生物化学(王镜岩版)

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1、生物化学生物化学( (王镜岩版王镜岩版) )（一）蛋白质的二级结构1、蛋白质主链骨架不同的多肽链，实际上就是 a-碳原子上连接的侧链基团不同，如果去掉侧链基团，不同多肽链剩余的部分完全是一样的，称之为多肽链的主链骨架。肽单位：主链骨架上的重复单位一个肽单位就是一个肽平面。2蛋白质二级结构的概念蛋白质多肽链主链骨架在空中盘绕折叠的方式就是蛋白质的二级结构。即多肽链主链骨架的构象以氢键维系以羰基氧与亚氨基氢形成氢键: -C=O - - - - H-N-3、决定主链骨架构象的因素（1）-C 原子的二面角与 a-碳原子连接的两个单键旋转的角度。(：C-N 单键旋转的角度;：C-C 单键旋转的角度)C

2、原子的二面角决定了相邻肽单位的空间位置。（2）侧链基团的影响：C 的二面角所决定的构象能否存在，取决于两个相邻肽单位中非键合原子之间的接触距离。-R 大小、极性、电荷。二级结构的成因:(1) 肽键不能转动 肽平面(2) 一个氨基酸 R 基团与前后 R 基团的限制 肽平面不能任意转动 (3) R 基团的大小、电荷限制 只做規律折叠 -螺旋, -折叠和-转角(4) 稳定二结构的力： 氢键4、几种典型的二级结构：（1）-螺旋 1951 年 Pauling and Corey 研究 -角蛋白时提出的。蛋白质中含量最丰富、最常见的二级结构。规律性构象。-螺旋结构要点：主链骨架螺旋式盘绕。螺旋上升一圈 3

3、.6 个氨基酸残基，螺距0.54nm。 （0.15nm/aa；100o/ aa ）相邻螺圈间形成氢键。氢键几乎与轴平行；氢键封闭的环包括 13 个原子（3.613 螺旋） ；是由羰基氧与其后面第四个氨基酸残基的亚氨基氢形成。侧链基团伸向外侧。侧链基团的大小和性质决定了 -螺旋能否形成和稳定性。Pro 是 -螺旋的最大破坏者；其次是 Gly；极性基团连续存在时-螺旋也不稳定。天然 -螺旋多为右旋。（2）?-片层结构（-pleated sheet）将-螺旋沿长轴牵引伸展，这时，H 键断裂，肽链可以较充分伸展，整个肽链形成一个锯齿状结构，几条肽链彼此平行，靠 H 键维系固定，就形成了片层结构?-折叠

4、有两种形式：平行式： =-119O =+113O 反平行式：=-139O =+135O 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氧和亚氨基氢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，氨基酸侧链交替伸展在折叠片的上面和下面。结构要点：肽链按层平行排列，锯齿状的肽链骨架做一定折叠。相邻的肽链靠氢键维系，一条肽链上的羰基氧与另一条肽链上的亚氨基氢形成氢键。反平行?-折叠中氢键几乎与肽链走向垂直.侧链基团交替的位于折叠片层的侧。反平行?-折叠比平形式?-折叠稳定。（3） -转角（ -bend or -turn）在球状 pr 分子中，肽链主链常常会出现 180。回折，回

5、折部分即成为-转角。结构要点4 个连续的氨基酸形成主链骨架呈 180回折第一个氨基酸的羰基氧与第四个氨基酸的亚氨基氢形成氢键氢键所封闭的环内有 10 个原子。（4）无规则卷曲肽链在空间任意盘绕折叠形成没有规律的构象每一个 -碳原子的二面角都不相同不同蛋白质的二级结构不同，有的相差很大。如肌红蛋白分子的肽链中约有 77%的 -螺旋， -角蛋白几乎全是 -螺旋结构，而蚕丝丝心蛋白却几乎全是 -折叠结构。二级结构概念：蛋白质的二级结构指具有一级结构的多肽链本身的折叠、盘绕，仅以氢键维系的构象。（二）超二级结构和结构域近年来在研究蛋白质构象、功能和进化的变化时，发现在蛋白质二级结构和三级结构之间存在着

6、两个过渡层次，即超二级结构和结构域。1、超二级结构多肽链内若干顺序上相邻的二级结构的构象单元在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成有规则的，在空间上能辨认的二级结构的组合体。超二级结构在结构层次上高于二级结构，但不具有功能。超二级结构的形式主要有：-螺旋组合（ ） ； -折叠组合（ ） ；-螺旋-折叠组合（ ） ；希腊钥匙结构2、结构域多肽链在超二级结构的基础上进一步的绕曲折叠成紧密的近似球状的结构，在空中彼此分隔，各自具有部分生物功能，结构域间由“铰链区”连接。对于有些较小的蛋白质分子，结构域和三级结构是一个意思，即这些蛋白质分子是单结构域的。功能域 (1) 介于二级与三级结构之间的可区分单位

