高级生物化学课件蛋白质结构与功能.ppt

1、编辑版ppt1蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第第1章章编辑版ppt22 蛋白质是细胞组分中含量最丰富、功能最多的蛋白质是细胞组分中含量最丰富、功能最多的生物大分子，占人体干重的生物大分子，占人体干重的45%45%。一个细胞可能含。一个细胞可能含上万种蛋白质，每种蛋白质发挥不同的功能。上万种蛋白质，每种蛋白质发挥不同的功能。各种蛋白质各种蛋白质功能的多样性功能的多样性是由其复杂的是由其复杂的分子分子结构决定结构决定的。只有在深入了解蛋白质结构的基础的。只有在深入了解蛋白质结构的基础上才能真正了解蛋白质的功能。上才能真正了解蛋白质的功能。编辑版ppt33 第一节第一节 组成蛋白质的氨基酸组成

2、蛋白质的氨基酸 蛋白质由氨基酸（蛋白质由氨基酸（amino acid,AA)amino acid,AA)组成。组成。自然界的氨基酸有自然界的氨基酸有300300余种余种.由基因编码的氨基酸仅有由基因编码的氨基酸仅有2020种。种。编辑版ppt4AA侧链侧链（1 1）AAAA结构通式结构通式：（2 2）除甘氨酸（除甘氨酸（GlyGly）外，）外，均属均属L LAA.AA.COO-H CNH3+R2020种基本氨基酸结构的共同特征是种基本氨基酸结构的共同特征是:编辑版ppt55立体构型：立体构型：两种构型互为对映体；两种构型互为对映体；一种构型必须一种构型必须有共价键断裂有共价键断裂才能形成另一种

3、构型。才能形成另一种构型。*组成蛋白质的组成蛋白质的-氨基酸多是氨基酸多是L-L-构型构型。D-D-构型构型氨基酸：主要存在于某些抗生素和个别植物的生物碱中。氨基酸：主要存在于某些抗生素和个别植物的生物碱中。编辑版ppt66n天然天然prpr中的中的AAAA通常为通常为L-L-型；型；编辑版ppt77根据根据2O2O种基本氨基酸的种基本氨基酸的R R基（侧链）不同，可分为基（侧链）不同，可分为:非极性疏水非极性疏水AA AA 7 7种种 不解离的极性不解离的极性AAAA（或极性中性（或极性中性AA)AA)8 8种种 解离的极性解离的极性AAAA 酸性酸性AA 2种种 碱性碱性AA 3种种编辑版

4、ppt881 1非极性疏水非极性疏水AAAA 7 7种：种：AAAA的的R R基是基是脂肪烃脂肪烃或或芳香烃芳香烃;烃链越长疏水性越大。烃链越长疏水性越大。存在部位：常因相互疏水作用而处于存在部位：常因相互疏水作用而处于球状蛋白内部球状蛋白内部或生物膜的或生物膜的跨膜双脂层中跨膜双脂层中。编辑版ppt9甘氨酸甘氨酸 glycine Gly G 5.97丙氨酸丙氨酸 alanine Ala A 6.00缬氨酸缬氨酸 valine Val V 5.96亮氨酸亮氨酸 leucine Leu L 5.98 异亮氨酸异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02 苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylal

5、anine Phe F 5.48脯氨酸脯氨酸 proline Pro P 6.30非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸编辑版ppt102.不解离的极性不解离的极性AA 8种种 AA的的R侧链是带有侧链是带有极性的羟基极性的羟基、巯基巯基或或酰胺酰胺基团基团，故有亲水性，但不解离，故有亲水性，但不解离.编辑版ppt11色氨酸色氨酸 tryptophan Try W 5.89丝氨酸丝氨酸 serine Ser S 5.68酪氨酸酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 蛋氨酸蛋氨酸 methionine Met M 5.74天冬酰胺天

6、冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 苏氨酸苏氨酸 threonine Thr T 5.602.极性中性氨基酸极性中性氨基酸编辑版ppt123解离的极性解离的极性AA 5种种 AA的的R侧链可解离而带负电荷，又称酸性侧链可解离而带负电荷，又称酸性AA，有，有2种种;AA的的R侧链可解离而带正电荷，又称碱性侧链可解离而带正电荷，又称碱性AA，有，有3种。种。存在部位：蛋白质分子的表面，与环境中水分子形成存在部位：蛋白质分子的表面，与环境中水分子形成 氢键。氢键。编辑版ppt13天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid

7、Asp D 2.97谷氨酸谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22赖氨酸赖氨酸 lysine Lys K 9.74精氨酸精氨酸 arginine Arg R 10.76组氨酸组氨酸 histidine His H 7.593.酸性氨基酸酸性氨基酸4.碱性氨基酸碱性氨基酸带正电荷的碱性带正电荷的碱性AA残基残基常与常与带负电荷的酸性带负电荷的酸性AA的残基的残基形成形成盐键盐键。幻灯片幻灯片 89编辑版ppt14n脯氨酸脯氨酸:（亚氨基酸）（亚氨基酸）几个特殊的氨基酸几个特殊的氨基酸由于其氨基与侧链C原子结合成环，具有固定的构型，在蛋白质肽链中有很强的链形成一个转角而改变主链方向

