蛋白质的结构层次
生物化学第5章 蛋白质的三维结构
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α-螺旋
特征: 每隔3.6个AA残基螺旋上升 一 圈，螺距0.54nm; 螺旋体中所有氨基酸残基R 侧链都伸向外侧； 每个氨基酸残基的>N-H与 前 面第三个氨基酸残基的 >C=0形成氢键，肽链上所有 的肽键都参与氢键的形成， 取向几乎都平行于螺旋轴。
原胶原纤维中原胶 分子的排列
一股原胶 原 蛋白 分子
原胶原蛋白分子中的 单链 （左手螺旋）
胶原纤维(collagen fibril)中原胶原蛋白分子的排列19
胶原纤维通过Lys-Lys的交联得到进一步稳定和增强
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六、 超二级结构和结构域
1.超二级结构（super-secondary structure):
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α-螺旋、β-折叠片和β-转 角等 ）彼此相互作用组合在一起，形成有规则、在空 间上能 辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件 单元，称 超二级结构或模体（motif）或折叠花样 （folding motif)。
类型：αα； β α β ； β β
∆G = ∆H –T ∆S ∆G is change in Gibbs Free Energy. If the ending state
is lower in free energy than the starting state, reaction will proceed spontaneously. ∆H is change in Enthalpy. Enthalpy is the energy from bonds and attractive interactions. Negative ∆H is favorable. (e.g. forming more bonds.) ∆S is change in Entropy. Entropy is disorder. Positive ∆S is favorable. (e.g. increasing the amount of disorder.)
蛋白质的结构和性质
蛋白质的结构和性质
蛋白质是由氨基酸组成的大分子，它们在生物体中起着重要的作用。
蛋白质的结构可分为四个层次：原子层次、分子层次、次结构层次和结构层次。
原子层次：蛋白质的最小组成单位是氨基酸，氨基酸由一个氨基和一个酸基组成，它们之间通过键结键结在一起，形成一个氨基酸分子。
分子层次：氨基酸分子经过键结键结在一起，形成一个氨基酸链，这就是蛋白质的分子层次。
次结构层次：氨基酸链由于氢键、疏水性作用和螺旋状结构等原因，形成了α螺旋、β折叠、π折叠和γ折叠等次结构。
结构层次：氨基酸链的次结构可以组装成复杂的三维结构，形成蛋白质的结构层次。
蛋白质的性质主要是由它们的结构决定的，蛋白质的性质可以分为物理性质和化学性质。
物理性质主要指蛋白质的热力学性质，如熔点、溶解度和折叠稳定性等；化学性质主要指蛋白质的氧化还原性、缓冲性能和酶作用等。
蛋白质一级结构二级结构三级结构四级结构解释
蛋白质一级结构二级结构三级结构四级结构解释【摘要】蛋白质是生物体内重要的大分子，负责许多生物学功能。
蛋白质的结构可分为四个级别：一级结构指的是氨基酸的简单线性排列，二级结构是氨基酸的局部区域形成α螺旋或β折叠，三级结构是整个蛋白质分子的空间构象，四级结构是多个蛋白质分子相互组装在一起形成的复合物。
蛋白质的结构决定了其功能，例如酶的特异性和亲和力。
蛋白质的结构与功能高度相关，对于研究蛋白质功能和疾病治疗有着重要意义。
蛋白质的结构从简单到复杂，具有多种不同层次的组织关系，这些不同级别的结构相互作用，共同决定了蛋白质的生物学功能。
【关键词】蛋白质，一级结构，二级结构，三级结构，四级结构，解释，总结1. 引言1.1 蛋白质概述蛋白质是生物体内功能性非常重要的大分子，它们参与了生物体内的几乎所有生物过程。
蛋白质是由氨基酸分子通过肽键连接而成的多肽链，具有多种结构和功能。
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。
一级结构是指蛋白质的氨基酸序列，即多肽链的线性排列方式。
二级结构是指多肽链中氨基酸的局部空间构象，包括α-螺旋和β-折叠等。
三级结构是指整个多肽链的立体空间结构，由各个二级结构元素的折叠方式决定。
四级结构则是由多个多肽链之间的相互排列和交互作用所形成的整体结构。
通过这四个层次的结构，蛋白质可以实现其特定的生物功能，如催化化学反应、传递信号等。
