蛋白质结构基础 (2)优秀课件
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第二章-蛋白质结构(新)PPT课件
α-螺旋的稳定性很好，除甘氨酸 及脯氨酸外的其他各种氨基酸通过 肽键构成主链时都有形成α-螺旋的 倾向。
-
39
蛋白质结构与功能
-折叠
常见的蛋白质二级结构 之一，它呈片状，肽链 几乎完全伸展的，而非 紧密卷曲平行式。
The beta-sheet
平行式：所有参与β-折叠的肽链的N端在同一方向。 反平行式：肽链的极性一顺一倒，N端间隔相同。 在蛋白分子内部更多出现的是平行的β-折叠片；而反平行的β-折叠片一段 暴露于溶剂中，一段埋于蛋白内部，其氨基酸序列常为亲水和疏水的氨基
由于积劳成疾，身体状况恶化，也由于第一次世界大战爆发，费歇 尔不得不中断了这一重要的研究。
-
3
蛋白质概述-发展历史
英国生物化学家弗雷德·桑格尔（Fred(Frederick) Sanger，1918年8月13日—2013年11月19日 ）。 分别获得1958年和1980年诺贝尔化学奖。他是同一领 域内两次获奖的第二人，测序。
肽键相连形成的高分子含氮化合物。
蛋白质的生物学重要性 蛋白质是构成生物体的基本成分，占人体干重45%，细 胞70%。
-
8
蛋白质概述-组成
组成蛋白质的元素 主要元素：碳（50%—55%）、氢（6%—8%）、 氧（19%—24%）、氮（13%—19%）； 次要元素：硫、磷、铁、锰、锌、碘。
蛋白质元素组成的特点： 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16% 则可通过 测N→测Pr。 即每克样品蛋白质的含量=每克样品的含氮量×6.25 测氮的方法：凯氏定氮法
染料主要是与蛋白质中的碱性氨基酸(特别是精氨酸)和 芳香族氨基酸残基相结合。
-
12
氨基酸
1、氨基酸的通式 2、氨基酸的分类 3、氨基酸的特点 4、氨基酸的理化性质
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39
蛋白质结构与功能
-折叠
常见的蛋白质二级结构 之一，它呈片状，肽链 几乎完全伸展的，而非 紧密卷曲平行式。
The beta-sheet
平行式：所有参与β-折叠的肽链的N端在同一方向。 反平行式：肽链的极性一顺一倒，N端间隔相同。 在蛋白分子内部更多出现的是平行的β-折叠片；而反平行的β-折叠片一段 暴露于溶剂中，一段埋于蛋白内部，其氨基酸序列常为亲水和疏水的氨基
由于积劳成疾，身体状况恶化，也由于第一次世界大战爆发，费歇 尔不得不中断了这一重要的研究。
-
3
蛋白质概述-发展历史
英国生物化学家弗雷德·桑格尔（Fred(Frederick) Sanger，1918年8月13日—2013年11月19日 ）。 分别获得1958年和1980年诺贝尔化学奖。他是同一领 域内两次获奖的第二人，测序。
肽键相连形成的高分子含氮化合物。
蛋白质的生物学重要性 蛋白质是构成生物体的基本成分，占人体干重45%，细 胞70%。
-
8
蛋白质概述-组成
组成蛋白质的元素 主要元素：碳（50%—55%）、氢（6%—8%）、 氧（19%—24%）、氮（13%—19%）； 次要元素：硫、磷、铁、锰、锌、碘。
蛋白质元素组成的特点： 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16% 则可通过 测N→测Pr。 即每克样品蛋白质的含量=每克样品的含氮量×6.25 测氮的方法：凯氏定氮法
染料主要是与蛋白质中的碱性氨基酸(特别是精氨酸)和 芳香族氨基酸残基相结合。
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12
氨基酸
1、氨基酸的通式 2、氨基酸的分类 3、氨基酸的特点 4、氨基酸的理化性质
《蛋白质的结构》PPT课件
白
上一页 质
一
级
结 下一页 构
的
测
退出
定s s
HcoooH SO3H
SO3H
（2）常用测定方法简介
目录
