02蛋白质化学2

一种蛋白质中的亚基可以相同，也可以不同 。
前白蛋白：四聚体蛋白（两个相同的二聚 体组成）
肝乙醇脱氢酶：两个相同亚基组成 的二聚体
血 红 蛋 白
的 四 级 结 构
四级结构的特点


维持四级结构的作用力是次级键
四级结构破坏，蛋白质活性丢失


亚基单独不具生物活性
亚基可为同种或异种，数量不同

分子的对称性好
结构域：在一些较大的蛋白质中，存在的2个
或多个空间上可明显区分的相对独立的区域性结
构，彼此以松散的肽链相连（ 1970年Edelman提
出） 。 常见的结构域含100-400个氨基酸，至少40 个
左右。结构域与结构域之间关系松懈，它们之间
常有一段长短不等的肽链相连。 对于一个小分子来说，结构域与其三级结构 是同一意思。
己糖激酶结构域1 黄素氧化还原蛋白
磷酸甘油变位酶
3-磷酸甘油醛脱氢酶
3-磷酸 甘油醛
五、 蛋白质的三级结构(tertiary structure)
定义: 蛋白质分子在二级结构、超二级结构乃至结 构域的基础上，沿多个方向进一步折叠、卷曲形
成一个紧密的近似球形的结构。三级结构包括多
肽链中一切原子的空间排列方式。 主要的化学键： 次级键：疏水相互作用、离子键、氢键和 范德华 力；二硫键
α-角蛋白的结构
角蛋白α-螺旋 卷曲螺旋 原纤丝
初原纤维
2. β-角蛋白的结构
蚕丝、蜘蛛丝的丝心蛋白，典型的反平行β折
叠片层以平行的方式堆积成多层结构
链间氢键；层间范德华力
小侧链氨基酸，Gly-Ala-Gly-Ala-Gly-Ser → 高
抗张强度
无序区（Try、Pro、Val） → 伸展度
-转角的2种形式
无规卷曲 ( random coil ) 无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那
部分肽链结构，许多蛋白质的功能部位常常
埋伏在这里。
明确、稳定的二级结构
在各种蛋白质中，可同时存在几种二级结构， 也可只有一种二级结构。
三、纤维状蛋白质 (fibrous protein)
动物体的基本支架和保护成分
第四节 蛋白质结构与功能
一、 蛋白质的一级结构决定其高级结构
牛核糖核酸酶 （RNase）
核糖核酸酶的变性与复性（C.Anfinsen）
随机重组4个正确配对二硫键的概率： 1/7x1/5x1/3=1/105
8mol/L尿素，巯基乙醇（HOCH2CH2SH）
透析去除尿素 巯基乙醇
空气氧 化巯基
R1 H2N CH
O C
R2 HN CH
O C
R3 HN CH
O C
Rn HN CH
O COH
二级结构形成的条件
20世纪30年代，Pauling和CoreyX-射线衍射研究： 肽链主链上的3种键 N—Cα，Cα—C，C—N 都是单键，但C—N 肽键是一种酰胺键，键长介
于C-N单键和双键之间，具有部分双键的性质，
双面角（平面角）
Ψ（psai）： Cα2-C2 轴上的旋转角
从Cα沿键轴方向观察，顺时针旋转所形成的 Ψ角为正值，反时针为负值。 Cα2 – N1 与C2 – N2 顺式时Ψ= 0 ，反式为180度 。
2 2 2 1
2 2 2 2 1
1
Ψ 2 Φ 1
1 1
*2 *
*Ψ
Φ*
1 1
1
Φ（fai）： Cα2-N 1 轴上的旋转角
原胶原分子在 胶原纤维中按 1/4 错位有规律
的首位相接，
并行排列成纤 维束，电镜下 呈现横纹区带 。
胶原蛋白
中存在共 价交联— —稳定胶 原纤维
醛赖氨酸
醛醇
半乳糖
胶原蛋白 是糖蛋白
葡萄糖
四、 蛋白质的超二级结构和结构域
超二级结构（super-secondary structure）是1973年Rossmann提出的，它 是指二级结构的基本结构单位（α-螺旋，β-
二、 蛋白质的二级结构(secondary structure)
1. 二级结构的概念
通过肽链上的羰基氧和亚氨基氢之间形成的 氢键，使肽链主链骨架上的局部区域形成有规 则的空间排布。这种主链上的、有规则的空间
排布称为蛋白质的二级结构。 主要的化学键： 氢键（ X-H … Y）
(Hydrogen bond)
酰胺平面，也称 肽平面、肽单位 。
酰胺平面示意图
..
肽平面的特点：（刚性平面）
肽键长： 0.132 nm ，具双键性质，不能自由
旋转，使肽键二侧六个原子处于同一平面。 在肽平面中，二个α-碳原子以反式结构形式存 在。 每个α-碳原子处于二个肽平面交线上。
