蛋白质的构象

1.α 螺旋（ 1.α-螺旋（α-helix ）及结构 特点 • 多肽链中的各个肽平面围绕 同一轴旋转，形成螺旋结构， 同一轴旋转，形成螺旋结构， 螺旋一周， 螺旋一周，沿轴上升的距离 即螺距为0.54nm, 3.6个氨 0.54nm,含 即螺距为0.54nm,含3.6个氨 基酸残基； 基酸残基；两个氨基酸之间 的距离为0.15nm; 的距离为0.15nm; • 肽链内形成氢键，氢键的取 肽链内形成氢键， 向几乎与轴平行， 向几乎与轴平行，每个氨基 酸残基的C=O C=O氧与其后第四 酸残基的C=O氧与其后第四 个氨基酸残基的N 个氨基酸残基的N-H氢形成 氢键。 氢键。 • 蛋白质中的α-螺旋几乎都是 蛋白质中的α 右手螺旋。 右手螺旋。
2.β 折叠（ sheet） 2.β-折叠（β-pleated sheet）
β-折叠或β -折叠片也称β -结构或β -构 折叠或β 折叠片也称β 结构或β 它是蛋白质中第二种最常见的二级结构。 象，它是蛋白质中第二种最常见的二级结构。 β-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的多肽 链平行排列， 链平行排列，通过链间的氢键进行交联而形 成的， 成的，或一条肽链内的不同肽段间靠氢键而 形成的。 形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象
2.维持三级结构的作用力 2.维持三级结构的作用力
3.肌红蛋白的结构与功能 3.肌红蛋白的结构与功能
肌红蛋白的功能： （1）肌红蛋白的功能：哺乳动物肌肉中储存氧并运输 氧的蛋白。 氧的蛋白。 肌红蛋白的结构特点： 1963年 Kendrew> （2）肌红蛋白的结构特点：<1963年，Kendrew>
四、蛋白质的四级结构
1.定义 1.定义 四级结构是指由两 个或两个以上具有三级
结构的亚基按一定方式聚合而成的特定构象的 结构的亚基按一定方式聚合而成的特定构象的 亚基 蛋白质分子。 蛋白质分子。 通常亚基只有一条多肽链，但有的亚基由两 通常亚基只有一条多肽链，但有的亚基由两 亚基只有一条多肽链 条或多条多肽链组成， 条或多条多肽链组成，这些多肽链间多以二硫 键相连。亚基单独存在时无生物学活性。 键相连。亚基单独存在时无生物学活性。 亦可以说， 亦可以说，具有四级结构的蛋白属于寡聚蛋 白或多体蛋白。（寡聚蛋白中亚基可以是相同 。（寡聚蛋白中 白或多体蛋白。（寡聚蛋白中亚基可以是相同 的或不相同的，亚基相同时，分子具有对称性） 的或不相同的，亚基相同时，分子具有对称性） 实质： 实质：蛋白质的四级结构实际上研究亚基之 间的相互作用、 间的相互作用、空间排布及亚基接触部位的空 间布局。 间布局。
血红素（铁卟啉
）辅基的结构及其氧合部位
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煤气中毒的机制
• 一氧化碳（CO）也能与血红素Fe原子结 一氧化碳（CO）也能与血红素Fe原子结 Fe 由于CO与血红素的结合能力是O CO与血红素的结合能力是 合。由于CO与血红素的结合能力是O2的 200倍 因此，人体吸入少量的CO CO即可完 200倍，因此，人体吸入少量的CO即可完 全抑制肌红蛋白或血红蛋白与O 的结合， 全抑制肌红蛋白或血红蛋白与O2的结合， 从而造成缺氧死亡。 从而造成缺氧死亡。急救方法是尽快将 病人转移到富含O 的环境中（ 病人转移到富含O2的环境中（如新鲜空 纯氧气或高压氧气）， ），使与血红素 气、纯氧气或高压氧气），使与血红素 结合的CO CO被 置换出来。 结合的CO被O2置换出来。
蛋白质的三级结构（p47） 三、蛋白质的三级结构（p47）
1.蛋白质的三级结构( 1.蛋白质的三级结构(Tertiary Structure)是指 蛋白质的三级结构 ) 多肽链在二级结构、超二级结构、 多肽链在二级结构、超二级结构、结构域的 基础上，进一步盘绕、 基础上，进一步盘绕、折叠形成的包括主链 和侧链构象在内的特征三维结构。 和侧链构象在内的特征三维结构。
概念： 概念：
蛋白质结构层次
肽单位性质
