中山大学生化笔记

中山大学生物化学课堂笔记——李国富郑利民版

Contentsforthissemester:

§1生物化学绪论和基础（郑利民）

§2氨基酸（李国富）

§3蛋白质的结构（李国富）

§4蛋白质的功能（李国富）

§5蛋白质研究的基本方法（李国富）

§6酶（李国富）

§7糖（李国富）

§8核甘酸与核酸（李国富）

§9脂（李国富）

§10生物膜与物质转运（李国富）

§11生物信号（郑利民）

§12生物体对环境应答的生化基础（郑利民）

第二节Aminoacids

§2.1Preknowledge

一同分异构Isomerism

1构造异构Constitutional〜

①碳架异构/Carbonchain〜②位置异构/Position〜③官能团异构/Functionalgroup〜

④互变异构/Tautomerism（两种异构体可在溶液中自然发生可逆的相互变化）⑤价键异构/Valence〜

（指键的杂化类型：SP/S^/SF3）

2立体异构Stereoisomerism

①构象异构Conformation〜a.交叉式构象b.重叠式构象

▲②构型异构a.顺反异构/Cis・trans〜旋光异构/Optical〜

•构型VS构象

构型：分子中由于各原子或基团间特有的固定的空间排列方式（骨架组合）；一种构型转变另一种构型则要

求共价键的断裂、原子（基团）间的重排和新共价键的重新形成。

构象：广义的构象是指分子中原子或基团在三维空间的取向和定位；狭义的构象是指具有相同构造和构型

分子中，由于某个原子（基团）绕单键自由旋转而形成的不同的易变的空间结构形式（有无数种）；在各种构

象形式中，势能最低、最稳定的构象是优势构象。

▲二旋光性和手性

1光的介绍

光是横波（电磁波），电场和磁场振动的方向与光前进的方向垂直（见下图）

①自然光：其在振动和波面内各方向具有相同的概率,

这种振动方向概率相等的波称~

②平面偏振光：

不再具有振动方向各向概率相等的特性。

③旋光活性：指可以使平面偏振光发生偏转的特性。

2手性（chirality）

①它们互为镜象，和左右手之间的关系一样，外形相似，但不能重合，此为手性。这两个物体称对映异构

体（旋光异构体）。

②C、N、C、Si等原子都可以成为手性中心。

③只有在同一平面内进行旋转可重合才算为手性分子，在空间翻转不算。

3手性的判定法则

①存在下列情况之一，不是手性分子

O有对称中心

O有对称面

O有旋转反轴（a.旋转轴：沿此种轴物体旋转n°【360—重180二重120三重90四重

60五重】后分子复原b.旋转反轴：先旋转n。后，通过一个镜面的映射物体复原）

②同时存在下列情况，肯定是手性分子

O没有对称中心

O没有对称面

O没有四重反轴

③即分子存在下列结构之一：

▲手性中心/Chiralcenter

采用SP3杂化，为有四条轨道的正四面体，而且每个轨道所对应四个不同的原子或基团

▲手性轴/Chiralaxis（了解）

由于双键、分子过大等因素的存在使其不能自由旋转

▲手性面/Chiralplane（了解）

4旋光性的标记

CHOCHO

II

H—*C—OHHO—*C—H

II

CHzOHCH2OH

（I）（II）

glyceraldehydesglyceraldehydes

D（羟基在右）L（羟基在左）制化程度最高的基团放在上面，和ch。对应

①19世纪末，费歇尔建议用甘油醛为标准来确定对映体的构型.（见上图）

②即采用D-L系统，而且所有的构型都是相对构型（相对于甘油醇来说），与旋光性没有关系

§2.2StructuralFeatures

•Generalformula（由于生理pH为7,所以此形式为氨基酸在生理条件下的主要存在形式）

COO

+I

H3N—C—H

R

①结构式中水平键指向直面外，竖直键指向纸面内。

©EachhasadifferentsidechainR（R=uRemainderofthemolecule"）,whichvaryinsize,structureand

