蛋白质的三维结构
第5章-蛋白质的三维结构
第5章 蛋白质的三维结构
比较稳定的环状结构
主要存在于球状蛋白分子中 多数处在蛋白质分子的表面
第5章 蛋白质的三维结构
脯氨酸和甘氨酸在β-转角中出现的频率较高。 脯氨酸的亚胺氮形成的肽键有顺反异构体，统计表 明大约6%为顺式构型，多半出现在β-转角中。 非脯氨酸参与形成的肽键中99.95%是反式构型。
★
第5章 蛋白质的三维结构
α螺旋也称3.613－螺旋
Pitch height 0.54 nm
第5章 蛋白质的三维结构
★
影响α-螺旋形成的因素：
第5章 蛋白质的三维结构
α-螺旋是一种稳定的二级结构，因为螺旋内的所有肽键均参与 形成链内氢键，以下几种因素可能破坏α－螺旋：
⑴相邻带有相同电荷的氨基酸残基之间的强静电斥力。如：Lys、 Asp、Glu； ⑵相邻的大的侧链基团之间的空间阻碍。如Val、Ile、Thr； ⑶脯氨酸（Pro），由于其具有环状结构，形成的肽键不能作为氢 键供体，是α－螺旋构象最大破坏者； ⑷ 甘氨酸（Gly），由于其侧链基团是H原子，不能象其他侧链基 团那样制约二面角，也可能成为α-螺旋的不稳定因素。
第5章 蛋白质的三维结构
② -折叠 -pleated sheet:
第5章 蛋白质的三维结构
反平行β-折叠片
Antiparallel -sheet
β-折叠是另一种重复性二级结构单元。
相邻的β-折叠的多肽链（平行或反平行）形成了
β-折叠片。
β-折叠片中相邻肽链的肽键之间形成的氢键垂直
第5章 蛋白质的三维结构
2、蛋白质的二级结构
蛋白质的二级结构(Secondary structure) 是指蛋白质多肽链主链原子局部的空间 结构，但不包括与其他肽段的相互关系 及侧链构象的内容。 二级结构主要由蛋白质折叠产生的氢键 来维系。
生物化学第5章 蛋白质的三维结构
9
α-螺旋
特征: 每隔3.6个AA残基螺旋上升 一 圈，螺距0.54nm; 螺旋体中所有氨基酸残基R 侧链都伸向外侧； 每个氨基酸残基的>N-H与 前 面第三个氨基酸残基的 >C=0形成氢键，肽链上所有 的肽键都参与氢键的形成， 取向几乎都平行于螺旋轴。
原胶原纤维中原胶 分子的排列
一股原胶 原 蛋白 分子
原胶原蛋白分子中的 单链 （左手螺旋）
胶原纤维(collagen fibril)中原胶原蛋白分子的排列19
胶原纤维通过Lys-Lys的交联得到进一步稳定和增强
20
六、 超二级结构和结构域
1.超二级结构（super-secondary structure):
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 超二级结构或模体（motif）或折叠花样 （folding motif)。
类型：αα； β α β ； β β
∆G = ∆H –T ∆S ∆G is change in Gibbs Free Energy. If the ending state
is lower in free energy than the starting state, reaction will proceed spontaneously. ∆H is change in Enthalpy. Enthalpy is the energy from bonds and attractive interactions. Negative ∆H is favorable. (e.g. forming more bonds.) ∆S is change in Entropy. Entropy is disorder. Positive ∆S is favorable. (e.g. increasing the amount of disorder.)
