6.蛋白质三维结构王镜岩生物化学(全)

五、二硫键 H2
NH2
NH2
NH2
NH2
+ H C C H 2 S H H S C H 2 C H
HC CH2 S S CH2 CH
COOH
半胱氨酸
COOH
半胱氨酸
COOH
二硫键 胱氨酸
COOH
-SH 巯基,价键牢固，稳定蛋白质结构
提问：维持蛋白质一级结构的作用力是?键。
答 案： 肽 键、二硫键
间，）
分散效应（瞬时偶极引起，它是非极性分子
或基团间仅有的一种范德华力，即狭义的范德 华力，通常指的范德华力就是指这种力。
三、疏水作用(熵效应) （Hyphobic interaction）
水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向于把 疏水残基埋藏在分子的内部。这一现象被 称为疏水作用或疏水效应，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。
第五章 蛋白质的三维结构
蛋白质的结构层次
化学结构
一级结构
二级结构
空间结构
超二级结构
结构域 三级结构
四级结构
蛋
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质
的
空
二级结构 超二级结构
结构域
间
结
构
三级结构
四级结构
第一节 稳定蛋白质三维结构的作用力
稳定蛋白质三维结构的作用力主要是一些 非共价键或次级键，包括氢键、范德华力、 疏水作用和盐键(离子键)。
一、蛋白质的二级结构的概念
(secondary structure）
指肽链主链不同区段通过自身的相互作用， 形成氢键，沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部 空间结构，是蛋白质结构的构象单元．
二、蛋白质的二级结构的类型
(１) α－螺旋（α－helix） (２) β－折叠（β-pleated sheet） (３) β－转角（β-turn） (４) 无规则卷曲（nonregular coil）
四、盐键
盐键又称离子键，它是正电荷与负电荷之间 的一种静电相互作用。在生理pH下，蛋白质 中的酸性氨基酸(Asp和Glu)的侧链可解离成 负离子，碱性氨基酸(Lys和His)的侧链可离 解成正离子。产生静电相互作用
在多数情况下这些基团都分布在球状蛋白质 分子表面，而与介质水分子发生电荷—偶极 之间的相互作用，形成排列有序的水化层， 这对稳定蛋白质的构象有着一定的作用。
大多数蛋白质所 采取的折叠策略 是使主链肽基之 间形成最大数目 的分子内氢键 (如α螺旋、β折 叠片)，与此同 时保持大多数能 成氢键的侧链处 于蛋白质分子的 表面将与水相互 作用
二、范德华力 (van der Waals force)
狭义的范德华力指是非极性分子或基团瞬时 偶极间的静电相互作用，所以是一种很弱的 作用力。
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维结构中主
要的作用力,原因何在?
数量巨大
一、氢键 (hydrogen bond)
氢键是稳定蛋白质二级结构的主要作用力。氢键的 形成情况：多肽的羰基氧和酰胺氢之间形成的氢键， 除此之外，氢键还可以在侧链与侧链、侧链与介质 水、主链肽基与侧链或主链肽基与水之间形成。
12
7
19
Gly.Phe.Phe.Tyr.Thr.Pro.Lys.Ala OH
30
牛胰岛素的化学结构
我国1965年在世界上第一个用化学 方法人工合成的蛋白质就是这种牛 胰岛素。
第二节
多肽主链折叠的 空间限制
一、酰胺平面与二面角
酰胺平面：
肽键具有部分 双键性质，不 能自由旋转； 主链肽基成为 刚性平面，称 酰胺平面。
平面内C＝O与N—H呈反式排列，各原子 间有固定的键角和键长(图)。
四肽的结构
肽链主链上只有α—碳原子连接的两个键， Cα—N （Φ）和Cα—C （Ψ）的单键，能自 由旋转；α—碳是两个相邻酰胺平面的连接点， 所以多肽链能形成特定的构象，如 Φ、Ψ取 不同的角度就得到不同的构象。
实际上一种天然蛋白质在一定条件下只有 一种或几种构象，而且相当稳定。这由于肽单 位空间原子分布和位阻效应，制约着大量的构 象的形成。
(3) 肽链上所有的肽键都参与氢键的形成。 第一个氨基酸残基的C=0 与第五个氨基酸 残基的N-H形成氢键，由氢键封闭的环是 13元环， 因此α-螺旋也称3.613-螺旋
（一）、α螺旋(α—helix)
α螺旋是蛋白质中 最常见、最典型、 含量最丰富的二 级结构元件
1. α螺旋的结构特点
（1）α螺旋是一种重 复性结构，每圈螺旋 占3.6个氨基酸残基， 沿螺旋轴方向（螺距）
上基升绕轴0.5旋4转nm10，0。每个。残
(2) 残基的侧链伸向外 侧; 链中的全部>C=0 和>N-H几乎都平行 于螺旋轴。
A链
S—S
Gly.Tle.Val.Glu.Gln.Cys.Cys.Aln.Ser.Val.Cys.Ser.Leu.Tyr.Gln.Leu.Glu.Asn.Tyr.Cys.Asn OH
12
67
11
20
S
S
B链
S
S
Phe.Val.Asn.Gln.His.Leu.Cys.Gly.Ser.His.Leu.Val.Glu.Ala.Leu.Tyr.Leu.Val.Cys.Gly.Glu.Arg.
实际上范德华力包括引力和斥力两种相互作 用。非共价键合原子或分子相互挨得太近时， 由于电子云重叠，将产生范德华斥力。
虽然就其个别来说范德华力是很弱的，但是 相互作用数量大并且具有加和效应，因此就 成为一种不可忽视的作用力。
定向效应（发生在极性基团之间，氢
键属于这种范德华力）
诱导效应（发生在极性物质与非极性物质之
此外二硫键在稳定某些蛋白质的构象方面 也起着重要作用
三维结构中的作用力
包括二硫键、氢键、盐键、疏水作用力、 范德华力
疏水键
“非极性基团被极 性水分子排挤相
互聚拢”作用力。
离子键 （盐键）
氢键-侧链间形成
范德华力（分子间作用力， 受彼此距离影响）
肽键 二硫键 离子键 氢键 疏水键 范德华力
天然的蛋白质一般都含有 α螺旋、β折叠、 β－转角、无规则卷曲。
第三节 蛋白质的二级结构
一般认为，驱动蛋白质折叠的主要动力是 熵效应。折叠的结果是疏水基团埋藏在蛋 白质分子内部，亲水基团暴露在分子表面。 形成疏水核心的同时，高度亲水的主链也 有一部分被埋在里面，因此这些极性基团 也都形成氢键