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1、第五章第五章 蛋白质的三维结构蛋白质的三维结构一、研究蛋白质构象的方法一、研究蛋白质构象的方法二、稳定蛋白质三维结构的作用力二、稳定蛋白质三维结构的作用力三、多肽主链折叠的空间限制三、多肽主链折叠的空间限制四、二级结构：多肽链折叠的规则方式四、二级结构：多肽链折叠的规则方式五、纤维状蛋白质五、纤维状蛋白质六、超二级结构和结构域六、超二级结构和结构域七、球状蛋白质与三级结构七、球状蛋白质与三级结构八、膜蛋白的结构八、膜蛋白的结构九、蛋白质折叠和结构预测九、蛋白质折叠和结构预测十、亚基缔合和四级结构十、亚基缔合和四级结构2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学
2、院一、研究蛋白质构象的方法一、研究蛋白质构象的方法构型和构象构型和构象构型在立体结构中取代原子或基团在空构型在立体结构中取代原子或基团在空构型在立体结构中取代原子或基团在空构型在立体结构中取代原子或基团在空间的取向。涉及共价键的断裂。间的取向。涉及共价键的断裂。间的取向。涉及共价键的断裂。间的取向。涉及共价键的断裂。构象取代基团当单键旋转时可能形成不构象取代基团当单键旋转时可能形成不构象取代基团当单键旋转时可能形成不构象取代基团当单键旋转时可能形成不同的立体结构。不涉及共价键的断裂。同的立体结构。不涉及共价键的断裂。同的立体结构。不涉及共价键的断裂。同的立体结构。不涉及共价键的断裂。l l（一
3、）（一）（一）（一）X X X X射线衍射法射线衍射法射线衍射法射线衍射法l l（二）研究溶液中蛋白质构象的光谱学（二）研究溶液中蛋白质构象的光谱学（二）研究溶液中蛋白质构象的光谱学（二）研究溶液中蛋白质构象的光谱学 方法方法方法方法 如：紫外差光谱、荧光和荧光偏震、圆二如：紫外差光谱、荧光和荧光偏震、圆二如：紫外差光谱、荧光和荧光偏震、圆二如：紫外差光谱、荧光和荧光偏震、圆二色性、核磁共振（色性、核磁共振（色性、核磁共振（色性、核磁共振（NMRNMRNMRNMR）吸收）吸收）吸收）吸收2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院目目前前还还没没有有一一种种
4、工工具具能能够够用用来来直直接接观观察察蛋蛋白白质质分分子子的的原原子子和和基基团团的的排排列列。至至今今研研究究蛋蛋白白质质的的空空间间结结构构所所取取得得的的成成就就主主要要是应用间接的是应用间接的XX射线衍射法射线衍射法取得的。取得的。X X射射线线衍衍射射技技术术与与光光学学显显微微镜镜或或电电子子显显微微镜镜技技术术的的基基本本原原理理是是相似的。相似的。X X射射线线衍衍射射技技术术与与显显微微镜镜技技术术的的主主要要区区别别是是：第第一一，光光源源不不是是可可见见光光而而是是波波长长很很短短的的X X射射线线；其其次次，经经物物体体散散射射后后的的衍衍射射波波，得得到到的的是是一
5、一张张衍衍射射图图案案。衍衍射射图图案案需需要要用用数数学学方方法法进进行行重重组组，绘绘出出电电子子密密度度图图，从从中中构构建建出出三三维维分分子子图图象象分分子子结结构构模模型。型。X X射线衍射法射线衍射法2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院二、稳定蛋白质三维结构的作用力二、稳定蛋白质三维结构的作用力R R R R基团间的相互作用及稳定基团间的相互作用及稳定基团间的相互作用及稳定基团间的相互作用及稳定蛋白质三维构象的作用力蛋白质三维构象的作用力蛋白质三维构象的作用
6、力蛋白质三维构象的作用力a.a.盐键盐键盐键盐键 b.b.氢键氢键氢键氢键 c.c.疏水键疏水键疏水键疏水键 d.d.范得华力范得华力范得华力范得华力 e.e.二硫键二硫键二硫键二硫键2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院共价键与非共价键共价键与非共价键l l蛋白质分子中的蛋白质分子中的共价键共价键有有肽键和二硫键，肽键和二硫键，决定蛋白质分子的化学结构决定蛋白质分子的化学结构（稳定蛋白稳定蛋白质构型的作用力质构型的作用力）。是生物大分子分子。是生物大分子分子之间最强的作用力，化学物质（药物、之间最强的作用力，化学物质（药物、毒物等）可以与生物大分子（
7、受体蛋白毒物等）可以与生物大分子（受体蛋白或核酸）构成共价键。或核酸）构成共价键。l l而而非共价键非共价键（又称为（又称为次级键次级键或分子间力）或分子间力）决定生物大分子和分子复合物的决定生物大分子和分子复合物的高级结高级结构构即即决定构象的作用力决定构象的作用力，在分子识别中，在分子识别中起着关键的作用。起着关键的作用。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院 共价键和次级键共价键和次级键键能对比键能对比l l肽键肽键肽键肽键 l l二硫键二硫键二硫键二硫键l l离子键离子键离子键离子键 l l氢键氢键氢键氢键l l疏水键疏水键疏水键疏水键 l l
8、范德华力范德华力范德华力范德华力 3kcal/mol1kcal/mol1kcal/mol0.1kcal/mol这四种键能远小于共价键，称这四种键能远小于共价键，称次级键次级键提问：次级键微弱但却是提问：次级键微弱但却是维持蛋白质三级结构中主维持蛋白质三级结构中主要的作用力要的作用力,原因何在原因何在?数量巨大数量巨大2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院氢氢键键是是两两个个极极性性基基团团之之间间的的弱弱键键，也也就就是是一一个个偶偶极极(dipole)(dipole)的的带带正正电电荷荷的的一一端端被被另另一一偶偶极极带带负负电电荷荷的的一一端端所所
9、吸吸引引形形成成的的键键。存存在在于于肽肽链链与与肽肽链链之之间间，亦亦存存在在于于同同一一螺螺旋旋肽肽链链之之中中。氢氢键键虽虽然然是是弱弱键键，但但蛋蛋白白质质分分子子中中的的氢氢键键很很多多，故故对对蛋蛋白白质质分分子子的的构构象起着重要的作用。象起着重要的作用。 大大多多数数蛋蛋白白质质采采取取的的折折叠叠策策略略是是使使主主链链肽肽基基之之间间形形成成最最大大数数目目的的分分子子内内氢氢键键（如如-螺螺旋旋、-折折叠叠），同同时时保保持持大大部部分分能能成成氢氢键键的的侧侧链链处处于于蛋蛋白白质质分分子子表表面面，与水相互作用。与水相互作用。方向用键角表示，是方向用键角表示，是指指X
10、HXH与与HYHY之间的之间的夹角，一般为夹角，一般为180180 250250 。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院范德华力范德华力是分子间的吸引力，是分子间的吸引力，这是一种普遍存在的作用力，是这是一种普遍存在的作用力，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。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。（静电引力）它是一种比较弱的、非特异性的作用力。（静电引力） 。 包括包括三种弱的作用力：三种弱的作用力：定向效应定向效应: :极性基团间极性基团间诱导效应诱导效应: :极性与非极性基
11、团极性与非极性基团间间分散效应分散效应: :非极性基团间非极性基团间2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院范德华力范德华力非常依赖原子间的距离，非常依赖原子间的距离，只有当两个非键合只有当两个非键合原子处于一定距离时原子处于一定距离时( (当相互靠近到大约当相互靠近到大约0.40.40.6nm(40.6nm(46A6A ) )时时) )，才能达到最大。才能达到最大。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院疏疏水水键键是是蛋蛋白白质质分分子子中中疏疏水水性性较较强强的的一一些些氨氨基基酸酸( (如如缬缬氨氨酸酸、亮
12、亮氨氨酸酸、异异亮亮氨氨酸酸、苯苯丙丙氨氨酸酸等等) )的的侧侧链链避避开开水水相相自自相相粘粘附附聚聚集集在在一一起起，形形成成孔孔穴穴，对对维维持持蛋蛋白白质质分分子子的的稳稳定定性性起起一一定定作作用。用。 它在维持蛋白质的三级结它在维持蛋白质的三级结构方面占有突出的地位。构方面占有突出的地位。 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院盐健盐健或称离子键，它是正电荷与负电荷之间的一种静电相或称离子键，它是正电荷与负电荷之间的一种静电相互作用。互作用。生生理理pHpH下下，AspAsp、GluGlu侧侧链链解解离离成成负负离离子子，ysys、ArgA
13、rg、HisHis离离解解成成正正离离子子。多多数数情情况况下下，这这些些基基团团分分布布在在球球状状蛋蛋白白质质分分子子的的表表面面，与与水水分分子子形形成成排排列列有有序序的的水水化化层层。偶偶尔有少数带相反电荷的侧链在分子的疏水内部形成盐键。尔有少数带相反电荷的侧链在分子的疏水内部形成盐键。 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院二二硫硫键键为为1 1个个半半胱胱氨氨酸酸的的SHSH基基与与同同链链或或邻邻链链另另1 1个个半半胱胱氨氨酸酸的的SHSH基基氧氧化化连连接接而而成成。在在二二硫硫键键形形成成之之前前，蛋蛋白白质质分分子子已已形形成成
14、三三级级结结构构，二二硫硫键键不不指指导导多多肽肽链链的的折折叠叠，三三级级结结构构形形成后，二硫键可稳定此构象。成后，二硫键可稳定此构象。 主主要要存存在在于于体体外外蛋蛋白白中中，在在细细胞胞内内，由由于于有有高高浓浓度度的的还还原原性物质，所以没有二硫键。性物质，所以没有二硫键。 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院三、多肽主链折叠的空间限制三、多肽主链折叠的空间限制多肽主链上只有多肽主链上只有碳原子连接的两个键（碳原子连接的两个键（C CNN1 1和和C C-C-
