蛋白质的三维结构

蛋白质的三维结构蛋白质的三维结构第1页

每一个天然蛋白质都有自己特有空间结构，称三维结构或空间构象。蛋白质的三维结构第2页一、研究方法

X射线衍射法主要方法光谱学方法（溶液中蛋白质构象）

1.紫外差光谱

2.荧光和荧光偏振

3.圆二色性（CD）

4.核磁共振（NMR）蛋白质的三维结构第3页X-raycrystalographyPureproteiniscrystalisedDiffractionofX-raysgivespatternwhichcanbesolvedtogivestructure蛋白质的三维结构第4页X-raycrystalographyPureproteiniscrystalisedDiffractionofX-raysgivespatternPattercanbesolvedtogivestructure蛋白质的三维结构第5页X-raycrystalographyPureproteiniscrystalisedDiffractionofX-raysgivespatternwhichcanbesolvedtogivestructure蛋白质的三维结构第6页蛋白质的三维结构第7页

蛋白质空间结构(构象):蛋白质分子内各原子围绕一些共价键旋转而形成空间排布及相互关系。构象决定着蛋白质分子形状、理化性质和生物学活性。

构象主链构象多肽主链骨架上各原子(α-碳原子及肽键相关原子)排布及相互关系，可影响侧链基团排布侧链构象各氨基酸残基侧链基团(R基)中原子排布及相互关系，可影响主链折叠和卷曲方式。蛋白质的三维结构第8页二、多肽主链折叠空间限制

一个蛋白质多肽链在生物体内只有一个或极少几个构象，且相当稳定，这种构象称天然构象，此时蛋白质含有生物活性，这一事实说明：天然蛋白质主链上单键并不能自由旋转。

蛋白质的三维结构第9页1、酰胺平面与肽链二面角

蛋白质的三维结构第10页CαCαCONRHRHH0.151nm0.132nm0.146nm伸展肽键中各键键长0.127<0.132<0.149（双键<肽键<单键）(1)形成二级结构基础━

肽键平面(peptideunit)

肽键平面:肽键含有双键性质,不能自由转动，与肽键相关6个原子形成一个平面。蛋白质的三维结构第11页Thepartialdoublebondcharacterofthepeptidebond.Resonanceinteractionsamongthecarbon,oxygen,andnitrogenatomsofthepeptidegroupcanberepresentedbytworesonanceextremes(aandb).(a)Theusualwaythepeptideatomsaredrawn.(b)Inanequallyfeasibleform,thepeptidebondisnowadoublebond;theamideNbearsapositivechargeandthecarbonylOhasanegativecharge.(c)Theactualpeptidebondisbestdescribedasaresonancehybridoftheformsin(a)and(b).

Significantly,alloftheatomsassociatedwiththepeptidegrouparecoplanar,rotationaboutCo–Nisrestricted,andthepeptideisdistinctlypolar.

(IrvingGeis)

蛋白质的三维结构第12页Thecoplanarrelationshipoftheatomsintheamidegroupishighlightedasanimaginaryshadedplanelyingbetweentwosuccessivea-carbonatomsinthepeptidebackbone.蛋白质的三维结构第13页CCα3Cα2Cα1CNNHHHOOR酰胺平面1酰胺平面2肽单元及其旋转ψΦ蛋白质的三维结构第14页Transandcispeptidebonds.Thetransformisstronglyfavoredbecauseofstericclashesthatoccurinthecisform.反式（Trans）顺式（cis）蛋白质的三维结构第15页肽键平面或酰胺平面关键点：肽键含有双键性质,不能自由转动，与肽键相关6个原子约束于一个平面，称为肽平面；参加肽键6个原子：-Cα-CO-NH-Cα-称为肽单元(peptideunit)；肽平面是反式构形，即2个Cα在肽键异侧C

与肽键N、C原子是单键，可旋转,决定了相邻肽平面相对空间位置。蛋白质的三维结构第16页多肽主链上只有α碳原子连接两个键（Cα—N1和Cα-C2）是单键，能自由旋转。

围绕Cα—N键旋转角度为Φ

围绕Cα—C2键旋转角度称Ψ多肽链全部可能构象都能用Φ和Ψ这两个构象角来描述，称二面角。(2)二面角蛋白质的三维结构第17页

当Φ旋转键Cα-N1两侧N1-C1和Cα-C2呈顺式时，要求Φ=0°。

当Ψ旋转键Cα-C2两侧Cα-N1和C2-N2呈顺式时，要求Ψ=0°。

从Cα向N1看，顺时针旋转Cα-N1键形成Φ角为正值，反之为负值。

从Cα向C2看，顺时针旋转Cα-C2键形成Ψ角为正值，反之为负值。

蛋白质的三维结构第18页Manyofthepossibleconformationsaboutana

-carbonbetweentwopeptideplanesareforbiddenbecauseofstericcrowding.Severalnoteworthyexamplesareshownhere.

