第六章：蛋白质分子构象(10学时)
第六章：蛋白质分子构象（10学时）
第一节：概述（pp191-192）
一、蛋白质结构层次（pp191-191）
蛋白质分子的结构层次：
一级结构→二级结构→超二级结构→结构域→三级结构→四级结构1．一级结构（primary structure）：又称化学结构，指的是蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，包括组成一个蛋白质分子的多肽链的数目和多肽链中氨基酸的精确序列两个
重要方面。
2．二级结构（secondary structure）：指的是多肽链主链骨架中若干肽段各自沿着某个轴盘旋或折叠，并以氢键维持，从而形成有规律的构象（空间结构）。如α-螺旋、
β-折叠、β-转角等。目前认为上述看法排除了多肽链中的无规卷曲和非氢键的规
则结构，是不全面的。
3．超二级结构（super secondary structure）：指的是蛋白质分子中的一些二级结构单元，在空间进一步聚集、组合在一起，形成的一种高于二级低于三级结构的新的空间层
次。常见的超二级结构有αα、βcβ、βαβ、βββ等。
4．结构域（domain）：指的是由超二级结构形成的紧密、稳定，而且在蛋白质分子构象上明显可分的区域。一般由50-400个氨基酸组成，它们分别担负蛋白质分子的
不同功能，是蛋白质分子的生物功能实体。
5．三级结构（tertiary structure）：指的是一条多肽链在二级结构的基础上，由于其顺序相隔较远的氨基酸残基侧链的互相作用（氢键、疏水键、范德华力、离子键、配位键、二硫键），而进行范围广泛盘旋和折叠，从而产生特定的不规则的球状结
构。
6．四级结构（quarternary structure）：指的是各个亚基（亚单位）在多聚蛋白中的空间排布及亚基的互相作用。
二、构象和构型的区别（pp191-191）
两个易于混淆的概念：
1．构型（configuration）：指的是：在立体异构体中，取代原子或基团在空间里的取向。
一个碳原子和四个不同的基团相连时，只有两种不同的空间排列。这两种不同的空
间结构称为不同的构型（α-、β-构型）。如果没有共价键的断裂和生成，这两种
构型是不能互变的。构成蛋白质的氨基酸都是α-构型氨基酸。
2．构象（conformation）：指的是：当单键旋转时，分子中的基团或原子可能形成不同的空间排列，这些不同的空间排列，称为不同的构象。这种空间位置的改变，并不
涉及共价键的断裂和生成。多肽链空间结构改变不涉及共价键的断裂和生成，仅仅
涉及次级键的断裂和生成，因此蛋白质的空间结构属于构象。
三、研究构象的必要性（pp191-192）
构象是理解蛋白质结构和功能关系的基础。例如：胰凝蛋白酶的His-57、Asp-102、丝Ser-195，在空间构象中很接近，构成活化中心，对了解蛋白质功能非常重要；但是，如果我们只了解它的一级结构，就无法理解：在一级结构上相距甚远的这三个氨基酸残基为什么能够共同催化底物化学反应。
四、蛋白质构象研究进展（pp192-192）
两个发展时期：
1．30年代~1959年：
研究对象：各种纤维蛋白。
研究方法：X射线衍射图。
研究成就：提出蛋白质立体化学原理、开始建立结构模型（α螺旋模型）；
2．1959年至今：
研究对象：各种种蛋白质分子构象，主要为结构复杂的结晶球蛋白。
研究方法：制备蛋白质单晶、运用0.2nm分辨率的X射线衍射结构分析法等。
研究成就：提出六级结构的理论、研究出多达300~400种蛋白质分子构象、初步
揭示了蛋白质构象与功能的关系。
第二节：多肽链立体结构原理（pp192-197）
一、肽单位平面结构（pp192-194）
㈠基本概念：提前教室画图
1．多肽链（polypeptide chain）：
2．氨基酸残基（amino-acid residue）：
3．肽键（peptide bond）：
4．侧链（side chain）：
5．主链骨架（main chain backbone）：
6．肽单位（peptide uint），又称为肽平面、酰胺平面：
㈡肽单位的特征：
1．肽键特征：C―N ①部分双键性质，不能自由旋转；②键长0.1325nm。
2．刚性平面：肽单位上的6个原子都位于同一平面上。
3．反式排布：多肽链上决大多数肽单位，其C=O和N―H键都是反式排布的，既在肽平面中，两个Cα碳位于对角线的位置、O和H位于对角线的位置。反
式构型的能量比顺式构型低，故结构稳定。（脯氨酸例外）
4．键长和键角：（见194页）
5个键长：
N―H：0.1nm C=O：0.124nm C―N：0.1325nm
N―Cα：0.1455nm Cα―C：0.153nm
5个键角：
N CαC：111o CαCO：120.5o CαCN：116o
OCN：123.5o CNCα:121o
二、二面角（pp194-195）
1．概念：（见194页图6-2：做模型）
每个Cα都位于两个肽单位的交线上，它是上一个肽平面的终点，又是下一个
肽平面的起点。由于连接两个肽平面的共价键（Cα2―N1和Cα2―C2）都是单
键，可以围绕键轴自由旋转，使两个肽平面在空间相对位置的发生变化。
⑴φ[fai]角：指的是：上一个肽平面围绕Cα2―N1单键键轴的旋转角度。
⑵ψ[psai]角：指的是：下一个肽平面围绕Cα2―C2单键键轴的旋转角度。
⑶二面角（φ,ψ）：指的是：φ和ψ构象角，以及它们的相对位置。二面角可以
在0o±180o的范围内变动。194页图6-2：（φ,ψ）=（180o，180o）多肽链主
骨架充分伸展。
⑷ω[omiga]角：肽键（C1―N1或C2―N2）发生的小幅度扭转的角度。
2.有关规定：
⑴关于φ：当Cα2―C2与N1―H1呈反式排布时，规定φ=0o；
当Cα2―C2与N1―H1呈顺式排布时，规定φ=180o
⑵关于ψ：当Cα2―N1与C2=O2呈反式排布时，规定ψ=0o；
当Cα2―N1与C2=O2呈顺式排布时，规定ψ=180o
⑶关于“+”“-”号：
从Cα2看：单键（Cα2―C2或Cα2―N1）沿顺时针方向旋转，用“+”表示；从
Cα2看：单键（Cα2―C2或Cα2―N1）沿逆时针方向旋转，用“-”表示。
⑷关于ω：当Cα2―C2与Cα3―N2呈顺式排布时，规定ω=0o；
当Cα2―C2与Cα3―N2呈反式排布时，规定ω=180o
三、拉氏构象图（pp195-197）
1．限制相邻两个肽单位空间构象的因素：（见图6-3：提前教室画图）
⑴相邻原子之间的空间障碍：在相邻的两个肽平面上，两个羰基氧原子、两个亚
氨基氢原子、或者羰基氧原子与亚氨基氢原子之间，会发生空间障碍。
⑵R侧链的性质：Cα―C和Cα―N会受到R侧链空间结构的阻碍，其影响程度
取决于R侧链的性质。
由于各种各样的空间障碍，真正能够存在的构象是为数有限的。
2．非键合原子之间的最小接触距离（nm）
60年代，Ramachandran（拉氏）等人针对构象中所遇到的空间阻碍问题，作
了近似处理。他们把原子看成简单的硬球，根据范得华半径计算，确定了非
键合原子之间的最小接触距离（见表6-1）。上行为计算值，下行为测定值。
3．拉氏构象图（见196页图6-4，提前教室画图）
拉氏等人为了确定相邻的二肽单位之间可能存在的空间构象，根据非键合原
子之间的最小接触距离的原理制作了“拉氏构象图”（见图6-4）。在拉氏构象
图中，φ值作横坐标，ψ值作纵坐标。（从-180o到180o）
⑴允许区：拉氏构象图上的实线封闭区，在此区域内，成对二面角（φ,ψ）所
决定的主链骨架的构象是允许的，例如：右手α-螺旋、平行β-折叠、反平行
β-折叠、胶原三股螺旋的空间构象。在允许区，非键合原子之间的距离≥最
小接触距离，两原子之间没有斥力，构象的能量状态最低，因此二肽单位的构
象最稳定。
⑵完全不允许区：拉氏构象图上的虚线以外的广大区域，在此区域内，成对二面
角（φ,ψ）所决定的主链骨架的构象，是完全不允许的，例如图6-3所表明
的二面角（φ=180o,ψ=0o），两个羰基氧原子的接触距离太小；二面角（φ=0o,
ψ=180o），两个亚氨氢原子的接触距离太小。在完全不允许区，非键合原子之
间的距离小于极限值（比最小接触距离还小0.01-0.02nm），两原子之间产生
很大的斥力，构象的能量很高，因此构象不稳定，不能存在。
⑶部分允许区（又称为“临界限制区”）：拉氏构象图上的虚线封闭的区域，在此
区域内，成对二面角（φ,ψ）所决定的主链骨架的构象，是部分允许的，例
如：310-螺旋、π-螺旋、左手α-螺旋等。在部分允许区，非键合原子之间的
距离小于最小接触距离，但是大于极限值，因此这样的构象不够稳定。
4．R侧链对拉氏构象图的影响
R侧链对拉氏构象图有很大的影响。例如：如果多肽链的组成为：
⑴甘氨酸（Gly）：允许区占构象图的61%；
⑵丙氨酸（Ala）：允许区占构象图的23%；
⑶缬氨酸（Val）异亮氨酸（Ile）：允许区更小。
5．拉氏构象图的可靠性和局限性
⑴可靠性：13种球蛋白的2500个二面角的数据分析，拉氏图基本上是可靠的；
⑵局限性：甘氨酸（Gly）和天冬酰胺（Asn）的二面角常偏离允许区很远。
第三节：二级结构（pp197-206）
新概念：由多肽链骨架中各个肽段所形成的规则的或无规则的构象，就是二级结构。
一、螺旋结构（pp197-200）
㈠概述：
1．螺旋构象：多肽链主链骨架围绕轴一圈一圈地上升，所形成的螺旋式构象。
2．整数螺旋：每一圈螺旋所包含的氨基酸残基是整数（如：3个残基）；
非整数螺旋：每一圈螺旋所包含的氨基酸残基是非整数（如：3.6个残基）。
3．左手螺旋（left-handed helix）和右手螺旋（right-handed helix）。
4．氢键：由主链骨架的=C=O基氧原子和=N-H基的氢原子形成，是维持螺旋结构的作用力。
5．螺旋构象的分类：按照氢键形成的不同方式，分为：α-系螺旋和γ-系螺旋
⑴α-系螺旋
①概念：在α-系螺旋中每一个氢键所封闭的环是：
②常见的类型：
2.27-螺旋：
310-螺旋：
3.613-螺旋：又称“α-螺旋”
4.416-螺旋：又称“π-螺旋”
③通式S N: S为每圈所包含的氨基酸残基数；N为氢键封闭环内的原子数。
④α-系螺旋封闭环本身的原子数计算通式：3n+4, （n=1, 2, 3,……）
式中n：为主链骨架上=C=O基氧原子跨越的肽单位数目，n=（N-4）/3。
⑵γ-系螺旋
①概念：在γ-系螺旋中每一个氢键所封闭的环是：
②常见的类型：5.117-螺旋，又称“γ-螺旋”
③γ-系螺旋封闭环本身的原子数计算通式：3n+5, （n=1, 2, 3,……）
式中n：为主链骨架上=N-H基氢原子跨越的肽单位数目，n=（N-5）/3。㈡α-螺旋（α-helix）
1．概念：即3.613-螺旋，属于非整数螺旋。
2．结构特征：
①长度特征：螺距=0.54nm, 残基高度=0.15nm, 螺旋半径：0.23nm。
②角度特征：φ角均为-57o,ψ角均为-47o。
