蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

20.3.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次一級結(jié)構(gòu)（氨基酸順序）Primary↓

二級結(jié)構(gòu)Secondary↓

超二級結(jié)構(gòu)Super↓

構(gòu)象結(jié)構(gòu)域Domain

高級結(jié)構(gòu)↓三級結(jié)構(gòu)(球狀結(jié)構(gòu))Tertiary↓

四級結(jié)構(gòu)(多亞基聚集)Quaternary蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次一.蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)1.定義：蛋白質(zhì)分子中氨基酸的種類、數(shù)目和排列順序是蛋白質(zhì)的最基本結(jié)構(gòu)，稱為一級結(jié)構(gòu)（初級結(jié)構(gòu)）。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)StructureofProtein

1、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（PrimaryStructure）肽鍵不同于C-N單鍵和C=N雙鍵；肽鍵具有部分單鍵性質(zhì)同時又有雙鍵性質(zhì)；肽鍵不能自由旋轉(zhuǎn)；肽單位是剛性平面結(jié)構(gòu)；肽單位平面有一定的鍵長和鍵角。肽單位結(jié)構(gòu)特征

2.蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)

意義：蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)(序列)中含有形成高級結(jié)構(gòu)全部必需的信息，一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)及功能。

推斷氨基酸序列（一級結(jié)構(gòu)）空間結(jié)構(gòu)預(yù)測空間結(jié)構(gòu)（高級結(jié)構(gòu)）功能

概念：蛋白質(zhì)中多肽鏈主鏈自身盤繞折疊形成的在一維方向上有規(guī)律性的結(jié)構(gòu)類型：

主要是螺旋結(jié)構(gòu)(a-螺旋常見)和b-結(jié)構(gòu)(b-折疊和b-彎曲常見)

，另外還有一種沒有對稱軸或?qū)ΨQ面的無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)。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)

Secondarystructure

（1）a-螺旋結(jié)構(gòu)a-螺旋能以右手和左手螺旋兩種方式存在，右手螺旋較穩(wěn)定。天然蛋白質(zhì)中只存在右手a-螺旋。a-螺旋是一種有序且穩(wěn)定的構(gòu)象，是蛋白質(zhì)中最常見、含量最豐富的二級結(jié)構(gòu)。一條肽鏈能否形成a-螺旋，以及形成的螺旋是否穩(wěn)定，與它的氨基酸組成、排列順序和R基的大小及電荷性質(zhì)有極大的關(guān)系。如R小、且不帶電荷，則易于形成a-螺旋；脯氨酸不具備亞氨基，不能形成氫鍵，因此多肽鏈中只要存在脯氨酸，a-螺旋即被中斷，并產(chǎn)生一個“結(jié)節(jié)”，形成無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)；此外，如果帶有相同電荷的氨基酸殘基連續(xù)出現(xiàn)在肽鏈上，同性電荷相斥，也會影響a-螺旋的形成。脯氨酸肽一條肽鏈能否形成a-螺旋，以及形成的螺旋是否穩(wěn)定，與它的氨基酸組成、排列順序和R基的大小及電荷性質(zhì)有極大的關(guān)系。如R小、且不帶電荷，則易于形成a-螺旋；脯氨酸不具備亞氨基，不能形成氫鍵，因此多肽鏈中只要存在脯氨酸，a-螺旋即被中斷，并產(chǎn)生一個“結(jié)節(jié)”，形成無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)；此外，如果帶有相同電荷的氨基酸殘基連續(xù)出現(xiàn)在肽鏈上，同性電荷相斥，也會影響a-螺旋的形成。脯氨酸肽（2）b-折疊結(jié)構(gòu)

b-折疊是蛋白質(zhì)中第二種最常見的二級結(jié)構(gòu)，是指兩條或多條幾乎完全伸展的多肽鏈靠鏈間氫鍵連接而成的鋸齒狀折疊結(jié)構(gòu)。存在于纖維狀蛋白和球狀蛋白中。（1）氫鍵與肽鏈的長軸接近垂直。（2）多肽主鏈呈鋸齒狀折疊,

Cα位于折疊線上。（3）側(cè)鏈R基交替地分布在片層平面的兩側(cè)。

-折疊有兩種類型：平行式，即所有肽鏈的N-端都在同一邊。反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。

2.

