第三章蛋白质的三维结构

第三章蛋白质的三维结构第1页，课件共144页，创作于2023年2月每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构，称三维结构或空间构象。第2页，课件共144页，创作于2023年2月一、研究方法

X射线衍射法主要方法光谱学方法（溶液中蛋白质的构象）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）第3页，课件共144页，创作于2023年2月X-raycrystalographyPureproteiniscrystalisedDiffractionofX-raysgivespatternwhichcanbesolvedtogivestructure第4页，课件共144页，创作于2023年2月X-raycrystalographyPureproteiniscrystalisedDiffractionofX-raysgivespatternPattercanbesolvedtogivestructure第5页，课件共144页，创作于2023年2月X-raycrystalographyPureproteiniscrystalisedDiffractionofX-raysgivespatternwhichcanbesolvedtogivestructure第6页，课件共144页，创作于2023年2月第7页，课件共144页，创作于2023年2月

蛋白质的空间结构(构象):蛋白质分子内各原子围绕某些共价键旋转而形成的空间排布及相互关系。构象决定着蛋白质的分子形状、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)的排布及相互关系，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)中的原子排布及相互关系，可影响主链的折叠和卷曲方式。第8页，课件共144页，创作于2023年2月二、多肽主链折叠的空间限制

一个蛋白质的多肽链在生物体内只有一种或很少几种构象，且相当稳定，这种构象称天然构象，此时蛋白质具有生物活性，这一事实说明：天然蛋白质主链上的单键并不能自由旋转。

第9页，课件共144页，创作于2023年2月1、酰胺平面与肽链的二面角

第10页，课件共144页，创作于2023年2月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)形成二级结构的基础━

肽键平面(peptideunit)

肽键平面:肽键具有双键性质,不能自由转动，与肽键相关的6个原子形成一个平面。第11页，课件共144页，创作于2023年2月Thepartialdoublebondcharacterofthepeptidebond.Resonanceinteractionsamongthecarbon,oxygen,andnitrogenatomsofthepeptidegroupcanberepresentedbytworesonanceextremes(aandb).(a)Theusualwaythepeptideatomsaredrawn.(b)Inanequallyfeasibleform,thepeptidebondisnowadoublebond;theamideNbearsapositivechargeandthecarbonylOhasanegativecharge.(c)Theactualpeptidebondisbestdescribedasaresonancehybridoftheformsin(a)and(b).

Significantly,alloftheatomsassociatedwiththepeptidegrouparecoplanar,rotationaboutCo–Nisrestricted,andthepeptideisdistinctlypolar.

(IrvingGeis)

第12页，课件共144页，创作于2023年2月Thecoplanarrelationshipoftheatomsintheamidegroupishighlightedasanimaginaryshadedplanelyingbetweentwosuccessivea-carbonatomsinthepeptidebackbone.第13页，课件共144页，创作于2023年2月CCα3Cα2Cα1CNNHHHOOR酰胺平面1酰胺平面2肽单元及其旋转ψΦ第14页，课件共144页，创作于2023年2月Transandcispeptidebonds.Thetransformisstronglyfavoredbecauseofstericclashesthatoccurinthecisform.反式（Trans）顺式（cis）第15页，课件共144页，创作于2023年2月肽键平面或酰胺平面要点：肽键具有双键性质,不能自由转动，与肽键相关的6个原子约束于一个平面，称为肽平面；参与肽键的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在肽键的异侧C与肽键的N、C原子是单键，可旋转,决定了相邻肽平面的相对空间位置。第16页，课件共144页，创作于2023年2月多肽主链上只有α碳原子连接的两个键（Cα—N1和Cα-C2）是单键，能自由旋转。

环绕Cα—N键旋转的角度为Φ

环绕Cα—C2键旋转的角度称Ψ多肽链的所有可能构象都能用Φ和Ψ这两个构象角来描述，称二面角。(2)二面角第17页，课件共144页，创作于2023年2月当Φ的旋转键Cα-N1两侧的N1-C1和Cα-C2呈顺式时，规定Φ=0°。

当Ψ的旋转键Cα-C2两侧的Cα-N1和C2-N2呈顺式时，规定Ψ=0°。

从Cα向N1看，顺时针旋转Cα-N1键形成的Φ角为正值，反之为负值。

从Cα向C2看，顺时针旋转Cα-C2键形成的Ψ角为正值，反之为负值。

第18页，课件共144页，创作于2023年2月Manyofthepossibleconformationsaboutana

-carbonbetweentwopeptideplanesareforbiddenbecauseofstericcrowding.Severalnoteworthyexamplesareshownhere.

