-蛋白质结构
蛋白质的化学结构
第二章蛋白质第三节蛋白质的化学结构一、肽键及多肽链（一）基本概念肽键：蛋白质分子中不同氨基酸是以相同的化学键连接的，即前一个氨基酸分子的α-羧基与下一个氨基酸分子的α-氨基缩合，失去一个水分子形成肽（peptide），该C-N化学键称为肽键（peptide bond）。
多肽：由两个氨基酸分子缩合而成的肽称为二肽；含三个氨基酸的肽，称为三肽，以此类推；含20个以上的称多肽（polypeptide）。
肽与蛋白质之间无明显界限，50个以上氨基酸构成的肽一般称蛋白质。
氨基酸残基：蛋白质中的氨基酸不再是完整的氨基酸分子，称为氨基酸残基。
H2N CH C OCH COHOH2N CH CRON CH CR OHOH多肽链：通过肽键连接而成的链状结构称为多肽链（polypeptide chain），其骨架由-N-Cα-C-重复构成。
书写格式：把含有α-NH2的氨基酸残基写在多肽链的左边，称为N-末端（氨基端），把含有α-COOH的氨基酸残基写在多肽的右边，称为C-末端（羧基端）。
除肽键外，蛋白质中还含有其他类型的共价键，例如，蛋白质分子中的两个半胱氨酸可通过其巯基形成二硫键(-S-S-,又称二硫桥)，这是蛋白质分子中一种常见的共价键，可存在于多肽链内部或两条肽链之间。
（二）肽类存在的生理意义肽类作为小分子蛋白质，在体内有一些相当重要的功能，并有一定的应用价值。
如：1.神经肽的类似物内啡肽（endorphins），可作为天然的止痛药物；2.动物体内的谷胱甘肽具有重要生理功能，它是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸构成，其中谷氨酸以γ-羧基而不是α-羧基与半胱氨酸形成肽键。
二、蛋白质的一级结构（一）蛋白质一级结构的概念蛋白质的一级结构（primary structure）是指多肽链上各种氨基酸残基的排列顺序。
一级结构的基本结构键是肽键。
一级结构是蛋白质的结构基础，也是各种蛋白质的区别所在，不同蛋白质具有不同的一级结构。
（二）一级结构的测定三、蛋白质的高级结构构象：蛋白质在体内发挥各种功能不是以简单的线性肽链形式，而是折叠成特定的、具有生物活性的立体结构，即构象（conformation）。
蛋白质一级结构二级结构三级结构四级结构解释
蛋白质一级结构二级结构三级结构四级结构解释【摘要】蛋白质是生物体内重要的大分子，负责许多生物学功能。
蛋白质的结构可分为四个级别：一级结构指的是氨基酸的简单线性排列，二级结构是氨基酸的局部区域形成α螺旋或β折叠，三级结构是整个蛋白质分子的空间构象，四级结构是多个蛋白质分子相互组装在一起形成的复合物。
蛋白质的结构决定了其功能，例如酶的特异性和亲和力。
蛋白质的结构与功能高度相关，对于研究蛋白质功能和疾病治疗有着重要意义。
蛋白质的结构从简单到复杂，具有多种不同层次的组织关系，这些不同级别的结构相互作用，共同决定了蛋白质的生物学功能。
【关键词】蛋白质，一级结构，二级结构，三级结构，四级结构，解释，总结1. 引言1.1 蛋白质概述蛋白质是生物体内功能性非常重要的大分子，它们参与了生物体内的几乎所有生物过程。
蛋白质是由氨基酸分子通过肽键连接而成的多肽链，具有多种结构和功能。
蛋白质的结构可以分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
一级结构是指蛋白质的氨基酸序列，即多肽链的线性排列方式。
二级结构是指多肽链中氨基酸的局部空间构象，包括α-螺旋和β-折叠等。
三级结构是指整个多肽链的立体空间结构，由各个二级结构元素的折叠方式决定。
四级结构则是由多个多肽链之间的相互排列和交互作用所形成的整体结构。
通过这四个层次的结构，蛋白质可以实现其特定的生物功能，如催化化学反应、传递信号等。
蛋白质的结构和功能密切相关，任何一个层次的结构改变都可能影响到其功能。
对蛋白质结构的深入理解对于揭示其功能机制具有重要意义。
2. 正文2.1 蛋白质一级结构蛋白质的一级结构指的是它的氨基酸序列。
氨基酸是组成蛋白质的基本单位，共有20种不同的氨基酸，它们通过肽键连接在一起形成多肽链。
蛋白质的氨基酸序列是由基因决定的，不同的基因编码不同的氨基酸序列，从而确定了蛋白质的结构和功能。
在蛋白质的一级结构中，氨基酸序列的特定顺序决定了蛋白质的二级结构。
蛋白质的结构知识要点总结
1.蛋白质的二级结构