Note:TheformalIUPAC-IUBCommissiononBiochemicalNomenclatureconventionforthedefinitionofthetorsionanglesfandy

inapolypeptidechain(Biochemistry

9:3471–3479,1970)isdifferentfromthatusedhere,wheretheCa

atomservesasthepointofreferenceforbothrotations,buttheresultisthesame.(IrvingGeis)

蛋白质的三维结构第19页蛋白质的三维结构第20页2、多肽链折叠空间限制Φ和Ψ同时为0°构象实际不存在，因为两个相邻肽平面上酰胺基H原子和羰基0原子接触距离比其范德华半经之和小，空间位阻。蛋白质的三维结构第21页所以二面角（Φ、Ψ）所决定构象能否存在，主要取决于两个相邻肽单位中非键合原子间靠近有没有妨碍。Cα上R基大小与带电性影响Φ和Ψ

P206表3-12蛋白质中非键合原子间最小接触距离。蛋白质的三维结构第22页三、拉氏构象图：Ramachandran依据蛋白质中非键合原子间最小接触距离，确定了哪些成对二面角（Φ、Ψ）所要求两个相邻肽单位构象是允许，哪些是不允许，而且以Φ为横坐标，以Ψ为纵坐标，在坐标图上标出，该坐标图称拉氏构象图。蛋白质的三维结构第23页Ramachandranplot蛋白质的三维结构第24页⑴实线封闭区域

普通允许区，非键合原子间距离大于普通允许距离，此区域内任何二面角确定构象都是允许，且构象稳定。

⑵虚线封闭区域

是最大允许区，非键合原子间距离介于最小允许距离和普通允许距离之间，立体化学允许，但构象不够稳定。蛋白质的三维结构第25页⑶虚线外区域

是不允许区，该区域内任何二面角确定肽链构象，都是不允许，此构象中非键合原子间距离小于最小允许距离，斥力大，构象极不稳定。

GlyΦ、Ψ角允许范围很大。蛋白质的三维结构第26页总之，因为原子基因之间不利空间相互作用，肽链构象范围是很有限，对非Gly氨基酸残基普通允许区占全平面7.7%，最大允许区占全平面20.3％。蛋白质的三维结构第27页Configurationandconformationarenotsynonymous.(a)Rearrange-mentsbetweenconfigurationalalternativesofamoleculecanbeachievedonlybybreakingandremakingbonds,asinthetransformationbetweentheD-andL-configurationsofglyceraldehyde.NopossiblerotationalreorientationofbondslinkingtheatomsofD-glyceraldehydeyieldsgeometricidentitywithL-glyceraldehyde,eventhoughtheyaremirrorimagesofeachother.(b)Theintrinsicfreerotationaroundsinglecovalentbondscreatesagreatvarietyofthree-dimensionalconformations,evenforrelativelysimplemolecules.Consider1,2-dichloroethane.Viewedend-oninaNewmanprojection,threeprincipalrotationalorientationsorconformationspredominate.Stericrepulsionbetweeneclipsedandpartiallyeclipsedconformationskeepsthepossibilitiesatareasonablenumber.(c)Imaginetheconformationalpossibilitiesforaproteininwhichtwoofeverythreebondsalongitsbackbonearefreelyrotatingsinglebonds.蛋白质的三维结构第28页四、二级结构基础类型：多肽折叠规则方式

驱使蛋白质折叠主要动力：

(1)暴露在溶剂中疏水基团降低至最少程度。

(2)要保持处于伸展状态多肽链和周围水分子间形成氢键相互作用有利能量状态。蛋白质的三维结构第29页肽链局部空间结构,即肽链某一区段中氨基酸残基相对空间位置-------蛋白质二级结构蛋白质的三维结构第30页1、α螺旋蛋白质的三维结构第31页

