蛋白质的结构基础
蛋白质工程重点
一、名词解释1、蛋白质工程（Protein Engineering）——以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过化学、物理和分子生物学的手段进行基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求的工程技术。
2、结构模体（supersecondary structure，motif）——介于蛋白质二级结构和三级结构之间的空间结构,指相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，排列形成规则的、在空间结构上能够辨认的二级结构组合体，并充当三级结构的构件（block building），其基本形式有αα、βαβ和βββ等。
3、结构域（domain）——是在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，它是相对独立的紧密球状实体。
4、蛋白质的折叠(protein folding)——从体内新生的多肽链或体外变性的多肽链的一维线性氨基酸序列转化为具有特征三维结构的活性蛋白质的过程。
5、分子伴侣（molecular chaperone）——一大类相互之间没有关系的蛋白质，它们具有的共同功能是帮助其他含蛋白质的结构在体内进行非共价的组装和卸装，但不是这些结构在发挥其正常的生物学功能时的永久组成部分。
6、晶胞(Unit cell)——空间点阵的单位（大小和形状完全相同的平行六面体），是晶体结构的最小单位。
7、核磁共振现象（nuclear magnetic resonance ，NMR）——指核磁矩不为零的核，在外磁场的作用下，核自旋能级发生塞曼分裂(Zeeman splitting)，共振吸收某一特定频率的射频辐射（radio frequency, RF）的物理过程。
8、化学势（位）移（）——在有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同（结构中不同位置）共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移，这种现象称为化学位移。
9、耦合常数（J）——由于自旋裂分形成的多重峰中相邻2峰间的距离。
生物化学蛋白质的结构与功能
结构维持
蛋白质参与细胞结构的维 持，如细胞膜、细胞骨架 等，对细胞形态和功能起 到重要作用。
信号转导
蛋白质在信号转导过程中 发挥重要作用，能够传递 外部刺激信号，调控细胞 应答。
蛋白质在能量代谢中的作用
产能过程
01
蛋白质参与细胞内的产能过程，如三羧酸循环和氧化磷酸化等
，为细胞提供能量。
能量转换
02
蛋白质能够将一种形式的能量转换为另一种形式，如光合作用
中叶绿素蛋白将光能转换为化学能。
能量储存
03
蛋白质可以作为能量储存的载体，如肌细胞中的肌球蛋白和糖
原等。
蛋白质在物质代谢中的作用
合成与分解
蛋白质是生物体合成和分解物质的重要参与者， 如合成细胞膜、蛋白质和核酸等。
物质转运
蛋白质参与物质跨膜转运，将营养物质、氧气等 输送到细胞内，并将代谢废物排出细胞外。
的20种氨基酸的排列顺序。
影响因素
一级结构决定了蛋白质的生物活性 和功能，因此任何改变氨基酸序列 的突变都可能影响蛋白质的功能。
重要性
一级结构是蛋白质其他高级结构的 基础，对蛋白质的稳定性、折叠方 式和功能具有决定性作用。
二级结构
定义
蛋白质的二级结构是指蛋白质中局部 主链的折叠方式，主要包括α-螺旋、 β-折叠、β-转角和无规卷曲等。
3
蛋白质异常与代谢性疾病
如糖尿病、肥胖症等代谢性疾病与蛋白质的合成 、分解和代谢调节异常有关。
蛋白质药物的开发与应用
靶向蛋白质的药物
针对某些关键蛋白质进行设计和开发，以治疗特定疾病的药物， 如抗体药物、小分子抑制剂等。
蛋白质替代疗法
利用重组技术生产正常功能的蛋白质，以替代病变或缺失的蛋白 质，如治疗遗传性疾病的药物。
蛋白质的四种结构及其结构特点
蛋白质的四种结构及其结构特点蛋白质，听起来是不是有点高大上的样子？其实，蛋白质就像咱们日常生活中的小明星，虽然不总是被关注，但它们在身体里可谓是扮演了多重角色。
