分析蛋白质化学的三维结构方程

1、 稳定蛋白质三维结构的作用力主要是一些非稳定蛋白质三维结构的作用力主要是一些非 共价键或次级键，包括氢键、范德华力、疏共价键或次级键，包括氢键、范德华力、疏 水作用和盐键（离子键）水作用和盐键（离子键） 1. 1. 氢键氢键P202P202： 氢键氢键( (hydrogen bond)hydrogen bond)的形成常见于多的形成常见于多 肽主链上的羰基氧和酰胺氢之间。肽主链上的羰基氧和酰胺氢之间。 氢键在维系蛋白质的空间结构稳定上起氢键在维系蛋白质的空间结构稳定上起 着重要的作用。着重要的作用。 氢键的键能较低氢键的键能较低(12(12kJ/mol)kJ/mol)，因而易因而易 被破坏。被

2、破坏。 2 2范德华氏（范德华氏（van der Waals)van der Waals)引力引力P202P202： 这是一种普遍存在的作用力，是一个原子的原子核吸引另这是一种普遍存在的作用力，是一个原子的原子核吸引另 一个原子外围电子所产生的作用力。它是一种比较弱的、一个原子外围电子所产生的作用力。它是一种比较弱的、 非特异性的作用力。非特异性的作用力。 范德华力包括引力和排斥力，其中作用势能与范德华力包括引力和排斥力，其中作用势能与 1/1/R R6 6成正比的三种作用力（静电力、诱导力和色成正比的三种作用力（静电力、诱导力和色 散力）通称为范德华引力。散力）通称为范德华引力。 3. 3.

3、 疏水键疏水键P203P203： 非极性物质在含水非极性物质在含水 的极性环境中存在的极性环境中存在 时，会产生一种相时，会产生一种相 互聚集的力，这种互聚集的力，这种 力称为疏水键或疏力称为疏水键或疏 水作用力。水作用力。 4. 4. 离子键（盐键）离子键（盐键）P204P204： 离子键离子键( (salt bond)salt bond)是由带正电荷基团与是由带正电荷基团与 带负电荷基团之间相互吸引而形成的化带负电荷基团之间相互吸引而形成的化 学键。学键。 在近中性环境中，蛋白质分子中的酸性在近中性环境中，蛋白质分子中的酸性 氨基酸残基侧链电离后带负电荷，而碱氨基酸残基侧链电离后带负电荷，

4、而碱 性氨基酸残基侧链电离后带正电荷，二性氨基酸残基侧链电离后带正电荷，二 者之间可形成离子键。者之间可形成离子键。 二硫键的形成并不规定多肽链的折叠。然二硫键的形成并不规定多肽链的折叠。然 而一旦蛋白质采取了它的三维结构则二硫而一旦蛋白质采取了它的三维结构则二硫 键的形成将对此构象起稳定作用。键的形成将对此构象起稳定作用。 在绝大多数情况下，二硫键是在多肽键的在绝大多数情况下，二硫键是在多肽键的 转角附近形成的。转角附近形成的。 一级结构：氨基酸序列一级结构：氨基酸序列 二二级结构：级结构：螺旋，螺旋，折叠折叠 超二级结构超二级结构 结构域（结构域（domaindomain） 三三级结构：所

5、有原子空间位置级结构：所有原子空间位置 四四级结构：蛋白质多聚体级结构：蛋白质多聚体 （一）概念（一）概念 ：指蛋白质多肽链主链：指蛋白质多肽链主链 局部的空间结构，不涉及氨基酸侧局部的空间结构，不涉及氨基酸侧 链残基的构象。链残基的构象。 稳定因素：氢键稳定因素：氢键 1、螺旋螺旋 （1）螺旋的一般特征：螺旋的一般特征： 多肽主链按右手或左多肽主链按右手或左 手方向盘绕，形成右手手方向盘绕，形成右手 螺旋或左手螺旋，螺旋或左手螺旋， 相邻的螺圈之间形成相邻的螺圈之间形成 链内氢键链内氢键 构成螺旋的每个构成螺旋的每个C都都 取相同的二面角取相同的二面角、。 右手螺旋比左手螺旋稳右手螺旋比左手