生物化学 第4章 蛋白质蛋白质三维结构
第四章蛋白质的三维结构稳定蛋白质三维结构的作用力一、多肽主链折叠的空间限制从理论上讲，一个多肽主链能有无限多种构象。
从理论上讲个多肽主链能有无限多种构象但是，只有一种或很少几种天然构象，且相当稳定。
但是只有种或很少几种天然构象且相当稳定因为：天然蛋白质主链上的单键并不能自由旋转1、肽链的二面角★只有α碳原子连接的两个键（C α—N 和C α-C ）是单键，能自由旋转。
★扭角:环绕C α—N 键旋转的角度为Φ,环绕C α—C 键旋转的角度称Ψ。
可旋转±180度，一般呈顺时针旋转。
旋转受H.O 基的限制多肽主链的构象可以用每个C 的对原子以及R 基的限制。
多肽主链的构象可以用每个a-C 的一对扭角来描述。
★当Φ(Ψ)旋转键两侧的主链呈顺式时，规定Φ(Ψ)=0°★从Cα沿键轴方向看，顺时针旋转的Φ(Ψ)角为正值，反之为负值。
2、拉氏构象图：可允许的Φ和Ψ值Φ和Ψ同时为0的构象实际不存在二面角（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。
个相邻肽单位中非键合原间的接有Cα上的R基的大小与带电性影响Φ和Ψ◆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（范德华距离），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，该坐坐标以为纵坐标在坐标图上标出该坐标图称拉氏构象图。
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。
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般允许距离之间，立体化学允许，但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。
蛋白质各级结构的表现形式
蛋白质各级结构的表现形式
蛋白质各级结构的表现形式是指蛋白质中所有分子结构的表现形式，包括原子结构、分子结构、三维结构和大分子结构。
一、原子结构
原子结构是指蛋白质由不同元素组成的分子结构，其中主要包括氢原子、氧原子、硫原子、氮原子和磷原子。
这些元素在蛋白质中以空间排列的方式形成分子结构，蛋白质的特性很大程度上取决于这种原子结构。
二、分子结构
分子结构是指蛋白质由高分子链组成的结构。
蛋白质的分子结构主要由氨基酸残基组成，这些氨基酸残基之间通过键来相互连接，形成一种有序的结构。
这种分子结构有助于控制蛋白质的活动，也是蛋白质拥有独特功能的基础。
三、三维结构
三维结构是指蛋白质的三维构象。
由于蛋白质的分子结构中存在不同的氨基酸残基，它们在水环境中会形成不同的三维结构，这种结构改变也会导致蛋白质的物理状态和生物活性发生改变。
因此，蛋白质的三维结构是蛋白质功能的重要组成部分。
四、大分子结构
大分子结构是指多种蛋白质的结合形成的结构。
在蛋白质的大分子结构中，多种蛋白质通过多种结合来形成一个复杂的结构，这种结构的建立有助于蛋白质的功能的表达和调节。
总而言之，蛋白质各级结构的表现形式是指蛋白质中所有分子结构的表现形式，包括原子结构、分子结构、三维结构和大分子结构。
蛋白质的这些结构形式是蛋白质的功能表达和调节的重要组成部分，也是蛋白质拥有独特功能的基础。
生物化学 第5章蛋白质三维结构
310螺旋
α螺旋
π螺旋
（二）β-折叠片(β-pleated sheet)
• β-折叠片是蛋白质二级结构元件，是两条或两条以 上充分伸展成锯齿状折叠构象的多肽链，侧向聚集， 按肽键的长轴方向平行并列，通过氢键形成折扇状 的结构。
1、-折叠片的结构特征
1) 多肽链充分伸展，肽平面折叠成锯齿状； 2) 侧链交错位于锯齿状结构的上下方；
酰胺平面与二面角(Φ 、Ψ )
