蛋白质的分子结构

O
H
O
H—N—CH2—C—OH + H—N—CH2—C—OH
H
OH
O
H—N—CH2—C——N—CH2—C—OH
肽键
性质:分子间脱水反应
蛋白质分子中的共价键与次级键
化学键
共价键
肽键 二硫键
一级结构
氢键
二、三、四级结构
疏水键 非共价键键 盐键
三、四级结构
范德华力
（van der Waals 力）
（一）二级结构的概念
二、β-折叠结构（β-pleated sheet）
方向：若两条肽链走向相同：顺向平行
若两条肽链走向相反：反向平行（较稳定）
N
C
顺向
N
C 平行
N
C
反向
C
N 平行
(三) β-转角
β-转角是指蛋白质 的分子的多肽链经常 出现180º的回折，在 回折角上的结构就称 β-转角，也称发夹结 构，或称U形转折。由 第一个氨基酸残基的 C=O与第四个氨基酸 残基的N—H之间形成 氢键。
COOH
胰岛素分子的三级结构
溶菌酶分子的三级结构
(二) 结构域
大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或 数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各 行使其功能，称为结构域(domain) 。
免疫球蛋白结构域示意图
C 端
N端
肌红蛋白 (Mb)
(一) 四级结构的概念
五.蛋白质的四级结构
四级结构（quaternary structure）：由两条 或两条以上具有独立三级结构的多肽链聚合而成。 每条多肽链称为一个亚基。
血红蛋白由四条多肽链形成，是一种寡聚蛋白 质。这四条链主要通过非共价键相互作用缔合在 一起。
血 红 蛋 白
的 四 级 结 构
(二) 维持四级结构的作用力
❖ 疏水作用 ❖ 氢键 ❖ 盐键 ❖ 范德华力
五.蛋白质的四级结构
图4-13 血红蛋白质的三级和四级结构
蛋白质分子中的共价键与次级键
化学键
共价键
曾两次荣获诺贝尔奖金(1954年化学奖， 1962年和平奖)，有很高的国际声誉。
（1）-螺旋
多肽链中的各个肽平面围绕 同一轴旋转，形成螺旋结构， 螺旋一周，沿轴上升的距离 即螺距为0.54nm,含3.6个 氨基酸残基；两个氨基酸之 间的距离为0.15nm;
肽链内形成氢键，氢键的取 向几乎与轴平行，第一个酰 胺基团的-CO基与第四个酰 胺基团的-NH基形成氢键。
右手-螺旋。
蛋白质分子中氢键的形成
（三）二级结构单元的种类
二. 蛋白质的二级结构
2、-折叠(-pleated sheet)
一种比较伸展、锯齿状的肽链结构。
维持β-折叠结构稳定性的力 —— 氢键由 一条链上的羰基和另一条链上的氨基之间 形成，即氢键是在链与链之间形成的。
图 4-4 蛋白质分子中的β-折迭结构 左：顺向平行 右：逆向平行
又称自由卷曲，是指没有一定规律 的松散肽链结构。酶的功能部位常常处 于这种构象区域。
无规卷曲常出现在a-螺旋与a-螺旋、a螺旋与β-折叠、 β-折叠与β-折叠之间。它 是形成蛋白质三级结构所必需的。
β-转角
RNase的分子结构
β-折叠
α-螺旋
无规则卷曲
Ω环。
最近发现普通存在于球状蛋白质 中的一种新的二级结构。
肽键 二硫键
一级结构
氢键
二、三、四级结构
疏水键 非共价键键 盐键
三、四级结构
角蛋白
如毛发、甲、角、鳞和羽等。可分为-角蛋白和角蛋白。
-角蛋白主要由-螺旋构象的多肽链组成。肽链 之间有二硫键交联以维持其稳定性。
-角蛋白的伸缩性能很好，当-角蛋白氢键被破 坏而不能复原。此时-螺旋转变成-折叠结构，称 为-角蛋白。
卷发(烫发)的生物化学基础
永久性卷发(烫发)是一项生物化学工 程。
C
C
C
N
0.132nm
N
C
H
❖ 虽是单键却有部分双键性质 ❖ 周边六个原子在同一平面上
肽键平面
★多肽链可以看成由Cα串联起来的无数个 平面组成
（三）二级结构单元的种类
1. -螺旋(-helix)
二. 蛋白质的二级结构
鲍林(Linus pauling)
是著名的量子化学家，他在化学的多个 领域都有过重大贡献。
二. 蛋白质的二级结构
蛋白质的二级结构是指多肽主链原子的局部空 间排列,不涉及氨基酸残基侧链的构象。
天然蛋白质包括α-螺旋、 β-折叠、 β-转角、 无规则卷曲等二级结构。
例如：-螺旋
C--N 0.147 nm (正常) C=N 0.123nm (正常)
二. 蛋白质的二级结构
O
C—N 0.132 nm
上节课内容回顾
蛋白质的元素组成 氨基酸的结构通式 氨基酸分类 氨基酸的理化性质
两性解离 等电点（pI） 紫外吸收性质 茚三酮反应 肽 肽键 寡肽 多肽
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。
蛋白质的分子结构
一级结构 二级结构 三级结构 四级结构
初级结构 高级结构（空间结构）
（一）一级结构的概念
一. 蛋白质的一级结构
蛋白质的一级结构： 蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。
1965年9月 17日，我国科研人员第一次人工合 成出的蛋白质──晶体胰岛素(放大)
（二）一级结构的测序
（一）一级结构 主要键：肽键、二硫键
一. 蛋白质的一级结构
一级结构是由遗传信息决定的。 一级结构是蛋白质空间结构和特异生物学功能的基础。
H
—螺旋在湿热条件下可以伸展转变 为—转角，但在冷却干燥时又可自 发地恢复—螺旋。
把头发卷成一定形状 ↓
涂还原剂（破坏二硫键）
↓
加热（—螺旋转变为—折叠）；
↓
除去还原剂，涂上氧化剂（建立新的二硫键)
↓ 洗涤并冷却头发(—折叠转变为—螺旋)
（三）二级结构单元的种类
二. 蛋白质的二级结构
4、无规则卷曲（non-regular coil）
由一条多肽链构成的蛋白质，具有三级结构才具有生物学活性。
H2N b
N
H3N+
COO-
H
a O
C
CH3
c
c
CH3
CH2 O H Oa
SS
CHCH3CH3
CH
CH2 CH3
CH3
ห้องสมุดไป่ตู้
cO
C aO
OH
H2N C O
NH2+
C O- b
C CH2OH c CH2OH
维持蛋白质分子构象的各种化学键
a 氢键
b 离子键 c 疏水键
这种结构出现在蛋白质分子的表 面，与生物功能有关。
在分子识别中可能起重要作用。
（一）三级结构的概念
四.蛋白质的三级结构
三级结构（tertiary structure）：指每一条多肽 链内所有原子的空间排布，包括主链、侧链构象内容。 是在主链构象二级结构的基础上，由于侧链R基相互 作用，进一步折叠盘曲构成的。