蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本組件一、20種天然常見氨基酸、肽鏈和肽單位、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的基本組件

第二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二一、20種天然常見氨基酸1.基本結(jié)構(gòu)主鏈側(cè)鏈Cα第三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二甘氨酸：側(cè)鏈只有一個H原子，無L-型與D-型之分脯氨酸具有類似而不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)：

側(cè)鏈主鏈N原子共價結(jié)合亞氨基酸主鏈側(cè)鏈第四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二alanine 丙氨酸 Ala Aarginine 精氨酸 Arg Rasparagine 天冬酰氨 AsnAsx Nasparticacid 天冬氨酸 AspAsx Dcysteine 半胱氨酸 Cys Cglutarmine 谷氨酰胺 GlnGlx Qglutarmicacid 谷氨酸 GlnGlx Eglycine 甘氨酸 Gly Ghistidine 組氨酸 His Hisoleucine 異亮氨酸 Ile Ileucine 亮氨酸 Leu Llysine 賴氨酸 Lys Kmethionine 甲硫氨酸 Met Mphenylalanine 苯丙氨酸 Phe Fproline 脯氨酸 Pro Pserine 絲氨酸 Ser Sthreonine 蘇氨酸 Thr Ttryptophan 色氨酸 Trp Wtyrosine 酪氨酸 Tyr Yvaline 纈氨酸 Val V不用的字母JUZBOX第五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二二十種氨基酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)第六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二2.基本性質(zhì)（側(cè)鏈的性質(zhì)）（1）疏水氨基酸Ala,Val,Leu,Ile,Met,Pro,PheTrp

側(cè)鏈一般無化學(xué)反應(yīng)性，形成疏水內(nèi)核（2）極性氨基酸Ser,Thr,Asn,Gln,Cys,His,Tyr,

側(cè)連含有極性基團(tuán)，具有不同的化學(xué)反應(yīng)性（3）荷電氨基酸Asp,Glu,Arg,Lys

側(cè)鏈可以解離，使氨基酸殘基帶負(fù)電荷或正電荷，從而具有酸堿性，Asp

和

Glu是酸性殘基；Arg和Lys是堿性殘基。

Tyr,Trp,Phe

具有芳香性側(cè)連，使蛋白質(zhì)產(chǎn)生紫外線吸收和熒光特性，作為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的探針。第七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二3.單一構(gòu)型和旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體構(gòu)型：是一個分子中原子的特定空間排布。構(gòu)型改變必須有共價鍵的斷裂和重新形成。最基本的分子構(gòu)型為

L-型和D-型，這種異構(gòu)體在化學(xué)上可以分離。構(gòu)象：組成分子的原子或基團(tuán)繞單鍵旋轉(zhuǎn)而形成的不同空間排布。構(gòu)象改變，無共價鍵的斷裂和重新形成，化學(xué)上難于區(qū)分和分離。（1）構(gòu)型與構(gòu)象第八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二L-氨基酸的基本結(jié)構(gòu)CHH2NCOOHRα碳原子,不對稱碳原子側(cè)鏈二十種氨基酸除Gly外全是L-型？殘基：在肽鏈中每個氨基酸都脫去一個水分子，脫水后的殘余部分叫殘基（residue),因此蛋白質(zhì)肽鏈中的氨基酸統(tǒng)統(tǒng)是殘基形式。氨基酸的基本結(jié)構(gòu)Chiralcarbon第九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（2）天然氨基酸的單一構(gòu)型除甘氨酸外，都為L-型，有機(jī)合成中，L-型和D-型以大體相同的比例出現(xiàn)，可分離。

（3）優(yōu)勢構(gòu)象與旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體：大多數(shù)氨基酸的側(cè)鏈都有一種或少數(shù)幾種交錯構(gòu)象作為優(yōu)勢構(gòu)象最經(jīng)常出現(xiàn)在天然蛋白質(zhì)中，它們之間稱為旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體。