15、C2 2）是单键，能自由旋转。）是单键，能自由旋转。 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院l肽键的所有肽键的所有4 4个原子和与之相连的两个个原子和与之相连的两个 C C均在同一平面内均在同一平面内lC=OC=O与与N-HN-H呈反式排列，键长，键角固呈反式排列，键长，键角固定定lC-NC-N具部分双键性质，不能自由旋转具部分双键性质，不能自由旋转 l C C-N-N1 1，C C-C-C2 2单键，可自由旋转单键，可自由旋转（一）酰胺平面与（一）酰胺平面与碳原子的二面角碳原子的二面角2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大
16、学生命科学学院扭角的定义扭角的定义l l由四个原子组成的系统由四个原子组成的系统 A DA D B C B Cl lAB AB 与与CDCD键分别投影在与键分别投影在与BCBC键相正交键相正交的平面上，的平面上， AB AB 与与CDCD间的夹角称为间的夹角称为A A与与D D相对于相对于BCBC键的扭角。也可看作键的扭角。也可看作ABCABC平面平面与与BCDBCD平面之间的夹角，平面之间的夹角，记号为记号为( (A Ai i,B,Bj j,C,Ck k,D,Dl l ) )或略记为或略记为( (B Bj j,C,Ck k ) ) l l量值为量值为180180（顺时针旋转为正）（顺时针旋转
17、为正）2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院环环 绕绕 C CNN键键旋旋转转的的角角度度为为 ；环环 绕绕 C CCC键键旋旋转转的的角角度度称称。多多肽肽链链的的所所有有可可能能构构象象都都能能用用和和这这两两个个构构象象角角来来描描述，述，称二面角。称二面角。 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院当当的旋转键的旋转键N Ni i- -C Ci i两侧两侧的的C Ci-1i-1-N-Ni i和和C Ci i - -C Ci i呈呈顺式时，规定顺式时，规定=0=0。当当的旋转键的旋转键C Ci i - -C
18、 Ci i两两侧的侧的N Ni i- -C Ci i 和和C Ci i -N -Ni+1i+1呈顺式时，规定呈顺式时，规定=0=0。从从从从CiCiCiCi 向向向向NiNiNiNi看，看，看，看，沿沿沿沿顺时针顺时针顺时针顺时针方向方向方向方向旋转旋转旋转旋转CiCiCiCi -Ni-Ni-Ni-Ni键所形成的键所形成的键所形成的键所形成的规规规规定为正值，反时针方向旋转为定为正值，反时针方向旋转为定为正值，反时针方向旋转为定为正值，反时针方向旋转为负值；负值；负值；负值；从从从从CiCiCiCi 向向向向CiCiCiCi看看看看, , , , CiCiCiCi - - - -CiCiCiC
19、i顺时顺时顺时顺时针针针针为（为（为（为（+ + + +）反时针）反时针）反时针）反时针为（为（为（为（- - - -）2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院多肽链折叠的空间限制多肽链折叠的空间限制 和和同同时时为为0 0的的构构象象实实际际不不存存在在，因因为为两两个个相相邻邻肽肽平平面面上上的的酰酰胺胺基基H H原原子子和和羰羰基基0 0原原子子的的接接触触距距离离比比其其范范德德华华半半经经之之和和小小，空空间间位位阻。阻。 因因此此二二面面角角（、）所所决决定定的的构构象象能能否否存存在在，主主要要取取决决于于两两个个相相邻邻肽肽单单位位中中非
20、非键键合合原原子间的接近有无阻碍。子间的接近有无阻碍。 C C上的上的R R基的大小与带电性质影响基的大小与带电性质影响和和。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院RamachandranRamachandran根根据据蛋蛋白白质质中中非非键键合合原原子子间间的的最最小小接接触触距距离离，确确定定了了哪哪些些成成对对二二面面角角（、）所所规规定定的的两两个个相相邻邻肽肽单单位位的的构构象象是是允允许许的的，哪哪些些是是不不允允许许的的，并并且且以以为为横横坐坐标标，以以为为纵纵坐坐标标，在在坐坐标标图图上标出，该坐标图称拉氏构象图。上标出，该坐标图称拉
21、氏构象图。 拉氏构象图拉氏构象图由由于于原原子子基基团团之之间间不不利利的的空空间间相相互互作作用用，肽肽链链构构象象的范围是很有限的。的范围是很有限的。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院可允许的可允许的和和值：值：Ramachandran构象构象图图2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院实线封闭区域实线封闭区域实线封闭区域实线封闭区域一一一一般般般般允允允允许许许许区区区区，非非非非键键键键合合合合原原原原子子子子间间间间的的的的距距距距离离离离大大大大于于于于一一一一般般般般允允允允许许许许距距距距离离
22、离离，此此此此区域内任何二面角确定的构象都是允许的，且构象稳定。区域内任何二面角确定的构象都是允许的，且构象稳定。区域内任何二面角确定的构象都是允许的，且构象稳定。区域内任何二面角确定的构象都是允许的，且构象稳定。虚线封闭区域虚线封闭区域虚线封闭区域虚线封闭区域是是是是最最最最大大大大允允允允许许许许区区区区，非非非非键键键键合合合合原原原原子子子子间间间间的的的的距距距距离离离离介介介介于于于于最最最最小小小小允允允允许许许许距距距距离离离离和和和和一般允许距离之间，立体化学允许，但构象不够稳定。一般允许距离之间，立体化学允许，但构象不够稳定。一般允许距离之间，立体化学允许，但构象不够稳定。
23、一般允许距离之间，立体化学允许，但构象不够稳定。虚线外区域虚线外区域虚线外区域虚线外区域是是是是不不不不允允允允许许许许区区区区，该该该该区区区区域域域域内内内内任任任任何何何何二二二二面面面面角角角角确确确确定定定定的的的的肽肽肽肽链链链链构构构构象象象象，都都都都是是是是不不不不允允允允许许许许的的的的，此此此此构构构构象象象象中中中中非非非非键键键键合合合合原原原原子子子子间间间间距距距距离离离离小小小小于于于于最最最最小小小小允允允允许许许许距距距距离，斥力大，构象极不稳定。离，斥力大，构象极不稳定。离，斥力大，构象极不稳定。离，斥力大，构象极不稳定。对对对对非非非非Gly Gly 氨
24、氨氨氨基基基基酸酸酸酸残残残残基基基基，一一一一般般般般允允允允许许许许区区区区占占占占全全全全平平平平面面面面的的的的7.7%7.7%，最最最最大允许区占全平面大允许区占全平面大允许区占全平面大允许区占全平面20.320.32005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院四、二级结构：多肽链折叠的规则方式四、二级结构：多肽链
25、折叠的规则方式驱使蛋白质折叠的主要动力：驱使蛋白质折叠的主要动力： (1)(1)暴露在溶剂中的疏水基团降低至最少程度。暴露在溶剂中的疏水基团降低至最少程度。 (2)(2)要保持处于伸展状态的多肽链和周围水分子间要保持处于伸展状态的多肽链和周围水分子间形成的氢键相互作用的有利能量状态。形成的氢键相互作用的有利能量状态。 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构(Secondary)(Secondary)是指肽链的主链在是指肽链的主链在空间的排列空间的排列, ,或规则的几何走向、旋转及折叠。它或规则的几何走向、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。只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的
26、氢键。主要有主要有 - -螺旋、螺旋、 - -折叠、折叠、 - -转角、胶原三股螺旋、转角、胶原三股螺旋、3 31010螺旋、螺旋、4.44.41616螺旋、无规螺旋、无规卷曲卷曲。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院1.1.螺旋的结构螺旋的结构 在在螺螺旋旋中中，多多肽肽主主链链按按右右手手或或左左手手方方向向盘盘绕绕，形形成成右右手手螺螺旋旋或或左左手手螺螺旋旋，相相邻邻的的螺螺圈圈之之间间形形成成链链内内氢氢键键，构构成成螺螺旋旋的的每每个个CC都都取取相相同同的二面角的二面角、。 典型的典型的螺旋特征：螺旋特征： 二面角：二面角：=-57,=
27、-48=-57,=-48，是一种右手螺旋；，是一种右手螺旋；每圈螺旋：每圈螺旋：3.63.6个个a.aa.a残基，残基，高度：高度：0.54nm;0.54nm;每个残基绕轴旋转每个残基绕轴旋转100100，沿轴上升，沿轴上升0.15nm0.15nm；氨基酸残基侧链向外；氨基酸残基侧链向外； （一）（一） - -螺旋螺旋 -helix-helix2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院相相邻邻螺螺圈圈之之间间形形成成链链内内氢氢链链，氢氢键键的的取取向向几乎与中心轴平行。几乎与中心轴平行。 肽肽键键上上N-HN-H氢氢与与它它后后面面（N N端端）第第四四
28、个个残残基基上上的的C=0C=0氧氧间间形形成成氢氢键。键。这这种种典典型型的的螺螺旋旋用用3.63.61313表表示示，3.63.6表表示示每每圈圈螺螺旋旋包包括括3.63.6个个残残基基，1313表表示示氢氢键键封封闭闭的的环环包包括括1313个原子。个原子。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2. 2. 螺旋的偶极矩和帽化螺旋的偶极矩和帽化螺螺旋旋中中氢氢键键都都沿沿螺螺旋旋轴轴指指向向同同一一方方向向, ,每每一一肽肽键键具具有有由由N-HN-H和和C=OC=O的极性产生的偶极矩。的极性产生的偶极矩。螺旋本身也是一个偶极矩。螺旋本身也是一个偶