蛋 D.分析多肽链的N-末端和C-末端。
上一页
白 质
多肽链端基氨基酸分为两类：N-端
一 氨基酸(amino-terminal)和C-端氨基
级 下一页 结
酸。
退出
构 的 测
在肽链氨基酸顺序分析中，最重要 的是N-端氨基酸分析法。
O
O
O
O
NHCHC NHCHC NHCHC NHCHC
R1
R2
R3
R4
水解位点
肽链
谷氨酸蛋白酶： R1=Glu、Asp(磷酸 缓冲液); R1=Glu (磷酸缓冲液或醋酸 缓冲液)
精氨酸蛋白酶： R1=Arg
目录
多 肽 链 上一页 的 选 择 下一页 性 降 解
退出
化学法：可获得较大的肽段
溴化氰(Cyanogen bromide)水解法，它能选择 性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽键。
目录
《蛋白质的结构》PPT课件
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（二）、蛋白质的一级结构(primary structure) （初级结构、肽链结构、化 目录 学结构）
RO H2N CH C
Rn-1O
Rn O
HN CH C HN CH C OH
N-端 氨 基 酸
第五章 蛋白质的三维结构(二)(共45张PPT)
包括： 膜内在蛋白质： 脂锚定蛋白质：
1. 膜内在蛋白质： 第一种类型：血型糖蛋白 第二种类型： 7个跨膜肽段的膜蛋白 〔细菌紫膜红质〕
第一种类型
第二种类型---7个跨膜肽段的膜蛋白
第二种类型 ---β桶型膜蛋白
2. 脂锚定蛋白质： A 酰胺——连接豆蔻酰锚钩 B 硫酯——连接脂肪酰锚钩 C 硫醚——连接异戊烯基锚钩 D 酰胺——连接糖基磷脂酰肌醇锚钩。
反平行螺旋束
蛋白质的结构－－二级结构 三．亚基相互作用的方式 序列上存在七残基重复序列。
Often found in DNA- and RNA-binding proteins. 一级结构上相邻的两个螺旋采取接近相互垂直的取向。 由4—10个β折叠股构成。 Dihedral(两面角) 三．亚基相互作用的方式 Dihedral(两面角) 序列上存在七残基重复序列。 上下型β桶：β曲折闭合而成，配 相同的，形成 封闭的二聚 反平行β片〔露面夹心〕：含3—15个β折叠股的单层反平行β折叠片，但不闭合成桶。 2．结构域类型：(根据二级结构种类和组合方式) 体结合部位位状蛋白质疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在 分子外表：
疏水核心几乎全部由β折叠片和α螺旋组成。多数α螺旋 是两亲性螺旋。 5．球状蛋白质分子的外表有一个空穴〔裂光、凹槽、口袋 〕：
它常是结合底物、效应物等配体并行使生物功能的活性 部位。空穴周围分布着许多疏水侧链。
第八节 膜蛋白的结构 膜周边蛋白质：
单绕平行β桶
双绕平行β片
〔马鞍形扭曲片〕
3．全β—结构〔反平行β折叠片〕蛋白质：
由4—10个β折叠股构成。
希腊钥匙β桶：由希腊钥匙维成
反平行β桶
果冻卷β桶：类似希腊钥匙，更复杂。
类型：
1. 膜内在蛋白质： 第一种类型：血型糖蛋白 第二种类型： 7个跨膜肽段的膜蛋白 〔细菌紫膜红质〕
第一种类型
第二种类型---7个跨膜肽段的膜蛋白
第二种类型 ---β桶型膜蛋白
2. 脂锚定蛋白质： A 酰胺——连接豆蔻酰锚钩 B 硫酯——连接脂肪酰锚钩 C 硫醚——连接异戊烯基锚钩 D 酰胺——连接糖基磷脂酰肌醇锚钩。
反平行螺旋束
蛋白质的结构－－二级结构 三．亚基相互作用的方式 序列上存在七残基重复序列。
Often found in DNA- and RNA-binding proteins. 一级结构上相邻的两个螺旋采取接近相互垂直的取向。 由4—10个β折叠股构成。 Dihedral(两面角) 三．亚基相互作用的方式 Dihedral(两面角) 序列上存在七残基重复序列。 上下型β桶：β曲折闭合而成，配 相同的，形成 封闭的二聚 反平行β片〔露面夹心〕：含3—15个β折叠股的单层反平行β折叠片，但不闭合成桶。 2．结构域类型：(根据二级结构种类和组合方式) 体结合部位位状蛋白质疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在 分子外表：