今天我们就来聊聊蛋白质的四种结构，顺便揭开它们神秘的面纱，让大家对这个小家伙有个更深入的了解。
1. 一级结构：蛋白质的基础1.1 什么是一级结构？首先，咱们得从一级结构开始说起。
可以把它想象成蛋白质的“名字”，就是一串由氨基酸组成的线性链。
每个氨基酸就像是一个个小积木，拼在一起形成了这个蛋白质的基础。
你知道吗？这条链的顺序可不是随便的，而是经过大自然精心安排的，像极了咱们的身份证号，每个人的都是独一无二的。
1.2 一级结构的特点一级结构的特点就是稳定性和唯一性。
它就像是一道菜的配方，少了哪一个材料，味道就变了。
假如某个氨基酸换成了别的，整个蛋白质的功能可能就大打折扣，甚至失去活性。
所以，一级结构就好比咱们的根基，打好了，后面的结构才能稳稳当当。
2. 二级结构：折叠的魅力2.1 二级结构的形成接下来我们要聊聊二级结构。
这一阶段就像是咱们的头发开始卷起来了，直发变成了波浪。
蛋白质的链子在某种条件下，会因为氢键的作用而产生折叠，形成两种主要的形态：α螺旋和β折叠。
想象一下，α螺旋就像是螺旋面条，而β折叠就像是折纸船。
可有趣的是，二级结构决定了蛋白质的整体形状和功能。
2.2 二级结构的特点二级结构的稳定性来源于氢键的相互作用，简直像是一群小伙伴紧紧抱在一起，互相取暖。
这种结构可大大增加蛋白质的强度和灵活性，所以它不仅仅是好看，还实用得很。
不过，要想达到这种状态，可得经过一番折腾，得当的环境条件就显得至关重要。
3. 三级结构：蛋白质的个性3.1 三级结构的形成进入到三级结构，蛋白质就开始展现个性了！在这个阶段，整个氨基酸链进一步折叠和扭转，形成了复杂的三维形状。
想象一下，咱们每个人都是独特的，不同的生活经历造就了我们各自的性格。
而蛋白质的三级结构也是如此，影响着它的功能和活性。
蛋白质二级级结构 基础医学院生
蛋白质二级级结构基础医学院生物物理系余子璘 10589031蛋白质结构的研究很早就受到许多科学家的关注，并提出了多种假说，但是一直没有一个令人满意的理论。
直到1952年丹麦生物化学家Linderstrom—Lang第一次提出蛋白质三级结构的概念，才使蛋白质结构的研究走上了正确的道路。
Linderstrom—Lang的三级结构概念包括:一级结构指多肋链中氨基酸的一定的顺序，靠共价键维持多脓链的连接，而不涉及其空间排列；二级结构，指多肤链骨架的局部空间结构，不考虑侧链的构象及整个肽链的空间排列；三级结构则是指整个肽链的折叠情况，包括侧链的排列，也就是蛋白质分子的空间结构或三维结构。
这一概念提出之后，立即被各国科学家所接受。
1958年，英国晶体学家Bernal在研究蛋白质晶体结构时发现，并非所有蛋白质的结构都达到三级结构水平．而有些蛋白质则有更复杂的结构，即由几个蛋白质的亚基结合成几何状排列。
许多蛋白质是由相同的或不同的亚基组成，靠非共价键结合在一起．他将这种结构称为四级结构[3]。
现在蛋白质的一、二、三、四级结构的概念已由国际生物化学与分子生物学协会(IUBMB)的生化命名委员会采纳并做出正式定义。
蛋白质的一级结构一般是指构成蛋白质肽链的氨基酸残基的排列次序，有时也称为残基的序列。
这一定义对只含氨基酸的简单蛋白是适用的。
但是在生物体内还有很多复合蛋白，它们除了氨基酸外，还有其他的组成。
对复合蛋白，完整的一级结构概念念应该包括肤链以外的其他成分(例如糖蛋白上的糖链，脂蛋白中的脂质部分等)以及这些非肽肤链部分是以何种方式，接在脓链中哪些残基上。
蛋白质的一级结构是一个无空间概念的一维结构。
蛋白质的一个引入注目的特征是它们都有确定的三维结构。
一个伸展的或随机排布的多肽肋链没有任何生物活性，多肽肤链必须按照一定的规律折叠成三维结构，才具有生物活性。
生物功能来自构象，构象指的是原子在一个分子结构中的三维排布方式。
蛋白质分子的结构基础
结构域(domain)
三级结构(tertiary structure) 四级结构(quarternary structure)
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§1.2.1 构型和构象
•构型(configuration)：分子立体异构体中的取代原 子或基团以共价键相连时，他们在空间的取向。构 型变化，一定有化学键的断裂和手性的改变。
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§1.2.9 蛋白质的四级结构
