第三节蛋白质结构

/第三节蛋白质结构不同蛋白质的结构、组成、顺序及长度都不同，而且其多肽链还可通过次级键高度卷曲形成特定的空间结构，使蛋白质具有特殊的生理功能。蛋白质的结构可以分为四个层次来研究,即一级结构、二级结构、三级结构和四级结构.其中一级结构又称蛋白质的化学结构或初级结构.而二级结构、三级结构和四级结构又称为蛋白质的空间结构或三维构象。一、肽键及肽链１、肽键氨基酸之间脱水后形成的键称肽键，是蛋白质分子中氨基酸之间的主要连接方式,也称酰胺键（一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基脱水缩合而成结构).2、肽一个氨基酸的－羧基和另一个氨基酸的—氨基脱水缩合而成的化合物称肽。3、肽链多肽为链状结构,所以多肽也称多肽链。蛋白质就是由几十个到几百个甚至几千个氨基酸分子借肽键相互连接起的多肽链。4、氨基酸残基肽链中氨基酸单位已不是完整的氨基酸分子,因此每一个-NH－CHＲ—CO-单位称为氨基酸残基。5、书写模式在书写时，含自由—氨基的一端（称为N端）总是写在左边，含自由—羧基的一端(称为C端)总是写在右边。6、命名肽的命名是从肽链的Ｎ－末端开始，按照氨基酸残基的顺序而逐一命名。称为某氨基酰某氨基酰某氨基酸。7、一些多肽类化合物⑴谷胱甘肽还原型谷胱甘肽还原型谷胱甘肽谷胱甘肽是生物体中具有重要生物学功能的三肽，存在于动植物和微生物细胞中，由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽。它的分子中有一个特殊的-肽键，是由谷氨酸的-羧基与半胱氨酸的－氨基缩合而成，显然这与蛋白质分子中的肽键不同。⑵催产素和升压素两者都是在下丘脑的神经细胞中含的多肽激素，合成后与神经垂体运载蛋白相结合，经轴突运输到神经垂体，再释到血液.它们都是九肽,前者使子宫和乳腺平滑肌收缩,具有催产及使乳腺排乳作用,而后者则是促进血管平滑肌收缩，从而升高血压，并有减少排尿的作用,所以也有称抗利尿激素。近年来有资料指出升压素还参与记忆过程,并且还根据实验提出升压素分子的环状部分参与学习记忆的巩固过程,分子的直线部分则参与记忆的恢复过程.催产素对行为的影响正好与升压素相反,是促进遗忘的.⑶脑肽脑肽的种类也是很多的，其中脑啡肽是近年来在高等动物脑中发现的比吗啡更有镇痛作用的活性肽，由于脑啡肽一类物质是高等动物脑组织中原来就有的，所以如果能合成出来，这必然是一类既有镇痛作用而又不会像吗啡那样使病人上瘾的药物。二、蛋白质分子的一级结构1、一级结构的概念一级结构又叫初级结构、基本化学结构或共价结构。蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序就是蛋白质的一级结构。2、意义⑴决定蛋白质分子结构的是一级结构，是形成二、三、四级结构的基础。⑵一级结构的改变可以改变整个蛋白质分子的空间结构，从而导致功能的改变。３、最先被确定一级结构的蛋白质是牛胰岛素牛胰岛素分子由５1个氨基酸残基组成，其中由A、B两条链组成，A链由21个氨基酸残基组成，B链由30个氨基酸残基组成。A链和B链之间通过两对二硫键连接起来。另外A链本身６位和11位上的两个半胱氨酸通过二硫键相连形成链内小环。胰岛素结构示意图胰岛素结构示意图三、蛋白质分子的空间结构蛋白质的多肽链不是一条任意的无规律的线团，而是按一定方式折叠盘绕成特有的空间结构.蛋白质的空间结构通常称为蛋白质的构象，也称高级结构，是指蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向。蛋白质的空间结构特点如下：⑴正常情况下,蛋白质具有稳定而且特定的空间结构；⑵蛋白质的空间结构具有一定的可变性；⑶一级结构是基础，决定了高级结构；⑷维持蛋白质的空间结构的主要作用力是氢键、疏水力、二硫键、离子键等次级力。肽键平面肽单位是一个刚性的平面结构。