定义:指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构,即蛋 白质主链原子的局部空间排布(不涉及侧链原子的位置)。 维持二级结构的化学键:氢键 二级结构的主要类型 ■α-螺旋 ■β-折叠 ■3-转角 ■3-凸起 ■无规则卷曲
(1)α一螺旋 多肽链主链的段(肽段)从 N端到C端形成顺时针方向 的右手螺旋结构。 特征
结枃域指多肽链在超二级结构基础上进一步绕曲折叠 成的近似球状的紧密结构。
3.蛋白质的三级结构
定义:指球状蛋白的多肽链在二级结构、超二级结构和结 构域等结构层次的基础上,组装而成的完整的结构单元。 换一句话说。三级结构指多肽链上包括主链和侧链在内 的所有原子在三维空间内的分布。 化学健:疏水键和氢键、离子键、范德华力等来维持其空 间结构的相对稳定。
1、每隔3.6个AA残基螺 旋上升一圈,螺距0.54nm
2、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 3、每个氨基酸残基的 >NH与前面第四个氨基酸残 基的>C=0形成氢键,肽链上 所有的肽键都参与氢键的形 成
（2）β-折叠
β-折叠(β结构或β构象)是一种重复性的结构,可以把它想 象为由折叠的条状纸片侧向并排而成,每条纸片可看成是 一肽链。在这里主链沿纸条形成锯齿状.R-基垂直于折平 面,交替分布于平面的上下。
β-凸起的结构
（5）无规卷曲 无规卷曲指没有一定规律的松散肽链结构。但对一 定的球蛋白而言,特定的区域有特定的卷曲方式,因此,将 其归入二级结构。酶的功能部位常常处于这种构象区域 里。所以受到人们的重视。
蛋白质的一二三四结构
一、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构（primary structure）就是蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序（sequence），也是蛋白质最基本的结构。
它是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的。
各种氨基酸按遗传密码的顺序，通过肽键连接起来，成为多肽链，故肽键是蛋白质结构中的主键。
迄今已有约一千种左右蛋白质的一级结构被研究确定，如胰岛素，胰核糖核酸酶、胰蛋白酶等。
蛋白质的一级结构决定了蛋白质的二级、三级等高级结构，成百亿的天然蛋白质各有其特殊的生物学活性，决定每一种蛋白质的生物学活性的结构特点，首先在于其肽链的氨基酸序列，由于组成蛋白质的20种氨基酸各具特殊的侧链，侧链基团的理化性质和空间排布各不相同，当它们按照不同的序列关系组合时，就可形成多种多样的空间结构和不同生物学活性的蛋白质分子。
二、蛋白质的空间结构蛋白质分子的多肽链并非呈线形伸展，而是折叠和盘曲构成特有的比较稳定的空间结构。
蛋白质的生物学活性和理化性质主要决定于空间结构的完整，因此仅仅测定蛋白质分子的氨基酸组成和它们的排列顺序并不能完全了解蛋白质分子的生物学活性和理化性质。
例如球状蛋白质（多见于血浆中的白蛋白、球蛋白、血红蛋白和酶等）和纤维状蛋白质（角蛋白、胶原蛋白、肌凝蛋白、纤维蛋白等），前者溶于水，后者不溶于水，显而易见，此种性质不能仅用蛋白质的一级结构的氨基酸排列顺序来解释。
蛋白质的空间结构就是指蛋白质的二级、三级和四级结构。
（一）蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构（secondary structure）是指多肽链中主链原子的局部空间排布即构象，不涉及侧链部分的构象。
1.肽键平面（或称酰胺平面，amide plane）。
Pauling等人对一些简单的肽及氨基酸的酰胺等进行了X线衍射分析，得出图1-2所示结构，从一个肽键的周围来看，得知：（1）中的C-N键长0.132nm，比相邻的N-C单键（0.147nm）短，而较一般C=N双键（0.128nm）长，可见，肽键中-C-N-键的性质介于单、双键之间，具有部分双键的性质，因而不能旋转，这就将固定在一个平面之内。
蛋白质的结构与功能
2. 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。
