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1、2.2 蛋白质的分子结构2.2.1蛋白质分子的结构层次2.2.2蛋白质分子的基本化学结构（共价结构） - 一级结构Primary structure includes all the covalent bonds between amino acids and is normally defined by the sequence of peptide-bonded amino acids and locations of disulfide bonds. The relative spatial arrangement of the linked amino acids is unspeci
2、fied.1.一 级 结 构（ 线 性 结 构）蛋 白 质 的 一 级 结 构 (primary structure) 指 它 的 氨 基 酸 序 列 。首首 N 端（ “H”） 末末 C 端（“OH”） 其 中 的 氨 基 酸 称 氨 基 酸 残 基( NHCO) R 二二 硫硫 键键二 硫 键 半 胱 氨 酸 半 胱 氨 酸 胱 氨 酸-SH 巯（ 读“ qiu”, 音 同 球 )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H2维持蛋白质一级结构的化学键为共价键（肽键和二硫键），主要是肽键，因此蛋白质分子的一级结构称
3、为共价结构1、蛋白质分子中氨基酸的连接方式 - 肽键2、多肽链的数目3、每条多肽链中氨基酸的数目、种类及排列顺序4、多肽链间或链内二硫键的位置和数目氨基酸序列分析的一般步骤(1)测定蛋白质分子中多肽链的数目；(2)拆分蛋白质分子的多肽链；(3)断开多肽链内的二硫桥； (4)分析每一多肽链的氨基酸组成；(5)鉴定多肽链的N一末端和C一末端残基；(6)裂解多肽链成较小的片段；(7)测定各肽段的氨基酸序列；(8)重建完整多肽链的一级结构；(9)确定半胱氨酸残基间形成的S-S交联桥的位置 2.2.3、蛋白质的二级结构（Protein Secondary Structure） 蛋白质的二级结构是指蛋白质
4、分子中多肽链本身（主链或骨架）的折叠方式，它借助于氢键排列成自己特有的-螺旋和-折叠等片段，它是一种有规则的重复构象象弹簧的螺圈延一维方向伸展。蛋白质的二级结构限于主链原子的空间排列。多肽链的二级结构主要有以下几种方式(1) -螺旋结构（ Helix ）(2) -折叠结构（ pleated sheet ）(3) -转角（ bend or turn ）(4) 无规卷曲(random coil)蛋白质的空间结构 1、构型与构象构型：是由于化合物中某一不对称碳原子上四种不同的取代基团的空间排列所形成的一种光学活性立体结构。构型的转变必须发生化学键的断裂构象：是分子内所有原子和原子团的空间 排布所形成
5、的一种立体结构。只要分子中发生CC键的转动，就会发生构象的变化。提问：影响蛋白质构象的作用力有哪些？内力（内因）蛋白质分子内各原子间作用力外力（外因）与溶剂及其他溶质作用力内因为主，外因通过改变内因起作用按不同种类内力以及产生的构象变化把构象划分为二、三、四级层次。 肽 键 中C-N 键 具 有 部 分 双 键 性 质， 因 此 组 成 酰 胺 的 原 子 处 于 同 一 平 面 共 振 形 式肽键具有部分双键性质肽平面（peptide plane）酰胺平面（amide plane）由于蛋白质主链的基本构象都是以酰胺平面为基本结构单位，有规则的盘曲而成，因此，在讨论主链构象之前先认识酰胺平面。
6、(1) 酰胺平面与二面角(、)酰胺平面（肽平面）：每个肽单位的六个原子（CCONHC）都被酰胺键固定在同一个平面上，该平面称为酰胺平面（或肽平面）。二面角(、)：绕CC键旋转的角度称 角；绕 NC键旋转的角称角。多肽链通过可旋转的-碳原子连接的酰胺平面链。 w提 问： 是不是蛋白质可以有无数种构象？在特定状态下呢？与什么有关？w答 案： 是；一种，受力。Linus Carl Pauling b.1901,d.1994 CaliforniaInstituteofTechnology,CA TheNobelPrizeinChemistry(1954),“forhisresearchintothen
7、atureofthechemicalbondanditsapplicationtotheelucidationofthestructureofcomplexsubstances” TheNobelPeacePrize(1962)蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构蛋白质多肽链本身的盘绕与折叠方式。包括螺旋、折叠片、转角、自由回转四种方式。A. A. 螺旋螺旋（蛋白质最常见的二级结构形式）w螺旋是肽链的盘绕形式w有左右手之分(a) 理 想 的 右 a 螺 旋 。 虚 线 代 表 氢氢 键键 绿绿 色色：C 蓝蓝 色色：N 红红 色色：O 。 此 (b) 右 a 螺 旋 。 (c) 左 a 螺 旋 。
8、 天然蛋白质大部分为右手螺旋； A、-螺旋结构特点 1) 主链绕中心轴按右手螺旋方向盘旋，每 3.6 个氨基酸残基前进一圈，每圈前进距 离是0.54nm，每个氨基酸残基占0.15nm。 2) 每个氨基酸残基的亚氨基与它前面第四个 氨基酸残基的羰基氧原子形成氢键，氢键 与螺旋轴近似平行。 O （ 氢 键 ）H C（NHCHCO）3 3N R 由同一条肽链内 每 3个 氨 基 酸 残基的两个肽键衍生而来 氢 键(a) 一 般 形 式 。 D 代 表 donor；A 代 表 acceptor。 (b) 水 分 子 之 间 的 氢 键 。 (c) 在 弯 曲 的 多 肽 链 内 ， 例 如 a 螺 旋
