蛋白质的一级结构共价结构

蛋⽩质的⼀级结构共价结构
蛋⽩质的⼀级结构（共价结构）
蛋⽩质的⼀级结构也称共价结构、主链结构。

蛋⽩质结构层次
⼀级结构（氨基酸顺序、共价结构、主链结构）
↓是指蛋⽩质分⼦中氨基酸残基的排列顺序
⼆级结构
↓
超⼆级结构
↓
构象（⾼级结构）结构域
↓
三级结构(球状结构)
↓
四级结构(多亚基聚集体)
⼀级结构的要点
．
蛋⽩质测序的⼀般步骤
祥见 P116
（1）测定蛋⽩质分⼦中多肽链的数⽬。

（2）拆分蛋⽩质分⼦中的多肽链。

（3）测定多肽链的氨基酸组成。

（4）断裂链内⼆硫键。

（5）分析多肽链的N末端和C末端。

（6）多肽链部分裂解成肽段。

（7）测定各个肽段的氨基酸顺序
（8）确定肽段在多肽链中的顺序。

（9）确定多肽链中⼆硫键的位置。

蛋⽩质测序的基本策略
对于⼀个纯蛋⽩质，理想⽅法是从N端直接测⾄C端，但⽬前只能测60个N端氨基酸。

直接法（测蛋⽩质的序列）
两种以上特异性裂解法
N C A 法裂解 A1 A2 A3 A4 B 法裂解 B1 B2 B3 B4
⽤两种不同的裂解⽅法，产⽣两组切点不同的肽段，分离纯化每⼀个肽段，分离测定两个肽段的氨基酸序列，拼接成⼀条完整的肽链。

间接法（测核酸序列推断氨基酸序列）核酸测序，⼀次可测600-800bp 测序前的准备⼯作蛋⽩质的纯度鉴定
纯度要求，97%以上，且均⼀，纯度鉴定⽅法。

（两种以上才可靠）⑴聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)要求⼀条带
⑵DNS —cl （⼆甲氨基萘磺酰氯）法测N 端氨基酸测定分⼦量
⽤于估算氨基酸残基n=
⽅法：凝胶过滤法、沉降系数法确定亚基种类及数⽬
多亚基蛋⽩的亚基间有两种结合⽅式：⑴⾮共价键结合
8mol/L 尿素，SDS SDS-PAGE 测分⼦量⑵⼆硫键结合
过甲酸氧化：
—S —S —+HCOOOH → SO 3H β巯基⼄醇还原：
举例:：⾎红蛋⽩ (α2β2)
（注意，⼈的⾎红蛋⽩α和β的N 端相同。

）分⼦量： M
拆亚基： M 1 、M 2 两条带拆⼆硫键： M 1 、M 2 两条带分⼦量关系： M = 2M 1 + 2M 2 测定氨基酸组成
主要是酸⽔解，同时辅以碱⽔解。

氨基酸分析仪⾃动进⾏。

确定肽链中各种a.a 出现的频率,便于选择裂解⽅法及试剂。

①Trp 测定
对⼆甲基氨基苯甲醛 590nm 。

110
mw
②Cys 测定
5、5/⼀⼆硫代双（—2—硝基苯甲酸）DTNB ，412nm
端基分析
①N端分析
DNS-cl法：最常⽤，黄⾊荧光，灵敏度极⾼，DNS-多肽⽔解后的DNS-氨基酸不需要提取。

DNFB法：Sanger试剂，DNP-多肽，酸⽔解，黄⾊DNP-氨基酸，有机溶剂（⼄酸⼄酯）抽提分离，纸层析、薄层层析、液相等
PITC法：Edman法，逐步切下。