疏水核心几乎全部由β折叠片和α螺旋组成。多数α螺旋 是两亲性螺旋。 5．球状蛋白质分子的外表有一个空穴〔裂光、凹槽、口袋 〕：
它常是结合底物、效应物等配体并行使生物功能的活性 部位。空穴周围分布着许多疏水侧链。
第八节 膜蛋白的结构 膜周边蛋白质：
单绕平行β桶
双绕平行β片
〔马鞍形扭曲片〕
3．全β—结构〔反平行β折叠片〕蛋白质：
由4—10个β折叠股构成。
希腊钥匙β桶：由希腊钥匙维成
反平行β桶
果冻卷β桶：类似希腊钥匙，更复杂。
类型：
《蛋白质的结构》PPT课件
36
精选课件ppt
(3) 球状蛋白质分子是紧密的球状或椭球状 实体
(4) 球状蛋白质疏水侧链埋藏在分子内部， 亲水侧链暴露在分子表面
疏水作用力是维持三级结构的主要动力。
(5) 球状蛋白质分子的表面有一个空穴(也称 裂沟、凹槽或口袋)
这种空穴常是结合底物、效应物等配体并 行使生物功能的活性部位。
亚基缔合还可以屏蔽亚基表面 上的疏水残基以避开溶剂水。
41
精选课件ppt
2. 使催化基团汇集在一起
寡聚体的形成可使不同单体亚基的催化基 团汇集在一起以形成完整的催化部位。
42
精选课件ppt
4. 使寡聚蛋白具有别构效应和协同性
多亚基蛋白质一般具有多个结合部位，结合 在蛋白质分子的特定部位上的配体对该分子 的其他部位所产生的影响(如改变亲和力或催 化能力)称为别构效应。
（4）β转角多数都处在蛋白质分子的表面， 在这里改变多肽链方向的阻力比较小。β转 角在球状蛋白质中的含量是相当丰富的， 约占全部残基的四分之一。
21
精选课件ppt
四、无规卷曲(randon coil)
22
精选课件ppt
超二级结构和结构域
23
精选课件ppt
一、超二级结构(super—secondary struture)
-“非极性基团
被极性水分子排 挤相互聚拢”作
用力。
离子键（
或盐键）
精选课件ppt
肽键 二硫键 离子键 氢键 疏水键 范德华力
键能
90kcal/mol
3kcal/mol 1kcal/mol 1kcal/mol 0.1kcal/mol
这四种键能远小于共价键，称次级键
提问：次级键微弱但却是维持蛋白质三级结构中主
蛋白质的结构与功能PPT课件 (2)
50
• 主要的化学键— 肽键 有些蛋白质还包括二硫键
目录
一级结构的阐明具有重要意义：
一级结构的重要意义：
1、20种氨基酸排列顺序不同而组成多种多样 的蛋白质，并具有不同的生物学功能。 2、许多先天性疾病是由于某一重要蛋白一级 结构改变而引起。 3、蛋白质一级结构中氨基酸排列顺序是由遗 传密码所决定，氨基酸的改变是碱基顺序改 变所致。
Thr Tyr
124
Ser Val
Ala
AspPhe His 120
Ile
Ser Met Thr 80
Val ProVal Tyr
Ser TyrSer GlnTyr Cys
70 Asn Thr
Cys
Lys GlnGly Asn
Ala Val
ProAsnGly
Asn
注意：
氨基酸序列 肽链两端
Lys Pro Asp Asn
R
一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功 能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯 一因素。
目录
二、多肽链的局部主链构象为蛋白质 二级结构
• 什么是？ (关键词:主链、肽段、局部)
蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即 该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，不 涉及氨基酸残基侧链的构象 。
• 二级结构的主要化学键— 氢键
芳香族氨基酸的紫外吸收
目录
（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物
氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色 化合物，其最大吸收峰在570nm处。
由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关 系，因此可作为氨基酸定量分析方法。
茚三酮反应过程
O
OH
R CH COOH
+
《蛋白质结构》PPT课件 (2)
• 具有手性：右手扭曲 (right-handed twist)
3. β-迂回（β- meander）: • 三个以上相邻β-sheet通过短链连接形成
三个
四个
（β-meander） （希腊钥匙）
五个 （双希腊钥匙）
4. β- 折叠筒
(β- sheet barre l)：
(1)印第安花蓝： 如 木瓜蛋
白酶
(2)希腊钥匙： 如 胰凝乳
蛋白酶
(3)闪电结构 如 磷酸丙糖异构
5. -helix-β-turn - -helix：
• 如某些噬菌体的阻遏 蛋白分子中的操纵子 结合部位； Cu-Zn SOD； 木瓜蛋白酶； 胰凝乳蛋白酶等
• 是蛋白质与DNA相互作 用的主要方式之一
-helix-β-turn- -helix
• 非典型-螺旋： N-H···O三原子不在
一条线且距离较远，常 出现在-螺旋末端。溶 菌酶、胰岛素、肌红蛋 白等
2 γ-系螺旋：
H O
- N [ CH R - CO - NH ]n CH R - C -
• 环内原子数: N=3n+5 ( n = 1, 2, 3 ……) • 代表: γ-螺旋 (5.117-helix)
第五节 结构域
一 概念：多肽链在二级结构或超二级结构基础上形成的三
级结构局部折叠区，为紧密球体，是相对独立的结构、功 能和折叠单元。
二 结构域的特性：
1. 结构域的大小: 40aa~400aa, 平均100~200aa 2. 结合方式：或单一短链相连，或大面积接触 3. 结构域与功能域 4. 结构域通常是一个折叠单元 5. 结构域的运动
Φ=00，ψ=00 多肽主链构象
二 Ramachandran 图(拉氏图， map)
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蛋白质结构基础 (2)优秀课件
蛋白质工程
第一节 蛋白质结构的基本组件
一、20种天然常见氨基酸 二、肽链和肽单位 三、蛋白质空间结构的基本组件
2
蛋白质工程
一、20种天然常见氨基酸
1. 基本结构
R
侧链
H2N CH CO2H
Cα
主链
3
蛋白质工程
脯氨酸具有类似而不同的化学结构：
侧链 主链N 原子
共价结合
（1）疏水氨基酸 Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro, Phe Trp 侧链一般无化学反应性，形成疏水内核
（2）极性氨基酸 Ser, Thr, Asn, Gln, Cys, His, Tyr, 侧连含有极性基团，具有不同的化学反应性
（3）荷电氨基酸 Asp, Glu, Arg, Lys 侧链可以解离，使氨基酸残基带负电荷或正电荷，
从而具有酸碱性，Asp 和 Glu 是酸性残基；Arg 和 Lys 是碱性残基。
Tyr, Trp, Phe 具有芳香性侧连，使蛋白质产生紫外 线吸收和荧光特性，作为蛋白质结构变化的探针。
7
蛋白质工程
3. 单一构型和旋转异构体
（1）构型与构象
构型：是一个分子中原子的特定空间排布。构型改变必须 有共价键的断裂和重新形成。最基本的分子构型为 L-型和 D-型，这种异构体在化学上可以分离。
亚氨基酸
H2
侧链
C
H2C
CH 2
HN
CH—CO 2H
主链
甘氨酸：侧链只有一个 H 原子，无 L-型与 D-型之分
4
alanin蛋e白质工程丙氨酸
Ala
A
arginine
精氨酸
Arg
R
asparagine 天冬酰氨
Asn Asx
N
aspartic acid 天冬氨酸
Asp Asx
D
cysteine
半胱氨酸
Phe
F
proline
ห้องสมุดไป่ตู้脯氨酸
Pro
P
serine
丝氨酸
Ser
S
