蛋白质的三维结构

个氨基酸螺距
0.15nm，每个残基 沿轴旋转100°。
2.每个肽键的C=O与远在前面的第三个肽基(第 四个氨基酸)的N-H形成氢键（hydrogen bond），氢键的走向平行于螺旋轴，所有肽键 都能参与链内氢键的形成。
O H N—
H —C—(NH—C—CO)3 R
3.613 螺旋 (ns)
4+3×3
Φ＝180°，Ψ ＝180°
拉氏构象图
Pro构象限制最大；Gly限制最小
3、蛋白质的二级结构
蛋白质的二级结构是指蛋白质多肽链主链 原子局部的空间结构，但不包括与其他肽 段的相互关系及侧链构象的内容。维系蛋 白质二级结构的主要化学键是氢键。 即由氢键维系的蛋白质主链的规则构象
蛋白质二级结构的类型：
蛋白质的分子结构可人为划分为一、 二、三、四级结构。除一级结构外，蛋 白质的二、三、四级结构均属于空间结 构，即构象。 构象是由于有机分子中单键的旋转所 形成的。蛋白质的构象通常由非共价键 （次级键）来维系。
1、稳定蛋白质高级结构的作用力 2、主链折叠的空间限制 3、二级结构 4、纤维状蛋白质 5、超二级结构与结构域 6、球状蛋白质与三级结构 7、四级结构
二面角 Ψ：posai Φ： fai
当酰胺平面的取向二等分
H-Cα-R平面，且该旋转
键两侧的主链处于顺式构 型时，规定Φ＝0°或Ψ ＝ 0° 。 从Cα沿键轴方向看，顺 时针旋转的角度Φ和Ψ角 度为正值（＋），逆时针
为负值。
二面角理论上取值（-180～+180） 但实际上由于空间位阻的存在，并不是任 一二面角组合均允许 不能超越非共价键原子的极限距离
• 在-螺旋中肽平面的键长和键角一定； • 肽键的原子排列呈反式构型； • 相邻的肽平面构成两面角；
右手-螺旋稳定φ =-57 Ψ =-47 左手-螺旋不稳定φ =64 Ψ =42
O C N O C C N H C O
-
C
N
+
3.肽链内形成氢键， 氢键的取向几乎 与轴平行， 4.蛋白质分子为右 手-螺旋。 5. -螺旋的旋光 性=碳原子的不 对称性+右手螺旋的不对称性
蛋白质分子中离子键的形成
1.5、二硫键
在上述的几种次级键规定蛋白质的构 象之后，二硫键起稳定构象的作用
2、主链折叠的空间限制
1. 由于 C=O 双键中的 π电子云与 N 原子上 的未共用电子对发生“电子共振”，使肽键 具有部分双键的性质，不能自由旋转。
2.与肽键相连的六个原子构成刚性平面结构， 称为肽单元或肽键平面。但由于 α - 碳原子 与其他原子之间均形成单键，因此两相邻的 肽键平面可以作相对旋转。 3.肽平面内两个α -碳原子以反式构型为主。
氢键的键能较低(约12kJ/mol)，因而易被破坏。
最常见：羰基氧与酰胺氢
1.2、 范德华力
普遍存在的作用力，是一个原子的原子核吸引 另一个原子外围电子所产生的作用力。它是一 种比较弱的、非特异性的作用力。 广义：静电力、诱导力和色散力 分别是极性与极性，极性与非极性， 非极性与非极性 数量多且有加和效应
指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式
蛋白质的二级结构主要包括α -螺旋，β -折 叠，β -转角及无规卷曲等几种类型。
（1）α -螺旋（α -helix）
Pauling和Corey于1965年提出。 蛋白质中最常见、最典型、最丰富的结构元件
结构要点：
1.螺旋的每圈有3.6个
氨基酸，螺旋间距离
为0.54nm，所以每
范德华力包括引力和排斥力
1.3、疏水作用
• 疏水作用是指位于水等极性 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。 • 高分子的蛋白质可形成分子 内疏水链、疏水腔或疏水缝 隙，可以稳定生物大分子的 高级结构。
—熵效应
Baidu Nhomakorabea
非极性物质在含水的极性环境中存在时，会产生 一种相互聚集的力，这种力称为疏水作用力。
（2）β -折叠结构（β -pleated sheet）
是一种肽链相当伸展的结构。肽链按层排列，依靠相 邻肽链上的羰基和氨基形成的氢键维持结构的稳定性。 肽键的平面性使多肽折叠成片，氨基酸侧链伸展在折 叠片的上面和下面。
R
Cα Cα R Cα R
R
Cα Cα R
R
Cα
N
N
C
C
平行
N
C
C
N
反平行
β -折叠是由若干肽段或肽链排列起来 所形成的扇面状片层构象，其结构特 征为： ⑴ 由若干条肽段或肽链平行或反平行 排列组成片状结构； ⑵ 主链骨架伸展呈锯齿状； ⑶ 借相邻主链之间的氢键维系。
1、稳定蛋白质高级结构的作用力
非共价键（次级键）来维系
为什么不是共价键？
肽键 共价键 二硫键 一级结构 氢键 疏水键 次级键 盐键 范德华力 二、三、四级结构 三、四级结构
变性： 破坏次级键
化学键
稳定 蛋白 质的 作用 力
1.1、氢键
氢键的形成 氢键是由两个负电性原子对氢原子 的静电引力所形成，是一种特殊形式的偶极—偶 极键。它是质子供体X-H和质子受体Y之间的一 种特殊类型的相互作用。 氢键在维系蛋白质的空间结构稳定上起着重要的 作用，特别是二级结构。
蛋白质分子中的许多氨基酸残基侧链都是非极性 的，这些非极性的基团在水中也可相互聚集，形 成疏水作用力，如Leu，Ile，Val，Phe，Ala等 的侧链基团。
非极性溶剂、去污剂变性——破坏疏水力
尿素、盐酸胍既破坏疏水力，又破坏氢键
1.4、 离子键（盐键）
离子键(salt bond)是由带正电荷基团与带 负电荷基团之间相互吸引而形成的化学键。 在近中性环境中，蛋白质分子中的酸性氨 基酸残基侧链电离后带负电荷，而碱性氨基 酸残基侧链质子化带正电荷，二者之间可形 成离子键。 分布在球状蛋白质分子的表面，有利于与 水的互作，稳定构象
-螺旋
6.R侧链基团伸向螺旋的外侧。
R R R R R R R R R
螺旋的横截面
7. -螺旋的形成具协同性，一旦形成会 加速后面的形成
• 影响α -螺旋稳定的因素有： • ⑴ 极大的侧链基团（存在空 间位阻）； • ⑵ 连续存在的侧链带有相同 电荷的氨基酸残基（同种电 荷的互斥效应）； • ⑶ 有 Pro 等 亚 氨 基 酸 存 在 其他螺旋：如 310螺旋， （不能形成氢键），经常出 现在 α -螺旋又称 螺旋的端头，它改变 4.4 π 螺旋 16