在α螺旋中，多肽主链按右手或左手方向盘绕，形成右手螺旋或左手螺旋，相邻螺圈之间形成链内氢键，组成螺旋每个Cα都取相同二面角Φ、Ψ。（1）α螺旋及其特征蛋白质的三维结构第32页经典α螺旋有以下特征：

①二面角：Φ=-57°,Ψ=-48°，是一个右手螺旋

回想P208图5-14②每圈螺旋：3.6个a.a残基，高度：0.54nm

③每个残基绕轴旋转100°，沿轴上升0.15nm

蛋白质的三维结构第33页④氨基酸残基侧链向外。⑤相邻螺圈之间形成链内氢链，氢键取向几乎与中心轴平行。

⑥肽键上N-H氢与它后面（N端）第四个残基上C=0氧间形成氢键。蛋白质的三维结构第34页这种经典α螺旋用3.613表示，3.6表示每圈螺旋包含3.6个残基，13表示氢键封闭环包含13个原子。蛋白质的三维结构第35页2.27螺旋（n=1）

310

螺旋（n=2，Φ=-49°,Ψ=-26°）

613螺旋（n=3）

4.316螺旋（n=4）

封闭环原子数3n+4（n=1、2、.....）

2.273103.6134.316

n=1n=2n=3n=4

α-螺旋π-螺旋

蛋白质的三维结构第36页Theoxygen-carryingmoleculemyoglobin(153aminoacidslong)isshown,withoneregionofαhelixoutlinedincolor.(B)Aperfectαhelixisshowninoutline蛋白质的三维结构第37页α-螺旋关键点：

普通为右手螺旋（

=-57o,=-47o）；每个螺旋圈含3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm;

螺旋圈之间经过氢键维持结构稳定;R侧链位于螺旋外侧，其大小、形状及电荷等是影响此结构形成主要原因。蛋白质的三维结构第38页（2）R侧链对α-螺旋影响R侧链大小和带电性决定了能否形成α-螺旋以及形成α-螺旋稳定性。

蛋白质的三维结构第39页①多肽链上连续出现带同种电荷基团氨基酸残基,(如Lys，或Asp，或Glu)，则因为静电排斥，不能形成链内氢键，从而不能形成稳定α-螺旋。如多聚Lys、多聚Glu。而当这些残基分散存在时，不影响α-螺旋稳定。蛋白质的三维结构第40页②GlyΦ角和Ψ角可取较大范围，在肽中连续存在时，使形成α-螺旋所需二面角机率很小，不易形成α-螺旋。丝心蛋白含50%Gly，不形成α-螺旋。

③R基大（如Ile）不易形成α-螺旋蛋白质的三维结构第41页④Pro、脯氨酸中止α-螺旋。

⑤R基较小，且不带电荷氨基酸利于α-螺旋形成。如多聚丙氨酸在pH7水溶液中自发卷曲成α-螺旋。蛋白质的三维结构第42页（3）pH对α—螺旋影响多聚L-Glu和多聚L-Lys蛋白质的三维结构第43页（4）右手α-螺旋与左手α-螺旋图右手螺旋比左手螺旋稳定。

蛋白质中α—螺旋几乎都是右手，但在嗜热菌蛋白酶中有很短一段左手α-螺旋，由Asp-Asn-Gly-Gly（226-229）组成（φ+64°、Ψ+42°）。

蛋白质的三维结构第44页（5）α-螺旋结构旋光性因为α-螺旋结构是一个不对称分子结构，因而含有旋光性，原因：（1）α碳原子不对称性，（2）构象本身不对称性。

蛋白质的三维结构第45页天然α-螺旋能引发偏振光右旋，利用α—螺旋旋光性，可测定蛋白质或多肽中α-螺旋相对含量，也可用于研究影响α-螺旋与无规卷曲这两种构象之间互变原因。

蛋白质的三维结构第46页α-螺旋比旋不等于组成其本身氨基酸比旋加和，而无规卷曲肽链比旋则等于全部氨基酸比旋加和。蛋白质的三维结构第47页（6）α-螺旋（包含其它二级结构）形成中协同性一旦形成一圈α-螺旋后，随即逐一残基加入就会变愈加轻易而快速。