③螺旋特征：呈右手α-螺旋：能量最低，是所有螺旋构象中最稳定的螺旋
构象。（左手α-螺旋：仅在嗜热菌蛋白酶中发现一例。）
④氢键取向：α-螺旋氢键的取向与螺轴几乎平行。
⑤肽键全参与：α-螺旋构象允许所有的肽键都能参与链内氢键的形成，相
当稳定。
3．分布特征：分布于大多数蛋白质之中。
4．R侧链：
①位置：位于α-螺旋的外侧。
②对α-螺旋的影响：
?赖（Lys）或天冬（Asp）、谷（Glu）：带电荷多，连续出现时α-螺旋就不稳定。
?甘（Gly）：由于没有R侧链，没有约束，二面角（φ,ψ）取值范围广，形成α-螺旋的几率小。连续存在，则不能形成α-螺旋。
?脯（Pro）：由于Pro残基没有=N-H基，不可能生成氢键，因此是α-螺旋构象的最大破坏者：那里有脯氨酸，那里就不能形成α-螺旋
构象。但在N末端时例外。
5．非典型α-螺旋：
①典型α-螺旋：上述的右手α-螺旋是典型的α-螺旋，表达为：αI I,
特征是：N―H…O几乎位于一条直线上，结构紧凑。
②非典型α-螺旋：表达为：αII，
结构特征是：N―H…O三个原子不是位于一条直线上，且距直线甚远。能
量与αI I相差不大，但障碍了第二圈螺旋的形成。故多出现在螺旋的末圈。
分布特征：见于溶菌酶、胰岛素、肌红蛋白。
㈢310-螺旋和π-螺旋
1．310-螺旋：
⑴结构特征：①整数螺旋；②残基高度0.2nm、螺旋半径0.19nm；③φ=-49o,
ψ=-26o ；④ R侧链伸向螺旋外侧；⑤不够稳定，通常大约一圈。
⑵分布特征：趋向于出现在N-末端或C-末端，在蛋白质中只少量存在。
2．π-螺旋：又称4.416-螺旋
⑴结构特征：①非整数螺旋；②残基高度0.11nm、螺旋半径0.28nm；③不
够稳定。
⑵分布特征：在蛋白质中极少存在，仅见于过氧化氢酶。
二、β―折叠股和β―折叠片（pp201-202）
㈠β―折叠股（β―sheet strand）
1．结构特征：主链中所有α―碳原子的二面角都取φ=-120±45o,ψ=+130±30o，从而使主链呈现周期性折叠构象（图6-8，提前教室画一半：股）。
2．分布特征：是其它二级结构的基础，例如β―折叠片、超二级结构。
㈡β―折叠片（β―pleated sheet）
1．结构特征：由两条或两条以上β―折叠股平行排布，以氢键相联系构成。R侧链则交替位于片层两侧，为了避免相邻侧链间的空间障碍，主链骨架的片层
形成折叠状。
2．分布特征：β―折叠片是一种稳定的二级结构，广泛存在于各种蛋白质中。
3．分类：（见201页图6-9提前教室画图）
⑴平行β―折叠片：①两条肽股走向相同（即N末端在同一方向）；②φ=-119o,
ψ=+113o；③重复距离为0.65nm；④两股之间交错形成氢键。
⑵反平行β―折叠片：①两条肽股走向相反（即两N末端在不同方向）；②φ
=-139o,ψ=+135o；③重复距离为0.7nm；④氢键与氢键之间有疏有密，彼此
平行；⑤氢键N―H…O三个原子位于一条直线上，氢键结合力最强。
㈢β―折叠片的扭曲
1．结构特征：折叠股与折叠股之间的氢键不是等长的，片层末端的氢键相对较长，中间的较短，在这种力的作用下，β―折叠片发生扭曲。
2．扭曲类型：⑴马鞍型；⑵圆筒型。
3．分布特征：扭曲的6股β―折叠分布与DNA深沟；扭曲的二股反平行β―折叠分布于DNA或RNA浅沟。
三、回折（pp203-203）
1．概念：在多肽链中出现的180o转弯结构，称为回折（reverse turn）。
2．分类：β―转角（β―Turn）和γ―转角（γ―Turn）
㈠β―转角
1．结构特征：
①组成：由多肽链上四个连续的氨基酸组成；
②氢键：由第一个肽单位的羰基氧原子与第三个肽单位的亚氨基氢原子构成；
③C1α与C4α之间的距离小于0.7nm；
④主链骨架以180o返回折叠。
2.分类：（见图6-11）
II型β―转角：一般是不稳定的，只有第三个氨基酸残基是甘氨酸时才稳定。
3．分布特征：多分布于球蛋白分子表面，多数由亲水氨基酸残基组成。
㈡γ―转角
1．结构特征：
①组成：由多肽链上3个连续的氨基酸组成；
②氢键：由两个氢键维持构象：第一个肽单位的羰基氧原子、亚氨基氢原子与第
三个肽单位的亚氨基氢原子、羰基氧原子构成；
③主链骨架以180o返回折叠。
2．分布特征：发现于嗜热菌蛋白酶。
四、β―发卡结构和Ω结构（pp204-205）
β―发卡结构和Ω结构是90年代新发现的两种二级结构。
㈠β―发夹结构（β―hairpin）：
1．结构特征：
①组成：由一条伸展的多肽链弯曲而成，两臂等长，彼此相邻，反向平行；
②氢键：氢键有1-6个，排列为：i和i+n；i-2和i+n+2；i-4和i+n+4；
③残基：此构象中包含10-11个氨基酸。
2．分类：分为四类
一类β―发夹：包含11个氨基酸残基，氢键3-6个，末端有一对氢键；
二类β―发夹：包含10个氨基酸残基，氢键1-4个，末端无氢键；
三类β―发夹：包含11个氨基酸残基，氢键1-4个，末端无氢键；
四类β―发夹：包含10个氨基酸残基，氢键1-4个，末端有1-2个氢键；
3．分布特征：广泛存在于球蛋白中。
㈡Ω环（Ω loop）
1．结构特征：
①概念：为多肽链中环状节段。呈“Ω”型，环口两肽链之间的距离≤0.1nm；
②残基：此构象中包含6-16个氨基酸残基，排除β-转角和复合环构象的可能；
②无规则的卷曲：在Ω环中，多肽链呈无规则的卷曲（排除反平行β―折叠片）；
③球状构象：Ω环内部为空腔状，Ω环外部为残基R侧链，形成高度致密的球状
构象。
2．分布特征：在蛋白质中普遍存在，但只出现在蛋白质分子表面，以亲水氨基酸为主，与生物活性有关。
五、三股螺旋（triple helix）
又称为“胶原螺旋（collagen helix）”和“超螺旋（super-helix）”
1．结构特征（见205页图6-14）：
①二面角：每条多肽链的主链骨架的二面角为φ=-60o,ψ=+140o；
②左手螺旋：每条多肽链的主链骨架形成左手螺旋；
③右手螺旋：三股已形成左手螺旋的多肽链，又互相绞合，生成右手螺旋；
④链合力：链合力为氢键和范得华引力。
2．分布特征：分布于胶原蛋白。
六、无规卷曲（random coil）
1.结构特征：
①形态：呈无规律的卷曲；
②二面角：残基的成对二面角，存在于拉氏构象图允许区的不同点上；
2. 分布和功能特征：主要分布于球蛋白中。无规卷曲与生物活性有关，对外界理
化因子极为敏感。
七、侧链构象（pp205-206）
1．与主链骨架构象的关系：互相影响、互相制约、达到最稳定的状态；
2．特征：①单键可以旋转；②构象无规律；③微区分为亲水区和疏水区；④在水溶液中，亲水侧链位于分子内部，使分子呈球状；疏水侧链位于分子外
部。
第四节：超二级结构（pp206-208）
一、复绕α―螺旋（coiled-coil α-helix）
又称为αα结构。
1．结构特征：（206页，图6-15）
①左手超螺旋：两个α-螺旋互相缠绕，形成左手超螺旋。其周期为14nm，侧链
互相齿合。
②疏水侧链的结合：疏水侧链集中在两个螺旋的接触面，借助疏水侧链的疏水作
用，两条螺旋互相紧密结合。自由能很低，因此，复绕α―螺旋很稳定。
2．分布特征：
①纤维蛋白：主要分布于α―角蛋白、原肌球蛋白等纤维蛋白中；
②球蛋白：近年来，在烟草花叶病毒外壳蛋白、蚯蚓血红蛋白、细菌视紫红蛋白
等中都有发现。
二、βxβ单元（βxβunit）
㈠βxβ单元
1．结构特征：由两条平行的β-折叠股，通过一个x结构连接形成；理论上有两种手型之分，但实际观察到的都是右手型的（见206页图6-16）。
2．分类：
①βcβ-单元：x为无规则卷曲；
②βαβ-单元：x为α―螺旋；
③βββ-单元：x为β―折叠股。
3．分布特征：分布于大多数球蛋白。
㈡Rossmann折叠
1．结构：由两组βαβ-单元组成的更加复杂的超二级结构（207页图6-17）。
2．分布：分布于球蛋白：如，苹果酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、枯草杆菌蛋白酶等。
三、β―迂回（β―meander）
1．结构：由三条或者三条以上的反平行β-折叠股形成。它们中间以单链相连。
2．分类：有多种形式，如：（见207页图6-18）
①β―迂回；
②希腊钥匙；
③双希腊钥匙。
3．分布：广泛存在于各种蛋白质中。
四、β―折叠筒（β―sheet barrel）
1．结构：由5条或5条以上β-折叠股所构成的β-折叠片，进一步卷曲，边缘以氢键相连形成的筒状状结构。筒中心由疏水侧链组成，很稳定。
2．分类和分布：
⑴按折叠股方向分类：①平行式折叠筒；②反平行式折叠筒。
⑵据研究发现的种类（见208页图6-20）：
①希腊钥匙：见于超氧化物歧化酶、胰凝蛋白酶等；
②印地安花篮结构：见于木瓜蛋白酶、大豆胰蛋白酶等；
③闪电结构：见于磷酸丙糖异构酶。
五、α―螺旋―转角―α―螺旋（pp208-208）
1．结构：由两个α―螺旋通过一个β―转角构成。
2．分布：λ噬菌体的λ阻遏[e]蛋白、E. Coli的CAP蛋白中可见。
3．功能：与DNA有亲和力，是蛋白质与DNA分子结合的结构之一。
第五节：结构域（pp208-210）
一、结构域（domain）的概念
要点：
1．球状构象：在较大的球蛋白分子中，多肽链往往形成几个独立球状结构，互相之间往往以松散的单股肽链相连。这种相对独立的球状结构就是结构域。
用电子显微镜观察时？，在电子密度图上可以看到这些球状构象的轮廓。
2．独立折叠：在多肽链折叠时，每个结构域都是独立地、分别地进行反复的折叠，形成各具特点的球状结构。
3．高级组件：在功能相似或不相似的蛋白质分子中，往往都能发现相同、或相似的结构域。因此，现在越来越多的学者认为，结构域是装配蛋白质分子的
高级组件。每一种结构域对应于基因序列上的一个外显子。结构域可以在两
个水平上装配蛋白质大分子（见《医学免疫学》40页，图3-9，提前画图）：
①DNA外显子的重排：发生在多肽链产生之前，可以表达不同的结构域的
外显子重新组合（重排），形成可以表达这些结构域的DNA 以及mRNA。
②多肽链水平的装配：在多肽链产生之后，由含有不同结构域的亚基肽链，
还可以进一步合成，装配出具有四级结构的蛋白质大分子。
4．其它特征：结构域一般由100-200个氨基酸残基组成，其大小相当于直径2.5nm 的球体。大的蛋白质分子可以由2-12个结构域构成。
二、功能域
1．概念：功能域是蛋白质分子中的独立的活性部位，或称功能单位。
2．结构特征：功能域可以由一个或几个结构域组成，这些结构域可以位于一条或几条多肽链上。功能域有时位于结构域的交界处，在这种情况下，功能域
是由两个或两个以上的结构域组成；有时位于单独的结构域，这时，每个结
构域都是独立的功能域。
三、结构域的运动
1．运动的基础：虽然，每个结构域本身是紧密装配的，但是结构域之间是通过共价的、松散的肽链相联系。由于这种牢固而又柔韧的连接方式，使得每一
个结构域可以作为一个整体，作较大幅度的相对运动。
