蛋白质结构
蛋白质组成和分类
蛋白质组成和分类
蛋白质是组成人体一切细胞、组织的重要成分。
机体所有重要的组成部分都需要有蛋白质的参与。
接下来分享蛋白质的结构和分类。
蛋白质的结构
蛋白质分子是由氨基酸首尾相连缩合而成的共价多肽链，但是天然蛋白质分子并不是走向随机的松散多肽链。
每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构或称三维结构，这种三维结构通常被称为蛋白质的构象，即蛋白质的结构。
一级结构：组成蛋白质多肽链的线性氨基酸序列。
二级结构：依靠不同氨基酸之间的C=O和N-H基团间的氢键形成的稳定结构，主要为α螺旋和β折叠。
三级结构：通过多个二级结构元素在三维空间的排列所形成的一个蛋白质分子的三维结构。
四级结构：用于描述由不同多肽链（亚基）间相互作用形成具有功能的蛋白质复合物分子。
蛋白质的分类
1.按食物蛋白质的氨基酸组成分类：完全蛋白质、半完全蛋白质和不完全蛋白质。
2.根据蛋白质分子的外形分类：球状蛋白质、纤维状蛋白质、膜蛋白质。
3.按结构种类分：纤维蛋白、球蛋白、角蛋白、胶原蛋白、伴娘蛋白、肌红蛋白、血红蛋白等。
蛋白质的结构与功能
蛋白质的结构与功能蛋白质是构成生命体的重要有机物之一。
不仅在细胞内承担着结构、代谢和传递信息等重要功能，也是生物体外形态、机能和复杂性的重要基础。
蛋白质的结构与功能密不可分，下面就让我们探讨一下蛋白质的结构与功能。
一、蛋白质的结构蛋白质主要由氨基酸构成，共有20种氨基酸，可以通过不同的排列组合形成不同的蛋白质。
蛋白质的三级结构可以分为原生态、二级和三级结构。
原生态结构指的是蛋白质最初的线性结构。
蛋白质的二级结构是指在原生态结构的基础上，一段蛋白质链上氢键的形成以及立体的构造所形成的结构，如α-螺旋、β-折叠片等结构。
最后，蛋白质的三级结构就是由二级结构之上的空间构造而形成的，可以形成其他种类的空间形态，如球形、管形、片状等。
通过一系列的化学反应和调整，蛋白质在相应的化学环境下自行形成三维结构，从而产生相应的生物学功能。
此外，蛋白质的结构还会受到一些其他因素的影响，比如高温、酸、盐等。
在这些条件下，蛋白质会发生结构变性，从而产生功能失调。
无论是正常的生长和发育，还是健康生活的维持，蛋白质的合理结构是至关重要的。
二、蛋白质的功能蛋白质的功能主要与其结构密切相关。
首先，蛋白质是构成生命体的基本物质之一，内含有大量重要的生命活动所需的功能性蛋白质，如酶和激素等，从而掌控和维持生物体的正常运转。
另外，蛋白质也是细胞内膜和细胞质骨架构建的主要物质之一，同时也是细胞内的信号转导、应激响应等基础操作的重要组成部分，包括有信号媒介转运和传导等功能。
此外，蛋白质还可以与其他生物体的分子相互作用，从而发挥进一步的作用。
比如，它们可以与DNA和RNA结合，控制某一基因表达的转录调节作用，完成细胞功能的稳定和调节。
此外，蛋白质还可以与病原体、微生物等非自身物质相互作用，发挥抗病毒、抗细菌等作用。
三、蛋白质的应用蛋白质的三级结构和功能对其应用有着重要的意义。
首先，蛋白质是生物医药、食品安全、环境检测等领域中的重要研究对象。
蛋白质的一二三四级结构概念
蛋白质的一级结构是指多肽链中的氨基酸序列（及二硫键的位置）。
蛋白质的二级结构主要包括α-螺旋、β-折叠、β-转角，常见的二级结构有α-螺旋和β-折叠，它通过骨架上的羰基和酰胺基团之间形成的氢键维持，氢键是稳定二级结构的主要作用力。
蛋白质的三级结构是由一级结构决定的，每种蛋白质都有自己特定的氨基酸排列顺序，从而构成其固有的独特的三级结构。
有一条多肽链构成的蛋白质，具有三级结构才具有生物学活性，三级结构一旦破坏，生物学活性便会消失。
蛋白质的四级结构是多亚基之间相互作用，交联形成更复杂的构象。
蛋白质的四级结构是指蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用。
蛋白质分子中各个亚基有的彼此结合，有的互不接触；有的呈共价结合，有的呈离子结合。
通过这种构象的调整，蛋白质可以行使它的功能。
因此，蛋白质的四级结构是蛋白质功能的基础。