6、螺旋稳 定。定。 蛋白质中的蛋白质中的螺旋螺旋 几乎都是右手，但在嗜几乎都是右手，但在嗜 热菌蛋白酶中有很短的热菌蛋白酶中有很短的 一段左手一段左手螺旋，由螺旋，由 Asp-Asn-Gly-GlyAsp-Asn-Gly-Gly（226-226- 229229）组成（组成（+64+64、 +42+42）。）。 螺旋结构要点：螺旋结构要点： 每圈螺旋：每圈螺旋：3.63.6个个a.aa.a残基，高度：残基，高度： 0.540.54nm nm 氨基酸残基侧链向外氨基酸残基侧链向外 相邻螺圈之间形成链内氢链，氢键的取相邻螺圈之间形成链内氢链，氢键的取 向几乎与中心轴平行。向几乎与中心轴平行。 每个肽基

7、上每个肽基上C=OC=O和其前面第和其前面第3 3个肽基上的个肽基上的 N-HN-H间形成氢键。间形成氢键。 影响影响-螺旋稳定的因素有：螺旋稳定的因素有： 极大的侧链基团（存在空间位阻）；极大的侧链基团（存在空间位阻）； 连续存在的侧链带有相同电荷的氨连续存在的侧链带有相同电荷的氨 基酸残基（同种电荷的互斥效应）；基酸残基（同种电荷的互斥效应）； 有有ProPro等亚氨基酸存在（不能形成等亚氨基酸存在（不能形成 氢键）。氢键）。 两条或多条几乎完全伸展的多肽链（或同两条或多条几乎完全伸展的多肽链（或同 一肽链的不同肽段）侧向聚集在一起，相一肽链的不同肽段）侧向聚集在一起，相 邻肽链主链上的邻

8、肽链主链上的NHNH和和C=0C=0之间形成氢链，之间形成氢链， 这样的多肽构象就是这样的多肽构象就是-折叠片。折叠片。 （1 1）氢键与肽链的长轴接近垂直。）氢键与肽链的长轴接近垂直。 （2 2）多肽主链呈锯齿状折叠构象）多肽主链呈锯齿状折叠构象 （3 3）侧链）侧链R R基交替地分布在片层平面的两侧。基交替地分布在片层平面的两侧。 3、-转角（转角（-turn） 球状蛋白质分子中出现的球状蛋白质分子中出现的180回回 折，由第一个折，由第一个a.a残基的残基的C=O与第四与第四 个氨基酸残基的个氨基酸残基的N-H间形成氢键。间形成氢键。 没有规律的多肽链主链骨架构象。没有规律的多肽链主链骨

9、架构象。 这种有序的非重复结构经常构成酶活性这种有序的非重复结构经常构成酶活性 部位和其他蛋白质特异的功能部位，部位和其他蛋白质特异的功能部位， 往往与生物活性有关往往与生物活性有关 纤维状蛋白质纤维状蛋白质 P212P212 纤维状蛋白质纤维状蛋白质( (fibrous protein)fibrous protein)广泛地分布于脊广泛地分布于脊 椎和无脊椎动物体内，它是动物体的基本支架和外椎和无脊椎动物体内，它是动物体的基本支架和外 保护成分，占脊椎动物体内蛋白质总量的一半或一保护成分，占脊椎动物体内蛋白质总量的一半或一 半以上。半以上。 纤维状蛋白质可分为不溶性纤维状蛋白质可分为不溶性(

10、 (硬蛋白硬蛋白) )和可溶性二类：和可溶性二类： 前者有角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等；前者有角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等； 后者有肌球蛋白和纤维蛋白原等，但不包括微管后者有肌球蛋白和纤维蛋白原等，但不包括微管 ( (microtubule)microtubule)、肌动蛋白细丝肌动蛋白细丝( (actin filament)actin filament) 或鞭毛或鞭毛( ( flagella)flagella)，它们是球状蛋白质的长向聚它们是球状蛋白质的长向聚 集体集体( (aggregate)aggregate)。 1 1、 角蛋白角蛋白 源于外胚层细胞，包括皮肤及皮肤的衍生源于外胚层细胞