-折疊的特點根據(jù)多肽主鏈N→C的指向，存在兩種類型的β-折疊片結(jié)構(gòu)，即平行β-折疊片結(jié)構(gòu)和反平行β-折疊片結(jié)構(gòu)。反平行β-折疊片結(jié)構(gòu)中，N–H???O原子處在一條直線上，增加了氫鍵的穩(wěn)定性，因此，反平行β-折疊片結(jié)構(gòu)比平行β-折疊片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

平行β-折疊片結(jié)構(gòu)反平行β-折疊片結(jié)構(gòu)（3）b-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)b-轉(zhuǎn)角也稱回折、b-彎曲或發(fā)夾結(jié)構(gòu)，存在于球狀蛋白中。一般一個b-彎曲結(jié)構(gòu)包括4個折疊返回的殘基，此彎曲結(jié)構(gòu)由第一個殘基的C=O和第四個殘基的N-H之間形成一個4→1氫鍵，產(chǎn)生一種不很穩(wěn)定的環(huán)形結(jié)構(gòu)。b-轉(zhuǎn)角多處在球狀蛋白質(zhì)分子的表面，約占球狀蛋白殘基的25%。β轉(zhuǎn)角的特征：

A.4個連續(xù)的氨基酸殘基組成

B.主鏈骨架180°折疊

C.第一個氨基酸殘基的C=O與第四個氨基酸殘基的N-H形成氫鍵。

D.C1α與C4α之間距離小于0.7nmβ轉(zhuǎn)角主要存在于球狀蛋白分子的表面。超二級結(jié)構(gòu)

（了解內(nèi)容）（super-secondarystructure）超二級結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)中相鄰的二級結(jié)構(gòu)單位（

-螺旋或-折疊或-轉(zhuǎn)角）組合在一起，形成有規(guī)則的、在空間上能夠辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合體。超二級結(jié)構(gòu)的基本類型：、、1.αα結(jié)構(gòu)

由兩股或三股右手α-螺旋彼此纏繞形成的左手旋，存在于α-角蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和纖維蛋白原中。2.

βxβ結(jié)構(gòu)

兩段平行式的β-折疊通過一段連接鏈（x結(jié)構(gòu))）連接而形成的超二級結(jié)構(gòu)。①βcβ：x為無規(guī)卷曲

②βαβ:x為α-螺旋，最常見的是βαβαβ，稱Rossmann折疊，存在于蘋果酸脫氫酶，乳酸脫氫酶中。三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)定義：蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是指在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈借助各種作用力，進(jìn)一步折疊彎曲形成緊密的復(fù)雜球形分子結(jié)構(gòu)。

疏水鍵：數(shù)量最多 鹽鍵氫鍵 范德華力此外，某些Pr還有二硫鍵參與穩(wěn)定三級結(jié)構(gòu)維持三級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵主要靠次級鍵非共價鍵本質(zhì)參與基團或原子氫鍵靜電作用由電負(fù)性原子與氫形成的基團＋電負(fù)性強帶有孤對電子的原子范德華力靜電作用非極性基團疏水作用熵驅(qū)動疏水基團（烴基、酯的結(jié)構(gòu)、鹵素、硝基之類）離子鍵靜電作用帶電荷的基團穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力例：肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)與功能（1）肌紅蛋白（myoglobin，Mb）的功能：哺乳動物肌肉中儲存氧并運輸氧的蛋白。（2）肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)特點

1963年，Kendrew

：一級結(jié)構(gòu)：單條肽鏈，153個aa，其中的83個aa為保守序列,含有一分子血紅素輔基，分子量17600。二級結(jié)構(gòu)：幾乎全是α-右手螺旋，中間由無規(guī)卷曲連接。三級結(jié)構(gòu)：扁平的菱形，屬于球蛋白。

其三級結(jié)構(gòu)在分子表面形成一個疏水的空穴，血紅素即藏在其中.

蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的其它特點：

許多在一級結(jié)構(gòu)上相差很遠(yuǎn)的氨基酸堿基在三級結(jié)構(gòu)上相距很近。三級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)發(fā)揮生物活性所必須的。所有具有高度生物學(xué)活性的蛋白質(zhì)幾乎都是球狀蛋白。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)

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。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（subunit），亞基一般由一條肽鏈構(gòu)成，也稱為單體（monomer）。四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

(Quaternarystructure)2.維持蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)的主要作用力在蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)中，亞基之間的作用力主要包括：氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水鍵。注意：不包括二硫鍵！疏水鍵是最主要的作用力。

四級結(jié)構(gòu)的特點亞基單獨存在時無生物活性，只有相互聚合成特定構(gòu)象時才具有完整的生物活性亞基之間