electriccharge（电荷）andinfluenceAAs在水里的溶解性。

③a-AA：官能团所连的第一个碳为a-碳，以竣基为主官能团，氨基在or碳上，所以称or氨基酸；实质就

是-COOH和-NH2连接在案同一碳原子上的氨基酸。组成蛋白质的氨基酸均为a氨基酸，一般biocham

所指的都是这种氨基酸。（根据氨基连结在竣酸中碳原子的位置，可分为a、0、Y、5……的氨

基酸（C...C-C—C-C-COOH）o

④除少数列外，大多数氨基酸只有a-carbon是手性碳原子。

•氨基酸的旋光异构性

1由于氨基酸的C连接四个不同的基团（甘氨酸除外），所及具有手性，所以AAS具有旋光异构体。

2氨基酸的D-L构型不是由其自己的旋光活性确定的，而是对应甘油醛的D/L构型确定的，

（其氨基对应0H）,同样，氨基酸的D,L构型与其具体的旋光性（左旋还是右旋）没有直接对应关系。

3绝大多数蛋白质中的氨基酸是L-AAs,D-AAs在细菌细胞壁的肽聚糖以及抗菌肽中出现。

XCHOCHO

HO-2-HA

H一C一OH

I!

3cH20HCH2OH

L-Glyceraldehydeo-Glyceraldehyde

oC6

iA

oroC

vT-

cCH

n-Alanine

§2.3Category

-StandardAAs:

•判断依据

1为L构型

2为直接用于合成蛋白质的单体，即有对应的tRNA将其运送至核糖体中用于肽链合成。

•特征

1每个标准AA都有其俗名(即非IUPAC)

e.g:酪氨酸(第一次从cheese中获得)

2每个都有一个三字母缩写&一个一字母缩写名(便于以后蛋白质链的缩写)

通常为首三/一字母

3共20种

•分类

分类依据：按照氨基酸中R基的极性进行分类。

R基极性的判断：有无极性是相对来言，一般看分子偶极矩的大小，即极性键多还是非极性键多，如

烷燃一般没有极性(C-H.H-H),但若基团含0H,C00H等集团，则极性较大，极性大的集团一般亲水性较强

(氢键作用)。

(―)NopolarAAs(疏水)

1甘氨酸：Gly(G)，由于其R基为H,,所以其无手性C原子，即无旋光性。

2亮氨酸:Leu(L)

3异亮氨酸：lie(I),2和3为同分异构体；异亮氨酸有两个手性C原子，但在生物化学中，一般以a-C

为手性碳来标识其L-D构型。

4苯丙氨酸：Phc(F)

5色氨酸：Trp(W)

O唯一带共柜体系(苯环)的三种氨基酸

苯丙氨酸<络氨酸<色氨酸

其在近紫外区有吸收光的能力，一般最大光吸收在280mm处。(实践中一般使用色氨酸)

6丙氨酸：Ala(A)

7脯氨酸：Pro(P)

8缀氨酸：Vai(V)

10甲硫氨酸：Met(M)

AromaticRgroups

Nonpolar,aliphaticRgroups

coo-coo-coo-

H3N—C—H

甘氯丙氮

Glycine^AjanineProline脯氮Valine缜氯

coo

H3N—C—H

(二)极性氨基酸(亲水)

A不带电荷

1丝氨酸：Ser(S),R基为CH20H

2苏氨酸：Thr(T),有两个手性C,但仍以a-C为手性碳来标识其L-D构型。

3半胱氨酸：Cys(C),R:-CH2-SH

-SH在蛋白质中常被氧化成二硫键-S-S(用于固定蛋白质的构象，在生物坚硬蛋白质中含量高，如指甲,

牛角等)

COO-COO-

♦I+I

HjN—CHHjN—CH

CysteineI

CHa.CH

I2H*+2e-2

SH广S

Cystine

SH，、S

2H++2e~I

cCH

Cysteine|S.产.

