第二节蛋白质的分子结构

蛋白质的分子结构一级结构二级结构三级结构四级结构空间结构——基本结构当前第1页\共有31页\编于星期五\22点一、蛋白质的一级结构

1．定义：

蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，一级结构的主要连接键是肽键，通常将二硫键也归属于一级结构2．结构特点：蛋白质的序列具有方向性，一般书写顺序是从N-端到C-端，其主要作用是决定蛋白质分子的高级结构和功能当前第2页\共有31页\编于星期五\22点胰岛素由51个氨基酸残基组成，分为A、B两条链。A链21个氨基酸残基，B链30个氨基酸残基。A、B两条链之间通过两个二硫键联结在一起，A链另有一个链内二硫键。当前第3页\共有31页\编于星期五\22点一级结构是蛋白质空间结构和特异生物学功能的基础，但并不是决定蛋白质空间结构的唯一因素当前第4页\共有31页\编于星期五\22点1、定义：指多肽链主链骨架原子的空间相对位置，不涉及氨基酸残基侧链的构象。2、基本类型：

-螺旋、-折叠、-转角、无规结构3、稳定二级结构的作用力：氢键二、蛋白质的二级结构

当前第5页\共有31页\编于星期五\22点(1)-螺旋结构要点：(1)肽键平面为单位,以-碳原子为转折盘旋形成右手螺旋，螺旋的每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距离为0.54nm，每个残基沿轴旋转100，上升0.15nm(2)主链原子构成螺旋的主体,侧链在其外部，直径约为0.5nm当前第6页\共有31页\编于星期五\22点-螺旋左、右手螺旋当前第7页\共有31页\编于星期五\22点(3)每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基酸氨基上的氢形成氢键(共形成n-4个氢键)，所有肽键都能参与链内氢键的形成，氢键的方向与中心轴大致平行,是稳定螺旋的主要作用力3.613(SN)(4)Pro的N上缺少H，不能形成氢键，经常出现在-螺旋的端头，它改变多肽链的方向并终止螺旋当前第8页\共有31页\编于星期五\22点当前第9页\共有31页\编于星期五\22点（2）-折叠

β-折叠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。侧链基团与Cα间的键几乎垂直于折叠平面，R基团交替地分布于片层平面两侧。

β-折叠分平行式和反平行式，后者更为稳定。N端在同一端。氨基酸之间沿轴相距0.325nmN端不在同一端。氨基酸之间沿轴相距0.35nm当前第10页\共有31页\编于星期五\22点当前第11页\共有31页\编于星期五\22点维持β-折叠结构稳定性的力——氢键由一条链上的羰基和另一条链上的氨基之间形成，即氢键是在链与链之间形成的。当前第12页\共有31页\编于星期五\22点（a）平行式

（b）反平行式当前第13页\共有31页\编于星期五\22点三、蛋白质的二级结构(3)-转角概念：

肽链出现180回折的转角处结构称为-转角结构特点：

第一个残基的C=O与第四个残基的N-H形成氢键，常见于连接反平行β-折叠片的端头(如Gly与Pro)，多位于球状蛋白质分子表面，约占全部残基的四分之一当前第14页\共有31页\编于星期五\22点(4)无规卷曲oil）概念：

没有确定规律性的肽键构象特点：

常见于球状蛋白质分子中，在其它类型二级结构肽段之间起连接作用，有利于整条肽链盘曲折叠。酶的功能部位常常处于这种构象区域。H2N

COOH

当前第15页\共有31页\编于星期五\22点α-螺旋β-折叠β-转角无规卷曲核糖核酸酶分子中的二级结构当前第16页\共有31页\编于星期五\22点蛋白质二级结构总结多肽链折叠的规则方式当前第17页\共有31页\编于星期五\22点三、蛋白质的三级结构

概念：

蛋白质分子中所有原子(包括主链和侧链)在三维空间的排列分布，又称为空间结构、三维结构、构象当前第18页\共有31页\编于星期五\22点维持三级结构的作用力二硫键——共价键疏水作用非共价键（次级键）氢键

离子键范德华力当前第19页\共有31页\编于星期五\22点稳定蛋白质三维结构的作用力a离子键b氢键c疏水作用

d范德华力e二硫键abcdeacd当前第20页\共有31页\编于星期五\22点

氢键对维持二级结构特别重要

疏水作用对维持三级结构特别重要

这些非共价键以量取胜，它们不仅稳定了蛋白质的三维结构，对蛋白质的功能也有重要影响作用当前第21页\共有31页\编于星期五\22点疏水核：

疏水区多位于分子内部，

往往

是与辅酶/基或底物结合的位点维持蛋白质三级结构稳定的因素

亲水区：

亲水区多位于分子表面，

故球

形蛋白质水溶性较好

当前第22页\共有31页\编于星期五\22点蛋白质三级结构的其它特点：

许多在一级结构上相差很远的氨基酸碱基在三级结构上相距很近。三级结构是蛋白质发挥生物活性所必须的。所有具有高度生物学活性的蛋白质几乎都是球状蛋白。球状蛋白的三级结构很密实，大部分的水分子从球形蛋白的核心中被排出，这使得极性基团间以及非极性基团间的相互用成为可能。蛋白质的三级结构当前第23页\共有31页\编于星期五\22点例子1——胰岛素分子的三级结构当前第24页\共有31页\编于星期五\22点例2——溶菌酶分子的三级结构当前第25页\共有31页\编于星期五\22点例3——磷酸丙糖异构酶和丙酮酸激酶的三级结构当前第26页\共有31页\编于星期五\22点

许多蛋白质是由两个或两个以上独立的球状蛋白质通过非共价键结合成的多聚体，称为寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每个独立的球状蛋白质称为亚基，亚基一般由一条肽链构成，也称为单体。蛋白质的四级结构是指亚基的种类、数量以及各个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布和亚基间的相互作用。四、蛋白质的四级结构

当前第27页\共有31页\编于星期五\22点蛋白质的四级结构当前第28页\共有31页\编于星期五\22点四级结构的特点:亚基单独存在时无生物活性，只有相互聚合成特定构象时才具有完整的生物活性亚基之间以非共价键结合，容易彼此解离大多数寡聚蛋白质分子的亚基的排列是对称的，对称性是四级结构蛋白质最重要的性质之一当前第29页\共有31页\编于星期五\22点血红蛋白的四级结构当前第30页\共有31页\编