(２) ２～５条肽段平行排列构成，肽段之间 可顺向平行(均从N-C)，也可反向平行 。 (３)由氢键维持稳定。其方向与折叠的长轴 接近垂直。
（三）β－转角(β－turn)
1.概念
以氨基末端开始→羧基末端结束，依次编1、
2、3………
蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺 序称为蛋白质的一级结构
NH2 Met Phe Lys Cys Ser Thr Val COOH
各种蛋白质的根本差异在于一级结构的不同
人胰岛素的一级结构
二、蛋白质二级结构
概念：
是指蛋白质分子中一段多肽链的局部空
蛋白质的二级结构类型
蛋白质的二级结构主要包括α-螺旋，β-折 迭，β-转角及无规卷曲等
（一）α －螺旋 (α －helix)
1.概念 由肽键平面盘旋 形成的螺旋状构象
2.α －螺旋的结构特征 (1)以肽键平面为 单位,以α －碳原 子为转折盘旋形成 右手螺旋
(2) 每3.6个氨基酸残基 绕成一个螺圈(3600) 螺距为0.54nm 每个氨基酸上升0.15nm 肽键平面与中心轴平行
*类型
全a-螺旋、全β-折叠、
无规卷曲
由这些结构域缔合成具有三级结构的分 子或亚基
蛋白质三级结构的意义： 蛋白质的三级结构决定了蛋白质的
生物学功能。
维持三级结构稳定的键
侧链基团之 间形的 氢 键、 离子键、 疏水作用、 分子引力、 二硫键
维系蛋白质分子结构的作用力
1. 肽键 共价键
维系蛋白质一级结构
第二节
蛋白质的分子结构
一、 蛋白质的一级结构—基本结构
蛋白质的四种结构
蛋白质的四种结构
①一级结构：是指组成蛋白质的多肽链中氨基酸的种类、数目和排列顺序。
肽链中的键以肽键为主，或有少量二硫键。
一级结构是蛋白质的功能基础，只要一个氨基酸的顺序改变就会形成结构异常的蛋白质分子，其重要性就在于它决定了蛋白质的三维构象，从而影响分子在细胞中的作用。
②二级结构：是指在一级结构的基础上，借氢键在氨基酸残基之间的对应点连接，使多肽链成为螺旋或折叠的结构。
α螺旋结构是肽链以右手螺旋盘绕而成的空心筒状构象，主要存在于球状蛋白质中；β片层结构是一条肽链回折而成的平行排列构象，主要存在于纤维状蛋白。
③三级结构：在二级结构的基础上再进行折叠，有的区域为α螺旋和β折叠，其他区域为随机卷曲，参与三级结构的有氢键、酯键、离子键和疏水键等。
④四级结构是指两条或以上的肽链在各自三级结构的基础上形成蛋白质分子的结构亚基，若干亚基之间通过氢键等化学键的引力相互结合形成更复杂的空间结构。
蛋白质的结构
N-末端测定
C-末端测定
还原法：C-末端氨基酸用硼氢化锂还原成相应的α-氨基醇
羧肽酶A
羧肽酶法：最有效、最常用
羧肽酶B 羧肽酶C 羧肽酶Y
过甲酸氧化法：将二硫键氧化成磺酸基
二硫键的断裂
巯基化合物还原法：将二硫键还原成巯基，然后用烷基化试 26 剂如碘乙酸保护巯基，防止其重新被氧化
氨基酸 组成的 测定：
第三节
蛋白质的分类
1．根据组成： 简单蛋白和结合蛋白
（1） 单纯蛋白质 仅由氨基酸组成，不含其他 成分，Eg．核糖核酸酶、胰岛素。
（2） 结合蛋白质 除了蛋白质部分外，还有非 蛋白质成分（辅基、配基）eg.血红蛋白。
1
Cα
2
2．根据分子的形状： （1）球状蛋白质――分子对称性佳，外形 接近球状或椭球状，溶解度较好，能结晶。 Eg.血红蛋白、血清球蛋白。 （2）纤维状蛋白质――对称性差，分子类 似细棒或纤维。 • 可溶性纤维状蛋白质――肌球蛋白。 • 不溶性纤维状蛋白质――胶原、弹性蛋 白。
酶裂解： 多肽链 的裂解
嗜热菌蛋白酶：专一性差，断裂Val，Leu，Phe， Tyr，Trp等氨基参与形成的肽键 胃蛋白酶：在酸性条件稳定，肽键 两侧均为疏水氨基 酸。在确定二硫键位置时，常用到此酶。 其它酶：略 溴化氰（CNBr）：只断裂Met 的羧基形成的肽键
化学裂解
羟氨（NH2OH）：在pH9时，专一性断裂 Asn-Gly之间的肽键，其它条件下不专一
29
肽键平面的形成
30
• 蛋白质二级结构的类型： 主要包括-螺旋，-折叠， -转角及无规卷曲等几种类型。
1。-螺旋（-helix）：
α—螺旋构象是由Pauling和Corey等 于1951年研究羊毛、马鬃等角蛋白时 提出的结构模型，指多肽链主链骨架 围绕螺旋的中心轴一圈一圈地上升而 形成螺旋式构象，类似螺旋式楼梯那 样，螺旋构象依靠氢键来维持。
生物化学蛋白质的三维结构(共44张PPT)
Side view