29、极矩。一一个个n n个个残残基基的的典典型型螺螺旋旋含含n-4n-4个个氢氢键键，螺螺旋旋的的头头4 4个个酰酰胺胺氢氢和和最最后后4 4个个羰羰基基氧氧不不参参加加螺螺旋旋氢氢键键的的形形成成。螺螺旋旋末末端端附附近近的的非非极极性性残残基基可可暴暴露露于于溶溶剂剂。蛋蛋白白质质经经常常通通过过螺螺旋旋帽帽化化给给予予补补偿偿。帽帽化化就就是是给给末末端端裸裸露露的的N-HN-H和和C=OC=O提提供供氢氢键键配配偶偶体体，并并折折叠叠蛋蛋白白质质的的其其他他部部分分以以促促成成与与末末端端暴暴露露的的非非极极性性残残基基的疏水作用。的疏水作用。2005-12-252005-12-25上海大
30、学生命科学学院上海大学生命科学学院3. 3. 螺旋的手性螺旋的手性蛋蛋白白质质中中的的螺螺旋旋几几乎乎都都是是右右手手，但但在在嗜嗜热热菌菌蛋蛋白白酶酶中中有有很很短短的的一一段段左左手手螺螺旋旋，由由Asp-Asp-Asn-Gly-GlyAsn-Gly-Gly（226-229226-229）组组成成（+64+64、+42+42）。右手螺旋比左手螺旋稳定。）。右手螺旋比左手螺旋稳定。 由由于于螺螺旋旋结结构构是是一一种种不不对对称称的的分分子子结结构构，因因而而具具有有旋旋光光性性，原原因因：（1 1）碳碳原原子子的的不不对对称称性性，（2 2）构构象象本本身身的的不不对对称称性性。天天然然螺
31、螺旋旋能能引引起起偏偏振振光光右右旋旋，利利用用螺螺旋旋的的旋旋光光性性，可可测测定定蛋蛋白白质质或或多多肽肽中中螺螺旋旋的的相相对对含含量量，也也可可用用于于研研究究影影响响螺旋与无规卷曲这两种构象之间互变的因素。螺旋与无规卷曲这两种构象之间互变的因素。 螺螺旋旋的的比比旋旋不不等等于于构构成成其其本本身身的的氨氨基基酸酸比比旋旋的的加加和和，而而无无规卷曲的肽链比旋则等于所有氨基酸比旋的加和。规卷曲的肽链比旋则等于所有氨基酸比旋的加和。 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院螺螺旋旋（包包括括其其它它二二级级结结构构）形形成成中中的的协协同同性性：
32、一一旦旦形形成成一一圈圈螺旋后，随后逐个残基的加入就会变的更加容易而迅速。螺旋后，随后逐个残基的加入就会变的更加容易而迅速。 4. 4. 影响影响螺旋形成的因素螺旋形成的因素R R侧侧链链的的大大小小和和带带电电性性决决定定了了能能否否形形成成螺螺旋旋以以及及形形成成的的螺旋的稳定性：螺旋的稳定性： 多多肽肽链链上上连连续续出出现现带带同同种种电电荷荷基基团团的的氨氨基基酸酸残残基基,(,(如如LysLys，或或AspAsp，或或GluGlu) )，则则由由于于静静电电排排斥斥，不不能能形形成成链链内内氢氢键键，从从而而不不能能形形成成稳稳定定的的螺螺旋旋。如如多多聚聚LysLys、多多聚聚G
33、luGlu。而而当当这这些残基分散存在时，不影响些残基分散存在时，不影响螺旋稳定。螺旋稳定。GlyGly的的角角和和角角可可取取较较大大范范围围，在在肽肽中中连连续续存存在在时时，使使形形成成螺螺旋旋所所需需的的二二面面角角的的机机率率很很小小，不不易易形形成成螺螺旋旋。丝心蛋白含丝心蛋白含50%Gly50%Gly，不形成，不形成螺旋。螺旋。 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院RR基大（如基大（如IleIle）不易形成）不易形成螺旋螺旋 ProProProPro中止中止螺旋。螺旋。RR基较小，且不带电荷的氨基酸利于基较小，且不带电荷的氨基酸利于螺旋
34、的形成。如多螺旋的形成。如多聚丙氨酸在聚丙氨酸在pH7pH7的水溶液中自发卷曲成的水溶液中自发卷曲成螺旋。螺旋。 5.5.其他类型的螺旋其他类型的螺旋3 31010螺旋（螺旋（n=3n=3，=-49,=-26=-49,=-26）螺旋（螺旋（4.44.41616螺旋）螺旋）2 27 7二重带二重带2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院 - -螺旋螺旋2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（二）（二）折叠片折叠片两两条条或或多多条条几几乎乎完完全全伸伸展展的的多多肽肽链链（或或同同一一肽肽链链的的不不同同肽肽段段）
35、侧侧向向聚聚集集在在一一起起，相相邻邻肽肽链链主主链链上上的的NHNH和和C=0C=0之之间间形形成成氢氢键键，这这样样的的多多肽肽构构象象就就是是-折折叠叠片。片。-折折叠叠中中所所有有的的肽肽链链都都参参于于链链间间氢氢键键的的形形成成，氢氢键与肽链的长轴接近垂直。键与肽链的长轴接近垂直。多肽主链呈锯齿状折叠构象，多肽主链呈锯齿状折叠构象，侧链侧链R R基交替地分布在片层平面的两侧。基交替地分布在片层平面的两侧。 -pleated sheet-pleated sheet2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上
36、海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院 蛋白质的-折迭反平行折叠平行折叠2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院平行式：所有参与平行式：所有参与折叠的肽链的折叠的肽链的N N端在同一方向。端在同一方向。 =-119=+113=-119=+1
37、13。反平行式：肽链的极性一顺一倒，反平行式：肽链的极性一顺一倒，N N端间隔相同。端间隔相同。 =-139=+135=-139=+135。从从能能量量上上看看，反反平平折折叠叠比比平平行行的的更更稳稳定定，前前者者的的氢氢键键NH-ONH-O几乎在一条直线上，此时氢键最强。几乎在一条直线上，此时氢键最强。在在纤纤维维状状蛋蛋白白质质中中折折叠叠主主要要是是反反平平行行式式，而而在在球球状状蛋蛋白白质质中中反平行和平行两种方式都存在。反平行和平行两种方式都存在。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院在在纤维状蛋白质纤维状蛋白质的的折叠中，氢键主要是在肽
38、链之间形式，而折叠中，氢键主要是在肽链之间形式，而在在球状蛋白质球状蛋白质中，中，折叠既可在不同肽链间形成，也可在同一折叠既可在不同肽链间形成，也可在同一肽链的不同部分间形成。肽链的不同部分间形成。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（三）（三）-转角（转角（-turn-turn） -转转角角也也称称-回回折折（reverseturnreverseturn）、-弯弯 曲曲 （ -bend-bend） 、 发发 夹夹 结结 构构 （ hair-hair-pinstructurepinstructure）-转转角角是是球球状状蛋蛋白白质质分分子子中中出出
39、现现的的180180回回折折，有有人人称称之之为为发发夹夹结结构构，由由第第一一个个a.aa.a残残基基的的C=OC=O与第四个氨基酸残基的与第四个氨基酸残基的N-HN-H间形成氢键。间形成氢键。目目前前发发现现的的转转角角多多数数在在球球状状蛋蛋白白质质分分子子表表面面，转转角角在在球球状状蛋蛋白白质质中中含含量量十十分分丰丰富富，占占全全部部残基的残基的1/41/4。 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院转角的特征：转角的特征：（这类结构主要存在于球状蛋白分子中）这类
40、结构主要存在于球状蛋白分子中）由多肽链上由多肽链上4 4个连续的氨基酸残基组成。个连续的氨基酸残基组成。主链骨架以主链骨架以180180返回折叠。返回折叠。第一个第一个a.aa.a残基的残基的C=OC=O与第四个与第四个a.aa.a残基的残基的N-HN-H生成氢键。生成氢键。CC11与与C C44之间距离小于之间距离小于0.7nm0.7nm多数由亲水氨基酸残基组成。多数由亲水氨基酸残基组成。 GlyGly缺少侧链，在缺少侧链，在转角中能很好地调整其他氨基酸残基转角中能很好地调整其他氨基酸残基的空间阻碍；的空间阻碍；ProPro具有环状结构和固定的具有环状结构和固定的角，在一定程角，在一定程度上
41、迫使度上迫使转角的形成。转角的形成。 - -转角的极限形式即为转角的极限形式即为3 31010螺旋螺旋2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（四）（四）无规卷曲无规卷曲 没有规律的多肽链主链骨架构象。没有规律的多肽链主链骨架构象。 细胞色素细胞色素c的三级结构的三级结构球球状状蛋蛋白白中中含含量量较较高高，对对外外界界理理化因子敏感，与生物活性有关。化因子敏感，与生物活性有关。 -螺螺旋旋，-转转角角，-折折叠叠在在拉拉氏氏图图上上有有固固定定位位置置，而而无无规规卷卷曲曲的的、二二面面角角可可存存在在于于所有允许区域内。所有允许区域内。 2005-1
42、2-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院五、纤维状蛋白质五、纤维状蛋白质纤纤维维状状蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸序序列列很很有有规规律律，它它们们形形成成比比较较单单一一的的、有有规规律律的的二二级级结结构构，结结果果整整个个分分子子形形成成有有规规律律的的线线形形结结构构，呈呈现现纤纤维维状状或或细细棒棒状状，分分子子轴轴比比（轴轴比比：长长轴轴/ /短短轴轴）大大于于1010，轴比小于，轴比小于1010的是球状蛋白质。的是球状蛋白质。 广广泛泛分分布布于于脊脊椎椎和和无无脊脊椎椎动动物物体体内内，占占脊脊椎椎动动物物体体内内蛋蛋白白质质总量的总量的50%50%以
43、上，起支架和保护作用。以上，起支架和保护作用。 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院纤维状蛋白质的类型纤维状蛋白质的类型l l 纤维状蛋白质可分为纤维状蛋白质可分为不溶性不溶性( (硬蛋白硬蛋白) )和和可溶性可溶性二类，二类，前者前者有角蛋白有角蛋白（- -角蛋白角蛋白特征富含胱氨酸、特征富含胱氨酸、- -角蛋白特征不含胱角蛋白特征不含胱氨酸或半胱氨酸）氨酸或半胱氨酸）、胶原蛋白和弹性蛋、胶原蛋白和弹性蛋白等；白等；后者后者有肌球蛋白和纤维蛋白原等，有肌球蛋白和纤维蛋白原等，但不包括微管但不包括微管(microtubule)(microtubule