蛋白质的三维结构第48页2、β-折叠定义：多肽链局部肽段，以肽键平面为单位折叠成锯齿状一个较伸展结构。蛋白质的三维结构第49页蛋白质的三维结构第50页两条或多条几乎完全伸展多肽链（或同一肽链不一样肽段）侧向聚集在一起，相邻肽链主链上NH和C=0之间形成氢链，这么多肽构象就是β-折叠片。adomainof115aminoacidsfromanimmunoglobulinmoleculeisshown蛋白质的三维结构第51页β-折叠中全部肽链都参于链间氢键形成，氢键与肽链长轴靠近垂直。多肽主链呈锯齿状折叠构象，侧链R基交替地分布在片层平面两侧。蛋白质的三维结构第52页平行式：全部参加β-折叠肽链N端在同一方向。

反平行式：肽链极性一顺一倒，N端间隔相同

平行式：φ=-119°Ψ=+113°

反平行式：φ=-139°Ψ=+135°蛋白质的三维结构第53页从能量上看，反平β-折叠比平行更稳定，前者氢键NH---O几乎在一条直线上，此时氢键最强。

在纤维状蛋白质中β-折叠主要是反平行式，而在球状蛋白质中反平行和平行两种方式都存在。

在纤维状蛋白质β-折叠中，氢键主要是在肽链之间形式，而在球状蛋白质中，β-折叠既可在不一样肽链间形成，也可在同一肽链不一样个别间形成。蛋白质的三维结构第54页Aproteinrichinsheets.Thestructureofafattyacid-bindingprotein.β-Sheets常是扭曲。蛋白质的三维结构第55页β-片层关键点：多肽链较伸展,遇Cα发生折叠,R侧链交织位于锯齿状结构上下方；两条或多条肽链片段平行排列，靠链间氢键稳定构象；两条肽链走向能够是顺向平行或反向平行。蛋白质的三维结构第56页3、β-转角（β-turn）β-转角也称β-回折（reverseturn）、β-弯曲（β-bend）、发夹结构（hair-pinstructure）

β-转角是球状蛋白质分子中出现180°回折，有些人称之为发夹结构，由第一个aa残基C=O与第四个氨基酸残基N-H间形成氢键。蛋白质的三维结构第57页Thestructuresoftwokindsofb

-turns(alsocalledtightturnsorb

-bends)(IrvingGeis)蛋白质的三维结构第58页当前发觉β转角多数在球状蛋白质分子表面，β转角在球状蛋白质中含量十分丰富，占全部残基1/4。

β转角特征：

①由多肽链上4个连续氨基酸残基组成。

②主链骨架以180°返回折叠。蛋白质的三维结构第59页③第一个a.a残基C=O与第四个a.a残基N-H生成氢键

④C1α与C4α之间距离小于0.7nm

⑤多数由亲水氨基酸残基组成。

蛋白质的三维结构第60页β-转角(β-turn)关键点：

定义：多肽链中某局部出现180度回折处形成特定构象。特征：普通由四个氨基酸组成，常见氨基酸：Pro,Gly,Asp,Asn,Trp以氢键维持稳定，第1个氨基酸残基C=O与第4个残基N-H之间形成氢键。赋予蛋白质较大构象柔性，常位于三维结构表面，有些含有特定功效。蛋白质的三维结构第61页Threedifferentkindsofb-bulgestructuresinvolvingapairofadjacentpolypeptidechains.(AdaptedfromRichardson,J.S.,1981.AdvancesinProteinChemistry34:167–339.)蛋白质的三维结构第62页4、无规卷曲没有规律多肽链主链骨架构象。

球状蛋白中含量较高，对外界理化因子敏感，与生物活性相关。

α-螺旋，β-转角，β-折叠在拉氏图上有固定位置，而无规卷曲φ、Ψ二面角可存在于全部允许区域内。蛋白质的三维结构第63页蛋白质的三维结构第64页α-螺旋(α-

helix)β-折叠(β-

pleatedsheet)β-转角(β-turn)蛋白质空间结构单元环(loop)无规则卷曲（randomcoil）Ribbonmodelofthebacterialcatabolitegeneactivatorprotein(CAP)蛋白质的三维结构第65页