多肽链的主链由许多酰胺平面组成，平面之间以α 碳原子相隔。其中Cα-C 键旋转的角度称ψ，Cα-N键旋 转的角度称φ。ψ和φ这一对两面角决定了相邻两个酰 胺平面的相对位置，也就决定了肽链的构象。
蛋白质二级结构的主要形式
-螺旋 ( -helix ) -折叠 ( -pleated sheet ) -转角 ( -turn ) 无规卷曲 ( random coil )
-螺旋
1950年 Pauling等根 据从小肽晶 体结构中测 得的多肽标 准参数预测 出α-螺旋结 构，并很快 有实验证实。
对小分子球蛋白来说，结构域就它的三级
结构。
球蛋白通常都是水溶性蛋白。
六、 蛋白质四级结构(quaternary structure)
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)。 有数个亚基通过非共价键相互作用形成的聚合 体结构，称为蛋白质的四级结构。
纤维状蛋白分为 不溶性（硬蛋白）：角蛋白、胶原蛋白、
弹性蛋白
可溶性：肌球蛋白、血纤维蛋白原
1. α-角蛋白（keratin）的结构 存在：毛、发、角、鳞、蹄、爪
组成特点：富含疏水氨基酸 结构特点： 角蛋白右手α-螺旋(2) →左手卷曲 螺旋(2) →原纤丝(2) →初原纤维(4) →中间纤维 高伸缩性；含二硫键
片层平面的上下方——相邻侧链空间障碍。
存在正、反平行 2种结构。正平行：肽链走向 相同，氢键不平行；反平行：相邻肽链走向相 反，氢键近于平行。
-折叠结构
-折叠的2种形式
正平行
反平行
-转角( -turn )
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。
3. 胶原蛋白（collagen）
腱、骨、软骨、牙、皮、血管等
氨基酸组成：Gly 和Pro 含量很高；含不常见氨
基酸：4-羟脯氨酸、3-羟脯氨酸和5-羟赖氨酸（脯
氨酰羟化酶和赖氨酰羟化酶，Fe 2+）；含Gly— X—Y重复序列。
结构：3股左手螺旋多肽 链（1000AA/股；螺距 0.95nm）缠绕形成右手 三螺旋 ——原胶原 →胶 原纤维
变性还原核酸酶
二、蛋白质的一级结构与功能
1.同功能蛋白质中氨基酸顺序的种属差异与生物进化
同源蛋白质与物种间的系统发生关系:
不同种属细胞色素C分子中氨基酸残基的差异
防风
人类 黑猩猩 羊 响尾蛇 鲤鱼 蜗牛
飞蛾
酵母
菜花
分子分类方法：进化树（系统发生树）
球状分子 ；153氨 基酸残基；8段α-螺 旋(7-23AA): A—H；
非螺旋区: NA，AB，
CD，EF，FG，
GH，HC---HC；
分子量:17.2 kD；
血红素辅基；
富含β-折叠的免疫球蛋白
三级结构的特点
三级结构只存在于球状蛋白中，不存在于纤 维状蛋白中。
维持三级结构的键除二硫键外都是次级键。
-螺旋的特点
每3.6个氨基酸残基上升一圈，螺距0.54nm，每个氨基酸旋 转100度。
稳定α－螺旋的主要力为氢键。氢键形成于第一个氨基酸
的羰基与线性顺序中第五个氨基酸的氨基之间。氢键环内 包含13个原子。氢键的取向与中心轴平行。 肽链中氨基酸侧链R基，分布在螺旋外侧其形状、大小及 电荷影响α－螺旋形成。 α-螺旋有左右手螺旋之分，天然蛋白质多为右手螺旋，目 前仅在嗜热菌蛋白酶中发现了一段左手螺旋（Asp-ASn-GlyGly组成）。
不能自由旋转。 C—N 0.147 nm , C=N 0.128 nm , 肽键 0.132 nm
R1 H2N CH O C R2 HN CH O C R3 HN CH O C Rn HN CH O COH
2. 酰胺平面
肽键中的四个原子（C、O、N、H）和它相
邻的两个α-碳原子处 于同一平面，形成了
折叠等）相互聚集，形成有规律的二级结构
的聚集体，亦称模体（motif）。如αα、βαβ、 βββ、 βCβ 等。
βαβ
Rossmann折叠
βCβ
蚯蚓肌红蛋白
烟草花叶病毒蛋白
流感病毒血细胞凝集素
子宫球蛋白
丙糖磷酸异构酶
丙糖磷酸异构酶
丙酮酸激酶
结构域（structure domain，domain）
从Cα沿键轴方向观察， 顺时针旋转所形成的 Φ角为正值，反时针为负值N1 – C1 与 Cα2-C2 顺式时Φ = 0，反式为180度。
2 2 2 1
2 2 2
1
Ψ* 2 Φ 1
1 1
2
Ψ* 2 Φ
1
*
1 1
* 1
所有肽单位在同 一平面时，规定Ψ和 Φ为180度。
肽平面是蛋白质结构最小单位，限制了肽链构象数