蛋白质的结构和功能密切相关，任何一个层次的结构改变都可能影响到其功能。
对蛋白质结构的深入理解对于揭示其功能机制具有重要意义。
2. 正文2.1 蛋白质一级结构蛋白质的一级结构指的是它的氨基酸序列。
氨基酸是组成蛋白质的基本单位，共有20种不同的氨基酸，它们通过肽键连接在一起形成多肽链。
蛋白质的氨基酸序列是由基因决定的，不同的基因编码不同的氨基酸序列，从而确定了蛋白质的结构和功能。
在蛋白质的一级结构中，氨基酸序列的特定顺序决定了蛋白质的二级结构。
ahnak 蛋白结构
ahnak 蛋白结构
蛋白质是生物体内非常重要的大分子，它们在细胞结构、功能和代谢中起着关键作用。
蛋白质的结构包括四个层次，一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
一级结构是指蛋白质的氨基酸序列，也就是蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。
氨基酸的种类和排列顺序决定了蛋白质的功能和特性。
二级结构是指蛋白质分子中氨基酸残基之间的局部空间排列方式，包括α螺旋和β折叠等。
这种结构是由氢键和范德华力等相互作用力维持的。
三级结构是指蛋白质分子中不同区域的氨基酸残基之间的空间排列方式，形成了蛋白质的整体立体构型。
这种结构由各种化学键和相互作用力维持，如氢键、离子键、疏水作用和二硫键等。
四级结构是指由两个或多个多肽链相互作用形成的蛋白质复合体的空间排列方式，如同源多聚体和异源多聚体等。
蛋白质结构的研究对于理解蛋白质的功能和生物学作用非常重要。
通过对蛋白质结构的研究，可以揭示蛋白质的功能机制、药物
设计和疾病治疗等方面的重要信息。
同时，对蛋白质结构的理解也
为分子生物学、生物化学和生物医学领域的发展提供了重要的基础。
蛋白质的结构和功能
蛋白质的结构和功能蛋白质是生命体中最重要的类别之一，也是细胞的基本组成部分之一。
蛋白质的结构与功能密切相关，对于理解蛋白质的重要性以及其功能的多样性具有重要意义。
本文将就蛋白质的结构与功能进行详细阐述。
一、蛋白质的结构蛋白质是由氨基酸的多肽链组成的，而氨基酸是蛋白质的构成单元。
不同的氨基酸组合形成了不同的氨基酸序列，从而赋予了蛋白质不同的结构和功能。
蛋白质的结构包括了四个层次，分别是：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
1. 一级结构：一级结构是指氨基酸的线性排列方式。
氨基酸通过肽键连接在一起，形成多肽链。
每个氨基酸都与相邻的两个氨基酸通过肽键相连，形成一个多肽链。
2. 二级结构：二级结构是指多肽链的局部折叠方式。
常见的二级结构有α-螺旋和β-折叠。
α-螺旋是一种螺旋状的结构，其中氨基酸通过氢键相互连接。
β-折叠是一种折叠的结构，其中多肽链在平面上折叠成β片。
3. 三级结构：三级结构是指蛋白质整个空间结构的折叠方式。
蛋白质的三级结构是由一段多肽链的不同区域折叠而成。
三级结构的形成通常受到氢键、离子键、范德华力等相互作用的影响。
4. 四级结构：四级结构是指两个或多个多肽链之间的空间排列方式。
多肽链之间通过非共价键相互连接，形成一个完整的蛋白质分子。
多肽链之间的相互作用包括氢键、离子键、范德华力等。
二、蛋白质的功能蛋白质具有多种不同的功能，这取决于其结构和氨基酸序列的不同。
1. 结构功能：蛋白质作为细胞的基本组成部分，可以提供细胞的结构支持。
例如，肌肉组织中的肌动蛋白负责肌肉的收缩，细胞膜上的蛋白质起到维持细胞形态和细胞信号传递的作用。
2. 酶功能：蛋白质中的酶可以催化化学反应。
酶可以加速化学反应的速率，使得细胞内的代谢过程能够正常进行。
例如，消化系统中的酶可以加速食物的消化过程。
3. 运输功能：蛋白质可以通过细胞膜或血液循环，将物质从一个地方运输到另一个地方。
例如，血液中的血红蛋白可以运输氧气到身体各个器官。
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
蛋白质的结构层次
（一）结构层次: 1 一级结构(primary structure) 2 二级结构(secondary structure) 3 超二级结构(supersecondary structure) 4 结构域(structural domain) 5 三级结构(tertiary structure) 6 四级结构(quaternary structure)
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感谢您的阅读收藏，谢谢！
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（二）多肽链主链的折叠
1 肽平面(peptide plane)