第十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二二、肽鏈和肽單位1.肽鍵與多肽肽鍵：一個氨基酸的羧基與下一個氨基酸的氨基經(jīng)縮合反應(yīng)形成的共價連接，稱為肽鍵。第十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二二、肽鏈和肽單位具有局部雙鍵的性質(zhì)，不能旋轉(zhuǎn)，兩種構(gòu)型通過肽鍵將多個氨基酸連接在一起構(gòu)成多肽鏈第一個氨基酸具有自由的氨基，稱氨端或N端最末一個氨基酸具有自由的羧基，稱羧端或C段順式（trans）反式(cis)第十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二2.肽單位與多肽主鏈肽單位：由于局部雙鍵性質(zhì)，肽鍵連接的基團(tuán)處于同一平面，具有確定的鍵長和鍵角，是多肽鏈中的剛性結(jié)構(gòu)，稱為肽單位。有序連接的肽單位構(gòu)成多肽鏈的主鏈，在所有氨基酸中都相同（不同的是側(cè)鏈）

蛋白質(zhì)分子的基本建筑模塊即是：肽單位側(cè)鏈基團(tuán)ABCD第十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二3多肽鏈的構(gòu)象ABCD第十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二扭角（二面角）BCADBCADBCDAABCDΦi(Ci-1’,Ni,Cia,Ci’)ψi(Ni,Cia,Ci’,Ni+1)第十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二拉氏構(gòu)象圖Ramachandran根據(jù)蛋白質(zhì)中非鍵合原子間的最小接觸距離，確定了哪些成對二面角（Φ、Ψ）所規(guī)定的兩個相鄰肽單位的構(gòu)象是允許的，哪些是不允許的，并且以Φ為橫坐標(biāo)，以Ψ為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)圖上標(biāo)出，該坐標(biāo)圖稱拉氏構(gòu)象圖（TheRamachandranDiagram）?？捎脕龛b定蛋白質(zhì)構(gòu)象是否合理。⑴實線封閉區(qū)域

一般允許區(qū)，非鍵合原子間的距離大于一般允許距離，此區(qū)域內(nèi)任何二面角確定的構(gòu)象都是允許的，且構(gòu)象穩(wěn)定。⑵虛線封閉區(qū)域是最大允許區(qū)，非鍵合原子間的距離介于最小允許距離和一般允許距離之間，立體化學(xué)允許，但構(gòu)象不夠穩(wěn)定。⑶虛線外區(qū)域是不允許區(qū)，該區(qū)域內(nèi)任何二面角確定的肽鏈構(gòu)象，都是不允許的，此構(gòu)象中非鍵合原子間距離小于最小允許距離，斥力大，構(gòu)象極不穩(wěn)定。第十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的基本組件1.α螺旋（α-Helix）2.β層（β-sheet）3.環(huán)肽鏈（loop）4.疏水內(nèi)核第十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二右手型，也稱為3.613螺旋螺距0.54nm每個氨基酸殘基的羰基與后面第4個（n+4）殘基的氨基形成氫鍵穩(wěn)定因素：氫鍵1.α螺旋（α-Helix）（1）基本結(jié)構(gòu)參數(shù)第十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

兩親性螺旋對生物活性具有重要作用，通過蛋白質(zhì)工程方法增加結(jié)構(gòu)上重要區(qū)域的兩親性，可以提高分子的生物活性。（2）兩親螺旋一側(cè)親水殘基一側(cè)疏水殘基兩親性：一側(cè)面向溶劑一側(cè)面向疏水內(nèi)核α螺旋大多沿蛋白質(zhì)分子表面分布兩親性正好適應(yīng)這種要求第二十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（3）傾向于形成α螺旋的氨基酸強(qiáng)烈傾向于形成的：Ala,Glu,Leu,Met非常不利于形成的：Pro,Gly,Tyr,SerPro無形成氫鍵的能力，α螺旋中凡有Pro出現(xiàn)的地方，必然發(fā)生彎折第二十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二2.β層（β-sheet）基本單位是β鏈，全伸展構(gòu)象，可視為每圈具有2個氨基酸殘基和每個殘基有0.34nm平移距離的特殊螺旋。單鏈不穩(wěn)定，原子間無相互作用；β層穩(wěn)定，β鏈間以主鏈氫鍵相連。兩種基本類型，平行β層、反平行β層；混合型β層，同一肽鏈的不同區(qū)域和不同肽鏈的β鏈都可以形成β層。第二十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二圖：在平行（A）和反平行（B）β－折疊片中氫鍵的排列第二十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二反向β－折疊NC第二十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二3.環(huán)肽鏈（loop）（1）β轉(zhuǎn)折（β轉(zhuǎn)角，回折，β-turn）