Note:TheformalIUPAC-IUBCommissiononBiochemicalNomenclatureconventionforthedefinitionofthetorsionanglesfandy

inapolypeptidechain(Biochemistry

9:3471–3479,1970)isdifferentfromthatusedhere,wheretheCa

atomservesasthepointofreferenceforbothrotations,buttheresultisthesame.(IrvingGeis)

第19页，课件共144页，创作于2023年2月第20页，课件共144页，创作于2023年2月2、多肽链折叠的空间限制Φ和Ψ同时为0°的构象实际不存在，因为两个相邻肽平面上的酰胺基H原子和羰基0原子的接触距离比其范德华半经之和小，空间位阻。第21页，课件共144页，创作于2023年2月因此二面角（Φ、Ψ）所决定的构象能否存在，主要取决于两个相邻肽单位中非键合原子间的接近有无阻碍。Cα上的R基的大小与带电性影响Φ和Ψ

P206表3-12蛋白质中非键合原子间的最小接触距离。第22页，课件共144页，创作于2023年2月三、拉氏构象图：Ramachandran根据蛋白质中非键合原子间的最小接触距离，确定了哪些成对二面角（Φ、Ψ）所规定的两个相邻肽单位的构象是允许的，哪些是不允许的，并且以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。第23页，课件共144页，创作于2023年2月Ramachandranplot第24页，课件共144页，创作于2023年2月⑴实线封闭区域

一般允许区，非键合原子间的距离大于一般允许距离，此区域内任何二面角确定的构象都是允许的，且构象稳定。

⑵虚线封闭区域

是最大允许区，非键合原子间的距离介于最小允许距离和一般允许距离之间，立体化学允许，但构象不够稳定。第25页，课件共144页，创作于2023年2月⑶虚线外区域

是不允许区，该区域内任何二面角确定的肽链构象，都是不允许的，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。

Gly的Φ、Ψ角允许范围很大。第26页，课件共144页，创作于2023年2月总之，由于原子基因之间不利的空间相互作用，肽链构象的范围是很有限的，对非Gly氨基酸残基一般允许区占全平面的7.7%，最大允许区占全平面20.3％。第27页，课件共144页，创作于2023年2月Configurationandconformationarenotsynonymous.(a)Rearrange-mentsbetweenconfigurationalalternativesofamoleculecanbeachievedonlybybreakingandremakingbonds,asinthetransformationbetweentheD-andL-configurationsofglyceraldehyde.NopossiblerotationalreorientationofbondslinkingtheatomsofD-glyceraldehydeyieldsgeometricidentitywithL-glyceraldehyde,eventhoughtheyaremirrorimagesofeachother.(b)Theintrinsicfreerotationaroundsinglecovalentbondscreatesagreatvarietyofthree-dimensionalconformations,evenforrelativelysimplemolecules.Consider1,2-dichloroethane.Viewedend-oninaNewmanprojection,threeprincipalrotationalorientationsorconformationspredominate.Stericrepulsionbetweeneclipsedandpartiallyeclipsedconformationskeepsthepossibilitiesatareasonablenumber.(c)Imaginetheconformationalpossibilitiesforaproteininwhichtwoofeverythreebondsalongitsbackbonearefreelyrotatingsinglebonds.第28页，课件共144页，创作于2023年2月四、二级结构的基本类型：多肽折叠的规则方式驱使蛋白质折叠的主要动力：

(1)暴露在溶剂中的疏水基团降低至最少程度。

(2)要保持处于伸展状态的多肽链和周围水分子间形成的氢键相互作用的有利能量状态。第29页，课件共144页，创作于2023年2月肽链的局部空间结构,即肽链某一区段中氨基酸残基的相对空间位置-------蛋白质的二级结构第30页，课件共144页，创作于2023年2月1、α螺旋第31页，课件共144页，创作于2023年2月在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，相邻的螺圈之间形成链内氢键，构成螺旋的每个Cα都取相同的二面角Φ、Ψ。（1）α螺旋及其特征第32页，课件共144页，创作于2023年2月典型的α螺旋有如下特征：