五、超二级结构和结构域（一）超二级结构

由若干个相邻二级结构单元（α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规卷曲）组合在一起，彼此相互作用，形成有规则、在空间上能够识别二级结构组合体。★超二级结构在结构层次上高于二级结构，但没有聚集成含有功效结构域．蛋白质的三维结构第66页1、αα结构（复绕α-螺旋）由两股或三股右手α-螺旋彼此缠绕而成左手超螺旋，重复距离140A。

p221图5-29A

存在于α-角蛋白，肌球蛋白，原肌球蛋白和纤维蛋白原中。

αα蛋白质的三维结构第67页2、βxβ结构两段反平行式β-链（或单股β-折叠）经过一段连接链（x结构）连接而形成超二级结构。

①βcβ

x为无规卷曲

p221图5-29D

蛋白质的三维结构第68页蛋白质的三维结构第69页②βαβx为α-螺旋，最常见是βαβαβ，称Rossmann折叠，存在于苹果酸脱氢酶，乳酸脱氢酶中。

p221图5-29C

蛋白质的三维结构第70页3、β波折（β-meander）

由三条（以上）相邻反平行式β-折叠链经过紧凑β-转角连接而形成超二级结构。

P221图5-29E

蛋白质的三维结构第71页4、回形拓扑结构（希腊钥匙）P221图5-29F

蛋白质的三维结构第72页蛋白质的三维结构第73页5、β-折叠桶由多条β-折叠股组成β-折叠层，卷成一个筒状结构，筒上β折叠能够是平行或反平行，普通由5-15条β-折叠股组成。

超氧化物歧化酶β-折叠筒由8条β-折叠股组成。捅中心由疏水氨基酸残基组成。

蛋白质的三维结构第74页蛋白质的三维结构第75页6、α-螺旋-β转角-α-螺旋

两个α-螺旋经过一个β转角连接在一起。

λ噬菌体λ阻遏蛋白含此结构。在蛋白质与DNA相互作用中，此种结构占有极为主要地位。◆

HTH三维构型中由转角分隔两个a-螺旋与DNA结合。与其它DNA结合蛋白不一样是，HTH不能单独折叠或与DNA结合，它只是DNA结合蛋白一个别，HTH构型以外氨基酸在控制识别和结合DNA中含有主要作用。蛋白质的三维结构第76页

结构域又称motif(模块)

在二级结构及超二级结构基础上，多肽链深入卷波折叠，组装成几个相对独立、近似球形三维实体。

蛋白质的三维结构第77页结构域是球状蛋白折叠单位，多肽链折叠最终一步是结构域间缔合。

对于较小蛋白质分子或亚基来说，结构域和三级结构往往是一个意思，就是说这些蛋白质是单结构域。蛋白质的三维结构第78页每个结构域负担一定生物学功效，几个结构域协同作用，可表达出蛋白质总体功效。比如，脱氢酶类多肽主链有两个结构域，一个为NAD+结合结构域，一个是起催化作用结构域，二者组合成脱氢酶脱氢功效区。

蛋白质的三维结构第79页结构域普通有１００－２００氨基酸残基，结构域之间经常有一段柔性肽段相连，形成所谓铰链区，使结构域之间能够发生相对移动。结构域间裂缝，常是活性部位，也是反应物出入口。普通情况下，酶活性部位位于两个结构域裂缝中。蛋白质的三维结构第80页Thestructureoftheglycolyticenzymeglyceraldehyde3-phosphatedehydrogenase.Theproteiniscomposedoftwodomains,eachshowninadifferentcolor,withregionsofαhelixrepresentedbycylindersandregionsof

sheetrepresentedbyarrows.Notethatthethreeboundsubstrateslieataninterfacebetweenthetwodomains蛋白质的三维结构第81页EF手：钙结合蛋白中，含有Helix-Loop-Helix结构