44、)、肌动蛋白肌动蛋白细丝细丝( (actinactin filament) filament)或鞭毛或鞭毛( ( flagella)flagella)，它们是球状蛋白质的长向聚它们是球状蛋白质的长向聚集体集体(aggregate)(aggregate)。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（一）（一）-角蛋白角蛋白 原纤维原纤维 细胞细胞 -螺旋螺旋角质层（鳞状细胞）角质层（鳞状细胞） 微纤维微纤维 微纤维微纤维 大纤维大纤维主主要要由由-螺螺旋旋结结构构组组成成，三三股股右右手手-螺螺旋旋向向左左缠缠绕绕形形成成原原纤纤维维，原原纤纤维维排排列列成
45、成“9+2”9+2”的的电电缆缆式式结结构构称称微微纤纤维维，成成百百根根微微纤维结合成大纤维纤维结合成大纤维 结构稳定性由二硫键保证，结构稳定性由二硫键保证，-角蛋白在角蛋白在湿热条件下可伸展转变成湿热条件下可伸展转变成-构象，构象，CysCys含含量较高。量较高。 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院l l电子显微镜下的人体头发电子显微镜下的人体头发电子显微镜下的人体头发电子显微镜下的人体头发2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学
46、学院卷发卷发( (烫发烫发) )的生物化学基础的生物化学基础l l永永永永 久久久久 性性性性 卷卷卷卷 发发发发 ( ( ( (烫烫烫烫 发发发发 ) ) ) )是是是是 一一一一 项项项项 生生生生 物物物物 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程(biochemical (biochemical (biochemical (biochemical engineering),engineering),engineering),engineering), 角角角角蛋蛋蛋蛋白白白白在在在在湿湿湿湿热热热热条条条条件件件件下下下下可可可可以以以以伸伸伸伸展展展展转转转转变变变变为为为为 构构构构
47、象象象象，但但但但在在在在冷冷冷冷却却却却干干干干燥时又可自发地恢复原状。燥时又可自发地恢复原状。燥时又可自发地恢复原状。燥时又可自发地恢复原状。l l这这这这是是是是因因因因为为为为 角角角角蛋蛋蛋蛋白白白白的的的的侧侧侧侧链链链链R R R R基基基基一一一一般般般般都都都都比比比比较较较较大大大大，不不不不适适适适于于于于处处处处在在在在 构构构构象象象象状状状状态态态态，此此此此外外外外 角角角角蛋蛋蛋蛋白白白白中中中中的的的的螺螺螺螺旋旋旋旋多多多多肽肽肽肽链链链链间间间间有有有有着着着着很很很很多多多多的的的的二二二二硫硫硫硫键键键键交交交交联联联联，这这这这些些些些交交交交联联联
48、联键键键键也也也也是是是是当当当当外外外外力力力力解解解解除除除除后后后后使使使使肽肽肽肽链链链链恢恢恢恢复复复复原原原原状状状状( ( ( ( 螺螺螺螺旋旋旋旋构构构构象象象象) ) ) )的的的的重重重重要要要要力力力力量量量量。这这这这就就就就是是是是卷卷卷卷发发发发行行行行业业业业的的的的生生生生化化化化基基基基础。础。础。础。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院角蛋角蛋白分白分子中子中的二的二硫键硫键2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上
49、海大学生命科学学院n丝心蛋白丝心蛋白(fibroin)(fibroin)：这是蚕丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。丝这是蚕丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。丝心蛋白具有抗张强度高，质地柔软的特性，但不能拉伸。丝心蛋白具有抗张强度高，质地柔软的特性，但不能拉伸。丝心蛋白是典型的心蛋白是典型的反平行式反平行式 - -折叠片折叠片，多肽链取锯齿状折叠构，多肽链取锯齿状折叠构象。象。（二）（二）折叠片蛋白折叠片蛋白2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院 A.堆积的堆积的 -折叠片的三维结构折叠片的三维结构丝心蛋白含大量的丝心蛋白含大量的GlyGly、AlaAla、SerSer，以
50、，以-折叠结构为主。折叠结构为主。 丝丝心心蛋蛋白白取取片片层层结结构构，即即反反平平行行式式-折折叠叠片片以以平平行行的的方方式式堆堆积积成成多多层层结结构构。链链间间主主要要以以氢氢键键连连接接，层层间间主主要要靠范德华力维系。靠范德华力维系。 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院 B.交替层中的交替层中的Ala(或或Ser)残基残基和和Gly残基残基侧链侧链(H原子原子)的的连锁连锁l l丝蛋白是由伸展的肽链沿纤维轴平行排列成反向丝蛋白是由伸展的肽链沿纤维轴平行排列成反向丝蛋白是由伸展的肽链沿纤维轴平行排列成反向丝蛋白是由伸展的肽链沿纤维轴平行
51、排列成反向 - - - -折折折折叠结构。分子中不含叠结构。分子中不含叠结构。分子中不含叠结构。分子中不含 - - - -螺旋。丝蛋白的肽链通常是由螺旋。丝蛋白的肽链通常是由螺旋。丝蛋白的肽链通常是由螺旋。丝蛋白的肽链通常是由多个六肽单元重复而成。这六肽的氨基酸顺序为：多个六肽单元重复而成。这六肽的氨基酸顺序为：多个六肽单元重复而成。这六肽的氨基酸顺序为：多个六肽单元重复而成。这六肽的氨基酸顺序为：l l - - - -（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-AlaGly-Ser-Gly-Ala-Gly-AlaGly-Ser-Gly-Ala-Gly-AlaGly-Ser-Gly-Ala-Gl
52、y-Ala）n n n n- - - -2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（三）胶原蛋白（三）胶原蛋白2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院胶原蛋白胶原蛋白一种三股螺旋一种三股螺旋l l胶原蛋白或称胶原胶原蛋白或称胶原胶原蛋白或称胶原胶原蛋白或称胶原(collagen)(collagen)(collagen)(collagen)是很多脊椎动物和无是很多脊椎动物和无是很多脊椎动物和无是很多脊椎动物和无脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质，它也属于结构脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质，它也属于结构脊椎动物体内含量最丰富
53、的蛋白质，它也属于结构脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质，它也属于结构蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。胶蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。胶蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。胶蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。胶原蛋白至少包括四种类型，称胶原蛋白原蛋白至少包括四种类型，称胶原蛋白原蛋白至少包括四种类型，称胶原蛋白原蛋白至少包括四种类型，称胶原蛋白I I I I、H H H H、HIHIHIHI和和和和IVIVIVIV（至（至（至（至）。下面主要讨论胶原蛋白）。下面主要讨论胶原蛋白）。下面主要讨论胶原蛋白）。下面主要讨论胶原蛋白I I I I。l l腱的胶原纤维具有
54、很高的抗张强度腱的胶原纤维具有很高的抗张强度腱的胶原纤维具有很高的抗张强度腱的胶原纤维具有很高的抗张强度(tensile (tensile (tensile (tensile strength)strength)strength)strength)，约为约为约为约为20-30kg20-30kg20-30kg20-30kgmm2mm2mm2mm2， 相当于相当于相当于相当于12121212号冷号冷号冷号冷拉钢丝的拉力。拉钢丝的拉力。拉钢丝的拉力。拉钢丝的拉力。l l骨铬中的胶原纤维为骨骼提供骨铬中的胶原纤维为骨骼提供骨铬中的胶原纤维为骨骼提供骨铬中的胶原纤维为骨骼提供基质基质基质基质，在它的周围
55、排，在它的周围排，在它的周围排，在它的周围排列着羟基磷灰石列着羟基磷灰石列着羟基磷灰石列着羟基磷灰石( ( ( (hydroxyapatitehydroxyapatitehydroxyapatitehydroxyapatite)磷酸钙聚合物磷酸钙聚合物磷酸钙聚合物磷酸钙聚合物Ca10(PO4)6(OH)2Ca10(PO4)6(OH)2Ca10(PO4)6(OH)2Ca10(PO4)6(OH)2结晶。脊椎动物的皮肤含有编织结晶。脊椎动物的皮肤含有编织结晶。脊椎动物的皮肤含有编织结晶。脊椎动物的皮肤含有编织比较疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含比较疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含比较
56、疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含比较疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含有胶原纤维。有胶原纤维。有胶原纤维。有胶原纤维。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院l l胶原蛋白在体内以胶原纤维的形式存在。其基本组胶原蛋白在体内以胶原纤维的形式存在。其基本组胶原蛋白在体内以胶原纤维的形式存在。其基本组胶原蛋白在体内以胶原纤维的形式存在。其基本组成单位是成单位是成单位是成单位是原胶原蛋白分子原胶原蛋白分子原胶原蛋白分子原胶原蛋白分子( ( ( (tropocollagentropocollagen) ) ) )，长度长度长度长度为为为为280nm2