8、，同时由于环的存在而具有空间障碍，对蛋白质二级结构形成有破坏性作用，但仍能出现在这些结构的末端或弯曲部位，因而常暴露于分子表面。编辑版ppt15几个特殊的氨基酸几个特殊的氨基酸半胱氨酸半胱氨酸 胱氨酸胱氨酸n巯基易形成带有二硫键的胱氨酸，在蛋白质的构象形成中具有重要意义。同时巯基还能与金属离子结合，埋藏在分子内部，开成motif结构。编辑版ppt16 与氨基酸的氨基氮原子之间形成的稳定共价键不同，二硫与氨基酸的氨基氮原子之间形成的稳定共价键不同，二硫容易被还原而断裂，断裂后可再次氧化重新形成二硫键，容易被还原而断裂，断裂后可再次氧化重新形成二硫键，因而是可以动态变化的化学键。因而是可以动态变化

9、的化学键。二硫键是参与一级结构也是形成高级结构的重要化学键，二硫键是参与一级结构也是形成高级结构的重要化学键，对蛋白质折叠和高级结构的形成与维对蛋白质折叠和高级结构的形成与维持十分重要。持十分重要。烫发和发型保持，主要原理是操纵烫发和发型保持，主要原理是操纵毛发角蛋白二硫键的还原和再氧化，毛发角蛋白二硫键的还原和再氧化，即二硫键的断开和重新键合即二硫键的断开和重新键合。编辑版ppt17酸性酸性AAAA（共（共2 2种）特点：种）特点：除除C C上有一个羧基（上有一个羧基（COOCOO-)外，它们的外，它们的R R基上都还具有一基上都还具有一个羧基个羧基.碱性碱性AA（共（共3种）种）特点：特点

10、：R R基都含有碱性基团。基都含有碱性基团。胍胍基基咪咪唑唑基基编辑版ppt18酸性及碱性AA不仅带电荷，且极性较强。在蛋白质分子中，常出现在分子表面，与环境中的水分子结全而使蛋白质具有亲水性质，尤其是碱性氨基酸的侧链较长，柔性较大，在介质中摆动，可增强其溶解度，同时也易作为多种酶的催化对象。编辑版ppt1919以上以上2020种由基因编码的种由基因编码的AAAA称为称为编码氨基酸编码氨基酸。在蛋白质分子中还有在蛋白质分子中还有非编码氨基酸非编码氨基酸是在蛋白质生物合成后经是在蛋白质生物合成后经乙酰化乙酰化、磷酸化磷酸化、羟基化羟基化或或甲甲基化基化等修饰形成的。如：等修饰形成的。如：l 广泛

11、存在于广泛存在于PrPr中的丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸的磷酸化，在细中的丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸的磷酸化，在细 胞信号传递系统中起重要作用胞信号传递系统中起重要作用;l 胶原中的羟脯氨酸和胶原中的羟脯氨酸和羟羟赖氨酸赖氨酸;l 钙调素中的三甲基赖氨酸钙调素中的三甲基赖氨酸;l 凝血酶原中谷氨酸的凝血酶原中谷氨酸的-羧化羧化;l 某些蛋白质某些蛋白质N-N-端氨基酸的乙酰化或端氨基酸的乙酰化或C-C-端氨基酸的酰胺化；端氨基酸的酰胺化；l 更多的蛋白质中更多的蛋白质中AAAA的糖基化或脂质化，使其亲水或疏水性增大。的糖基化或脂质化，使其亲水或疏水性增大。编辑版ppt2020第二节第二节 稳定蛋白质构象

12、的作用力稳定蛋白质构象的作用力 任何一个蛋白质分子，在其天然状态或活性形任何一个蛋白质分子，在其天然状态或活性形式下，都具有独特而稳定的构象。式下，都具有独特而稳定的构象。构象构象是蛋白质分子在结构上的一个最显著的特是蛋白质分子在结构上的一个最显著的特征。征。编辑版ppt2121 构象构象*（ConformationConformation）:又称之为三维结构、立体结构，空间结构或高级结又称之为三维结构、立体结构，空间结构或高级结构等构等.是指分子内各原子或基团之间的相互立体关是指分子内各原子或基团之间的相互立体关系。构象的改变，是由于单键的旋转而产生的，系。构象的改变，是由于单键的旋转而产生

13、的，它它不需有共价键的变化不需有共价键的变化，仅涉及到氢键等次级键的改，仅涉及到氢键等次级键的改变。变。构型构型（configurationconfiguration）是指光学活性不对称的一）是指光学活性不对称的一种特定的立体结构种特定的立体结构.例如氨基酸从例如氨基酸从 D D型型 L L型，型，共价键的变化。共价键的变化。编辑版ppt2222 维持和稳定蛋白质分子构象的作用力有：维持和稳定蛋白质分子构象的作用力有：氢键氢键 疏水作用力疏水作用力 范德华力范德华力 离子键离子键 二硫键二硫键 配位键配位键编辑版ppt2323一、氢键一、氢键 X一一HY 氢原子氢原子与与电负性的原子电负性的原