2．运动的目的：①可以使功能域与底物结合更紧密，如IgG的抗原结合部；
②可以使蛋白质分子本身发生变构，激发蛋白质本身的功能，例如离子通道；
③可以激发其他蛋白质的功能，起到传递信息的作用，例如，受体→G蛋白
→腺苷环化酶。
四、结构域分类
1．α―螺旋域：主要由α―螺旋构成，例如：木瓜蛋白酶域1；
2．β―折叠域：主要由反平行β―折叠构成，例如：木瓜蛋白酶域2；
3．α+β域：由α―螺旋和β―折叠股不规则堆积而成，如：乳酸脱氢酶酶域2；
4．α/β域：中央为β―折叠片，周围为α―螺旋；例如：乳酸脱氢酶酶域1；
5．无α―螺旋和β―折叠域：结构中不具有，或仅具有少量的α―螺旋和β―折叠，例如：麦胚凝集素。
第六节：三级结构（pp210-228）
一、三级结构的概念（pp210-210）
定义1. 指的是一条多肽链在二级结构的基础上，由于其顺序相隔较远的氨基酸
残基侧链的互相作用（疏水键、氢键、范德华引力、离子键、配位键、二硫键），
而进行范围广泛盘旋和折叠，从而产生特定的不规则的球状结构（适用于球蛋白）。
定义2. 蛋白质分子或亚基内所有原子的空间排布，但不包括亚基间和分子间的
空间排列关系（不仅适用于球蛋白，还适用于纤维蛋白）。
二、几种球蛋白分子的构象（pp210-219）
㈠肌红蛋白分子(Myoglobin)
1．分布和功能：肌红蛋白存在于肌肉中，能运输和储存氧气，为生物氧化直接提供氧气。
2．基本结构：分子量为17000，由一条有153个氨基酸残基的多肽链和一个血红素所组成，一级结构见286页的图8-9。
3．发现过程：见211页的图6-23。由英国Kendrenw研究组阐明：（图6-23ABC）第一阶段：在0.6nm分辨率的水平，看到多肽链走向和位于其中血红素；
第二阶段：在0.2nm分辨率的水平，看到多肽链的二级结构；
第三阶段：在0.14nm分辨率的水平，看到多肽链中原子的位置。
4．结构特征：
①α―螺旋为主：75%~80%为α―螺旋，包括8个α―螺旋段（A―H）；
②无规则卷曲为辅：位于螺旋段之间的转弯处，残基为Pro, Ile, Ser；
③袋型空腔结构：由多肽链盘旋而成。亲水侧链位于分子外围，因此可以
溶于水；疏水侧链位于空腔内边。
④功能域：空腔内边是蛋白质分子的功能域，可以固定血红素；血红素中
心为亚铁离子，可以与氧分子可逆性结合。
㈡溶菌酶分子(Lysozyme)
1．分布和功能：溶菌酶存在卵白和动物眼泪中，能催化细菌细胞壁中多糖的水解，因而能够杀菌。
2．基本结构：分子量为14600，由129个氨基酸残基和4个二硫键组成，一级结构（见213页的图6-25）。
3．发现过程：1965年，由Phillips研究组阐明（214页图6-26），他们采用的是0.2nm分辨率的X射线晶体结构分析法。
4．结构特征：
①α―系螺旋：6个：3个α―螺旋，3个310―螺旋（图6-26）；
②β―转角：10个（图6-26）；
⑤β―迂回：1个（42-60），由3个β―折叠片组成（图6-26）；
⑥二硫桥：4个（图6-25）；
⑦无规则卷曲：约50%；
⑧椭圆球型结构：大小为4.5nm×3nm×3nm，极性侧链分布于分子表面，非
极性侧链分布于内部。
⑨功能域：分子表面有一个深陷而狭长的凹槽，是蛋白分子的功能域，可
以结合多糖底物的6个单糖单位，凹槽中的Glu35和Asp52是溶菌酶的
活性部位。
㈢羧肽酶Aα分子（Carboxypeptidase Aα, CPAα）
1．分布和功能：羧肽酶A原在胰腺中产生，经过胰蛋白酶激活，产生四种羧肽酶：CPAα，CPAβ，CPAγ，CPAδ。
2．基本结构：分子量为34600，由一条有307个氨基酸残基的多肽链和一个Zn2+离子组成，一级结构（见214页的图6-27）。
3．发现过程：1967年，由Lipscomb研究组阐明（215页图6-28），他们采用的是0.2nm分辨率的X射线晶体结构分析法。
4．结构特征：
①螺旋结构：占38%，大多数为α―螺旋，与折叠股交替分布；
③β―折叠：占17%。包括：一个平行折叠片（含4个折叠股：φ=-119o,
ψ=113o），一个反平行折叠片（含3个折叠股：φ=-139o,ψ=135o）；
④无规则卷曲：占45%；
⑤椭圆球型结构：大小为5nm×4.2nm×3.8nm。
⑥功能域：分子表面有一个袋型空穴，是蛋白分子的功能域（216页图
6-29）。在空穴的一侧，有一个Zn2+离子与His69,Glu72,His196以配位键
相连。在空穴的周围，有参与对底物结合和催化的Glu270, Tyr248,
Arg145。
㈣胰岛素分子（Insulin）
1．分布和功能：由哺乳动物胰腺的β-细胞所分泌的蛋白质激素，胰岛素在糖、氨基酸和脂肪的代谢中起调节作用。胰岛素缺乏可以导致糖尿病。
2．基本结构：胰岛素分子包括A和B两条多肽链，A链由21个氨基酸残基组成；
B链由30个氨基酸残基组成。A、B两链之间由两个二硫桥连接，A 链还有一
个链内二硫键。一级结构（见118页七）。
3．发现过程：1974年，由中国北京胰岛素研究组阐明（216页图6-30），他们采用的是0.18nm分辨率的X射线晶体结构分析法。
4．结构特征：
⑴四级结构：胰岛素是有四级结构的蛋白质分子，包括A和B两条多肽链。
⑵A链结构：A12~A15是一个非标准的右手螺旋，其它为伸展肽链构象。
⑶B链结构：
①螺旋结构：B9~B19是右手螺旋，构成了多肽链的基本骨架，使B链
稳定。其中两卷是标准的α―螺旋；
②折叠结构：B1~B6和B23~B27是两段伸展的折叠链；
③U型转弯：B20~B23，形成U型转弯。
⑶功能域：分子表面有一个15nm2的疏水区，是蛋白分子的功能域（217页图
6-31），可以特异地识别并结合受体。亲水侧链分布在疏水区周围。
㈤细胞色素C分子
（同学们自己看一看，不作要求）。
㈥甘油醛-3-磷酸脱氢酶分子（Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase）1．分布和功能：甘油醛-3-磷酸脱氢酶广泛分布于从低等动物到人，全身各种组织细胞，它是能量代谢过程中一种重要的酶（《生物化学》106页）。
2．基本结构：为由4个相同的亚基所组成的四聚体。每个亚基的分子量为36000，由334个氨基酸残基和一个辅酶I（NAD+）组成。
3．亚基的结构特征：
⑴双结构域构造：1~147号残基构成结构域1；148~334号构成结构域2，
两个结构域通过单链相连接。
⑵结构域1：又称为“辅酶I结合域（NAD+ binding domain）”，具有：
①平行β―折叠片（一个）：由A、B、C、D、E、F六条折叠股组成；
②反平行β―折叠片（一个）：由两条（56-61，62-67）折叠股组成；
③α―螺旋（三个）：（9-22，36-46，101-112），与折叠股交替排列；
④辅酶I（NAD+）：辅酶I的腺苷环位于βA折叠股附近，辅酶I的尼克
酰胺环位于βD折叠股βE折叠股之间。
⑶结构域2：又称为“催化域（Catalytic domain）”，具有：
①反平行β―折叠片（一个）：由九条折叠股组成；
②α―螺旋（四个）：其中三个（148-166，210-217，251-265）位于
折叠片的一侧，另外一个（313-334）位于多肽链的C端。
三、稳定三级结构的作用力（pp219-223）
蛋白质三级结构是由各种作用力来稳定的。这些作用力包括：疏水作用、氢键、范得华引力、离子键（静电互相作用）、二硫键、配位键。其中，疏水作用、氢键、范得华引力是形成和稳定三级结构的主要作用力；离子键、二硫键、配位键，虽然作用力强，但是数量少，也共同参与维持蛋白质分子三级结构。
决定蛋白质二级和三级结构的因素分为内因和外因两方面：内因指的是，氨基酸残基侧链与侧链之间的互相作用；外因主要指的是，氨基酸残基侧链与水、侧链与溶剂环境的互相作用。
㈠氨基酸残基侧链分类
除甘氨酸(Gly)之外，其它19种构成蛋白质的氨基酸可以分为四类：1．非极性侧链：包括：Leu, Ile, Val, Ala, Phe, Trp, Pro, Met的侧链；
2．极性不带电荷的侧链：包括：Thr, Ser, Tyr, Cys, Asn, Gln的侧链；
3．极性带正电荷的侧链：包括：Lys, Arg, His的侧链；
4．极性带负电荷的侧链：包括：Asp, Glu的侧链。
㈡氨基酸残基侧链与侧链之间的互相作用
1．疏水作用：指非极性侧链为了避开水相，而相聚在一起的作用。在大多数蛋白质分子中，非极性残基的含量高达30~50%。为了避开水相，总是尽量聚集
在一起，从而在蛋白质分子内部形成一个疏水核，并使多肽链折叠、盘旋，
从而形成一个紧密的球状或椭圆球状的三级结构。疏水作用是维持水溶液中
蛋白质三级结构的主要作用力。
2．侧链氢键：生成氢键（X―H…Y）必须具备两个基本条件：第一：必须具有
氢的供体（X―H），这个X原子必须是电负性较大、半径较小的原子，如，N、
O、F、Cl；第二：必须具有氢的受体（Y），这个Y原子必须是电负性较大、
半径较小、含独对电子的原子，如，N、O、F、Cl。
除了主链骨架上的氢键（维持二级结构的作用力）之外，侧链与主链之间，侧链与侧链之间，也可以形成氢键：
①侧链与主链之间的氢键：见222页前7个化学式（提前教室画图）
②侧链与侧链之间的氢键：见223页后4个化学式（提前教室画图）
3．范得华引力：范得华引力又称范得华键。其实质也是静电引力。它有三种表现形式：
①取向力：极性基团（如Ser的-OH基）之间，偶极与偶极的互相吸引；
②诱导力：极性基团的偶极与非极性基团的诱导偶极之间的互相吸引；
③色散力：非极性基团瞬间偶极之间的互相吸引。
总的趋势是：互相吸引，但不相碰。氢键也是一种特殊的范得华引力。
4．离子键：又称为盐键、盐桥。带电荷的侧链，亲水性很强，主要分布于球蛋白的表面。如果两个侧链之间所带的电荷相反，二者便发生静电引力，产生
离子键。见221页下222页上的三个化学式（提前教室画图）。此外，同电
荷之间的相斥，也是影响蛋白质分子构象的作用力。
5．二硫键：二硫键指2个硫原子之间的化学键，由两个半胱氨酸Cys的巯基―SH脱氢而成。二硫键作用力很强，对稳定蛋白质分子的三级或四级结构的影
响很大。在某些蛋白质中，二硫键一旦破坏，则蛋白质的生物活性即丧失。
6．配位键：指2个原子之间，由于单方面提供共用电子对而形成的共价键。不少蛋白质分子含有金属离子。如：细胞色素C含有铁离子、胰岛素含有锌离
子，等等。金属离子与蛋白质的连接，往往是配位键。
四、蛋白质三级结构的形成（pp223-226）
㈠决定论、自发性和低能构象法则
在学术界取得的三项共识：
1．一级结构决定高级结构：实验研究（后面详述）证实了蛋白质分子独特的三级结构，唯一地决定于它的氨基酸序列。
2．多肽链折叠具有自发性：实验研究（后面详述）也证实了蛋白质多肽链折叠具有自发性。
3．低自由能构象法则：蛋白质分子总是尽可能采取低自由能构象状态的情况。
前两项结论，主要来自下列3方面的研究：