57、80nm280nm280nm，直径为直径为直径为直径为1.5nm1.5nm1.5nm1.5nm，分子量为分子量为分子量为分子量为300000300000300000300000。l l原胶原蛋白分子原胶原蛋白分子原胶原蛋白分子原胶原蛋白分子经多级聚合形成胶原纤维。在电子经多级聚合形成胶原纤维。在电子经多级聚合形成胶原纤维。在电子经多级聚合形成胶原纤维。在电子显微镜下，胶原纤维呈现特有的横纹区带，区带间显微镜下，胶原纤维呈现特有的横纹区带，区带间显微镜下，胶原纤维呈现特有的横纹区带，区带间显微镜下，胶原纤维呈现特有的横纹区带，区带间距为距为距为距为60-7060-7060-7060-70nmnm
58、nmnm，其大小取决于胶原的类型和生物来其大小取决于胶原的类型和生物来其大小取决于胶原的类型和生物来其大小取决于胶原的类型和生物来源；源；源；源；l l原胶原蛋白分子原胶原蛋白分子原胶原蛋白分子原胶原蛋白分子在胶原纤维中都是有规则地按四分在胶原纤维中都是有规则地按四分在胶原纤维中都是有规则地按四分在胶原纤维中都是有规则地按四分之一错位，首尾相接，并行排列组成纤维束。之一错位，首尾相接，并行排列组成纤维束。之一错位，首尾相接，并行排列组成纤维束。之一错位，首尾相接，并行排列组成纤维束。l l由于原胶原肽链上残基所带电荷不同，因而电子密由于原胶原肽链上残基所带电荷不同，因而电子密由于原胶原肽链上残
59、基所带电荷不同，因而电子密由于原胶原肽链上残基所带电荷不同，因而电子密度不同，这样通过度不同，这样通过度不同，这样通过度不同，这样通过1 1 1 14 4 4 4错位排列便形成间隔一定的错位排列便形成间隔一定的错位排列便形成间隔一定的错位排列便形成间隔一定的（大约（大约（大约（大约70nm)70nm)70nm)70nm)电子密度区域，而呈现模纹区带。电子密度区域，而呈现模纹区带。电子密度区域，而呈现模纹区带。电子密度区域，而呈现模纹区带。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院 原胶原蛋白分子中的原胶原蛋白分子中的 单链（左手螺旋）单链（左手螺旋） 一股
60、原胶原蛋白分子一股原胶原蛋白分子胶原纤维胶原纤维原胶原蛋白的头原胶原蛋白的头2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院l l原胶原蛋白分子即原胶原蛋白分子即原胶原蛋白分子即原胶原蛋白分子即胶原蛋白的二级结构是由三条胶原蛋白的二级结构是由三条胶原蛋白的二级结构是由三条胶原蛋白的二级结构是由三条肽链组成的肽链组成的肽链组成的肽链组成的三股螺旋三股螺旋三股螺旋三股螺旋，这是，这是，这是，这是种种种种右手超螺旋右手超螺旋右手超螺旋右手超螺旋结构。结构。结构。结构。螺距为螺距为螺距为螺距为8.6nm8.6nm8.6nm8.6nm，每圈每股包含每圈每股包含每圈每股包含
61、每圈每股包含30303030个残基。个残基。个残基。个残基。l l其中每一股螺旋又是一种特殊的其中每一股螺旋又是一种特殊的其中每一股螺旋又是一种特殊的其中每一股螺旋又是一种特殊的左手螺旋左手螺旋左手螺旋左手螺旋，螺距，螺距，螺距，螺距为为为为0.95nm0.95nm0.95nm0.95nm，每一螺圈含每一螺圈含每一螺圈含每一螺圈含3.33.33.33.3个残基个残基个残基个残基, , , ,每一残基沿轴每一残基沿轴每一残基沿轴每一残基沿轴向的距离为向的距离为向的距离为向的距离为0.29nm0.29nm0.29nm0.29nm。l l胶原三股螺旋胶原三股螺旋胶原三股螺旋胶原三股螺旋只存在于胶原纤
62、维中。至今没有在只存在于胶原纤维中。至今没有在只存在于胶原纤维中。至今没有在只存在于胶原纤维中。至今没有在球状蛋白质中发现，球状蛋白质中发现，球状蛋白质中发现，球状蛋白质中发现，二面角（二面角（二面角（二面角（、）值基本上）值基本上）值基本上）值基本上分布在分布在分布在分布在-60-60度和度和度和度和+140+140度度度度。l l组成组成组成组成原胶原蛋白分子原胶原蛋白分子原胶原蛋白分子原胶原蛋白分子的的的的 肽肽肽肽至少有五种，至少有五种，至少有五种，至少有五种， l l l l(I)(I)(I)(I)， l l l l(II)(II)(II)(II)， l l l l(III)(III
63、)(III)(III)， 1 1 1 1(IV)(IV)(IV)(IV)和和和和 2 2 2 2。胶原蛋白。胶原蛋白。胶原蛋白。胶原蛋白I I I I是由是由是由是由两条两条两条两条 1 1 1 1(I)(I)(I)(I)和一条和一条和一条和一条 2 2 2 2组合而成的三螺旋，组合而成的三螺旋，组合而成的三螺旋，组合而成的三螺旋， 1 1 1 1(I)(I)(I)(I)2 2 2 2 2 2 2 2 。这五种肽链氨基酸顺序不同，它。这五种肽链氨基酸顺序不同，它。这五种肽链氨基酸顺序不同，它。这五种肽链氨基酸顺序不同，它们的分子量介于们的分子量介于们的分子量介于们的分子量介于950009500
64、09500095000到到到到100000100000100000100000之间，含之间，含之间，含之间，含1000100010001000个个个个残基左右残基左右残基左右残基左右. . . .2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院l l一级结构分析表明一级结构分析表明， 肽链肽链肽链肽链的的的的96%96%96%96%都是按三联都是按三联都是按三联都是按三联体的重复顺序：体的重复顺序：体的重复顺序：体的重复顺序：(g1yx(g1yx(g1yx(g1yxy)ny)ny)ny)n排列而成。排列而成。排列而成。排列而成。GlyGlyGlyGly数目占残基
65、总数的三分之一数目占残基总数的三分之一数目占残基总数的三分之一数目占残基总数的三分之一x x x x常为常为常为常为ProProProPro，y y y y常为常为常为常为HproHproHproHpro( ( ( (羟脯氨酸羟脯氨酸羟脯氨酸羟脯氨酸) ) ) )和和和和HlysHlysHlysHlys（羟赖氨酸）。（羟赖氨酸）。（羟赖氨酸）。（羟赖氨酸）。l l稳定原胶原三螺旋的力稳定原胶原三螺旋的力，要求：三联体的要求：三联体的每第三个位置必须是每第三个位置必须是GlyGly 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院胶原纤维中的胶原纤维中的交联结构交
66、联结构吡啶啉吡啶啉pridinnoline2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院 （a）胶原纤维的分子结构与形成过程胶原纤维的分子结构与形成过程()；（b）胶原纤维的电镜照片胶原纤维的电镜照片 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（四）弹性蛋白（四）弹性蛋白(elastin)弹弹弹弹性性性性蛋蛋蛋蛋白白白白是是是是弹弹弹弹性性性性纤纤纤纤维维维维的的的的主主主主要要要要成成成成分分分分；主主主主要要要要存存存存在在在在于于于于脉脉脉脉管管管管壁壁壁壁及及及及肺。肺。肺。肺。弹弹弹弹性性性性纤纤纤纤维维维维与与
67、与与胶胶胶胶原原原原纤纤纤纤维维维维共共共共同同同同存存存存在在在在, ,分分分分别别别别赋赋赋赋予予予予组组组组织织织织以以以以弹弹弹弹性性性性及及及及抗张性。抗张性。抗张性。抗张性。弹弹弹弹性性性性蛋蛋蛋蛋白白白白是是是是高高高高度度度度疏疏疏疏水水水水的的的的非非非非糖糖糖糖基基基基化化化化蛋蛋蛋蛋白白白白，具具具具有有有有两两两两个个个个明明明明显显显显的的的的特征特征特征特征: :构象呈无规则卷曲状态构象呈无规则卷曲状态构象呈无规则卷曲状态构象呈无规则卷曲状态; ;通通通通过过过过LysLys残残残残基基基基相相相相互互互互交交交交连连连连成成成成网状结构。网状结构。网状结构。网状结
68、构。 ElastinElastin is a polymeric, is a polymeric, crosslinkedcrosslinked protein that confers elasticity to protein that confers elasticity to lung-tissue lung-tissue 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院与胶原蛋白的区别：与胶原蛋白的区别：弹性蛋白只有一个基因，而胶原蛋白每个亚基弹性蛋白只有一个基因，而胶原蛋白每个亚基都有自己的基因；都有自己的基因；弹性蛋白不含弹性蛋白不含HLysHLy
69、s、不被糖基化，而胶原蛋白、不被糖基化，而胶原蛋白是一种糖蛋白。是一种糖蛋白。弹性蛋白无弹性蛋白无Gly-x-yGly-x-y序列，故不能形成胶原蛋白序列，故不能形成胶原蛋白那样的超螺旋。那样的超螺旋。 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（五）肌球蛋白和肌动蛋白（五）肌球蛋白和肌动蛋白2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院肌肉的构成肌肉的构成l l 骨骼肌以及很多非肌肉细胞含有两种形骨骼肌以及很多非肌肉细胞含有两种形成特有的成特
70、有的纤维状或丝状纤维状或丝状结构的蛋白质：结构的蛋白质：肌球蛋白和肌动蛋白肌球蛋白和肌动蛋白actinactin 。按生物功按生物功能来说它们能来说它们不是不是基本的基本的结构蛋白质结构蛋白质，它，它们参与需能的收缩活动。们参与需能的收缩活动。l肌球蛋白肌球蛋白myosinmyosin是一种很长的捧状分子，是一种很长的捧状分子，有两条彼此缠绕的有两条彼此缠绕的“螺旋肽链的尾巴螺旋肽链的尾巴和一个复杂的和一个复杂的“头头”。它的总分子量为。它的总分子量为450000450000，约，约160nm160nm长，实际上含有六条肽长，实际上含有六条肽链。链。2005-12-252005-12-25上海
