蛋白质化学3

6.2蛋白质的二级结构 蛋白质的二级结构 (secondary structure)
蛋白质二级结构： 蛋白质二级结构：肽链主链不同肽段通过 自身的相互作用、形成氢键， 自身的相互作用、形成氢键，沿某一主轴 盘旋折叠而形成的局部空间结构， 盘旋折叠而形成的局部空间结构，是蛋白 质结构的构象单元。 质结构的构象单元。 蛋白质二级结构包括： 蛋白质二级结构包括： α-螺旋、 β-折叠、 β-转角、无规则卷曲 螺旋、 折叠 折叠、 转角 转角、 螺旋
影响α 螺旋形成的因素： 影响α-螺旋形成的因素：
酸性或碱性氨基酸集中的区域，同电荷相斥;
较大的R(如Phe、Trp、Ile)集中的区域; Pro 亚氨基酸,不易形成氢键; Cα位于五元环上,不易扭转; Gly R基为H，空间占位很小，也会影响该处螺旋的稳定。
β−折叠结构 折叠结构（ pleated） ⑵ β−折叠结构（β− pleated） Astbury等人曾对β-角蛋白进行X线衍射分析，发现 具有0.7nm的重复单位。
侧链构象主要是形成结构域。 侧链构象主要是形成结构域。球状蛋白质的很多亲水 结构域 侧链形成亲水区 主要分布在蛋白质分子表面； 亲水区， 侧链形成亲水区，主要分布在蛋白质分子表面；
由疏水侧链集中构成疏水区，多在分子内部， 由疏水侧链集中构成疏水区，多在分子内部，疏水区 疏水区 常形成一些“洞穴”或“口袋”，某些辅基就镶嵌 常形成一些“洞穴” 口袋” 其中,成为活性部位。 成为活性部位 其中 成为活性部位。
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Gly Glu
Gln Asn Val Phe
Phe Phe Gly Arg
1960年Stanford Moore等完成了牛胰核糖核酸酶 (RNase)的分析。
RNase由一条含124个氨基酸残基的多肽链组成， 分子内含有4个链内二硫键，分子量为12600。
RNase是水解核糖核酸磷酸二酯键的酶。
肽键平面成为 肽链盘曲折叠 的基本单位。 的基本单位。
6.2.2 二级结构的基本类型
6.2.2 二级结构的基本类型
螺旋结构（ ⑴α-螺旋结构（α-helix） 螺旋结构 ） 1950年Pauling和Corey对 1950年Pauling和Corey对α-角蛋白 (α-keratin)进行 线衍射分析， 进行X (α-keratin)进行X线衍射分析， 从衍射图中看到有0.5 0.55nm的 0.5～ 从衍射图中看到有0.5～0.55nm的 重复单位， 重复单位，故推测蛋白质分子中有 重复性结构， 重复性结构，认为这种重复性结构 螺旋。 为α-螺旋。 天然蛋白质绝大多数为右手α 螺旋 螺旋。 天然蛋白质绝大多数为右手α-螺旋。
6.2.5蛋白质的四级结构 蛋白质的四级结构(quaternary structure ) 蛋白质的四级结构 具有三级结构的几 条多肽链通过次级 键相互组合而形成 的特定构象称为蛋 白质的四级结构。 白质的四级结构。
(寡聚蛋白质中各 亚基之间在空间上 的相互关系或结合 方式) 方式)。
亚基(subunit、单体)：四级结构的蛋白质中的每一 个具有独立三级结构的多肽链称为亚基(subunit) 或亚单位、单体(monomer)。 四级结构是指亚基的立体排布、相互作用及接触部位 的布局。亚基之间不含共价键，在一定的条件下， 四级结构的蛋白质可分离为其组成的亚基，而亚基 本身构象仍可不变。 亚基单独存在时无生物活性，只有聚合成特定的四级 结构才具有完整的生物活性。
己知的超二级结构有3种基本组合形式： 己知的超二级结构有3种基本组合形式： αα 由二段或三段右手α-螺旋彼此缠绕而成的左手 超螺旋(superhelix)，存在于α-角蛋白、肌球 蛋白和纤维蛋白中。 βαβ 由两段或三段平行β−折叠链（单股链）和一段 连结链组成，连结链为α-螺旋或无规则卷曲。 最常见的βαβ 组合是由三段平行式的β−折叠链和 二段α-螺旋链构成，称为Rossmann折叠。 βββ是由几段平行的β−折叠链连结而成。
二硫键不属于次级键，但在某些肽链中能使远隔的二个 二硫键不属于次级键， 肽段联系在一起， 肽段联系在一起，对于蛋白质三级结构的稳定上起着 重要作用。 重要作用。
蛋白质的三级结构是指蛋白质分子主链折叠盘曲形成 蛋白质的三级结构是指蛋白质分子主链折叠盘曲形成 构象的基础上，分子中各个侧链所形成一定的构象. 构象的基础上，分子中各个侧链所形成一定的构象
例题： 例题：
已知某分子量为 240000 的蛋白质多肽链 的一些节段是 α- 螺旋，而另一些节段是 螺旋， β- 折叠，其分子长度为 5.06 × 10 折叠，
-5
cm ，
求分子 α- 螺旋和 β- 折叠的百分率。 折叠的百分率。