CH—NH3CH—NHs

coo-coo-

4天冬氨酸：Asn(N),R基带NH2,

5谷氨酰胺、；Gin(Q),R基带NH2

6酪氨酸：含苯环，有近紫外吸收。

O带OH、NH2、SH基团的AAS组合形成蛋白之后，一般为蛋白质发挥作用的部位(e.g:酶

的催化)

B带电荷

a.带正电荷

1赖氨酸：Lys(K)

2精氨酸：Arg(R)

3组氨酸:His(H)

b.带负电荷

1天冬氨酸：Asp(D)：有两个COCT

2谷氨酸：Glu(E)，有两个COCT

(三)TworarestandardAAs

+Selenocysteine:encoded(编码)bytheRNAnucleotidetripletUGAfoundin

Archaea,eubacteriaandanimalsincludingmammals.

+Pyrrolysine:encodedbytheRNAnucleotidetripletUAG,foundinArchaea,

andeubacteria.

二NonstandardAAs

•产生途径

1由蛋白质中的标准AAS经修饰而成

即在标准AAS合成蛋白质之后，由于蛋白质功能需要，会对AAS进行修饰改进，其水解后的产物

便有非标准AAS(arefoundincertainproteinsandaremadeafterthestandardamino

acidshavebeenincorporatedintoproteins)

2AAS和蛋白质代谢的中间产物

e.g：鸟氨酸瓜氨酸

§2.4ChemicalProperties

•Acid-BaseandTitrationCurves（滴定曲名戋）

-酸碱性相关知识补充

AIonizationofWater（水的电离）

Waterdissociatesintohydronium（H3O+）andhydroxyl（OH-）ions.For

simplicity,werefertothe（H3O+）asahydrogenion（H+）andwritethe

equilibriumas

H2O5=iH*+OH-

其中，式子的平衡常数

%=（I）

式子中括号里表示的是离子的摩尔浓度。由于水的解离度很小，所以expression1canbe

simplifiedtogive

+

KW=[H][OH-]（2）

Kw则表示水的离子积。NotethattheconcentrationsofH+andOH-are

reciprocallyrelated.IftheconcentrationofH+ishigh,thenthe

concentrationofOH-mustbelow,andviceversa.

BDefinitionofAcidandBase（碱）

1Anacidisaprotondonor.Abaseisaprotonacceptor.,

Thespeciesformedbytheionization（电离）of

AcidH++base.,

_anacidisitsconjugatebase（共轨碱）=Conversely,

CH£OOH=H++CH3coecr,

Acene«cidAcetateprotonation（质子化）ofabaseyieldsitsconjugate

NH?=H++NH,acid.

AmmoniumionAmmonia

CDefinitionofpHandpK

1ThepHofasolutionisameasureofitsconcentration（浓度）ofH+.ThepH

isdefinedas

++

pH=log10(l/[H])--log10(H](3)

这个电离的表观平衡常数

K.=[H+][A-]/[HA](4)

Ka的意义：即当弱电解质电离达到平衡时(只有弱电解质发生不完全电离，讨论才有意义)，已经发生电

离的离子浓度和未发生电离的离子浓度之比。

2ThepKaofanacidisdefinedas

pKt=-logKa=log(l/KJ(5)

thepKaofanacidisthepHatwhichitishalfdissociated,when[A-]=[HA]»

3pH和pka的关系可以用等式表示为

pH=pKa+log((A-]/(HA])(8)

二氨基酸的酸碱特性

若按氨基酸的酸碱特性来分，可将20种氨基酸分为①中性AAS(分子中仅含一个竣基和一个氨基)、

酸性AAS(两个竣基和一个氨基，即门冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)③碱性AAS(一个段基和两个氨

基,即赖氨酸(Lys),精氨酸(Arg)和组氨酸(His)).

