蛋白质的二级结构

蛋白质空间结构与功能的关系
变构效应
一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合 后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能 力的现象，称为变构效应。 像血红蛋白这种具有变构效应的蛋白质称为
变构蛋白。
T态向R态转变因素
当亚铁离子移动时，它同时拖动His F8残
基，进一步导致蛋白质的构象发生改变。
氧结合曲线
甘油醛3Hale Waihona Puke P脱氢酶结构域蛋白质的三级结构
整条肽链中全部氨基酸残基的相对 空间位置。即肽链中所有原子在三维 空间的排布位置。
抹香鲸肌红蛋白（Myoglobin）的三级结构
分子中多肽主链由 长短不等的8段直 的α螺旋组成 最大的螺旋含23个 残基 最短的7个残基， 分子中几乎80%的 氨基酸残基都处于 α螺旋区中。 拐弯是由1—8个残 基组成的无规则卷 曲。
有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链， 每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白 质的亚基 (subunit)。 蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接
触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级 结构。 亚基之间的结合力主要是疏水相互作用。
血 红 蛋 白
的 四 级 结 构
总结
从一级结构到四级结构
血红蛋白
这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病， 称为“分子病”。
一个残基的改变为什么会 带来如此大的变化呢？
镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起的
血红蛋白单个（2个）氨基酸的改变影响功能：
Hb Sβ链第六位谷氨酸突变为缬氨酸。
谷氨酸：亲水、带负电荷；缬氨酸：疏水、不带电
Hb S分子表面 多了一个疏水侧链 Hb S分子三维 结构发生改变
• R基团的电荷性质 多聚赖氨酸在pH7的水溶液中不能形成α-螺 旋，而是以无规则卷曲形式存在。 • R基团的大小 多聚亮氨酸由于R基团的空间阻碍不能形成 α-螺旋。 多聚脯氨酸也不能形成α-螺旋。
（二）-折叠
两种-折叠方式
反平行： 肽链的N 端不处于 同一端， 氢键与肽 链走向垂 直。如： 丝心蛋白。
平行：所有肽 链的N端处于 同一端，氢键 不与肽链走向 垂直。如： β角蛋白。
（三） -转角
（四）无规则卷曲
蛋白质的折叠
• 蛋白质中氨基酸序列决定蛋白质的空间结 构。 • 有些蛋白质的折叠需要其它蛋白质如分子 伴侣的帮助。 • 折叠过程中存在中间产物。 • 疏水相互作用是蛋白质折叠的主要驱动力。
蛋白质的超二级结构
在蛋白质分子中，特别是球状蛋白质中，由若干 相邻的二级结构单元（即α—螺旋、β—折叠片和β—转 角等）彼此相互作用组合在一起，，形成有规则、在 空间上能辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构 件单元，称超二级结构。
结构域
多肽链在超二级结构基础上进一步 绕曲折叠而成的相对独立的三维实 体称结构域。
镰刀状细胞贫血病
正常的红细胞（左图）与镰刀状红细胞（右图）的区别
正常与异常的差异
HbA β 肽 链 N-val · his · leu · thr · pro · glu · glu · · · · ·C(146) HbS β 肽链 N-val · his · leu · thr · pro · val · glu · · · · ·C(146)
蛋白质的二级结构
肽键
肽键由于共振而具有部分双键性质，因此， 1) 肽键比一般C-N键短，且不能自由旋转 2) 肽键原子及相邻的a碳原子组成肽平面 3) 相邻的a碳原子呈反式构型
蛋白质的二级结构
• 概念： 蛋白质分子中某一段肽链的局部空间 结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空
间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象.
