生物化学-蛋白质的结构

---（嗜热菌蛋白酶）
一条多肽链绕假象的中心轴旋转 ① 二面角：Φ= -57°,Ψ= - 47°，是一种右
手螺旋。 ②每3.6个氨基酸绕一圈，螺距 0.54nm;每个
氨基酸残基绕轴旋转100° ，沿轴上 升 0.15nm ③ R侧链基团伸向螺旋的外侧。 ④ 氢键的取向几乎与中心轴平行。 ⑤ 肽键上C=O氧与它后面（C端）第四个残基 上的N-H氢间形成氢键（ α13 ）。
蛋白质高级结构
蛋白质的空间结构（三维结构）
指:蛋白质分子中所有原子在三维空间的排 列分布和肽链的走向。 构型---是指不对称碳原子上相连的各原子或取代基团的 空间排列.
构象----是指相同构型的化合物中,与碳原子相连的各原子 或取代基团, 当单键旋转时，形成的相对的空间排布。
蛋白质的空间结构（三维结构）
无规卷曲是指没有规律性的肽链结构，但 许多蛋白质的功能部位常常埋伏在这里。
无规卷曲与其他二级结构一样 是明确而稳定的结构。
(5) Ω环
这是最近发现普通存在于球状蛋白质中的一种新的二 级结构，这种结构的形状象希腊字Ω，所以称Ω环。 Ω 环这种结构总是出现在蛋白质分子的表面，而且以亲水残 基为主，这种结构与生物功能有关，另外在分子识别中可 能起重要作用。
有关螺旋的写法，用“nS”来表示，n为螺旋 上升一圈氨基酸的残基数。S为氢键封闭环内的
原子数，典型的α-螺旋用3.613表示，非典型的 α-螺旋有3.010， 4.416（π螺旋）等。
一些侧链基团虽然不参与螺旋，但他们可影响α-螺旋的稳定性 ● 连续的出现带同种电荷的极性氨基酸，α-螺旋就不稳定。 ● 在多肽链中只要出现Pro，Hypα-螺旋就被中断，产生一个
早在20世纪30年代，Pauling和Corey就开始有X-射 线衍射方法研究了氨基酸和肽的结构，他们得到了重要的
结论:
(1) 肽键的键长介于C-N单键和双键之间，具有 部分双键的性质， 不能自由旋转。 (2) 肽键中的四个原子和它相邻的两个α-碳原子处 于同一平面，形 成了酰胺平面，也称肽平面。 肽平面是刚性平面结构
平行β折叠
(3) β-转角 (β-turn) 也叫回折，β – 弯曲
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。
(4) 无规卷曲（Random Coil）
1. 蛋白质空间结构的研究方法
(1) X-射线衍射法（X-ray diffraction method） (2) 核磁共振（NMR） (3) 光谱法（红外光谱、紫外差光谱、荧光光谱） (4) 旋光色散法（optical rotatory dispersion, ORD） (5) 园二色性（circular dichroism, CD） (6) 氢同位素交换法
3.蛋白质的超二级结构和结构域
超二级结构是1973年Rossmann提出的，它是 由若干个相邻的二级结构单元（α-螺旋、β-折 叠、β-转角及无规卷曲）组合在一起，彼此相互 作用，形成有规则的、在空间上能够辨认的二级 结构组合体。
β-曲折（β-meander）：
是三条或三条以上反平行的β-折叠通过短链， 如β-转角相连。
4. 蛋白质的三级结构
定义: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。
螺旋结构
二级结构类型
β -折叠
β -发夹和 Ω环 回折 三股螺旋 无规卷曲
(1) α-螺旋（α-helix） 1950年美国Pauling等人在研究纤维状蛋白质时，提出了α-
螺旋，后来发现在球状蛋白质分子中也存在α-螺旋。
螺旋结构的种类
整数螺旋
按每一圈AA残基数分 非整螺旋
按螺Fra Baidu bibliotek旋转方向分
右手螺旋----稳定 左手螺旋
β-折叠筒（β-sheat barrel）：
结构域
结构域是 1970年Edelman提出的，它是指在 较大的球状蛋白质分子中，多肽链往往形成几个 紧密的球状构象，彼此分开，以松散的肽链相连， 此球状构象就是结构域。
也叫辖区，是蛋白质三维结构中的一个层次。
对那些较小的蛋白质分 子来说，结构域和三级结构 往往是一个意思，也就是说 是单结构域的。
(3) 在酰胺平面中C=0与N-H呈反式。
Cα-N键的旋转 角度叫φ角， Cα-C的旋转角 度叫ψ角。
二面角决定了两个肽平面的相对位置， 因此就决定了肽链主链的位置与构象。
可允许的Φ和Ψ值 ——拉氏构象图(Ramachandran diagram)
2.蛋白质的二级结构
蛋白质的二级结构是指多肽链本身的折 叠和盘绕方式。
弯曲（bend）或结节（kink）。（为什么？ ） ● Gly的R基太小，难以形成α-螺旋所需的两面角，所以和Pro
一样也是螺旋的最大破坏者。
● 肽链中连续出现带庞大侧链的氨基酸如Ile，由于空间位阻，也 难以形成α-螺旋。
● R基较小，且不带电荷的氨基酸利于 α—螺旋的形成。
如多聚丙氨酸在pH7的水溶液中自发 卷曲成α-螺旋。
？
pH对α-螺旋 的影响？
解释
溶液的pH值决定了侧链是否带有电荷，由单 一一种氨基酸构成的聚合物只有当侧链不带电 荷时才能形成α-螺旋，相邻残基的侧链上带有 同种电荷会产生静电排斥力从而阻止多肽链堆 积成α-螺旋构象。
Lys侧链的pK为10.5，当pH值远远高于10.5 时，多聚赖氨酸大多数侧链为不带电荷的状态， 该多肽可能形成一种α-螺旋构象，在较低的 pH值时带有许多正电荷的分子可能会呈现出 一种伸展的构象。
(2) β-折叠（β- sheet）/β-片层
也是pauling等人提出来的，它是 与α-螺旋完全不同的一种结构。
是一种较伸展的锯齿形的主链构 象。两个氨基酸残基之间的轴心距＝ 0.35nm
形成β -折叠的条件是： R比较小，一般不带电荷。
β-Sheet: 折叠特点
(1) 肽链平行排列，相邻肽链主链上的N-H和 C=O之间形成氢键,侧向连接。 (2)多肽主链呈锯齿状折叠构象，侧链R基交 替地分布在片层平面的两侧。 (3)肽链走向为同向(parallel)或反向排列。