酰胺平面（肽平面）：每个肽单位的六个 原子（Cα －CO－NH－Cα ）都被酰胺键 固定在同一个平面上，该平面称为酰胺平 面（或肽平面）。
四、蛋白质的二级结构
四、蛋白质的二级结构
蛋白质的二级结构(secondary structure)是指多 肽链主链骨架中若干肽单位各自沿一定的轴盘 旋或折叠，并以氢键为主要次级键而形成的有 规则的构象。
第五章 蛋白质的三维结构
本章要点
研究蛋白质构象的方法 稳定蛋白质三维结构的作用力 多肽主链折叠的空间限制 蛋白质的二级结构 超二级结构和结构域 蛋白质的三级结构 蛋白质的四级结构
一、研究蛋白质构象的方法
X-射线衍射法
单色的X射线通过蛋白质晶体产 生衍射图，对衍射图中衍射斑点的位 置与强度进行测定和计算，可以确定 晶体的结构。
B．肽链平面充分伸展
C．每隔3.6个氨基酸螺旋上升一圈
D．每个氨基酸残基上升高度为0.15nm
2、列哪些因素妨碍蛋白质形成α-螺旋结构？
(E)
A．脯氨酸的存在
B．氨基酸残基的大的支链
C．酸性氨基酸的相邻存在 D．碱性氨基酸的相邻存在
E．以上各项都是
5、其他类型的螺旋
螺旋末端的最后一圈 不稳定，胶原蛋白中存在
名词解释蛋白质的三维结构
名词解释蛋白质的三维结构蛋白质是生物体内最基本的组分之一，也是生命活动的关键参与者。
其在细胞和组织中发挥着重要的结构和功能作用。
蛋白质的功能与其特定的三维结构密切相关。
本文将解释蛋白质的三维结构，并介绍其重要性与研究方法。
蛋白质的三维结构是指其在空间中特定的立体构型。
根据其结构，蛋白质可以分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
一级结构是蛋白质最基本的线性序列，由氨基酸组成。
氨基酸的种类和排列顺序决定了蛋白质的功能和特性。
人体内常见的氨基酸有20种，它们通过共价键连接在一起，形成聚合物链。
蛋白质的一级结构可以通过基因信息推测得出，这个推测的过程叫做基因翻译。
二级结构是蛋白质的局部空间构型，主要有α-螺旋和β-折叠两种形式。
α-螺旋是一种呈螺旋状的结构，在其内部，氨基酸残基通过氢键相互连接而形成稳定的结构。
β-折叠是一种平面折叠状的结构，氨基酸残基通过氢键连接在一起，形成折叠的β片。
这些二级结构的形成受到许多因素的影响，如氨基酸的性质、溶剂环境等。
三级结构是蛋白质的整体立体构型。
蛋白质的三级结构由多个二级结构组合而成，通过各种化学键和相互作用保持稳定。
这些化学键和相互作用包括疏水相互作用、电荷相互作用、氢键和二硫键等。
疏水效应是蛋白质三级结构形成的重要因素之一，由于氨基酸的侧链具有不同的亲水性，可以促使蛋白质分子折叠为稳定的立体构型。
四级结构是由多个蛋白质亚单位组成的复合物。
如血红蛋白由四个亚单位组成。
亚单位之间通过非共价键连接在一起，形成一个功能完整的蛋白质结构。
蛋白质的三维结构对于其功能的发挥至关重要。
在特定的立体构型下，蛋白质具备特定的功能。
例如，抗体分子通过其特殊的三维结构与外来抗原结合并清除体内病原体；酶分子通过其特定的三维结构催化生物化学反应，促进代谢过程。
如果蛋白质的三维结构发生改变，其结构和功能都会受到影响，甚至导致疾病的发生。
研究蛋白质的三维结构对于理解生命的本质和疾病的发生机制具有重要意义。
5第五章 蛋白质的三维结构
第5章蛋白质的三维结构§1.8 蛋白质的三维结构蛋白质三维结构由氨基酸序列决定，且符合热力学能量最低要求，与溶剂和环境有关。
①主链基团之间形成氢键。
②暴露在溶剂中（水）的疏水基团最少。
③多肽链与环境水（必须水）形成氢键。
（一）研究蛋白质构象的方法（1）X-射线衍射法：是目前最明确揭示蛋白质大多数原子空间位置的方法，为研究蛋白质三维结构最主要的方法。
步骤为：蛋白质分离、提纯→单晶培养→晶体学初步鉴定→衍生数据收集→结晶解析→结构精修→结构表达。