A两性解离

•由于a-AAS既含-COOH又含~NH?,因此，在水溶液中，它既可作为酸又可作为碱起作用。

•从物理化学性质上看，所有a—AAS都具以下一些独特的性质：

1.为不挥发、高熔点的结晶晶体。

2.在水中的溶解性要比在有机溶剂中好得多。

Reasonfor1&2：

其分子中既有正离子又有负离子，是一种盐，所以其为高熔点晶体且具有好的水溶性。

3.其偶极矩比简单的酸和胺大得多。

4.表现出酸碱两重性质，其酸性大都比较酸弱，其球性也比大多数胺的碱性弱。

Reason:

AAS在结晶状态或者溶液中，并不是以游离氨基和竣基形式存在，而是以解离成两性离子的形式存

+

在。在两性离子中，作为酸的是质子化的氨基(-NH3),作为碱的是去质子化的竣基(-COO'),所以其

酸性弱于痰酸而碱性弱于胺的原因。

5.但a-AA中的a-COOH比一般化合物中的PKa更小，即更容易解离(注意和4区分！！4是相对于其

已经解离为两性离子而言的~~),酸性更大，因为

①由于其本身以两性离子形式存在，所以其NH3+作为强的吸电子基团产生吸电子诱导效应，有利于

竣基的解离。

②解离后的皴基负离子与氨基正离子存在静电相互吸引作用，且带正电的质子会与氨基正离子存在静

电相互排斥作用，从而导致皴基负离子难与质子相结合。

以上两种因素最终导致a-AA竣基酸性大大增加。

同样的，a-AA中的a-NH：：也比一般化合物中的PKa小，说明更容易解离。

•酸碱性详述

1溶液中AAS的存在形式

溶液中，AAS的存在形式依赖于溶液的pH,当溶液的pH发生变化时，其的存在形式也发生变化。

①碱性溶液中

质子化的氨基(NH3+)释放出质子，表现出酸的性质，AAS以负离子形式存在(HzNCHRCOCT)

②酸性溶液中

竣酸负离子被质子化，表现出碱的性质，氨基酸以正离子的形式存在(H3N+CHRCOOH),

③接近中性的溶液中

AAS主要以两性的离子形式存在(H3N+CHRC00)

2AAs完全质子化时，可看成是多元酸，中性AAS为二元酸，酸性和碱性AAS可看成是三元酸。

例(有生738页)

B等电点

定义：当溶液处于某一pH时，氨基酸溶液中所含的-^^3*和900-数目正好相等，净电荷为0.这一

Ph称为该AAS的等电点——pl«不同的AAS有不同的pl。

1由于不同的AAS有不同的pl,因此可以通过电泳将AAS混合物分离开来。(带不同电荷的AAS由

于静电吸引力向不同方向移动，不带电荷的则不移动。)

2AAs的等电点是是其的一个重要性质，当AAS处于等电点时，具一下特点：

①溶解度最小——可以利用此性质分离AAS

②净电荷为0.在电场中不移动。

③对于含一个氨基和一个酸基的AAS来说：

pI=pKl+pK2/2

©对于侧链上含有可解离基团的酸性AAS和碱性AAS来说，它们的等电点则是侧链可解离基团解离

常数(pKR)与数值比较接近(pKR)的a-氨基或a-峻基的算术平均值。即

酸性AAS：pI=pKi+pKR/2

碱性AAS：pI=pK2+pKR/2

•CharacteristicReactions

第三节ProteinStructure

§3.1PrimaryStructure

-ReIatedconcepts

•Residue：氨基酸残基每个氨基酸残基的平均相对分子量为110

•C/Nterminal：一般写时为"左N右C"

