond）二硫鍵的形成

胰島素(insulin)免疫球蛋白(immunoglobulin）

二硫鍵（disulfidebond）天然蛋白質(zhì)中一個(gè)半胱氨酸僅與特定的另一個(gè)半胱氨酸殘基自發(fā)形成二硫鍵分子量較大的蛋白質(zhì)或分泌性蛋白質(zhì)往往借二硫鍵維持其結(jié)構(gòu)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的二硫鍵與其功能關(guān)系密切，如收縮蛋白質(zhì)及微管蛋白依賴于巰基與二硫鍵的轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)其功能亞基間二硫鍵的正確結(jié)合是維持許多蛋白質(zhì)功能必不可少的條件，如免疫球蛋白重鏈與輕鏈通過二硫鍵結(jié)合，有利于維持其抗原結(jié)合部位的特異性

蛋白質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)產(chǎn)生了眾多的弱鍵，這些弱鍵反過來又增強(qiáng)了蛋白質(zhì)之間的結(jié)合特異性2.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（1）α-螺旋（α-helice）（2）β-折疊（β-pleatedsheet）（3）β-轉(zhuǎn)角（β-turn）（4）無規(guī)卷曲（randomcoil）（5）無序結(jié)構(gòu)（1）α-螺旋（α-helice）①結(jié)構(gòu)特點(diǎn)②球狀蛋白質(zhì)中的α-helice③α-helice穩(wěn)定性影響因素④兩親α-helice（amphipathicα-helice

）⑤舉例：α-角蛋白（a-keratin）α-螺旋（α-helice）

α-helice左手和右手螺旋突出的側(cè)鏈①結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一般蛋白質(zhì)中為右手螺旋多肽鏈主鏈骨架圍繞中心軸螺旋式上升，每上升一圈為3.6個(gè)殘基，0.544nm垂直距離每個(gè)殘基沿中心軸上升0.15nm，旋轉(zhuǎn)100°一個(gè)酰胺平面上N–H中的H原子與其前面第三個(gè)酰胺平面C=O中O原子形成氫鍵，且氫鍵的方向與螺旋中心軸幾乎平行結(jié)構(gòu)特點(diǎn)氫鍵所封閉的環(huán)由共價(jià)鍵和氫鍵構(gòu)成，共包含了13個(gè)原子，涉及3.6個(gè)氨基酸，可用3.613表示親水和疏水性完全取決于側(cè)鏈。因?yàn)殡逆湽羌苤械臉O性基團(tuán)都參與了氫鍵的形成肽鏈主體的各個(gè)原子具有緊密堆積的結(jié)構(gòu)特征，中心軸旁幾乎不存在空間。因此α-螺旋是處于相當(dāng)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。蛋白質(zhì)的功能活性區(qū)常不在α-螺旋區(qū)而在其附近②球狀蛋白質(zhì)中的α-heliceα-螺旋的末端一圈常形成不典型的3.613螺旋，稱為αⅡ螺旋，其N–H···O夾角呈109°（αⅠ為157

°），不能繼續(xù)形成螺旋球蛋白中的各個(gè)α-螺旋段均較短，平均有12個(gè)氨基酸殘基組成

原因：由于α-螺旋穩(wěn)定性最好，各種氨基酸（除了Gly、Pro外）通過肽鍵形成主鏈都有折疊成α-螺旋的傾向。但是各殘基的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)各有其構(gòu)象、疏水性、極性、荷電情況的特點(diǎn)，以及周圍肽鏈、環(huán)境的實(shí)際情況，常影響α-螺旋的延伸③α-helice穩(wěn)定性影響因素Cα

連接的R側(cè)鏈之間的相互作用（如相隔2~4個(gè)殘基的兩個(gè)氨基酸，或相鄰氨基酸大的R基團(tuán)）影響α-螺旋的穩(wěn)定甚至其形成Pro殘基的吡咯烷環(huán)阻止α-螺旋的形成多肽鏈上連續(xù)存在的極性基團(tuán)之間的相互作用影響螺旋的穩(wěn)定性Gly殘基由于酰胺平面的自由旋轉(zhuǎn)，二面角很難固定在α-螺旋所許的范圍內(nèi)，不易形成α-螺旋N-terminus的酸性氨基酸殘基（Glu，Asp）能穩(wěn)定帶正電的α-螺旋，