71、大学生命科学学院上海大学生命科学学院l l长尾巴长尾巴是由二条分子量各为是由二条分子量各为230,000230,000的肽的肽链组成，这两条肽链称为重链链组成，这两条肽链称为重链(heavy (heavy chain Hchain H链链) )。重链具有柔软的可转动铰。重链具有柔软的可转动铰链（有一铰链区，在颈部）。链（有一铰链区，在颈部）。l l头是球形的头是球形的，含有重链的，含有重链的N-N-末端和四条末端和四条轻链轻链(light chain(light chain，L L链链) )，其中两条称，其中两条称作作L2L2，分子量为，分子量为18,00018,000，另外两条称为，另外两条
72、称为LlLl和和L3,L3,分子量分别为分子量分别为16,00016,000和和25,00025,000。l l肌球蛋白分子的头部具有酶活性，肌球蛋白分子的头部具有酶活性，催化催化ATPATP水解成水解成ADPADP和磷酸，并释放能量。许和磷酸，并释放能量。许多肌球蛋白分子装配在一起形成骨骼肌多肌球蛋白分子装配在一起形成骨骼肌的粗丝的粗丝(thick filament)(thick filament)。肌球蛋白也。肌球蛋白也存在于非肌肉细胞内。存在于非肌肉细胞内。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院 在骨骼肌中与粗丝紧密缔合在一起的是细丝在骨骼肌中与
73、粗丝紧密缔合在一起的是细丝在骨骼肌中与粗丝紧密缔合在一起的是细丝在骨骼肌中与粗丝紧密缔合在一起的是细丝(thin (thin (thin (thin filament)filament)filament)filament)，它由肌动蛋白组成。肌动蛋白以两种形式存在，它由肌动蛋白组成。肌动蛋白以两种形式存在，它由肌动蛋白组成。肌动蛋白以两种形式存在，它由肌动蛋白组成。肌动蛋白以两种形式存在，球状肌动蛋白球状肌动蛋白球状肌动蛋白球状肌动蛋白(G(G(G(G肌动蛋白肌动蛋白肌动蛋白肌动蛋白) ) ) )和纤维状肌动蛋白和纤维状肌动蛋白和纤维状肌动蛋白和纤维状肌动蛋白(F(F(F(F肌动蛋肌动蛋肌动蛋
74、肌动蛋白白白白) ) ) )。纤维状肌动蛋白实际上是一根由。纤维状肌动蛋白实际上是一根由。纤维状肌动蛋白实际上是一根由。纤维状肌动蛋白实际上是一根由GGGG肌动蛋白分子肌动蛋白分子肌动蛋白分子肌动蛋白分子( ( ( (分分分分子量为子量为子量为子量为46000)46000)46000)46000)缔合而成的细丝。两根缔合而成的细丝。两根缔合而成的细丝。两根缔合而成的细丝。两根FFFF肌动蛋白细丝彼此肌动蛋白细丝彼此肌动蛋白细丝彼此肌动蛋白细丝彼此卷曲形成双股绳索结构。卷曲形成双股绳索结构。卷曲形成双股绳索结构。卷曲形成双股绳索结构。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上
75、海大学生命科学学院肌肉收缩过程肌肉收缩过程2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院六、超二级结构和结构域六、超二级结构和结构域在蛋白质分子中，特别是球状蛋白质中，由若干相邻的二在蛋白质分子中，特别是球状蛋白质中，由若干相邻的二级结构单元（即级结构单元（即螺旋、螺旋、折叠片和折叠片和转角等）彼转角等）彼此相互作用组合在一起，形成有规则、在空间上能辨认的此相互作用组合在一起，形成有规则、在空间上能辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件单元，二级结构组合体，充当三级结构的构件单元，称超二级结称超二级结构。构。（一）超二级结构（一）超二级结构已已知知的的超超二
76、二级级结结构构有有3 3种种基基本本组组合合形形式式：、（包括（包括xx ）、）、。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院超二级结构类型超二级结构类型XX-链链结结构构（复复绕绕-螺螺旋旋）：由由两两股股或或三三股股右右手手-螺螺旋旋彼彼此此缠缠绕绕而而成成的左手超螺旋，重复距离的左手超螺旋，重复距离140A140A。xx结结构构 （平平行行）：两两段段平平行行式式的的-链链（或或单单股股的的-折折叠叠）通通过过一段连接链（一段连接链（x x结构）连接而形成的超二级结构。结构）连接而形成的超二级结构。 结结构构（平平行行）：最最常常见见的的是是，称称R
77、ossmannRossmann折折叠叠，存存在于苹果酸脱氢酶，乳酸脱氢酶中。在于苹果酸脱氢酶，乳酸脱氢酶中。结构（反平行）：实际上就是结构（反平行）：实际上就是的反平行折叠片。的反平行折叠片。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院回形拓扑结构回形拓扑结构 - -迂回迂回超二级结构类型超二级结构类型结构包括：结构包括：曲折：曲折：紧凑的转角构成紧凑的转角构成希腊钥匙结构：希腊钥匙结构：折叠的花式折叠的花式2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院一些已知功能的一些已知功能的超二级结构超二级结构: :2005-12-2
78、52005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院锌指锌指（Zine Finger）基元基元Zn2+PheHisHisArgCysCysLeu锌指基元中锌指基元中Cys和和His残残基构成结合锌的位点基构成结合锌的位点锌指与锌指与DNA的作用的作用2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院亮氨酸拉链亮氨酸拉链（leucine zipper）基元基元（亮氨酸拉链蛋白结合在一个回文的靶（亮氨酸拉链蛋白结合在一个回文的靶DNA序列上的模式图）序列上的模式图）回文的靶回文的
79、靶DNA序列序列亮氨酸拉亮氨酸拉链蛋白链蛋白2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院螺旋区螺旋区螺旋区螺旋区- -环环环环- -螺旋（螺旋（螺旋（螺旋（HLHHLH）和和和和DNADNA的相互作用的相互作用的相互作用的相互作用HLH同源二聚体同源二聚体螺旋螺旋螺旋螺旋环环2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院螺旋转角螺旋（螺旋转角螺旋（helix-turn-helix）2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（二）结构域（二）结构域（sructural domain）在在二
80、二级级结结构构及及超超二二级级结结构构的的基基础础上上，多多肽肽链链进进一一步步卷卷曲曲折折叠叠，组装成几个相对独立、近似球形的三维实体。组装成几个相对独立、近似球形的三维实体。结结构构域域是是球球状状蛋蛋白白的的折折叠叠单单位位，多多肽肽链链折折叠叠的的最最后后一一步步是是结结构构域域间间的的缔缔合合。 现现在在, ,结结构构域域的的概概念念有有三三种种不不同同而而又又相相互互联联系系的的涵涵义义: :即即独独立立的的结结构构单单位位、独独立立的的功功能能单单位位和和独独立立的的折折叠叠单位。单位。类类型型： - -螺螺旋旋域域； - -折折叠叠域域； +域域； 无无规规则则卷曲卷曲+-+-
81、回折域；无规则卷曲回折域；无规则卷曲+ -+ -螺旋结构域螺旋结构域对于较小的蛋白质分子或亚基来说，结构域和三级结构往往对于较小的蛋白质分子或亚基来说，结构域和三级结构往往是一个意思，就是说这些蛋白质是单结构域的。是一个意思，就是说这些蛋白质是单结构域的。 每每个个结结构构域域承承担担一一定定的的生生物物学学功功能能，几几个个结结构构域域协协同同作作用用，可体现出蛋白质的总体功能。可体现出蛋白质的总体功能。 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院七、球状蛋白质与三级结构七、球状蛋白质与三级结构三三级级结结构构（ tertiary tertiary st
82、ructure structure ）是是指指球球状状蛋蛋白白质质的的多多肽肽链链在在二二级级结结构构的的基基础础上上，通通过过侧侧链链基基团团的的相相互互作作用用进进一一步步卷卷曲曲折折叠叠，借借助助次次级级键键维维系系使使-螺螺旋旋、-折折叠叠、-转转角角和和无无规规则则卷卷曲曲等等二二级级结结构构相相互配置而形成特定的构象。互配置而形成特定的构象。维系这种特定结构的力维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、离子主要有氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是键和范德华力等。尤其是疏水键疏水键，在蛋白质三级结，在蛋白质三级结构中起着重要作用。构中起着重要作用。2005-12-252005-1
83、2-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院1.1.全全结构蛋白质结构蛋白质（一）球状蛋白质的分类（一）球状蛋白质的分类蚯蚓血红蛋白中四个蚯蚓血红蛋白中四个蚯蚓血红蛋白中四个蚯蚓血红蛋白中四个 - -螺旋组成的结构域螺旋组成的结构域螺旋组成的结构域螺旋组成的结构域两个铁原子两个铁原子螺螺旋旋占占极极大大优优势势的的结结构构。最最简简单单的的是是反反平平行行螺螺旋旋束束，螺螺旋旋疏疏水水面朝向内部、亲水面朝向溶剂。面朝向内部、亲水面朝向溶剂。另另一一亚亚类类是是珠珠蛋蛋白白型型螺螺旋旋蛋蛋白白，一一级级结结构构上上相相邻邻的的两两个个螺螺旋旋采采取取相互垂直的取向。相互垂直的取向。肌肌红红蛋
84、蛋白白2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2.2.、结构（平行或混合型结构（平行或混合型折叠片）蛋白质折叠片）蛋白质平行平行折叠片一般存在于蛋白质的折叠片一般存在于蛋白质的核心结构。核心结构。、结构可分为两类：结构可分为两类：（1 1）单绕平行）单绕平行桶：桶：由由8 8个平行个平行折折叠股环形排列，在第叠股环形排列，在第1 1和第和第8 8两个折叠两个折叠股之间借氢键键合形成一个闭合式圆股之间借氢键键合形成一个闭合式圆桶。这种结构由肽链按桶。这种结构由肽链按RossmanRossman折叠折叠方式单向卷曲而成（内桶）。方式单向卷曲而成（内桶）。7