•Peptidebond：肽键，实为一种酰胺键（共价键），为蛋白质肽链骨架的重复结

构单元。

•Peptide：

①AAS以酰胺键连接起来的化合物称肽

②肽的命名：根据氨基酸残基来确定的，即从多肽N末端的AAS残基开始向C末端按

顺序依次称为“某氨基酰某氨基酰……氨基酸”。

•isoelectricpoint(pl)：Eachpeptidehasacharacteristictitrationcurve(滴定曲线)and

anpl——无法像AAS的PI那样直接计算，只可通过实验直接测定。

•分类：根据AAS含量不同Oligopeptides寡聚肽Polypeptides多肽Protein蛋白质

lessthan50btw50-10morethan100

二Structuralfeatures

1由于-CONH-中的C&N都采用SP2杂化，所以肽键中的四个原子和它相邻的两个a-C原子都处在同一

平面上，此刚性结构的平面称肽平面or酰胺平面。

2由于酰胺基中携基的n电子与氮原子上的孤电子对占据的p轨道形成p-n共聊，氮原子上的电子云向城基

偏移，导致单双键的键长趋向平均化。所以酰胺分子中镀基碳原子与氨基氮原子之间的C-N键在常温时

是不能自由旋转的。

3但Ca-C键和N-Ca是可以自由旋转的。

①N-Ca所在的肽平面随N-Ca键旋转的角度为0（向纸平面内旋转）；Ca-C所在的肽平面随Ca-C键旋转

的角度为（P（向纸外旋转）。

N-CaCa-CC-N

②当两个平面转到组成一个共矩形平面时，。和<p为0°.(butitisdisallowedbythesteric空间上

的overlapbetweenHandOatomsofadjacent令B近的peptideplanes.)

③<|>=180°,v|/=180°whenthepeptideisinitsfullyextendedconformation»

④但其实在正常的理化条件下，一种蛋白的多肽链仅有一个（或非常少的）构象，这就是具有生物活性的

天然构象。

三Homology同源性

Homologousproteins:evolutionarilyrelated,performthesamefunctionindifferentspecies0