问题：羊毛衫等羊毛制品在热水中洗涤变长，经枯燥又收缩，而丝制品 经同样处理不收缩，请解释这两种现象。
【解】羊毛纤维多肽链的主要构件单位为连续α-螺旋圈，螺距为0.54nm，在加 热下纤维多肽伸展为 -折叠，相邻R基团之间的距离变为0.7nm，所以变长了； 枯燥后重新由 -折叠转化为α-螺旋，所以收缩了。丝制品是丝心蛋白，为 -折 叠的多肽链，其内含丝氨酸等包装紧密的侧链，比羊毛纤维多肽中的α-螺旋稳 定，所以洗涤枯燥构象根本不变。
假设干β折叠股反平行组合而成，两个β股之间通过一 个发夹链接起来。
六、超二级结构&结构域——结构域：
➢ “结构域〞是在二级结构或超二级结构的根底上形成三级结构的局部折叠区,是相对独立的 紧密球状实体。对那些较小的球状蛋白质分子或亚基来说,结构域和三级结构是一个意思,也 就是说这些蛋白质或亚基是单结构域的如红氧还蛋白等；较大的蛋白质分子或亚基其三级 结构一般含有两个以上的结构域，即多结构域的,其间以柔性的铰链〔hinge〕相连，以便相 对运动。
α-螺旋
肽链像螺旋一样盘曲上升，每3.6个氨基酸残 基螺旋上升一圈，每圈螺旋的高度为0.54nm， 每个氨基酸残基沿轴上升0.15nm，螺旋上升时， 每个残基沿轴旋转100º；
α-螺旋稳定性主要靠氢键来维 持，多肽主链上第n个残基的羰 基和第n+4个残基的酰氨基形成 氢键，环内原子数13，氢键的取 向几乎与轴平行；
肌钙蛋白的两个结构域。
③稳定蛋白质三维结构的作用力——疏水作用和二硫键
➢疏水作用〔hydrophobic interaction)：水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向与把疏 水残基埋藏在分子的内部，这一现象称为疏水作用，它在稳定蛋白质的三维结构方面 占有突出地位。疏水作用其实并不是疏水基团之间有什么吸引力的缘故，而是疏水基 团或疏水侧链出自避开水的需要而被迫接近。
蛋白质的结构
蛋白质的结构层次
• 一级结构 (1º) : 独特的氨基酸序列，由遗传物质决定。 • 二级结构 (2º) :多肽链的主链骨架本身（不包括R基团） 在空间上有规律的折叠和盘绕，它是由氨基酸残基非侧链 基团之间的氢键决定的。 • 三级结构 (3º) :是指多肽链在二级结构的基础上，进一步 盘绕、卷曲和折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次级键以 及二硫键维系的完整的三维结构。 • 四级结构 (4º)具有两条和两条以上多肽链的寡聚蛋白质或 多聚蛋白质才会有四级结构。其内容包括亚基的种类、数 目、空间排布以及亚基之间的相互作用。
寡肽的理化性质
（1）解离性质 • 肽也有等电点，其中小肽的pI的计算方法与氨基酸 相似，但复杂的寡肽只能与多肽和蛋白质一样不能 计算，只能测定（如使用等电聚焦的手段）。 （2）双缩脲反应 • 双缩脲在碱性溶液中能与硫酸铜反应生成紫红色络 合物，此反应称为双缩脲反应。凡大于二肽的肽含 有与双缩脲结构相似的肽键（至少含有两个肽键， 所以二肽不行），都能发生此反应。
四种螺旋的氢键形成
螺旋的手性
蛋白质中的α-螺旋几乎都是右手的，右手比左手 的稳定。氨基酸都是L-型氨基酸，右手α-螺旋空间位 阻较小，比较符合立体化学的要求。 螺旋是手性结构，具有旋光性。但螺旋的比旋 并不等于构成自身的氨基酸比旋的简单加和，而无规 卷曲的比旋与这种加和相等。 螺旋是有规则的构象，在折叠中具有协同性。一 旦形成一圈螺旋，随后逐个残基的加入变得容易而快 速。
要点： 肽链伸展，形成链间氢键（成为片层），R-基处于片层上下
β-折叠的片层结构和β-股之间的氢键
平行β-折叠和反平行β-折叠的结构比较
蛋白质的三级结构
• 三级结构是指多肽链在二级结构的基础上，进一步盘 绕、卷曲和折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次级键 以及二硫键维系的完整的三维结构。 • 三级结构通常由模体（motif）和结构域（domain） 组成。 • 稳定三级结构主要是次级键，其包括氢键、疏水键、 离子键、范德华力和金属配位键。此外，属于共价键 的二硫键也参与许多蛋白质三维结构的形成。
蛋白质的结构与功能
蛋白质的结构与功能蛋白质是生命体中一类重要的生物大分子，它不仅在细胞中发挥着结构支持的作用，在身体健康、免疫系统、酶催化等方面也扮演着重要的角色。