11、，包括皮肤及皮肤的衍生 物（发、毛、鳞、羽、甲、蹄、角、爪、物（发、毛、鳞、羽、甲、蹄、角、爪、 丝）。丝）。 -角蛋白，角蛋白，角蛋白。角蛋白。 （1 1） -角蛋白（毛发）角蛋白（毛发） 主要由主要由-螺旋结构组成螺旋结构组成 三股右手三股右手-螺旋向左缠绕形成原纤维，原螺旋向左缠绕形成原纤维，原 纤维排列成纤维排列成“9+29+2”的电缆式结构称微纤的电缆式结构称微纤 维，成百根微纤维结合成大纤微。维，成百根微纤维结合成大纤微。P213P213 （2）-角蛋白（丝心蛋白）角蛋白（丝心蛋白） 2 2、 胶原蛋白胶原蛋白 胶原蛋白或称胶原胶原蛋白或称胶原( (collagen)collage

12、n)是很多脊椎动是很多脊椎动 物和无脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质，物和无脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质， 它也属于结构蛋白质，使骨、腱、软骨和皮它也属于结构蛋白质，使骨、腱、软骨和皮 肤具有机械强度。肤具有机械强度。 腱的胶原纤维具有很高的抗张强度腱的胶原纤维具有很高的抗张强度( (tensile tensile strength)strength)，约为约为20-3020-30kgkgmmmm2 2， 相当于相当于1212 号冷拉钢丝的拉力。号冷拉钢丝的拉力。 1 1 预防骨质疏松，增加骨密度预防骨质疏松，增加骨密度 2 2 改善关节健康改善关节健康 3 3 健美皮肤健美皮肤 4 4 美发

13、亮甲美发亮甲 5 5 丰韵乳房丰韵乳房 6 6 提高人体免疫力提高人体免疫力 7 7 促进伤口愈合能力促进伤口愈合能力 骨骼肌以及很多非肌肉细胞含有两骨骼肌以及很多非肌肉细胞含有两 种形成特有的纤维状或丝状结构的种形成特有的纤维状或丝状结构的 蛋白质：肌球蛋白和肌动蛋白。蛋白质：肌球蛋白和肌动蛋白。 按生物功能来说它们不是基本的结按生物功能来说它们不是基本的结 构蛋白质，它们参与需能的收缩活构蛋白质，它们参与需能的收缩活 动。动。 蛋白质中几种超二级结构：蛋白质中几种超二级结构： 两段平行式的两段平行式的-折叠通过一段作为连接链折叠通过一段作为连接链 的的-螺旋连接而形成的超二级结构。螺旋连接

14、而形成的超二级结构。 最常见的是最常见的是，称称 RossmannRossmann折叠。折叠。 RossmannRossmann折叠，存在于苹果酸脱氢酶，乳酸脱氢折叠，存在于苹果酸脱氢酶，乳酸脱氢 酶中。酶中。 1 1、曲折（曲折（-meander-meander） 由三条（以上）相邻的反平行式的由三条（以上）相邻的反平行式的- 折叠链通过紧凑的折叠链通过紧凑的-转角连接而形成转角连接而形成 的超二级结构。的超二级结构。 2 2、回形拓扑结构（希腊钥匙）、回形拓扑结构（希腊钥匙）P221P221 结构域：此球状构象是结构域，结构域是多肽链的独立结构域：此球状构象是结构域，结构域是多肽链的独立

15、折叠单位，一般由折叠单位，一般由100-200100-200个氨基酸残基构成。个氨基酸残基构成。 结构域是球状蛋白的折叠单位结构域是球状蛋白的折叠单位 较小的蛋白质分子或亚基往往是单较小的蛋白质分子或亚基往往是单 结构域的。结构域的。 结构域一般有氨基结构域一般有氨基 酸残基。酸残基。 结构域之间常常有一段柔性的肽段结构域之间常常有一段柔性的肽段 相连，形成所谓的铰链区，使结构相连，形成所谓的铰链区，使结构 域之间可以发生相对移动。域之间可以发生相对移动。 -折叠桶折叠桶 由多条由多条-折叠股构成的折叠股构成的-折叠层，卷成一折叠层，卷成一 个筒状结构，筒上个筒状结构，筒上折叠可以是平行的或反平折叠可以是平行的或反平 行的，一般由行的，一般由5-155-15条条-折叠股组成。折叠股组成。 超氧化物歧化酶的超氧化物歧化酶的-折叠筒由折叠