§3 蛋白质结构Protein Structure
第三章蛋白质第三节蛋白质结构ppt文档
➢ 在酸性条件下水解，得到黄色DNP-氨基酸。该产物能够用乙 醚抽提分离。不同的DNP-氨基酸可以用色谱法进行鉴定。
4、蛋白质一级结构的测定
N-末端分析： （2）丹磺酰氯法（DNS法）：
例如：H.Tyr.Gly.Gly.Phe.Met.OH（甲 硫氨酸型脑啡肽）
（1）用结构式来表示，占空间大； （2）用氨基酸中文名称的字头表示； （3）用氨基酸英文名称的三字符或单字符
表示； （4）二肽，三肽，多肽ຫໍສະໝຸດ 3、蛋白质的氨基酸序列和功能
（1）蛋白质的一级结构决定了高级结构和功能。 （page94图3-11）
一、蛋白质的一级结构
1、肽的一般概念
链间二硫键
R1
R2
NH CHCONHCHCONHCHCO
CH2
S
S 二硫键
R3
CH2
R4
NH CHCONHCHCONHCHCO
HS CH2 CH COO－ NH3+
半胱氨酸
一、蛋白质的一级结构 1、肽的一般概念
链内二硫键
Page92：图3-8
2、肽的命名及表达式
第三章蛋白质第三节蛋白质结构
蛋白质的结构
• 一级结构：肽链中氨基酸的排列顺序； • 二级结构：多肽链本身的折叠方式； • 三级结构：螺旋肽链结构盘绕、折叠成
复杂的空间结构； • 四级结构：蛋白质亚基聚合成大分子蛋
白质的方式； 蛋白质的结构层次：
一级结构→二级结构→超二级结构→结构域 →三级结构→四级结构
C-末端分析： （1）肼解法：
多肽与肼在无水条件下加热，C-端氨基酸即从肽链上 解离出来，其余的氨基酸则变成肼化物。肼化物能够与苯 甲醛缩合成不溶于水的物质而与C-端氨基酸分离。
生物化学名词解释完全版
第一章1，氨基酸（ａmiｎo ａcｉｄ)：是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的有机化合物，氨基一般连在α—碳上。
２，必需氨基酸（essenｔial ａmino acid)：指人(或其它脊椎动物）(赖氨酸，苏氨酸等）自己不能合成,需要从食物中获得的氨基酸。
３，非必需氨基酸（ｎonｅssentiaｌ amｉno ａcid）:指人（或其它脊椎动物）自己能由简单的前体合成不需要从食物中获得的氨基酸.4，等电点(pI,ｉsoelｅctric poiｎｔ)：使分子处于兼性分子状态，在电场中不迁移(分子的静电荷为零)的ｐＨ值.5，茚三酮反应（ｎinhｙdriｎreaction):在加热条件下，氨基酸或肽与茚三酮反应生成紫色（与脯氨酸反应生成黄色）化合物的反应。
６，肽键（pｅｐtide bond)：一个氨基酸的羧基与另一个的氨基的氨基缩合,除去一分子水形成的酰氨键.7，肽（peptiｄe):两个或两个以上氨基通过肽键共价连接形成的聚合物.8,蛋白质一级结构(ｐrimarｙsｔruｃture）：指蛋白质中共价连接的氨基酸残基的排列顺序。
9,层析(ｃhrｏmatogrａｐhy)：按照在移动相和固定相 (可以是气体或液体）之间的分配比例将混合成分分开的技术。
1０，离子交换层析(ｉon—eｘcｈａnge coｌumn）使用带有固定的带电基团的聚合树脂或凝胶层析柱11，透析(ｄiａlysiｓ):通过小分子经过半透膜扩散到水（或缓冲液)的原理,将小分子与生物大分子分开的一种分离纯化技术. 12，凝胶过滤层析（gel fiｌtratｉoｎ chｒomaｔogrａphy）：也叫做分子排阻层析。
一种利用带孔凝胶珠作基质,按照分子大小分离蛋白质或其它分子混合物的层析技术。
１3，亲合层析（affiniｔy chromatograph）:利用共价连接有特异配体的层析介质,分离蛋白质混合物中能特异结合配体的目的蛋白质或其它分子的层析技术。
蛋白质的专有名词解释
蛋白质的专有名词解释蛋白质是构成生物体细胞的重要基础，它是由氨基酸链组成的复杂有机大分子。
蛋白质在生物体中具有许多重要的功能，如形成酶催化反应、参与免疫反应、提供结构支持和传递信号等。
在生命科学领域，蛋白质研究一直是热门的课题之一。
本文将介绍一些与蛋白质相关的专有名词，并解释其含义。
1. 氨基酸（Amino acid）氨基酸是蛋白质的构成单元，它是一类含氨基和羧基的有机化合物。
常见的氨基酸有20种，它们通过共有的氨基酸基团与羧基结合形成链状结构，从而构成蛋白质的主链。
氨基酸的不同组合和排列方式决定了蛋白质的种类和功能。
2. 多肽（Peptide）多肽是由多个氨基酸残基连接而成的短链分子，其长度通常小于50个氨基酸。