4個氨基酸殘基順序連接的一段短肽鏈，具有180°彎折的特殊構(gòu)象。

（2）β發(fā)夾(β-hairpins)通過一段短的環(huán)鏈將兩條相鄰的β鏈連接在一起的結(jié)構(gòu)作用：連接二級結(jié)構(gòu)元素的主要結(jié)構(gòu)因素常出現(xiàn)在生物活性位置，三維結(jié)構(gòu)具有功能意義

第二十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第二十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二4.疏水內(nèi)核

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的共同特征：疏水內(nèi)核，由緊密堆積的疏水側(cè)鏈構(gòu)成。與一系列重要的物化性質(zhì)相關(guān)，它的形成是以疏水相互作用為基礎(chǔ)的。

疏水相互作用：是指非極性基團(tuán)在任何極性環(huán)境中強(qiáng)烈趨于彼此聚集的擇優(yōu)效應(yīng)多肽鏈折疊的原始推動力穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的主要因素意義：第二十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第二節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的組織和主要類型一、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次體系、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類、主要蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)第二十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)豐富的層次體系：一、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次體系

丹麥生物學(xué)家KaiLinderstrom，將蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)劃分為一級、二級和三級結(jié)構(gòu)英國化學(xué)家Bernal，使用四級結(jié)構(gòu)描述復(fù)雜多肽鏈蛋白質(zhì)分子的亞基結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)與三級結(jié)構(gòu)之間又發(fā)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)模體（超二級結(jié)構(gòu)）和結(jié)構(gòu)域重點是結(jié)構(gòu)模體和結(jié)構(gòu)域。第二十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二1.一級結(jié)構(gòu)（primerystructure）一級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子擁有的多肽鏈的數(shù)量，組成氨基酸的序列以及鏈間或鏈內(nèi)共價連接的方式。包含氨基酸序列、二硫鍵的數(shù)量和配對方式蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)組織的基本原理：一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次的基礎(chǔ)，它決定了高級結(jié)構(gòu)第三十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二2.二級結(jié)構(gòu)（secondarystructure）二級結(jié)構(gòu)：在一段連續(xù)的肽單位中具有同一相對取向，可以用相同的構(gòu)象角來表征，構(gòu)成一種特征的多肽鏈線性組合。多肽主鏈局部區(qū)域的規(guī)則結(jié)構(gòu)，不涉及側(cè)鏈的構(gòu)象和多肽鏈其它部分的關(guān)系主要二級結(jié)構(gòu)：有α螺旋，平行β層，反平行β層，

β轉(zhuǎn)折、310螺旋穩(wěn)定因素：主要由其內(nèi)部形成的主鏈氫鍵所穩(wěn)定，因此氫鍵的排布方式也是二級結(jié)構(gòu)的重要特征