具有：

①Invariant（不变的，恒定的）residues：Manypositionsinprimarystructureareoccupied

bythesameaaresiduesinallspecies.这些AAS决定其的功能，不可替换。

②Variableresidues：有的AAS可以改变，但不影响其高级结构和功能。

©Conservativesubstitutions：某些AAS可被替换，但是有前提---通常是用性质、结构类似的

AAS替换。

四Otherchemicalgroups

根据蛋白质的化学组成可将它们分为单纯蛋白质和结合蛋白质。

1单纯蛋白质一水解后的产物仅为AAS,如胰岛素、催产素等。

2结合蛋白质——由蛋白质部分和非蛋白质部分结合而成。

非蛋白部分又称辅基，如糖类（糖蛋白）、核酸（核蛋白）、脂肪/胆固醇（脂蛋白）、配价金属（金属蛋白）

Theproteinsarereferredasconjugatedproteinswhiletheaminoacidpartaloneiscalled

apoprotein（脱辅基蛋白）。

§3.2SecondaryStructure

蛋白质的二级结构是指通过链内或链间氢键而形成的只涉及肽链主链的空间结构（不涉及侧链的构象）

—a-helix

—a-chain

1一般COOH端朝下，NH2朝上

2螺旋的构象靠氢键维持：第n个氨基酸a-氨基上的H与第n+3个氨基酸上的a-皴基。形成氢键一

即所有肽键平面上的H&0都参与了形成氢键，使a-helix内部的氢键数目达到最大，所以这种构象是

最稳定的。且氢键和主轴平行。

3L氨基酸既可以形成右手a-helix也可形成左手a-helix,但天然a-helix全部为右手a-helix

因为左手a-helix不如右手a-helix稳定一其L-AAS侧链的第一个C过分接近于竣基上的氧原子,

并同位于内侧，分子阻力大，能量较高，处于不稳定状态。

4影响a-helix稳定的因素：

①相邻R基团间的静电作用（最好不带电荷或带相反电荷）、范德瓦尔斯作用（体积过大时产生）、

疏水相互作用或位阻作用

②Pro和Gly：

GLY：其R为H,太小，无法和附近的原子形成相互作用，不利于形成稳定结构

PRO：其R为环装结构，也为刚性结构，不利于在螺旋拐弯处形成弯曲。

③N-末端和C-末端氨基酸R基团的性质

最好链上端显负电荷，下端显正电荷，有利于加强a-helix的偶极矩，使其更稳定。

二p-pleatedsheet

在这种结构中，多肽链按一定轴向呈锯齿状伸展状态，两条或多条肽链（也可是同一条肽链的不同片

段）按层排列，相邻的太脸上的镣基和氨基形成氢键，氢键几乎垂直于中心轴，相邻AAS的侧链R基团

交替分布于片层的上方和下方，并与片层垂直，维持其结构的稳定性。

1Parallel

由错开的。和H形成氢键

2Antiparallel

。和H头碰头形成氢键，更为稳定，所以更加common。

•若氢键的R基体积较大并带有同种电荷，则不易形成p-pleatedsheet

三0turn

—Loop

—Randomcoil

①为肽链中出现的180°的回折，这种转折结构中的第一个氨基酸残基上的氨基氢和线基氧分别与第

四个氨基酸残基上的娠基氧和氨基氢形成氢键，产生一种很不稳定的环状结构。

②Itoftenconnectstheendsoftwoadjacent（临近的）segmentsofanantiparallel

p-pleatedsheet.

③。turnsareoftenfoundnearthesurfaceofaprotein.

因为在这些位置改变多肽链的方向位置阻力较小，而且形成。turn以后，少量的疏水侧链R基

位于蛋白分子内部形成疏水区，极性侧链R暴露在蛋白质分子表面形成亲水区。

④GlyandProareoftenfoundinbturns。

因为在Bturn中，会有一种顺反异构酶将PRO由反式变为顺式，则此时它会形成一个天然的适

合pturn的大弯曲。

transcis

Prolineisomera

(b)

§3.3Tertiary&QuaternaryStructure

Pre：

①三级&四级结构的地位是平等的。若蛋白质由一条多肽链构成，则其终极结构就为三级结构；若蛋白

质由两条及以上的肽链组成，则它的终极结构就为四级结构。

②三级结构：由a-helix、p-pleatedsheet、p-turn等二级结构之间相互配置而成的构象。

③四级结构：很多蛋白质分子是由具有独立三级结构的多肽链组成的，这些多肽链之间无共价联系，而

是借助次级键缔结在一起的，称为蛋白质的四级结构。其中每条多肽链形成的独立三级结构单元称为

“亚基”或“亚单位”。

——Fibrousproteins----areadaptedforastructuralfunction（结构蛋

白）

1a-角蛋白（a-keratins）

一般为皮肤的衍生物的组成成分，存在于动物的毛、发、鳞，爪、蹄'羽毛、甲壳和角甲。

①其二级结构为a-helix（右）

②其四级结构直接由2条a-helix扭在一起（向左），没有明显的三级结构。

③含丰富的半胱氨酸（Cys）——所以形成四级结构的多肽链之间有大量的二硫键，且Cys含量越高，

形成的蛋白质越坚硬。

@Richinhydrophobic（疏水的）residues：Phe,He,Vai,Met,andAla.

⑤a-角蛋白伸缩性好，有弹性。

2胶原蛋白Collagen

是皮肤、软骨、动脉管壁以及结缔组织的成分，在体内以胶原纤维形式存在。

①其二级结构为a-chain----为将左手a-helex拉开所得（故其内没有氢键）

②四级结构：由三条a-chain相互绞合成右手大螺旋——称原胶原蛋白分子。在此螺旋中，肽链之间

靠氢键联系，氢键垂直于纤维轴.