2 二面角： N–C（）和C–C（）
都是单键，可以绕键轴自由 旋转(Pro除外)，其旋转角 度分别用和表示，称为 二面角(dihedral angle)
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3 Ramachandran构象图( 拉氏构象图)
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• பைடு நூலகம்构层次的定义：
1 一级结构：多肽链共价主链的氨基酸顺序。 2 二级结构：由多肽链主链骨架的折叠构象。 3 超二级结构：二级结构单元相互聚集，形成更
高一级的有规律的结构。 标准折叠单位(standard folding unit)或 折叠花式(folding motif)
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4 结构域： 多肽链在二级结构或超二级结构的基础 上形成三级结构的局部折叠区，它是相 对独立的紧密球状实体。
5 三级结构：多肽链通过盘旋、折叠，形成紧密的 借各种次级键维持的球状构象。是蛋白 质分子或亚基内所有原子的空间排布。
6 四级结构：寡聚蛋白质中亚基的种类、数目、空 间排布以及亚基之间的相互作用。
蛋白质的一二三四级结构名词解释生物化学
蛋白质的一二三四级结构名词解释生物化学引言蛋白质是生物体中重要的基础分子，参与了几乎所有生命活动的调控和实现。
蛋白质的结构决定了其功能和性质，在生物化学中，蛋白质的结构可分为一级、二级、三级和四级结构。
本文将对这四个层次的蛋白质结构进行详细解释。
一级结构蛋白质的一级结构是指由氨基酸残基组成的线性多肽链序列。
每个氨基酸残基通过肽键连接，形成多肽链。
在一级结构中，通过不同的氨基酸残基的排列顺序，蛋白质可以具有不同的序列，从而决定了蛋白质的独特性质和功能。
氨基酸的种类和排列顺序决定了蛋白质的信息内容。
二级结构蛋白质的二级结构是由蛋白质中氨基酸间的氢键作用而形成的局部空间结构。
常见的二级结构有α-螺旋和β-折叠。
α-螺旋是由多肽链在一定的角度下形成螺旋状的结构，而β-折叠是由多肽链形成平行或反平行的β片层结构。
这两种二级结构形式不同，给蛋白质带来了不同的物理和化学性质，从而影响了蛋白质的功能。
三级结构蛋白质的三级结构是指蛋白质中氨基酸残基间的相对空间排列。
这种排列是由蛋白质中的各种化学键（如氢键、离子键、疏水作用等）以及局部和全局的构象约束所决定的。
三级结构的形成使蛋白质获得了空间结构上的稳定性和独特的形状。
不同的氨基酸残基相互作用形成了螺旋、折叠和环等形状，进而塑造了蛋白质的功能。
四级结构蛋白质的四级结构是由多个多肽链和其他非氨基酸成分（如金属离子、辅基、配体等）相互作用而形成的复合物。
这种相互作用使多个多肽链形成互相配对或组装的结构，从而形成一个功能完整的蛋白质分子。
四级结构的形成不仅受到一二三级结构的影响，还可能受到环境因素的调控。
结论蛋白质的一级、二级、三级和四级结构相互作用，共同决定了蛋白质的功能和性质。
一级结构是蛋白质的线性多肽链序列，二级结构是形成的局部空间结构，三级结构是氨基酸残基间的相对空间排列，四级结构是多个多肽链和其他非氨基酸成分的复合物。
深入理解和研究蛋白质的一二三四级结构，对于揭示生命活动的分子机制、疾病发生机理以及药物设计等领域具有重要的意义。
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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。
单结构域和多结构域示例
•结构域与多肽链之间的关系？ •同一蛋白中结构域之间的关系？
结构域
结构域(domain)在空间上相对独立
免疫球蛋白
七、球状蛋白与三级结构
• 纤维蛋白 • 球状蛋白：自然界中远远多于纤维蛋 • 白，绝大多数功能蛋白（如酶，抗体 • 等）都是球状蛋白。 • 三级结构定义：指由二级结构元件（螺旋，
糖红 蛋细 白胞 的上 跨血 膜型
九、蛋白质折叠和结构预测
• 天然蛋白质分子受到某些物理因素如热、紫外
（ 一
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，
） 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 质
起二级结构示意图
βαβ在蛋白质中
βαβ在蛋白质中(Rossmann折叠)
Rossmann折叠：由三段平行β股和两段α螺旋构成， 相当于两个βαβ单元组合在一起。
（二）结构域
• 结构域：指多肽链在二级结构或超二级 结构的基础上形成三级结构的局部折叠 区，它是相对独立的球状实体，称为结 构域。