⽆⾊PTH-氨基酸，有机溶剂抽提，层析。

②C端分析
A．肼解法
H2N-A-B-C-D-COOH ⽆⽔肼NH2NH2 100℃ 5-10h。

A-NHNH2、 B-NHNH2、 C-NHNH2、 D-COOH
氨基酸的酰肼，⽤苯甲醛沉淀，C端在上清中，Gln、Asn、Cys、Arg不能⽤此法。

B．羧肽酶法（Pro不能测）
羧肽酶A：除Pro、Arg、Lys外的所有C端a.a
羧肽酶B：只⽔解Arg、Lys
N H2N……………Val—Ser—Gly C
图 P118 羧肽酶法测C末端
肽链的部分裂解和肽段的分离纯化
化学裂解法
①溴化氰—Met—X—产率85%
②亚碘酰基苯甲酸—Trp—X—产率70-100%
③NTCB（2-硝基-5-硫氰苯甲酸）—X—Cys—
④羟胺NH2OH —Asn—Gly—
约150个氨基酸出现⼀次
酶法裂解
①胰蛋⽩酶
(X ≠
Arg—— X
②胰凝乳蛋⽩酶 Tyr——X
(X ≠ Pro)
Trp——X
Phe——X
胃蛋⽩酶
Phe(Trp、 Try、 Leu)——Phe(Trp、 Try、 Leu)
③Glu蛋⽩酶 Glu——X
（V8蛋⽩酶）
④Arg蛋⽩酶 Arg——X
⑤Lys蛋⽩酶 X——Lys
⑥Pro蛋⽩酶 Pro——X
肽段的分离纯化
①电泳法ＳＤＳ－ＰＡＧＥ
根据分⼦量⼤⼩分离
②离⼦交换层析法（DEAE—Cellulose、DEAE—Sephadex）根据肽段的电荷特性分离
③反相ＨＰＬＣ法
根据肽段的极性分离
④凝胶过滤
肽段纯度鉴定
分离得到的每⼀个肽段，需分别鉴定纯度，常⽤ＤＮＳ－c l法要求：ＳＤＳ－ＰＡＧＥ单带、ＨＰＬＣ单峰、Ｎ端单⼀。

肽段的序列测定及肽链的拼接
Edman法
⼀次⽔解⼀个Ｎ端a.a
（1）耦联
PITC ＋ H２N—A-B-C-D…… pH8—9 ，40℃ PTC——A-B-C-D……（2）裂解
PTC—A-B-C-D……TFA⽆⽔三氟⼄酸 ATZ—A + H2N—B-C-D
（3）转化
ATZ—A PTH—A
⽤GC或HPLC测定PTH-A
PTC肽：苯氨基硫甲酰肽
ATZ：噻唑啉酮苯胺（⼀氨基酸）
PTH：苯⼄内酰硫脲（⼀氨基酸）
耦联：得PTC肽
⼀次循环裂解：ATZ- a.a
转化：PTH-a.a
反应产率 99％循环次数 120
(偶联、降 98% 60
解两步） 90% 40
DNS-Edman法
⽤DNS法测N末端，⽤Edman法提供（n-1）肽段。

Ａ－Ｂ－Ｃ－Ｄ－Ｅ肽
图
有⾊Edman法
荧光基团或有⾊试剂标记的PITC试剂。

⽤⾃动序列分析仪测序
仪器原理：Edman法，可测60肽。

1967液相测序仪
⾃旋反应器，适于⼤肽段。

1971固相测序仪
表⾯接有丙氨基的微孔玻璃球，可耦连肽段的Ｃ端。

1981⽓相测序仪
⽤Polybrene反应器。

（聚阳离⼦）四级铵盐聚合物
液相：5nmol 20-40肽 97%
⽓相：5pmol 60 肽 98%
肽段拼接成肽链
16肽，Ｎ端H Ｃ端Ｓ
Ａ法裂解：ONS PS EOVE RLA HOWT
Ｂ法裂解：SEO WTON VERL APS HO
重叠法确定序列：HOWTONSEOVER LAPS
⼆硫键、酰胺及其他修饰基团的确定
⼆硫键的确定（双向电泳法）
碘⼄酰胺封闭-SH
胃蛋⽩酶酶解蛋⽩质
第⼀向电泳
过甲酸氧化—S—S—⽣成-SO3H
第⼆向电泳
分离出含⼆硫键的两条短肽，测序
与拼接出的肽链⽐较，定出⼆硫键的位置。

酰胺的确定
Asp –Asn、Glu-Gln
酶解肽链，产⽣含单个Asx或Glx的肽，⽤电泳法确定是Asp还是Asn
举例：Leu-Glx-Pro-Val肽在pH=6.0 时，电荷量是 Leu+ Pro0 Val-此肽除Glx外，净电荷为0，可根据此肽的电泳⾏为确定是Glu或是Gln。