（2）其他方法：NMR、紫外差光谱、荧光和荧光偏振、圆二色性、二维结晶三维重构。
（二）稳定蛋白质三维结构的作用力（1）弱相互作用（或称非共价键，或次级键）1. 氢键2. 疏水作用（熵效应）3. 范德华力4. 离子键（盐键）（2）共价二硫键（三）酰胺平面和二面角（1）酰胺平面（肽平面）：肽键上的四个原子和相连的Cα1和Cα2所在的平面。
（2）两面角：每个氨基酸有三个键参与多肽主链，一个肽键具有双键性质不易旋转，另两个键一个为Cα1与羰基形成的单键，可自由旋转，角度称为ψ，另一个为NH与Cα2形成的单键也可自由旋转，角度称为φ，ψ和φ称为二面角或构象角，原则上可取-1800~+1800之间任意值（实际受立体化学和热力学因素所限制），肽链构象可用两面角ψ和φ来描述，由ψ和φ值可确定多肽主链构象。
（四）二级结构多肽链折叠的规则方式，是能量平衡和熵效应的结果。
主链折叠由氢键维持（主要），疏水基团在分子内，亲水基团在分子表面。
常见的二级结构元件：α-螺旋，β-折叠片，β-转角和无规卷曲。
（1）α-helix：蛋白质含量最丰富的二级结构。
肽链主链围绕中心轴盘绕成螺旋状紧密卷曲的棒状结构，称为α-螺旋。
1.两面角ψ和φ分别在-570和-470附近（φ：从Cα向N看，顺时针旋转为正，逆时针为负；ψ：从Cα向羰基看，顺时针为正，逆时针为负。
）2.每圈螺旋含约3.6个氨基酸残基，由H键封闭的环中原子数为13，此种α-螺旋又称3.613-螺旋，每周螺距为0.54nm，R基均在螺旋外侧。
生物化学(第三版) 第五章 蛋白质的三维结构课后习题详细解答 复习重点
第五章蛋白质的三维结构提要每一种蛋白质至少都有一种构像在生理条件下是稳定的，并具有生物活性，这种构像称为蛋白质的天然构像。
研究蛋白质构像的主要方法是X射线晶体结构分析。
此外紫外差光谱、荧光和荧光偏振、圆二色性、核磁共振和重氢交换等被用于研究溶液中的蛋白质构像。
稳定蛋白质构像的作用有氢键、范德华力、疏水相互作用和离子键。
此外二硫键在稳定某些蛋白质的构像种也起重要作用。
多肽链折叠成特定的构像受到空间上的许多限制。
就其主链而言，由于肽链是由多个相邻的肽平面构成的，主链上只有α-碳的二平面角Φ和Ψ能自由旋转，但也受到很大限制。
某些Φ和Ψ值是立体化学所允许的，其他值则不被允许。
并因此提出了拉氏构像，它表明蛋白质主链构象在图上所占的位置是很有限的（7.7%-20.3%）。
蛋白质主链的折叠形成由氢键维系的重复性结构称为二级结构。
最常见的二级结构元件有α螺旋、β转角等。
α螺旋是蛋白质中最典型、含量最丰富的二级结构。
α螺旋结构中每个肽平面上的羰氧和酰氨氢都参与氢键的形成，因此这种构象是相当稳定的。
氢键大体上与螺旋轴平行，每圈螺旋占3.6个氨基酸残基，每个残基绕轴旋转100°，螺距为0.54nm。
α-角蛋白是毛、发、甲、蹄中的纤维状蛋白质，它几乎完全由α螺旋构成的多肽链构成。
β折叠片中肽链主链处于较伸展的曲折（锯齿）形式，肽链之间或一条肽链的肽段之间借助氢键彼此连接成片状结构，故称为β折叠片，每条肽链或肽段称为β折叠股或β股。
肽链的走向可以有平行和反平行两种形式。
平行折叠片构象的伸展程度略小于反平行折叠片，它们的重复周期分别为0.65nm和0.70nm。
大多数β折叠股和β折叠片都有右手扭曲的倾向，以缓解侧链之间的空间应力（steric strain）。
蚕丝心蛋白几乎完全由扭曲的反平行β折叠片构成。
胶原蛋白是动物结缔组织中最丰富的结构蛋白，有若干原胶原分子组成。
原胶原是一种右手超螺旋结构，称三股螺旋。
弹性蛋白是结缔组织中另一主要的结构蛋白质。
5 蛋白质的三维结构
α 螺旋 α helix
α螺旋是右手螺旋
3.6AA/圈螺旋 螺距0.54nm 残基的侧链伸向外侧