蛋白质的结构非常复杂，由由氨基酸组成的多肽链所构成。
氨基酸是蛋白质的基本构建单元，每个氨基酸分子由一个中心碳原子与一个氨基基团、一个羧基基团和一个侧链基团组成。
侧链基团的特性决定了氨基酸的属性，如极性、疏水性等。
一般而言，蛋白质的主要级别包括了四个层次，即一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
一级结构是指蛋白质中氨基酸的线性顺序，即多肽链的序列。
二级结构是指具有规则重复模式的局部折叠，其中最常见的是α-螺旋和β-折叠。
三级结构则是指多肽链在空间上的折叠方式，由氨基酸之间的相互作用所决定。
最后，四级结构是指由多个多肽链相互作用而形成的复合体。
蛋白质的结构对其功能起到了至关重要的作用。
首先，蛋白质的结构决定了其拥有多种功能。
例如，一些蛋白质具有酶活性，可以催化化学反应。
这是由于蛋白质的结构所提供的理想的活性中心，使其与底物结合形成复合物，从而降低反应能垒，加速化学反应的进行。
此外，蛋白质的结构也决定了它们的能力来与其他分子相互作用，如激素和受体之间的相互作用，或抗体与抗原之间的特异性结合。
其次，蛋白质的结构对其稳定性和折叠性起到了重要作用。
蛋白质的折叠状态是由其氨基酸序列和相互作用所决定的。
在正常情况下，蛋白质的结构是稳定的，但当蛋白质结构发生改变时，如突变，可能导致蛋白质失去原有的功能，甚至突变蛋白质可能会引起一些疾病。
此外，蛋白质的折叠性也影响着其在细胞中的定位和定向输送，因为只有正确折叠的蛋白质才能被正确地定位到细胞中的特定位置。
最后，蛋白质的结构还决定了其与其他分子的相互作用，并影响其在细胞内外的生理功能。
蛋白质通过与其他分子的结合来实现这些功能。
例如，血红蛋白是一种运输氧气的蛋白质，其结构使其能够与氧气结合，并在肺和组织之间进行运输。
另一个例子是抗体，它是一种免疫系统中的蛋白质，能够与抗原结合以中和病原体，从而保护机体免受疾病的侵害。
蛋白质的四级结构
药物设计中的挑战
由于蛋白质四级结构的复杂性和动态性，药物设计 与四级结构的相互作用仍面临许多挑战。
计算机辅助药物设计
利用计算机模拟蛋白质四级结构的动态变化 和药物与蛋白质的相互作用，有助于加速药 物设计和优化过程。
此外，温度、pH值和盐浓度等环境因 素也会影响蛋白质四级结构的稳定性。
稳定四级结构的关键因素包括亚基之 间的相互作用、水分子与蛋白质的相 互作用以及离子间的相互作用等。
03
蛋白质四级结构的影响 因素
溶液的pH值
酸性环境
当溶液的pH值较低时，带正电荷的氨 基酸残基（如Arg、Lys）和带负电荷 的氨基酸残基（如Asp、Glu）之间的 静电相互作用会受到抑制，这可能导 致蛋白质四级结构的解体。
白质的功能，如酶的催化活性、运输蛋白的运输能力等。
结构异常与遗传性疾病
02
一些遗传性疾病是由于编码蛋白质的基因突变导致蛋白质四级
结构异常，进而引发疾病。
结构异常与癌症
03
研究发现，一些蛋白质的四级结构改变与癌症的发生和发展有
关，这些蛋白质可能成为癌症治疗的新靶点。
药物设计与四级结构
药物设计与蛋白质四级结 构
它决定了蛋白质的生物学活性 和功能。
四级结构是建立在蛋白质一级、 二级和三级结构基础上的。
四级结构的组成单位
01
蛋白质四级结构的组成单位是 亚基。
02
亚基是指蛋白质分子中能够独 立折叠并发挥一定功能的结构 域。
03
常见的亚基有α-亚基、β-亚基、 γ-亚基等。
四级结构与蛋白质功能的关系
四级结构决定了蛋白质的生物学活性和功能。
介绍蛋白质的结构和功能
介绍蛋白质的结构和功能蛋白质是生命体内最重要的基本物质之一，是构成生命体的基石。
蛋白质的结构和功能多种多样，是生命现象的物质基础，也是生命过程的重要媒介和调节因素。
蛋白质分子的结构和功能在生命科学领域中一直是一个重要的研究方向，其深入研究不仅有助于我们更好地理解生命现象，也有助于我们开发新的药物和疫苗。
一、蛋白质的基本结构蛋白质分子是由氨基酸分子经过肽键相互连接而成的。
氨基酸是蛋白质分子的组成单元，共有20种不同的氨基酸。
这些氨基酸可以按照它们侧链的不同性质分为极性氨基酸、非极性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸等不同类型。
蛋白质分子的结构一般可以分为四个层次。
其中，一级结构是指氨基酸序列的线性排列方式。