①二面角：Φ=-57°,Ψ=-48°，是一种右手螺旋

回忆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

第33页，课件共144页，创作于2023年2月④氨基酸残基侧链向外。⑤相邻螺圈之间形成链内氢链，氢键的取向几乎与中心轴平行。

⑥肽键上N-H氢与它后面（N端）第四个残基上的C=0氧间形成氢键。第34页，课件共144页，创作于2023年2月这种典型的α螺旋用3.613表示，3.6表示每圈螺旋包括3.6个残基，13表示氢键封闭的环包括13个原子。第35页，课件共144页，创作于2023年2月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

第36页，课件共144页，创作于2023年2月Theoxygen-carryingmoleculemyoglobin(153aminoacidslong)isshown,withoneregionofαhelixoutlinedincolor.(B)Aperfectαhelixisshowninoutline第37页，课件共144页，创作于2023年2月α-螺旋的要点：

一般为右手螺旋（=-57o,=-47o）；每个螺旋圈含3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm;螺旋圈之间通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的主要因素。第38页，课件共144页，创作于2023年2月（2）R侧链对α-螺旋的影响R侧链的大小和带电性决定了能否形成α-螺旋以及形成的α-螺旋的稳定性。

第39页，课件共144页，创作于2023年2月①多肽链上连续出现带同种电荷基团的氨基酸残基,(如Lys，或Asp，或Glu)，则由于静电排斥，不能形成链内氢键，从而不能形成稳定的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。第40页，课件共144页，创作于2023年2月②Gly的Φ角和Ψ角可取较大范围，在肽中连续存在时，使形成α-螺旋所需的二面角的机率很小，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-螺旋第41页，课件共144页，创作于2023年2月④Pro、脯氨酸中止α-螺旋。

⑤R基较小，且不带电荷的氨基酸利于α-螺旋的形成。如多聚丙氨酸在pH7的水溶液中自发卷曲成α-螺旋。第42页，课件共144页，创作于2023年2月（3）pH对α—螺旋的影响多聚L-Glu和多聚L-Lys第43页，课件共144页，创作于2023年2月（4）右手α-螺旋与左手α-螺旋图右手螺旋比左手螺旋稳定。

蛋白质中的α—螺旋几乎都是右手，但在嗜热菌蛋白酶中有很短的一段左手α-螺旋，由Asp-Asn-Gly-Gly（226-229）组成（φ+64°、Ψ+42°）。

第44页，课件共144页，创作于2023年2月（5）α-螺旋结构的旋光性由于α-螺旋结构是一种不对称的分子结构，因而具有旋光性，原因：（1）α碳原子的不对称性，（2）构象本身的不对称性。

第45页，课件共144页，创作于2023年2月天然α-螺旋能引起偏振光右旋，利用α—螺旋的旋光性，可测定蛋白质或多肽中α-螺旋的相对含量，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的因素。

第46页，课件共144页，创作于2023年2月α-螺旋的比旋不等于构成其本身的氨基酸比旋的加和，而无规卷曲的肽链比旋则等于所有氨基酸比旋的加和。第47页，课件共144页，创作于2023年2月（6）α-螺旋（包括其它二级结构）形成中的协同性一旦形成一圈α-螺旋后，随后逐个残基的加入就会变的更加容易而迅速。

第48页，课件共144页，创作于2023年2月2、β-折叠定义：多肽链的局部肽段，以肽键平面为单位折叠成锯齿状的一种较伸展结构。第49页，课件共144页，创作于2023年2月第50页，课件共144页，创作于2023年2月两条或多条几乎完全伸展的多肽链（或同一肽链的不同肽段）侧向聚集在一起，相邻肽链主链上的NH和C=0之间形成氢链，这样的多肽构象就是β-折叠片。adomainof115aminoacidsfromanimmunoglobulinmoleculeisshown第51页，课件共144页，创作于2023年2月β-折叠中所有的肽链都参于链间氢键的形成，氢键与肽链的长轴接近垂直。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的两侧。第52页，课件共144页，创作于2023年2月平行式：所有参与β-折叠的肽链的N端在同一方向。

反平行式：肽链的极性一顺一倒，N端间隔相同

平行式：φ=-119°Ψ=+113°

反平行式：φ=-139°Ψ=+135°第53页，课件共144页，创作于2023年2月从能量上看，反平β-折叠比平行的更稳定，前者的氢键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。