糖、脂、磷酸基位置的确定
糖类通过Asn、Ser与蛋⽩质连接，-N-糖苷 -0-糖苷
脂类：Ser、 Thr、Cys
磷酸：Ser、 Thr、His
经验性序列： Lys(Arg)-Ser-Asn-Ser(PO4)
Arg-Thr-Leu-Ser(PO4)
Lys(Arg) –Ala-Ser(PO4)
蛋⽩质的⼀级结构与⽣物功能
蛋⽩质的⼀级结构决定⾼级结构和功能
蛋⽩质⼀级结构举例：
（1）⽜胰岛素
Sanger于1953年⾸次完成测序⼯作。

P128 图3-38
分⼦量：5700 dalton
51个a.a残基，A链21个残基，B链30个残基，
A链内有⼀个⼆硫键 Cys 6—Cys 11
A.B链间有⼆个⼆硫键 A.Cys 7 — B Cys 7
A.Cys 20—B Cys 19
（2）核糖核酸酶（RNase）
P128 图3-39
分⼦量：12600
124个a.a残基
4个链内⼆硫键。

⽜胰RNase变性⼀复性实验：
P164 图3-69。

(8M尿素+β硫基⼄醇)变性、失活→透析，透析后构象恢复，
活性恢复95%以上，⽽⼆硫键正确复性的概率是1/105。

（3）⼈⾎红蛋⽩α和β链及肌红蛋⽩的⼀级结构
P129 图3-40
同源蛋⽩质⼀级结构的种属差异与⽣物进化
同源蛋⽩质：在不同的⽣物体内具有同⼀功能的蛋⽩质。

如：⾎红蛋⽩在不同的脊椎动物中都具有输送氧⽓的功能，细胞⾊素在所有的⽣物中都是电⼦传递链的组分。

同源蛋⽩质的特点：
①多肽链长度相同或相近
②同源蛋⽩质的氨基酸顺序中有许多位置的氨基酸对所有种属来说都是相同的，称不变残基，不变残基⾼度保守，是必需的。

③除不变残基以外，其它位置的氨基酸对不同的种属有很⼤变化，称可变残基，可变残基中，个别氨基酸的变化不影响蛋⽩质的功能。

通过⽐较同源蛋⽩质的氨基酸序列的差异可以研究不同物种间的亲源关系和进化，亲源关系越远，同源蛋⽩的氨基酸顺序差异就越⼤。

细胞⾊素C
存在于线粒体膜内，在真核细胞的⽣物氧化过程中传递电⼦。

P130，图3-41
分⼦量：12500左右
氨基酸残基：100个左右，单链。

25种⽣物中，细胞⾊素C的不变残基35个。

60种⽣物中，细胞⾊素C的不变残基27个。

亲源关系越近的，其细胞⾊素C的差异越⼩。

亲源关系越远的，其细胞⾊素C的差异越⼤。

⼈与⿊猩猩 0
⼈与猴 1
⼈与狗 10
⼈与酵母 44
胰岛素
祥见 P175 胰岛素的结构与功能
不同⽣物的胰岛素a.a序列中，有24个氨基酸残基位置始终不变，
A．B链上6个Cys 不变（重要性），其余18（24-6）个氨基酸多数为⾮极性侧链，对稳定蛋⽩质的空间结构起重要作⽤。

其它氨基酸对稳定蛋⽩质的空间结构作⽤不⼤，但对免疫反应起作⽤，猪与⼈接近，⽽狗则与⼈不同，因此可⽤猪的胰岛素治疗⼈的糖尿病。

蛋⽩质⼀级结构的个体差异—分⼦病
分⼦病：基因突变引起某个功能蛋⽩的某个（些）氨基酸残基发⽣了遗传性替代从⽽导致整个分⼦的三维结构发⽣改变，致使其功能部分或全部丧失。

Linus Pauling⾸先发现镰⼑形红细胞贫⾎现是由于⾎红蛋⽩发⽣了遗传突变引起的，成⼈的⾎红蛋⽩是由两条相同的α链和两条相同的β链组成α2β2，镰⼑形红细胞中，⾎红蛋⽩β链第6位的aa线基由正常的Glu变成了疏⽔性的Val。

因此，当⾎红蛋⽩没有携带O2时就由正常的球形变成了刚性的棍棒形，病⼈的红细胞变成镰⼑形，容易发⽣溶⾎作⽤(⾎细胞溶解)导致病⾎，棍棒形的⾎红蛋⽩对O2的结合⼒⽐正常的低。