85、7个个螺旋和螺旋和C C末端的一个末端的一个螺旋组螺旋组成与内桶平行的外桶。成与内桶平行的外桶。内、外两桶的疏水夹心层构成疏水核内、外两桶的疏水夹心层构成疏水核心。心。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（2 2）双双绕绕平平行行片片：中中间间由由4 49 9个个平平行行的的折折叠叠股股或或混混合合型型的的折折叠叠股股构构成成的的开开放放片片（马马鞍鞍型型扭扭曲曲片片）。其其两两侧侧由由螺螺旋旋和和环环状状区区段段保护。保护。肽肽链链从从折折叠叠片片中中开开始始向向一一个个方方向向卷卷绕绕形形成成RossmanRossman折折叠叠，螺螺旋旋覆覆盖盖
86、在在折折叠叠片片的的一一侧侧，然然后后改改变变方方向向回回到到折折叠叠片片的的中中部部向向相相反反方方向向卷卷绕绕再再形形成成RossmanRossman折折叠叠，螺螺旋旋覆覆盖盖在在折叠片的另一侧。折叠片的另一侧。乳酸脱氢酶结构域乳酸脱氢酶结构域1 1双绕平行双绕平行片蛋白是片蛋白是3 3个主链结构层和两个疏水区，而单绕个主链结构层和两个疏水区，而单绕平行平行桶是桶是4 4个主链层和个主链层和3 3个疏水区。个疏水区。顶顶面面侧侧面面2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（3 3）全）全结构（反平行结构（反平行折叠片）蛋白质：折叠片）蛋白质：反平行反
87、平行折叠片一般把疏水残基安排在折叠片的一侧，亲折叠片一般把疏水残基安排在折叠片的一侧，亲水残基在另一侧。至少有两个主链结构层：两层水残基在另一侧。至少有两个主链结构层：两层折叠片折叠片或一层或一层折叠片和一层折叠片和一层螺旋。两个螺旋。两个折叠片的疏水面对折叠片的疏水面对合形成疏水区，相背的两面暴露于溶剂。合形成疏水区，相背的两面暴露于溶剂。分为两个主要类分为两个主要类型：反平行型：反平行桶和反平行桶和反平行片。片。 免疫球蛋白免疫球蛋白VL VL - -折叠结构域折叠结构域the Barrel of the Barrel of RhodobacterRhodobacter Capsulatu
88、sCapsulatus2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（4 4）富含金属或二硫键蛋白质）富含金属或二硫键蛋白质金属形成的配体或二硫键对蛋白质构象起稳定作用。金属形成的配体或二硫键对蛋白质构象起稳定作用。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（二）球状蛋白质三维结构的特征（二）球状蛋白质三维结构的特征 含含多多种种二二级级结结构构单单元元（如如表表5-45-4）；）； 有明显的折叠层次；有明显的折叠层次； 是是紧紧密密的的球球状状或或椭椭球球状状实实体；体； 分分子子表表面面有有一一空空穴穴( (活活性性部
89、部位位) )； 疏疏水水侧侧链链埋埋藏藏在在分分子子内内部部，亲水侧链暴露在分子表面。亲水侧链暴露在分子表面。-折叠折叠-转角转角无规则无规则卷曲卷曲空穴空穴螺旋螺旋鸡卵清溶菌酶的三级结构鸡卵清溶菌酶的三级结构2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院八、膜蛋白的结构八、膜蛋白的结构大多数膜蛋白可分为膜周边蛋白和膜内在大多数膜蛋白可分为膜周边蛋白和膜内在蛋白。膜周边蛋白主要通过膜内在蛋白的蛋白。膜周边蛋白主要通过膜内在蛋白的静电相互作用和氢键键合相互作用与膜结静电相互作用和氢键键合相互作用与膜结合。膜内在蛋白与脂双层有强缔合，有的合。膜内在蛋白与脂双层有强
90、缔合，有的一部分或大部分埋入脂双层，有的横跨脂一部分或大部分埋入脂双层，有的横跨脂双层。双层。还有一类称为脂锚定蛋白质，通过各种共还有一类称为脂锚定蛋白质，通过各种共价连接的脂锚钩与膜缔合。价连接的脂锚钩与膜缔合。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（一）膜内在蛋白（一）膜内在蛋白脂脂双双层层疏疏水水核核心心内内的的膜膜内内在在蛋蛋白白结结构构主主要要由由螺螺旋旋或或折叠片折叠片构成。构成。1.1.具具有有单单个个跨跨膜膜肽肽段段的的膜蛋白膜蛋白跨跨膜膜的的疏疏水水肽肽段段经经常常是是一个一个螺旋棒。螺旋棒。血型糖蛋白。血型糖蛋白。2005-12-2
91、52005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2.2.具有多个跨膜肽具有多个跨膜肽段的膜蛋白段的膜蛋白一一条条多多肽肽链链来来回回跨跨膜膜折折叠叠，形形成成一一个个由由多多个个经经常常是是7 7个个螺螺旋旋段段反反平平行装配的球状膜蛋白。行装配的球状膜蛋白。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院3.3.桶形膜蛋白桶形膜蛋白膜孔蛋白膜孔蛋白亲亲水水侧侧链链面面向向桶桶中中央央孔孔道道或或空空腔腔，疏疏水水侧侧链链分分布布在在桶桶的的外外侧侧，在在这这里里与与膜膜的的疏水脂烃链相互作用。疏水脂烃链相互作用。The human beta ba
92、rrel The human beta barrel porinporin protein protein 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（二）脂锚定膜蛋白（二）脂锚定膜蛋白某某些些膜膜蛋蛋白白与与脂脂分分子子共共价价连连接接，而而后后脂脂质质部部分分可可插插入入脂脂双双层层中中，有有效效地把被连接的蛋白质锚定在膜上。地把被连接的蛋白质锚定在膜上。许许多多情情况况下下通通过过脂脂锚锚钩钩与与膜膜连连接接是是用用来来调调节节蛋蛋白白质质的的活活性性。脂脂锚锚钩钩的的一一个个重重要要性性质质是是它它的的瞬瞬时时性性，它它可可逆逆地地与与蛋蛋白白质质
93、连连接接和和脱脱离离，这这为为改改变变蛋蛋白白质质对对膜膜的的亲亲和和性性提提供供了了一一个个“转换装置转换装置”。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院九、蛋白质折叠和结构预测九、蛋白质折叠和结构预测（一）蛋白质的变性（一）蛋白质的变性蛋蛋白白质质各各自自所所特特有有的的高高级级结结构构，是是表表现现其其物物理理性性质质和和化化学学特特性性以以及及生生物物学学功功能能的的基基础础。当当天天然然蛋蛋白白质质受受到到某某些些物物理理因因素素和和化化学学因因素素的的影影响响，使使其其分分子子内内部部原原有有的的高高级级构构象象发发生生变变化化时时，蛋蛋白白
94、质质的的理理化化性性质质和和生生物物学学功功能能都都随随之之改改变变或或丧丧失失，但但并并未未导导致致其其一一级级结结构构的的变变化化，这这种种现现象象称称为为变变性性作作用用（denaturationdenaturation）。）。变性的因素：变性的因素： 强强酸酸和和强强碱碱；有有机机溶溶剂剂，破破坏坏疏疏水水作作用用；去去污污剂剂，都都是是两两亲亲分分子子，破破坏坏疏疏水水作作用用；还还原原性性试试剂剂：尿尿素素、-硫硫基基乙乙醇醇；盐盐浓浓度度，盐盐析析、盐盐溶溶；重重金金属属离离子子，HgHg2+2+、pbpb2+2+，能能与与-SH-SH或或带带电电基基团反应；温度；机械力，如搅拌
95、和研磨中的气泡。团反应；温度；机械力，如搅拌和研磨中的气泡。 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院变性的实质：变性的实质： 次次级级键键（有有时时包包括括二二硫硫键键）被被破破坏坏，天天然然构构象象解解体体。变变性性不不涉涉及一级结构的破坏。及一级结构的破坏。 蛋白质变性后，往往出现下列现象：蛋白质变性后，往往出现下列现象：结结晶晶及及生生物物活活性性丧丧失失是是蛋蛋白白质质变变性性的的主主要要特特征征。硫硫水水侧侧链链基基团团外外露露。理理化化性性质质改改变变，溶溶解解度度降降低低、沉沉淀淀，粘粘度度增增加加，分分子子伸伸展展。生生理理化化学学性性
96、质质改改变变。分分子子结结构构伸伸展展松松散散，易被蛋白酶水解。易被蛋白酶水解。 实际应用：实际应用：A.A.消毒灭菌：消毒灭菌：75%75%乙醇，紫外线，高温。乙醇，紫外线，高温。 B. B.制备活性蛋白质时严防蛋白质变性。制备活性蛋白质时严防蛋白质变性。 变性机理：变性机理：热热变变性性（往往往往是是不不可可逆逆的的）：多多肽肽链链受受到到过过分分的的热热振振荡荡，引引起起氢氢链链破破坏坏。酸酸碱碱变变性性：破破坏坏了了盐盐键键。有有机机溶溶剂剂：破破坏水化膜，降低蛋白质溶液介电常数。坏水化膜，降低蛋白质溶液介电常数。 2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生
97、命科学学院变变性性是是一一个个协协同同过过程程。在在所所加加变变性性剂剂的的很很窄窄浓浓度度范范围围内内或或很很窄窄pHpH或温度间隔内突然发生。或温度间隔内突然发生。变变性性剂剂：尿尿素素和和盐盐酸酸胍胍，与与多多肽肽主主链链竟竟争争氢氢键键。破破坏坏蛋蛋白白质质的的二二级级结结构构。变变性性剂剂增增加加非非极极性性侧侧链链在在水水中中的的溶溶解解度度，降降低低了维持蛋白质三级结构的疏水作用。了维持蛋白质三级结构的疏水作用。SDSSDS能能破破坏坏蛋蛋白白质质分分子子内内的的疏疏水水相相互互作作用用使使非非极极性性基基团团暴暴露露于于介质水中。介质水中。蛋蛋白白质质的的变变性性作作用用如如果
98、果不不过过于于剧剧烈烈，则则是是一一种种可可逆逆过过程程，变变性性蛋蛋白白质质通通常常在在除除去去变变性性因因素素后后，可可缓缓慢慢地地重重新新自自发发折折叠叠成成原原来来的的构构象象，恢恢复复原原有有的的理理化化性性质质和和生生物物活活性性，这这种种现现象象成成为为复性（复性（renaturationrenaturation）。）。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院1.1.1.1.核糖核酸酶变性与复性作用核糖核酸酶变性与复性作用核糖核酸酶变性与复性作用核糖核酸酶变性与复性作用Native ribonucleaseDenative reduced