蛋白的四级结构是指亚基和亚基之间通过疏水相互作 用，结合成为有序排列的特定空间结构。
构成寡聚蛋白质分子的亚基可以相同，也可以不同。
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分子量较大的蛋白，多肽链折叠成两个或多个结构域， 结构域之间以松散肽段连接，从而组装成蛋白质的三 级结构。
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有些蛋白质分子可构成非常大的超分子复 合物，其功能多样，如提供动力（肌肉和 鞭毛）、大分子外壳（病毒外壳）、细胞 骨架（微丝、微管、中间纤维）、DNA折 叠（染色质），等。
蛋白质结构基础
简 写
S
T N Q Y H D E K R
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氨基酸的化学组成与结构
均含有C 、H 、O 、N 、S，以一定比例存在。 有些含有微量的金属元素（如铁、锌、钼、镍等） 分子质量大（10 000～ 1 000 000 Da） 易被酸、碱和蛋白酶催化水解为胨、肽。 共同的化学结构（除脯氨酸）
蛋白质工程的概念？
以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通
过化学、物理和分子生物学的手段进行基因修饰或基因合成，
对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人
类对生产和生活的需求的一门科学。
---Deliberate design and production of proteins with novel or
能如结合小分子。
模体或基序（motif）是结构域的亚单位 通常由2～3二级结构单位组成，一般为α螺旋、β折叠
和环（loop）。
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结构域的特点
（1）结构域是球 状蛋白质的独立 折叠单位。对一 些较小的球状蛋 白质分子或亚基 来说，结构域和 三级结构是一个 意思。 例如红氧还蛋白， 核糖核酸酶、肌 红蛋白等。
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结构域的特点
（2）对于较大 的球状蛋白质或 亚基，其三级结 构往往由两个或 多个结构域缔合 而成也即它们是 多结构域的，例 如免疫球蛋白的 轻链含2个结构 域。
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结构域的特点
（3）结构域有时也指功能域。功能域可以是一个结
构域，也可以是由两个结构域或两个以上结构域组 成，从功能角度看许多多结构域的酶，其活性中心 都位于结构域之间，因为通过结构域容易构建具有 特定三维排布的活性中心。结构域之间常常只有一
构成蛋白质的结构基础
构成蛋白质的结构基础蛋白质，听起来是不是很高大上，其实它是咱们身体里的“搬运工”、“建房子”的小能手，简直是无处不在！你吃的每一口食物，甚至你体内的每一个细胞，都跟它息息相关。
要知道，蛋白质可是生命的基础，就像盖房子得有砖头，没它可真不行。
咱们先说说蛋白质的“构成”。
它是由一种叫氨基酸的小分子组成的，氨基酸就像小拼图块，一块块拼起来就变成了蛋白质。
你想想，拼图的时候，如果少了一块，图案是不是就不完整了？对，就是这个道理。
氨基酸的种类有好几十种，但咱们身体只会自己制造其中的部分，其他的得靠食物补充。
这就像是你在玩拼图，缺了块就得去找，找到了才能拼出美丽的图案。
蛋白质的“层次感”也不简单。
它分为四层结构，第一层是“氨基酸序列”，就像是一个个小字母拼成的单词。
第二层是“局部折叠”，这就像小字母们开始交个朋友，形成一些小圈圈，或者小卷卷。
第三层是“整体折叠”，哎呀，这个时候它们开始搞得更加复杂，形成了一个完整的三维形状。
最后的第四层，是“多聚体结构”，就像一群小伙伴组成了大团队。
没错，蛋白质就是这么个团结的小家伙！说到这里，你可能会问，这些蛋白质到底干嘛呢？蛋白质的工作可多了，简直忙得不可开交。