threonine
苏氨酸
Thr
T
tryptophan 色氨酸
Trp
W
tyrosine
酪氨酸
Tyr
Y
valine
缬氨酸
Val
V
5
不 用 的 字 母
JUZBOX
二蛋白质工程 十 种 氨 基 酸 的 化 学 结 构
6
蛋白质工程
2. 基本性质（侧链的性质）
1. 肽键与多肽
肽 键：一个氨基酸的羧基与下一个氨基酸的氨基经缩合 反应形成的共价连接，称为肽键。
11
蛋白质工程
二、肽链和肽单位
具有局部双键的性质，不能旋转，两种构型 通过肽键将多个氨基酸连接在一起构成多肽链
顺式（trans） 反式 (cis)
第一个氨基酸具有自由的氨基，称氨端或 N 端
最末一个氨基酸具有自由的羧基，称羧端或 C 段
可用来鉴定蛋白质构象是否合理。
⑴实线封闭区域
一般允许区，非键合原子间的距离大于一般允许距离，此区域内任何二面角确定的构象都是允许 的，且构象稳定。
⑵虚线封闭区域
是最大允许区，非键合原子间的距离介于最小允许距离和一般允许距离之间，立体化学允许，但 构象不够稳定。
⑶虚线外区域
16 是不允许区，该区域内任何二面角确定的肽链构象，都是不允许的，此构象中非键合原子间距离
蛋白质工程 17
蛋白质工程
二、蛋白质空间结构的基本组件
1. α螺旋（α- Helix） 2. β层（ β- sheet） 3. 环肽链（loop） 4. 疏水内核
18
蛋白质工程
1. α螺旋（α-Helix）
（1）基本结构参数
右手型，也称为3.613螺旋 螺距0.54nm 每个氨基酸残基的羰基与 后面第4个（n+4）残基的 氨基形成氢键 稳定因素：氢键
B A
14
3 多肽链的构 象
蛋白质工程
扭角（二面角）
AD
AD
DA
BC
BC
BC
ABC D
Φi(Ci-1’,Ni,Cia, Ci’)
ψi (Ni,Cia, Ci’,Ni+1)
15
蛋白质工程
拉氏构象图
Ramachandran根据蛋白质中非键合原子 间的最小接触距离，确定了哪些成对 二面角（Φ、Ψ）所规定的两个相邻肽 单位的构象是允许的，哪些是不允许 的，并且以Φ为横坐标，以Ψ为纵坐标， 在坐标图上标出，该坐标图称拉氏构 象图（The Ramachandran Diagram）。
Cys
C
glutarmine 谷氨酰胺
Gln Glx
Q
glutarmic acid 谷氨酸
Gln Glx
E
glycine
甘氨酸
Gly
G
histidine
组氨酸
His
H
isoleucine 异亮氨酸
Ile
I
leucine
亮氨酸
Leu
L
lysine
赖氨酸
Lys
K
methionine 甲硫氨酸
Met
M
phenylalanine 苯丙氨酸
构象：组成分子的原子或基团绕单键旋转而形成的不同空 间排布。构象改变，无共价键的断裂和重新形成， 化学上难于区分和分离。
8
氨基酸蛋白的质基工本程结构
L-氨基酸的基本结构
COOH
二十种氨基酸除Gly 外全是L-型？
H2N
C
H
R
α碳原子,不对称碳原子
侧链
Chiral carbon
残基：在肽链中每个氨基酸都脱去一个水分子，脱水后 的残余部分叫残基（residue), 因此蛋白质肽链中的氨 基酸统统是残基形式。
强烈倾向于形成的：Ala, Glu, Leu, Met 非常不利于形成的：Pro, Gly, Tyr, Ser
Pro 无形成氢键的能力，α螺旋中凡有 Pro 出现的 地方，必然发生弯折
12
蛋白质工程
2. 肽单C位与多D肽主链
肽 单 位：由于局部双键性质，肽键连接的基团处于同一
B 平面，具有确定的键长和键角，是多肽链中的
刚性结构，称为肽单位。
A
有序连接的肽单位构成多肽链的主链，在所有氨基酸中都
相同（不同的是侧链） 蛋白质分子的基本建筑模块即是：
肽单位 侧链基团
13
蛋白质工程
D C
9
蛋白质工程
（2）天然氨基酸的单一构型
除甘氨酸外，都为 L-型，有机合成中，L-型和 D-型 以大体相同的比例出现，可分离。
（3）优势构象与旋转异构体
旋转异构体：大多数氨基酸的侧链都有一种或少数几种 交错构象作为优势构象最经常出现在天然 蛋白质中，它们之间称为旋转异构体。
