生化课件蛋白质

1、4.4 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构一级结构 初级结构（共价结构）二级结构 高级结构（空间结构）三级结构四级结构 在二级结构和三级结构之间还有另一些层次，如超二级结构和结构域。 一一. . 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 蛋白质的蛋白质的（primary structureprimary structure）是指是指蛋白质肽链中氨基酸的排列顺序。而蛋白质的蛋白质肽链中氨基酸的排列顺序。而蛋白质的化学化学结构结构包括肽链数目、端基组成、氨基酸序列和二硫包括肽链数目、端基组成、氨基酸序列和二硫键的位置，又称键的位置，又称共价结构共价结构。蛋白质的一级结构是最蛋白质的一级结构是最基本的结构，它

2、决定着蛋白质高级结构。基本的结构，它决定着蛋白质高级结构。 一一. . 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 以以胰岛素胰岛素为例，胰岛素是动物胰脏中胰岛为例，胰岛素是动物胰脏中胰岛细细胞分泌的一种分子量较小的激素蛋白，它的主要功胞分泌的一种分子量较小的激素蛋白，它的主要功能是降低体内血糖含量。临床上用来治疗糖尿病。能是降低体内血糖含量。临床上用来治疗糖尿病。 一一. . 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 最先由最先由SangerSanger于于19531953年完成测定胰岛素年完成测定胰岛素一级结构一级结构. . 蛋白质的蛋白质的二级结构二级结构指多肽链本身通过氢键沿一指多肽链本身通过氢键沿一定

3、方向盘绕、折叠而形成的构象。定方向盘绕、折叠而形成的构象。 （一）二级结构的概念 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 天然蛋白质包括天然蛋白质包括-螺旋、螺旋、 - -折叠、折叠、 - -转角、转角、 无规则卷曲无规则卷曲等二级结构。等二级结构。 蛋白质分子的多肽链按一定方式折叠、盘绕或蛋白质分子的多肽链按一定方式折叠、盘绕或组装成特有的空间结构，亦称组装成特有的空间结构，亦称高级结构高级结构。蛋白质的高。蛋白质的高级结构即蛋白质的构象问题。级结构即蛋白质的构象问题。 构型构型（configuration）是指不对称碳原子上相连的是指不对称碳原子上相连的各原子或取代基团的空间排布（各

4、原子或取代基团的空间排布（D-D-构型、构型、L-L-构型）。构型）。构型的改变伴随着共价键的短裂和重新形成。构型的改变伴随着共价键的短裂和重新形成。构型和构象（一）二级结构的概念 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 构型和构象（一）二级结构的概念 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 X-X-射线衍射技术研究表明，射线衍射技术研究表明，肽键肽键C-NC-N键介于单键键介于单键和双键之间和双键之间，具有部分双键性质，不能自由旋转具有部分双键性质，不能自由旋转，其，其中绝大多数都形成刚性的酰胺平面结构。中绝大多数都形成刚性的酰胺平面结构。蛋白质的构象（一）二级结构的概念 二二.

5、 . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 酰胺平面酰胺平面 由肽键周围的由肽键周围的6个原子组成的刚性平面个原子组成的刚性平面键长介于单键长介于单双键之间双键之间 + 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 （二）酰胺平面酰胺平面 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 因此，从理论上讲，因此，从理论上讲， 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 蛋白质的构象蛋白质的构象（二）酰胺平面酰胺平面 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 原因：原因：（二）酰胺平面酰胺平面N端C端（二）酰胺平面酰胺平面（二）酰胺平面酰胺平面1. a a-螺旋螺旋(a a-helix) 2. b

6、 b-折叠折叠 (b b-pleated sheet) 3. b b-转角转角 (b b-turn) 4. 无规卷曲无规卷曲 (nonregular coil) 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 （三）二级结构单元的种类二级结构单元的种类1 1）肽链中的酰胺平面绕）肽链中的酰胺平面绕C C相继相继旋转一定角度形成旋转一定角度形成-螺旋，并盘螺旋，并盘绕前进。每隔绕前进。每隔3.63.6个氨基酸残基，个氨基酸残基，螺旋上升一圈；每圈间距螺旋上升一圈；每圈间距0.540.54nmnm，即每个氨基酸残基沿螺旋中心即每个氨基酸残基沿螺旋中心轴上升轴上升0.150.15nmnm，旋转旋转10