它们负责运输氧气，像小船一样在血液里航行，给每一个细胞送去新鲜的氧气。
还负责修复受伤的组织，感觉就像是给小伤口贴个创可贴。
它们还会参与消化，把食物变成我们身体需要的营养。
可以说，蛋白质就是身体的小小“工程师”，把一切都搞得井井有条。
再说了，蛋白质还可以影响我们的情绪和健康。
有人可能会觉得，嘿，怎么一个小分子就能影响我的心情？科学研究表明，某些氨基酸和大脑中的化学物质有关。
缺了这些氨基酸，可能会导致情绪低落，甚至抑郁。
简直让人想哭，伙计们，得好好吃饭啊！吃蛋白质丰富的食物也能让人有精力。
你想想，早餐来一份鸡蛋，午餐再来点鸡肉，晚餐来点豆腐，简直是补充能量的“万用菜谱”。
有的人说，吃多了蛋白质会不会胖呢？这个得看总的饮食结构。
蛋白质的基本骨架
蛋白质的基本骨架
蛋白质是有机体中重要的基础物质，它们不仅仅是构成有机体的基本结构，还有很多生理功能。
蛋白质的基本骨架由氨基酸组成，它们通过螺旋形的结构形成一种稳定的结构，称为蛋白质的主要结构单位。
氨基酸通过氨基酸的肽链结合而成，每个氨基酸都有一个稳定的构象，使它们之间能够形成非常牢固的键结。
因此，每个氨基酸都有特定的构象，不同氨基酸之间的构象也不同，这样就能形成不同的蛋白质构型。
蛋白质的结构有三种主要形式，分别是线性，螺旋和折叠。
线性的结构也叫链状，它是氨基酸肽链的直接排列，构成了蛋白质的最基本结构。
螺旋结构是氨基酸肽链在一个空间中结合而成，它能够形成更复杂的构型，从而提供更多的功能。
折叠结构是氨基酸肽链在一定温度和pH条件下结合而成，这种折
叠形式能够给蛋白质提供更多的功能。
氨基酸不仅仅构成蛋白质的基本骨架，还有很多其他功能。
氨基酸可以提供蛋白质的活性点，这些活性点能够促进蛋白质结构的变换，从而实现特定的生理功能。
此外，氨基酸还可以作为蛋白质间的“粘合剂”，能够把不同的蛋白质聚合在一起，形成更大的蛋白质结构。
人工合成蛋白质如何设计和合成具有新功能的蛋白质
人工合成蛋白质如何设计和合成具有新功能的蛋白质蛋白质是生命体内的重要基础物质，在细胞代谢、信号传导、免疫系统等方面起着关键作用。
然而，自然界存在的蛋白质种类有限，其功能也受到限制。
为了创造具有新功能的蛋白质，人们开展了人工合成蛋白质的设计与合成研究。
本文将介绍人工合成蛋白质的设计原理和合成方法，以及如何实现具有新功能的蛋白质。
一、蛋白质设计原理1. 结构基础：蛋白质的结构由氨基酸序列决定，氨基酸通过多肽键连接成链，然后折叠形成特定的三维结构。
理解蛋白质的结构是设计新功能蛋白质的基础。
2. 功能模块：蛋白质通常由多个功能模块组成，不同的模块负责不同的功能。
通过组合和调整这些功能模块，可以创造出具有新功能的蛋白质。
3. 作用机制：蛋白质的功能是通过与其他分子相互作用实现的。
理解蛋白质的作用机制是设计新功能蛋白质的关键。
二、人工合成蛋白质的设计方法1. 蛋白质工程：通过基因工程技术改变蛋白质的氨基酸序列，实现蛋白质的结构和功能的改变。
常用的方法包括点突变、插入、删除等。
2. 碱基转录：将DNA序列转录成RNA序列，再通过翻译过程合成蛋白质。
通过改变DNA序列，可实现蛋白质合成的精确控制。
3. 蛋白质片段组装：将不同的蛋白质片段进行组装，创造出新的蛋白质。
片段可以是来自自然界已存在的蛋白质，也可以是人工设计的片段。
三、人工合成蛋白质的合成方法1. 化学合成法：利用化学合成方法合成氨基酸及其衍生物，然后通过化学反应将氨基酸连接成链，并进行必要的修饰。
这种方法适用于小分子的蛋白质。
2. 酶催化法：利用特定的酶催化反应合成蛋白质。
这种方法可以在温和的条件下进行，对于大分子蛋白质非常有效。
3. 遗传密码扩展法：通过扩展遗传密码，引入新的氨基酸，从而合成具有新功能的蛋白质。
这种方法可以在细胞内进行，实现对蛋白质合成过程的精确调控。
四、实现具有新功能的蛋白质1. 蛋白质演化：通过蛋白质的突变和选择，实现具有新功能的蛋白质的筛选和优化。
蛋白质的氨基酸序列与结构
蛋白质的氨基酸序列与结构1. 氨基酸序列蛋白质是由氨基酸组成的，氨基酸序列是蛋白质结构的基础。
在生物体中，有20种不同的氨基酸，它们通过肽键连接形成蛋白质的氨基酸序列。
蛋白质的氨基酸序列决定了其结构和功能。
1.1 氨基酸的结构氨基酸由一个中心碳原子（称为α-碳原子）、一个氢原子、一个羧基（-COOH）、一个氨基（-NH2）和一个侧链（R基团）组成。