10
蛋白质工程
二、肽链和肽单位
19
蛋白质工程
（2）两亲螺旋
一侧亲水残基 两亲性：
一侧疏水残基
α螺旋大多沿蛋白质分子表面分布 两亲性正好适应这种要求
一侧面向溶剂 一侧面向疏水内核
两亲性螺旋对生物活性具有重要作用，通过蛋白质 工程方法增加结构上重要区域的两亲性，可以提高分子 的生物活性。
20
蛋白质工程
（3）倾向于形成α螺旋的氨基酸
蛋白质工程
第一节 蛋白质结构的基本组件
一、20种天然常见氨基酸 二、肽链和肽单位 三、蛋白质空间结构的基本组件
2
蛋白质工程
一、20种天然常见氨基酸
1. 基本结构
R
侧链
H2N CH CO2H
Cα
主链
3
蛋白质工程
脯氨酸具有类似而不同的化学结构：
侧链 主链N 原子
共价结合
（1）疏水氨基酸 Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro, Phe Trp 侧链一般无化学反应性，形成疏水内核
（2）极性氨基酸 Ser, Thr, Asn, Gln, Cys, His, Tyr, 侧连含有极性基团，具有不同的化学反应性
（3）荷电氨基酸 Asp, Glu, Arg, Lys 侧链可以解离，使氨基酸残基带负电荷或正电荷，
从而具有酸碱性，Asp 和 Glu 是酸性残基；Arg 和 Lys 是碱性残基。
Tyr, Trp, Phe 具有芳香性侧连，使蛋白质产生紫外 线吸收和荧光特性，作为蛋白质结构变化的探针。
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蛋白质工程
3. 单一构型和旋转异构体
（1）构型与构象
构型：是一个分子中原子的特定空间排布。构型改变必须 有共价键的断裂和重新形成。最基本的分子构型为 L-型和 D-型，这种异构体在化学上可以分离。
亚氨基酸
H2
侧链
C
H2C
CH 2
HN
CH—CO 2H
主链
甘氨酸：侧链只有一个 H 原子，无 L-型与 D-型之分
4
alanin蛋e白质工程丙氨酸
Ala
A
arginine
精氨酸
Arg
R
asparagine 天冬酰氨
Asn Asx
N
aspartic acid 天冬氨酸
Asp Asx
D
cysteine
半胱氨酸
Phe
F
proline
ห้องสมุดไป่ตู้脯氨酸
Pro
P
serine
丝氨酸
Ser
S
threonine
苏氨酸
Thr
T
tryptophan 色氨酸
Trp
W
tyrosine
酪氨酸
Tyr
Y
valine
缬氨酸
Val
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不 用 的 字 母
JUZBOX
二蛋白质工程 十 种 氨 基 酸 的 化 学 结 构
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蛋白质工程
2. 基本性质（侧链的性质）
1. 肽键与多肽
肽 键：一个氨基酸的羧基与下一个氨基酸的氨基经缩合 反应形成的共价连接，称为肽键。
11
蛋白质工程
二、肽链和肽单位
具有局部双键的性质，不能旋转，两种构型 通过肽键将多个氨基酸连接在一起构成多肽链
顺式（trans） 反式 (cis)
第一个氨基酸具有自由的氨基，称氨端或 N 端
最末一个氨基酸具有自由的羧基，称羧端或 C 段
可用来鉴定蛋白质构象是否合理。
⑴实线封闭区域
一般允许区，非键合原子间的距离大于一般允许距离，此区域内任何二面角确定的构象都是允许 的，且构象稳定。
⑵虚线封闭区域
是最大允许区，非键合原子间的距离介于最小允许距离和一般允许距离之间，立体化学允许，但 构象不够稳定。
⑶虚线外区域
16 是不允许区，该区域内任何二面角确定的肽链构象，都是不允许的，此构象中非键合原子间距离
蛋白质工程 17
蛋白质工程
二、蛋白质空间结构的基本组件
1. α螺旋（α- Helix） 2. β层（ β- sheet） 3. 环肽链（loop） 4. 疏水内核
18
蛋白质工程
1. α螺旋（α-Helix）
（1）基本结构参数