第三十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二3.結(jié)構(gòu)模體（motifstructure）結(jié)構(gòu)模體：一級順序上相鄰的二級結(jié)構(gòu)在三維折疊中也靠近，彼此按特定的幾何排布形成簡單的組合，可以同一結(jié)構(gòu)模式出現(xiàn)在不同的蛋白質(zhì)中，這些組合單位稱為結(jié)構(gòu)模體。結(jié)構(gòu)模體是一類超二級結(jié)構(gòu)（supersecondarystructure）是三級結(jié)構(gòu)的建筑模塊有的模體具有特定的功能，如與DNA結(jié)合第三十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二幾種在已知蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中最常見的模體：（3）反平行β層回紋模體（Greekkeymotif）（1）螺旋-轉(zhuǎn)折-螺旋模體（HTH）（2）發(fā)夾式模體（β-βunit）（4）β-α-β模體（β-α-βmotif）（5）復(fù)雜模體（complexmotif）第三十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（1）螺旋-轉(zhuǎn)折-螺旋模體（HTH）

具有特定功能的最簡單的模體，由一個環(huán)區(qū)連接的兩段螺旋組成，稱為螺旋-轉(zhuǎn)折-螺旋模體（簡稱HTH）。一種是DNA結(jié)合模體，專一性的與DNA結(jié)合一種是鈣結(jié)合模體，對鈣結(jié)合專一2種類型：第三十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二鈣調(diào)蛋白HTH

Ca第三十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（2）發(fā)夾式模體（β-βunit）

兩段相鄰的反平行β鏈被一環(huán)鏈連接在一起構(gòu)成的組合，取其形貌與發(fā)夾類似，稱為發(fā)夾式β模體，也稱為β-β組合單位。無特定的功能。牛胰蛋白抑制劑發(fā)夾式β模體第三十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二4段反平行β鏈以特定的來回往復(fù)方式組合，其形貌類似于古希臘鑰匙上特有的回形裝飾紋，故又稱為希臘鑰匙型模體。（3）反平行β層回紋模體（Greekkeymotif）第三十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二葡萄球菌核酸酶312第三十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（4）β-α-β模體（β-α-βmotif）

是一種連接兩股平行β鏈的結(jié)構(gòu)元素組合。反平行β鏈，末端靠近，短環(huán)鏈連接成發(fā)夾式模體；平行β鏈，相反端連接，形成特定的二級結(jié)構(gòu)元素組合：

β鏈1-環(huán)鏈1-α螺旋-環(huán)鏈2-β鏈2功能：β鏈1羧端—α鏈氨端，功能結(jié)合部位，活性位置α鏈羧端—β鏈2氨端，無活性第三十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二活性位置無生物活性第四十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（5）復(fù)雜模體（complexmotif）

兩個相鄰的β發(fā)夾型模體通過環(huán)鏈相連，構(gòu)成更加復(fù)雜的模體。組合方式有24種，只有8種被觀察到。

第四十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二4.結(jié)構(gòu)域（domain）結(jié)構(gòu)域：二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)模體以特定的方式組合連接，在蛋白質(zhì)分子中形成2個或多個在空間上可以明顯區(qū)分的三級折疊實體，稱為結(jié)構(gòu)域。蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的基本單位，由一條多肽鏈（單結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)中）或多肽鏈的一部分（多域蛋白質(zhì)中）獨立折疊形成穩(wěn)定的三級結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)域同時是功能單位。

第四十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二圖：蛋白質(zhì)分子中的結(jié)構(gòu)域（a）磷酸甘油酸激酶的兩個結(jié)構(gòu)域：（b）木瓜蛋白酶的兩個結(jié)構(gòu)域第四十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二5.三級結(jié)構(gòu)（tertiarystructure）三級結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)域在三維空間中以專一的方式組合排布，或者二級結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)模體及其與之相關(guān)聯(lián)的各種環(huán)肽鏈在空間中的進(jìn)一步協(xié)同盤曲、折疊，形成包括主鏈、側(cè)鏈在內(nèi)的專一排布。對于無亞基并只有單結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)，三級結(jié)構(gòu)就是它的完整的三維結(jié)構(gòu)。較大的蛋白質(zhì)，具有多個結(jié)構(gòu)域或亞基，需要進(jìn)一步組織才能形成完整分子。第四十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二6.四級結(jié)構(gòu)（quaternarystructure）