7、0100。-螺旋结构的主要特点螺旋结构的主要特点（P53）：1.-螺旋(-helix)（三）二级结构单元的种类二级结构单元的种类 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 2 2）螺旋体中所有氨基酸残基侧链都伸）螺旋体中所有氨基酸残基侧链都伸向外侧；向外侧； 肽链上所有的肽键都参与氢键的形肽链上所有的肽键都参与氢键的形成，链中的全部成，链中的全部C=OC=O和和N-HN-H几乎都平行于几乎都平行于螺旋轴螺旋轴, ,氢键几乎平行于中心轴氢键几乎平行于中心轴; ; -螺旋结构的主要特点：螺旋结构的主要特点：1.a-螺旋(a-helix) 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 （三）二级

8、结构单元的种类二级结构单元的种类3 3）绝大多数天然蛋白质都是）绝大多数天然蛋白质都是右手螺右手螺旋。旋。每个氨基酸残基的每个氨基酸残基的N-HN-H都与前面都与前面第四个残基第四个残基C=OC=O形成形成氢键氢键。 -螺旋结构的主要特点：螺旋结构的主要特点：1.a-螺旋(a-helix) 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 （三）二级结构单元的种类二级结构单元的种类* * R为为Gly时，由于时，由于Ca上有上有2个氢，使个氢，使Ca-C、Ca-N的转动的自由度很大，即刚性很的转动的自由度很大，即刚性很小，所以使螺旋的稳定性大大降低。小，所以使螺旋的稳定性大大降低。4 4） * *

9、 -螺旋遇到螺旋遇到Pro就会被中断而拐就会被中断而拐弯，因为脯氨酸是亚氨基酸。弯，因为脯氨酸是亚氨基酸。 * * 带相同电荷的氨基酸残基连续出现在带相同电荷的氨基酸残基连续出现在肽链上时，螺旋的稳定性降低。肽链上时，螺旋的稳定性降低。侧链在侧链在a a-螺旋结构中的作用：螺旋结构中的作用：1.a-螺旋(a-helix) 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 （三）二级结构单元的种类二级结构单元的种类2、b-折叠(b-pleated sheet) -折叠折叠是由两条或多条伸展的多肽链靠氢键联结是由两条或多条伸展的多肽链靠氢键联结而成的锯齿状片状结构。而成的锯齿状片状结构。 侧链基团与侧

10、链基团与C C间的键几乎垂直于折叠平面，间的键几乎垂直于折叠平面，R R基团基团交替地分布于片层平面两侧。交替地分布于片层平面两侧。 -折叠分折叠分平行式平行式和和反平行式反平行式，后者更为稳定，后者更为稳定。N N端在同一端。氨基端在同一端。氨基酸之间沿轴相距酸之间沿轴相距0.3250.325nmnmN N端不在同一端。端不在同一端。氨基酸之间沿轴相氨基酸之间沿轴相距距0.350.35nmnm 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 （三）二级结构单元的种类二级结构单元的种类2、b-折叠(b-pleated sheet) 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 （三）二级结构单元

11、的种类二级结构单元的种类维持维持- -折叠结构稳定性的力折叠结构稳定性的力 氢键氢键由一条链上的羰基和另一条链上的氨基之由一条链上的羰基和另一条链上的氨基之间形成，即氢键是在间形成，即氢键是在链与链之间链与链之间形成的。形成的。 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 （三）二级结构单元的种类二级结构单元的种类2、 b -折叠(b -pleated sheet) 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 （三）二级结构单元的种类二级结构单元的种类2、 b -折叠(b -pleated sheet) 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 （三）二级结构单元的种类二级结构单元的种

12、类3、 b -转角（ b -turn） 也称也称-回折，存在于球状蛋白中。其特点是肽链回回折，存在于球状蛋白中。其特点是肽链回折折180180，使得氨基酸残基的，使得氨基酸残基的C=OC=O和与第四个残基的和与第四个残基的N-HN-H形形成氢键。成氢键。 -转角都在蛋白转角都在蛋白质分子的表面。质分子的表面。 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 （三）二级结构单元的种类二级结构单元的种类3、 b -转角（ b -turn） 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 （三）二级结构单元的种类二级结构单元的种类4、无规则卷曲（non-regular coil） 又称自由卷曲，是指没有