二级结构是指由氢键相互作用所形成的局部立体构象，包括了α-螺旋、β-折叠和无规卷曲等多种形态。
三级结构是指蛋白质分子整体的立体构象，也就是由氨基酸侧链间的相互作用所形成的三维结构。
四级结构则是指由两个或多个多肽链组成的蛋白质分子之间的空间结构。
二、蛋白质的功能蛋白质分子具有多种不同的功能，包括酶催化、结构支持、运输调节、抗体缺陷等。
其中，酶催化是蛋白质分子最重要的功能之一。
在生物体内，大部分的生化反应都是由酶所催化的。
不同种类的酶可以催化不同类型的基本生化反应，例如肝脏内就有许多不同功能的酶，帮助人体完成内部细胞代谢、毒物分解、蛋白质合成等多种生理过程。
除了酶催化外，蛋白质分子还可作为生命体内的骨架和条框，维护着细胞和组织的结构完整；此外，它还可以参与到物质的运输、代谢及细胞的信号转导中，起到重要的调节作用。
例如细胞膜表面的受体、载体和信号转导蛋白，都是由蛋白质分子所构成的。
另外，蛋白质分子也可以用于生命体内的抵抗机制，例如抗体缺陷中的免疫球蛋白就是由多种不同的氨基酸分子所构成的。
这种抗体缺陷的形成，能有效地保护人体免受疾病的侵袭。
三、蛋白质的研究进展近年来，随着分子生物学、生物信息学和生物化学等多学科的快速发展，蛋白质分子的结构和功能也得到了越来越深入的研究。
蛋白质一二三四结构概念
蛋白质一二三四结构概念一、蛋白质一级结构1. 定义- 蛋白质的一级结构是指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序。
它由基因上遗传密码的排列顺序所决定。
例如，胰岛素是一种蛋白质，其一级结构就是由特定的氨基酸按照一定顺序连接而成的一条多肽链。
2. 化学键- 主要靠肽键（由一个氨基酸的α - 羧基与另一个氨基酸的α - 氨基脱水缩合形成）连接氨基酸残基，在蛋白质分子中，还可能存在二硫键（由两个半胱氨酸残基的巯基（ - SH）氧化形成的 - S - S - 键），它对维持蛋白质的一级结构稳定性也有重要作用。
3. 意义- 蛋白质的一级结构是其空间结构和生物学功能的基础。
一级结构的不同会导致蛋白质具有完全不同的性质和功能。
例如，正常的血红蛋白（HbA）和镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白（HbS），二者在一级结构上仅有一个氨基酸的差异（HbA中的谷氨酸被HbS中的缬氨酸取代），却导致红细胞形态和功能的巨大改变，HbS在低氧分压下容易聚集，使红细胞扭曲成镰刀状，影响氧气运输并引发一系列健康问题。
二、蛋白质二级结构1. 定义- 蛋白质的二级结构是指多肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。
它主要是靠氢键维持稳定。
2. 常见类型- α - 螺旋- 多肽链主链围绕中心轴呈有规律的螺旋式上升，每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距为0.54nm。
氨基酸残基的侧链伸向螺旋外侧。
α - 螺旋结构中的每个肽键的N - H和第四个肽键的C = O形成氢键，氢键的方向与螺旋长轴基本平行。
例如，毛发中的α - 角蛋白就含有大量的α - 螺旋结构。
- β - 折叠- 是由两条或多条几乎完全伸展的多肽链（或同一肽链的不同肽段）侧向聚集在一起，通过相邻肽链主链上的N - H和C = O之间形成氢键而稳定。
这些肽链可以是平行的（相邻肽链的N端在同一方向），也可以是反平行的（相邻肽链的N端方向相反）。
β - 折叠结构使多肽链形成片层状，如蚕丝中的丝心蛋白就富含β - 折叠结构。
蛋白质的分子结构
β－折叠在蛋白质中含量仅次于 －螺旋，和－螺旋相比，稳定 性相对较差，结构参数较易变化， 扭曲程度也可各有不同，一般位 于蛋白质的中心，外面由稳定的 －螺旋包围。也有蛋白全由β－ 折叠组成，如免疫球蛋白，这样 的结构相对较柔软，易于发生构 象变化。
β －转角（β -turn）
特征：多肽链
形成因素：与ＡＡ组成和排 列顺序直接相关。
多态性：多数为右手（较稳 定），亦有少数左手螺旋存 在（不稳定 ）；存在尺寸不同
的螺旋。
-helix
链内氢键
O H ‖ │ -C-［NH-CαHR-CO-］3 N Aa1的酰胺基团的-CO基与Aa5酰胺基团的 -NH基形成链内氢键。
-helix何时不稳定?