不同的氨基酸之间的区别在于它们的侧链R基团的不同。
1.2 氨基酸序列的编码氨基酸序列的编码由DNA上的基因序列决定。
基因中的核苷酸序列通过转录和翻译过程转化为氨基酸序列。
在这个过程中，三个核苷酸（称为密码子）编码一个氨基酸。
共有64个可能的密码子，其中有3个终止密码子不编码氨基酸。
1.3 氨基酸序列的变异氨基酸序列的变异是指基因序列的改变，导致蛋白质的结构或功能发生变化。
变异可以由点突变、插入或缺失突变引起。
氨基酸序列的变异可能会影响蛋白质的稳定性、活性或与其他分子的相互作用。
2. 蛋白质结构蛋白质的结构分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
2.1 一级结构蛋白质的一级结构是指其氨基酸序列。
一级结构的氨基酸序列决定了蛋白质的生物活性、折叠方式和与其他分子的相互作用。
一级结构的改变，如氨基酸替换、插入或缺失，可能导致蛋白质功能的丧失或改变。
2.2 二级结构蛋白质的二级结构是指由氢键连接的氨基酸残基之间的局部折叠模式。
最常见的二级结构有α-螺旋和β-折叠。
α-螺旋是一种右旋螺旋结构，由氨基酸的侧链伸出并与螺旋轴形成氢键。
β-折叠是由相邻的β-折叠片段通过氢键连接而成的平面结构。
2.3 三级结构蛋白质的三级结构是指整个蛋白质分子的空间折叠方式。
三级结构的形成受到氨基酸序列、侧链相互作用、氢键、疏水作用和离子键等因素的影响。
三级结构的稳定性对于蛋白质的功能至关重要。
2.4 四级结构蛋白质的四级结构是指由多个多肽链组成的复合蛋白质的结构。
四级结构的形成受到各个多肽链之间的相互作用的影响，包括氢键、疏水作用、离子键和范德华力。
蛋白质的结构高三知识点
蛋白质的结构高三知识点蛋白质的结构蛋白质是构成生物体的重要基础物质，具有多种功能。
了解蛋白质的结构对于深入理解其功能和作用至关重要。
本文将介绍蛋白质的结构，包括蛋白质的组成、一级到四级结构以及蛋白质的折叠。
一、蛋白质的组成蛋白质由氨基酸组成，氨基酸是蛋白质的基本组成单元。
常见的氨基酸有20种，它们可以通过肽键连接起来形成蛋白质的线性链。
每个氨基酸分子由一个羧基（COOH）和一个氨基（NH2）组成，其中羧基与氨基通过肽键相连，形成肽链。
二、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构指的是氨基酸在蛋白质中的线性顺序。
不同的蛋白质由不同的氨基酸组成，氨基酸的排列顺序决定了蛋白质的特性和功能。
例如，胰岛素和溶血素就是由氨基酸序列的差异导致其具有不同的功能。
三、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构是指氨基酸之间的空间排列方式。
常见的二级结构有α-螺旋和β-折叠。
α-螺旋是一种右旋的螺旋结构，通常由氢键连接每一个氨基酸与其相邻的第四个氨基酸，形成稳定的螺旋结构。
β-折叠是由相邻的氨基酸链的平行或反平行片段之间的氢键相互作用而形成的结构。
四、蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构是指由一级和二级结构共同决定的空间结构。
蛋白质的三级结构决定了其独特的折叠方式和功能。
有时，蛋白质的三级结构也会包含一些非氨基酸成分，如金属离子和辅因子，它们能够影响蛋白质的结构和功能。
五、蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构是指由多个蛋白质链相互作用而形成的复合物。
有些蛋白质由多个单独的蛋白质链组成，这些链可以通过非共价作用力相互结合形成复合物。
复合物的形成使蛋白质的功能得以进一步扩展和调控。
六、蛋白质的折叠蛋白质的折叠是指线性的氨基酸链在特定条件下从无序状态逐渐转变为稳定的三维空间结构的过程。
折叠使得蛋白质能够在细胞中发挥特定的功能。
蛋白质折叠的过程受到多种因素的影响，包括温度、pH值和离子浓度等。
结论蛋白质的结构对于其功能和作用至关重要。
本文介绍了蛋白质的组成、一级到四级结构以及蛋白质的折叠过程。
构成蛋白质的基本结构
构成蛋白质的基本结构
蛋白质是生物体中重要的高分子物质，由氨基酸组成。
蛋白质的基本结构包括三个层次：
1.分子层次：蛋白质由多种氨基酸组成，这些氨基