1．蛋白质复性研究：所谓“复性”指的是：变性的蛋白质重新恢复到变性之前的天然构象的状态，从而使蛋白质丧失的活性重新恢复过来（224页的例子，
1/105的可能性）。
2．人工合成蛋白质：当一级结构和天然蛋白质相同时，三级结构和生物活性与天然蛋白质分子相同（人工合成胰岛素）。
3．蛋白质的生物合成：没有发现任何控制和指导肽链折叠的“指令”和“密码”。
㈡肽链折叠机理
比较流行的是Anfinsen提出的“随机成核理论”，该理论的要点是（224页图34）：认为：多肽链折叠成为三级结构分为三个阶段：
1．成核（nucleation）：由于疏水作用和溶液的积压作用，多肽链中的一些小肽
段迅速形成螺旋，作为进一步折叠的核心（称为“核区”）；
2．折卷（collapse）：已成核的结构，随后分散成为较大的超二级结构的集合体，包括一些β―折叠片和β―转角的形成；
3．凝集（condensation）：上述结构进一步的凝聚，最后形成致密的三级结构。
㈢手性效应和手性倾向（非随机性，很难解释）
手性效应和手性倾向在蛋白质的各个结构层次上都有反映：
1．一级结构：氨基酸有D型和L型之分，但是组成蛋白质的氨基酸以L型占绝对优势；
2．二级结构：多肽链有左手螺旋和右手螺旋之分，但是绝大多数是右手螺旋；
3．三级结构：也存在手性效应和手性倾向：
①β―折叠股的交叉连接：蛋白质中存在的所有交叉连接都是右手方向；
②β―折叠片层几何形态：β―折叠片层总是向右手方向扭曲，形成右手
扭曲片层，这些右手扭曲片层会进一步发展为马鞍形和圆桶形。这两种
几何图形可以构成结构域，或者三级结构的骨架（225页图6-35）；
③三级骨架外周的多肽链：在马鞍形和圆桶形三级结构的骨架的外周，连
接各个β―折叠片层的多肽链也都是呈右手螺旋（225页图6-35）。
五、膜蛋白的特殊构象（pp226-228）
膜蛋白（membrane protein）是镶嵌在脂质双层的生物膜上的蛋白质。
1．分类：
①外周蛋白（peripheral protein）：约占膜蛋白质的20~30%，分布于膜的外
表面。它们通过离子键和其他非共价键与膜脂相连，结合力弱，只需用
比较温和的方法，如改变离子强度、pH、或加入螯合剂EDTA等，即可
以外周蛋白分离下来。分离下来的外周蛋白多为水溶性。
②内嵌蛋白（integral protein）：约占膜蛋白的70~80%，有的部分嵌入脂质
双层中，有的横跨全膜（称为“跨膜蛋白”transmembrance protein），还
有的全部埋在脂质双层的疏水区内部。它们主要靠疏水作用，以及极性
键与脂膜分子比较牢固地结合在一起。必需加入去垢剂、有机溶剂才能
把它们溶解出来。内嵌蛋白的疏水性很强，当溶液中的去垢剂、有机溶
剂祛除之后，又会重新聚集而沉淀。
2．研究膜蛋白构象的两个困难：
①样品量少：很难获取足够数量的样品进行分析；
②难以结晶：无法进行X射线衍射结构分析。
3．结构特征：
①疏水侧链在外：与球蛋白不同，由于镶嵌在脂质双层的疏水部分，内嵌
蛋白总是尽量把绝大多数疏水侧链暴露在分子表面，而亲水侧链安排在
分子内部。
②跨膜的α―螺旋：在跨膜蛋白中经常含有1至数个α―螺旋段。这些螺
旋段彼此平行，垂直地插入脂质双层中（但是这种看法正在受到挑战）。
见228页图6-38。
第七节：四级结构（pp228-234）
一、引言（pp228-229）
1．寡聚蛋白和多聚蛋白：
①寡聚蛋白（oligomer protein）：由数个或十数个亚基聚合而成的蛋白质；
②多聚蛋白（ploymer protein）：由几十个或更多亚基聚合而成的蛋白质。
2．均一四级结构和非均一四级结构：
①均一四级结构：由相同亚基组成的四级结构；
②非均一四级结构：由不同亚基组成的四级结构。
3．单体和原体：
①单体（monomer）：含义较广，有三层意义：指寡聚蛋白中的亚基；指蛋
白质分子聚合体中的重复单位，此时，单体就是蛋白质分子本身；指没
有四级结构的分子。
②原体（protomer）：指的是寡聚蛋白中的单个多肽链，即亚基。
4．四级结构的优越性：
①结构复杂：是执行复杂的功能物质基础。
②功能全面：例如可以通过亚基的协同作用，实现对酶活性的调节。
③提高效率：可以把中间代谢途径中的各种酶聚集在一起，提高催化效率。
④易于成型：四级结构易于构建不同几何图形的细胞器，例如微管。
⑤降低渗透压：蛋白质形成四级结构，可以降低体液中蛋白质分子的摩尔
浓度，适当地降低渗透压。
二、亚级的种类和数目（pp229-231）
确定亚基种类和数目的步骤和方法：
1．测定寡聚蛋白的分子量：用超离心法，或者凝胶过滤法。
2．测定亚基的数目和分子量：用SDS-凝胶电泳法。SDS可以将亚基解离。
3．测定N端氨基酸残基的种类与数目：参见92页，N末端的测定。一般可以确定出亚基的种类与数目。
蛋白质指纹图的应用：
适用于：各亚基N端残基相同、分子量亦相同的情况下，各亚基是否不同？
1．水解蛋白质：用胰蛋白酶，获得肽混合物。
2．制备指纹图：用双相纸层析，或者双相高压纸电泳。
3．解读指纹图：步骤如下：
⑴计算Cys和Arg的残基数之和N：可用蛋白质的分子量（M），和氨基酸
定量组成测试结果进行计算。
⑵解读指纹图：
①图上出现N+1个肽段：则蛋白质分子由一条多肽链组成；
②图上出现N+２个肽段：则蛋白质分子由两条不同的亚基组成；
③图上出现(N/2)+1个肽段：则蛋白质分子由两条相同的亚基组成。
三、亚基排布（pp231-232）
亚基的排布主要有两种类型：
1．循环对称（C n）：指亚基排布在圆周上（见231页图6-40）。
包括：C2线形、C3正三角形、C4正方形、C5正五角形、C6正六角形。
2．二面体对称（D n）：指亚基在立体上的对称（见231页图6-40）。
包括：D2正四面体、D3正三角形、D3正八面体、D4正四面体、D4反四角形。
四、亚基之间的互相作用（pp232-234）
1．亚基之间的结合形式：包括：
⑴对于相同的亚基，有
①相同结合：各亚基之间的结合表面是相同的，对称结合。
②不同结合：各亚基之间的结合表面是不同的，二者的表面必须互补，但
不需要对称。
⑵对于相同的亚基：仅仅需要互相作用的界面具有空间的和物理的互补性。
2．亚基之间的接触表面：在四级结构中，亚基之间的接触方式包括：
①范德华引力：出现很多；
②疏水作用（键）：出现很多；
③氢键：部分时候出现；
④离子键：很少出现。
亚基之间接触量越多，则亚基之间的互相作用越强。
第八节：球蛋白分子结构的一般规律（pp235-236）
球蛋白分子结构的共同特征：
一、球状结构、疏水内核和亲水外壳。
二、表面疏水裂隙为功能域。
三、具有六级结构层次，各层次结构要点如下：
一级结构：包含了蛋白质分子的全部信息，决定了其它不同层次的结构形式。
二级结构：①包括规则构象和不规则构象；②α一螺旋是稳定蛋白质构象的重要因素，含量高的蛋白质构象紧密、稳定，但是难于变构，生物活性低；③β一
折叠片则相反，不如α一螺旋稳定，但易于变构，有利于发挥生物功能。
超二级结构：充当三级结构的建筑块。
结构域：①其概念的物质基础是DNA序列中的独立外显子，②每个结构域本身都是紧密装配的，③结构域之间以松散的单链相连，④功能域常位于结构域之
间的裂隙中，⑤底物和辅因子通常结合在不同的结构域上。
三级结构：它是蛋白质构象中的关键层次。对于单链蛋白质，它就是分子本身的特征性立体结构；对于多链蛋白质，它就是亚基的立体结构。重要的生物功能
都与三级结构直接相关，并对三级结构有严格的要求。
四级结构：许多相同或不相同的球状亚基，以共价键聚集在一起，构成了高度有序的，具有生物功能的寡聚体。自我装配具有高度的专一性。
四、结构具有择优性：
1．一级结构：参与一级结构组成的全是L一氨基酸。
2．二级结构：①螺旋结构几乎全是右手螺旋，②β一折叠片总是右手扭曲的，
③β一折叠筒都是右手螺旋的。
3．超二级结构：βαβ和βcβ组合总是右手型的。
4．结构域：①都是被单链连接（除腺苷酸酶之外），②相似的结构域在结合成球状分子时，总是对称排布。
5．四级结构：具有明显的对称优势。
五、结构的专一性和灵活性：
1．专一性：每一种蛋白质分子都有独特的三、四级结构，区别于其它的蛋白质。
2．灵活性：在执行蛋白质功能的过程中，特别是蛋白质分子与小分子配体互相作用时，蛋白质分子的构象可发生迅速的变化。
蛋白质的空间结构
不同的.构成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸,许许多多脱氧核苷酸通过一定的化学键连接起来形成脱氧核苷酸链,每个DNA分子是由两条脱氧核苷酸链组成.DNA分子结构的特点是：①DNA分子的基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替排列的两条主链；②两条主链是平行但反向,盘旋成的规则的双螺旋结构,一般是右手螺旋,排列于DNA分子的外侧；③两条链之间是通过碱基配对连接在一起,碱基与碱基间是通过氢键配对在一起的 蛋白质的结构：（氨基酸-多肽-肽链-蛋白质） 一级结构：构成蛋白质的单元氨基酸通过肽键连接形成的线性序列,为多肽链. 氨基酸在蛋白质分子中的连接方式 1．肽键 蛋白质分子中的氨基酸之间是通过肽键相连的,—个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合,即形成肽键(酰胺键,图2-1-2). 2．肽与多肽链 图2-1-2 肽与肽键 氨基酸通过肽键(-CO-NH-)相连而形成的化合物称为肽(peptide).由两个氨基酸缩合成的肽称为二肽,三个氨基酸缩合成三肽,以此类推.一般由十个以下的氨基酸缩合成的肽统称为寡肽,由十个以上氨基酸形成的肽被称为多肽(polypeptide)或多肽链. 氨基酸在形成肽链后,氨基酸的部分基团已参加肽键的形成,已经不是完整的氨基酸,称为氨基酸残基.肽键连接各氨基酸残基形成肽链的长链骨架,即…Cα-CO-NH-Cα…结构称为多肽主链.各氨基酸侧链基团称为多肽侧链.每个肽分子都有一个游离的α-NH2末端(称氨基末端或N端)和一个游离α-COOH末端(称羧基末端或C端).每条多肽链中氨基酸顺序编号从N端开始.书写某多肽的简式时,—般将N端书写在左侧端. (二)蛋白质分子的一级结构 1．蛋白质分子的一级结构 多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构.氨基酸排列顺序是由遗传信息决定的,氨基酸的排列顺序是决定蛋白质空间结构的基础,而蛋白质的空间结构则是实现其生物学功能的基础.1953年,英国生物化学家Fred Sanger报道了胰岛素(insulin)的一级结构,这是世界上第一个被确定一级结构的蛋白质(图2-1-3).同年,Watson与Crick发现DNA的双螺旋结构.生物化学由此迈向了一个更高层次——分子生物学时代. 图2-1-3 人胰岛索的一级结构 (三)蛋白质分子的空间结构 蛋白质分子井非如一级结构那样是完全展开的“线状”,而是处于更高级的水平.