（五）蛋白质的紫外吸收光谱
蛋白质在远紫外光 区 （ 200-330nm ） 有 较 大的吸收，在280nm有
一特征吸收峰，可利用
这一特性对蛋白质进行 定性定量鉴定。
（六）蛋白质的呈色反应
双缩脲反应蛋白质和多肽分子中肽键在稀 碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色， 此反应称为双缩脲反应，双缩脲反应可用 来检测蛋白质水解程度。但是双缩脲不与 二肽反应。
His93
血红素辅基
核糖核酸酶三级结构示意图
N
Lys41 His119 His12
C
球状蛋白的三级的结构特征
蛋白质的三级结构具有明显的折叠层次。 大多数非极性侧链埋在分子内部，形成疏水核； 而极性侧链在分子表面，形成亲水面。
分子表面往往有一个内陷的空隙，它常常是蛋
白质的活性中心
蛋白质的四级结构
（二）、蛋白质的胶体性质 蛋白质溶液有许多高分子溶液的性质，如： 扩散慢、易沉降、 粘度大、不能透过半透膜， 在水溶液中可形成亲水的胶体。 蛋白质胶体溶液的稳定因素：水化膜、 同种电荷的相互排斥力。当破坏这两个因素 时，蛋白质中从溶液中析出而产生沉淀。
（三）蛋白质的沉淀
• （1）盐析法 向蛋白质溶液中加入大量的中性盐（硫酸铵、硫酸钠等）， 使蛋白质脱去水化层而聚集沉淀。 • （2）有机溶剂沉淀法 向蛋白质溶液中加入一定量的有机溶剂（甲醇、乙醇等）， 引起蛋白质脱去水化层以及增加蛋白质带点质点间的相互 作用，致使蛋白质聚集沉淀。 • （3）重金属盐沉淀法 当溶液pH大于等电点时，蛋白质颗粒带负电荷，它容易 与重金属离子（Hg2+、Ag+）结合成不溶性盐而沉淀。
（四）、蛋白质的变性作用
1、蛋白质变性的概念：天然蛋白质受物理或化学因素 的影响后，使其失去原有的生物活性，并伴随着物理化 学性质的改变，但并未导致其一级结构的变化，这种作 用称为蛋白质的变性。 2、使蛋白质变性的因素 （1）物理因素：高温、高压、射线等 （2）化学因素：强酸、强碱、重金属盐等
3、变性的本质： 分子中各种次级键断裂，使其空间构象从紧密有 序的状态变成松散无序的状态，一级结构不破坏。 4、蛋白质变性后的表现： （1）生物学活性消失 （2）理化性质改变：溶解度下降，粘度增加，紫 外吸收增加，侧链反应增强，对酶的作用敏感， 易被水解。
蛋白质的一级结构是它的氨基酸序列
蛋白质的二级结构是由氢键导致的肽链卷 曲与折叠
Primary structure
Secondary structure
蛋白质的三级结构是多肽链自然形成的三维 结构 蛋白质的四级结构是亚基的空间排列
Tertiary structure
Polypeptide (single subunit of transthyretin)
镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起的
由于伸出Hb S分子表面
的缬氨酸侧链创造了一个 “粘性”的突起，因而一个 Hb S分子的“粘性”突起 可以与另一个Hb S分子的
互补口袋通过疏水作用结合，
最终导致Hb S分子的聚集 沉淀。（脱氧HB S）
• 镰刀状细胞贫血病是一种致死性疾病，它的纯合 子患者(50%红细胞镰刀状化）有的在童年就死去。 杂合子患者(1％红细胞镰刀状化）的寿命虽也不 长，但它能抵抗一种流行于非洲的疟疾，它也是 一种致死性疾病。甚至对于携带正常血红蛋白基 因的纯合子个体死于这种疟疾的概率也很高、常 常来不及繁殖后代就已死去，而杂合子患者对疟 疾有一定的抗性，尚能繁衍下一代，这是因为杂 合子患者加速被感染红细胞的破坏而中断疟原虫 的生活周期的缘故。
蛋白质二级结构的主要形式
• a-螺旋 ( a -helix ) • -折叠 ( -pleated sheet ) • -转角 ( -turn ) • 无规卷曲 ( random coil )
（一） a-螺旋
1951年提出 a -螺旋结构模型
背景知识
• 肽键具有部分双键性质。 • 充分意识到氢键在蛋白质结构中的重要作 用。 • X-射线晶体学研究表明组成头发和豪猪刺 的蛋白质的空间结构里存在重复结构。
Quaternary structure Transthyretin, with four identical polypeptide subunits
蛋白质结构与功能的关系
The Relation of Structure and Function of Protein
一、蛋白质一级结构与功能的关系
肌肉
蛋白质的理化性质
（一）蛋白质的两性电离
蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，
氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条
件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。
* 蛋白质的等电点(pI) 当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成 正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电 荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。
特征：1、 每隔3.6 个 AA 残 基 螺 旋 上 升 一圈，螺距0.54nm; 2 、 螺旋体中 所有氨基酸残基R侧 链都伸向外侧，链 内氢键几乎都平行 于螺旋轴; 3、每个氨基 酸残基的>N-H与前 面第四个氨基酸残 基的>C=0形成氢键 ，肽链上所有的肽 键都参与氢键的形 成。
影响α-螺旋形成的因素
（一）一级结构是空间构象的基础
二 硫 键
牛核糖核酸酶的 一级结构
天然状态， 有催化活性 去除尿素、 β-巯基乙醇
尿素、 β-巯基乙醇
非折叠状态，无活性
当用透析的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶 大部分活性恢复，所有的二硫键准确无误地恢复原 来状态。若用其他的方法改变分子中二硫键的配对 方式，酶完全丧失活性。这个实验表明，蛋白质的 一级结构决定它的空间结构，而特定的空间结构是 蛋白质具有生物活性的保证。