Pauling和Corey在利用X Pauling和Corey在利用X-射线衍射技术研究多肽链结 在利用 构时发现： 构时发现： 1.肽键具有部分双键性质：C-N单键键长0.149nm 1.肽键具有部分双键性质： 单键键长0.149nm 肽键具有部分双键性质 C=N双键键长 双键键长0.127nm C=N双键键长0.127nm 肽键键长0.132nm 肽键键长0.132nm 2.肽键不能自由旋转 2.肽键不能自由旋转 3.组成肽键的四个原子和与之相连的两个 组成肽键的四个原子和与之相连的两个α 3.组成肽键的四个原子和与之相连的两个α碳原子 都处于同一个平面内， （Cα）都处于同一个平面内，此刚性结构的平面叫 肽平面（ plane） 酰胺平面（ 肽平面（peptide plane）或酰胺平面（amide plane），呈反向分布。 ），呈反向分布 plane），呈反向分布。
（2）β-角蛋白
• 丝心蛋白(fibroin)： 丝心蛋白(fibroin)： (fibroin) 这是蚕丝和蜘蛛丝的一 种蛋白质。 种蛋白质。丝心蛋白具 有抗张强度高， 有抗张强度高，质地柔 软的特性，但不能拉伸。 软的特性，但不能拉伸。 丝心蛋白是典型的反平 丝心蛋白是典型的反平 行式β 折叠片， 行式β-折叠片，多肽链 取锯齿状折叠构象。 取锯齿状折叠构象。
4.无规卷曲或自由回转 4.无规卷曲或自由回转
coil） （nonregular coil）
• 指无一定规律的松散盘曲的肽链结构。 指无一定规律的松散盘曲的肽链结构。 • 酶的功能部位常包含此构象，灵活易变。 酶的功能部位常包含此构象，灵活易变。
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超二级结构p49 二、 超二级结构
1.超二级结构指蛋白质中相邻的二级结构单位 超二级结构指蛋白质中相邻的二级结构单位 超二级结构 螺旋或β 折叠或β 转角）组合在一起， （α-螺旋或β-折叠或β-转角）组合在一起， 形成有规则的、在空间上能够辨认的二级结构 形成有规则的、在空间上能够辨认的二级结构 组合体。 组合体。 2.超二级结构的基本类型 αα、 βαβ、 超二级结构的基本类型： 2.超二级结构的基本类型：αα、 βαβ、βββ
卷发(烫发) 卷发(烫发)的生物化学基础
• 永久性卷发(烫发)是一项生物化学工程 永久性卷发(烫发) engineering),α 角蛋白在湿 (biochemical engineering),α—角蛋白在湿 热条件下可以伸展转变为β 构象 构象， 热条件下可以伸展转变为β—构象，但在冷却 干燥时又可自发地恢复原状。 干燥时又可自发地恢复原状。 • 这是因为α—角蛋白的侧链R基一般都比较大， 这是因为α 角蛋白的侧链 基一般都比较大， 角蛋白的侧链R 不适于处在β 构象状态 此外α 角蛋白中的 构象状态， 不适于处在β—构象状态，此外α—角蛋白中的 螺旋多肽链间有着很多的二硫键交联， 螺旋多肽链间有着很多的二硫键交联，这些交 联键也是当外力解除后使肽链恢复原状( 联键也是当外力解除后使肽链恢复原状(α—螺 螺 旋构象)的重要力量。 旋构象)的重要力量。这就是卷发行业的生化 基础。 基础。
毛发的结构
• 一根毛发周围是一层鳞状 细胞(scaIe cell)， 细胞(scaIe cell)，中间 为皮层细胞(cortical 为皮层细胞(cortical celI)。 celI)。皮层细胞横截面 直径约为20 20µ 直径约为20µm。在这些细 胞中，大纤维沿轴向排列。 胞中，大纤维沿轴向排列。 所以一根毛发具有高度有 序的结构。 序的结构。 • 毛发性能就决定于α—螺 毛发性能就决定于α 螺 旋结构以及这样的组织方 式。
木瓜蛋白酶
组织蛋白酶
2.维持三级结构的作用力 2.维持三级结构的作用力
• 氢键 • 范德华力 • 疏水键（疏水相互作用）——在水介质中球状 疏水键（疏水相互作用）——在水介质中球状 蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏在分 子的内部。这一现象称为疏水相互作用。 子的内部。这一现象称为疏水相互作用。 • 离子键（盐键） 离子键（盐键） • 二硫键 • 疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用， 疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用， 它是使蛋白质多肽链进行折叠的主要驱动力。 它是使蛋白质多肽链进行折叠的主要驱动力。
角蛋白
示例： 示例：纤维状蛋白
胶原蛋白 弹性蛋白
α-角蛋白（头发） 角蛋白（头发） 角蛋白（丝心） β-角蛋白（丝心）