天然蛋白质可折叠、盘曲成—定的空间结构(三维结构).蛋白质的空间结构指蛋白质分子内各原子围绕某些共价键的旋转而形成的各种空间排布及相互关系,这种空间结构称为构象.按不同层次,蛋白质的高级结构可分为二,三和四级结构. 1．蛋白质的二级结构 多肽链主链中各原子在各局部的空间排布,即多肽链主链构象称为蛋白质的二级结构. (1)形成二级结构的基础——肽键平面：20世纪30年代末,Pauling L和Corey R开始对肽进行x线结晶衍射图研究,以探索蛋白质的精细结构.他们测定了分子中各原子间的标准键长和键角,发现肽单元(主链的-CαCN-)呈刚性平面(rigid plane),即肽键平面(图2-1-4). 图2-1-4 肽键平面和Cα“关节”示意图 由于C-N键具有部分双键性质,因此C＝O和C—N均不能自由旋转.所以整个肽链的主链原子(-CαCN-CαCN-)中只有N-Cα和Cα-N之间的单键可以旋转,N -Cα之间的旋转角为φ (phi),Cα-C之间的旋转角为ψ(psi).φ和ψ的大小就决定了Cα相邻两个肽键平面之间的相对位置关系,于是肽键平面就成为主链构象的结构基础.如每个氨基酸的ψ和φ已知,整个多肽链的主链构象就确定了. (2)蛋白质二级结构的基本形式：蛋白质的肽链局部盘曲、折叠的主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角和不规则卷曲等几种形式. 1) α-螺旋：肽链的某段局部盘曲成螺旋形结构,称为α-螺旋(图2-1-5).α-螺旋的特征是：①—般为右手螺旋；②每螺旋圈包含3.6个氨基酸残基,每个残基跨距为0.15nm,螺旋上升1圈的距离(螺距)为 3.6×0.15=0.54nm； = 3 \* GB3 ③螺旋圈之间通过肽键上的>C＝O和-NH-间形成氢键以保持螺旋结构的稳定；④影响α-螺旋形成的主要因素是氨基酸侧链的大小、形状及所带电荷等性质. 图2-1-5 α-螺旋示意图 2)β-折叠：为—种比较伸展、呈锯齿状的肽链结构.两段以上的β-折叠结构平行排布并以氢键相连所形成的结构称为β-片层或β-折叠层.β-片层可分顺向平行(肽链的走向相同,即N、C端的方向一致)和逆向平行
蛋白质结构与功能的关系
蛋白质结构与功能的关系 蛋白质的结构包括一级结构、二级结构、三级结构、四级结构。 一级结构是蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。 蛋白质的二级结构是指多肽链的主链骨架本身在空间上有规律的折叠和盘绕，它是由氨基酸残基非侧链基团之间的氢键决定的。常见的二级结构有α螺旋、三股螺旋、β折叠、β转角、β凸起和无规卷曲。α螺旋中肽链骨架围绕一个轴以螺旋的方式伸展，它可能是极性的、疏水的或两亲的。β折叠是肽链的一种相当伸展的结构，有平行和反平行两种。如果β股交替出现极性残基和非极性残基，那么就可以形成两亲的β折叠。β转角指伸展的肽链形成180°的U形回折结构而改变了肽链的方向。β凸起是由于β折叠股中额外插入一个氨基酸残基而形成的，它也能改变多肽链的走向。无规卷曲是在蛋白质分子中的一些极不规则的二级结构的总称。无规卷曲无固定走向，有时以环的形式存在，但不是任意变动的。从结构的稳定性上看，右手α螺旋＞β折叠＞ U型回折＞无规卷曲，但在功能上，酶与蛋白质的活性中心通常由无规卷曲充当，α右手螺旋和β折叠一般只起支持作用。 蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构的基础上，进一步盘绕、卷曲和折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次级键以及二硫键维系的完整的三维结构。三级结构通常由模体和结构域组成。稳定三级结构的化学键包括氢键、疏水键、离子键、范德华力、金属配位键和二硫键。模体可用在一级结构上，特指具有特殊生化功能的序列模体，也可被用于功能模体或结构模体，相当于超二级结构。结构模体是结构域的组分，基本形式有αα、βαβ和βββ等。常见的模体包括：左手超螺旋、右手超螺旋、卷曲螺旋、螺旋束、α螺旋-环-α螺旋、Rossmann卷曲和希腊钥匙模体。结构域是在一个蛋白质分子内的相对独立的球状结构和/或功能模块，由若干个结构模体组成的相对独立的球形结构单位，它们通常是独自折叠形成的，与蛋白质的功能直接相关。一个结构域通常由一段连续的氨基酸序列组成。根据其占优势的二级结构元件的类型，结构域可分为五大类：α结构域、β结构域、α/β结构域、α+β 结构域、交联结构域。以上每一类结构域的二级结构元件可能有不同的组织方式，每一种组织就是一种结构模体。这些结构域都有疏水的核心，疏水核心是结构域稳定所必需的。 具有两条和两条以上多肽链的寡聚蛋白质或多聚蛋白质才会有四级结构。组成寡聚蛋白质或多聚蛋白质的每一个亚基都有自己的三级结构。蛋白质的四级结构内容包括亚基的种类、数目、空间排布以及亚基之间的相互作用。驱动四级结构形成或稳定四级结构的作用力包括
错误折叠与蛋白质构象病
错误折叠与蛋白质构象病 生物物理系 2005级硕士研究生刘莹 摘要：许多疾病的发生是由蛋白质错误折叠引起的,这类疾病被称为蛋白质错误折叠病。蛋白质突变、泛素-蛋白酶和自噬功能的失常与蛋白质错误折叠的发生,异常蓄积和聚集有关。本文综述了蛋白质错误折叠和聚集的机制和部分蛋白质构象病产生的机理。 关键词：蛋白质错误折叠；分子伴侣；泛素-蛋白酶系统；溶酶体途径；Prion； 蛋白质是生物体的组成成分之一,在物质代谢、机体防御、血液凝固、肌肉收缩、细胞信息传递、个体生长发育、组织修复等方面均有不可替代的重要作用。具有完整一级结构的多肽或蛋白质,只有当其折叠形成正确的三维空间结构才可能具有正常的生物学功能。一旦蛋白质形成了错误的空间结构,将丧失其生物学功能,还会引起相关疾病,迄今已发现20 多种蛋白质的错误折叠与疾病相关,神经退行性疾病如阿尔茨海默病’s disease , AD) , 帕金森病(Parkinson’s disease , PD) ,亨廷顿舞蹈病(Huntington’sdisease ,HD) ,朊蛋白病(prion disease) ,家族性肌萎缩侧索硬化症(familial amyotrophic lateral sclerosis ,ALS) 等均与错误折叠的蛋白质聚合和沉积有关。 一蛋白质折叠与降解的机制 蛋白质的一级结构是其特定空间结构的基础,此外,肽链还需经过与翻译同时进行的和翻译完成后的化学加工,如形成二硫键,完成糖基化、羟基化、磷酸化等化学修饰。这些化学修饰以及蛋白质亚基的非共价键聚合、蛋白质的靶向输送等均与肽链的折叠密切相关。在细胞内大多数天然蛋白质能自发形成比较稳定的天然结构, 或被配体和代谢因子所稳定。但约10 %～20 %新合成的多肽链需要分子伴侣的帮助才能正确折叠。此外,约有20 %新合成的多肽链不能形成正确的三维结构而被蛋白酶降解,包括由于错误转录和翻译形成的不完全蛋白质,翻译后受到化学损伤或其他因素引起的失活、去折叠或折叠错误的蛋白质。在真核细胞中,多余的蛋白质主要通过泛素化(ubiquitination) 过程降解。分子伴侣和蛋白酶系统是保证蛋白质正常功能的两大质量控制系统。 1）分子伴侣：分子伴侣是与其他蛋白不稳定构象相结合并使之稳定的蛋白,它们通过控制结合和释放来帮助被结合多肽在体内的折叠、组装、转运或降解等。在真核细胞中,许多蛋白质在胞内合成后分泌至细胞外。在经高尔基体分泌之前这些蛋白质先转移至内质网中(endoplamic reticulum , ER) 。ER 中含有大量的分子伴侣和蛋白折叠的催化剂以促进有效的折叠。这些蛋白质均严格遵守内质网质量控制机制来进行折叠。该机制包含了一系列糖基化和脱糖基化的过程,可以防止错误折叠的蛋白质从细胞中分泌出来。分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开,如此反复进行可防止错误的聚集发生,使肽链正确折叠。分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合,使之解聚后再诱导其正确折叠。分子伴侣主要分为伴侣素家族(chaperonin ,Cpn) 、应激蛋白70 家族(Stress270 family) 、应激蛋白90 家族(Stress290 family) 及核质素、T 受体结合蛋白(TRAP) 等。 2）蛋白酶系统：大部分细胞内蛋白降解均通过泛素2蛋白酶体途径。错误折叠或已损伤的蛋白质经泛素标记后被蛋白酶体所降解。泛素是由76 个氨基酸组成的蛋白质,在所有类型细胞中均有表达。蛋白质与泛素分子共价结合得以降解。第一个泛素分子与蛋白质结合后,可连接另一泛素分子,如此继而形成多泛素链。多泛素标记的蛋白质含4 个或更多的泛素,可被26 S 蛋白酶体识别并降解。Proteasome 是由多个亚单位组成的大分子复合物,是依赖于ATP 的蛋白质降解系统, 大约有40 种相对分子质量为20 000～110 000 的多肽组成两种具有相同酶解活性的复合物:20 S 和26 S proteasomes。
蛋白质的空间结构和功能
蛋白质的空间结构和功能 1．构象(conformation)指的是，一个由多个碳原子组成的分子，因单键的旋转而形成的不同碳原子上各取代基或原子的空间排列，只需单键的旋转即可造成新的构象。多肽链主链在形式上都是单键。因此，可以设想一条多肽主链可能有无限多种构象。然而，一种蛋白质的多肽链在生物体正常的温度和pH下只有一种或很少几种构象，并为生物功能所必需。这种天然的构象是什么样的因素促成的? 答：①由于肽键因共振结构而使C—N键具有部分双键的性质，不能自由旋转，因而使得一条多肽主链构象的数目受到了极大限制。②与位于相邻刚性平面交线上的Cα相连接的侧链基团的结构、大小和性质对于主链构象的形成及稳定有很大的影响，使多肽链主链构象数目又受到很大的限制。因为Cα与两个刚性平面连接的单键的旋转度不同程度受到侧链的限制。③各种侧链基团相互作用所形成的各种力使蛋白质在热力学上达到了一种最稳定的构象 2．假若一条多肽链完全由丙氨酸构成，什么样的环境促使它很可能形成α–螺旋，是疏水环境还是亲水环境? 答；一条多肽链呈α-螺旋构象的推动力是所有肽键上的酰胺氢和羰基氧之间形成的链内氢键。在水环境中，肽键上的酰胺氢和羰基氧既能形成内部(α-螺旋内)的氢键，也能与水分子形成氢键。如果后者发生，多肽链呈现类似变性蛋白质那样的伸展构象。疏水环境对于氢键的形成不能提供任何竞争，因此，更可能促进α-螺旋结构的形成。 3．以nm为单位计算α-角蛋白卷曲螺旋（coiled coil）的长度。假定肽链是由100个残基构成。 答：α-角蛋白的每条肽链呈α-螺旋构象，而每个α-螺旋含 3.6个残基。在α-角蛋白中，每轮螺旋的长度为0.51nm。因此, α-角蛋白卷曲螺旋（coiled coil）的长度是： （100残基÷3.6个残基/轮）×0.51/轮＝14.2nm 4．一种叫做Schistosoma mansoni 寄生虫的幼虫能感染侵入人的皮肤。这种幼虫分泌出能裂解的-Gly-Pro-X-Y-（X和Y可能是几种氨基酸中的任何一种）顺序中的X和Y之间肽键的酶。为什么该酶活性对这种寄生虫侵入是重要的。 答：-Gly-Pro-X-Y-顺序频繁出现在胶原蛋白分子中，在身体的各部位都存在，包括皮肤。由于该幼虫酶能催化胶原蛋白多肽链裂解，故该寄生虫能进入宿主皮肤而生存。 5．①是T rp还是Gln更有可能出现在蛋白质分子表面？②是Ser还是Val更有可能出现在蛋白质分子的内部？③是Leu还是Ile更少可能出现在α-螺旋的中间？④是Cys还是Ser更有可能出现在β-折叠中？ 答：蛋白质氨基酸残基在蛋白质结构中出现的位置与这些氨基酸残基的亲水性或疏水性