在纤维状蛋白质的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-折叠既可在不同肽链间形成，也可在同一肽链的不同部分间形成。第54页，课件共144页，创作于2023年2月Aproteinrichinsheets.Thestructureofafattyacid-bindingprotein.β-Sheets常是扭曲的。第55页，课件共144页，创作于2023年2月β-片层要点：多肽链较伸展,遇Cα发生折叠,R侧链交错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；两条肽链的走向可以是顺向平行或反向平行。第56页，课件共144页，创作于2023年2月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的180°回折，有人称之为发夹结构，由第一个aa残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H间形成氢键。第57页，课件共144页，创作于2023年2月Thestructuresoftwokindsofb

-turns(alsocalledtightturnsorb

-bends)(IrvingGeis)第58页，课件共144页，创作于2023年2月目前发现的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，占全部残基的1/4。

β转角的特征：

①由多肽链上4个连续的氨基酸残基组成。

②主链骨架以180°返回折叠。第59页，课件共144页，创作于2023年2月③第一个a.a残基的C=O与第四个a.a残基的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。

第60页，课件共144页，创作于2023年2月β-转角(β-turn)要点：

定义：多肽链中的某局部出现180度回折处形成的特定构象。特征：一般由四个氨基酸组成，常见氨基酸：Pro,Gly,Asp,Asn,Trp以氢键维持稳定，第1个氨基酸残基的C=O与第4个残基的N-H之间形成氢键。赋予蛋白质较大的构象柔性，常位于三维结构的表面，有些具有特定功能。第61页，课件共144页，创作于2023年2月Threedifferentkindsofb-bulgestructuresinvolvingapairofadjacentpolypeptidechains.(AdaptedfromRichardson,J.S.,1981.AdvancesinProteinChemistry34:167–339.)第62页，课件共144页，创作于2023年2月4、无规卷曲没有规律的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，与生物活性有关。

α-螺旋，β-转角，β-折叠在拉氏图上有固定位置，而无规卷曲的φ、Ψ二面角可存在于所有允许区域内。第63页，课件共144页，创作于2023年2月第64页，课件共144页，创作于2023年2月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)第65页，课件共144页，创作于2023年2月五、超二级结构和结构域（一）超二级结构

由若干个相邻的二级结构单元（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，形成有规则的、在空间上能够辨认的二级结构组合体。★超二级结构在结构层次上高于二级结构，但没有聚集成具有功能的结构域．第66页，课件共144页，创作于2023年2月1、αα结构（复绕α-螺旋）由两股或三股右手α-螺旋彼此缠绕而成的左手超螺旋，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第67页，课件共144页，创作于2023年2月2、βxβ结构两段反平行式的β-链（或单股的β-折叠）通过一段连接链（x结构）连接而形成的超二级结构。

①βcβ

x为无规卷曲

p221图5-29D

第68页，课件共144页，创作于2023年2月第69页，课件共144页，创作于2023年2月②βαβx为α-螺旋，最常见的是βαβαβ，称Rossmann折叠，存在于苹果酸脱氢酶，乳酸脱氢酶中。

p221图5-29C

第70页，课件共144页，创作于2023年2月3、β曲折（β-meander）由三条（以上）相邻的反平行式的β-折叠链通过紧凑的β-转角连接而形成的超二级结构。

P221图5-29E

第71页，课件共144页，创作于2023年2月4、回形拓扑结构（希腊钥匙）P221图5-29F

第72页，课件共144页，创作于2023年2月第73页，课件共144页，创作于2023年2月5、β-折叠桶由多条β-折叠股构成的β-折叠层，卷成一个筒状结构，筒上β折叠可以是平行的或反平行的，一般由5-15条β-折叠股组成。

超氧化物歧化酶的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。

第74页，课件共144页，创作于2023年2月第75页，课件共144页，创作于2023年2月6、α-螺旋-β转角-α-螺旋两个α-螺旋通过一个β转角连接在一起。

λ噬菌体的λ阻遏蛋白含此结构。在蛋白质与DNA的相互作用中，此种结构占有极为重要的地位。◆

HTH的三维构型中由转角分隔的两个a-螺旋与DNA结合。与其它DNA结合蛋白不同的是，HTH不能单独折叠或与DNA结合，它只是DNA结合蛋白的一部分，HTH构型以外的氨基酸在控制识别和结合DNA中具有重要作用。第76页，课件共144页，创作于2023年2月