9、 (d) 酶 RNase A 与 其 胸 腺 嘧 啶 之 间 的 氢 键 。 -螺旋的稳定性是靠氢键来维持的。-螺旋有左手螺旋和右手螺旋两种，但天然的蛋白质大多是右手螺旋。nB、-折叠结构(-片层结构)n -折叠结构是两条或两条以上充分伸展成锯齿状折叠构象的多肽链，侧向聚集，按肽键的长轴方向平行并列，形成折扇状的结构。n -折叠构象靠相邻肽链主链亚氨基和羰基氧原子之间形成有规则的氢键来维系。 C、-转角 又称U形回折、-转弯或发夹结构。 蛋白质分子的主链在盘曲折叠运行中，往往发生180度的急转弯，这种回折部位的构象，即所谓的-转角。 -转角是由4个连续的氨基酸残基组成的，第一个氨基酸残基的羰基
10、氧原子与第二个氨基酸残基的亚氨基连接来稳定构象。Gly 、 Asp、 Asn和Trp常常出现在-转角中。 3.转角作用力同样是肽键衍生来的氢键但由于只有这一个氢键，只形成转角结构。 O （ 氢 键 ）H C（NHCHCO）2 2N R自由回转没有一定规律的松散的肽链结构作用力弱w维持蛋白质二级结构的作用力是？w肽键衍生而来的氢键w纤维状蛋白只有二级结构，例如毛发与肌肉蛋白 D、无规卷曲 它是多肽主链不规则、多向性地随机盘曲所形成的构象。 球蛋白分子中常见的一种主链构象。 以上是蛋白质的二级结构的主要构象，它们在不同的蛋白质分子中的分布差别很大。螺旋折叠片转角自由回转毛发横切面和毛发-角蛋白的结
11、构2.2.4 纤维状蛋白质的结构 3.2 Collagen胶原蛋白 insoluble fibers that have high tensile strength 25% of total protein weight of human body consisting of three chains of same size (285kd)Collagen in different organismsTissueContentBone88.0Calcaneal tendon86.0Skin71.9Cornea68.1Cartilage46-63Ligament17.0Aorta12-24Li
12、ver3.9 2.2.5 蛋白质的超二级结构和结构域 (super-secondary structure) 是指二级结构的基本结构单位(-螺旋、-折叠等)相互聚集，形成有规则的二级结构的聚集体。 已知的超二级结构有3种基本组合形式 -螺旋的聚集体() -螺旋与-折叠的聚集体() -折叠的聚集体(和) 结构域 在较大的球状蛋白质的分子中，多肽链往往形成几个紧密的球状构象，彼此分开，以松散的肽链相连，此球状构象就是结构域(structural domain)。 Methyl-accepting chemotaxin Highly conservative cytosolic domain Div
13、ergent periplasmic domain serving as a chemosensor Transducing the external singles into the cell 2.2.6 蛋白质分子的三级结构(Tertiary structure) A、球状蛋白质分子的三级结构 球状蛋白质分子的二级结构不是活性分子的结构形式，需要在二级结构的基础上再盘曲折叠形成三级结构。 蛋白质分子的三级结构是指蛋白质分子在一、二级结构的基础上，借助于各种非共价键在三维空间盘曲、折叠成具有特定走向的紧密、近似球状的构象。球状构象给出最低的表面积和体积比，因而使蛋白质与环境的相互作用降到最小
14、，最稳定。蛋白质分子的三级结构包括全部主链、侧链在内的所有原子的空间排部，但不包括肽链间的相互关系一条多肽链内二级结构单元的彼此组合后的固定结构球状分子特有的结构作用力来自侧链基团 球状蛋白质分子三级结构的构象特征(1)三级结构的构象近似球形。(2)分子中的亲水基团大多相对集中在球形分子的表面，疏水基团相对集中在分子内部。(3)三级结构构象的稳定性主要靠疏水的相互作用来维系。(4)三级结构形成后，蛋白质分子的生物活性中心就形成了。在球形分子的表面往往有一个很深的裂隙，活性部位就在其中。三级结构的典型例子是肌红蛋白 Myoglobin (Mb) Located in muscle to supp
15、ly O2 1st protein in high resolution 153 AAs 75% of structure is -helix in 8 regions. the interior almost entirely nonpolar residues 2.2.7蛋白质的四级结构 有些球状蛋白质分子是由两个或两个以上的、具有独立三级结构的肽链单位通过非共价键缔合而成的，这种蛋白质通常称为寡聚蛋白或多体蛋白（multimeric protein）。 寡聚蛋白分子中的每一个三级结构单位称为一个亚基(或亚单位subunit、单体monomer)。 血红蛋白的四级结构Hemoglobin(
16、Hb) O2 transporter in erythrocyte红细胞 2 subunits, 141 AAs 2 subunits, 146 AAs4 subunits are maintained together by 8 pairs of ionic interactions. Each subunit contains one heme血红素 group.The conserved hydrophobic core stabilizes the 3D structure. From primary to quaternary structure 2.2.8 维系蛋白质空间结构的化学键(1) 氢键(hydrogen bond)(2) 离子键(盐键)(Electrostatic interactions)(3) 二硫键(disulfide bond) (4) 配位键(金属键)(metal bond)(5) 疏水相互作用(hydrophobic interaction)(6) 范德华力(van der waals force)氢键-侧链间形成范德华力（分子间作用力，受彼此距离影响