多肽分子可以通过肽键将氨基酸依次连接起来。
多肽包括二肽、三肽、四肽等，而较长的多肽链则被称为多肽链。
3. 蛋白质结构（Protein structure）蛋白质结构指的是蛋白质分子的三维空间结构，包括其原子的排列方式和分子的折叠形态。
蛋白质结构分为四个层次：一级结构是氨基酸的线性排列顺序；二级结构是蛋白质中氨基酸链的局部结构，如α-螺旋和β-折叠；三级结构是整个蛋白质分子的全局结构；四级结构是蛋白质分子由多个多肽链组成的复合体结构。
4. 蛋白质折叠（Protein folding）蛋白质折叠是指蛋白质分子在生物体内完成由无序状态到特定形态的结构转变过程。
蛋白质的折叠过程受到氨基酸序列的限制和相互作用力的调控。
正确的蛋白质折叠对于其功能的实现至关重要，而蛋白质折叠异常会导致一系列疾病，如阿尔茨海默病和帕金森病。
5. 蛋白质结构预测（Protein structure prediction）蛋白质结构预测是指根据蛋白质的氨基酸序列信息预测其三维结构。
蛋白质结构预测是生物信息学领域的重要研究方向，它有助于我们了解蛋白质的功能和相互作用机制，为药物设计和基因工程提供依据。
6. 蛋白质组学（Proteomics）蛋白质组学是研究生物体内所有蛋白质组成、结构和功能的科学，它是基因组学的补充与延伸。
蛋白质结构
11
12
蛋白个氨基酸残基之间形成的肽键外，蛋 白质的三维结构还通过非共价相互作用（静电 力、范德华力、氢键、疏水力）和共价相互作 用（二硫键）来共同维持。
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蛋白质结构的测定
蛋白质的三维结构可采用复杂的物理技术进行 测定，如X射线晶体分析法、核磁共振（光谱）分 析和冷冻电子显微术
3
蛋白质结构
一级结构
二级结构
三级结构 四级结构
一级结构
一级结构（primary structure)：
氨基酸残基在蛋白质肽链中以肽键连接的排 列顺序称为蛋白质的一级结构。每种蛋白质都有唯 一而确切的氨基酸序列，该序列是由编码蛋白质的 基因中核苷酸碱基的序列来决定的。
5
二级结构
二级结构（secondary structure）：
蛋白质结构
Protein’s structure
Alanine ala a 丙氨酸、Arginine arg r 精氨酸
20 种 标 准 氨 基 酸
Asparagine asn n 天冬酰胺、Aspartic acid asp d 天冬氨酸 Cysteine cys c 半胱氨酸、Glutamine gln q 谷氨酰胺
8
三级结构
三级结构（tertiary structure）： 在二级结构的基础上，肽链还按照一定的空间 结构进一步形成更复杂的三级结构。三级结构是指 线性序列中相距甚远及彼此邻近氨基酸的空间排布。 同样，氨基酸的序列决定最终的三维结构。
9
三级结构
10
四级结构
四级结构（quaternary structure）： 含有一条以上多肽链的蛋白质，按一定空间排列 方式结合在一起形成的聚集体结构称为蛋白质的四级 结构。如血红蛋白由4个具有三级结构的多肽链构成， 其中两个是α-链，另两个是β-链，其四级结构近似椭 球形状。
第三节蛋白质的结构(共92张PPT)
②测定蛋白质分子中多肽链的数目：通过测 定末端氨基酸残基的摩尔数与蛋白质分子 量之间的关系，即可确定多肽链的数目。
③二硫键的断裂：几条多肽链通过二硫键交 联在一起。可在8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍 存在下，用过量的 -巯基乙醇处理，使二硫 键复原为巯基，然后用烷基化试剂保护生成 的巯基，以防止它重新被氧化。可以通过参 加盐酸胍方法解离多肽链之间的非共价力； 应用过甲酸氧化法或巯基复原法拆分多肽链 间的二硫键。
由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白； 肽键具有局部双键性质，不能自由旋转。
在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活 氨基酸2和3之肽键可自由的与水形成氢键
In the α helix, the CO group of residue n forms a hydrogen bond with the NH group of residue n + 4.