C-terminus的堿性氨基酸殘基（Lys，Arg）能穩(wěn)定帶負(fù)電的α-螺旋④兩親α-helice

（amphipathic

α-helice

）親水側(cè)鏈伸向一側(cè)，疏水側(cè)鏈向相反的一側(cè)伸出殘基的排列象一個(gè)“車輪”：親水性殘基都位于“車輪”的一面，疏水性殘基在另一面在纖維狀和球狀蛋白質(zhì)中非常重要，使蛋白質(zhì)形成親水的表面和疏水的核心⑤舉例：α-角蛋白（a-keratin）脊椎動(dòng)物中毛發(fā)、皮膚、及指、趾甲等結(jié)構(gòu)中的主要蛋白質(zhì)富含疏水性氨基酸，如Phe,Ile,Val,Met,和Ala，所以不溶于水基本單位：角蛋白原纖維（protofibril）原纖維單體是由兩條α-螺旋相互盤曲形成的左手超螺旋（superhelix）。四鏈結(jié)構(gòu)鏈間作用力：vanderWaals力和二硫鍵α-角蛋白（

a-keratin）

α-螺旋雙鏈左手超螺旋原絲原纖維（2）β-折疊（β-pleatedsheet）

①結(jié)構(gòu)特點(diǎn)②球狀蛋白質(zhì)中的β-pleatedsheet③舉例：絲心蛋白①結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

兩個(gè)或更多個(gè)幾乎完全伸展的肽鏈并排靠近時(shí)形成相鄰肽鏈間通過N–H與C=O形成規(guī)則的氫鍵相鄰β折疊層之間的距離約為0.35nm相鄰殘基的R基團(tuán)向相反的方向突出包括平行式（parallel）和反平行式（antiparallel）兩種β-折疊的平行式和反平行式②球狀蛋白質(zhì)中的β-pleatedsheet球蛋白中常含有短肽鏈的β-折疊平行的β-折疊常出現(xiàn)于多股肽鏈，而反平行的兩股肽鏈則出現(xiàn)明顯的右手扭曲，每5個(gè)殘基就能扭曲180°。這種扭曲導(dǎo)致

β片層整體形成緩慢的大扭曲片層，如馬鞍形結(jié)構(gòu)（saddle）和β-桶（β-barrels）

β-桶和馬鞍形結(jié)構(gòu)

平行的β-折疊常出現(xiàn)在分子內(nèi)部，而典型的反平行β-折疊則一側(cè)埋藏在內(nèi)，另一側(cè)暴露于溶劑，故其氨基酸序列常為親水性與疏水性交替富含β-折疊的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性較差而乳酸脫氫酶結(jié)構(gòu)域磷酸甘油醛異構(gòu)易變，常與蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能有關(guān)馬鞍形扭曲酶的β-桶卷曲

③舉例：絲心蛋白蠶絲中的主要蛋白質(zhì)由大片的反平行式β-折疊堆積成的多層結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)含以下重復(fù)序列：[甘-丙-甘-丙-甘-絲-甘-丙-丙-甘-（絲-甘-丙-甘-丙甘）8]Gly殘基幾乎呈隔位排列，Gly殘基之間為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的Ala或Ser殘基Gly殘基位于β-折疊層的同側(cè)，Ala及Ser殘基位于

