第5章蛋白质的三维结构课件.ppt

1、3-dimensional structure of proteins15.1 5.1 研究蛋白质构象的方法研究蛋白质构象的方法5.2 5.2 稳定稳定蛋白质三维结构的作用力蛋白质三维结构的作用力5.3 5.3 多肽主链折叠的空间限制多肽主链折叠的空间限制5.4 5.4 二级结构：二级结构：多肽链折叠的规则方式多肽链折叠的规则方式5.5 5.5 纤维状蛋白质纤维状蛋白质5.6 5.6 超二级结构和结构域超二级结构和结构域5.7 5.7 球状蛋白质与三级结构球状蛋白质与三级结构5.9 5.9 蛋白质折叠和结构预测蛋白质折叠和结构预测5.10 5.10 亚基缔合和四级结构亚基缔合和四级结构23 蛋

2、白质结构的组织层次蛋白质结构的组织层次3-dimesional structure of proteins3-dimesional structure of proteins 蛋白质从伸展的多肽链形成其特定的立蛋白质从伸展的多肽链形成其特定的立体结构的过程叫体结构的过程叫折叠折叠（foldingfolding）。）。蛋白质的天然折叠结构决定于三个因素：蛋白质的天然折叠结构决定于三个因素：1 1）与溶剂分子（一般是水）的相互作用）与溶剂分子（一般是水）的相互作用 2 2）溶剂的）溶剂的pHpH和离子组成和离子组成 3 3）蛋白质的氨基酸序列）蛋白质的氨基酸序列 43-dimesional str

3、ucture of proteins3-dimesional structure of proteins 5.1 5.1 研究蛋白质构象的方法研究蛋白质构象的方法 5.1.1 5.1.1 X X射线衍生法晶体射线衍生法晶体 5.1.25.1.2紫外光差谱紫外光差谱 5.1.2 5.1.2 荧光和荧光偏振荧光和荧光偏振 液体液体 5.1.3 5.1.3 圆二色性圆二色性5 5.2 稳定蛋白质三维结构的作用力 Forces stabilizing Protein 3-dimentional structure6共价键共价键非共价键非共价键化学键化学键 肽键肽键一级结构一级结构氢键氢键二硫键二硫键二

4、、三、四级结构二、三、四级结构疏水作用疏水作用盐键盐键范德华力范德华力三、四级结构三、四级结构蛋白质分子中的共价键与非共价键蛋白质分子中的共价键与非共价键三、四级结构三、四级结构Forces stabilizing Protein Forces stabilizing Protein 3-dimentional structure3-dimentional structure75.2.1 5.2.1 氢键氢键 Hydrogen bondsHydrogen bonds 氢键：氢键：连在电负性强的半径小的原子上的氢原子与另一连在电负性强的半径小的原子上的氢原子与另一个电负性强的原子之间的相互作用。

5、个电负性强的原子之间的相互作用。x x Hy Hy x x，y y 的特点：的特点：电负性强；电负性强；分子半径小；分子半径小；有有孤对电子孤对电子 代表代表:N:N，O O，S S原子等原子等8+-9Hydrogen bondsbonds氢键的氢键的2个重要特征：个重要特征：1.方向性方向性2.饱和性饱和性OHH10l Hydrogen bond is the main force to maintain the secondary structure of proteinHydrogenHydrogen bonds5.2.5.2.2 2范德华力范德华力van van derder Waal

6、s force Waals force广义的范德华力包括三种弱的作用力广义的范德华力包括三种弱的作用力：定向效应定向效应诱导效应诱导效应分散效应分散效应 11效应效应分子或基团分子或基团偶极偶极偶极方向偶极方向图例图例定向效应定向效应极性分子或极性分子或基团之间基团之间永久偶极间永久偶极间静电相互作静电相互作用用固定固定诱导效应诱导效应极性与非极极性与非极性基团间性基团间永久偶极与永久偶极与诱导偶极间诱导偶极间固定固定分散效应分散效应非极性分子非极性分子或基团间或基团间瞬时偶极间瞬时偶极间瞬时变化瞬时变化van der Waals forcevan der Waals force12疏水作用疏

7、水作用非极性分子非极性分子进入水中，有聚集在一进入水中，有聚集在一起形成最小疏水面积的趋势，保持起形成最小疏水面积的趋势，保持这些非极性分子聚集在一起的作用这些非极性分子聚集在一起的作用则称为疏水作用则称为疏水作用。5.2.3 5.2.3 疏水作用（熵效应）疏水作用（熵效应）Hydrophobic interactionsHydrophobic interactions1314对对蛋白质蛋白质来说，在水相溶液中，球状蛋白质的折叠来说，在水相溶液中，球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏在分子的内部，这种现总是倾向于把疏水残基埋藏在分子的内部，这种现象可称为象可称为疏水作用疏水作用。203主链