以⾎红蛋⽩为例：α2β2寡聚蛋⽩
正常⼈⾎红蛋⽩，β.N......Glu 6
镰⼑型贫⾎β.N......Val 6
⽣理条件下电荷：
Va10 Glu-
疏⽔亲⽔
⼈的⾎红蛋⽩分⼦的四条肽链中（574个氨基酸残基）只有两个Glu分⼦变化成Va1分⼦，就能发⽣镰⼑状细胞贫⾎病。

⼀级结构的部分切除与蛋⽩质的激活
⼀些蛋⽩质、酶、多肽激素在刚合成时是以⽆活性的前体形式存在，只有切除部分多肽后才呈现⽣物活性，如⾎液凝固系统的⾎纤维蛋⽩原和凝⾎酶原，消化系统的蛋⽩酶原、激素前体等。

⾎液凝固的机理
凝⾎因⼦（凝⾎酶原致活因⼦）
凝⾎酶原凝⾎酶
纤维蛋⽩原A 纤维蛋⽩B 凝胶（1）、凝⾎酶原
P133 图3-43 凝⾎酶原的结构
糖蛋⽩，分⼦量66000，582个a.a残基，单链。

在凝⾎酶原致活因⼦催化下，凝⾎酶原分⼦中的Arg274—Thr275和Arg323—Ile324断裂，释放出274个a.a，产⽣活性凝⾎酶。

A链49 a.a
B链259 a.a
（2）、纤维蛋⽩原
P133 图3-44 纤维蛋⽩原的结构
α2β2r2
α肽：600个氨基酸，β肽：461氨基酸，r肽：410个氨基酸
在凝⾎酶作⽤下，从⼆条α链和⼆条β链的N端各断裂⼀个特定的肽键-Arg—Gly-，释放出⼆个纤维肽A（19个氨基酸）和⼆个纤维肽B（21个氨基酸），它们含有较多的酸性氨基酸残基。

P133 纤维肽A .B的结构
A、B肽切除后，减少了蛋⽩质分⼦的负电荷，促进分⼦间聚集，形成⽹状结构。

P134上
在凝⾎因⼦XIIIa（纤维蛋⽩稳定因⼦）催化下，纤维蛋⽩质单体间形成共价健（Gln-Lys 结合），⽣成交联的纤维蛋⽩。

胰岛素原的激活
P134图3-45
胰岛素在胰岛的β细胞内质⽹的核糖体上合成，称前胰岛素原，含信号肽。

前胰岛素原在信号肽的引导下，进⼊内质⽹腔，进⼊后，信号肽被信号肽酶切除，⽣成胰岛素原，被运⾄⾼尔基体贮存。

并在特异的肽酶作⽤下，切除C肽，得到活性胰岛素。

多肽与蛋⽩质的⼈⼯合成
在医药和研究⽅⾯意义重⼤
1958年，北⼤⽣物系合成催产素8肽。

1965年，中国科学院⽣化所、有机所、北⼤化学系⼈⼯合成⽜胰岛素。

1969年，美国Merrifield⽤⾃动化的固相多肽合成仪合成第⼀个酶——⽜胰RNase
（124aa—）。

P139图3-46 多肽的固相合成
C端 N端。

挂接→去保护→中和→缩合→去保护→中和→缩合
蛋⽩质的⼆级结构和纤维状蛋⽩质
⼆级结构是指多肽链中有规则重复的构象。

肽链的构象
多肽链的共价主链上所有的α--碳原⼦都参与形成单键，因此，从理论上讲，⼀个多肽主链能有⽆限多种构象。

但是，⽬前已知，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。

肽链的⼆⾯⾓
P143图3-51、图3-52
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。

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。

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。

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
P144表3-12 蛋⽩质中⾮键合原⼦间的最⼩接触距离。

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。

P145 拉⽒构象图（Gly除外）
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。

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。

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％。

⼆级结构的基本类型
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。

α螺旋
（3）、α螺旋及其特征
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。

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 P143图3-52
②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
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。

图
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。

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、.....）
2.27 310
3.613
4.316
n=1 n=2 n=3 n=4
α-螺旋π-螺旋
（4）、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。

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。

② Gly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。

③ R基⼤（如Ile）不易形成α—螺旋
④ Pro、脯氨酸中⽌α—螺旋。

⑤ R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。

（5）、pH对α—螺旋的影响
多聚L-Glu和多聚L-Lys
P149 图3-57
（6）、右⼿α-螺旋与左⼿α-螺旋
图 P148
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°）。