β-折疊層的另一側(cè)β片層之間的作用力：vanderWaals力和氫鍵，故比較柔軟，但又相當(dāng)牢固（3）β-轉(zhuǎn)角（β-turn）

在各種二級(jí)結(jié)構(gòu)之間起連接作用，如α-helice與α-helice，α-helice與β-pleatedsheet，antiparallel與antiparallel親水性氨基酸殘基形成β-轉(zhuǎn)角的傾向很強(qiáng)，故常位于分子表面2/3是Pro-Asp-NH2或Pro-Gly殘基對(duì)可使蛋白質(zhì)分子中肽鏈出現(xiàn)180°回折，同時(shí)在第一個(gè)殘基的C=O與第四個(gè)殘基的N-H間形成氫鍵，成為4個(gè)連續(xù)殘基的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)β-轉(zhuǎn)角（β-turn）

普通轉(zhuǎn)角（βⅠ）甘氨酸轉(zhuǎn)角（βⅡ）

4個(gè)Cα

不在同一平面上而有＋45°雙面角4個(gè)Cα

與氫鍵幾乎在同一個(gè)平面上。第二個(gè)殘基大多為甘氨酸此外，還有一些非典型的β轉(zhuǎn)角，可以有兩個(gè)氫鍵，或者沒有氫鍵而靠鄰近側(cè)鏈間的作用，乃至遠(yuǎn)程作用力來維系其轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)（4）無規(guī)卷曲（randomcoil）沒有確定規(guī)律性的肽鏈構(gòu)象，但仍是緊密有序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)通過主鏈間及主鏈與側(cè)鏈間氫鍵維持其構(gòu)象分兩類：

①緊密環(huán)（compactloop）②連接條帶（connectionstraps）①緊密環(huán)（compactloop）肽鏈主體結(jié)構(gòu)卷曲成一端開放的環(huán)狀，象希臘字母，又稱環(huán)肽鏈由6~16個(gè)氨基酸殘基組成，Gly、Pro、Asp、Asn、Ser和Tyr較常見。由于親水性氨基酸殘基較多，故常位于蛋白質(zhì)分子表面氨基酸殘基側(cè)鏈可堆積在環(huán)內(nèi)，通過疏水作用或形成氫鍵等，成為緊密的結(jié)構(gòu)。肽鏈片段兩末端間距離小（通常為0.37~1.0nm）可能與蛋白質(zhì)的識(shí)別功能有關(guān)，并參與催化作用②連接條帶（connectionstraps）三種類型：S形的α-α連接；長(zhǎng)度及構(gòu)象不一的α-β和β-α連接；β弓連接不相鄰的β鏈，形成“希臘花邊連接（Greekkeyconnection）”各種連接條帶的長(zhǎng)度、走向頗不規(guī)則，在蛋白質(zhì)肽鏈的卷曲、折疊過程中具有明確的結(jié)構(gòu)作用連接條帶主鏈C=O和NH間一般不形成氫鍵常位于蛋白質(zhì)分子表面，其殘基常是帶電荷或具有極性，能與介質(zhì)水形成氫鍵連接條帶（connectionstraps）同源性比較發(fā)現(xiàn)，連接區(qū)常有殘基出現(xiàn)插入、替換、缺失的變異，說明在蛋白質(zhì)進(jìn)化過程中連接肽段易致突變功能上，連接條帶往往參與形成蛋白質(zhì)的一些結(jié)合位點(diǎn)或酶的活性位點(diǎn)前蛋白單體的希臘花邊β桶結(jié)構(gòu)前蛋白構(gòu)象前蛋白三維拓?fù)鋱D攤開后的二維希臘花邊圖案拓?fù)鋱D（5）無序結(jié)構(gòu)暴露在介質(zhì)中的帶電荷長(zhǎng)鏈殘基常是無序的，如

Lys、Arg、Ile肽鏈末端的幾個(gè)殘基如果沒有較大的疏水性氨基酸，也常表現(xiàn)為無序結(jié)構(gòu)有些蛋白質(zhì)的配體結(jié)合部位，無配體時(shí)是無序結(jié)構(gòu)，一旦結(jié)合上配體則成為有序結(jié)構(gòu)3.蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)分子或亞基內(nèi)所有原子的空間排布，是多肽鏈折疊、卷曲的最終狀態(tài)