结构域又称motif(模块)

在二级结构及超二级结构的基础上，多肽链进一步卷曲折叠，组装成几个相对独立、近似球形的三维实体。

第77页，课件共144页，创作于2023年2月结构域是球状蛋白的折叠单位，多肽链折叠的最后一步是结构域间的缔合。

对于较小的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的。第78页，课件共144页，创作于2023年2月每个结构域承担一定的生物学功能，几个结构域协同作用，可体现出蛋白质的总体功能。例如，脱氢酶类的多肽主链有两个结构域，一个为NAD+结合结构域，一个是起催化作用的结构域，两者组合成脱氢酶的脱氢功能区。

第79页，课件共144页，创作于2023年2月结构域一般有１００－２００氨基酸残基，结构域之间常常有一段柔性的肽段相连，形成所谓的铰链区，使结构域之间可以发生相对移动。结构域间的裂缝，常是活性部位，也是反应物的出入口。一般情况下，酶的活性部位位于两个结构域的裂缝中。第80页，课件共144页，创作于2023年2月Thestructureoftheglycolyticenzymeglyceraldehyde3-phosphatedehydrogenase.Theproteiniscomposedoftwodomains,eachshowninadifferentcolor,withregionsofαhelixrepresentedbycylindersandregionsof

sheetrepresentedbyarrows.Notethatthethreeboundsubstrateslieataninterfacebetweenthetwodomains第81页，课件共144页，创作于2023年2月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，由亮氨酸倒链形成的拉链式结构，第82页，课件共144页，创作于2023年2月◆锌指区域包括二个半胱氨酸(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。其中的Cys和His残基与锌离子(Zn++)形成的配位键，使氨基酸折叠成环，形成类似手指的构型(图8－28)。第83页，课件共144页，创作于2023年2月Thezinc-fingermotifispresentinmanyDNA-bindingproteinsthathelpregulatetranscription.AZn2ionisheldbetweenapairofstrands(blue)andasinglehelix(red)byapairofcysteineresiduesandapairofhistidineresidues.Thetwoinvariantcysteineresiduesareusuallyatpositions3and6andthetwoinvarianthistidineresiduesareatpositions20and24inthis25-residuemotif.第84页，课件共144页，创作于2023年2月◆bZIP具有可形成蛋白质-蛋白质二聚体的亮氨酸拉链区(leucinezipper，LP)。第85页，课件共144页，创作于2023年2月CoiledcoilmotiforLeucinezipperTheparalleltwo-strandedcoiled-coilmotiffoundinthetranscriptionfactorGcn4ischaracterizedbytwoheliceswoundaroundoneanother.Helixpackingisstabilizedbyinteractionsbetweenhydrophobicsidechains(redandblue)presentatregularintervalsalongthesurfacesoftheintertwinedhelices.Eachhelixexhibitsacharacteristicheptadrepeatsequencewithahydrophobicresidueatpositions1and4.第86页，课件共144页，创作于2023年2月Arepresentationoftheso-calledE–Fhandstructure,whichformscalcium-bindingsitesinavarietyofproteins.ThestickdrawingshowsthepeptidebackboneoftheE–Fhandmotif.The“E”helixextendsalongtheindexfinger,alooptracestheapproximatearrangementofthecurledmiddlefinger,andthe“F”helixextendsoutwardalongthethumb.Acalciumion(Ca2+)snugglesintothepocketcreatedbythetwohelicesandtheloop.Kretsingerandcoworkersoriginallyassignedlettersalphabeticallytothehelicesinparvalbumin,aproteinfromcarp.TheE–FhandderivesitsnamefromthelettersassignedtothehelicesatoneoftheCa2+-bindingsites.第87页，课件共144页，创作于2023年2月溶菌酶的结构域部分蛋白质的结构域第88页，课件共144页，创作于2023年2月六、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的基础上盘旋、折叠，形成的特定的整个空间结构。

或者说，三级结构是多肽链中所有原子的空间排布。第89页，课件共144页，创作于2023年2月1、三级结构有以下特点：许多在一级结构上相差很远的aa残基在三级结构上相距很近。球形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。