酸通过peptide 键相互连接形成一条长链，称为
蛋白质分子。
2.结构层次：蛋白质分子可以分为三种不同的结构
层次：
•原子结构层次：描述蛋白质分子中每个原子的位
置。
•分子结构层次：描述蛋白质分子的三维空间结构。
•组装结构层次：描述蛋白质分子如何组装在一起
形成大分子结构。
3.功能层次：蛋白质具有各种生物学功能，如酶、
抗体、转运蛋白、结构蛋白等。
•原子结构层次：这一层次描述了蛋白质分子中每
个原子的位置，它是蛋白质结构的最基本层次。
通过X 射线衍射或核磁共振等技术可以获徖这
一层次的信息。
•分子结构层次：这一层次描述了蛋白质分子的三
维空间结构。
它是蛋白质结构的关键层次，因为
蛋白质的生物学功能与其三维空间结构密切相关。
通过X 射线衍射、核磁共振、电子显微镜等技术
可以获得这一层次的信息。
•组装结构层次：这一层次描述了蛋白质分子如何
组装在一起形成大分子结构。
在这一层次上，蛋
白质分子可以组装成多肽链、多肽基质、多肽复
合物等不同的结构。
总之, 蛋白质是由氨基酸组成的大分子物质，蛋白质的结构分为三个层次，分别是分子层次，结构层次和功能层次。
这三个层次之间相互依赖，共同决定着蛋白质的生物学功能。
第二章_蛋白质结构基础
半胱氨酸 Cys 组氨酸 His 酪氨酸 Tyr 色氨酸 Trp
极性氨基酸
二硫键的作用 1 稳定蛋白质的三维结构； 2 将不同的多肽链连接在一起； 3 分子内二硫键可稳定单肽链的 折 叠，使蛋白质不易被降解。
特点： 侧链都可以解离使残基带上正 或负电荷
天冬氨酸 Asp 谷氨酸 Glu 精氨酸 Arg 赖氨酸 Lys
HN
精氨酸 Arginine
碱性氨基酸
O H2 N CH C CH2 CH2 CH2 NH C NH2 NH OH
精氨酸 Arginine
赖氨酸 Lysine
碱性氨基酸
O H2N CH C CH2 CH2 CH2 CH2 NH2 OH
精氨酸 Arginine
赖氨酸 Lysine 组氨酸 Histidine
稳定α -螺旋的因素
α-螺旋具有极性：
N
所有氢键都沿螺旋轴指向同一方向
α -螺旋的特征
• • • • 肽平面的键长和键角一定； 肽键的原子排列呈反式构型； 相邻的肽平面构成两面角； α -螺旋的中心没有空腔
C
-helix不稳定的因素：
R基团带同种电荷： pH=7时，多聚Lys或多聚 Glu ； R基团较大时造成空间位阻， 如Ile； 多肽链中有 Pro 或 HO-Pro，α—helix 中 断，产生‘结节’kink 它改变多肽链的方向，并终止螺旋。
含酰胺氨基酸
O H2 N CH C CH2 CH2 C NH2 O OH
氨基酸的分类
疏水氨基酸
氨基酸
极性氨基酸
荷电氨基酸
特点： 1 残基的侧链一般没有化学反应性； 2 疏水作用，趋于彼此间或与其他 非极性原子相互作用
丙氨酸 Ala 缬氨酸 Val 亮氨酸 Leu 异亮氨酸 Ile
蛋白质结构与功能的相互关系
蛋白质结构与功能的相互关系蛋白质在人体内起着极其重要的作用，是生命活动中不可或缺的组成部分。
而蛋白质的结构和功能是密不可分的，两者相互影响，相互作用。
所以，我们需要深入了解蛋白质结构与功能的相互关系。
一、蛋白质的结构基础1. 蛋白质的基本成分蛋白质是由氨基酸组成的长链状分子，常常由几十至几千个氨基酸组成。
氨基酸是一种含有氨基（NH2）和羧基（COOH）的有机物，不同的氨基酸之间的侧链结构不同，从而使蛋白质的基本结构也呈现出不同的样式。
2. 蛋白质的四级结构蛋白质一般可以分为四级结构：一级结构是指由氨基酸的线性排列所组成的链；二级结构是指局部的氢键和离子键所组成的α-螺旋和β-折叠；三级结构是指由各种二级结构所组合成的整体结构；四级结构是指多个蛋白质聚合体所构成的大分子。
3. 蛋白质的立体构象蛋白质的立体构象指的是蛋白质分子空间中的三维结构，它包括了二级、三级和四级结构。
蛋白质分子的折叠状态得到正确的结构，是影响蛋白质功能的决定因素之一。
二、蛋白质的功能分类1. 结构性蛋白质结构性蛋白质是构成细胞和组织的基本骨架，如肌肉蛋白、骨胶原蛋白等。
这些蛋白质一般具有很高的稳定性和机械强度。
2. 酶酶是催化生物反应的蛋白质，在生命活动中发挥着重要的作用。
酶可以作为催化剂加速化学反应的速率，降低反应的活化能，并且可被还原并重复利用。