8、主链:粉色粉色 疏水疏水:绿色绿色 亲水亲水:黄色黄色 Hydrophobic interactionHydrophobic interaction疏水作用的本质疏水作用的本质 HydrophobicHydrophobic interaction interaction15 5.2.4 5.2.4 盐键盐键(Salt bridge,Ionic interaction)(Salt bridge,Ionic interaction)16 离子键离子键Ionic interactions（盐键）（盐键）正电荷和负电荷之间的一种静电作用。正电荷和负电荷之间的一种静电作用。其大小与电荷电量的乘积成正比，

9、与电荷其大小与电荷电量的乘积成正比，与电荷质点间的距离成反比。质点间的距离成反比。Na+ClF=Q1Q2 R2Ionic interactionsIonic interactionsl 生理生理pHpH下，下，AspAsp、GluGlu侧链解离成负离子，侧链解离成负离子，LysLys、ArgArg、HisHis侧链解离成正离子侧链解离成正离子l多数情况下，这些基团分布在球状蛋白质多数情况下，这些基团分布在球状蛋白质分子的表面，与水分子作用形成排列有序分子的表面，与水分子作用形成排列有序的的水化层水化层，稳定蛋白质的构象。，稳定蛋白质的构象。1718Covalent bond between s

10、ide chains of two cysteine residues5.2.5 5.2.5 二硫键二硫键 Disulfide bondDisulfide bondDisulfide bondDisulfide bondl 二硫键对蛋白质的构象和生物活性有二硫键对蛋白质的构象和生物活性有稳定作用稳定作用l二硫键的形成并二硫键的形成并不规定不规定多肽链的折叠多肽链的折叠l二硫键可以选择性地被还原二硫键可以选择性地被还原1920abcdeacdA ProteinA Proteins Conformation Is Stabilized s Conformation Is Stabilized La

11、rgely by Weak InteractionsLargely by Weak Interactionsa.Ionic interaction b.Hydrogen bond c.Hydrophobic interaction d.Van der Waals forcese.Disulfide bond21蛋白质中几种键的键能蛋白质中几种键的键能p201Type of bondBond Energy（kJ/mol）Hydrogen bond1330Van der Waals forces48Hydrophobic interaction1220Ionic interaction1230Di

12、sulfide bond210Covalent bond376.81225.3 5.3 多肽主链折叠的空间限制多肽主链折叠的空间限制5.3.1 5.3.1 肽键和肽平面肽键和肽平面n 多肽主链是由多肽主链是由-NH-C-CO-NH-C-CO-相连重复排列形成的。相连重复排列形成的。164164n 肽基肽基（peptide group)peptide group)或或肽单位肽单位(peptide unit)(peptide unit)：肽：肽链中的酰胺基，叫肽基或肽单位。链中的酰胺基，叫肽基或肽单位。n 肽平面或肽基平面肽平面或肽基平面：组成肽基的组成肽基的4 4个原子和个原子和2 2个相邻的个

13、相邻的CC倾向于一个平面，这个平面称酰胺平面，又呈肽平倾向于一个平面，这个平面称酰胺平面，又呈肽平面或肽基平面。面或肽基平面。n 产生平面的原因：肽键产生平面的原因：肽键具有部分双键性质，不能具有部分双键性质，不能自由旋转，与其相邻的自由旋转，与其相邻的6 6个原子共处同一个平个原子共处同一个平面。面。肽键 肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。明显的共轭作用。组成肽键的原子处于同一平面。组成肽键的原子处于同一平面。肽键具有局部双键性质，其键长仅肽键具有局部双键性质，其键长仅1.331.33（1 1=10=10-8-8 cm cm），比

14、一般的），比一般的C-NC-N单键（单键（1.451.45）短。因此肽键不能旋）短。因此肽键不能旋转，具有反式（转，具有反式（trnstrns）和顺式）和顺式（ciscis）二种构型：）二种构型：5.3.5.3.2 2 酰胺平面与酰胺平面与-碳原子的二面角（碳原子的二面角（和和）l 因为肽键不能自由旋转，所以肽键的四个原子和与之相连的两个碳原子共处一个肽平面或称为酰胺平面酰胺平面。l 肽链可看作由一系列刚性的肽平面通过碳原子连接起来的长链，主链的构象由肽平面之间的角度决定。27 The Peptide Bond Is Rigid and Planar28l 主链上只有主链上只有碳原子碳原子连接