蛋白质的分子结构
20 ～ 20 学年度第学期 教师课时授课教案 学科系：医学院授课教师： 专业：临床科目：生物化学 教研室主任签字：学科系系办主任签字：年月日年月日
第二章蛋白质的结构与功能 第二节蛋白质的分子结构 蛋白质功能主要由其结构所决定，一般分为基本结构和空间结构，基本结构又被称为一级结构，空间结构包括二、三、四级结构。 一、蛋白质分子的基本结构 蛋白质的基本结构即一级结构，是指蛋白质分子中从N-端至C-端的氨基酸的排列顺序。蛋白质一级结构中主要的化学键是肽键，有些蛋白质还包括二硫键。 牛胰岛素是世界上第一个被确定一级结构的蛋白质(图25)牛胰岛素分子含A、B两条多肽链，A链由21个氨基酸组成，B链由30个氨基酸组成，两条多肽链通过两对二硫键连接。 图2-5牛胰岛素的一级结构 一级结构是蛋白质空间构象和生物学功能的基础。蛋白质一级结构的阐明，对揭示某些疾病的发病机制和指导治疗有十分重要的意义。 二、蛋白质分子的空间结构 蛋白质分子在一级结构的基础上，多肽链在空间进行折叠和盘曲，形成特有的空间结构。 (一)蛋白质的二级结构
蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中某一段多肽主链的局部空间结构，也就是该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，不涉及氨基酸残基侧链的构象。蛋白质的二级结构以肽单元为结构基础，可形成的主要形式包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。 1.α-螺旋α-螺旋结构是蛋白质分子中较为常见的二级结构，是指多肽链以α-碳原子为转折点，以肽单元为单位，按顺时针方向围绕中心轴盘曲而成的右手螺旋(图2-6)，肽单元平面与螺旋中心轴平行;每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距为0.54mm；每个肽键的亚氨基氢(N-H)与相邻第四个肽键的羰基氧(C＝0)形成氢键，氢键的方向与螺旋长轴基本平行。肽链中所有肽键的亚氨基氢和羰基氧都可形成氢键，是维持α-螺旋结构稳定的主要作用力。 2. β-折叠β-折叠也称为β-片层，多肽链充分伸展，每个肽单元以C为旋转点，依次折叠成锯齿状结构，氨基酸残基的侧链基团交替位于锯齿状结构的上下方（图2-7）。β-折叠可由条多肽链折返而成，也可由两条及以上多肽链顺向或反向平行排列而成。相邻肽链中肽键的亚氨基氢与羰基氧形成链间氢键，从而稳定结构。
生物化学第三章蛋白质化学名词解释
第三章蛋白质化学 1蛋白质：是一类生物大分子，由一条或多条肽链构成，每条肽链都有一定数量的氨基酸按一定序列以肽键连接形成。蛋白质是生命的物质基础，是一切细胞和组织的重要组成成分。2标准氨基酸：是可以用于合成蛋白质的20种氨基酸。 3、茚三酮反应：是指氨基酸、肽和蛋白质等与水合茚三酮发生反应，生成蓝紫色化合物，该化合物在570mm波长处存在吸收峰。 4、两性电解质：在溶液中既可以给出H+而表现出酸性，又可以结合H+而表现碱性的电解质。 5、兼性离子：即带正电和、又带负电荷的离子。 6、氨基酸的等电点：氨基酸在溶液中的解离程度受PH值影响，在某一PH值条件下，氨基酸解离成阳离子和阴离子的程度相等，溶液中的氨基酸以兼性离子形式存在，且净电荷为零，此时溶液的PH值成为氨基酸的等电点。 7、单纯蛋白质：完全由氨基酸构成的蛋白质。 8、缀合蛋白质：含有氨基酸成分的蛋白质。 9、蛋白质的辅基：缀合蛋白质所含有的非氨基酸成分。 10、肽键：存在于蛋白质和肽分子中，是由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基缩合时形成的化学键。 11、肽平面：在肽单元中，羧基的π键电子对与氮原子的孤电子对存在部分共享，C-N键具有一定程度的双键性质，不能自由旋转。因此，肽单元的六个原子处在同一个平面上，称为肽平面。 12、肽：是指由两个或者多个氨基酸通过肽键连接而成的分子。 13、氨基酸的残基：肽和蛋白质分子中的氨基酸是不完整的，氨基失去了氢，羧基失去了羟基，因而称为氨基酸的残基。 14、多肽：由10个以上氨基酸通过肽键连接而成的肽。 15、多肽链：多肽的化学结构呈链状，所以又称多肽链。 16、生物活性肽：是指具有特殊生理功能的肽类物质。它们多为蛋白质多肽链的一个片段，当被降解释放之后就会表现出活性，例如参与代调节、神经传导。食物蛋白质的消化产物中也有生物活性肽，他们可以被直接吸收。 17、谷胱甘肽：由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸通过肽键连接构成的酸性三肽，是一种生物活性肽，是机体重要的抗氧化剂。 18、蛋白质的一级结构：通常叙述为蛋白质多肽链中氨基酸的连接顺序，简称氨基酸序列。蛋白质的一级结构反映蛋白质分子的共价键结构。 19、蛋白质的二级结构：是指蛋白质多肽链局部片段的构象，该片段的氨基酸序列是连续的，主链构象通常是规则的。 20、蛋白质的超二级结构：又称模体、基序，是指几个二级结构单元进一步聚集和结合形成的特定构象单元，如αα、βαβ、ββ、螺旋-转角-螺旋、亮氨酸拉链等。 21、蛋白质的三级结构：是指蛋白质分子整条肽链的空间结构，描述其所有原子的空间排布。蛋白质的三级结构的形成是肽链在二级结构基础上进一步折叠的结果。 22、蛋白质的结构域：许多较大（由几百个氨基酸构成）蛋白质的三级结构中存在着一个或多个稳定的球形折叠区，有时与分子的其他部分之间界限分明，可以通过对多肽的适当酶切与其他部分分开，这种结构成为结构域。 23、蛋白质的亚基：许多蛋白质分子可以用物理方法分离成不止一个结构单位，每个结构单位可以由不止一条台联构成，但特定且相对独立的三级结构，且是一个由共价键连接的整体，该结构单位称为蛋白质的亚基。
蛋白质空间结构
蛋白质结构与功能的关系 ――――蛋白质的一级结构 一、蛋白质的空间结构决定了其生物学功能。 下面以肌红蛋白和血红蛋白为例，说明蛋白质空间结构和功能关系。 （一）蛋白质的一级结构决定其高级结构 如核糖核酸酶含124个氨基酸残基，含4对二硫键，在尿素和还原剂β-巯基乙醇存在下松解为非折叠状态。但去除尿素和β—巯基乙醇后，该有正确一级结构的肽链，可自动形成4对二硫键，盘曲成天然三级结构构象并恢复生物学功能。 （二）一级结构与功能的关系 已有大量的实验结果证明，如果多肽或蛋白质一级结构相似，其折叠后的空间构象以及功能也相似。几种氨基酸序列明显相似的蛋白质，彼此称为同源蛋白质。可认为同源蛋白质来自同一祖先，它们的基因编码序列及蛋白质氨基酸组成有较大的保守性，构成蛋白质家族。在进化过程中祖先蛋白的基因发生突变，蛋白质结构逐渐发生变异，同源蛋白质序列的相似性大小反映蛋白质之间的进化关系的近远。比较广泛存在各种生物的某种蛋白质，如细胞色素C的一级结构，通过分析不同物种的细胞色素C一级结构间相似程度，可反映出该物种在进化中的位置。 二、蛋白质的空间结构与功能的关系 蛋白质的空间结构决定了其生物学功能。下面以肌红蛋白和血红蛋白为例，说明蛋白质空间结构和功能关系。 （一）肌红蛋白（Mb）和血红蛋白(Hb)的结构的相似性决定了功能的相似性 肌红蛋白与血红蛋白都都能与氧结合，因为它们以血红素为辅基，并且在血红素周围以疏水性氨基酸残基为主，形成空穴，为铁原子与氧结合创造了结构环境。 （二）肌红蛋白（Mb）和血红蛋白(Hb)的结构的差异性决定了功能的不同 肌红蛋白为单肽链蛋白质，而血红蛋白是由四个亚基组成的寡聚蛋白，这样的空间结构差异决定了它们之间的功能的各自特性。
(完整word版)8.贺银成 生物化学
医学生物化学
医学生物化学 第一章蛋白质的结构与功能 1、蛋白质的基本机构为氨基酸，氨基酸多为L-α-氨基酸（“拉氨酸”）； 唯一不具有不对称碳原子——甘氨酸；含有巯基的氨基酸——半胱氨酸 2、氨基酸的分类 （1）非极性、疏水性氨基酸：“携带一本书、两饼干、补点水”（缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、丙氨酸、甘氨酸、脯氨酸） （2）极性、中性氨基酸：“古天乐是陪苏三的”（谷氨酸、天冬氨酸、色氨酸、半胱 甲硫氨酸，半胱氨酸：含硫氨基酸； 4)脯氨酸，羟脯氨酸：亚氨基酸；5)同型半胱氨酸，鸟氨酸,瓜氨酸：天然蛋白质中不存在的氨基酸；6)色氨酸：在280nm波长具有 氨酸被撷氨酸代替）。蛋白质的二级结构：维系键：氢键。蛋白质的三级结构：维系键：疏水作用键，氢键，范德华力，离子键。蛋白质的四级结构：维系键：氢键，离 子键。并不是所有的蛋白质都有四级结构。蛋白质结构中主键称为肽键，次级键有氢键、离子键、疏水作用键、范德华力、二硫键等，次级键中属于共价键的有范德华力、二硫键。 （1）二级结构一圈有3.6个氨基酸，右手螺旋方向为外侧。 （2）维持三级结构的化学键是疏水键。 5、蛋白质结构与功能：一级结构是基础，二三四级是表现功能的形式。
6、蛋白质构象病：疯牛病、致死性家族性失眠症。 7、蛋白质的变性：蛋白质变性的实质是空间结构的改变，发生二硫键和非共价键破坏。并不涉及一级结构的改变。 1 2）凝固是蛋白质变性后进一步发展的一种结果。 3）蛋白质变性有可复性和不可复性两种。 第二节核酸的结构和功能 一、核酸的基本组成单位 1、磷酸+核糖+碱基→核苷酸→核酸，3’,5’磷酸二脂键。构成核酸的基本单位是 核苷酸，由戊糖、含氮碱基和磷酸 3个部分组成。 2、碱基分：ATGCU（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶） 二、DNA的结构与功能 1、碱基组成规律：A=T，G=C；A+G=T+C。 1）不同生物种属的DNA碱基组成不同 2）同一个体不同组织，不同器官的DNA碱基组成相同 3）几乎左右DNA无论种属来源，其A=T，G=C；A+G=T+C。总嘌呤=总嘧啶 4）生物体内的碱基组成不受年龄，生长状况，营养状况和环境因素的影响。 2、DNA结构：（1）一级结构：核苷酸排列顺序，即碱基排列顺序。 （2）二级结构：双螺旋，两条链平行、反向，一圈含10.5个碱基对。 （3）三级结构：超螺旋 3、DNA变性：DNA分子由稳定的双螺旋结构松解为无规则线性结构的现象。变性时 维持双螺旋稳定性的氢键断裂，碱基堆积力遭到破坏，但不涉及到其一级结构的改变 （不伴共价键的断裂）。稳定性的维系：纵向堆积力（碱基平面间疏水性堆积力）>横