3. 调节蛋白质调节蛋白质可以改变其他蛋白质的活性、稳定性或者在细胞内转移到其他部位，如激素、抑制剂或者蛋白激酶等。
它们能够特异地结合于底物或是其他蛋白质上，从而调节其生理功能。
4. 免疫蛋白免疫蛋白具有抗原特异性，可以识别和结合到病原体等异物上，从而展开免疫反应，是非常重要的免疫组分。
5. 运输蛋白运输蛋白是指在体液中运输不同的物质，如血红蛋白可以运输氧气，转铁蛋白可以运输铁离子等。
三、结构与功能的相互关系1. 结构为功能基础蛋白质的功能主要是通过其结构来实现的。
在同一蛋白质家族中，不同成员的氨基酸序列差异很小，但是其三维结构却有很大的差异。
蛋白质的功能及其结构基础
（三）解毒 解毒是细胞中不可缺少的一种自我保护机制。 过多的疏水性分子的积累也对细胞是有毒害 的。 针对蛋白质类型的毒素，解毒的方法是利用 蛋白酶将毒素降解；而对疏水的分子，则是 全然不同的解毒方法。最简单的方法是将疏 水性的分子转变为水溶性分子，便于细胞和 机体的清除和排出。将疏水分子转化为水溶 性分子，可以有多种途径。
2．低等动物的防卫系统 抗菌肽是低等生物的防卫系统之一。这类 抗菌肽可以使一些细胞膜溶解。 在很多低等生物的血淋巴液中没有细胞免 疫的机制，但是含有简单的凝集素，这些 凝集素起到类似于高等动物先天免疫的作 用。其中有些凝集素的结构与高等动物的C 类凝集素有同源性。
3．植物免疫 植物没有动物的免疫系统，但是植物也能自 我防卫和保护。在受到外界的各种刺激时， 不论是生物的还是非生物的，植物都可以通 过细胞质中的信号转导过程，诱导多种类型 的基因表达，从而产生多种酶系和多种蛋白 质。这些酶系被用于合成各种类型的小分子， 对外界刺激作出应答；多种蛋白质中有所谓 的病程相关蛋白，以及针对并干扰动物病原 体的几丁质酶和蛋白酶抑制剂等。
（四）其他 在北冰洋生活的一些鱼类，它们的血液中存 在着抗冻蛋白质。这些蛋白质的分子质量并 不小，但是，这些蛋白质能引起的冰点下降 的能力远远超过了物理化学中的依数性。一 些结构不同的蛋白质却具有相同的抗冻能力。 微生物和一些昆虫多药物和农药的抗性，也 是一种自我防卫和保护。主要通过其体内经 诱导产生的能降解和改变药物和农药特性的 酶。
（二）免疫 免疫是几乎所有生物体都具备的功能，不仅 动物有免疫系统，而且植物也有免疫系统。 免疫的含义被拓展了，机体对外界感染和刺 激的应答，对环境变化的防范均可归属于免 疫的范畴。 1．高等动物免疫系统 高等动物的免疫系统大致可分为体液免疫和 细胞免疫两个部分。 体液免疫以补体为中心。 细胞免疫以淋巴细胞为中心。这种免疫系统 更高级，具有“记忆”特性。
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第二章蛋白质的结构基础
一、蛋白质结构的层次体系
一级、二级、结构模体(超二级结构)、结构域、三级、四级
1．一级结构
一级结构是指多肽链中氨基酸的顺序，或氨基酸沿线性多肽链的排列。
（包含二硫键的数量和配对方式）
一级结构决定高级结构，这是蛋白质结构组织的基本原理。
2．二级结构
多肽主链局部区域的规则结构，它不涉及侧链的构象和与多肽链其他部分的关系。
规则构象主要被其内部形成的主链氢键所稳定，因此氢键的排布方式也是二级结构的重要特征。
3．结构模体
一级顺序上相邻的二级结构在三维折叠中靠近，彼此按特定的几何排布形成简单地组合，以同一结构模式出现在不同的蛋白质中，这些组合单位称为结构模体。
是三级结构的建筑模块。
有的模体与特定的功能相关，如与DNA结合；许多模体并没有专一的生物功能，只是大结构和组装体的一个组成部分。
4．结构域
二级结构和结构模体以特定的方式组织连接，在蛋白质分子中形成两个或多个在空间上可以明显区分的三级折叠实体。
结构单位：结构域是蛋白质三级结构的基本单位，一个分子中的结构域区之间以共价键相连接，这是与蛋白质亚基结构(非共价缔合)的基本区别。
功能单位：不同的结构域常常与蛋白质的不同功能相关联。
5．三级结构
结构域在三维空间中以专一的方式组合排布，或者二级结构、结构模体及其与之相关联的各种环肽链在空间中的进一步协同盘曲、折叠，形成包括主链、侧链在内的专一排布。
6．四级结构
亚基的数目、类型、空间排布方式和亚基间相互作用
二、蛋白质结构分类
1) α型结构(αstructure)