（7）、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。

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。

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。

（8）、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。

β-折叠
P149 图3—58 P150 图3—59
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。

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。

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°
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。

β-转⾓（β-turn）
β-转⾓也称β-回折（reverse turn）、β-弯曲（β-bend）、发夹结构（hair-pin structure）
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 a.a 残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H间形成氢键。

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。

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。

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。

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。

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。

p153 图3-61 A
存在于α-⾓蛋⽩，肌球蛋⽩，原肌球蛋⽩和纤维蛋⽩原中。

βxβ结构
两段平⾏式的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
p153 图3-61 B
②βαβ
x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。

p153 图3-61 C
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。

P153图3-61 D
回形拓扑结构（希腊钥匙）
P153图3-61 E
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。

筒中⼼由疏⽔氨基酸残基组成。

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。

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。

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。

（9）、α-⾓蛋⽩
P155 图3-63，P156 图3-64
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。

α-⾓蛋⽩(α-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(Coiled coil dimmer)。

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α-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。

？
（10）、β-⾓蛋⽩
P157 图3-65
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。

胶原蛋⽩
弹性蛋⽩
肌球蛋⽩、肌动蛋⽩和微管蛋⽩
球状蛋⽩质的⾼级结构与功能
前⾯讲了蛋⽩质结构的两个较低级的组织⽔平：⼀级结构和⼆级结构（包括超⼆级结构），本节讲述蛋⽩质（主要是球蛋⽩）的⾼级结构：结构域、三级结构、四级结构，及其与⽣物功能。

蛋⽩质的⼀级结构决定⾼级结构
蛋⽩质功能的复杂性和多样性是建⽴在结构多样性的基础上。

多肽链的⼆级结构由R基的短程顺序决定，当⼀组在肽链上相邻的氨基酸残基具有适当的顺序时，能⾃发形成α-螺旋和β-折叠，并处于稳定状态。

⽽多肽链的三级结构由氨基酸的长程顺序决定，如产⽣特异转弯的氨基酸残基（Pro、Thr、Ser）的精确位置决定多肽链转弯形成的⽅向和⾓度。

同源蛋⽩质的不变残基决定蛋⽩质的⾼级结构。

RNase的变性、复性实验，证明蛋⽩质的三维构象归根结底是复杂⽣物⼤分⼦的“⾃我装配”。

P164 图3-69 RNase的变性与复性⽰意图
球状蛋⽩质的结构域、三级结构与功能
结构域
结构域(domain)，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。

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。

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。

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。

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。

EF⼿：钙结合蛋⽩中，含有Helix-Loop-Lelix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，
图5.19
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。

三级结构有以下特点：
①许多在⼀级结权上相差很远的aa碱基在三级结构上相距很近。

②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。

③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)
维持三级结构的作⽤⼒：
P164 图3-70
（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。

（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
（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。

（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。

（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。

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。

球状蛋⽩蛋在⾏使功能时，通常与⼩的配体或⼤分⼦(如核酸，其它蛋⽩质)精密结合。

球状蛋⽩的表⾯通常有⼀个凹⽳其结构与配体互补，当配体结合上去后，引起球状蛋⽩的构象变化，触发后续反应。

肌红蛋⽩的三级结构与功能：
肌红蛋⽩的三级结构
肌红蛋⽩是哺乳动物肌⾁中储氧的蛋⽩质，由⼀条多肽链和⼀个⾎红素辅基组成，分⼦量16.7Kd，含153个氨基酸。

P172 图3—76 图5.27 肌红蛋⽩的O2结合部位
多肽主链由8段直的α-螺旋组成，最长的α-螺旋有23个氨基酸残基，最短的α-螺旋有7个氨基酸残基。

分⼦中⼏乎80%的氨基酸残基处在α-螺旋区内。

连接两个相邻α-螺旋的是松散肽段，由1~8个氨基酸组成。

8段螺旋分别命名为A、B、C…H。

相邻的⾮螺旋区肽段为NA、AB、BC…GH、HC。

4个Pro残基各⾃处在⼀个拐弯处，Ser、Thr、Asn、Ile也处在拐弯处。

肌红蛋⽩多肽链绕曲成球状分⼦，球体内充满⾮极性氨基酸残基：Val、Leu、Met、Phe 等，亲⽔的基团⼏乎全部分布在球状分⼦的外表⾯。

整个分⼦单结构域。

辅基：⾎红素（铁卟啉），扁平状，结合在肌红蛋⽩表⾯的⼀个洞⽳内。

P173
卟啉环中⼼的Fe 2+
有六个配位键，其中4个与平⾯卟啉分⼦的N 结合，另外两个与卟啉平⾯垂直，1个与93位His(F8)的咪唑N 结合，另⼀个处于开放状态，可结合O 2。