蛋白质的结构和功能的关系
蛋白质结构与功能的关系 摘要：蛋白质特定的功能都是由其特定的构象所决定的，各种蛋白质特定的构象又与其一级结构密切相关。天然蛋白质的构象一旦发生变化，必然会影响到它的生物活性。由于蛋白质的构象的变化引起蛋白质功能变化，可能导致蛋白质构象紊乱症，当然也能引起生物体对环境的适应性增强！现而今关于蛋白质功能研究还有待发展，一门新兴学科正在发展，血清蛋白组学，生物信息学等！本文仅就蛋白质结构与其功能关系进行粗略阐述。 关键词：蛋白质分子一级结构、空间结构、折叠/功能关系、蛋白质构象紊乱症；分子伴侣 正文： 1、蛋白质分子一级结构和功能的关系 蛋白质分子中关键活性部位氨基酸残基的改变，会影响其生理功能，甚至造成分子病(molecular disease)。例如镰状细胞贫血，就是由于血红蛋白分子中两个β亚基第6位正常的谷氨酸变异成了缬氨酸，从酸性氨基酸换成了中性支链氨基酸，降低了血红蛋白在红细胞中的溶解度，使它在红细胞中随血流至氧分压低的外周毛细血管时，容易凝聚并沉淀析出，从而造成红细胞破裂溶血和运氧功能的低下。 另一方面，在蛋白质结构和功能关系中，一些非关键部位氨基酸残基的改变或缺失，则不会影响蛋白质的生物活性。例如人、猪、牛、羊等哺乳动物胰岛素分子A链中8、9、10位和B链30位的氨基酸残基各不相同，有种族差异，但这并不影响它们都具有降低生物体血糖
浓度的共同生理功能。 蛋白质一级结构与功能间的关系十分复杂。不同生物中具有相似生理功能的蛋白质或同一种生物体内具有相似功能的蛋白质，其一级结构往往相似，但也有时可相差很大。如催化DNA复制的DNA聚合酶，细菌的和小鼠的就相差很大，具有明显的种族差异，可见生命现象十分复杂多样。 2、蛋白质分子空间结构和功能的关系 蛋白质分子空间结构和其性质及生理功能的关系也十分密切。不同的蛋白质，正因为具有不同的空间结构，因此具有不同的理化性质和生理功能。如指甲和毛发中的角蛋白，分子中含有大量的α-螺旋二级结构，因此性质稳定坚韧又富有弹性，这是和角蛋白的保护功能分不开的;而胶原蛋白的三股π螺旋平行再几股拧成缆绳样胶原微纤维结构，使其性质稳定而具有强大的抗张力作用 又如细胞质膜上一些蛋白质是离子通道，就是因为在其多肽链中的一些α-螺旋或β-折叠二级结构中，一侧多由亲水性氨基酸组成，而另一侧却多由疏水性氨基酸组成，因此是具有“两亲性”(amphipathic)的特点，几段α-螺旋或β-折叠的亲水侧之间就构成了离子通道，而其疏水侧，即通过疏水键将离子通道蛋白质固定在细胞质膜上。载脂蛋白也具有两亲性，既能与血浆中脂类结合，又使之溶解在血液中进行脂类的运输。 3、折叠/功能关系 体内各种蛋白质都有特殊的生理功能，这与空间构象有着密切的
生物物理蛋白质空间构象
蛋白质空间构象:是指蛋白质多肽链主链在空间上的走向及所有原子和基团在空间中的排列与分布。蛋白质的空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构。 X-射线晶体衍射和核磁共振光谱是研究大分子结构的主要方法。X-射线晶体衍射可用来研究处在晶体状态下的蛋白质的空间结构,核磁共振(NMR)光谱可用来研究处在溶液状态的蛋白质的结构。 蛋白质的一级结构是指蛋白质分子中氨基酸排列顺序 蛋白质的二级结构是:蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段 肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。 维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键。α-螺旋是多肽链的主链原子 沿一中心轴盘绕所形成的有规律的螺旋构象 结构特征：⑴为一右手螺旋，侧链伸向螺旋外侧 ⑵螺旋每圈包含3.6个氨基酸残基,螺距0.54nm；每个残基偏转100°; ⑶螺旋以氢键维系（氨基酸的N-H和相邻第四个氨基酸的羰基氧C=O 之间。氢键方向与螺旋轴基本平行） β-折叠是由若干肽段或肽链排列起来所形成的扇面状片层构象 结构特征： ⑴由若干条肽段或肽链平行或反平行排列组 成片状结构； ⑵主链骨架伸展呈锯齿状； ⑶涉及的肽段较短，一般为5～10个氨基酸 残基； ⑷借相邻主链之间的氢键维系 β-折叠包括平行式和反平行式两种类型 β-转角（U形转折,发夹结构）：是多肽链180°回折部分所形成的一种二级结构，其结构特征为： ⑴主链骨架本身以大约180°回折; ⑵回折部分通常由四个氨基酸残基构成; ⑶构象依靠第一残基的-CO基与第四残基的-NH基之间形成氢键来维系。 (4)主要有两种类型：I 型和II型；二者主要差别是中央肽基旋转了1800，
蛋白质的组成及特点
蛋白质的组成及特点 蛋白质是由C(碳)、H(氢)、O(氧)、N(氮)组成，一般蛋白质可能还会含有P(磷)、S(硫)、Fe(铁)、Zn(锌)、Cu(铜)、B(硼)、Mn(锰)、I(碘)、Mo(钼)等。 这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：碳50% 氢7% 氧23% 氮16% 硫0~3% 其他微量。 (1)一切蛋白质都含N元素，且各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%; (2)蛋白质系数：任何生物样品中每1g元N的存在，就表示大约有100/16=6.25g蛋白质的存在，6.25常称为蛋白质常数 整体结构 蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的生物高分子。蛋白质分子上氨基酸的序列和由此形成的立体结构构成了蛋白质结 构的多样性。蛋白质具有一级、二级、三级、四级结构，蛋白质分子的结构决定了它的功能。 一级结构(primary structure)：氨基酸残基在蛋白质肽链中的排列顺序称为蛋白质的一级结构，每种蛋白质都有唯一而确切的氨基酸序列。 二级结构(secondary structure)：蛋白质分子中肽链并非直链状，而是按一定的规律卷曲(如α-螺旋结构)或折叠(如β-折叠结构)形成特定的空间结构，这是蛋白质的二级结
构。蛋白质的二级结构主要依靠肽链中氨基酸残基亚氨基(—NH—)上的氢原子和羰基上的氧原子之间形成的氢键而 实现的。 三级结构(tertiary structure)：在二级结构的基础上，肽链还按照一定的空间结构进一步形成更复杂的三级结构。肌红蛋白，血红蛋白等正是通过这种结构使其表面的空穴恰好容纳一个血红素分子。 四级结构(quaternary structure)：具有三级结构的多肽链按一定空间排列方式结合在一起形成的聚集体结构称为蛋白质 的四级结构。如血红蛋白由4个具有三级结构的多肽链构成，其中两个是α-链，另两个是β-链，其四级结构近似椭球形状。 连接方法 用约20种氨基酸作原料，在细胞质中的核糖体上，将氨基酸分子互相连接成肽链。一个氨基酸分子的氨基和另一个氨基酸分子的羧基，脱去一分子水而连接起来，这种结合方式叫做脱水缩合。通过缩合反应，在羧基和氨基之间形成的连接两个氨基酸分子的那个键叫做肽键。由肽键连接形成的化合物称为肽。 检测方法 分别向甲乙两支试管加入3毫升蛋清稀释液和清水，再依次向两支试管中加入双缩脲试剂A液和B液。观察甲乙两试管
第三章 蛋白质空间结构与功能的关系
第三章蛋白质空间结构与功能的关系 一、选择题（部分题目为多选题） 1．下列哪种特征性结构不属于蛋白质的二级结构？（） A．β－转角 B.α－螺旋 C.β－折叠 D. 超二级结构 2. 下列哪种蛋白质不可能是结合蛋白（）。 A.蛋白聚糖 B.糖蛋白 C.清蛋白 D.肌红蛋白 3. 下列那种蛋白质分子与蛋白质正确折叠有关？（） A. 异构酶 B. 连接酶 C. 修饰酶 D. Hsp70 4. Collagen’s characteristics:（）。 A. A triple helix B. Repeats of Gly-x-y motif C. The post-translational modifications effected by prolyl hydroxylase and lysyl hydroxylase D. Further strengthened and stabilized by intramolecular and intermolecular crosslinks 5. 维持蛋白质三级结构的主要因素有（）。 A. 静电相互作用 B. 氢键 C. 疏水相互作用 D. 二硫键 6. 肌球蛋白分子具有下述哪一种酶的活力( ). A. ATP酶 B. 蛋白质激酶 C. 蛋白水解酶 D. 蛋白合成酶 7. 维持蛋白质分子中的α螺旋主要靠（）。 A. 氢键 B. 盐键 C. 共价键 D. 范德华键 8. 甲状腺素是一种含碘的（）. A. 氨基酸 B. 多肽 C. 蛋白质 D. 寡糖 9. 目前研究蛋白质分子空间结构最常用的方法是（）. A. 圆二色性 B. X射线衍射法 C. 核磁共振 D. 红外偏振法 10. 一个蛋白质的相对分子量为７００００，由两条a螺旋肽链构成，其分子长度大约为（） A. 27nm B. 48nm C. 77nm D. 100nm 11. 不直接参与维系蛋白质二级结构的化学键是 A 氢键 B 盐键 C 疏水键 D 二硫键 E 肽键 12. HbO2解离曲线呈S形的主要原因是（）。 A．Hb中含有Fe2+ B. Hb系四个肽链组成 C. Hb存在于红细胞内 D. 由于别构效应 E. 由于存在有2、3-DPG 13. 下述对血红蛋白的叙述哪项是错误的 A. 血红蛋白由α亚基及β亚基组成的 B. 血红蛋白的辅基为亚铁血红素 C. 血红蛋白的蛋白部分为球蛋白 D. 高铁血红蛋白具有携氧功能 E. 血红素的代谢转化为生成胆红素 14. 下列那种氨基酸是先以前体形式结合到多肽中，然后再进行加工的？（） A. Pro B. Glu C. Gln D. Hyp E. Ser 15. 关于蛋白质的空间结构的叙述正确的有( ) A. 蛋白质的二级结构包括α-螺旋，β-折叠，β-转角和无规卷曲 B. 氨基酸侧链伸向蛋白质分子表面，暴露在溶剂中 C. 只有极少数氨基酸的疏水侧链埋藏在分子内部 D. 链内二硫键也是蛋白质构象的决定因素 16. 下列关于蛋白质的叙述哪一项是不正确的（） A．蛋白质的糖基化或磷酸化可影响蛋白质的构象
第八章 微生物的遗传和变异 复习题解