成的化合物称为肽。 〔3〕多肽链内或链间二硫键的数目和位置。
因此平均相对分子质量接近128。 a 盐键 b 氢键 c 疏水相互作用 d 范德华力 e 二硫键
由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个 第二套肽段 ＨＯ ＷＴＯＵ ＳＥＯ ＶＥＲＬ ＡＰＳ
溴化氰水解法，它能选择性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽键。 应用过甲酸氧化法或巯基复原法拆分多肽链间的二硫键。
肽键C-N的局部双键性质其键长小于胺中的CN
从Cα沿键轴方向观察 顺时针旋转的Φ和Ψ角度为正值〔+〕
逆时针旋转的为负值〔—〕
不可能的空间构象
〔三〕肽的性质
肽的化学反响与氨基酸一样，游离的 α氨基﹑α-羧基﹑R基团可发生与氨基酸 中相应基团类似的反响；
含有两个以上肽键的化合物在碱性溶液 中与Cu2+生成紫红色到蓝紫色的络合 物，称为双缩脲反响，可以测定多肽和 蛋白质含量。
大学《生物化学》课件：protein structure
An a-helix in lysozyme: RCELAAAMKRH
Interaction between side chains of residue i and i+3 or i+4;
90°
Pro rarely appears in a-helix .
Theoretical pI: 9.32
(/cgi-bin/protparam/protparam)
3
Lysozyme structure (PDB 3LYM)
b-sheet a-helix (b-折叠) (a-螺旋)
4
An a-helix in lysozyme: RCELAAAMKRH (color code: CNOS)
Protein structure
1
Peptide bond 肽键
2
Lysozyme 溶菌酶
Primary sequence of 129 residues: KVFGRCELAAAMKRHGLDNYRGYSLGNWVCAAKFESNFNTQAT NRNTDGSTDYGILQINSRWWCNDGRTPGSRNLCNIPCSALLSSDIT ASVNCAKKIVSDGNGMNAWVAWRNRCKGTDVQAWIRGCRL Number of negatively charged residues (Asp + Glu): 9 Number of positively charged residues (Arg + Lys): 17
Figure adapted from Proteins: Structure, Function and Genetics 7:1-15, (1990).
蛋白质的结构
蛋白质的结构：蛋白质分子是由氨基酸首尾相连而成的共价多肽链，但是天然蛋白质分子并不是走向随机的松散多肽链。
每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构或称三维结构，这种三维结构通常被称为蛋白质的构象，即蛋白质的结构。
一级结构：构成蛋白质的单元氨基酸通过肽键连接形成的线性序列，为多肽链。
一级结构稍有变化，就会影响蛋白质的功能。
二级结构：一级结构中部分肽链的弯曲或折叠产生二级结构。
多肽链的某些部分氨基酸残基周期性的空间排列。
现已报道的蛋白质中二级结构共有四种: α-螺旋，β-折叠，β-转角，无规卷曲。
α-螺旋:它是蛋白质当中最为常见的二级结构(图 1.2 (左))。
它的每个螺旋周期有3.6个氨基酸残基，其残基侧链伸向外侧，同一肽链上的每个残基的酰胺氢原子和位于它后面的第4个残基上的羰基氧原子之间形成氢键，并且与螺旋轴保持大致上的平行。
此外，肽键上的酰胺氢和羰基氧既能形成内部氢键，也能与水分子形成外部氢键。
α-螺旋的稳定性很好，除甘氨酸及脯氨酸外的其他各种氨基酸通过肽键构成主链时都有形成α-螺旋的倾向。
β-折叠：它也是常见的蛋白质二级结构之一。
与α-螺旋不同，它呈片状(,肽链几乎完全伸展的，而非紧密卷曲。
此外，β-折叠中相邻两个氨基酸的轴向距离为3.5&A;，而不是α-螺旋中的1.5&A。
β-折叠片中，相邻的两个多肽片段可能是彼此平行的，也可能是反平行的。
在蛋白分子内部更多出现的是平行的β-折叠片；而反平行的β-折叠片一段暴露于溶剂中，一段埋于蛋白内部，其氨基酸序列常为亲水和疏水的氨基酸交替排列。
β-转角：它大多分布在球状蛋白质分子表面，以改变肽链。
它是一个发夹式转折，其特点是在于多肽链中第n个残基的一CO基与第n+3个残基的-NH基形成氢键。
因此，一个多肽链的走向可以得到很好的扭转。
因此，β-转角在球状蛋白质中是重要的二级结构，起到连接其他二级结构的作用。
无规卷曲：它是指没有确定规律性的但拥有紧密有序的稳定结构的肽链构象，主链间可形成氢键，主链与侧链之间也可以形成氢键。