15、的两个键是单键，可连接的两个键是单键，可自由旋转自由旋转绕绕CC-N-N旋转的旋转的-角角绕绕CC-C-C旋转的旋转的 角角这两个角称为这两个角称为二面角二面角29多肽主链折叠的空间限制多肽主链折叠的空间限制l 和和 取值范围是正负取值范围是正负180度度l从从C 沿键轴方向观察，顺时沿键轴方向观察，顺时针旋转的针旋转的 和和 角度为正值，逆角度为正值，逆时针为负值。时针为负值。多肽主链折叠的空间限制多肽主链折叠的空间限制30多肽主链折叠的空间限制多肽主链折叠的空间限制20520531Ramachandran根据蛋白质中非共价键合原子间的根据蛋白质中非共价键合原子间的最小接触距离，确定了哪些最

16、小接触距离，确定了哪些成对二面角（成对二面角（和和）所所规定的两个相邻肽单位的构象是允许的，哪些是不规定的两个相邻肽单位的构象是允许的，哪些是不允许的，并且以允许的，并且以 为横坐标，以为横坐标，以 为纵坐标，在坐标为纵坐标，在坐标图上标出，该坐标图称拉氏构象图。图上标出，该坐标图称拉氏构象图。5.3.3 可允许的二面角值：拉氏构象图：可允许的二面角值：拉氏构象图：32 深蓝色区域：允许区；深蓝色区域：允许区；浅蓝色区域：不完全允许区；浅蓝色区域：不完全允许区；灰色区域：不允许区。灰色区域：不允许区。上图：上图：L-Ala残基的拉氏构象图，横坐标为残基的拉氏构象图，横坐标为 的取值，纵坐标为的

17、取值，纵坐标为 的取值。的取值。拉氏构象图：拉氏构象图：33l 拉氏图不仅对蛋白质的构象研究起到了简化作用，拉氏图不仅对蛋白质的构象研究起到了简化作用，对于判断所得到的蛋白质结构模型的正误也有意义。对于判断所得到的蛋白质结构模型的正误也有意义。l 实际得到的许多蛋白质的三维结构证实了拉氏图是实际得到的许多蛋白质的三维结构证实了拉氏图是基本正确的。基本正确的。多肽主链形成三维结构的空间限制多肽主链形成三维结构的空间限制345.4 5.4 二级结构：多肽链折叠的规则方式二级结构：多肽链折叠的规则方式 Secondary structureSecondary structure:The common

18、 regular folding The common regular folding patterns of the polypeptide backbonepatterns of the polypeptide backbone.蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构（概念）：（概念）：207207 蛋白质的二级结构是指蛋白质主链折叠所产蛋白质的二级结构是指蛋白质主链折叠所产生的由氢键维系的规则构象。生的由氢键维系的规则构象。通过形成链内或链间通过形成链内或链间氢键氢键可以使肽链卷曲折可以使肽链卷曲折叠形成各种叠形成各种二级结构元件二级结构元件，主要有主要有 螺旋螺旋、折叠片、折叠片、转角和无规

19、卷曲。转角和无规卷曲。复杂的蛋白质分子结构就由这些比较简单的复杂的蛋白质分子结构就由这些比较简单的二级结构元件进一步组合而成。二级结构元件进一步组合而成。35Protein Secondary structureProtein Secondary structure 蛋白质二级结构元件：蛋白质二级结构元件：SecondarySecondary structural elements structural elements 螺旋螺旋 -Helix-Helix 折叠片折叠片 -Pleated SheetPleated Sheet 转角转角 Turn Turn 无规卷曲无规卷曲 Random coi

20、lRandom coil36 5.4.1 5.4.1 -Helix-Helix 螺旋是蛋白质中最常见、最典型、含量最丰富的螺旋是蛋白质中最常见、最典型、含量最丰富的二级结构元件。二级结构元件。37Protein Secondary structureProtein Secondary structure38Characteristics of Characteristics of -helixhelix 多肽链中的各个肽平面围多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋绕同一轴旋转，形成螺旋结构；结构；=-57o，=-47o；39-helix Linus Pauling（19011994）Th

21、e simplest The simplest arrangement of the arrangement of the polypeptide chain was polypeptide chain was proposed to be a proposed to be a helical structure helical structure called called -helix-helix (Pauling and Corey,(Pauling and Corey,1951)1951)Protein Secondary structureProtein Secondary stru

