研究生-蛋白质结构与功能详解-精
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亚基(subunit) 蛋白质分子由两条或两条以上肽
链组成，每条肽链都有完整的三级结 构，称为亚基
蛋白质的四级结构
亚基间的空间排布、亚基间相互 作用与接触部位的布局，不包括亚基 本身的空间结构
亚基间的结合力主要是疏水作用， 其次是离子键和氢键
第三节
蛋白质结构与功能的关系
The Relation of Structure and Function of Protein
朊病毒
朊病毒(prion)是一种 不同于病毒、类病毒、细菌、 霉菌、寄生虫的传染性病原 体。它不含有核酸，单纯由 蛋白质组成
朊病毒蛋白有两种构象： 细胞型(PrPC)和搔痒型 (PrPSC) 细胞型(PrPC)是一种正常无害 的蛋白质，可能与神经系统功 能维持有关
朊病毒电镜照片
疯牛病
可能机制：
人和动物神经退行性病变， 具传染性，发病时主要表现为 视物模糊、平衡障碍、肌肉收 缩和不随意运动现象等，一般 在出现症状后2年内死亡
100% -
氧 饱 和 度
Hb与Mb的氧解离曲线
Mb Hb
静脉血
动脉血
P50 氧分压
（三）蛋白质构象改变与疾病
蛋白质构象病： 若蛋白质的折叠发生错误，尽管
其一级结构不变，但蛋白质的构象发 生改变，仍可影响其功能，严重时会 导致疾病发生。
折叠错误 相互聚集 淀粉样纤维沉淀
毒性
疯牛病 老年痴呆症 亨丁顿舞蹈病 人纹状体脊髓变性病
蛋白质结构与功能
Structure and Function of Protein
第一节 蛋白质的分子组成
The Molecular Component of Protein
一 、氨基酸(amino acid，aa)
——蛋白质的基本构成单位 自然界中的氨基酸有300余种
组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且 均属 L-α-氨基酸（甘氨酸除外）
（二）β-折叠 (β-pleated sheet)
是由两条或多条几乎完全伸展的肽 段平行排列，通过肽段间的氢键交联而 形成的
肽段的主链呈锯齿状折叠构象
β-折叠结构特点
(1) 相邻肽键平面的夹角为1100 ，呈锯齿状排列； 侧链Ｒ基团交错地分布在片层平面的两侧。
（三）β-转角
肽链出现180°回折的转角处的结构
PrPC
PrPSC
未知蛋白质
PrPSC
聚集淀粉 样纤维沉 淀
疯牛病病理图片
传染型朊病毒病
传染型朊病毒病是指朊 病毒在人群中水平传播而 引起的一类朊病毒性疾病， 如库鲁病(Kuru)
Kuru仅见于大洋洲巴 布亚新几内亚东部高地土 著的Fore人群中。本病传 播与当地盛行进食亡故亲 人尸体以示尊敬和怀念的 礼仪有关
三级结构不仅包括蛋白质分子主链的 构象，还包括侧链的构象
主要的化Байду номын сангаас键
疏水作用、离子键、氢键、范德华力等
（二）结构域(domain)
分子量大的蛋白质三级结构常 可分隔为两个和数个球状或纤维状 的区域，折叠得较为紧密，各行其 功能，称为结构域
细胞表面蛋白CD4分子4个相似结构域
四、蛋白质的四级结构
（四）无规卷曲
没有确定规律性的肽链构象
H2N
COOH
（五）超二级结构-----模体（motif）
在多肽链内顺序上相互邻近的 二级结构常常在空间折叠中靠近， 彼此相互作用，形成规则的二级结 构聚集体
锌指结构
三、蛋白质的三级结构
（一）定义
整条肽链中全部氨基酸残基的相对空 间位置，也就是整条肽链所有原子在三维 空间的排布位置
一、蛋白质一级结构与功能的关系 （一） 一级结构是构象的基础
顺序规定构象 构象：空间结构、三维结构
天然状态
牛
有催化活性
RNA
尿素
酶 的 变
b-巯基乙醇
说明非蛋折白叠质状一态级结 构的－是基S空础－无间，S活－结而性被构只还形有原成具
性
备了特定的空间结
与 复
透析
构的蛋白质才具有
生物天学然活状性态
第二节 蛋白质的分子结构
The Molecular Structure of Protein
高级结构或空间结构
一
二
三
四
级
级
级
级
结
结
结
结
构
构
构
构
一、蛋白质的一级结构
定义： 多肽链中氨基酸的数目、排列 顺序及共价连接
主要的化学键： 肽键，有些蛋白质还包括二硫键