14、子X共价结合时，共用的共价结合时，共用的电子对强烈地偏向电子对强烈地偏向X的一边，使氢原子带有部分正电的一边，使氢原子带有部分正电荷，能再与另一个电负性高而半径较小的原子荷，能再与另一个电负性高而半径较小的原子Y结合，结合，形成的形成的XHY型的键。型的键。编辑版ppt2424氢键有两种不同的含义氢键有两种不同的含义：第一种是指第一种是指X X一一H HY Y的整个结构，的整个结构，氢键的键长氢键的键长就是就是 指从指从X X到到Y Y之间的距离。之间的距离。第二种是指第二种是指H.YH.Y之间的结合力。之间的结合力。氢键的键能氢键的键能就是就是 指打开指打开H H.Y Y的结合所需要的能量。

15、的结合所需要的能量。由于距离短，氢键之间的吸引力强，介于共价键与范由于距离短，氢键之间的吸引力强，介于共价键与范德华力之间。德华力之间。编辑版ppt2525 氢键氢键有两个重要特征有两个重要特征：（1 1）具有方向性具有方向性：当氢供体：当氢供体X-HX-H与氢受体与氢受体Y Y之间的夹之间的夹角接近角接近180180时时,X-H,X-H与与Y Y的相互作用最强的相互作用最强.X一一HY（2 2）具有饱和性具有饱和性：X-HX-H只能和一个只能和一个Y Y原子相结合原子相结合氢键作用氢键作用：对于维持蛋白质分子的二、三、四级结构对于维持蛋白质分子的二、三、四级结构的完整性以及功能反应的灵活性，

16、具有十分重要的意的完整性以及功能反应的灵活性，具有十分重要的意义。义。不仅在肽链之间形成，在侧链之间或侧链与肽不仅在肽链之间形成，在侧链之间或侧链与肽键之间也可生成。键之间也可生成。编辑版ppt2626 二、疏水作用力二、疏水作用力 疏水作用力疏水作用力(疏水键疏水键)：是指是指非极性基团非极性基团即疏水即疏水基团为了避开水相而群集在一起的集合力。基团为了避开水相而群集在一起的集合力。在蛋白质分子中，含有许多疏水基团，这些在蛋白质分子中，含有许多疏水基团，这些基团有一种自然的趋势，即避开水相，相互集合，基团有一种自然的趋势，即避开水相，相互集合，藏于蛋白质分子的内部。藏于蛋白质分子的内部。作用

17、：作用：AAAA顺序上相隔较远的残基间的疏水作用力，顺序上相隔较远的残基间的疏水作用力，对维持和稳定蛋白质分子的构象具有重要影响。对维持和稳定蛋白质分子的构象具有重要影响。编辑版ppt2727 三、范德华力三、范德华力 在物质的聚集状态中，分子与分子之间存在着一在物质的聚集状态中，分子与分子之间存在着一种较弱的作用力。即原子中带正电荷的核与另一原子带种较弱的作用力。即原子中带正电荷的核与另一原子带负电荷的电子层之间的静电引力。负电荷的电子层之间的静电引力。包括两种类型的相互作用：包括两种类型的相互作用：一种是一种是吸引作用吸引作用（范德华引力）范德华引力），另一种是，另一种是排斥作排斥作 用用

18、（范德华斥力）范德华斥力）。范德华范德华引力引力有有3种表现形式：种表现形式：(1)取向力取向力:极性基团之间，偶极与偶极的相互吸引极性基团之间，偶极与偶极的相互吸引;(2)诱导力诱导力:极性基团的偶极与非极性基团的诱导偶极之极性基团的偶极与非极性基团的诱导偶极之间的相互吸引间的相互吸引;(3)色散力色散力:非极性基团瞬时偶极之间的相互吸引。非极性基团瞬时偶极之间的相互吸引。编辑版ppt2828其共同的特点是其共同的特点是:引力随作用基团之间距离的增大而迅速减小，引力随作用基团之间距离的增大而迅速减小，但两个作用基团只互相吸引并不相碰。但两个作用基团只互相吸引并不相碰。因为当它们靠得很近时，电

19、子云之间会发生排斥，因为当它们靠得很近时，电子云之间会发生排斥，从而产生范德华斥力。从而产生范德华斥力。因此，上述两个基团之间的作用距离是由范德华引因此，上述两个基团之间的作用距离是由范德华引力和范德华斥力的平衡来决定的，这种距离称为范力和范德华斥力的平衡来决定的，这种距离称为范德华力间距。德华力间距。编辑版ppt2929 迄今所测得的蛋白质构象都显示出蛋白质分迄今所测得的蛋白质构象都显示出蛋白质分子内的基团是紧密堆积的。这表明。在蛋白质分子内的基团是紧密堆积的。这表明。在蛋白质分子内无疑存在着范德华力。子内无疑存在着范德华力。作用：作用：对维持和稳定蛋白质的三、四级结构具有对维持和稳定蛋白质