右手型，也称为3.613螺旋 螺距0.54nm 每个氨基酸残基的羰基与 后面第4个（n+4）残基的 氨基形成氢键 稳定因素：氢键
B A
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3 多肽链的构 象
蛋白质工程
扭角（二面角）
AD
AD
DA
BC
BC
BC
ABC D
Φi(Ci-1’,Ni,Cia, Ci’)
ψi (Ni,Cia, Ci’,Ni+1)
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蛋白质工程
拉氏构象图
Ramachandran根据蛋白质中非键合原子 间的最小接触距离，确定了哪些成对 二面角（Φ、Ψ）所规定的两个相邻肽 单位的构象是允许的，哪些是不允许 的，并且以Φ为横坐标，以Ψ为纵坐标， 在坐标图上标出，该坐标图称拉氏构 象图（The Ramachandran Diagram）。
Cys
C
glutarmine 谷氨酰胺
Gln Glx
Q
glutarmic acid 谷氨酸
Gln Glx
E
glycine
甘氨酸
Gly
G
histidine
组氨酸
His
H
isoleucine 异亮氨酸
Ile
I
leucine
亮氨酸
Leu
L
lysine
赖氨酸
Lys
K
methionine 甲硫氨酸
Met
M
phenylalanine 苯丙氨酸
构象：组成分子的原子或基团绕单键旋转而形成的不同空 间排布。构象改变，无共价键的断裂和重新形成， 化学上难于区分和分离。
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氨基酸蛋白的质基工本程结构
L-氨基酸的基本结构
COOH
二十种氨基酸除Gly 外全是L-型？
H2N
C
H
R
α碳原子,不对称碳原子
侧链
Chiral carbon
残基：在肽链中每个氨基酸都脱去一个水分子，脱水后 的残余部分叫残基（residue), 因此蛋白质肽链中的氨 基酸统统是残基形式。
强烈倾向于形成的：Ala, Glu, Leu, Met 非常不利于形成的：Pro, Gly, Tyr, Ser
Pro 无形成氢键的能力，α螺旋中凡有 Pro 出现的 地方，必然发生弯折
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蛋白质工程
2. 肽单C位与多D肽主链
肽 单 位：由于局部双键性质，肽键连接的基团处于同一
B 平面，具有确定的键长和键角，是多肽链中的
刚性结构，称为肽单位。
A
有序连接的肽单位构成多肽链的主链，在所有氨基酸中都
相同（不同的是侧链） 蛋白质分子的基本建筑模块即是：
肽单位 侧链基团
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蛋白质工程
D C
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蛋白质工程
（2）天然氨基酸的单一构型
除甘氨酸外，都为 L-型，有机合成中，L-型和 D-型 以大体相同的比例出现，可分离。
（3）优势构象与旋转异构体
旋转异构体：大多数氨基酸的侧链都有一种或少数几种 交错构象作为优势构象最经常出现在天然 蛋白质中，它们之间称为旋转异构体。
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蛋白质工程
二、肽链和肽单位
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蛋白质工程
（2）两亲螺旋
一侧亲水残基 两亲性：
一侧疏水残基
α螺旋大多沿蛋白质分子表面分布 两亲性正好适应这种要求
一侧面向溶剂 一侧面向疏水内核
两亲性螺旋对生物活性具有重要作用，通过蛋白质 工程方法增加结构上重要区域的两亲性，可以提高分子 的生物活性。
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蛋白质工程
（3）倾向于形成α螺旋的氨基酸