在四级结构中，各个亚基的结合方式可以有多种，包括共价结合、离子结合、氢键结合等。
共价结合是最常见的亚基结合方式之一，它通常是通过二硫键、二氢键、酯键等化学键将亚基连接在一起。
离子结合也是常见的亚基结合方式之一，它通常是通过阳离子和阴离子之间的相互作用将亚基连接在一起。
氢键结合也是四级结构中常见的结合方式之一，它通常是通过氢原子和电负性原子之间的相互作用将亚基连接在一起。
除了以上三种结合方式外，四级结构中亚基的排列顺序也是影响其功能的重要因素之一。
例如，有些蛋白质的亚基排列顺序是按照特定的顺序排列的，这种排列顺序可以影响蛋白质的活性、稳定性以及与其他分子的相互作用等。
总之，蛋白质的四级结构是蛋白质功能的基础，它不仅影响蛋白质的活性、稳定性等特性，还影响蛋白质与其他分子的相互作用。
因此，研究蛋白质的四级结构对于理解蛋白质的功能和设计新的蛋白质药物具有重要意义。
蛋白质的结构层次
折叠，转角，无规卷曲等）构成的总三维结 构。包括一级结构中相距远的肽段之间的几何 关系和侧链在三维空间中彼此间的相互关系。 • 简言之，是指蛋白质多肽链所有原子在空间上 的排列。
线照射、高压和表面张力等或化学因素如有机
（ 溶剂、脲、胍、酸碱等的影响，生物活性丧失，
一 溶解度降低，以及其它物理化学性质发生改变，
） 蛋
这种过程称为蛋白质的变性(denaturation)。
白 • 变性后高级结构破坏，一级结构不变
质
的 变
性
蛋白质的变性
热、紫外线照射、高 压和表面张力、有机溶 剂、脲、胍、酸碱
蛋白质结构层次
蛋白质结构的层次
一级结构： 氨基酸序列 二级结构：α螺旋，β折叠等
超二级结构 结构域（domain） 三级结构：所有原子空间位置 四级结构：多亚基蛋白
六、超二级结构和结构域
（一）超二级结构 由若干相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相 互作用，形成的有规则的二级结构组合。
1、 αα :由两股平行或反平行的右手螺旋段相互 缠绕而成的左手卷曲螺旋或称超螺旋。 2、βαβ：由两段平行-折叠股和一段作为连接的 螺旋组成。 3、ββ：由若干反平行折叠片组合而成。
• 2、膜内在蛋白：有的一大部分埋入膜的 脂双分子层，有的横跨脂双层。跨膜部 分主要由-螺旋或-折叠构成。
膜周边蛋白和膜内在蛋白（跨膜蛋白)
-螺旋
N-连接
O-连接四糖： 2Neu5Ac， Gal，GalNAc
糖红 蛋细 白胞 的上 跨血 膜型
九、蛋白质折叠和结构预测
蛋白质结构PPT课件
R1
R2
R3
R4
Rn
H2NCHCONHCHCONHCHCONHCHCO………NHC HCOOH
• 肽链，氨基酸残基, 主链，侧链
• N—末端：含有自由氨基的一端，书写用H表示；
• C—末端：含有自由羧基的一端，书写用OH表示；
一、蛋白质的一级结构
1、肽的一般概念
➢二硫键：是由二个半胱氨酸残基的侧链 之间形成的。即胱氨酸的残基中的二硫键
白质的方式； 蛋白质的结构层次：
一级结构→二级结构→超二级结构→结构域 →三级结构→四级结构
一、蛋白质的一级结构
一、蛋白质的一级结构
1、肽的一般概念
肽：是一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸分子的α氨基之间脱去一分子水而通过肽键连接成的化合物。
肽键：一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸分子的α氨基缩合是区水而形成的酰胺键。
➢ 1.样品必需纯（>97%以上）。 ➢ 2.知道蛋白质的分子量。 ➢ 3.知道蛋白质由几个亚基组成。 ➢ 4.测定蛋白质的氨基酸组成；并根据分子量
计算每种氨基酸的个数。 ➢ 5.测定水解液中的氨量，计算酰胺的含量。
4、蛋白质一级结构的测定
Sanger法氨基酸序列测定的大体步骤为： （一）蛋白质亚基数目的确定及其拆分 （二）多肽链的局部断裂和肽段的分离 （三）各个肽段氨基酸序列的测定 （四）氨基酸完整序列的拼接 （五）多肽链中二硫键位置的确定
N-末端第六位Glu→Val）.
