生物化学--第二章 蛋白质化学-蛋白质化学4-5

b sheet 的同向与反向平行 anti-parallel
转折 tunr
parallel
Alberts et al (2002) Molecular Biologyபைடு நூலகம்of the Cell (4e) p.140
3. β-转角(β-turn):又称β-弯曲（β-bend） 或发夹结构(hairpin structure)
指蛋白质的多肽链在形成空间构象时经常 会出现180°的回折，回折处的结构就称为β转角。一般由四个连续的氨基酸组成，第一个 残基的C＝O与第四个残基的N－H形成氢键。
4. 无规卷曲
没有一定规律的松散肽链结构。
但也像二级结构的其他类型一样具有明确面 稳定的结构 酶的活性部位。
无
规
则
卷
曲
示
无规则卷曲
意
肌 红 蛋 白 三 级 结 构
核糖核酸酶三级结构示意图
N
His119
Lys41 His12
C
（四）蛋白质的四级结构
➢具有独立三级结构的多肽链单位，称为亚基或 亚单位(subunit)，亚基可以相同，亦可以不同
单独的亚基没有生物学功能，当亚基聚合成 为具有完整四级结构的蛋白质后，才有功能。 ➢四级结构的实质是亚基在空间排列的方式。
三级结构有以下特点：
许多在一级结构上相差很远的氨基酸残基在三级结构上可能 相距很近。
球形蛋白的三级结构很密实，大部分的水分子从球形蛋白的 核心中被排出，这使得极性基团间以及非极性基团间的相互 用成为可能。
大的球形蛋白(200aa以上)，常常含有几个结构域 表面有一空穴，这一空穴能容纳配体，是蛋白的活性部位
酰胺平面与α-碳原子的二面角（ φ和ψ ）
-
二面角
两 相 邻 酰 胺 平 面 之 间 ， 能 以 共 同 的 Cα 为定点而旋转，绕Cα-N键旋转的角度称φ 角，绕C-Cα键旋转的角度称ψ角。φ和ψ称 作二面角，亦称构象角。
二、蛋白质高级结构：
（一）蛋白质二级结构 定义： 多肽链在一级结构的基础上，按照一 定的方式有规律的旋转或折叠形成的空间构 象。其实质是多肽链主链在空间的排列方式。
超二级结构类型
αα
Β-链
β×β
βαβ
1 2ββ--迂迂3回回4 5
βββ
回形拓扑结构
5 2回形3拓扑4结构1
2. 结构域
结构域是球状蛋白质的折叠单位。多肽链在超二级 结构的基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球形的结构， 具有部分生物功能。对于较大的蛋白质分子或亚基，多 肽链往往由两个以上结构域缔合而成三级结构。
生物化学--第二章 蛋白质化学蛋白质化学4-5
3.肽平面与二面角（peptide plane and dihedral angle）
因为肽键不能自由旋转，所以肽键的四个原 子和与之相连的两个α碳原子共处一个平面， 称肽平面。
肽平面是肽链空间构象的基本结构单位。
绕Cα－N旋 转的角称Φ， 而绕Cα－C 旋转的角称 Ψ。这两个 角称为二面 角
类型 α-螺旋 β-折叠 β-转角 无规卷曲
1. α-螺旋（α-Helix）: 又称为3.613螺旋结构要点：
多个肽键平面通过α-碳原子旋转，绕一条固定轴形成 右手螺旋,螺旋体中所有氨基酸残基R侧链都伸向外侧， 链中的全部>C=0 和>N-H几乎都平行于螺旋轴; 每3.6个氨基酸残基上升一圈，相当于0.54nm,每个残 基绕轴旋转100°，沿轴上升0.15nm 相邻两圈螺旋之间借肽键中C＝O和N-H形成许多链内 氢健，即每一个氨基酸残基中的NH和前面相隔三个残基 的C＝O之间形成氢键，这是稳定α-螺旋的主要键,平行 。 肽链中氨基酸侧链R，分布在螺旋外侧
➢二个或二个以上具有独立的三级结构的多肽链(亚基)， 彼此借次级键相连，形成一定的空间结构，称为四级结 构。
多肽链
维持蛋白质分子构象的作用力
a.盐键 b.氢键 c.疏水键 d.范得华力 e.二硫键
蛋白质分子中的共价键与次级键
共价键
化学键
次级键
肽键
二硫键 氢键 疏水键 盐键 范德华力
一级结构 二、三、四级结构
2. β-折叠(β-pleated sheets)又称β-片 层、β-结构，其结构要点如下：
➢多肽链呈锯齿状（或扇面状）排列成比较伸展的结 构； ➢有平行式和反平行式两种， ➢相邻两个氨基酸残基的轴心距离反平行为0.35nm， 平行为0.325nm，侧链R基团交替地分布在片层平面 的上下方 ➢所有肽键的C=O和N—H形成链间氢键，方向：与 轴垂直；
三、四级结构
蛋白质的结构层次
一级结构
primary structure
二级结构
secondary structure
三级结构
Tertiary structure
四级结构
Tertiary structure
Nelson & Cox (2000) Lehninger Principles of Biochemistry (3e) p.129
结构域之间常常有一段柔性的肽段相连，形成所谓 的铰链区，使结构域之间可以发生相对移动。
形成意义： •动力学上更为合理 •蛋白质（酶）活性部位往往位于结构域之间，
使其更具柔性
（三）蛋白质的三级结构
一条多肽链中所有原子在三维空间的整体排布， 称为三级结构，是包括主、侧链在内的空间排列。 大多数蛋白质的三级结构为球状或近似球状。在 三级结构中，大多数的亲水的R侧基分布于球形 结构的表面，而疏水的R侧基分布于球形结构的 内部，形成疏水的核心。
图
细胞色素C的三级结构
（二）超二级结构和结构域
1．超二级结构
超二级结构（Super-secondary structure） 是指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互 作用，形成有规则的，在空间上能辨认的二级结 构组合体。是蛋白质二级结构至三级结构层次的 一种过渡态构象层次。 M.Rossmann于1973年提出来的。 常见的有：αα、ββ、βαβ等。
肌红蛋白 myoglobin
用 a helix 组成坚固的立体结构
Zubay (1988) Biochemistry (2e) p.64
* 影响α-螺旋稳定的因素：
R基大小：较大的R(如苯丙氨酸、色氨酸、异亮 氨酸)不易形成、Gly空间占位很小，容易形成 电荷：带同种电荷的R基无法形成,不带电荷的容 易形成 Pro的存在