锌指：DNA结合蛋白中，2个His、2个Cys结合一个Zn

亮氨酸拉链：DNA结合蛋白中，由亮氨酸倒链形成拉链式结构，蛋白质的三维结构第82页◆锌指区域包含二个半胱氨酸(Cys)及二个组氨酸(His)族，其保守重复序列为Cys-N2-4-Cys-N12-14-His-N3-His。其中Cys和His残基与锌离子(Zn++)形成配位键，使氨基酸折叠成环，形成类似手指构型(图8－28)。蛋白质的三维结构第83页Thezinc-fingermotifispresentinmanyDNA-bindingproteinsthathelpregulatetranscription.AZn2ionisheldbetweenapairofstrands(blue)andasinglehelix(red)byapairofcysteineresiduesandapairofhistidineresidues.Thetwoinvariantcysteineresiduesareusuallyatpositions3and6andthetwoinvarianthistidineresiduesareatpositions20and24inthis25-residuemotif.蛋白质的三维结构第84页◆bZIP含有可形成蛋白质-蛋白质二聚体亮氨酸拉链区(leucinezipper，LP)。蛋白质的三维结构第85页CoiledcoilmotiforLeucinezipperTheparalleltwo-strandedcoiled-coilmotiffoundinthetranscriptionfactorGcn4ischaracterizedbytwoheliceswoundaroundoneanother.Helixpackingisstabilizedbyinteractionsbetweenhydrophobicsidechains(redandblue)presentatregularintervalsalongthesurfacesoftheintertwinedhelices.Eachhelixexhibitsacharacteristicheptadrepeatsequencewithahydrophobicresidueatpositions1and4.蛋白质的三维结构第86页Arepresentationoftheso-calledE–Fhandstructure,whichformscalcium-bindingsitesinavarietyofproteins.ThestickdrawingshowsthepeptidebackboneoftheE–Fhandmotif.The“E”helixextendsalongtheindexfinger,alooptracestheapproximatearrangementofthecurledmiddlefinger,andthe“F”helixextendsoutwardalongthethumb.Acalciumion(Ca2+)snugglesintothepocketcreatedbythetwohelicesandtheloop.Kretsingerandcoworkersoriginallyassignedlettersalphabeticallytothehelicesinparvalbumin,aproteinfromcarp.TheE–FhandderivesitsnamefromthelettersassignedtothehelicesatoneoftheCa2+-bindingsites.蛋白质的三维结构第87页溶菌酶结构域个别蛋白质结构域蛋白质的三维结构第88页六、三级结构：三级结构：整个多肽链在二级结构、超二级结构和结构域基础上盘旋、折叠，形成特定整个空间结构。

或者说，三级结构是多肽链中全部原子空间排布。蛋白质的三维结构第89页1、三级结构有以下特点：

许多在一级结构上相差很远aa残基在三级结构上相距很近。球形蛋白三级结构很密实，大个别水分子从球形蛋白关键中被排出，这使得极性基团间以及非极性基团间相互用成为可能。

分子大球形蛋白(200aa以上)，经常含有几个结构域，结构域是一个密实结构体，经典情况下经常含有特定功效(如结合离子和小分子)蛋白质的三维结构第90页球状蛋白质三维结构特征：含各种二级结构元件；含有显著折叠层次；紧密球状或椭球状；疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面；分子表面有裂缝。蛋白质的三维结构第91页2、维持三级结构作用力：P201图5-8

（1）氢键

大多数蛋白质采取折叠策略是使主链肽基之间形成最大数目标分子内氢键（如α-螺旋、β-折叠），同时保持大个别能成氢键侧链处于蛋白质分子表面，与水相互作用。

蛋白质的三维结构第92页Thethree-dimensionalstructureofbovinepancreatictrypsininhibitor.Notethestabilizationofthea

-helixbyahydrogenbondtoSer47andthestabilizationoftheb

-sheetbyAsn43.

氢键：是非共价键中键能最弱，但数目最多最主要键。蛋白质的三维结构第93页蛋白质的三维结构第94页（2）范德华力（分子间及基团间作用力）

包含三种弱作用力：

定向效应极性基团间

诱导效应极性与非极性基团间

分散效应非极性基团间蛋白质的三维结构第95页（3）疏水相互作用

蛋白质中疏水残基避开水分子而聚集在分子内部趋向力。它在维持蛋白质三级结构方面占有突出地位。

CH2-CH-CO-NH-CH2-CH-CO-NH--NH-CH-CO-CH3CH3-NH-CH-CO蛋白质的三维结构第96页（4）离子键（盐键）

是正电贺和负电荷之间一个静电作用。

生理pH下，Asp、Glu侧链解离成负离子，Ｌys、Arg、His离解成正离子。多数情况下，这些基团分布在球状蛋白质分子表面，与水分子形成排列有序水化层。偶然有少数带相反电荷测链在分子疏水内部形成盐键。

蛋白质的三维结构第97页（5）共价健主要是二硫键，

在二硫键形成之前，蛋白质分子已形成三级结构，二硫键不指导多肽链折叠，三级结构形成后，二硫键可稳定此构象。

主要存在于体外蛋白中，在细胞内，因为有高浓度还原性物质，所以没有二硫键。

蛋白质的三维结构第98页（6）静电相互作用

最强静电作用就是带相反电何离子基因间静电作用，又称盐桥。

盐桥和较弱静电相互作用(离子-偶级、偶级-偶级、范德华力)也是维持亚基间以及蛋白质与配体间作用力。蛋白质的三维结构第99页蛋白质的三维结构第100页七蛋白质四级结构