20、的三、四级结构具有 一定的贡献。一定的贡献。Van der Waals Van der Waals 力在维持蛋白质的构象中虽有一力在维持蛋白质的构象中虽有一定的作用，但可能非常有限。定的作用，但可能非常有限。编辑版ppt3030四、离子键四、离子键(盐键盐键、盐桥或静电作用力盐桥或静电作用力)是由带相反电荷的两个基团间的是由带相反电荷的两个基团间的静电吸引静电吸引所形成的所形成的 在蛋白质分子中，通常有带正电荷的基团和带负电在蛋白质分子中，通常有带正电荷的基团和带负电荷的基团荷的基团:带正电荷的基团带正电荷的基团-N-N-末端的末端的-NH-NH3 3+肽链中赖氨酸残基的肽链中赖氨酸残基的NH

21、NH3 3+精氨酸残基的胍基；精氨酸残基的胍基；带负电荷的基团带负电荷的基团-C C一末端的一末端的-COO-COO 肽链中天冬氨酸残基的肽链中天冬氨酸残基的-COO-COO-谷氨酸残基的谷氨酸残基的COOCOO编辑版ppt3131在蛋白质空间结构与环境都适宜的情况下，上述基团在蛋白质空间结构与环境都适宜的情况下，上述基团中有一部分是相互接近而形成离子键的。中有一部分是相互接近而形成离子键的。高浓度的盐、过高或过低的高浓度的盐、过高或过低的pHpH值，可以破坏蛋白质值，可以破坏蛋白质构象中的离子键构象中的离子键-蛋白质变性的主要原因蛋白质变性的主要原因编辑版ppt3232五、配位键五、配位键配

22、位配位共价键共价键简称简称“配位键配位键”是指两原子的成键电子全是指两原子的成键电子全部由一个原子提供所形成的共价键。部由一个原子提供所形成的共价键。其中，提供所有成键电子的称其中，提供所有成键电子的称“配位体配位体（简称配（简称配体）体）”、提供空轨道接纳电子的称、提供空轨道接纳电子的称“受体受体”。编辑版ppt33金属离子与蛋白质的连接一般通过配位键金属离子与蛋白质的连接一般通过配位键:如铁氧还原蛋白、细胞色素如铁氧还原蛋白、细胞色素C等等-含有铁离子含有铁离子 胰岛素等胰岛素等-含有锌离子。含有锌离子。金属离子通过配位键参与维持和稳定蛋白质的三、金属离子通过配位键参与维持和稳定蛋白质的三

23、、四级结构。四级结构。若用螯合剂从蛋白质中除去金属离子则若用螯合剂从蛋白质中除去金属离子则:1.蛋白质分子便解离成亚基蛋白质分子便解离成亚基,导致生物活性丧失导致生物活性丧失 2.或者是三级结构遭到局部破坏或者是三级结构遭到局部破坏编辑版ppt3434 5.5.二硫键（二硫键（-S-S-S-S-）是是两个硫原子之间两个硫原子之间所形成的共价键。所形成的共价键。作用作用:它可以把不同的肽链、或同一条肽链的不同部它可以把不同的肽链、或同一条肽链的不同部 分连接起来，对维持和稳定蛋白质的构象具有分连接起来，对维持和稳定蛋白质的构象具有 重要作用重要作用.在某些蛋白质中，二硫键一旦遭到破坏，则蛋白质在

24、某些蛋白质中，二硫键一旦遭到破坏，则蛋白质 的生物活性立即丧失。的生物活性立即丧失。若二硫键的数目多，则蛋白质分子抗拒外界变性因若二硫键的数目多，则蛋白质分子抗拒外界变性因 素的能力也强，蛋白质三级结构的稳定性也高素的能力也强，蛋白质三级结构的稳定性也高(角蛋白角蛋白)编辑版ppt35二硫键的种类有多种二硫键的种类有多种编辑版ppt3636综上综上:氢键、疏水作用力、范德华力和离子键氢键、疏水作用力、范德华力和离子键这四种这四种次级键次级键 -是维持和稳定蛋白质分子构象的主要作用力。是维持和稳定蛋白质分子构象的主要作用力。二硫键和配位键二硫键和配位键这两种这两种共价键共价键 -参与维持和稳定蛋

25、白质的三级或四级结构。参与维持和稳定蛋白质的三级或四级结构。编辑版ppt3737例：胰岛素例：胰岛素胰脏中胰岛胰脏中胰岛-细胞分泌的一种蛋白质激素。细胞分泌的一种蛋白质激素。功能功能：降低血糖。降低血糖。结构结构：A链：链：21aa；B链：链：30aa；链间有两对二硫键；链间有两对二硫键；在在A链内链内aa6和和aa11间以二硫键连成小环。间以二硫键连成小环。如：牛胰岛素如：牛胰岛素编辑版ppt381965.9.17编辑版ppt3939 第三节第三节 蛋白质分子的结构蛋白质分子的结构 编辑版ppt4040一、肽肽(peptide)（一）肽（一）肽（peptide)peptide)：AA通过通过