一般来讲氨基酸残基的平均相对分子质量为 120 ，此蛋白质 的相对分子量为 240000 ，所以氨基酸残基数为 240000/120=2000 个。 已知 α- 螺旋中，每个氨基酸残基上升的高度为 0.15nm ， β折叠构象中，每个氨基酸残基上升的高度为 0.35nm ，设此 链中 α- 螺旋的氨基酸残基数为 x ，而 β- 折叠的氨基酸残基 数为 2000-x ，则有： 0.15x+0.35× (2000-x)=5.06 × 10 -5 × 10 7 0.15x+700-0.35x=506 求得 x=970 所以 α- 螺旋占的百分数为 ：970÷2000×100%﹦ 48.5% 则 β- 折叠的百分率为 51.5% 。
6 蛋白质的分子结构
多肽链的氨基酸序列决定了蛋白质的高级结构，决定了 蛋白质的生物学功能。
组成蛋白质的22种氨基酸，侧链基团的理化性质和空间 排布各不相同，当它们按照不同的序列关系组合时， 形成多种多样空间结构和生物学活性的蛋白质分子。
蛋白质的结构分为： 蛋白质的结构分为： 一级结构、二级结构、 一级结构、二级结构、 三级结构、四级结构。 三级结构、四级结构。
⑵结构域(domain) 结构域 在较大的球状蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的超 二级结构紧密联系，形成几个紧密球状构象.彼此 以松散的肽链相连的球状构象。 每个结构域一般约由100-200个AA残基组成，各有独 特的构象，并承担不同的生物学功能。 结构域是多肽链的折叠单位，多肽链折叠的最后一步 是结构域的缔合。
蛋白质α- 螺旋结构特点
是蛋白质的一种二级结构 其骨架 骨架：为N-C-C重复单位构成的一条右旋 右旋的肽链 骨架 N 右旋 直径： 直径：5Ǻ（0.5nm） 0.5nm） 螺圈： 3.6个氨基酸螺旋上升一圈 螺圈：每3.6个氨基酸螺旋上升一圈 螺距： 螺距：5.4 Ǻ （0.54 nm) 氨基酸间相距5.4 0.15nm） 氨基酸间相距5.4 Ǻ / 3.6 =1.5 Ǻ（0.15nm），且沿中轴旋 转100º靠主链内氢键维持其结构稳定性 100º 100 α- 螺旋中氨基酸侧链R分布在螺旋外侧，其形状、大小及 R分布 电荷影响α-螺旋的形成。
稳定蛋白质三级结构的主要是次级键: 稳定蛋白质三级结构的主要是次级键
氢键、疏水键、盐键、范德华力 这些次级键存在于一级结构序号相隔很远的氨基酸 残基的R基团之间，因此蛋白质的三级结构主要指 氨基酸残基的侧链间的结合。 三级结构是由多肽链的AA顺序决定。
次级键都是非共价键,易受环境中pH、温度、 次级键都是非共价键,易受环境中pH、温度、离子强度 非共价键 pH 等的影响，有变动的可能性。 等的影响，有变动的可能性。
蛋白质的一级结构的测定
测定其分子量，拆开二硫键，确定肽链的数目； 1、测定其分子量，拆开二硫键，确定肽链的数目； 氨基酸的组成分析； 2、氨基酸的组成分析； 3、肽链末端氨基酸的测定 专一性部分裂解； 4、专一性部分裂解； 肽片段的分离纯化； 5、肽片段的分离纯化； 各片段的氨基酸顺序测定； 6、各片段的氨基酸顺序测定； 片段重叠，拼出完整肽链的氨基酸顺序； 7、片段重叠，拼出完整肽链的氨基酸顺序； 确定二硫键和酰胺基的位置。 8、确定二硫键和酰胺基的位置。
如将毛发α-角蛋白在湿热条件下拉伸，可拉长到原 长二倍，这种α-螺旋的X线衍射图可改变为与β角蛋白类似的衍射图。说明β-角蛋白中的结构和 α-螺旋拉长伸展后结构相同。
β−折叠也称β-片层（β−pleated sheet） β−conformation)是由两条或多条几乎完全伸展的多 肽链侧向通过氢键连接在一起，相邻两肽链以相同 或相反方向平行排列成片状。
片层结构特点： β -片层结构特点：
①肽链处于相当伸展的结构，肽链平面之间折叠成锯 齿状，相邻肽键平面间呈110°角。每个Aa残基伸 展的长度为0.35 0.35，AA残基的R侧链伸出在锯齿的上 0.35 方或下方。 ②依靠两条肽链或一条肽链内的两段肽链间的C=O与 另一条的-NH基之间形成氢键，使构象稳定。 ③两段肽链可以是平行的或是反平行的。 ④平行的β-片层结构中，重复距离为0.65nm；反平 重复距离为0.65nm； 重复距离为0.65nm 行的β-片层结构，则间距为0.7nm。 0.7nm。 0.7nm
在二、三级结构间划分出 在二、 超二级结构和结构域。 超二级结构和结构域。
蛋白质的一、 蛋白质的一、二、三、四级结构
6.1 蛋白质的一级结构
蛋白质的一级结构是指蛋白质中氨基酸的排列 顺序。
1953年英国Sanger等人，完成了牛胰岛素(Isulin) 一级结构测定工作，分子量为5700D，有A链(21AA) 和B链(30AA)两条肽链，两个链间有二硫键和一个 链内二硫键(A链)。
⑶ β− 转角（ β−turn） 也称β−弯曲(β−bend)、回折(reverse turn)。是指 肽链出现180º回折，由弯曲处的第一个AA残基的 -C=O与第四个AA残基 -NH间形成氢键(4→1氢键) 产生一种不很稳定的环形结构。 X－NH ：O＝C(X＋3)
⑷无规卷曲
没有确定规律性的部分肽链构象，肽链中肽键平 面不规则排列,属于松散的无规卷曲(rando ⑴肽平面(peptide plane)