四級結(jié)構(gòu)：指蛋白質(zhì)分子的亞基結(jié)構(gòu)（subunit），亞基的數(shù)目、類型、空間排布方式和亞基間相互作用的性質(zhì)，構(gòu)成四級結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容。亞基：許多蛋白質(zhì)作為完整的活性分子，是由兩條以上的多肽鏈組成，它們各自以獨特的一級、二級、三級結(jié)構(gòu)相互以非共價作用聯(lián)結(jié)，共同構(gòu)成完整的蛋白質(zhì)分子，這些肽鏈單位稱為亞基。其聚合整體稱為寡聚體。第四十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類1.按結(jié)構(gòu)域分類2.系統(tǒng)性分類第四十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要特征：復(fù)雜性和多樣性，很難按蛋白質(zhì)分子的整體形貌對已知蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。由結(jié)構(gòu)模體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)域區(qū)的組合類型是有限的，一些組合具有明顯的優(yōu)勢，因此相似的結(jié)構(gòu)域常常出現(xiàn)在功能和序列都不相同的蛋白質(zhì)中。這構(gòu)成了可以在結(jié)構(gòu)域水平對蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分類的重要基礎(chǔ)。1.按結(jié)構(gòu)域分類第四十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（1）α型結(jié)構(gòu)（α-structure）（2）β型結(jié)構(gòu)（β-structure）（3）α/β型結(jié)構(gòu)（4）α+β型（5）無規(guī)型/富含二硫鍵和金屬離子型在結(jié)構(gòu)域水平將蛋白質(zhì)劃分為以下5類：第四十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（1）α型結(jié)構(gòu)（α-structure）

這類蛋白質(zhì)主要由α螺旋組成，其螺旋含量一般在60%以上，有的高達(dá)80%。肌紅蛋白、血紅蛋白、煙草花葉外殼蛋白、細(xì)胞色素b5等均此類結(jié)構(gòu)。

主要由逆平行β層構(gòu)成，大小和組織都有很大的變異范圍，大多數(shù)情況下都纏繞成一柱狀或圓桶狀。絲氨酸屬水解酶、免疫求蛋白A、一些球狀RNA病毒的外殼蛋白等均屬此類結(jié)構(gòu)。（2）β型結(jié)構(gòu)（β-structure）第四十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

數(shù)量最多的一類結(jié)構(gòu)，它由平行的或混合型的β層被α螺旋包繞構(gòu)成，主要是β-α-β模體的組合。丙糖磷酸異構(gòu)酶、醛羧酶、乳糖脫氫酶、磷酸甘油酸激酶等均屬此類結(jié)構(gòu)。（3）α/β結(jié)構(gòu)（4）α+β型

既含α螺旋，又含β層，但α螺旋與β層在空間上彼此不混雜，分別處于分子的不同部位，有時α螺旋與β層分別形成兩個結(jié)構(gòu)域。這類結(jié)構(gòu)的數(shù)量不多。溶菌酶、嗜熱菌蛋白酶、核算酶等均屬此類結(jié)構(gòu)。第五十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（5）無規(guī)型/富含二硫鍵和金屬離子型

這是一類小蛋白分子，無典型的二級結(jié)構(gòu)，或所含二級結(jié)構(gòu)的組成和組織沒有明顯的規(guī)律可循，含較多的二硫鍵或金屬離子以穩(wěn)定其三維結(jié)構(gòu)，所以在有的分類中稱它們?yōu)楦缓蜴I和金屬離子型蛋白。第五十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二2.系統(tǒng)性分類

已知蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)量迅速增加，為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類提供了新的更加豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測、蛋白質(zhì)折疊以及蛋白質(zhì)工程的研究，需要更加深入和系統(tǒng)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類知識。近年來發(fā)展了一系列按層次體系對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類的新方法、新程序，并將應(yīng)用這些方法所獲得的分類構(gòu)件成數(shù)據(jù)庫。目前較為系統(tǒng)和廣泛使用的數(shù)據(jù)庫為SCOP、CATH、DALI、FSSD和DDD。第五十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（1）SCOP