含有二条或二条以上独立三级结构多肽链组成蛋白质，其多肽链间经过次级键相互组合而形成空间结构称为蛋白质四级结构(quarternarystructure)。其中，每个含有独立三级结构多肽链单位称为亚基(subunit)。蛋白质的三维结构第101页

四级结构实际上是指亚基立体排布、相互作用及接触部位布局。亚基之间不含共价键，亚基间次级键结合比二、三级结构疏松，所以在一定条件下，四级结构蛋白质可分离为其组成亚基，而亚基础身构象仍可不变。蛋白质的三维结构第102页蛋白质的三维结构第103页由相同或不一样亚基(或分子)按照一定排布方式聚合而成聚合体结构。它包含亚基(或分子)种类、数目、空间排布以及相互作用。依据亚基数目标不一样，能够将寡聚蛋白分为二聚体、三聚体、四聚体等。依据亚基种类不一样，能够分别以α、β、γ、δ、ε命名不一样亚基。维持四级结构作用力是疏水键、离子键、氢键、范德华引力。蛋白质的三维结构第104页亚基(subunit)，普通只包含一条多肽链，但有亚基由2条或更多条多肽链组成，这些多肽链彼此以二硫键相连。由少数亚基聚合而成蛋白质，称为寡聚蛋白(Oligomerprotein)；由几十个，甚至于上千个亚基聚合而成蛋白质，称为多聚蛋白(polymerprotein)。蛋白质的三维结构第105页

HbA

天冬氨酸乳酸大肠杆菌谷氨酸转甲酰酶脱氢酶RNA聚合酶脱氢酶亚基数

412456代号

2

2C6R6MnH4-n

2’亚基相同分子量

6.431.015.050.033.5含有一些四级结构蛋白质亚基组成蛋白质的三维结构第106页一个蛋白质中，亚基结构能够相同，也可不一样。

如烟草斑纹病毒外壳蛋白是由2200个相同亚基形成多聚体；蛋白质的三维结构第107页正常人血红蛋白A是两个α亚基与两个β亚基形成四聚体；天冬氨酸氨甲酰基转移酶由六个调整亚基与六个催化亚基组成。蛋白质的三维结构第108页有些人将含有全套不一样亚基最小单位称为原聚体(protomer)，如一个催化亚基与一个调整亚基结合整天冬氨酸氨甲酰基转移酶原聚体。蛋白质的三维结构第109页

一些蛋白质分子可深入聚合成聚合体(polymer)。聚合体中重复单位称为单体(monomer)，聚合体可按其中所含单体数量不一样而分为二聚体、三聚体……寡聚体(oligomer)和多聚体(polymer)而存在，如胰岛素(insulin)在体内可形成二聚体及六聚体蛋白质的三维结构第110页胰岛素二聚体蛋白质的三维结构第111页二聚体蛋白质：由二个亚基组成蛋白质。四聚体蛋白质：由四个亚基组成蛋白质。寡聚蛋白质或多体蛋白质：由二个或多个亚基组成蛋白质。单体蛋白质：无四级结构蛋白质eg.溶菌酶,肌红蛋白.蛋白质的三维结构第112页质体：对称寡聚蛋白质分子是由二个或多个不对称等同结组成份组成，这种等同结组成份称质体。质体普通就是亚基，能够是二个or多个亚基聚集体。血红蛋白分子--两个质体：α亚基+β亚基蛋白质的三维结构第113页四级结构在结构和功效上优越性增强结构稳定性提升遗传经济性和效率使催化基团聚集在一起含有协同性和别构效应蛋白质的三维结构第114页

八纤维状蛋白质

纤维状蛋白质氨基酸序列很有规律，它们形成比较单一、有规律二级结构，结果整个分子形成有规律线形结构，展现纤维状或细棒状，分子轴比（轴比：长轴/短轴）大于10，轴比小于10是球状蛋白质。