分子大的球形蛋白(200aa以上)，常常含有几个结构域，结构域是一种密实的结构体，典型情况下常常含有特定的功能(如结合离子和小分子)第90页，课件共144页，创作于2023年2月球状蛋白质三维结构的特征：含多种二级结构元件；具有明显的折叠层次；紧密的球状或椭球状；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。第91页，课件共144页，创作于2023年2月2、维持三级结构的作用力：P201图5-8

（1）氢键

大多数蛋白质采取的折叠策略是使主链肽基之间形成最大数目的分子内氢键（如α-螺旋、β-折叠），同时保持大部分能成氢键的侧链处于蛋白质分子表面，与水相互作用。

第92页，课件共144页，创作于2023年2月Thethree-dimensionalstructureofbovinepancreatictrypsininhibitor.Notethestabilizationofthea

-helixbyahydrogenbondtoSer47andthestabilizationoftheb

-sheetbyAsn43.

氢键：是非共价键中键能最弱，但数目最多最重要的键。第93页，课件共144页，创作于2023年2月第94页，课件共144页，创作于2023年2月（2）范德华力（分子间及基团间作用力）包括三种弱的作用力：

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第95页，课件共144页，创作于2023年2月（3）疏水相互作用

蛋白质中的疏水残基避开水分子而聚集在分子内部的趋向力。它在维持蛋白质的三级结构方面占有突出的地位。

CH2-CH-CO-NH-CH2-CH-CO-NH--NH-CH-CO-CH3CH3-NH-CH-CO第96页，课件共144页，创作于2023年2月（4）离子键（盐键）

是正电贺和负电荷之间的一种静电作用。

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的表面，与水分子形成排列有序的水化层。偶尔有少数带相反电荷的测链在分子的疏水内部形成盐键。

第97页，课件共144页，创作于2023年2月（5）共价健主要的是二硫键，

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的折叠，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，由于有高浓度的还原性物质，所以没有二硫键。

第98页，课件共144页，创作于2023年2月（6）静电相互作用

最强的静电作用就是带相反电何的离子基因间的静电作用，又称盐桥。

盐桥和较弱的静电相互作用(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的作用力。第99页，课件共144页，创作于2023年2月第100页，课件共144页，创作于2023年2月七蛋白质的四级结构

具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级键相互组合而形成的空间结构称为蛋白质的四级结构(quarternarystructure)。其中，每个具有独立三级结构的多肽链单位称为亚基(subunit)。第101页，课件共144页，创作于2023年2月

四级结构实际上是指亚基的立体排布、相互作用及接触部位的布局。亚基之间不含共价键，亚基间次级键的结合比二、三级结构疏松，因此在一定的条件下，四级结构的蛋白质可分离为其组成的亚基，而亚基本身构象仍可不变。第102页，课件共144页，创作于2023年2月第103页，课件共144页，创作于2023年2月由相同或不同的亚基(或分子)按照一定的排布方式聚合而成的聚合体结构。它包括亚基(或分子)的种类、数目、空间排布以及相互作用。根据亚基数目的不同，可以将寡聚蛋白分为二聚体、三聚体、四聚体等。根据亚基种类的不同，可以分别以α、β、γ、δ、ε命名不同的亚基。维持四级结构的作用力是疏水键、离子键、氢键、范德华引力。第104页，课件共144页，创作于2023年2月亚基(subunit)，一般只包含一条多肽链，但有的亚基由2条或更多条的多肽链组成，这些多肽链彼此以二硫键相连。由少数亚基聚合而成的蛋白质，称为寡聚蛋白(Oligomerprotein)；由几十个，甚至于上千个亚基聚合而成的蛋白质，称为多聚蛋白(polymerprotein)。第105页，课件共144页，创作于2023年2月

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具有一些四级结构的蛋白质的亚基组成第106页，课件共144页，创作于2023年2月一种蛋白质中，亚基结构可以相同，也可不同。