• 结构域有时也指功能域。一般说，功能 域是蛋白质分子中能独立存在的功能单 位。功能域可以是一个结构域，也可以 是两个或两个以上的结构域。
八、膜蛋白的结构（了解）
• 1、膜周边蛋白：分布在膜双脂层表面， 通过与膜内在蛋白的静电相互作用和氢 键相互作用与膜结合。
• 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
• 3、维持亚基之间的作用力主要是疏水相互作 用。
• 4、由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡 聚蛋白或多聚蛋白；由一个亚基组成无四级结 构的称为单体蛋白质。
四级缔合在结构和功能上的优越性
• 1、增强结构稳定性 • 2、提高遗传经济性和效率 • 3、使催化基团聚在一起，提高催化效率（对
酶而言） • 4、具有协同性和别构效应 • 多亚基蛋白一般具有多个结合部位，结合在蛋
见page225 图5-36 A
2、 ， -结构（平行或混合型折叠片）蛋白 质
以平行或混合型（含平行和反平行折叠股） 折叠片为基础，连有螺旋。
3、全-结构（反平行折叠片）蛋白质 由反平行折叠片构成
4、富含金属或二硫键（小的不规则）蛋 白质
结构域往往不规则，只有少量二级结构， 富含金属或二硫键
蛋白质变性与复性
1、蛋白质变性的的化学本质：维持高级结 构的次级键（氢键，离子键，疏水相互作用， 范德华力等）被破坏（一级结构不被破坏）， 特别是氢键的破坏，从而具有活性的蛋白质 空间构象被破坏。
2、有些蛋白质的变性是可逆的。
将变性因素除去后，变性蛋白质可以恢复其 天然构象，这个过程称为蛋白质的复性 （renaturation）。
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。
（一）球状蛋白的分类
根据结构域类型大致分为四种
1、全-结构蛋白质
最多：反平行螺旋： 螺旋一上一下反 平行排列，相邻螺旋间以环相连，形成似 筒状螺旋束 。
• （二）氨基酸序列规定蛋白质的三 维结构
• 蛋白质的一级结构决定其高级结构。换 言之，蛋白质的三维立体结构完全取决 于其氨基酸的序列。
• Anfinsen （诺贝尔奖获得者）用极其 简单的实验证明了蛋白质的一级结构决 定其高级结构。
Anfinsen的实验
蛋白质的一级结构决定高级结构
Anfinsen的实验（牛胰核糖酸酶变复性实验）
白分子的特定部位上的配体对该分子的其他部 位所产生的影响称为别构效应。具有别构效应 的蛋白质称为别构蛋白质。 • 别构效应具有正协同作用和负协同作两种
习题
• 超二级结构 纤维状蛋白 球状蛋白 疏水相互作用 别构现象（效 应） 肽键平面 结构域 蛋白质的变性作用
• 酰胺平面中具有部分双键性质的单键是： • A C-Cα B C-N • C N-H D N-Cα • *肽键平面的结构特点是： • A 4个原子处于一个平面 • B 肽键中的C-N键具有双键的性质 • C 肽键中的C-N键可以自由旋转 • D 只有α-碳原子形成的单键可以自由旋转 • E 肽键平面是蛋白质一级结构的基本单位 • *变性蛋白中未被破坏的化学键是： • A 氢键 B 盐键 C 疏水键 • D 肽键 E 二硫键 F 范德华力
见page228 图5-41
（二）球状蛋白质三维结构的特征：
（1）含有多种二级结构元件
（2）具有明显的折叠层次
二级结构超二级结构结构域三级结构
（3）是紧密的球状或椭球状实体
（4）疏水侧链埋在分子内部，亲水侧链暴露于分子 表面（疏水作用是安排二级结构单元形成三级结构 的主要作用力）
（5）球状蛋白分子表面有一空穴，是行使功能的活 性部位
• 变性后高级结构坏，一级结构不变
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
变性过程发生的现象：
（1）生物活性丧失
（2）一些侧链基团暴露
（3）物理化学性质发生改变：分子伸展，不 对称程度增高，粘度增加，扩散系数降低， 旋光性和紫外吸收变化
（4）生物化学性质发生改变：分子结构松散， 易于被蛋白酶水解(将蛋白食物煮熟吃？）
Anfinsen的实验_2
Anfinsen的实验（续）
十、亚基缔合和四级结构
• 关于蛋白四级结构的一些概念：
• 1、蛋白质的四级结构是指由多条各自具有一、 二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的 结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排 列方式及亚基之间的相互作用关系。
• 2、这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为 亚基或亚单位Subunit，它一般由一条肽链构 成，无生理活性；