三级结构特征：
含多种二级结构单元
有明显的折叠层次； 是紧密的球状或椭球 状实体 分子表 面有一 空穴 ( 活性部位)； 疏水侧链埋藏在分子 内部，亲水侧链暴露 在分子表面
无规则 卷曲 β-折叠
空穴
β-转角 α-螺旋
肌 红 蛋 白 三 级 结 构
肌红蛋白的血红素辅基
分子伴侣 （molecular chaperone） 与蛋白质的折叠
蛋白质中氨基酸的连接方式
肽键
肽平面
肽单元 (peptide unit)、肽平面
-Cα-CO-NH-Cα/-
牛胰岛素的一级结构
牛 胰 核 糖 核 酸 酶 的 一 级 结 构
维持一级结构的化学键：
1.肽键 2.二硫键
蛋白质的高级结构
一、二级结构与超二级结构
二、三级结构和结构域
三、亚基缔合和四级结构
β转角
β折叠片
α螺旋
自由回转
α－螺旋（α－helix）
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(4) 相邻肽平面构成二面角 ：一个Cα原子相连的 两个肽平面，由于N1-Cα和Cα-C2(羧基碳)两个键 为单键，肽平面可以分别围绕这两个键旋转，从而 构成不同的构象。 一个肽平面围绕N1-Cα(氮原子与α-碳原子)旋 转的角度，用Φ表示。另一个肽平面围绕CαC2(α-碳原子与羧基碳)旋转的角度，用Ψ表示。这 两个旋转角度叫二面角(dihedral angle)。通常二 面角(Φ,Ψ)确定后，一个多肽链的二级结构就确定 了
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5.牛催产素与加压素：均为九肽，分子中含有一对二硫键，两 者结构类似。前者可刺激子宫的收缩，促进分娩。后者可促进 小动脉收缩，使血压升高，也有抗利尿作用，参与水、盐代谢 的调节。
牛催产素 : 牛加压素 :
S S Cys· Tyr· Ile· Gln· Asn· Cys· Pro· Leu· Gly-NH2
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Gly Glu
Gln Asn Val Phe
Phe Phe Gly Arg
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五、 蛋白质的构象和维持构象的作用力
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构型（configuration):立体异构体分子中取代原子或 基团在空间的取向，如几何异构体和旋光异构体。 构型互变需要共价键的断裂。
构象(conformation)：取代基团当单键旋转时形成不同 的立体结构。 构象有无数种，交叉型最稳定，重叠型最不稳定。
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三级结构形成后，生物学活性必需基团靠近， 形成活性中心或部位，即蛋白质分子表面形成了 某些发挥生物学功能的特定区域。
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三级结构主要靠 次级键（非共价键， noncovalent）维系 固定，主要有： 氢键、离子键（盐 键）、疏水的相互作 用（疏水键）、范德 华力、配位键，另外 二硫键（共价键）也 参与维系三级结构。
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2.促甲状腺素释放激素：三肽（焦谷氨酰组氨酰脯
氨酸），可促进甲状腺素的释放。 3.短杆菌素S：环十肽，含有D-苯丙氨酸、鸟氨酸， 对革兰氏阴性细菌有破坏作用，主要作用于细胞膜。
4.青霉素：含有D—半胱氨酸和D—缬氨酸的二肽衍生
物 。主要破坏细菌的细胞壁粘肽的合成引起溶菌。
肽链中氨基酸侧链R，分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷影响
α-螺旋的形成。
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α-螺旋在许多蛋白中存在，如α-角蛋白、血红蛋白、 肌红蛋白等，主要由α-螺旋结构组成。 螺旋的结构通常用“SN”来表示，S表示螺旋每旋转一圈所 含的残基数，N表示形成氢键的C=O与H-N原子之间在主链上包 含的原子数。
2.进行末端测定，确定该蛋白质的肽链数目，N-端和C-端 是什么氨基酸。
N-末端测定法：常采用2，4—二硝基氟苯法、Edman降解 法、丹磺酰氯法。 C-末端测定法：常采用肼解法、羧肽酶法。
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3.肽链的拆分:经末端的分析，若该蛋白质含有两条以上的 肽链，而且肽链之间是通过非共价键连接，使用蛋白质变性 剂将其变性后分开；若蛋白质肽链之间通过共价键相连，则 可采取过甲酸氧化法或巯基乙醇还原法将其分开。
蛋白质的结构
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【主要内容】： §2.3 蛋白质的分子结构
2.3.1 2.3.2 蛋白质的一级结构 蛋白质的二级结构
2.3.3
2.3.4
蛋白质的三级结构
蛋白质的四级结构
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蛋白质的结构分为： 一级结构、二级结构、三级结构、四级结构。
在二、三级结构间划分出超二级结构和结构域。
α-NH2脱水形成共价键。如下图：
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肽键和肽的结构