26、肽键肽键连接形成的化合物叫肽；连接形成的化合物叫肽；两分子两分子AAAA缩合形成二肽，三分子缩合形成二肽，三分子AAAA缩合则形成三肽缩合则形成三肽编辑版ppt41NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO肽键肽键：一个一个AA的的-COOH-COOH与另一个与另一个AA的的-NHNH2 2脱水缩合而形成的化学键脱水缩合而形成的化学键.编辑版ppt4242寡肽（寡肽（oligopeptide)：202

27、0个以下氨基酸组成。个以下氨基酸组成。多肽（多肽（polypeptide)：20-5020-50个氨基酸形成个氨基酸形成.蛋白质蛋白质(protein)：5050个以上氨基酸组成。个以上氨基酸组成。肽链中的氨基酸已非完整分子，称肽链中的氨基酸已非完整分子，称氨基酸氨基酸残基残基(animo acid residue)。编辑版ppt43 肽的命名：某氨基酰某氨基酰肽的命名：某氨基酰某氨基酰.某氨基酸某氨基酸.N N末端末端(氨基末端氨基末端)，常写在左端；，常写在左端；C C末端末端(羧基末端羧基末端)，常写在右端，常写在右端.肽的简写：肽的简写：Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu或或SGY

28、AL Ser Gly Tyr Ala Leu 编辑版ppt4444 肽单位和二面角肽单位和二面角 多肽链的基本结构多肽链的基本结构:肽单位肽单位编辑版ppt4545肽单位空间结构特征肽单位空间结构特征:1.1.肽单位是刚性平面结构。肽单位上肽单位是刚性平面结构。肽单位上 的六个原子都处于同一平面上。的六个原子都处于同一平面上。2 2肽键具有局部双键性质，不能自由旋转。肽键具有局部双键性质，不能自由旋转。3.3.在肽单位上，两个在肽单位上，两个C C是反式构型。是反式构型。编辑版ppt4646二面角二面角肽键中的CN键具有部分双键的特征，不能自由旋转，其结果使肽键处在一个刚性的平面上，此平面被称

29、为肽键平面(酰胺平面)。两个肽键平面之间的-碳原子，可以作为一个旋转点形成二面角(dihedral angle)。二面角的变化，决定着多肽主键在三维空间的排布方式，是形成不同蛋白质构象的基础。编辑版ppt4747高级结构,又称空间构象一级结构二级结构三级结构四级结构蛋白质的分子结构包括：蛋白质的分子结构包括：丹麦科学家Linderstrom-Lang 二、蛋白质的结构二、蛋白质的结构编辑版ppt4848 uPr Pr 的一级结构的一级结构:Pr Pr中中N-N-端到端到C-C-端的端的AAAA排列顺序排列顺序.维系的键维系的键:肽键，二硫键肽键，二硫键 一级结构决定高级结构一级结构决定高级结构

30、 一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础.但一级结构并不是决定蛋白质空间构象的唯一因素但一级结构并不是决定蛋白质空间构象的唯一因素.uPr Pr 的高级结构的高级结构:二级二级 三级三级 四级结构四级结构编辑版ppt4949(一一)二级结构及其基本类型二级结构及其基本类型1.1.二级结构二级结构:是指多肽链是指多肽链主链骨架主链骨架中的若干肽段所形中的若干肽段所形成的有规则的空间排布（如成的有规则的空间排布（如-螺旋、螺旋、-折叠和折叠和-转角转角)或无规则的空间排布（如无规则卷曲）。或无规则的空间排布（如无规则卷曲）。主要包括主要包括:主

31、链原子局部的空间排布，不涉及侧链的构主链原子局部的空间排布，不涉及侧链的构象以及与其他肽段的关系。象以及与其他肽段的关系。维系的主要化学键维系的主要化学键：H H 键键编辑版ppt50502.2.二级结构的基本类型二级结构的基本类型:-螺旋螺旋 -折叠折叠 -转角转角 无规卷曲无规卷曲编辑版ppt5151-螺旋螺旋(-helix)：（1 1）主链形成右手螺旋或左手螺旋主链形成右手螺旋或左手螺旋（2 2）每圈螺旋占每圈螺旋占3.63.6个个AAAA残基，残基，螺距螺距0.54nm;0.54nm;（3 3）螺旋中氨基酸残基的侧链伸向螺旋中氨基酸残基的侧链伸向 外侧；外侧；（4 4）相邻螺圈之间形成