相邻螺圈之间形成氢键， 氢键的取向与螺旋轴平行 从N末端出发，氢键是由 每个肽基的C=O与其前面第3 个肽基的N－H之间形成的。 由氢键封闭的环是13元环， 因 此 α 螺旋 也 称 为 3.613 － 螺旋。
β 折叠片 β Sheets
• 肽平面和α-碳原子的四面体结构构成了 一种折叠的片状结构 • 骨架更为伸展，呈Z字型 • β折叠片中的每条肽链称为β折叠股或 β股（βstrand） • 多肽链间靠氢键稳定 • R基团从片层中交替伸出
平行和反平行的 β 折叠片
折叠片有两种形式，一种是平行式（parallel），另 一种是反平行式（antiparallel），氢键在股间形成。
βαβ结构，呈右手交叉，肽链从折叠片中开始向一个方向卷绕成 Rossman折叠，α螺旋覆盖在折叠片的一侧，然后改变方向回到折叠片的 中部向相反的方向卷绕再形成Rossman折叠，此时α螺旋覆盖在折叠片的 另一侧。所以也叫双绕平行β折叠片。有时有发夹连接的反平行β折叠股 混杂在平行β折叠股之间，形成混合型β折叠片蛋白质。
3. ββ：就是反平行β折叠片，在球状蛋白质中， 多是由一条多肽链的若干段β折叠股反平行组合而成 ，两个β股间通过一个短回环（发夹）连接起来。 （1）最简单的是β发夹结构(β-hairpin)。 （2）β曲折(β-meander) 是一种常见的超二级结构 ，由多个反平行的β折叠股通过紧凑的β转角连接而 成。
α螺旋的偶极矩
• 每个肽键存在小的电 偶 羰基 O negative 酰胺 H positive • 这些电偶通过氢键连 接，形成沿螺旋伸展 的净电偶 • R基带负电的aa经常 出现在螺旋N末端
蛋白质三维结构
体异构体，这样的异构体是稳定的，并且如果它们 混合在一起是可以一一分离出来的。
构型特点
► 一个有机分子中各个原子特有的固定的空间排列。 ► 构型的改变往往使分子的光学活性发生变化。 ► 一般情况下，构型都比较稳定。 ► 一种构型转变另一种构型则要求共价键的断裂、原
► 结构域之间通过铰链（合叶）相连，通过铰链的松紧
（合叶的开合）使其相对运动。
► 大的蛋白质或亚基，由多个结构域缔合而成三级结构 ► 较小蛋白质或亚基来说，结构域和其三级结构是一个意
思，即单结构域（磷酸丙糖异构酶）
► 每个结构域承担一定的生物学能，几个结构
域协同作用，可体现出蛋白质的总体功能。
明显分开的紧密球状结构区域，是多肽链
上在一级结构上是相邻的多个超二级结构
单位通过折叠，彼此聚集在一起，形成结
构紧凑的、在空间上可以明显区分的区域，
且在功能上相对独立的结构。
► 结构域是多肽链的独立折叠单位，一般由100-200个
氨基酸残基构成。 ► 结构域自身紧密装配，但其之间关系相对松懈。
肌钙蛋白
子(基团)间的重排和新共价键的重新形成。
构象(conformation)
► 构型相同的分子中，其原子由于单键的内旋转
(internal totation/torsion)而在空间形成。
► 内旋转角、键长和键角是表征构象的参数。 ► 构象体可相互转化并在一定温度下达到动态平衡，
却无法通过分离得到纯净的成分。
提问：这种氢键与α-螺旋中的氢键有何不同呢？ 不同肽链或同链内相隔残基不是3。
平行折叠片比反平行折叠片更规则且一般是大结 构，而反平行折叠片可以少到仅由两个β股组成。
蛋白质三级结构的化学键
蛋白质三级结构的化学键
一、蛋白质三维结构
❶弱相互作用：氢键、离子相互作用、范德华力、疏水相互作用
❷肽键：部分双键的性质，不能绕轴自由旋转，6个原子，反式构型，刚性，平面
二、测定蛋白质三维结构的方法（真题大题），其中x射线衍射法最常考
三、蛋白质的二级结构
⑴α螺旋：❶螺距：0.54nm❷氢键❸协同性❹右手螺旋❺影响α螺旋的稳定性：r基(val、ile、thr)，ph，pro、gly
⑵β构象：❶氢键在股间而不是在股内形成
⑶β转角：连接反平行、gly、pro
四、纤维状蛋白质