（1）超二級(jí)結(jié)構(gòu)（2）三級(jí)結(jié)構(gòu)的折疊類型（3）模體（motif）（4）結(jié)構(gòu)域（structuraldomain）和功能域（functionaldomain）（1）超二級(jí)結(jié)構(gòu)(supersecondarystructure)二級(jí)結(jié)構(gòu)單元通過多種連接多肽組合成特殊幾何排列的折疊類型，又稱標(biāo)準(zhǔn)折疊單位（standardfoldingunits）超二級(jí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的構(gòu)象形式與所連接的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元種類、連接肽鏈的長(zhǎng)度、殘基構(gòu)象或其極性、帶電性及疏水性有關(guān)常見的有三種：

①αα：相鄰的兩條α-helices通過肽鏈連接而成

②ββ：β-pleatedsheet鏈逆轉(zhuǎn)形成的發(fā)夾結(jié)構(gòu)③βαβ：由一個(gè)不規(guī)則的環(huán)鏈或α-helice將兩條平行的β-pleated末端以右手或左手交叉方式連接起來

超二級(jí)結(jié)構(gòu)(supersecondarystructure)ααββ

βαβ超二級(jí)結(jié)構(gòu)(supersecondarystructure)

平行β鏈的的右手及β折疊在蛋白質(zhì)中的不同形式左手交叉連接（2）三級(jí)結(jié)構(gòu)的折疊類型

以結(jié)構(gòu)域（domain）為單位，根據(jù)其中二級(jí)結(jié)構(gòu)類型、數(shù)量、組合方式及拓?fù)錁?gòu)象，大致分為4種主要類型：

①全α類型②平行α/β類型③反平行β類型④不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型①全α類型各段α-helices通過反平行或近于互相垂直的狀態(tài)而連接，排列成層，再平行疊起，從而形成三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)象基礎(chǔ)分為兩種亞型

：Ⅰ.升降螺旋捆（upanddownhelixbundle）Ⅱ.希臘花邊螺旋捆（Greekkeyhelixbundle）Ⅰ.升降螺旋捆（upanddownhelixbundle）

各相鄰α-helices頭尾相連，反向排列，形成桶狀常見為四螺旋捆，如細(xì)胞色素b562

、Rop（repressorofprimer）蛋白、載脂蛋白E3、人生長(zhǎng)激素、去鐵蛋白單體、白介素-2、白介素-4、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子、朊病毒（prion）也有蛋白質(zhì)呈三捆螺旋或較大的五或六螺旋捆

升降螺旋捆（upanddownhelixbundle）

升降螺旋捆模式

細(xì)胞色素b562蚯蚓肌紅蛋白（上面觀）蚯蚓肌紅蛋白（側(cè)面觀）Ⅱ.

希臘花邊螺旋捆（Greekkeyhelixbundle）多個(gè)α-helices段近于垂直的相互連接，并卷曲成近似古希臘花瓶上的回形花邊。如肌紅蛋白（myoglobin）、血紅蛋白（hemoglobin）

肌紅蛋白②平行

α/β類型整個(gè)肽鏈中α-helices與β-pleatedsheet交替存在，卷曲組成多層一般平行的β-pleatedsheet在結(jié)構(gòu)域的內(nèi)部，α-helices覆蓋在外部多數(shù)卷曲成右手交叉連接，如平行β桶（parallelβbarrel），馬鞍形結(jié)構(gòu)平行α/β類型平行β桶（parallelβbarrel）8條平行β鏈在中央，相互連成氫鍵網(wǎng)，排列成內(nèi)桶與各β鏈連接的8條α-helices在其間沿著相同的方向排列在β桶的外側(cè)，成為外桶整個(gè)β桶結(jié)構(gòu)為（βα）8約10%的酶分子屬此桶高低不一，催化的反應(yīng)多樣如磷酸丙糖異構(gòu)酶、木糖異構(gòu)酶、丙酮酸激酶等磷酸甘油醛異構(gòu)酶平行α/β類型馬鞍形常見的核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域是由許多β-pleatedsheet形成馬鞍形排列β鏈之間由α-helices形成右手交叉連接，排在β-pleatedsheet兩側(cè)β-pleatedsheet末端有核苷酸結(jié)合位點(diǎn)，可以結(jié)合NAD+、FMN、或ATP如以NAD+、NADP+、及FAD為輔酶的脫氫酶，腺苷酸激酶，F(xiàn)1ATP