如烟草斑纹病毒的外壳蛋白是由2200个相同的亚基形成的多聚体；第107页，课件共144页，创作于2023年2月正常人血红蛋白A是两个α亚基与两个β亚基形成的四聚体；天冬氨酸氨甲酰基转移酶由六个调节亚基与六个催化亚基组成。第108页，课件共144页，创作于2023年2月有人将具有全套不同亚基的最小单位称为原聚体(protomer)，如一个催化亚基与一个调节亚基结合成天冬氨酸氨甲酰基转移酶的原聚体。第109页，课件共144页，创作于2023年2月某些蛋白质分子可进一步聚合成聚合体(polymer)。聚合体中的重复单位称为单体(monomer)，聚合体可按其中所含单体的数量不同而分为二聚体、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第110页，课件共144页，创作于2023年2月胰岛素二聚体第111页，课件共144页，创作于2023年2月二聚体蛋白质：由二个亚基组成的蛋白质。四聚体蛋白质：由四个亚基组成的蛋白质。寡聚蛋白质或多体蛋白质：由二个或多个亚基组成的蛋白质。单体蛋白质：无四级结构的蛋白质eg.溶菌酶,肌红蛋白.第112页，课件共144页，创作于2023年2月质体：对称的寡聚蛋白质分子是由二个或多个不对称的等同结构成分组成的，这种等同结构成分称质体。质体一般就是亚基，可以是二个or多个亚基的聚集体。血红蛋白分子--两个质体：α亚基+β亚基第113页，课件共144页，创作于2023年2月四级结构在结构和功能上的优越性增强结构稳定性提高遗传经济性和效率使催化基团汇集在一起具有协同性和别构效应第114页，课件共144页，创作于2023年2月八纤维状蛋白质

纤维状蛋白质的氨基酸序列很有规律，它们形成比较单一的、有规律的二级结构，结果整个分子形成有规律的线形结构，呈现纤维状或细棒状，分子轴比（轴比：长轴/短轴）大于10，轴比小于10是的球状蛋白质。

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的50%以上，起支架和保护作用。第115页，课件共144页，创作于2023年2月1、

角蛋白源于外胚层细胞，包括皮肤及皮肤的衍生物（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”的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保证，α-角蛋白在湿热条件下可伸展转变成β-构象，烫发的化学机理Cys含量较高。

第116页，课件共144页，创作于2023年2月a-角蛋白(a-Keratin)中有两种类型的多肽链：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)，原纤维的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的死细胞相互间以角蛋白相连组成的。第117页，课件共144页，创作于2023年2月(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.)

第118页，课件共144页，创作于2023年2月（2）、β-角蛋白P214图5-22

含大量的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-折叠片以平行的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。第119页，课件共144页，创作于2023年2月Figure6.15

·

Silkfibroinconsistsofauniquestackedarrayofb

-sheets.Theprimarystructureoffibroinmoleculesconsistsoflongstretchesofalternatingglycineandalanineorserineresidues.Whenthesheetsstack,themorebulkyalanineandserineresiduesononesideofasheetinterdigitatewithsimilarresiduesonanadjoiningsheet.Glycinehydrogensonthealternatingfacesinterdigitateinasimilarmanner,butwithasmallerintersheetspacing.(IrvingGeis)第120页，课件共144页，创作于2023年2月第121页，课件共144页，创作于2023年2月2、

胶原蛋白

3、

弹性蛋白

4、

肌球蛋白、肌动蛋白和微管蛋白第122页，课件共144页，创作于2023年2月 九球状蛋白质（一）球状蛋白质可根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第123页，课件共144页，创作于2023年2月全α-结构蛋白质Antiparallela-HelixProteinsheavilydominatedbya-helicesinanantiparallelmannerbundles第124页，课件共144页，创作于2023年2月Severalexamplesofantiparallela

-proteins.(JaneRichardson)第125页，课件共144页，创作于2023年2月α，β-结构蛋白质ParallelorMixedb-SheetProteins

parallelormixedb-sheet

ascorestructures

第126页，课件共144页，创作于2023年2月parallelb-barrelParallelb-sheetarrays,aspreviouslydiscussed,distributehydrophobicsidechainsonbothsidesofthesheet.Thismeansthatneithersideofparallelb-sheetscanbeexposedtosolvent.Parallelb-sheetsarethustypicallyfoundascorestructuresinproteins,withlittleaccesstosolvent.第127页，课件共144页，创作于2023年2月Parallelb

-arrayproteins—theeight-strandedb

-barrelsoftriosephosphateisomerase(a,sideview,andb,topview)and(c)pyruvatekinase.(JaneRichardson)thebarrelstructureshavefourlayersofbackbonestructure第128页，课件共144页，创作于2023年2月Eachb-strandinthebarrelisflankedbyanantiparallela-helix.Thea-helicesthusformalargercylinderofparallelhelicesconcentricwiththeb-barrel.Bothcylindersthusformedhavearight-handedtwist.第129页，