7、(2) Domain 是球状蛋白质的折叠单位(3) 有些蛋白质只有一个 domain (myoglobin)(4) 大部份蛋白质含有两个 domains (hexokinase)(5) 部分蛋白质含有两个以上 domains (Ab 分子)（三）蛋白质三级结构：1、概念 包括主侧链在内的所有原子在三维空间的排列。一条多肽链在二级结构的基础上，由于顺序上相隔较远的氨基酸残基侧链的相互作用，进行范围更广泛的盘绕、折叠，形成很不规范但特定的空间构象。 具有三级结构的蛋白质分子，往往具有球形、椭球形的外形，称之为球蛋白。球蛋白常常是生物体内具有一定生理功能的活性蛋白质。例如：肌红蛋白（Mb）;核糖核酸

8、酶；细胞色素 C； 2、稳定空间结构的作用力氢键疏水力（疏水作用力）范氏引力（分子间的作用力）离子键（盐键）配位键酯键二硫键3、球蛋白分子结构的一般特征一条肽链往往是通过一部分 -螺旋，一部分?-折叠，拐角处形成?-转角或无轨卷曲盘绕折叠成致密的 球形分子具有极性侧链的氨基酸残基几乎分布在分子的表面 亲水的表面而非极性氨基酸侧链的残基包埋在分子的内部形成 疏水的核分子表面往往有一个裂隙（口袋；凹槽） ，常常是疏水的环境。这一部位液常常是球蛋白的 活性部位4、肌红蛋白的结构肌红蛋白是哺乳动物肌肉中运输氧的蛋白质。是 1957 年由 John Kendrew 用 X 射线晶体分析法测定的有三维结构

9、的第一个蛋白质。由 153 个氨基酸残基组成的一条多肽链。分子内含有一个血红素辅基。相对分子量 17800 d一条多肽链折叠成 8 段 -螺旋体。拐角处 -螺旋受到破坏，是由 1?8 个氨基酸残基组成的松散肽链（无轨卷曲） 。一条多肽链在二级结构的基础上，进一步在空间盘绕折叠成一个外圆中空的不对称椭球形结构。分子内部只有一个可包涵 4 个水分子的空间，血红素分子插在里面。（四）蛋白质的四级结构1、寡聚蛋白和蛋白质亚基分子量较大的蛋白质往往由两条或两条以上的多肽链组成，这些肽链相互之间以非共价键结合，每条多肽链各自具有一定的三级结构，但肽链单独存在时不具有生物活性，这种肽链就称为蛋白质的亚基 。

10、亚基聚合在一起形成具有一定生物学功能的蛋白质分子寡聚蛋白。2、蛋白质的四级结构寡聚蛋白质中亚基的空间排布、相互关系和相互作用力，称之为蛋白质的四级结构。亚基的种类和数量 均一四级结构不均一四级结构亚基的空间排布亚基间的相互作用力 次级键3、血红蛋白的四级结构Hb 分子量为 65000 dHb 是由 2 条 链 和 2 条?链组成的四聚体。 链由 141 个氨基酸组成，?链由 146 个氨基酸组成，各自都有一定的氨基酸排列顺序。两种亚基的一级结构差别较大，但它们的二、三级结构却大致相同，而且与血红蛋白极相似。五、蛋白质结构与功能的关系（一）一级结构与功能的关系一级结构是空间构象的基础；蛋白质的空

11、间构象归根到底是由一级结构决定；一级结构与功能的关系是十分重要的；一级结构与功能的关系实际上反映的也是高级结构与功能的关系。核糖核酸酶（Rnase）是由 124 个氨基酸残基组成的单链蛋白质分子，分子中的 8 个半胱氨酸残迹的-SH 形成 4 对二硫键，对形成具有一定空间构象的蛋白质其重要作用。1、分子病研究表明几乎所有遗传病都与 pr 分子结构改变有关。蛋白质以及结构的氨基酸排列顺序与正常蛋白质结构不同引起的遗传病称之为分子病。分子病是由于 DNA 基因发生改变引起的。镰刀型红细胞贫血病是 1944 年首先被发现的一种分子病。病人的血红蛋白（Hb-S）与正常人血红蛋白（Hb-A）相比， 链第

12、 6 位氨基酸不同。HbA Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys-HbS Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys-仅仅这一点差别，就使患者的红细胞在氧缺乏时呈镰刀状，易胀破发生溶血，运氧机能降低，引起头昏、胸闷等贫血症状。2、种属差异与分子进化同源蛋白质：不同种属中完成相同功能的蛋白质。对于不同种属来源的同种 pr 进行一级结构进行测定和比较，发现存在种属差异。这种差异可能是分子进化的结果。比较种属来源不同而功能相同的同源 pr 的一级结构，发现与活性和pr 空间结构密切相关的 aa 残基高度保守。总之 pr 一定的结构执行一定的功能，可能有某些差异，但若一级结构变化，蛋白质的功能可能发生很大的变化。前体与活性蛋白质结构的关系胰岛素（ insulin）在生物体细胞中首先合成含 108 氨基酸残基的一条多肽链，没有生物学功能。称之为前胰岛素原（pre-proinsulin） ，合成后首先切去 N-端的 24 个氨基酸残基的信号肽，形成 84 氨基酸的胰岛素原（proinsulin） ，在包装分泌时，再切除一段 33 氨基酸残基的 C 肽，才形成 A、B 两条链的具有生物学功能的胰岛素分子。