主要由α螺旋组成，其螺旋含量一般在60％以上，有的高达80％。
α螺旋在这类蛋白质中大多以反平行方式排布和堆积，所以又称反平行α结构。
A) 线绕式α螺旋(coiled-coil α helix)
B) 四螺旋束 (four helix bundle)
C) 珠状折叠(globin fold)
D) 复杂螺旋组合
2) β型结构(β structure)
主要由反平行β层构成。
在大小和组织上都有很大的变异范围，但在大多数情况下反平行β层都缠绕成一柱状或圆桶状，其缠绕方式可以是链间的顺序连接，也可以是链间的跨接。
A)上-下桶式(up-and-down β barrel)和开放式折叠(open βsheet)
B)希腊钥匙(回纹)式折叠(Greek key β barrel)
C)β-螺旋式折叠(parallel β-helix fold
3) α/β型结构
已知数量最多的一类结构
它由平行的或混合型的β层被α螺旋包绕构成，主要是β-α-β模体的组合；在β层和螺旋内部各股链主要以平行方式排布，所以也称为平行α/β型。
螺旋与相邻β链彼此是反平行的。
多数情况下，一个5~9条链组成的平行β层在中央，两侧是α螺旋，形成三层式结构。
3种基本类型：
A) TIM桶式折叠(TIM barrel)
B) 扭转开放式折叠(Rossman fold)
C) 马蹄式折叠(horseshoe fold)
4) α+β型结构
既含α螺旋又含β层结构，但α螺旋与β层在空间上彼此不混杂，分别处于分子的不同部位，有时α螺旋和β层分别形成两个结构域。
已知这类结构的数量不多，因此有时将它们按α螺旋或β层部分的组织特征分别划入以上三种类型中。
5) 无规型／富含二硫键和金属离子型
一类小蛋白质分子，它们没有典型的二级结构，或者所含二级结构的组成和组织没有明显的规律可循。
此类蛋白质分子虽不大(一般小于100个氨基酸残基)，但含有较多的二硫键或需金属离子以稳定其三维结构，所以在有的分类中称它们为富含二硫键和金属离子型蛋白。
三、系统性分类
蛋白质结构数据库（PDB）
四、蛋白质在体内形成的两个阶段
1）在遗传密码指导下将氨基酸特定序列在核糖体上连接起来，合成只有一维结构的多肽链。
2）多肽链折叠成具有完整结构和功能的蛋白质分子。
五、蛋白质折叠(folding)：
体内新生的多肽链或体外变性的多肽链的一维线性氨基酸序列转化为具有三维结构的活性蛋白质的过程。
六、蛋白质三维折叠结构的形成
多肽链折叠的热力学基础
天然蛋白质的三维折叠结构主要取决于氨基酸序列，总体系统吉布斯自由能极小的状态。
熵(entropy)产生于热力学第二定律(关于内能与其他形式能量相互转化规律)，是产生和维持有序性所需的能量。
焓(enthalpy)从一条多肽链的非共价作用产生，包括疏水作用、氢键、离子键等。
1. 疏水效应(Hydrophobic effect)
2. 氢键(Hydrogen bonds)
3. 二硫键(Disulfide bonds)
4. 范德华力(Van der Waals force)
5. 静电相互作用(Electrostatic interactions )
多肽链折叠的动力学因素
在折叠过程中，蛋白质经历从高能量非折叠态到局部能量极小的不稳定的高能过渡态和亚稳中间态(熔球态)，最后到达低能的天然态。
从熔球态到折叠态需经过一高能过渡态，并以一定的动力学途径以某种方式指导折叠过程。
熔球态是折叠的中间体，疏水侧链内埋是重要驱动力，在折叠途径中第一个可观测的中间体是柔性无序的未折叠多肽链卷折成局部有组织的球状态，称为熔球体（其形成是一个快速过程）。
对正确折叠最通常出现的障碍包括：
①中间体通过外露疏水基团的聚合
②不正确二硫键的形成
③脯氨酸残基的异构化
帮助折叠的蛋白质和酶
1) 分子伴侣(molecular chaperone)
是指能够结合和稳定另外一种蛋白质的不稳定构象，并能通过有控制的结合和释放，促进新生多肽链的折叠、多聚体的装配或降解及细胞器蛋白的跨膜运输的一类蛋白质。
2) 帮助正确二硫键形成的酶
3)肽酰脯氨酰异构酶(peptidylprolylcis/trans isomerase)
增加蛋白质稳定性的基本途径
帮助正确折叠，降低折叠与非折叠的熵差，以减少非折叠构象(引进二硫键，增加Pro等)。
稳定α螺旋
填充疏水内核。