牛胰岛素——第一个被测定的一级结构
二、蛋白质二级结构
定义：
是指蛋白质分子中多肽链骨架原子 的局部空间排列，不涉及到氨基酸残基 侧链的构象
主要的化学键：氢键
多肽链骨架 由－N－Ca－C－序列重复排列而成
蛋白质二级结构的主要类型
α-螺旋 β-折叠 β-转角 无规卷曲
（一）α－螺旋 (α-helix)
1.概念
由肽键平面盘旋形成 的右手螺旋状构象
最常见、最丰富， 呈棒状
性
－S－S－恢复正确配对
活性恢复
（三）一级结构改变与分子病
蛋白质分子中起关键作用的氨基酸 残基缺失或被替代，将严重影响空间 结构乃至生物学功能
这种由蛋白质分子发生变异所导 致的疾病，称为“分子病”
镰刀型细胞贫血
镰刀型细胞贫血
Herrick
1904年发现一 个黑人大学生 RBC呈镰刀型
Linus Pauling
二、蛋白质空间结构与功能的关系
（一）蛋白质的功能依赖于特定的空间结构 构象决定功能
➢构象是蛋白质活性与功能的根本。 ➢构象为氨基酸序列所规定，而后者
又为基因所规定。
（二）血红蛋白构象变化与结合氧
1. 肌红蛋白(Mb)与血红蛋白(Hb)的结构
2. 血红蛋白构象变化与结合氧
Hb与Mb一样能可逆地与O2结合；但 Hb第一个亚基与O2结合，可促进第二、第 三个亚基与O2的结合，前三个亚基与O2结 合，又大大促进第四个亚基与O2结合，这 种效应，称协同效应
L-氨基酸结构通式
羧基 COO-
a +
氨基 H3 N
H
R基
二、肽
（一） 肽（peptide）
肽键（peptide bond）：由一个 氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基 脱去一分子水缩合而形成的化学键
肽单元(peptide unit)：
组成肽键的4个原子(C、N、O、H )和与 之相邻的2个α碳原子(Cα1 、 C α2)位于同一平 面，构成所谓的肽单元
1945年发现异 常血红蛋白HbS
Ingram
（英格兰姆）
1957年阐明镰 刀型红细胞贫 血的分子机制
有意思的是在非洲大陆某些地区 镰刀状贫血症发病率高，携带者也多
这些地区恰恰又是一种恶性疟疾 流行地区
分析表明，镰刀状贫血症缺陷 基因携带者比正常人对恶性疟疾有抗 性
恶性疟疾流行地区
镰刀状贫血病基因 高频地区
链组成，每条肽链都有完整的三级结 构，称为亚基
蛋白质的四级结构
亚基间的空间排布、亚基间相互 作用与接触部位的布局，不包括亚基 本身的空间结构
亚基间的结合力主要是疏水作用， 其次是离子键和氢键
第三节
蛋白质结构与功能的关系
The Relation of Structure and Function of Protein
朊病毒
朊病毒(prion)是一种 不同于病毒、类病毒、细菌、 霉菌、寄生虫的传染性病原 体。它不含有核酸，单纯由 蛋白质组成
朊病毒蛋白有两种构象： 细胞型(PrPC)和搔痒型 (PrPSC) 细胞型(PrPC)是一种正常无害 的蛋白质，可能与神经系统功 能维持有关
朊病毒电镜照片
疯牛病
可能机制：
人和动物神经退行性病变， 具传染性，发病时主要表现为 视物模糊、平衡障碍、肌肉收 缩和不随意运动现象等，一般 在出现症状后2年内死亡
100% -
氧 饱 和 度
Hb与Mb的氧解离曲线
Mb Hb
静脉血
动脉血
P50 氧分压
（三）蛋白质构象改变与疾病
蛋白质构象病： 若蛋白质的折叠发生错误，尽管
其一级结构不变，但蛋白质的构象发 生改变，仍可影响其功能，严重时会 导致疾病发生。
折叠错误 相互聚集 淀粉样纤维沉淀
毒性
疯牛病 老年痴呆症 亨丁顿舞蹈病 人纹状体脊髓变性病
蛋白质结构与功能
Structure and Function of Protein
第一节 蛋白质的分子组成
The Molecular Component of Protein
一 、氨基酸(amino acid，aa)
——蛋白质的基本构成单位 自然界中的氨基酸有300余种
组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且 均属 L-α-氨基酸（甘氨酸除外）
（二）β-折叠 (β-pleated sheet)
是由两条或多条几乎完全伸展的肽 段平行排列，通过肽段间的氢键交联而 形成的
肽段的主链呈锯齿状折叠构象
β-折叠结构特点