32、链内氢键，相邻螺圈之间形成链内氢键，取向与中心轴平行。取向与中心轴平行。氢键氢键:是由肽键上的是由肽键上的N-HN-H上的氢和第四上的氢和第四 个肽键的个肽键的C=OC=O上的氧之间形成的。上的氧之间形成的。化学键：化学键：氢键氢键编辑版ppt52编辑版ppt53a螺旋的稳定性最好，各种氨基酸都有折叠成a螺旋的倾向。编辑版ppt54（1）多肽链在一空间平面内伸展，各肽链平面间折叠成锯）多肽链在一空间平面内伸展，各肽链平面间折叠成锯齿状结构齿状结构.（2）AA残基的侧链残基的侧链R基交替分布在片层上下基交替分布在片层上下.（3）肽链按层排列，靠链间氢键维持其结构的稳定性，）肽链按层排列，靠链间氢

33、键维持其结构的稳定性，-折叠结构的氢键是由相邻肽链主链上的折叠结构的氢键是由相邻肽链主链上的NH上的氢上的氢和和CO上的氧间形成的上的氧间形成的.链间氢键方向与链方向垂直链间氢键方向与链方向垂直（4）-折叠可由一条多肽链折返而成，或由两条以上多折叠可由一条多肽链折返而成，或由两条以上多肽链顺向或逆向平行排列而成肽链顺向或逆向平行排列而成.-折叠折叠(-pleated sheet)：-片层、片层、-结构结构平行式平行式反平行式反平行式编辑版ppt5555平行与反平行平行与反平行平行指的是两条肽链走向相同；反平行则指走向相反。-折叠折叠是某些是某些纤维状蛋白质纤维状蛋白质的基本构象，也普遍存的基本

34、构象，也普遍存在于在于球状蛋白质球状蛋白质中。中。-折叠的蛋白质稳定性较差。折叠的蛋白质稳定性较差。编辑版ppt56-转角转角(-turn)（-弯曲、弯曲、-发夹结构）发夹结构）发生于肽链进行发生于肽链进行180180回折时的转角上回折时的转角上.通常有四个通常有四个AA残基组残基组成，第一个残基的羰基成，第一个残基的羰基O与与第四个氨基第四个氨基H形成氢键。第形成氢键。第二个残基常为二个残基常为Pro（Gly、Asp、Asn、Trp）此结构广泛存在球状蛋白中，球蛋白的紧密球此结构广泛存在球状蛋白中，球蛋白的紧密球形在于肽链走向的多次逆转，主要是通过形在于肽链走向的多次逆转，主要是通过-转转角

35、实现的角实现的。主要在各种二级结构之间起连接作。主要在各种二级结构之间起连接作用。用。编辑版ppt5757无规卷曲无规卷曲(random coil)多肽链骨架上的肽段在空间上的不规则排布，多肽链骨架上的肽段在空间上的不规则排布，无明确规律性。无明确规律性。通常酶蛋白的功能部位在此。通常酶蛋白的功能部位在此。在一般的球蛋白分子中，含有在一般的球蛋白分子中，含有大量的无规则卷曲，它使蛋白质大量的无规则卷曲，它使蛋白质肽链从整体上形成球状构象。肽链从整体上形成球状构象。编辑版ppt58编辑版ppt5959在不同的蛋白质中，二级结构的分布和作用却很不在不同的蛋白质中，二级结构的分布和作用却很不一样一样

36、:纤维蛋白纤维蛋白-二级结构就是其分子的基本结构，并在二级结构就是其分子的基本结构，并在 基本的方面决定了分子的性能基本的方面决定了分子的性能。哺乳动物的哺乳动物的角蛋白角蛋白:二级结构主要是二级结构主要是-螺旋螺旋。丝和昆虫纤维丝和昆虫纤维，其二级结构主要是，其二级结构主要是-折叠折叠。胶原蛋白胶原蛋白，三股螺旋三股螺旋是它的基本结构。是它的基本结构。球蛋白球蛋白-二级结构是分子二级结构是分子三维折叠三维折叠的基本要素，的基本要素，对分子的骨架形成具有重要作用。对分子的骨架形成具有重要作用。编辑版ppt6060、蛋白质的超二级结构和结构域、蛋白质的超二级结构和结构域超二级结构超二级结构(su

37、persecondary structure(supersecondary structure）*：由相邻的几个二级结构相互作用形成有规则的组合体。由相邻的几个二级结构相互作用形成有规则的组合体。是特殊的序列或结构的基本组成单元，又称是特殊的序列或结构的基本组成单元，又称基序基序或或模序模序（motif)motif)*.可进一步组建成可进一步组建成结构域。结构域。超二级结构超二级结构包括：包括：、组合。组合。编辑版ppt61编辑版ppt62钙结合蛋白中结合钙离子的模序锌指结构编辑版ppt6363蛋白质的结构域蛋白质的结构域*（DomainDomain）：在超二级结构的基础上进一步组合折叠形成半