13、一定规律又称自由卷曲，是指没有一定规律的松散肽链结构。的松散肽链结构。酶的功能部位常常处酶的功能部位常常处于这种构象区域于这种构象区域。 无规卷曲常出现在无规卷曲常出现在a-a-螺旋与螺旋与a-a-螺旋、螺旋、a-a-螺旋与螺旋与- -折叠、折叠、 - -折叠与折叠与- -折叠之间。折叠之间。它是形成蛋白质三级结构所必需的。它是形成蛋白质三级结构所必需的。 二二. . 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 （三）二级结构单元的种类二级结构单元的种类1. 定义 指蛋白质中相邻的二级结构单位指蛋白质中相邻的二级结构单位( (即单个即单个a a- -螺旋或螺旋或b b- -转角转角) )组合在一起，形成

14、有规则的组合在一起，形成有规则的在空间上能辩认的二级结构组合体。在空间上能辩认的二级结构组合体。三三. .蛋白质的超二级结构蛋白质的超二级结构三三. .蛋白质的超二级结构蛋白质的超二级结构2. 类型三三. .蛋白质的超二级结构蛋白质的超二级结构2. 类型3. 结构域 (domain) 指多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形指多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，它是相对独立的紧密球成三级结构的局部折叠区，它是相对独立的紧密球状实体，称为结构域（状实体，称为结构域（domain）或功能域。或功能域。三三. .蛋白质的超二级结构蛋白质的超二级结构3. 结构域 (domai

15、n)三三. .蛋白质的超二级结构蛋白质的超二级结构四四. .蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构 三级结构三级结构（tertiary structure）：指指的是多肽链在二级结构、超二级结构和结构的是多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的基础上，主链构象和侧链构象相互作用域的基础上，主链构象和侧链构象相互作用，进一步盘曲折叠形成球状分子结构。，进一步盘曲折叠形成球状分子结构。（一）三级结构的概念（一）三级结构的概念（二）球状蛋白的三级的结构特怔（二）球状蛋白的三级的结构特怔 具有三级结构的蛋白质分子含有多种二级结构具有三级结构的蛋白质分子含有多种二级结构单元。如具有三级结构的球状蛋白溶菌酶中含有

16、单元。如具有三级结构的球状蛋白溶菌酶中含有a a螺旋、螺旋、b b- -折叠、折叠、b b- -转角和无规卷曲四种二级结构转角和无规卷曲四种二级结构 四四. .蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构（二）球状蛋白的三级的结构特怔（二）球状蛋白的三级的结构特怔分子表面往往有一个内陷的空隙，它常常是蛋分子表面往往有一个内陷的空隙，它常常是蛋白质的活性中心白质的活性中心 大多数非极性侧链埋在分子内部，形成大多数非极性侧链埋在分子内部，形成疏水核疏水核；而极性侧链在分子表面，形成而极性侧链在分子表面，形成亲水面。亲水面。 四四. .蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构具有明显的折叠层次。蛋白质的

17、三级结构具有明显的折叠层次。（三）维持三级结构的作用力二硫键二硫键 共价键共价键 疏水作用疏水作用非共价键（次级键）非共价键（次级键）氢键氢键 离子键离子键范德华力范德华力四四. .蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构（三）维持三级结构的作用力四四. .蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构肌红蛋白由肌红蛋白由条多肽链和一个血红素（条多肽链和一个血红素（heme）辅基辅基构成，分子量为构成，分子量为16700，含，含153个氨基酸残基。个氨基酸残基。 五五. .蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构( (一一) ) 四级结构的概念四级结构的概念 四级结构四级结构（quaternary structure）：由两由两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成、条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成、有特定三维结构的蛋白质构象。每条多肽链又称有特定三维结构的蛋白质构象。每条多肽链又称为为亚基亚基。 血红蛋白由四条多肽链形成，是一种寡聚蛋血红蛋白由四条多肽链形成，是一种寡聚蛋白质。这四条链主要通过非共价键相互作用缔合白质。这四条链主要通过非共价键相互作用缔合在一起。血红蛋白分子上有四个氧的结合部位，在一起。血红蛋白分子上有四个氧的结合部位，因为每条链上含有一个血红素辅基。因为每条