蛋白质结构
蛋白质结构编辑蛋白质结构是指蛋白质分子的空间结构。
作为一类重要的生物大分子，蛋白质主要由碳、氢、氧、氮、硫等化学元素组成。
所有蛋白质都是由20种不同的L型α氨基酸连接形成的多聚体，在形成蛋白质后，这些氨基酸又被称为残基。
蛋白质和多肽之间的界限并不是很清晰，有人基于发挥功能性作用的结构域所需的残基数认为，若残基数少于40，就称之为多肽或肽。
要发挥生物学功能，蛋白质需要正确折叠为一个特定构型，主要是通过大量的非共价相互作用（如氢键，离子键，范德华力和疏水作用）来实现；此外，在一些蛋白质（特别是分泌性蛋白质）折叠中，二硫键也起到关键作用。
为了从分子水平上了解蛋白质的作用机制，常常需要测定蛋白质的三维结构。
由研究蛋白质结构而发展起来了结构生物学，采用了包括X射线晶体学、核磁共振等技术来解析蛋白质结构。
一定数量的残基对于发挥某一生物化学功能是必要的；40-50个残基通常是一个功能性结构域大小的下限。
蛋白质大小的范围可以从这样一个下限一直到数千个残基。
目前估计的蛋白质的平均长度在不同的物种中有所区别，一般约为200-380个残基，而真核生物的蛋白质平均长度比原核生物长约55%。
更大的蛋白质聚合体可以通过许多蛋白质亚基形成；如由数千个肌动蛋白分子聚合形成蛋白纤维。
目录1发现历史2结构种类一级结构二级结构超二级结构和结构域三级结构四级结构3作用4组成5肽键6侧链构象7结构域、结构花样与折叠类型8蛋白质折叠9结构分类10结构测定11结构预测1发现历史1959年佩鲁茨和肯德鲁对血红蛋白和肌血蛋白进行结构分析，解决了三维空间结构，获1962年化学奖。
鲍林发现了蛋白质的基本结构。
克里克、沃森在X射线衍射资料的基础上，提出了DNA 三维结构的模型。
获1962年生理或医学奖。
50年代后豪普特曼和卡尔勒建立了应用X射线分析的以直接法测定晶体结构的纯数学理论，在晶体研究中具有划时代的意义，特别在研究大分子生物物质如激素、抗生素、蛋白质及新型药物分子结构方面趣了重要作用。
蛋白质结构域名词解释
蛋白质结构域名词解释蛋白质结构域（Protein Structure Domain）是指由一个或多个氨基酸序列组成的特定蛋白质结构单元。
蛋白质本身可以由几十到几百个氨基酸残基组成，这些残基之间的相对位置形成蛋白质的三维结构。
在这个结构中，有些氨基酸可以结合在一起形成一个独立的结构单元，这就是蛋白质结构域的概念。
这些结构域具有相同的结构特征，如折叠、二级结构和三级结构，并且拥有特定的功能，因此被称作“功能域”。
蛋白质结构域被认为是蛋白质大分子的基本结构单元，它们通常指的是由一个或多个连续氨基酸序列组成的特定结构部分。
它们也被称为蛋白质结构“模块”，因为它们可以在不同的蛋白质中重复使用，从而起到“模板”的作用。
结构域一般是由氨基酸残基的键合形成的，它们的结构具有一定的稳定性，它们可以被认为是一种结构（或形式）上的保护域，有助于保护蛋白质的整体结构不受外界环境的影响。
蛋白质结构域在蛋白质三维结构中有着重要的作用，可以被用来描述蛋白质的基本结构。
它们可以被用来检测蛋白质的互作和可能的功能，也可以被用来研究蛋白质的家族结构。
此外，蛋白质结构域还可以用来研究药物的结合情况，因为这些结构域可以与药物结合生成蛋白质-药物复合物。
蛋白质结构域的分类通常取决于其结构，它们可以根据其二级结构（如α螺旋、β折叠等）来划分。
例如，α螺旋结构域可以进一步细分为α螺旋I、α螺旋II、α螺旋III等。
此外，还可以根据其二级结构的组合方式（例如，α/β折叠结构域）或其三级结构（例如，α螺旋-β折叠框架结构域）来进行划分。
蛋白质结构域的发现和分析可以通过计算机算法完成，例如PROSITE和Pfam等数据库已经收集了大量的蛋白质结构域。
这些数据库的建立可以帮助研究人员更好地理解蛋白质的结构和功能，从而使我们更好地认识生物学和医学的复杂性。
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2. b-pleated sheet
The axial distance between the adjacent amino acid residues is ~3.5 Angstroms
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3. b turn
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3. b turn (ctnd)
① Fibroin is rich in Ala and Gly, permitting a close packing of b sheets and an interlocking arrangements of R groups.