肽键中羰基碳原子与氮原子之间所形成的键不能自由旋转，因为这个键(C—N键）具有部分双键的性质，不能自由旋转，这样使得肽单位所包含的六个原子处于同一个平面上，这个平面又称为酰胺平面（amｉdeplane）或肽平面。肽平面中羰基氧与亚氨基氢几乎总是处于相反的位置虽然肽平面中的羰基氧与亚氨基氢可以有顺式和反式两种排布，但由于连接在相邻两个α—碳上的侧链基团之间的立体干扰不利于顺式构象的形成,而有利于伸展的反式构象的形成,所以蛋白质中几乎所有的肽单位都是反式构象Cα和亚氨基N及Cα与羰基C之间的键是单键,可以自由旋转1、蛋白质的二级结构蛋白质分子的二级结构是指蛋白质分子中肽链的螺旋卷曲或折叠所成的空间结构，所反映的是主链构象.其主要维持作用力是氢键。⑴α–螺旋结构α–螺旋是蛋白质分子中常见的很稳定的一种构象。它是由多肽主链环绕一个中心轴有规则地一圈一圈盘旋前进形成的螺旋状构象。肽链盘旋方向不同可形成右手螺旋和左手螺旋两种。天然蛋白质分子的α–螺旋绝大多数都是右手螺旋,左手螺旋只在少数几种蛋白质中被发现，如高温菌蛋白质。α–螺旋结构的特征是：肽链围绕中心轴以螺旋方式上升，每个氨基酸残基在螺旋轴的前进方向各占０．１5nm,每圈内有3．6个氨基酸残基，故每绕一圈约有0．54nm,多肽链上所有羰基上的氧原子与下一层螺旋圈中所有亚氨基的氢原子都以氢键(C=0……H―N)相结合，氢键的方向与螺旋中心轴相平行,氢键螺旋圈之间的形成，赋予α–螺旋特殊稳定性.图图α―螺旋的立体模型.⑵β–折叠结构β–折叠结构,是由两条或若干条肽链或者一条肽链的不同链段相互平行或反平行排列，每条肽链都处于高度的伸展状态，而每个肽键所在的平面有规则地折叠起来，相邻的肽连借助于氢键又连成一个大的折叠平面，氢键与链的伸展方向近于垂直,相邻氨基酸残基上的侧链则上下交替分布。图2-4逆平行的图2-4逆平行的β―折叠结构⑶其它二级结构种类胶元蛋白三股螺旋β–转角无规则卷曲2、蛋白质分子的三级结构⑴三级结构的涵义蛋白质的三级结构是指多肽链在形成二级结构的基础上，再进行三维空间的多向性盘曲折叠缠绕，形成特定的近似球状的构象。球状蛋白质分子具有三级结构，它的空间结构比纤维状蛋白质复杂得多。不同蛋白质的三级结构不同。在球状蛋白质分子中,有的α–螺旋体含量很少，有的则含量很多，有的则含有β–折叠结构，有的则没有。⑵构象特点球状蛋白质分子三级结构的构象有一些共同特征：三级结构构象近似球形.分子中的亲水基团相对集中在球形分子的表面,疏水基团相对集中在分子内部，形成所谓“亲水表面,疏水核”。不过，也有例外。三级结构构象的稳定性主要由疏水键相互作用维持。此外，氢键、二硫键、盐键和范德华力等相互作用对三级结构的稳定也有一定的作用.整个分子能够较为紧凑的束缚在一起,内部只有能容纳几个水分子的小空腔或完全缺乏这种小腔。三级结构形成之后,蛋白质分子的生物活性部位就形成了。⑶实例分析:肌红蛋白分子球蛋白质分子的活性部位,又叫活性中心,是在三级结构构象中,由少数必需基团组成的负责完成分子生物功能的一个空间小区域。若三级结构遭到破坏，活性中心的构象不复存在，生物功能随之丧失.因此，三级结构是球状蛋白质分子生物活性所必须具备的结构形式。3、蛋白质分子的四级结构⑴四级结构的涵义许多球蛋白是由两条或多条肽链构成的,这些肽鲢间并无共价键连接，每条肽链都有各自的一、二、三级结构，这些肽链被称为蛋白质的亚基或原体.含有亚基的蛋白质称为寡聚蛋白质。现在已有不少例子表明，分子量在55，0０0以上的蛋白质几乎都有亚基。寡聚蛋白质具有四级结构。所谓四级结构就是各个亚基在寡聚蛋白质天然构象中空间上的排列方式。⑵结构特点①必须有亚基（或亚单位）.②稳定性主要靠亚基间的疏水键相互作用维持，盐键、氢键、范德华力等次级键也有不同程度的作用。③亚基单独存在，无生物活性或活性很小，只有通过亚基相互聚合成四级结构时,蛋白质才具有完整的生物活性。④构成更大分子的聚合体。⑶寡聚蛋白质分子的亚基组成寡聚蛋白分子的亚基数目差别很大,少则几个，多则十几个,数十个.大多数寡聚蛋白是由偶数亚基组