99、ribonucleaseNative ribonuclease8 M urea and -mercaptoethanolDialysis变性变性复性复性（二）氨基酸序列规定蛋白质的三维结构（二）氨基酸序列规定蛋白质的三维结构2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院R Ri ib bo on nu uc cl le ea as se e A A: : A Am mi in no o A Ac ci id d S Se eq qu ue en nc ce e RibonucleaseRibonuclease A A2005-12-252005-12-25上海
100、大学生命科学学院上海大学生命科学学院2.2.二硫桥在稳定蛋白质构象中的作用二硫桥在稳定蛋白质构象中的作用RNARNA酶酶肽肽链链上上的的一一维维信信息息控控制制肽肽链链自自身身折折叠叠成成特特定定的的天天然然构象，并由此确定了构象，并由此确定了CysCys残基两两相互接近的正确位置。残基两两相互接近的正确位置。二二硫硫桥桥对对肽肽链链的的正正确确折折叠叠并并不不是是必必要要的的，但但对对稳稳定定折折叠叠结结构作出贡献。构作出贡献。蛋蛋白白质质的的三三维维结结构构归归根根到到底底是是由由一一级级序序列列决决定定的的，三三维维结结构构是是多多肽肽链链上上的的各各个个单单键键旋旋转转自自由由度度受受
101、到到各各种种限限制制的的总总结结果。果。这这些些限限制制包包括括：肽肽链链的的硬硬度度、肽肽链链中中疏疏水水基基和和亲亲水水基基的的数数目目和和位位置置、带带正正电电荷荷和和负负电电荷荷的的R R基基的的数数目目和和位位置置以以及及溶溶剂和其他溶质等。剂和其他溶质等。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（三）蛋白质结构的预测（三）蛋白质结构的预测1.1.二级结构的预测二级结构的预测各各种种残残基基形形成成各各种种二二级级结结构构的的倾倾向向性性是是不不同同的的。GluGlu、MetMet、AlaAla和和LeuLeu在在螺螺旋旋中中比比在在其其他他二
102、二级级结结构构元元件件中中高高；GlyGly和和ProPro在在转转角角中中出出现现的的频频率率很很高高。ValVal、IleIle和和芳芳香香簇簇氨氨基基酸酸在在折折叠叠片片中中频频率率很很高高，而而AspAsp、GluGlu和和ProPro在在折折叠叠片片中中则则很低。很低。3.3.三级结构的预测三级结构的预测折叠的计算机模拟折叠的计算机模拟2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院十、亚基缔合和四级结构十、亚基缔合和四级结构（一）有关四级结构的一些概念（一）有关四级结构的一些概念四四级级结结构构( (quarternaryquarternary st
103、ructure)structure)指指由由相相同同或或不不同同的的称称作作亚亚基基（subunitsubunit）的的亚亚单单位位按按照照一一定定排排布布方方式式缔缔合合而而成成的的蛋白质结构。蛋白质结构。亚亚基基一一般般是是一一条条多多肽肽链链，有有时时也也称称单单体体。本本身身具具有有球球状状三三级结构。级结构。蛋白质蛋白质单体蛋白质单体蛋白质寡聚蛋白质寡聚蛋白质同多聚同多聚杂多聚杂多聚蛋蛋白白质质的的四四级级结结构构涉涉及及亚亚基基种种类类和和数数目目以以及及各各亚亚基基或或原原聚聚体体在在整整个个分分子子中中的的空空间间排排布布，包包括括亚亚基基间间的的接接触触位位点点（结结构构互互
104、补补）和和作作用用力力（主主要要是是非非共共价相互作用）。价相互作用）。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（二）四级缔（二）四级缔合的驱动力合的驱动力维维持持四四级级结结构构稳稳定定的的作作用用力力是是疏疏水水键键、离离子子键键、氢键、范得华力。氢键、范得华力。亚亚基基缔缔合合的的驱驱动动力力主主要要是是疏疏水水相相互互作作用用，亚亚基基缔缔合合的的专专一一性性则则由由相相互互作作用用的的表表面面上上的的极极性性基基团团之之间间的的氢氢键键和和离离子子键提供。键提供。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院同
105、种缔合同种缔合中相互作用的表面是相同的，形成的结构一定是封中相互作用的表面是相同的，形成的结构一定是封闭的二聚体，并且具有一个闭的二聚体，并且具有一个2-2-重对称轴。重对称轴。假设的单体假设的单体C2对称对称如果发生进一步的同种缔合使成三聚体或四聚体，则必须利如果发生进一步的同种缔合使成三聚体或四聚体，则必须利用蛋白质表面上的不同界面。用蛋白质表面上的不同界面。（三）亚基相互作用的方式（三）亚基相互作用的方式亚亚基基缔缔合合可可分分为为相相同同亚亚基基之之间间和和不不同同亚亚基基之之间间的的缔缔合合。相相同亚基之间的缔合可进一步分为同种缔合和异种缔合。同亚基之间的缔合可进一步分为同种缔合和异
106、种缔合。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院相同亚基的相同亚基的异种缔合异种缔合中相互作用的表面是不相同的，异种缔中相互作用的表面是不相同的，异种缔合一定是开放末端的结构。许多蛋白质借异种缔合可以无限合一定是开放末端的结构。许多蛋白质借异种缔合可以无限聚合，形成线性或螺旋形的大聚集体。聚合，形成线性或螺旋形的大聚集体。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院异异种种缔缔合合由由于于几几何何上上的的原原因因也也形形成成具具有有环环状状
107、对对称称的的封封闭闭结结构构，如如天天冬冬氨氨酸酸转转甲甲酰酰酶酶的的催催化化亚亚基基三三聚聚体体和和神神经经氨氨酸酸酶酶的的四四聚聚体。体。C3对称对称C4对称对称2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（四）四级结构的对称性（四）四级结构的对称性单单体体蛋蛋白白质质和和亚亚基基都都是是手手性性分分子子，但但大大多多数数寡寡聚聚蛋蛋白白质质分分子子其其亚亚基基的的排排列列是是对对称称的的。对对称称性性是是四四级级结结构构蛋蛋白白质质最最重重要要的的性质之一。性质之一。所所有有蛋蛋白白质质亚亚基基和和单单体体都都是是不不对对称称的的，而而且且由由两两种种
108、或或多多种种不不同同的的单单拷拷贝贝亚亚基基构构成成的的寡寡聚聚体体也也是是不不对对称称的的。对对称称性性是是那那些些含有两个或多个相同亚基或原聚体的聚集体的性质。含有两个或多个相同亚基或原聚体的聚集体的性质。能能使使物物体体复复原原的的最最小小旋旋转转角角度度（）称称为为基基转转角角。2/ 2/ n n，n n是是物物体体绕绕轴轴旋旋转转一一圈圈时时与与原原物物体体叠叠合合的的次次数数，定定义义为为次或重。对应的旋转轴称次或重。对应的旋转轴称n-n-重。重。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院如如果果一一个个物物体体的的所所有有对对称称元元素素都都
109、相相交交于于一一个个不不为为任任何何对对称称操操作作所所改改变变的的固固定定点点，则则称称该该物物体体具具有有点点群群对对称称。最最简简单单的的点点群群对对称称是是环环状状对对称称，它它存存在在于于只只含含有有一一个个旋旋转转轴轴的的寡寡聚聚蛋蛋白白质中。环状点群对称用质中。环状点群对称用C Cn n表示，表示，n n是轴次。是轴次。C2对称对称C3对称对称C4对称对称2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院具具有有两两个个或或多多个个对对称称轴轴的的聚聚集集体体属属于于高高级级点点群群对对称称，称称为为二二面面体体点点群群对对称称和和立立方方体体点点群
110、群对对称称。如如果果寡寡聚聚蛋蛋白白质质含含有有一一个个C Cn n旋旋转转轴轴，并并且且在在一一个个垂垂直直该该旋旋转转轴轴的的平平面面内内存存在在着着n n个个与与该该轴轴相相交交的的C C2 2轴轴，则则称称它它为为具具有有二二面面体体对对称称，用用D Dn n表表示示，n n是是C Cn n的的轴轴次。次。D2对称对称D D2 2对对称称是是四四聚聚体体蛋蛋白白中中最最常常见见的的结结构构，具具有有3 3个个相相互互垂垂直直的的2-2-重轴。重轴。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院D3对称对称D D3 3对称聚集体含一个对称聚集体含一个3-
111、3-重轴和重轴和3 3个个2-2-重轴。重轴。二面体对称的聚集体可看成是两个相同的具有环状对二面体对称的聚集体可看成是两个相同的具有环状对称的亚聚集体的缔合物。称的亚聚集体的缔合物。2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院立方体点群对称包括四面体、八面体和二十面体等对称。立方体点群对称包括四面体、八面体和二十面体等对称。T对称对称八面体八面体对称对称二十二十面体对称面体对称2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院聚聚集集体体除除旋旋转转对对称称外外，尚尚可可表表征征为为螺螺旋旋对对称称和和平平移移对对称称。螺旋旋转可看成是先平移后旋转的联合操作。螺旋旋转可看成是先平移后旋转的联合操作。螺旋螺旋对称对称2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院（五）四级缔合在结构和功能上的优越性（五）四级缔合在结构和功能上的优越性1.1.增强结构稳定增强结构稳定2.2.提高遗传经济性和效果提高遗传经济性和效果3.3.使催化基团汇集在一起使催化基团汇集在一起4.4.具有协同性和别构效应具有协同性和别构效应2005-12-252005-12-25上海大学生命科学学院上海大学生命科学学院