结构域： 结构域 ： 大多数球蛋白分子中，多肽链形成几个紧密的球状构象， 彼此以松散的肽链相连，此球状构象是结构域，结构域是多肽 链的独立折叠单位，一般由100-200个氨基酸残基构成。 充当三级结构的构件
1.α 1.α-螺旋
α-螺旋是蛋白质中最常见，含量最丰富的二级结 螺旋是蛋白质中最常见， 构。 螺旋中每个残基（ 的二面角φ α-螺旋中每个残基（Cα）的二面角φ和ψ各自取同 一数值， 一数值，即φ=-57°、 ψ=-48° 。 螺旋有左手和右手螺旋，蛋白质中的α α-螺旋有左手和右手螺旋，蛋白质中的α-螺旋几 乎都是右手螺旋。 乎都是右手螺旋。 螺旋都是有L 型氨基酸构成的（Gly除外 除外）。 α-螺旋都是有L-型氨基酸构成的（Gly除外）。 α-螺旋的形成及其稳定性与其氨基酸组成和顺序 有关（Pro、polyLys、PolyIle、PolyAla）。 有关（Pro、polyLys、PolyIle、PolyAla）。 螺旋折叠过程中存在协同性。 α-螺旋折叠过程中存在协同性。
2.β 2.β-折叠的特点
• β-折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形 成的； 成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形 几乎所有肽键都参与链间氢键的交联， 成。几乎所有肽键都参与链间氢键的交联， 氢键与链的长轴接近垂直。 氢键与链的长轴接近垂直。 • β-折叠有两种类型：一种为平行式，即所有 折叠有两种类型：一种为平行式， 肽链的N 端都在同一边。另一种为反平行式， 肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式， 即相邻两条肽链的方向相反。 即相邻两条肽链的方向相反。
肽平面
ψ角
构象角) 二面角(构象角)
φ角
一、蛋白质的二级结构(p42) 蛋白质的二级结构(p42) • 蛋白质的二级(Secondary)结构是指多肽 蛋白质的二级(Secondary) (Secondary)结构是指多肽 链的主链本身在空间的排列、 主链本身在空间的排列 链的主链本身在空间的排列、或规则的几 何走向、旋转及折叠。 何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链 的构象及链内或链间形成的氢键。 的构象及链内或链间形成的氢键。氢键是 稳定二级结构的主要作用力。 稳定二级结构的主要作用力。 • 主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角、自由回 主要有α 螺旋、 折叠、 转角、 转。
3.β 转角( 3.β-转角(β-turn) 亦称： 亦称： β- reverse turn, β-bend
• 在β-转角部分，由四个 转角部分， 氨基酸残基组成; 氨基酸残基组成; • 弯曲处的第一个氨基酸 残基的 -C=O 和第四个 残基的 –N-H 之间形成 氢键， 氢键，形成一个不很稳 定的环状结构。 定的环状结构。 • 这类结构主要存在于球 状蛋白分子中。 状蛋白分子中。
二、蛋白质的构象
一个蛋白质的多肽链在生物体正常的温度和pH 一个蛋白质的多肽链在生物体正常的温度和 条件下，只有一种或很少几种构象。 条件下，只有一种或很少几种构象。这种天然 构象保证了它的生物学活性，并且相当稳定。 构象保证了它的生物学活性，并且相当稳定。 这一事实说明了天然蛋白质主链上的单键不能 自由旋转。 自由旋转。
a .一条多肽链，153个氨基酸残基，一个血红素辅基，分子 一条多肽链，153个氨基酸残基 一个血红素辅基， 个氨基酸残基，
量17600。 17600。 肌红蛋白的整个分子具有外圆中空的不对称结构， b.肌红蛋白的整个分子具有外圆中空的不对称结构，肽链共 折叠成8段较直的α 螺旋体（ 折叠成8段较直的α-螺旋体（A-H），最长的有23个氨基酸残基， ），最长的有23个氨基酸残基， 最长的有23个氨基酸残基 最短的有7个氨基酸残基 拐弯处多由Pro Ser、Ile、Thr等 残基。 Pro、 最短的有7个氨基酸残基。拐弯处多由Pro、Ser、Ile、Thr等 组成。 组成。 具有极性侧链的氨基酸残基分布于分子表面， c.具有极性侧链的氨基酸残基分布于分子表面，而带非极性 侧链的氨基酸残基多分布于分子内部， 侧链的氨基酸残基多分布于分子内部，使肌红蛋白成为可溶性 蛋白。 蛋白。