❶α-角蛋白，烫发的原理
❷丝心蛋白不能拉伸
❸胶原蛋白：三股螺旋，右手超螺旋缆，每一股都是左手螺旋，gly、pro，氢键
五、❶超二级结构：名词解释（模体）
类型：αα、βαβ、ββ
❷结构域：名词解释
类型：全α类、全β类、α/β类、α+β类
六、球状蛋白质与三级结构
球状蛋白质三级结构的特征（共5点）：以螺旋和折叠片为主、折叠层次、紧密球状实体、内疏外亲、表面有空穴
❤️四级结构：名词解释，对称性
❤️❤️四级缔合在结构和功能上的优越性（真题大题，课本130页，共四点）：❶增强结构稳定性❷提高遗传经济性和效率❸使催化基团汇集在一起❹具有协同性和别构效应
❤️❤️蛋白质变性：名词解释，特点
核糖核酸酶的变性与复性实验（136页）
❤️体内和体外蛋白质折叠区别（141页，考大题）。
第5章蛋白质的三维结构(共105张PPT)
32
多肽主链形成三维结构的空间限制
拉氏图不仅对蛋白质的构象研究起到了简化作用，对于 判断所得到的蛋白质结构模型的正误也有意义。 实际得到的许多蛋白质的三维结构证实了拉氏图是根本 正确的。
33
5.4 二级结构：多肽链折叠的规那么方式 Secondary structure :The common regular
• 反平行折叠片较稳定，重复单位为0.7 nm， 即每个氨基酸的长度为0.35nm;
α螺旋的偶极矩
α螺旋相当于在N—末端 积累了局部负电荷，在 C—末端积累了局部正电荷
43
Protein Secondary structure
α螺旋的手性
• 蛋白质中的α螺旋几乎
都是右手的 (除胶原蛋白外)。
44
影响α螺旋形成的因素
• 与它的氨基酸组成和序列有极大的关系:
– 侧链R-基团所带的电荷。如多聚赖氨酸， 不能形成；
多数情况下，这些基团分布在球状蛋白质分子的 外表，与水分子作用形成排列有序的水化层，稳 定蛋白质的构象。
16
5.2.5 二硫键 Disulfide bond
Covalent bond between side chains of two cysteine residues
17
Disulfide bond
Bond Energy （kJ/mol）
13－30 4－8 12－20 12－30 210 376.81
21
5.3 多肽主链折叠的空间限制
5.3.1 肽键和肽平面
多肽主链是由-NH-Cα-CO-相连重复排列 形成的。164
肽基〔peptide
蛋白质三维结构
第四章蛋白质三维结构一、名词解释1.Motif:模体，蛋白质分子中两个或更多相邻的二级结构单元和它们的连接部件组合在一起，彼此相互作用形成的二级结构组合，在多种蛋白质中充当三级结构元件。
模体也称超二级结构（super-secondary structure）或者折叠模式（fold）2.B-turn：B-转角，蛋白质中常见的转折结构，连接反平行B折叠片中两个相邻肽段的末端.3.Domain:域，多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形成的三级结构的局部折叠区，是相对独立的紧密球状实体。
是结构域（structural domain）的简称4.Salting out:盐析，当溶液离子强度足够高（例如饱和或半饱和）时，很多蛋白质从水溶液中沉淀出来的现象5.Dialysis:透析，利用蛋白质分子不能通过半透膜的性质，使蛋白质和其他小分子物质如无机盐单糖等分开的一种方法。
6.Solvation layer:溶剂化层，当水围绕一个疏水分子时，氢键的最适合排列使水绕疏水分子形成的一个高度结构化的笼形壳。
7.DIhedral angle:二面角，两个平面相交的角。
在肽的场合，这些平面由多肽主链中的键矢量确定。
8.Peptide plane：肽平面，肽键是一个共振杂化体，肽键具有部分双键性质，不能绕键轴自由旋转，与肽键关联的六个原子构成肽基（peptide group），具有刚性平面性质，称肽平面。