② Overall structure is stabilized by extensive hydrogen bonds and by optimization of van der Waals interactions between sheets.
② A repeating tripeptide: Gly-X-Pro or Gly-X-Hyp, Gly-Pro-Hyp more frequent.
③ Gly can fit into the crowded interior of the triple helix, while Pro permits the sharp twisting of the collagen helix.
③ The hydrophobic R groups of two a-helices meshed together in a regular interlocking pattern.
⑤ The main components of skin and many skin derivatives in vertebrate animals.
④ Gly and Pro are often found in b turns.
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AA’s tendency in secondary structure
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Relative probabilities that a given amino acid will occur in the three common types of secondary structure.
(3) L氨基酸既可以形成右手a-helix也可形成左手 a-helix，但天然a-helix全部为右手a-helix ；
(4) 影响a-helix稳定的因素：相邻R基团间的静电 作用、范德瓦尔斯作用、疏水相互作用或位 阻作用；Pro 和 Gly； a-helix N-末端和C-末 端氨基酸R基团的性质
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1. Fibrous proteins
a-Keratin
Collagen Silk fibroin
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a-keratins
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a-keratins
simple tertiary but complex quaternary structure
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Notes for a-helix
(1) 第n个氨基酸a-氨基上的H与第n+3个氨基酸上 的a-羰基O形成氢键，使a-helix内部的氢键数 目达到最大；
(2) a-helix只能由L氨基酸或D氨基酸构构成，天 然蛋白的a-helix当然只能由L氨基酸构成；
3. Homology (cntd)
Sequence of cytochrome c in different species
Invariant: shaded in yellow; Conservative: shaded in blue; Nonconservative: unshaded;
X: trimethyllysine (三甲基赖氨酸).
① It often connects the ends of two adjacent segments of an antiparallel b-pleated sheet.
② b turns are often found near the surface of a protein.
③ The essence of the structure is the hydrogen bonding between the C=O group of residue n and the NH group of the residue n+3.
⑥ Usually harder a-keratins contain higher number of Cys.
⑦ can be stretched (to twice as its original length) due to its structure springines.
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Collagen
Side chain 侧链
N-terminal N 残 基 : Its average molecular weight is 110 statistically estimated by the occurrence of 20 AAs in natural proteins
b) =180o, =180o; the
peptide is in its fully extended conformation.
c) =0o, =0o; it is disallowed
by the steric overlap between H and O atoms of adjacent peptide planes.
Conservative substitutions: In some positions, all substitutions involve similar aa residues (e.g., Arg↔Lys, both of which are positively charged).
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Invariant residues: Many positions in primary structure are occupied by the same aa residues in all species.
Variable residues: Other positions in primary structure are occupied by different aa residues in different species
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§3.2 Secondary Structure
1. a-helix →a-chain
2. b-pleated sheet 3. b turn
→Loop →Random coil
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1. a-helix
proposed by Pauling and Corey in 1951
⑤ About 25% of the total protein mass in mammals is collagen: tendons, cornea, the extracellular matrix of skin and bone matrix.
⑥ Collagen fibers have similar tensile strength as a steel wire of equal cross section.
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3. Homology (cntd)
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4. Other chemical groups
These proteins are referred as conjugated proteins while the amino acid part alone is called apoprotein.
C-terminal C-末端
1. Related concepts (ctnd)
Each peptide has a characteristic titration curve and an isoelectric point (pI).
Oligopeptides/寡聚肽：less than 50 aa residues Polypeptides/多肽：btw 50-10 aa residues Protein/蛋白质：more than 100 aa residues
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2. Structural features
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2. Structural features (ctnd)
1.49 Å
1.32 Å
1.27 Å
Peptide bond is rigid and planar
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2. Structural features (ctnd)
1. Related concepts 2. Structural features 3. Homology (同源性） 4. Other Chemical Groups
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1. Related concepts
Peptide bond/肽键：～
1000 years in H2O without catalyst
§3 Protein Structure
§3.1 Primary Structure §3.2 Secondary Structure §3.3 Tertiary & Quaternary Structure §3.4 Protein Denaturation & Folding
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§3.1 Primary Structure
a-keratins: Permanent waving of hair