按進(jìn)化起源和結(jié)構(gòu)類似性將蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分層次組織在一個體系中。主要包含如下層次：①蛋白質(zhì)：蛋白個體名稱；②類型：所屬結(jié)構(gòu)域類型；③折疊：具有某類共同折疊拓?fù)鋵W(xué)的結(jié)構(gòu)；④家族：結(jié)構(gòu)域具有明顯結(jié)構(gòu)，功能和序列相似性，顯示出有共同的進(jìn)化起源的蛋白質(zhì)群；⑤超家族：具有共同的結(jié)構(gòu)與功能的但沒有足夠序列相似性的家族。第五十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（2）CATH

劃分的層次體系與SCOP稍有不同，包括類型、構(gòu)造、拓?fù)鋵W(xué)、同源超家族、序列家族、結(jié)構(gòu)域。（3）FSSD和DDD

以結(jié)構(gòu)分類比較為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫，它們基于一個結(jié)構(gòu)比較程序DALI的有效應(yīng)用。

DALI是L.Holm和C.Sander發(fā)展的一個靈敏、而快速的進(jìn)行結(jié)構(gòu)比較的方法和計算程序，它可以從不同蛋白質(zhì)的原子坐標(biāo)出發(fā)辨識它們間最大的共同亞基結(jié)及其殘基比對。第五十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二三、三類主要蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)1.α型結(jié)構(gòu)2.α/β型結(jié)構(gòu)3.β型結(jié)構(gòu)第五十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二1.α型結(jié)構(gòu)

是指兩股α螺旋彼此纏繞，象兩股線纏繞成一股繩索似的超盤旋排布。是α螺旋被穩(wěn)定的最簡單的方式。線繞式螺旋是一些纖維蛋白的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，可產(chǎn)生足夠的強(qiáng)度撓性。（1）線繞式螺旋第五十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（2）四螺旋束α螺旋中最常見的一種域結(jié)構(gòu)。最簡單和最常見的是四股螺旋排布成一束狀結(jié)構(gòu)，疏水殘基被包埋在螺旋之間，親水螺旋暴露在束體表面。四股螺旋結(jié)構(gòu)廣泛存在于各種蛋白質(zhì)中。雞蚯蚓血紅蛋白第五十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（3）珠狀折疊

最重要的一類α結(jié)構(gòu)。由8段α螺旋彼此被短環(huán)鏈區(qū)連接，螺旋通過特定的空間排布形成活性位置，如在肌紅蛋白和血紅蛋白中的血紅素結(jié)合位置。第五十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第五十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二2.α/β型結(jié)構(gòu)

最常見的一種結(jié)構(gòu)類型，其基本結(jié)構(gòu)特征是：以平行的或混合的β層為中心，四周圍繞α螺旋。大量的酶分子都屬于這類結(jié)構(gòu)。所有α/β結(jié)構(gòu)均由β-α-β模體組成。第六十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

核心結(jié)構(gòu)為折疊成桶狀的平行β層，β鏈被位于桶外沿的α螺旋連接，目前發(fā)現(xiàn)的所有TIM桶式結(jié)構(gòu)都包含8股平行α鏈。

α/β桶狀結(jié)構(gòu)中，β鏈和α螺旋形成酶分子的結(jié)構(gòu)框架，環(huán)鏈區(qū)決定分子的活性。在所有α/β型結(jié)構(gòu)域中，分子的活性位點都出現(xiàn)在非常相似的位置。（見圖）（1）TIM桶式折疊第六十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（2）開放扭轉(zhuǎn)式折疊

開放的扭轉(zhuǎn)β層兩側(cè)被α螺旋圍繞，在這類結(jié)構(gòu)中，連接兩條β鏈與α螺旋的環(huán)鏈之間在β層的羧端形成一縫隙，這類蛋白的結(jié)合位置都位于這一縫隙中。第六十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（3）馬蹄式折疊