9.Chemical shift:化学位移，核磁共振中由于核的电子环境差别引起外加磁场（Ho）或共振频率（v）离开标准值的移动。
10.Chromophore:发色团，蛋白质或者核酸分子中含有芳香族和杂环族的共轭环系统（这也是蛋白质和核酸具有光吸收能力的原因），这些共轭环称发色团。
11.Ramachandran plot:拉氏构象图，根据非共价键合原子之间的最小接触距离，确定哪些Ca 的成对二面角Φ、Ψ所规定的两个相邻肽基的构想是被允许的，哪些不被允许，并在横坐标Φ对纵坐标Ψ所做的Φ—Ψ图上标出.12.Quaternary structure:四级结构，亚基（具有三级结构的多肽链）的缔合方式或组织方式13.Allosteric effect:别构效应，多亚基蛋白质一般有多个结合部位，结合在蛋白质分子的特定部位上的配体对该分子其他部位所产生的影响14.Molecular chaperone:分子伴侣，一类与其他蛋白不稳定构象相结合并使之稳定的蛋白15. Circular dichroism(CD):圆二色性，手性物质对左右圆偏振光的吸收不同，使左右圆偏振光叠合成托圆偏振光的光学效应.16. X-ray diffraction:X射线衍射，X射线经被检物体散射后的衍射波含有物体构造全部信息，可以用数学方法绘出电子密度图，从中构建出分子模型。
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OC
+
N
共振形式
相邻的肽平面构成两面角
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
（二）可允许的φ和ψ值： • 拉氏构象图
四、二级结构（Secondary Structure）
• 指肽链的主链在空间的排列,或规则的 几何走向、旋转及折叠。
• 只涉及主链构象及链内/间形成的氢键 • 主要有-螺旋、 -折叠、-转角、无
键能
• 肽键
90kcal/mol
• 二硫键
• 离子键
3kcal/mol• 氢键1kal/mol• 疏水键
1kcal/mol
• 范德华力
0.1kcal/mol
这四种键能远小于共价键，称次级键
提问：次级键微弱但却是维持蛋白质三级结构中主 要的作用力,原因何在?
数量巨大
三、多肽主链折叠
（一）酰胺平面与α－碳原子的二面角
（二）-角蛋白
丝蛋白的结构
六、 超二级结构与结构域
（一）超二级结构 若干相邻的二级结构单元按照一定
规律有规则组合在一起、相互作用， 形成在空间构象上可彼此区别的 二级结构组合单位。
（二）结构域
二级/超二级结构基础上形成的特定区域， 稳定、相对独立的球状实体。
•反平行β折叠片中的一种不规则排列 •实质上是多出来的一个AA残基
（四）无规卷曲（random coil）
——泛指不能归入明确的二级结构 如折叠片和螺旋的多肽片断。
五、纤维状蛋白质
脊椎动物体中50%以上是纤维状蛋白质 支架、防护作用 规则的线性结构
不溶性纤维蛋白 （角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白） 纤维蛋白
• 肽链主链骨架180°的回折结构
特点：
• 由4个连续的AA残基组成
• 第一个残基C=O • 第四个残基NH
形成氢键
O ……（ 氢 键 ）……… H
—C—（NH—CH—CO）2—N— R
• 比较稳定的环状结构 主要存在于球状蛋白分子中 多数处在蛋白质分子的表面
2、 β凸起（ β bugle）
（４)离子键 ( Electrostatic attraction )
• 又称盐键：具有相反电荷的两个基团间的 库仑作用。
F：吸引力 Q1/2：电荷电量 ε ：介质介电常数 R：电荷质点间距离
多肽链