蛋⽩质为⾎红素提供⼀个疏⽔环境，避免Fe 2+
被氧化⽽失去氧合能⼒。

CO 与⾎红素结合能⼒⽐O 2的⼤200倍，CO 中毒原理
肌红蛋⽩的氧合曲线
肌红蛋⽩：Mb 氧合肌红蛋⽩：MbO 2。

解离平衡常数：
氧浓度与氧分压成正⽐
给定氧压下肌红蛋⽩氧饱和度
（4）式代⼊（3）式，
K= （1-Y ）PO 2
Y
以肌红蛋⽩的氧饱和度Y 和氧分压PO 2作图。

P174 图3-77 氧合曲线
当Y=1时，所有肌红蛋⽩的氧合位置均被占据，即肌红蛋⽩被氧饱和K=0
Y=0.5时，肌红蛋⽩的⼀半被饱和，PO 2=K ，解离常数K 称为P 50，即肌红蛋⽩⼀半被饱和时的氧压。

Hill 曲线和Hill 系数
Y PO 2 Log Y = Log PO 2 — Log K 1-Y K 1-Y
P174 图3-78Hill 曲线蛋⽩质四级结构与功能
形成四级结构的亚基间必需构象互补和电荷（或极性）互补。

蛋⽩质的四级结构
具有三级结构的亚单位，通过离⼦键、范德华⼒、氢键等聚集⽽成的特定构象寡聚蛋⽩由⼏条肽链组成。

每⼀条肽键称为⼀个亚基（或单体）。

亚基间的互补界⾯的
]
[]
][[22MbO O Mb K =]
[][22
MbO PO Mb K ?=
]
[][]
[22Mb MbO MbO Y +=22PO K PO Y +=
有些对称的寡聚蛋⽩是由两个或多个不对称的等同结构成分组成，这种等同的结构成分称为原体。

如⾎红蛋⽩α2β2就是由两个原体αβ组成。

维持四级结构的作⽤有：氢键、疏⽔作⽤、静电作⽤、共价健
共价键也维持四级结构：①免疫球蛋⽩的⼆硫键；②弹性蛋⽩中的锁链素(由4个Lys 侧链形成的交联体desmosine)；③Lysinonorleucine(赖氨硫正亮氨酸)，见于弹性蛋⽩和胶原蛋⽩。

球状蛋⽩聚集成四级结构具有下列优势
①结构更复杂，以便⾏使更复杂的功能。

②通过协同作⽤，实现对酶活性的调节。

③把中间代谢途径中各种酶分⼦聚体在⼀起，提⾼催化效率。

④形成⼀定的⼏何形状，细菌鞭⽑。

⑤适当降低溶液渗透压。

寡聚蛋⽩与别构效应
别构蛋⽩：多是寡聚蛋⽩，每个亚基除了有活性部位（结合抵牾）外，还有别构部位（结合调节物），有时活性部位和别构部位分属不同的亚基（活性亚基和调节亚基），活性部位之间以及活性部位和调节部位之间通过蛋⽩质构象的变化⽽相互作⽤。

别构效应：别构蛋⽩的别构部位与效应物的结合改变了蛋⽩质的构象，从⽽对活性部位的影响。

同位效应（同种效应）：别构蛋⽩与⼀种配基的的结合对于和后续同种配基结合能⼒的影响，包括（正）协同效应和负协同效应。

同位效应⼀般是指活性部位之间的效应，也可能指别构部位之间的效应。

同位效应是别构效应的基础，别构效应可以看成`是对同位效应的⼀种修饰
异位效应（异种效应）：就是别构效应，别构部位与效应物的结合对活性部位的影响。

协同效应：⼀种配基的结合促进后续配基的结合，S型结合曲线。

负协同效应：⼀种配基的结合抑制促进后续配基的结合。