第八章微生物的遗传和变异习题与题解 一、填空题 1、证明DNA是遗传物质的事例很多，其中最直接的证明有1928年Griffith的细菌转化实验、Avery等的1944年发表的细菌细胞抽提物的降解、转化实验和1952年Alfred等进行的35S、32P标记的T2噬菌体繁殖实验。 而1956年，H.Fraenkel-Conrat 用RNA病毒（烟草花叶病毒TMV）所进行的拆分和重建实验，证明了RNA也是遗传物质。 2、细菌在一般情况下是一套基因，即单倍体；真核微生物通常是有两套基因又称二倍体。 3、大肠杆菌基因组为双链环状的在细胞中以紧密缠绕成的较致密的不规则小体形式存在于细胞中，该小体被称为拟核。 4、酵母菌基因组最显著的特点是高度重复。酵母基因组全序列测定完成后，在其基因组上发现了许多较高同源性的DNA重复序列，称之为遗传丰余。 5、质粒DNA分子存在于细胞中，但从细胞中分离的质粒大多是3种构型，即CCC型、OC型和L型。 6、转座因子1）是细胞中位于染色体或质粒上能改变自身位置（如从染色体或质粒的一个位点转到另一个位点，或者在两个复制子之间转移）的一段DNA序列。2）原核微生物中的转座因子有三种类型：插入序列（IS）、转座子（Tn）和某些特殊病毒（如Mu）。 3）转座因子可引发多种遗传变化，主要包括插入突变、产生染色体畸变、基因的移动和重排。 7、在普遍性转导中，噬菌体可以将供体细菌染色体的任何部分转导到受体细菌中；而在局限性转导中，噬菌体总是携带同样的片段到受体细胞中。 8、细菌的结合作用是指细菌与细菌的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程 9、线粒体遗传特征的遗传发生在核外，且在有丝分裂和减数分裂过程以外，因此它是一种细胞质遗传。 10、丝状真菌遗传学研究主要是借助有性过程和准性生殖过程，并通过遗传分析进行的，而准性生殖是丝状真菌，特别是不产生有性孢子的丝状真菌特有的遗传现象。准性生殖是指不经过减数分裂就能导致基因重组的生殖过程。在该过程中，染色体的交换和减少，不像有性生殖那样有规律，而且也是不协调的。
生物化学 第1章 蛋白质的结构与功能
第1章蛋白质的结构与功能 学习要求 1.掌握蛋白质的概念及其生物学意义、分子组成、结构与功能及其相互关系。 2.熟悉蛋白质的理化性质及其应用。 3.了解蛋白质的分离、纯化与结构分析。 基本知识点 蛋白质是重要的生物大分子，在体内分布广泛，含量丰富，种类繁多。每一种蛋白质都有其特定的空间结构和生物学功能。 组成蛋白质的基本单位是L-α-氨基酸，共20种，根据其侧链的结构和理化性质可以分为：非极性脂肪族氨基酸、极性中性氨基酸、芳香族氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。氨基酸属于两性电解质，在溶液pH等于pI时，氨基酸呈兼性离子。氨基酸可通过肽键相连成肽。小于10个氨基酸组成的肽称为寡肽，大于10个氨基酸的肽称为多肽。 蛋白质的结构可以分为一级、二级、三级和四级结构四个层次。蛋白质的一级结构即氨基酸的排列顺序，其连接键为肽键，还包括二硫键的位置；形成肽键的6个原子处于同一平面，构成肽单元。二级、三级和四级结构统称为蛋白质的空间构象，二级结构是指蛋白质主链局部的空间构象，不涉及氨基酸残基侧链构象。主要为α-螺旋、β-折叠、β转角和无规则卷曲，以氢键维持其稳定性；在蛋白质分子中，空间上相邻的两个或三个具有二级结构的肽段，完成特定的生物学功能，称为模体；三级结构是指多肽链主链和侧链的全部原子的空间排布位置。三级结构的形成和稳定主要靠次级键；一些蛋白质的三级结构可形成一个或数个球状或纤维状的区域，各行其功能，称为结构域；四级结构是指蛋白质亚基之间的缔合，主要也靠次级键维系。一级结构是空间结构的基础，也是功能的基础，一级结构相似的蛋白质，其空间构象与功能也相似，若蛋白质一级结构发生改变则影响其正常功能，由此引起的疾病称分子病。 生物体内蛋白质的合成、加工和成熟是一个复杂的过程，其中多肽链的正确折叠对其正确构象的形成和功能发挥至关重要。蛋白质折叠成何种构象，除一级结构为决定因素外，还需要分子伴侣的参与。若蛋白质折叠发生错误，虽然其一级结构不变，但蛋白质构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可以导致疾病发生，该疾病被称为蛋白质构象病。 蛋白质的空间构象与功能有密切的关系，蛋白质的空间构象发生改变，可以导致其理化性质变化和生物学活性的丧失。蛋白质发生变性后，只要其一级结构未破坏，仍在一定条件下复性，恢复原有的空间构象和功能。 分离纯化蛋白质是研究单个蛋白质结构与功能的先决条件。通常利用蛋白质的理化性质，采用不损伤蛋白质结构和功能的物理方法来纯化蛋白质。
生化作业+标准答案
第一章蛋白质的结构与功能 1. 蛋白质组成的主要元素有：C、H、O、N、S。 2. 组成蛋白质的基本单位为：氨基酸 3. 组成人体蛋白质的氨基酸有20 种，除甘氨酸外均属于L-α-氨基酸。 4. 蛋白质二级结构的主要形式有：α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规卷曲。 5. 根据蛋白质组成成分可分为：单纯蛋白质,结合蛋白质 6. 根据蛋白质形状可分为：纤维状蛋白和球状蛋白 7. 名词解释：肽；寡肽；多肽；肽键；肽单元；结构域；蛋白质变性；蛋白质复性；氨基酸（蛋白质）的等电点 肽：是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。 多肽：十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽，由更多的氨基酸相连形成的肽。 结构域：大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能。 肽键：一分子氨基酸的α－羧基和一分子氨基酸的α－氨基脱水缩合形成的酰胺键，即-CO-NH-。 肽单元：肽键不能自由旋转而使涉及肽键的6个原子共处于同一平面 蛋白质变性：在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，导致其理化性质改变和生物活性的丧失。 复性：若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能， 在某一PH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时的溶液ph称该氨基酸的等电点。 8. 判断题： （1）由8个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽，而更多的氨基酸相连而成的肽称为多肽（×） （2）组成人体蛋白质的20种氨基酸中，除甘氨酸外，均属于D-α-氨基酸/ L-β-氨基酸（×）
（3）肌红蛋白是一个只有三级结构的单链蛋白质（） （4）血红蛋白具有两个亚基组成的四级结构（） （5）镰刀型贫血属于蛋白质构象病（×） （6）人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨丁顿舞蹈病、疯牛病属于分子病（×） 9. 简答题： （1）简述蛋白质一级结构、二级结构、三级结构、四级结构的定义以及维持相应结构的主要化学键。 一级结构：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。主要化学键有肽键，有些蛋白质还包括二硫键。 二级结构：蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。主要化学键是氢键。 三级结构：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。其主要靠氨基酸侧链之间的疏水作用力、氢键、范德华力和静电作用来维持（非共价键）。 四级结构：蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。 （2）试对比“分子病”与“蛋白质构象病” 蛋白质构象病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生（疯牛病）。 分子病：分子病由于遗传上的原因而造成的蛋白质分子结构或合成量的异常所引起的疾病。一级结构发生了改变（镰刀形贫血症）。 第二章核算的结构与功能 1.核酸的功能为：携带和传递遗传信息。 2.依据底物不同，核酸酶可分为专一降解DNA 、专一降解RNA。 3.依据对底物的作用方式不同，核酸酶可分为核酸内切酶、核酸外切酶。 4.tRNA的二级结构呈三叶草形，高级结构呈倒Ｌ形。
8版生化习题
请认真思考书本每章课后思考题 第一章蛋白质的结构与功能 一、名词解释 蛋白质的等电点、肽单元（peptide unit）肽键平面，酰胺平面、模体（motif ）超二级结构（supersecondary structure）、结构域(domain)、分子伴侣(chaperon)、协同效应(cooperativity)、蛋白质组（proteome） 变构效应(allosteric effect)、蛋白质变性( denaturation of protein)、蛋白质家族、蛋白质超家族 二、填空： 1. 维系蛋白质二级结构的化学键为________________，维系一级结构的化学键是________________。 2. 各种蛋白质的平均含氮量为，据此可通过测定组织样品的含氮量来计算含量。 3. 蛋白质的四级结构是由两条以上具有_________结构的多肽链，通过______键相互结合构成的。 4. 蛋白质二级结构的主要形式是_________和_________。 5. 由于所有的氨基酸都含有碱性的_________和酸性的________，因此氨基酸是两性电解质。 6.蛋白质的最大紫外吸收峰值在_________附近，而核酸则在_________附近。 7. 蛋白质的特征元素是________，平均含量约为________。 8.________、________和____氨酸在280nm波长附近具有最大的光吸收峰。 9. 蛋白质的基本组成单位为________，构成人体蛋白质的氨基酸有________种。 10.根据侧链基团的结构和性质可将20种氨基酸分为________、________、________、________和________五类。 三、问答题 1.氨基酸的结构通式、特点、分类、三字符？ 2.蛋白质的主要理化性质有哪些？ 3.举例说明蛋白质变性、沉淀和凝固的关系。 4.简述导致蛋白质变性的主要因素，如何在蛋白质分离纯化中减少其变性机会。 5.简述蛋白质一、二、三、四级结构的定义及维持各结构的化学键和结构单位。 6.蛋白质二级结构的主要形式有几种？各有何特点？哪些氨基酸残基影响二级 结构的形成。 7.蛋白质元素组成有何特点？如何检测含有三聚氰胺的牛奶中的纯蛋白含量？ 8.分离纯化蛋白质的方法有哪些？各基于何原理？各有何用途？