R基团间的相互作用及稳定蛋白质三维构象的作用力
a.盐键 b.氢键 c.疏水键 d.范德华力 e.二硫键
可溶性纤维蛋白 （肌球蛋白 血纤蛋白原）
（一）-角蛋白 （Keratin）
皮肤与皮肤的衍生物
主要由-螺旋构象的多肽链组成
微纤维 毛发的结构 α
鳞状 细胞
大纤维
螺 旋
皮层细胞
初 原 纤 维
微 原 纤 维
卷发(烫发)的生物化学基础
角蛋白在湿热条件下伸展转变为—构象， 冷却干燥时可自烫发发地时 恢复原状。 • 侧链R基一般较大，不适于处在—构象 • 螺旋多肽链间有着很多的二硫键交联 ——交联键使外还力原剂解除后肽链恢复原状
1.4 蛋白质的三维结构
一、 研究蛋白质构象的方法
（一）研究蛋白质结晶体： X射线衍射法
（二）研究处于溶液中蛋白质构象的 光谱学方法:
紫外光谱 核磁共振 荧光和荧光偏振 圆二色性 扫描隧道显微
伦琴1901年获 诺贝尔物理奖
二、稳定蛋白质三维结构的作用力
1、影响蛋白质结构的因素
内力（内因）
蛋白质分子内各原子间作用力
• 肽键、二硫键——一级结构
• 氢键、疏水作用、范德华力、离子键、二 硫键——三维结构
外力（外因）
与溶剂及其他溶质作用力
（１)氢键( Hydrogen bond )
• 两负电性原子对氢原子的静电引力所形成 X—H…Y
• 质子给予体X-H和质子接受体Y间相互作用 • 氢键具有：
方向性-（键角）指X—H与H…Y间的夹角 饱和性- X—H只与一个Y结合
规卷曲等。
（一）-螺旋 （-helix）
1、-螺旋的结构
• 螺距0.54nm • 每圈含3.6个AA残基
每个AA残基占0.15nm 绕轴旋转100°
• 链内形成氢键与轴平行 • 多为右手螺旋
O
H
H —C—(NH—C—CO)3 N—
R 3.613 (ns)
2、影响-螺旋形成的因素
①R基大小：较大的难形成，如多聚Ile ; R为Gly时， 由于Ca上有2个氢，使Ca-C、Ca-N的转动的自由度很 大，即刚性很小，所以使螺旋的稳定性大大降低。 ②R基的电荷性质：不带电荷易形成。 带相同电荷的氨基酸残基连续出现 在肽链上时，螺旋的稳定性降低。 ③ Pro无法形成链内
范德华力包括引力和排斥力，其中作用势能与 原子距离的6次方倒数成正比。
（３）疏水作用
( Hydrophobic Interactions)
• 非极性侧链为避开极性溶剂水彼此靠近所 产生
• 主要存在蛋白质的内部结构 蛋白质表面通常具有极性链或区域
• 蛋白质可形成分子内疏水链/腔/缝隙
——稳定生物大分子的高级结构
• 平行肽链间以氢键从侧面连接的构象
2、-折叠的类型
平行的β－片层结构中，两个残基的间距为0.65nm； 反平行的β－片层结构，则间距为0.7nm
• 平行式： 所有肽链 的N-端 都在同一 边
• 反平行式： 相邻两条 肽链的方 向相反
（三） -转角和凸起
1、 β转角（ β turn/bend/hairpin structure）
（２)范德华力(van der Waals force )
这是一种普遍存在的作用力，是一个原子的原 子核吸引另一个原子外围电子所产生的作用力。它 是一种比较弱的、非特异性的作用力。
这种作用力非常依赖原子间的距离，当相互靠 近到大约0.4～0.6nm(4～6A)时，这种力就表现 出较大的集合性质。
氢键, α-螺旋遇 到Pro就会被中 断而拐弯
3、其他类型的螺旋
• 310－螺旋 • π螺旋（4.316－螺旋）
（二） -折叠 （ -pleated sheet）
• 由两/多条几乎完全伸展的肽链平行排列， 通过链间的氢键交联而形成。
• 肽链主链呈锯齿状折叠构象。
1、-折叠结构特点
• C总是处于折叠的角上 • AA的R基团处于折叠的棱角上并与之垂直 • 氢键主要在链间/同一肽链不同部分间形成 • 几乎所有肽键都参与链内氢键的交联 • 氢键与链的长轴接近垂直