③氨基酸序列简单---Arepeatingtripeptide:Gly-X-ProorGly-X-Hyp,Gly-Pro-Hypmore

frequento

④富含Gly和Pro的原因：

Glycanfitintothecrowdedinteriorofthetriplehelix（R基小，利于绳拧得致密，Gly都被

拧在螺旋内部）,whilePropermitsthesharptwistingofthecollagenhelix0

©Collagenfibershavesimilartensilestrengthasasteelwireofequalcrosssection

3Silkfibroin丝心蛋白

①其二级结构为p-pleatedsheet。

②FibroinisrichinAla（丙氨酸）andGly,permittingaclosepackingofpsheetsandan

interlocking（连锁的）arrangementsofRgroups（因为两者是AAS中R基最小的两种）.这样，可

以使形成的片层最光滑（R小，毛刺少），且不同片层叠加后很致密，利于发生片层间的相对滑动。

©Overallstructureisstabilizedbyextensivehydrogenbondsandbyoptimization（最优化）of

vandecWaalsinteractionsbetweensheetSo（由于不含半胱氨酸残基，无二硫键形成）

©Silkdoesnotstretchsinceitspconformationisalreadyhighlyextendedo

⑤Structureisflexiblesincethemajorforceholdingsheetstogetherisweakinteractions

ratherthandisulfidebonds（二硫键）asina-keratins.