酶，肌球蛋白，延長(zhǎng)因子EF-Tu，P21ras，己糖激酶等乙醇脫氫酶脂酰輔酶酶A水合酶黃素氧還蛋白磷酸果糖激酶③反平行β類型由β-pleatedsheet反平行排列而成，β鏈之間以β

轉(zhuǎn)角或連接條帶連接常見的有希臘花邊β

桶和開面夾心（openfacesandwith）反平行β類型希臘花邊β桶β鏈呈反時(shí)針方向盤繞桶的相對(duì)兩邊β鏈呈右手交叉連接如超氧化物歧化酶、免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域及僅為升降β桶的視黃醇結(jié)合蛋白、伴刀豆球蛋白A等

視黃醇結(jié)合蛋白免疫球蛋白VL結(jié)構(gòu)域反平行β類型開面夾心（openfacesandwith）反平行β-pleatedsheet排列成單層，不成桶狀昆蟲花青苷一側(cè)可有一些α-helices或環(huán)的組成，也有的一側(cè)暴露于溶劑中，或與其他結(jié)構(gòu)域結(jié)合如細(xì)菌葉綠素蛋白細(xì)菌葉綠素蛋白④不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型存在于小蛋白質(zhì)中正規(guī)的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元很少富含金屬元素或二硫鍵，失去金屬或二硫鍵時(shí)可能失去其天然三級(jí)結(jié)構(gòu)如細(xì)胞色素C3

細(xì)胞色素C3（僅有一小段

α-helices

，結(jié)合一個(gè)Ca2+）（3）模體（motif）蛋白質(zhì)分子中存在的某些立體形狀或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頗為類似的局部區(qū)域二級(jí)結(jié)構(gòu)的特定組合，常有特殊的結(jié)合功能?？稍诓煌牡鞍踪|(zhì)中出現(xiàn)，甚至重復(fù)出現(xiàn)20~30個(gè)氨基酸殘基組成，不一定存在進(jìn)化上的同源性模體大小差別不一，可屬于不同的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)水平，故不能單純以模體作為蛋白質(zhì)分類的標(biāo)準(zhǔn)模體概念的提出為描述蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)形狀提供了簡(jiǎn)便而直觀的思考模式幾種典型的模體①HLH（螺旋-環(huán)-螺旋）鈣結(jié)合模體②DNA結(jié)合模體③

β螺旋(βhelix)模體①HLH（螺旋-環(huán)-螺旋）鈣結(jié)合模體12個(gè)氨基酸殘基的鈣結(jié)合環(huán)連接在兩段α-helices

之間形似拇指與食指（E及F螺旋）直角相交，將Ca2+配位結(jié)合，又稱EF手模體

②DNA結(jié)合模體Ⅰ.亮氨酸拉鏈（leucinezipple）Ⅱ.HLH（螺旋-環(huán)-螺旋）模體Ⅲ.HTH（螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋）模體Ⅳ.鋅指模體（zincfingermotif）Ⅰ.

亮氨酸拉鏈（leucinezipple）

兩條α-helices由重復(fù)的七氨基酸殘基形成第1、4位氨基酸呈疏水性兩條α-helices相互借疏水性交叉連接亮氨酸拉鏈（leucinezipple）leucinezipper

的結(jié)構(gòu)特征亮氨酸拉鏈（leucinezipple）leucinezipple與DNA的結(jié)合（剪刀型結(jié)合模式）Ⅱ.HLH（螺旋-環(huán)-螺旋）模體

