蛋白质的三维结构-授课版汇总

3. 多肽链的β-转角结构模型
β-转角是连续进行的α螺旋或β折叠构象的连接单元，常发 现于蛋白质的近表面，在那里转角中间的两个氨基酸残基 的肽基团可以与水形成氢键。 I型发生率是II型的两倍多，II型常以Gly作为第三个残基
甘氨酸和脯氨酸常出现在β回折中，前者是由于其小且具 有柔性，后者是由于包括脯氨酸的亚氨基的肽键易于形成 顺式结构，特别适应紧凑的转角。
螺旋两极所带的局部正电和负电分别 位于接近螺旋的氨基末端和羧基末端 。由此，带负电的氨基酸常发现于螺 旋片段近氨基端，和螺旋偶极所带正 电荷产生稳定的相互作用；而带正电 的氨基酸在氨基末端则不稳定。在螺 旋片段的羧基端也有同样的情况。 羧基端
2. 多肽链的β-折叠构象模型
反平行的β-折叠片层
平行的β-折叠片层
2.3 蛋白质的四级结构－从简单的二聚 体到大的复合体
脱氧血红蛋白的四级结构
脊髓灰质炎病毒壳体蛋白聚合体
烫发中的生物化学工程
α角蛋白的“可拉伸”特性和大量的二 硫键交联是卷发的基础
胶原（collagen）：与提供力量有关，在连接组织如 腱、软骨、骨头的组织基质以及眼睛角膜中存在
胶原三螺旋中α链的紧密卷曲产生的张力大于相同截面的钢索 电镜下胶原纤维的结构
胶原分子的α链间以及纤维的胶原分子间通过独特的共价键 方式交联，涉及Lys和Hylys（羟赖氨酸）或组氨酸残基，随 着人的衰老，结缔组织硬度和脆度增加，这是胶原纤维间 共价交联累积的结果。
• 结构域(domain)：残基数量超过几百个氨 基酸的多肽经常折叠成两个或更多稳定 的球状单元。
肌钙蛋白C多肽的结构域
几种简单的基序
蛋白质基序是蛋白质结构分类的基础
丙酮酸激酶的结构域
小的结构基序可以组成大的结构基序
• 具有重要的一级序列相似性，或（和） 显示出结构功能相似性的蛋白质，属于 同一个蛋白质家族（family）
蛋白质的高级结构
一个甘氨酸分子 一种球状蛋白－胰凝乳蛋白酶的结构
刚性的肽键平面
由于共振和不可旋转，每个肽键都有部分双键性质
一、蛋白质的二级结构
1. α-螺旋模型
左右手螺旋
L-型或D-型氨基酸都可 以形成α-螺旋，但所有 的组成残基都必须是一 种立体异构体，一个D型氨基酸的出现将打断 L-氨基酸组成的规则结 构。天然发生的L-氨基 酸可以形成右手或左手 α-螺旋，但没有在蛋白 质中发现左手螺旋。
脱氢羟赖氨酰正亮氨酸
丝心蛋白(silk fibroin)：由昆虫和蜘蛛产生，以β构 象为主，富含Ala和Gly残基，片层间由大量氢键 和范德华力相互作用来稳定
丝心蛋白结构
丝心蛋白丝从蜘蛛的喷丝头中喷出
2.1.2 球状蛋白与其功能多样性
• 球状蛋白多肽链（或复合多肽链）的各 个片段相互折叠，产生多种多样的紧凑 结构形式
常见的二级结构有特征键角和氨基酸组成
给定的氨基酸出现在3种常见二级结构中的相对可能性
二、蛋白质三级结构和四级结构
• 一级结构：多肽链上氨基酸的排列顺序 • 二级结构：多肽链的某些部分的局部构
象，在一级结构中相邻氨基酸残基的空 间排列 • 三级结构：一个蛋白质中所有原子的整 体排列 • 四级结构：含有两种或更多相同或不相 同的分开的多肽链或亚基间的排列组成
影响α-螺旋稳定性的因素
• 连续的有带电R基团的氨基酸残基间的静 电排斥或吸引作用
• 相邻R基团的体积（空间位阻） • 相隔3个（或4个）氨基酸残基侧链间的
相互作用（氢键）
• 脯氨酸和甘氨酸残基的存在影响 • 螺旋片段两端氨基酸残基的相互作用以
及螺旋固有的电偶
氨基酸序列对α-螺旋稳定性的影响
Asp侧链
• 一级序列几乎没有相似性的两个或更多 家族有时也使用相同的主要结构基序， 并具有功能上的相似性，这些家族属于 超家族（superfamily）
基序基础上的蛋白质分类系统（SCOP数据库）
基序基础上的蛋白质分类系统（SCOP数据库）
基序基础上的蛋白质分类系统（SCOP数据库）
基序基础上的蛋白质分类系统（SCOP数据库）
不同球状蛋白中α螺旋和β折叠构象的比例不同
球状蛋白共同的重要特征：折叠紧凑； 疏水氨基酸侧链朝内、亲水侧链位于表 面；通过多个氢键和一些离子键来稳定
2.2 球状蛋白的共同结构形式
• 超二级结构(supersecondary structure)，也 叫基序(motif)或简称折叠(fold)：是几个 二级结构及其连接的特别稳定的排列。 有时候一个大的基序可以组成整个蛋白 质，如：α角蛋白的卷曲螺旋。
2.1 纤维蛋白(fibrous protein) 和球状蛋白(globular protein)
纤维蛋白
球状蛋白
肽链形状
多肽链排列成长线或片 多肽链折叠成
状
球形
结构组成
含有大量单一形式的二 含有几种二级
级结构
结构
功能
提供脊椎动物支持、形 大多数酶和调 状和外部保护的支架 节蛋白质
2.1.1纤维蛋白与其支架功能
Arg侧链
侧链基团的影响
脯氨酸和甘氨酸的出现限制了α-螺旋的形成
脯氨酸残基的存在引入了一个不稳定结节 甘氨酸比其他氨基酸残基有更高的构象柔性，因而甘氨 酸聚合物易于采取完全不同于α-螺旋的其他螺旋结构。
氨基端 多肽链的电偶通过链内氢键沿α-螺旋片 段传播，结果产生整个螺旋的电偶。 图中每个肽键的氨基和羧基分别表示 为＋和－。接近螺旋两端的肽键中的 无氢键氨基和羧基用红色表示。
• 多种的紧凑结构形式为球状蛋白的功能 多样性提供了结构基础
球状蛋白结构是紧凑、多变的
人类血清球蛋白（Mr 64500）：含585 个残基的一条单链，天然存在的球形蛋 白折叠得非常紧凑。
球形蛋白的典型代表：肌红蛋白
抹香鲸肌红蛋白的三级结构图
血红素基团
球状蛋白有各种三级结构
一些小球状蛋白的三维结构图
纤维状蛋白质的二级结构和性质
结构
特征
实例
α螺旋，通过 二硫键交联
坚韧的、不溶性的保护 毛发、羽毛和
性结构，具有不同的硬 指（趾）甲中
度和柔性
的α角蛋白
β构象
柔软、可弯曲的细丝 丝心蛋白
胶原蛋白三股 螺旋
抗张力强度高、不延伸
腱中的胶原蛋 白、骨基质
Biblioteka Baidu α-角蛋白(α keratin)
头发中α角蛋白的α螺旋组成