二GlobularproteinsandtheirStructruralpatterns

1.Myoglobin肌红蛋白

①肌红蛋白存在于肌肉中，心肌中含量特别丰富。抹香鲸肌红蛋白三级结构于I960年由Kendrew用X

线衍射法阐明，这是世界上第一个被描述的蛋白质三级结构。

②由一条多肽链+一个辅基多肽链（亚铁血红素一一为亚铁原吓咻化合物，它由4个毗咯通过4个甲

快基相连成一个大环，Fe2+居于环中。其位于球形分子内部一口袋形空穴中）

③分子呈紧密球形，多肽链中氨基酸残基上的疏水侧链大都在分子内部，亲水侧链多位于分子表面，

因此其水溶性较好。

④三级结构：有8段a-螺旋区

⑤血红素和氨基酸的结合部位有两个组氨酸残基，在和。的结合中起关键作用。

2Structruralpatterns

ADomain结构域

1定义：含数百个AAS残基的多肽链经常折叠成两个或多个稳定的、相对独立的、球状实体，称为结构域。

“相对独立的”指：①热学稳定性为独立的——加热或其他变性因素时两个结构域之间变性不同步。

②通常执行不同的功能

2结构域也经常是功能域。功能域是蛋白质分子中能独立存在的功能单位，其可以为一个结构域，也可以

由多个结构域组成。

3结构域的意义

a从结构角度来看，一条长的多肽链先分别折叠成几个相互独立的区域，再缔合成三级结构要比整条多肽

链直接缔合成三级结构在动力学上为更为合理的途径。

b从功能角度来看，许多多结构域的酶，其活性中心都位于结构域之间，因为通过结构域容易构建具有特

定三维排布的的活性中心

c结构域之间常常只有一段柔性的肽链连接，形成所谓的较链区，使结构域容易发生相对运动，结构域之

间的这种柔性特性将有利于活性中心结合底物和对底物施加应力，有利于别构中心结合调节物和发生别

构效应。

B超二级结构

1定义

由若干相邻二级结构元件组合在一起，彼此相互作用，形成种类不多，有规则，稳定的二级结构组合，

称为超二级结构（或Motifs基元,）为介于二级三级之间的一种结构层次。

2常见的几种基本组合形式：

①aa

由两股平行或反平行排列的右手helix相互缠绕而成的左手超螺旋。

②pap

由两段平行的B股和一段作为连接链的a-B股之间还有氢键相连，连接链反平行地交

叉在。片的一侧，。片的疏水侧链面向a螺旋的疏水面，彼此紧密装配。

③PP

实际上就是反平行B片，只不过在球状蛋白质中多是由一条多肽链的若干区段的。股反平行组合而成,

两个。股间通过一个短回环连接起来。常见的有。发夹，B曲折（多个反平行。股通过紧凑的转角连接而

成）和希腊钥匙拓扑结构。

con,rxGCt.xon

botzwoor*Q曰七Tacdn

《'veryr»ro>>

3proteinstructuralclassification

①alla

②allp

③a/p：a-helix和p-sheet交替出现

④a+B：一段肽链全为a,另一段全为。EPaaaaa+PPPPP

4Quaternarystructures&symmetry（对称性）

•四级结构具对称性的原因——追求最经济

①四级结构由多条多肽链构成，但其种类可能只有i~2种，因为单体形状结构更固定——由于同样的结

构重复再现，所以结构易呈对称性。

②称对称性和多面体的特性在病毒的蛋白质外壳中尤为突出。

§3.4ProteinDenaturation（变性）&Folding

—FourTypesofNoncovalent（"Weak"）

InteractionsamongBiomoleculesinAqueousSolvent（液体溶齐ij）

•常见的分子间相互作用

vanderWaalsinteractions、Hbonds、Hydrophobicinteractionsxstericforce（空间位阻作用）、

sovaltionforce（溶剂作用）

A范德华作用力——弱静电作用力

范

德

瓦

耳

斯

力

BHydrogenbond（静电相互作用）

1定义：由电负性较大的原子和氢共价结合的基团具很大的偶极矩，成键电子云的分布偏向电负性较大的

原子，因此氢原子核周围的电子云密度小，氢核几近裸露，这一正电荷氢核遇到另一个电负性大

的原子则产生静电吸引，称为氢键。用A——H-----B表示。

2氢键具有方向性——沿键轴方向形成的键强度最大

e.g：p-pleatedsheet反平行结构比平行结构稳定，就是因为其反平行时形成的氢键是头碰头的，而平

行时形成的氢键不能很好的重叠。

3氢键具有饱和性

一般情况下A——H只能和一个y原子相结合，因为H非常小，而供体和接纳体原子都相当大，这样将

排斥另一接纳原子再和H结合。

4氢键形成具有协同性

即一个氢键的形成能促进其余氢键的形成

5氢键的键能比共价健小很多，但比范德华力大。

CHydrophobicinteraction

为非极性分子之间的一种弱的、非共价的相互作用。这些非极性分子（如一些中性氨基酸残基，也称之

疏水残基）在水相环境中具有避开水而相互聚集的侦向。

1其作用范围可达lOOnm作用（一般的非共价作用力W5nm）

2已知△G=ZkH-TZ\S

G：吉布斯自由能4H：熔变ZkS：焙变

e.gA：

①NaCI晶体：S小（有序性高）液态水分子:S大（有序性低）

②当把NaCI投入水中后，Na+、CU会分别被水分子包围，形成水化层

③从NaCI来看，S增加从H2。来看，S减小（形成水化层，更有序）

其总的结果是：4G,即增加，所以此过程可自发进行

e.gB：

①油脂分子滴入水中后，不会分散

②从外界给予能量（加热，搅拌）后，虽然由于水分子和油脂分子不亲和，但油脂的位于表面疏水基团外

有有水分子有序地排列成笼状的结构，所以H2。的炮减少；但油脂分子S上升

③其净焙变是减少的，所以反应不可自发进行，当外界停止提供能量石，油脂又会重新聚集（此过程4

S增加），由于油脂分子表面都是疏水基团，所以这个疏水分子和疏水分子一起作用打开水笼子的过程

便为“疏水相互作用：

•疏水相互作用是疏水分子和疏水分子之间的相互作用~~!!!

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■ntcructions

・二Non-covalentinteractionsinproteinfolding

AG=AH-TAS

|AG|=20-65kJ/mol

生理条件下

Unfoldedprotein----------------------------------------------->Foldedprotein

1能形成H键的基团与H20形成H键