广泛分布于脊椎和无脊椎动物体内，占脊椎动物体内蛋白质总量50%以上，起支架和保护作用。蛋白质的三维结构第115页1、

角蛋白

源于外胚层细胞，包含皮肤及皮肤衍生物（发、毛、鳞、羽、甲、蹄、角、爪、丝）可分为α-角蛋白和β角蛋白。（1）、

α-角蛋白

主要由α-螺旋结构组成，三股右手α-螺旋向左缠绕形成原纤维，原纤维排列成“9+2”电缆式结构称微纤维，成百根微纤维结合成大纤微；结构稳定性由二硫键确保，α-角蛋白在湿热条件下可伸展转变成β-构象，烫发化学机理Cys含量较高。

蛋白质的三维结构第116页a-角蛋白(a-Keratin)中有两种类型多肽链：I型和II型。每一个I型多肽型和一个II型多肽链形成一个卷曲螺旋二聚体(Coiledcoildimmer)。一对卷曲螺旋反平行式地形成左手超螺旋结构称原纤维(Protofilament，4股右手a-螺旋)，原纤维亚基间以氢键和二硫键相连。4个原纤维形成微纤维，成百根微纤维形成大纤维，每一个头发细胸，也将纤维(fiber)含有数个大纤维，一根头发就是由无数死细胞相互间以角蛋白相连组成。蛋白质的三维结构第117页(a)BothtypeIandtypeIIa

-keratinmoleculeshavesequencesconsistingoflong,centralroddomainswithterminalcapdomains.Thenumbersofaminoacidresiduesineachdomainareindicated.Asterisksdenotedomainsofvariablelength.(b)Theroddomainsformcoiledcoilsconsistingofintertwinedright-handeda

-helices.Thesecoiledcoilsthenwindaroundeachotherinaleft-handedtwist.Keratinfilamentsconsistoftwistedprotofibrils(eachabundleoffourcoiledcoils).(AdaptedfromSteinert,P.,and

Parry,D.,1985.

AnnualReviewofCellBiology1:41–65;andCohlberg,J.,1993.TrendsinBiochemicalSciences18:360–362.)

蛋白质的三维结构第118页（2）、

β-角蛋白P214图5-22

含大量Gly、Ala、Ser，以β-折叠结构为主。

丝心蛋白取片层结构，即反平行式β-折叠片以平行方式堆积成多层结构。链间主要以氢键连接，层间主要靠范德华力维系。蛋白质的三维结构第119页Figure6.15

·

Silkfibroinconsistsofauniquestackedarrayofb

-sheets.Theprimarystructureoffibroinmoleculesconsistsoflongstretchesofalternatingglycineandalanineorserineresidues.Whenthesheetsstack,themorebulkyalanineandserineresiduesononesideofasheetinterdigitatewithsimilarresiduesonanadjoiningsheet.Glycinehydrogensonthealternatingfacesinterdigitateinasimilarmanner,butwithasmallerintersheetspacing.(IrvingGeis)蛋白质的三维结构第120页蛋白质的三维结构第121页2、

胶原蛋白

3、

弹性蛋白

4、

肌球蛋白、肌动蛋白和微管蛋白蛋白质的三维结构第122页

九球状蛋白质（一）球状蛋白质可依据其结构域类型分为四大类：

全α-结构蛋白质

α，β-结构蛋白质全β-结构蛋白质富含金属或二硫键蛋白质蛋白质的三维结构第123页全α-结构蛋白质Antiparallela-HelixProteinsheavilydominatedbya-helicesinanantiparallelmannerbundles蛋白质的三维结构第124页Severalexamplesofantiparallela

-proteins.(JaneRichardson)蛋白质的三维结构第125页α，β-结构蛋白质ParallelorMixedb-SheetProteins

parallelormixedb-sheet

ascorestructures

蛋白质的三维结构第126页parallelb-barrelParallelb-sheetarrays,aspreviouslydiscussed,distributehydrophobicsidechainsonbothsidesofthesheet.Thismeansthatneithersideofparallelb-sheetscanbeexposedtosolvent.Parallelb-sheetsarethustypicallyfoundascorestructuresinproteins,withlittleaccesstosolvent.蛋白质的三维结构第127页Parallelb

-arrayproteins—theeight-strandedb

-barrelsoftriosephosphateisomerase(a,sideview,andb,topview)and(c)pyruvatekinase.(JaneRichardson)thebarrelstructureshavefourlayersofbackbonestructure蛋白质的三维结构第128页Eachb-strandinthebarrelisflankedbyanantiparallela-helix.Thea-helicesthusformalargercylinderofparallelhelicesconcentricwiththeb-b