4、蛋白质一级结构的测定
世界上第一个氨基酸序列 的测定是，1953年由Sanger 完成，他用10年的时间测定 了含有51个氨基酸残基的牛 胰岛素。
我国1965年在世界上第 一个用化学方法人工合成 的蛋白质就是这种牛胰岛 素。
蛋白质的结构与功能
2. β－折叠结构特点
(１) 相邻肽键平面的夹角为1100 ，呈锯齿状排列； 侧链Ｒ基团交错地分布在片层平面的两侧。
(２) ２～５条肽段平行排列构成，肽段之间 可顺向平行(均从N-C)，也可反向平行 。 (３)由氢键维持稳定。其方向与折叠的长轴 接近垂直。
（三）β－转角(β－turn)
1.概念
以氨基末端开始→羧基末端结束，依次编1、
2、3………
蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺 序称为蛋白质的一级结构
NH2 Met Phe Lys Cys Ser Thr Val COOH
各种蛋白质的根本差异在于一级结构的不同
人胰岛素的一级结构
二、蛋白质二级结构
概念：
是指蛋白质分子中一段多肽链的局部空
蛋白质的二级结构类型
蛋白质的二级结构主要包括α-螺旋，β-折 迭，β-转角及无规卷曲等
（一）α －螺旋 (α －helix)
1.概念 由肽键平面盘旋 形成的螺旋状构象
2.α －螺旋的结构特征 (1)以肽键平面为 单位,以α －碳原 子为转折盘旋形成 右手螺旋
(2) 每3.6个氨基酸残基 绕成一个螺圈(3600) 螺距为0.54nm 每个氨基酸上升0.15nm 肽键平面与中心轴平行
*类型
全a-螺旋、全β-折叠、
无规卷曲
由这些结构域缔合成具有三级结构的分 子或亚基
蛋白质三级结构的意义： 蛋白质的三级结构决定了蛋白质的
生物学功能。
维持三级结构稳定的键
侧链基团之 间形的 氢 键、 离子键、 疏水作用、 分子引力、 二硫键
维系蛋白质分子结构的作用力
1. 肽键 共价键
维系蛋白质一级结构
第二节
蛋白质的分子结构
一、 蛋白质的一级结构—基本结构
蛋白质的结构 和 功能
蛋白质的结构和功能蛋白质是生物体内一类重要的生物大分子，它在细胞的结构和功能中发挥着重要的作用。
蛋白质的结构和功能紧密联系，其结构决定了其功能。
本文将从蛋白质的结构和功能两个方面进行探讨。
一、蛋白质的结构蛋白质的结构是由氨基酸残基通过肽键连接而成的多肽链。
氨基酸是蛋白质的基本组成单元，它由一种氨基基团、一种羧基和一个侧链组成。
蛋白质的结构可以分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
1. 一级结构：一级结构是指蛋白质的氨基酸序列。
氨基酸的不同顺序决定了蛋白质的种类和特性。
例如，胰岛素由51个氨基酸组成，胰岛素的一级结构决定了它具有调节血糖的功能。
2. 二级结构：二级结构是指蛋白质中氨基酸残基的局部空间排列方式。
常见的二级结构有α螺旋和β折叠。
α螺旋是由氨基酸的肽键形成的螺旋结构，形状类似于螺旋状的弹簧。
β折叠是由氨基酸的肽键形成的折叠结构，形状类似于折叠的纸扇。
二级结构的形成对于蛋白质的稳定性和功能至关重要。
3. 三级结构：三级结构是指蛋白质整个分子的空间排列方式。
蛋白质的三级结构由多个二级结构单元相互作用而形成。
这些相互作用包括氢键、离子键、范德华力以及疏水效应等。
三级结构的稳定性和形状决定了蛋白质的功能。
4. 四级结构：四级结构是指由多个蛋白质分子通过非共价键结合而形成的复合物。
多个蛋白质分子通过相互作用形成稳定的功能单位。
例如，血红蛋白由四个亚基组成，每个亚基都与其他亚基相互作用，形成一个稳定的四聚体。
二、蛋白质的功能蛋白质作为生物体内的重要分子，在细胞的结构和功能中发挥着多种作用。
1. 结构功能：许多蛋白质在细胞中起到构建细胞结构的作用。
例如，胶原蛋白是皮肤、骨骼和血管等结缔组织的重要组成部分，维持了细胞的结构稳定性。
肌动蛋白和微丝蛋白是细胞骨架的主要成分，参与了细胞的形态维持和运动。
2. 酶功能：许多蛋白质具有酶活性，可以催化生物体内的化学反应。
酶是生物体内调控代谢的关键分子。
简述蛋白质的一、二、三、四级结构的概念、稳定力
简述蛋白质的一、二、三、四级结构的概念、稳定力一级结构:指蛋白质多肽链当中氨基酸的排列顺序。
主要作用力是肽键,还可能有少量二硫键。
二级结构:蛋白质多肽链主链、局部的立体空间结构。
主要作用力是氢键。
三级结构:是指整条多肽链全部原子在内的整体空间立体结构。
