第一章蛋白质结构基础1

二、肽单位和多肽链
1．肽链和肽单位 (1)肽键与多肽
一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基之间失水 形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。
肽键
• 肽键中的C-N键具有部分 双键性质，不能自由旋转。
• 在大多数情况下，以反式 结构存在。
0.127nm 键长=0.133nm
0.145nm
(2) 肽单位与多肽主链
（2）多肽链的构象角 （3）Ramachandra构象图及多肽链构象的允许
区
（1）扭角（双面角）定义：
• 由4个原子或基团组成的系统投影在与B-C键正交 的平面上，A-B键投影与C-D投影之间的夹角称为 扭角。这角度也可视为A-B-C决定的平面与B-C-D 决定的平面间的夹角，故也称为双面角。
θ=0 A→D
由于局部双键性质，肽键连接 的基团处于同一平面，具有确定 的键长和键角，是多肽链中的刚 性结构，称为肽单位(peptide unit)。有序连接的肽单位就是多 肽链的主链。因此，从结构上看， 肽单位和侧链基团是蛋白质分子 的基本建筑模块
多肽链结构示意图
2．多肽链的构象
（1）扭角(torsion angle) 或双面角(dihedral angle)系统
广泛用于检测实验测定和 计算机模型建造的各种蛋 白质结构的合理性
三、α螺旋
α螺旋(α-helix)是被首先肯定的一种蛋白质空间结构 的基本组件，并被证实普遍存在于各种蛋白质中。
美国加州理工学院的Linus Pauling在1951年首先提出螺 旋结构并预言它稳定地存在于蛋白质中。这一结构模型很 快被英国剑桥的Max Parutz关于肌红蛋白和角蛋白的X射 线衍射分析所支持，随后被第一个实验测定的高分辨率肌 红蛋白的晶体结构(John Kendrew , 1959)所证实。现在大 量已知蛋白质结构中，发现α螺旋普遍存在。
+θ A →D
-θ
D ←
A
B→C
B→C
B→C
（2）多肽链的构象角
相邻的肽平面构成二面角：
肽平面围绕Cα—C’单键旋转形成的位置用ψ角表示； 肽平面围绕Cα—N单键旋转形成的位置用φ 角表示。
一个氨基酸残基i的特定构象可由一对
（ φi， ψi ）来规定，它们各包含如
下4原子体系：
φi（Ci-1’，Ni,Ciα, Ci’ ） ψi（Ni ，Ciα, Ci’ ,Ni+1）
φ 和ψ= 0°时的主链构象
多肽链：通过可旋转的Cα连接的酰胺平面链
• 这种旋转是受到限制的
非键合原子之间的距离不应小于相应的范德华距离
（3）可允许的Φ和Ψ值
——拉氏构象图Ramachandran diagram
Ramachandran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
• 在蛋白质中，亲水残基 分布于溶剂一侧，疏水 残基位于蛋白质的疏水 内核中
4．倾向于形成α螺旋的氨基酸
侧链较大氨基酸，
有利于形成 α螺旋的氨 基酸残基：
Ala、Glu、 Leu、Met
不利于α螺旋 形成的残基： Pro、Gly、 Tyr、Ser
p12
5．310螺旋和π螺旋
3.613螺旋 4.416螺旋
三、α螺旋
1．基本结构参数 2．螺旋偶极子 3．两亲性螺旋 4．倾向于形成α螺旋的氨基酸 5．310螺旋和π螺旋
1．基本结构参数（p22）
2．螺旋偶极子
当配体含有 荷负电的磷 酸基时，其 可与螺旋的 N端结合。
可使主链 在不依赖侧 链的情况下 与配体结合
3. 两亲性螺旋
• α螺旋的一侧主要分布 着亲水（荷电、极性） 残基，另一侧主要集中 疏水残基
n为氨基酸序号
1 01814124.2 2 03117725.5 3 89104473.6 4 96196522.3 5 97181561.5 6 99807022.X 7 00802284.4 8 03101153.5 9 200510094774.6 10 200580008680.0 11 200580008666.0 12 200580030121.X
与α螺旋有关的专利
激发过敏反应的细菌harpin结构域及其应用 淋巴因子激活的杀伤细胞抗菌多肽及其应用 含有脂和多肽的合成肺表面活性剂 用于治疗骨质疏松症化合物的鼻传递的药物组合物 编码鳞翅目活性的δ-内毒素的DNA和其用途 用作疫苗的肺炎球菌胆碱结合蛋白衍生物 埃滋蛋白的调节/伸展肽 缺失型人白细胞介素11微小化变异体 一种抗病免疫和杀菌功能融合蛋白hcml基因及其蛋白质 用于治疗性干预的Y2选择性受体激动剂 用于治疗性干预的Y2/Y4选择性受体激动剂 接头分子
第一章 蛋白质结构基础
• 蛋白质结构的基本组件 • 蛋白质结构的组织和主要类型 • 蛋白质结构的形成—多肽链的
生物合成与折叠
参考书：《生物化学》、《分子生物学》、《蛋白质工程原理与技术》
• 重点： 蛋白质结构的层次体系、多肽链折叠机制
•wk.baidu.com难点： 蛋白质空间结构特点
第一节 蛋白质结构的基本组件
一、天然常见氨基酸 二、肽单位和多肽链 三、α 螺旋 四、β层 五、环肽链 六、疏水内核
其中，第2、3位原子间的共价键就是 旋转的中心键。
ψ φ
酰胺平面与α-碳原子之间形成的二面角 （ φ和ψ ）
二面角
两相邻酰胺平面之间，能以 共 同 的 Cα 为 定 点 而 旋 转 ， 绕 Cα-N键旋转的角度称φ角，绕 C-Cα 键 旋 转 的 角 度 称 ψ 角 。 φ 和ψ称作二面角，亦称构象角 。决定相邻肽基的几何位置
性
碱 性
极 性
酸 性
蛋白质构象与构型
构象 指具有相同结构式和相同构型的分子在空间
里可能的多种形态，构象形态间的改变不涉及共价键 的破裂
构型 指一个分子中原子的特定空间排布，不同的
构型如果没有共价键的破裂是不能互变的
构 象
构 型
构型：根据甘油醛构型确定D型和L型
1.根据甘油醛原则确定构型 2.自然界的氨基酸有两种构型 3.天然蛋白质的氨基酸都是L型
天然常见氨基酸
按R基的极性性质可以分成以下4组：
蛋白质氨基酸 （20种）
天冬氨酸
酸性氨基酸 谷氨酸
碱性氨基酸
赖氨酸 精氨酸
组氨酸
极性氨基酸
中性氨基酸
非极性氨基酸
甘氨酸 丝氨酸
苏氨酸
半胱氨酸 酪氨酸 天冬酰胺
谷氨酰胺 丙氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 甲硫氨酸 色氨酸 脯氨酸 缬氨酸
芳
香
非
族
极