(1) 相邻肽键平面的夹角为1100 ，呈锯齿状排列； 侧链Ｒ基团交错地分布在片层平面的两侧。
（三）β-转角
肽链出现180°回折的转角处的结构
PrPC
PrPSC
未知蛋白质
PrPSC
聚集淀粉 样纤维沉 淀
疯牛病病理图片
传染型朊病毒病
传染型朊病毒病是指朊 病毒在人群中水平传播而 引起的一类朊病毒性疾病， 如库鲁病(Kuru)
Kuru仅见于大洋洲巴 布亚新几内亚东部高地土 著的Fore人群中。本病传 播与当地盛行进食亡故亲 人尸体以示尊敬和怀念的 礼仪有关
三级结构不仅包括蛋白质分子主链的 构象，还包括侧链的构象
主要的化Байду номын сангаас键
疏水作用、离子键、氢键、范德华力等
（二）结构域(domain)
分子量大的蛋白质三级结构常 可分隔为两个和数个球状或纤维状 的区域，折叠得较为紧密，各行其 功能，称为结构域
细胞表面蛋白CD4分子4个相似结构域
四、蛋白质的四级结构
（四）无规卷曲
没有确定规律性的肽链构象
H2N
COOH
（五）超二级结构-----模体（motif）
在多肽链内顺序上相互邻近的 二级结构常常在空间折叠中靠近， 彼此相互作用，形成规则的二级结 构聚集体
锌指结构
三、蛋白质的三级结构
（一）定义
整条肽链中全部氨基酸残基的相对空 间位置，也就是整条肽链所有原子在三维 空间的排布位置
一、蛋白质一级结构与功能的关系 （一） 一级结构是构象的基础
顺序规定构象 构象：空间结构、三维结构
天然状态
牛
有催化活性
RNA
尿素
酶 的 变
b-巯基乙醇
说明非蛋折白叠质状一态级结 构的－是基S空础－无间，S活－结而性被构只还形有原成具
性
备了特定的空间结
与 复
透析
构的蛋白质才具有
生物天学然活状性态
第二节 蛋白质的分子结构
The Molecular Structure of Protein
高级结构或空间结构
一
二
三
四
级
级
级
级
结
结
结
结
构
构
构
构
一、蛋白质的一级结构
定义： 多肽链中氨基酸的数目、排列 顺序及共价连接
主要的化学键： 肽键，有些蛋白质还包括二硫键
牛胰岛素——第一个被测定的一级结构
二、蛋白质二级结构
定义：
是指蛋白质分子中多肽链骨架原子 的局部空间排列，不涉及到氨基酸残基 侧链的构象
主要的化学键：氢键
多肽链骨架 由－N－Ca－C－序列重复排列而成
蛋白质二级结构的主要类型
α-螺旋 β-折叠 β-转角 无规卷曲
（一）α－螺旋 (α-helix)
1.概念
由肽键平面盘旋形成 的右手螺旋状构象
最常见、最丰富， 呈棒状
性
－S－S－恢复正确配对
活性恢复
（三）一级结构改变与分子病
蛋白质分子中起关键作用的氨基酸 残基缺失或被替代，将严重影响空间 结构乃至生物学功能
这种由蛋白质分子发生变异所导 致的疾病，称为“分子病”
镰刀型细胞贫血
镰刀型细胞贫血
Herrick
1904年发现一 个黑人大学生 RBC呈镰刀型
Linus Pauling
二、蛋白质空间结构与功能的关系
（一）蛋白质的功能依赖于特定的空间结构 构象决定功能
➢构象是蛋白质活性与功能的根本。 ➢构象为氨基酸序列所规定，而后者
又为基因所规定。
（二）血红蛋白构象变化与结合氧
1. 肌红蛋白(Mb)与血红蛋白(Hb)的结构
2. 血红蛋白构象变化与结合氧
Hb与Mb一样能可逆地与O2结合；但 Hb第一个亚基与O2结合，可促进第二、第 三个亚基与O2的结合，前三个亚基与O2结 合，又大大促进第四个亚基与O2结合，这 种效应，称协同效应
L-氨基酸结构通式
羧基 COO-
a +
氨基 H3 N
H
R基
二、肽
（一） 肽（peptide）
肽键（peptide bond）：由一个 氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基 脱去一分子水缩合而形成的化学键
肽单元(peptide unit)：
组成肽键的4个原子(C、N、O、H )和与 之相邻的2个α碳原子(Cα1 、 C α2)位于同一平 面，构成所谓的肽单元
1945年发现异 常血红蛋白HbS
Ingram
（英格兰姆）
1957年阐明镰 刀型红细胞贫 血的分子机制
有意思的是在非洲大陆某些地区 镰刀状贫血症发病率高，携带者也多
这些地区恰恰又是一种恶性疟疾 流行地区
分析表明，镰刀状贫血症缺陷 基因携带者比正常人对恶性疟疾有抗 性
恶性疟疾流行地区
镰刀状贫血病基因 高频地区