38、独立较在超二级结构的基础上进一步组合折叠形成半独立较紧密的球状结构，具有简单的生物学功能。紧密的球状结构，具有简单的生物学功能。1.1.与蛋白质分子整体以与蛋白质分子整体以共价键共价键相连，一般难以分离，相连，一般难以分离，这是与亚基的区别这是与亚基的区别.2.2.结构域之间有裂隙，是结构域之间有裂隙，是 结合位点或活性位点。结合位点或活性位点。3.3.大的蛋白质可有多个结大的蛋白质可有多个结 构域。构域。纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域编辑版ppt6464结构域的特点结构域的特点：1.1.各个结构域有不同的组成，有些有一定的规律，有各个结构域有不同的组成，有些有一定的规律，有 些无。

39、些无。2.2.一个一个PrPr分子内的结构域，可以十分相似，也可完全分子内的结构域，可以十分相似，也可完全 不同。不同。3.3.结构域大小一般为结构域大小一般为100-200100-200残基（少残基（少40 40 多多400400）4.4.结构域连接，有的只靠一段肽段，有的是靠接触面。结构域连接，有的只靠一段肽段，有的是靠接触面。编辑版ppt6565结构域结构域(domain)(domain)：编辑版ppt6666 结构域有两个重要的功能结构域有两个重要的功能*：第一，像亚基那样，能作为一个第一，像亚基那样，能作为一个来有效地参与来有效地参与 蛋白质分子的装配。蛋白质分子的装配。独立结构域的

40、存在可以把蛋白质肽链的折叠、盘独立结构域的存在可以把蛋白质肽链的折叠、盘 曲过程简化为个别的简单步骤。曲过程简化为个别的简单步骤。这对于分子量很大的蛋白质来说更显得特别重要。这对于分子量很大的蛋白质来说更显得特别重要。第二，结构域能够活动。对底物的结合、变构控制以及第二，结构域能够活动。对底物的结合、变构控制以及 巨大结构的装配具有决定作用。巨大结构的装配具有决定作用。编辑版ppt67编辑版ppt6868(二二)蛋白质分子的三级结构蛋白质分子的三级结构三级结构：是指一条多肽链在二级结构、超二级结构和三级结构：是指一条多肽链在二级结构、超二级结构和 结构域的基础上进一步盘曲或折叠，形成包结构域的

41、基础上进一步盘曲或折叠，形成包 括括主、侧链在内主、侧链在内的专一性空间排布。的专一性空间排布。即整条肽链的三维结构。即整条肽链的三维结构。维系的化学键维系的化学键：次级键：次级键(疏水作用、氢键、离子键、范疏水作用、氢键、离子键、范德华力）德华力）有些有些prpr只有三级结构。只有三级结构。编辑版ppt6969单链蛋白质单链蛋白质-是分子本身的特征性立体结构；是分子本身的特征性立体结构；多链蛋白质多链蛋白质-是各组成链（亚基）的主链和侧链的空间是各组成链（亚基）的主链和侧链的空间 排布排布 重要的生命活动都与蛋白质的三级结构直接相关并重要的生命活动都与蛋白质的三级结构直接相关并且对三级结构有

42、严格的要求。且对三级结构有严格的要求。三级结构是蛋白质构象中的一个至关重要的等级或三级结构是蛋白质构象中的一个至关重要的等级或层次，从整体看，它实际包含着除亚基缔合以外的蛋白层次，从整体看，它实际包含着除亚基缔合以外的蛋白质分子结构的全部内容。质分子结构的全部内容。编辑版ppt7070蛋白质分子三级结构的基本特征（以球状蛋白质分子三级结构的基本特征（以球状PrPr为例）为例）（1 1）在蛋白质分子中，一条多肽链往往是通过一部分）在蛋白质分子中，一条多肽链往往是通过一部分-螺旋、螺旋、一部分一部分-折叠、一部分折叠、一部分-转角和一部分无规则卷曲形成转角和一部分无规则卷曲形成 紧密的球状结构紧密

43、的球状结构（2 2）在蛋白质分子中，）在蛋白质分子中，大多数非极性侧链总是埋在分子的内部，形成疏水核；大多数非极性侧链总是埋在分子的内部，形成疏水核；大多数极性侧链总是暴露在分子的表面上，极性基团的种类、大多数极性侧链总是暴露在分子的表面上，极性基团的种类、数目与排布决定了蛋白质的功能。数目与排布决定了蛋白质的功能。编辑版ppt7171（3 3）在蛋白质分子的表面，有一个内陷的空穴（裂隙、凹槽、）在蛋白质分子的表面，有一个内陷的空穴（裂隙、凹槽、袋）袋）-疏水区，能够容纳一个或两个小分子配体疏水区，能够容纳一个或两个小分子配体,或大分或大分 子配体的一部分。子配体的一部分。酶分子酶分子-此空穴