主要作用力包括二硫键、氢键、盐键、范德华力、疏水作用力等。
四级结构:是指具有两条或两条以上独立三级结构的蛋白质,所有肽链在内的整体空间立体结构。
主要作用力是非共价键,包括氢键、盐键、范德华力、疏水作用力等。
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维持蛋白质构象的化学键
也称盐键， 盐桥
还有范德华力（任何两原子之间保持范德华半径距离的都存在的一种 作用力）。
注：疏水作用对蛋白质构象非常重要，蛋白质内部主要聚集了疏水性氨基酸）
甘氨酸，脯氨酸
核苷酸酶的某些二级结构
折叠无规卷曲(randoncoil)
• 此种结构为多肽链中除以上几种比较规则的构象外，其余没有确定
规律性的那部分肽链的二级结构构象。
蛋白质的三级结构protein tertiary structure
• 指一条多肽链在二级结构或者超二级结构甚至结构域的基
础上，通过侧链基团的相互作用进一步盘绕，折叠，依靠 次级键的维系固定所形成的特定空间结构成为蛋白质的三 级结构。 部分离子键，少量共价键（二硫键）、范德华力和静电作 用维持的
the release of a molecule of water (H2O), hence the process is a dehydration synthesis reaction (also known as a condensation reaction).
Peptide bond
肽平面（amide plane)
蛋白质构象
Amino acid
• Amino acids are biologically important organic compounds
functional groups, usually along with a side-chain specific to each
amino acid.
正 向
反 向
在反平行中β折叠结构则指走向相反，氢键平行。
β转角(β-turn)
在β－转角中第一个残基的 C=O与第四个残基的N-H氢 键键合形成一个紧密的环, 使β－转角成为比较稳定的 结构,多处在蛋白质分子的 表面,在这里改变多肽链方 向的阻力比较小。 这种结构是伸展的肽链形成 180°的U型回折。
• 三级结构主要是靠氨基酸侧链之间的疏水相互作用，氢键，
蛋白质的四级结构（ Quaternary structure ）
• 每一条多肽链都有其完整的三级结构，称为亚基
（subunit），亚基与亚基之间呈特定的三维空间分布，并
以非共价键相链接，这种称为蛋白质的四级结
肽键平面折叠成锯齿状。
在平行的β折叠结构中，两条肽链走向相同，氢键不平行。
结构要点 1.肽链呈锯齿状，按层排列，可以是不同 的肽链，也可以是同一条肽链的不同肽段。 2.相邻肽链的C=O与N—H间形成氢键，氢 氢键 键与长轴垂直。 3.相邻肽链平行或反平行排列，反平行的 更稳定。也存在平行与反平行混合出现的 结构，约占20%。 4.一个残基占0.32nm（平行式）或0.34nm （反平行式）。
containing amine (-NH2) and carboxylic [,kɑːbɒk'sɪlɪk] acid (-COOH)
• The peptide bond is synthesized when the carboxyl group of one amino acid
molecule reacts with the amino group of the other amino acid molecule, causing
肽键虽是单键，但具有 部分双键的性质，难以 自由旋转而有一定的刚 性，因此形成肽键平面， 则包括连接肽键两端的 C═O、N－H和2个Cα共 6个原子的空间位置处在 一个相对接近的平面上。
蛋白质结构
• 一级结构：组成蛋白质多肽链的线性氨基酸序列，包括二硫键
的位置。
• 二级结构：主链的局部构象，依靠不同氨基酸之间的C=O和NH基团间的氢键形成的稳定结构。 分为为α螺旋、β折叠、 β转角、无轨卷曲。
超二级结构：二级结构聚集体，如α α， β α β， β β β，螺旋转角 螺旋等。
α螺旋(α-helix)
α螺旋：肽平面围绕C α 旋转盘绕形成的右手螺 旋结构，每个氨基酸残 基（第n个）的羰基与 多肽链C端方向的第4个 残基（第4+n个）的酰 胺氮形成氢键，使α螺 旋非常稳定。
β折叠
β折叠（β-sheet）