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2. 氨基酸借肽键连接起来叫肽；
1）两个氨基酸组成的肽叫二肽； 2）三个氨基酸组成的肽叫三肽； 3）多个氨基酸组成的肽叫多肽； 4）氨基酸借肽键连成长链，称为肽链，肽链两端有 自由-NH2和-COOH，自由-NH2端称为N-末端（氨基末端）， 自由-COOH端称为C-末端（羧基末端）； 5）构成肽链的氨基酸已残缺不全，称为氨基酸残基； 6）肽链中的氨基酸的排列顺序，一般-NH2端开始，由N指 向C，即多肽链有方向性，N端为头，C端为尾。
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(3) β-转角
又称β-弯曲，β-回折 或发夹结构。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，第一个氨基酸的羧 基与第四个氨基酸的氨基形 成氢键。也有一些是由第一 个氨基酸的羧基与第三个氨 基酸的氨基形成氢键。
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2.蛋白质二级结构主要类型有： α-螺旋、β-折叠、β-转角
(1) α-螺旋（α-Helix）: 又称为3.613螺旋，Φ= -57。，Ψ= -47。 结构要点：
多个肽键平面通过α-碳原子旋转，主链绕一条固定轴形成右手螺 旋。 每3.6个氨基酸残基上升一圈，相当于0.54nm。 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
（3）肽键C-N键长为0.132nm,比一般的C-N单键 (0.147nm)短，比C=N双键(0.128nm)要长， 具有部分双键的性质(partial double-bond
character)，不能旋转。而 Cα-COOH、C-NH2，
为真正单键(pure single bond)，可以旋转。
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蛋白质的一、二、三、四级结构
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2.3.1
蛋白质的一级结构
一、蛋白质的一级结构 蛋白质的一级结构（Primary structure）又称 为共价结构或化学结构。 是指蛋白质中氨基酸的 排列顺序。
（一）肽键与肽链
1.肽键：一个氨基酸的α-COOH 和相邻的另一个氨基酸的
构象互变不需要共价键的断裂。
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a.盐键、b.f.氢键、c.疏水作用
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d.范得华力、e.二硫键、g.酯键
h.配位键
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2.3.2、蛋白质的二级结构
二级结构的概念：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 多肽链在空间的排列方式。 1.蛋白质分子构象的立体化学原则 Linus Pauling和Robert Corey于20世纪40年代末至50年 代初，应用X-射线衍射法（X-ray diffraction）技术对α角蛋白等研究结果，提出了蛋白质分子构象的立体化学原 则，要点如下：
S S Cys· Tyr· Phe· Gln· Asn· Cys· Pro· Ary· Gly-
NH2 6.舒缓激肽：促进血管舒张，促进水、钠离子的排出。 7.脑啡肽：为五肽，具有镇痛作用。
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（三）蛋白质的一级结构研究
一级结构的研究包括：蛋白质的氨基酸组成测定，肽链 数目的确定，末端氨基酸种类测定，氨基酸的排列顺序测定， 二硫键位置的测定，酰胺位置的确定。大致步骤如下： 1.获取一定量纯的蛋白质样品，测其分子量，然后将样品 完全水解，确定该蛋白质的氨基酸种类、数目及每种氨 基酸的含量。
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（二）天然活性肽
(了解)
自然界中有自由存在的活性肽，主要有：
1. 谷胱甘肽（GSH）：三肽（Glu-Cys-为体内重要的还原剂，保护某些蛋白质或酶分子中的巯基 免遭氧化，使其处于活性状态。
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2．结构域（structural domain）
在一些相对较大的蛋白质分子中，在空间 折叠时往往先分别折叠成几个相对独立的区域， 再组装成更复杂的球状结构，这种在二级或超
二级结构基础上形成的特定区域称为结构域。
它的结构层次介于超二级结构和三级结构之间。 如图所示：
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2.3.4.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。
Glu Val Ile Gly S S 20 Gln Cys Cys Ala Ser Val Cys Ser Leu Tyr Gln Leu Glu Asn Tyr Cys Asn
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S S His Leu Cys
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