44、正好容纳一个或两个小分子底物，或大分子此空穴正好容纳一个或两个小分子底物，或大分子 底物的一部分，即酶分子的活性部位。底物的一部分，即酶分子的活性部位。如：如：肌红蛋白肌红蛋白 血红蛋白血红蛋白 此空穴正好容纳一个血红素分子。此空穴正好容纳一个血红素分子。细胞色素细胞色素C C 编辑版ppt72编辑版ppt7373（三）蛋白质的四级结构（三）蛋白质的四级结构亚基亚基：在体内有许多：在体内有许多PrPr分子含有两条或多条多肽链，每一条分子含有两条或多条多肽链，每一条 多肽链都多肽链都有其完整的三级结构有其完整的三级结构，称为，称为PrPr的亚基的亚基 （subunitsubunit）。）。亚基之

45、间呈特定的三维空间排布，并以亚基之间呈特定的三维空间排布，并以次级键次级键 相连接。相连接。四级结构四级结构：蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部：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位的布局和相互作用.维系的力维系的力：次级键：次级键(氢键、离子键、疏水作用和范得华力）氢键、离子键、疏水作用和范得华力）编辑版ppt7474亚基是独立的结构单位，但不是独立的功能单位。亚基是独立的结构单位，但不是独立的功能单位。亚基单独存在时无完整的生物学功能亚基单独存在时无完整的生物学功能.只有缔合成完只有缔合成完整的四级结构才具有生物活性。整的四级结构才具有生物活性。血红蛋白

46、血红蛋白:2:2个个亚基和亚基和2 2个个亚基亚基编辑版ppt7575寡聚蛋白寡聚蛋白-多个亚基组成的蛋白质。多个亚基组成的蛋白质。寡聚蛋白的四级结构对其生物学功能具有重要作用。寡聚蛋白的四级结构对其生物学功能具有重要作用。亚基：可以是相同的，也可以是不同的。亚基：可以是相同的，也可以是不同的。亚基数目从亚基数目从2 2个到几十，几百个不等。通常亚基用个到几十，几百个不等。通常亚基用字母表示。如：字母表示。如：血红蛋白血红蛋白-2-2、2 2四聚体四聚体 烟草花叶病毒的外壳蛋白烟草花叶病毒的外壳蛋白-2130-2130个相同的亚基组成个相同的亚基组成编辑版ppt7676编辑版ppt7777蛋白

47、质的四种结构层次蛋白质的四种结构层次暨南大学医学院莫宏波motifdomain编辑版ppt7878 第三节第三节 蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质分子结构与功能的关系 一、蛋白质的一级结构与功能的关系一、蛋白质的一级结构与功能的关系1.1.一级结构决定高级结构（一级结构决定高级结构（AnfinsenAnfinsen经典实验经典实验)编辑版ppt7979 2.2.一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系（1）一般而言，一级结构相似的多肽或蛋白质，其）一般而言，一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能也相似。空间构象以及功能也相似。蛋白质具不同的一级结构和空蛋白质具不同的一级结构和空间结构，

48、因此各具不同的功能。间结构，因此各具不同的功能。（2 2）一级结构改变（或氨基酸的改变）对功能的影响）一级结构改变（或氨基酸的改变）对功能的影响：蛋白质分子中非关键部位一些氨基酸残基的改变或缺失，并蛋白质分子中非关键部位一些氨基酸残基的改变或缺失，并不会影响蛋白质分子的生物活性；不会影响蛋白质分子的生物活性；另一方面，蛋白质分子关键活性部位氨基酸残基的改变，会另一方面，蛋白质分子关键活性部位氨基酸残基的改变，会影响其功能，甚至造成疾病。影响其功能，甚至造成疾病。编辑版ppt8080例如例如1.1.人、猪、牛的胰岛素人、猪、牛的胰岛素A A链中链中8 8、9 9、1111位位 氨基酸残基不同氨基

49、酸残基不同 存在种族差异存在种族差异，但这并不但这并不B B链中链中3030位位 影响其降低血糖浓度的共同生理功能影响其降低血糖浓度的共同生理功能2.2.人群中不同个体间同一种蛋白质也会有氨基酸的不同或人群中不同个体间同一种蛋白质也会有氨基酸的不同或差异，但这也不影响他们在不同个体中担负着相同的生理差异，但这也不影响他们在不同个体中担负着相同的生理功能。功能。3.3.若是分类上从脂肪族换成了芳香族氨基酸，即蛋白质之若是分类上从脂肪族换成了芳香族氨基酸，即蛋白质之间的免疫原性就差异较大，由这些蛋白质组成的人体组织、间的免疫原性就差异较大，由这些蛋白质组成的人体组织、器官，在临床上进行移植时，就更

50、产生排异反应器官，在临床上进行移植时，就更产生排异反应.编辑版ppt81例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146)编辑版ppt8282镰刀型贫血病血红蛋白仅一级结构中：镰刀型贫血病血红蛋白仅一级结构中：6Glu换成换成6Val 由此引起三级结构多一疏水键，四级结由此引起三级结构多一疏水键，四级结构发生线性缔合，导致红细胞发生溶血。构发生线性缔合，导致红细胞发生溶血。编辑版ppt8383二、空间结构与功能的关系二、空间结构