由富含亮氨酸的結(jié)構(gòu)模體串聯(lián)式組合構(gòu)成，形成一個類似馬蹄狀的彎曲開放結(jié)構(gòu)。α螺旋在外側(cè)，β層則構(gòu)成馬蹄的內(nèi)壁。

β層的一側(cè)面對螺旋，參與疏水核的形成；另一側(cè)暴露于溶劑中，這是其它α/β型結(jié)構(gòu)所沒有的特征。第六十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二α螺旋在外側(cè)，β層則構(gòu)成馬蹄的內(nèi)壁。豬核糖核酸酶抑制劑第六十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二3.β型結(jié)構(gòu)

反平行β結(jié)構(gòu)是第二大類蛋白質(zhì)域結(jié)構(gòu)，廣泛存在于各種不同功能的蛋白質(zhì)中。反平行排列的β鏈以扭轉(zhuǎn)方式形成類似圓桶狀，在桶內(nèi)有一個由側(cè)鏈構(gòu)成的疏水核心。β結(jié)構(gòu)組織較為復(fù)雜，具有相當(dāng)大的多樣性。第六十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（1）上-下β桶β鏈以反平行的上-下方式順序連接起來，直到最后一鏈與第一股鏈以氫鍵結(jié)合，形成一個類似圓桶的結(jié)構(gòu)。在這一折疊模式中，β鏈的排布與在α/β型結(jié)構(gòu)中相似，不同的是這里的β鏈全部都是反平行的，且都以發(fā)夾式回折相連接。第六十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第六十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（2）希臘鑰匙（回紋）式β桶折疊β鏈以反平行方式折疊成兩個分開的β層，它們彼此堆積形成一個變形的圓桶狀（如圖），其間β1，2，3，4和5，6，7，8分別形成希臘鑰匙型回紋模體，故稱為希臘鑰匙（回紋）式β桶。第六十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（3）平行β螺旋折疊

是一種全新的折疊類型，于1993年在細(xì)菌果膠酶的晶體中首次發(fā)現(xiàn)。在這些β螺旋結(jié)構(gòu)中，多肽鏈卷曲折疊為由β鏈與環(huán)鏈區(qū)相間構(gòu)成的寬松螺旋?，F(xiàn)已知的β螺旋結(jié)構(gòu)域可分為兩種：①雙層β螺旋：每圈螺旋由兩股β鏈與兩段環(huán)鏈區(qū)相間構(gòu)成②三層β螺旋：每圈螺旋含三段短β鏈，彼此由環(huán)鏈連接第六十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第七十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成——

多肽鏈的生物合成與折疊一、多肽鏈的生物合成、多肽鏈的折疊——

蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的形成三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)工程第七十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

在遺傳密碼指導(dǎo)下，將氨基酸按特定序列在核糖體上連接起來，形成只有一級結(jié)構(gòu)（氨基酸序列）的多肽鏈，稱為多肽鏈的生物合成。蛋白質(zhì)在體內(nèi)的形成分為兩個階段：第一階段：第七十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

合成的多肽鏈，以現(xiàn)在尚不清楚的機(jī)制自動折疊成為特定的三維結(jié)構(gòu)，形成具有完整結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)分子，稱為新生肽鏈折疊（或蛋白質(zhì)折疊）。第二階段：第七十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二一、多肽鏈的生物合成1.遺傳密碼與基因2.編碼信息的轉(zhuǎn)錄3.編碼信息的翻譯第七十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

在大多數(shù)有機(jī)體中，合成蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)單位的所有信息都以三聯(lián)體核苷酸密碼的方式編碼在染色體的遺傳物質(zhì)雙鏈DNA（核糖核酸）上，這種三聯(lián)體核苷酸稱為遺傳密碼。四種核苷酸是腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G）、尿嘧啶（U）。配對方式：A-U、G-C配對。遺傳密碼具有：①簡并性（61種—20種氨基酸）和②擺動性，僅第三位核苷酸不同。