存在于真核轉(zhuǎn)錄因子中由5~24個(gè)殘基組成的環(huán)連接在兩條α-helices之間螺旋中疏水性氨基酸位置十分保守，易使蛋白質(zhì)肽鏈之間結(jié)合形成二聚體疏水核心，再參與DNA結(jié)合也有的形成三鏈（如層連蛋白、纖維蛋白原、血影蛋白、輔肌動(dòng)蛋白及甘露糖結(jié)合蛋白等）、四鏈（更常見，如腫瘤抑制物P53、Lac阻抑物及細(xì)菌熒光素酶等）甚至更大的螺旋捆（如大腸桿菌的延胡索酸酶

C和天冬氨酸受體）HLH（螺旋-環(huán)-螺旋）模體HLH與DNA的結(jié)合Ⅲ.HTH（螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋）模體

第二條螺旋常在DNA雙螺旋大溝中與堿基特異結(jié)合，成為識(shí)別螺旋

HTH與DNA的結(jié)合Ⅳ.鋅指模體（zincfingermotif）主要存在于轉(zhuǎn)錄因子中由兩條反平行β-pleatedsheets通過2~5個(gè)殘基連接而形成β發(fā)夾結(jié)構(gòu)發(fā)夾中兩個(gè)Cys殘基與連接在發(fā)夾后的α-helice上兩個(gè)His殘基共同使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的鋅原子配位結(jié)合，成為ββα構(gòu)象而具有DNA結(jié)合功能。有些是通過四個(gè)Cys殘基與鋅原子配位結(jié)合在一些類固醇激素受體、愛滋病毒核殼蛋白也存在鋅指模體。有些還能與RNA結(jié)合以發(fā)揮作用鋅指模體（zincfingermotif）鋅指模體結(jié)構(gòu)特征

4個(gè)全是Cys鋅指模體（zincfingermotif）鋅指模體結(jié)構(gòu)特征

3個(gè)Cys，1個(gè)His2個(gè)Cys，2個(gè)His鋅指模體（zincfingermotif）鋅指模體與DNA的結(jié)合③β螺旋(βhelix)模體由許多平行的β-pleatedsheets在肽鏈中依次卷曲形成寬大的螺旋圓柱構(gòu)象首先在細(xì)菌的果膠裂解酶

C（pectate

lyaseC）中發(fā)現(xiàn)果膠裂解酶C果膠裂解酶C中3條β片層圍成一圈，螺旋直徑達(dá)0.17~0.27nm，共有7圈多右手螺旋

在一些細(xì)菌的堿性蛋白酶及噬菌體P22尾刺蛋白（tailspikeprotein）中也存在

噬菌體P22尾刺蛋白（4）結(jié)構(gòu)域（structuraldomain）和

功能域（functionaldomain）

①結(jié)構(gòu)域（structuraldomain）②功能域（functionaldomain）①結(jié)構(gòu)域（structuraldomain）一條肽鏈卷曲折疊形成的一個(gè)或幾個(gè)緊密包裝的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)由α-helice，

β-pleatedsheet，turns，和randomcoils以多種方式組合而成可根據(jù)其特征進(jìn)行分類，如富含一種特定的氨基酸：Pro-richdomain；aciddomain；Gly-richdomain序列同源性：SH3（Srchomologyregion3）domain含特定的二級(jí)結(jié)構(gòu)模體：Kringledomain（含zincfingermotif）結(jié)構(gòu)域（structuraldomain）100~200個(gè)氨基酸殘基組成，但大小范圍可達(dá)40~400個(gè)殘基。氨基酸可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的各結(jié)構(gòu)域可以相似，也可以不同結(jié)構(gòu)域之間常形成裂隙，比較松散，往往是蛋白質(zhì)優(yōu)先被水解的部位。酶的活性中心往往位于兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的界面上在蛋白質(zhì)分子內(nèi)，結(jié)構(gòu)域可作為結(jié)構(gòu)單位進(jìn)行相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)，水解出來后仍能維持穩(wěn)定的結(jié)免疫球蛋白各結(jié)構(gòu)域構(gòu)，甚至保留某些生物活性有時(shí)一個(gè)結(jié)構(gòu)域就是蛋白質(zhì)的功能域，但不總是②功能域（functional