1.遺傳密碼與基因第七十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二基因：一段特定的DNA或RNA區(qū)編碼一個蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)，在這一區(qū)域的兩側(cè)還有一些片段參與該遺傳信息的調(diào)節(jié)和表達(dá)，它們共同作用組成DNA或RNA的一個功能單位，稱為基因。每一個蛋白質(zhì)的多肽鏈都有一個基因編碼其合成。第七十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二2.編碼信息的轉(zhuǎn)錄

當(dāng)條件適合時，基因被RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的信使核糖核酸（mRNA）分子。RNA聚合酶I、III：轉(zhuǎn)錄編碼穩(wěn)定RNA分子的基因如（rRNA、tRNA）RNA聚合酶II：轉(zhuǎn)錄編碼蛋白質(zhì)的基因原核細(xì)胞：有一種，轉(zhuǎn)錄所有基因真核細(xì)胞：有三種，RNA聚合酶I、II、III第七十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二3.編碼信息的翻譯

成熟的mRNA被翻譯成具有遺傳密碼指定的氨基酸序列的多肽鏈。核糖體（ribosome）是多肽鏈“裝配”的主要場所，有20種經(jīng)酶活化的轉(zhuǎn)移核糖核酸（tRNA）帶來所需要的20種天然氨基酸。還有多種復(fù)雜的調(diào)控因子的協(xié)同作用。第七十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二第七十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二二、多肽鏈的折疊——

蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的形成1.蛋白質(zhì)折疊的熱力學(xué)基礎(chǔ)2.蛋白質(zhì)折疊的動力學(xué)因素3.幫助折疊的蛋白質(zhì)和酶蛋白質(zhì)折疊：由多肽鏈的一維線性氨基酸序列轉(zhuǎn)化為具有特征三維結(jié)構(gòu)的活性天然蛋白質(zhì)的過程第八十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二1.蛋白質(zhì)折疊的熱力學(xué)基礎(chǔ)（1）天然蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)主要取決于氨基酸序列（2）天然蛋白質(zhì)只有脆弱的穩(wěn)定性第八十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二2.蛋白質(zhì)折疊的動力學(xué)因素

動力學(xué)途徑對蛋白質(zhì)折疊具有極大的重要性。疏水側(cè)鏈的內(nèi)埋是重要的驅(qū)動力。蛋白質(zhì)折疊可采取多條途徑，最終達(dá)到同一天然態(tài)。第八十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二（1）焓：由一條多肽鏈的非共價作用產(chǎn)生，包括疏水作用、氫鍵、離子鍵

在天然折疊狀態(tài)下，這些作用可最大限度的形成，產(chǎn)生一個帶密堆積疏水內(nèi)核的球狀分子；而在變性非折疊狀態(tài)下，肽鏈開放，側(cè)鏈松散，非共價作用既難產(chǎn)生又微弱。因此，天然折疊態(tài)的焓顯著大于變性非折疊態(tài)，二者的焓差可達(dá)數(shù)千焦每摩。第八十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二

蛋白質(zhì)在天然態(tài)以一種主要構(gòu)象存在，是高度有序的，需較高的能量維持。而變性態(tài)是無序的，可以有多種不同的構(gòu)象，因此對熵來說是非常有利的。由熵產(chǎn)生的天然態(tài)與變性態(tài)之間的能量差也可達(dá)數(shù)千焦每摩，但方向與焓差正好相反。（2）熵：是產(chǎn)生有序性所需要的能量第八十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期二3.幫助折疊的蛋白質(zhì)和酶

許多蛋白質(zhì)的正確折疊需要其他因素的幫助才能完成。最常見的折疊障礙包括中間體的聚合、二硫鍵的錯配、脯氨酸的異構(gòu)化。為了克服這些障礙，細(xì)胞產(chǎn)生了一些特殊的蛋白（包括酶）來幫助一些蛋白