22、cture40 螺旋的结构的要点螺旋的结构的要点207207 每圈螺旋有每圈螺旋有3.63.6个氨基酸残基个氨基酸残基 每个残基绕轴旋转每个残基绕轴旋转100100，沿轴上升，沿轴上升0.150.15nmnm 螺旋一周，沿轴上升的距离即螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为螺距为0.54nm0.54nm,螺旋的直径约为螺旋的直径约为0.50.5nmnm 相邻螺圈之间形成相邻螺圈之间形成氢键氢键，氢键的取向几乎与螺旋，氢键的取向几乎与螺旋轴平行。轴平行。每个氨基酸残基的每个氨基酸残基的-CO-CO基的氧与前面第四个氨基基的氧与前面第四个氨基酸残基上的酸残基上的-NHNH基的氢形成氢键。基的氢形成氢键。

23、41Protein Secondary structureProtein Secondary structure螺旋由氢键构成一个封闭环，其中包括三个螺旋由氢键构成一个封闭环，其中包括三个残基，共残基，共1313个原子，个原子，3.6 3.61313螺旋螺旋CONHCHCORNH342Protein Secondary structureProtein Secondary structure43螺旋螺旋相当于在相当于在N N末端末端积累了部分负电荷，在积累了部分负电荷，在C C末端积累了部分正电荷末端积累了部分正电荷44螺旋的偶极矩螺旋的偶极矩Protein Secondary structu

24、reProtein Secondary structure 螺旋的手性螺旋的手性 蛋白质中的蛋白质中的螺旋几乎螺旋几乎 都是右手的都是右手的 (除胶原蛋白外除胶原蛋白外)。45Protein Secondary structureProtein Secondary structure 与它的与它的氨基酸组成氨基酸组成和和序列序列有极大的有极大的关系关系:侧链侧链R-R-基团所带的电荷。如多聚赖氨基团所带的电荷。如多聚赖氨酸，不能形成；酸，不能形成；R-R-基团的大小：太大影响基团的大小：太大影响-螺旋的形螺旋的形成，如多聚亮氨酸；成，如多聚亮氨酸；脯氨酸和羟脯氨酸，不能形成链内氢脯氨酸和羟脯氨

25、酸，不能形成链内氢键，故多肽链中只要出现脯氨酸螺旋键，故多肽链中只要出现脯氨酸螺旋就被中断，产生一个结节。就被中断，产生一个结节。46影响影响螺旋形成的因素螺旋形成的因素5.4.2 折叠折叠片（-pleated sheet）折叠股（折叠股（strand)strand)：在多肽链中具有：在多肽链中具有近乎全伸展的构象，肽链的主链呈锯齿状近乎全伸展的构象，肽链的主链呈锯齿状折叠构象折叠构象,每个周期性的结构具有每个周期性的结构具有2 2个氨基个氨基酸残基。酸残基。折叠股不能单独存在，只有当一股折叠股不能单独存在，只有当一股链链与另一股与另一股链间以主链氢键相联，组合成链间以主链氢键相联，组合成层时

26、，它们才能稳定。层时，它们才能稳定。折叠片（折叠片（-pleated sheet-pleated sheet）折叠片折叠片：是由两条或多条是由两条或多条折叠股，通过折叠股，通过链间链间(或链内）形成的氢键交联而成。或链内）形成的氢键交联而成。在在 折叠片中，折叠片中，-碳原子总是处于折叠线上，碳原子总是处于折叠线上，氨基酸的氨基酸的R R基团与折叠线相连，并交替地从基团与折叠线相连，并交替地从平面的上下二侧伸出，为一种周期性结构。平面的上下二侧伸出，为一种周期性结构。折叠片有两种类型。一种为折叠片有两种类型。一种为平行式平行式，即所，即所有肽链的有肽链的N-N-端都在同一边。另一种为端都在同一

27、边。另一种为反平行反平行式式，即相邻两条肽链的方向相反。，即相邻两条肽链的方向相反。反平行反平行 折叠片较稳定，重复单位为折叠片较稳定，重复单位为0.7 nm0.7 nm，即每个氨基酸的长度为即每个氨基酸的长度为0.35nm;0.35nm;平行平行-折叠片不稳定，重复单位为折叠片不稳定，重复单位为0.65 nm0.65 nm。反平行反平行-折叠折叠反平行反平行 折叠片折叠片平行平行 折叠片折叠片 自然界的蛋白质大多是球状蛋白质自然界的蛋白质大多是球状蛋白质 转角转角,或或弯曲（弯曲（bendbend）或发夹）或发夹结构（结构（hairpin structurehairpin structure

28、）,非重复非重复性结构。性结构。第一个残基的第一个残基的C=OC=O与第四个残基的与第四个残基的NHNH氢氢键键合，形成一个紧密的环。键键合，形成一个紧密的环。转角在球状蛋白质中约占全部残基的四转角在球状蛋白质中约占全部残基的四分之一。分之一。535.4.3 5.4.3 转角和转角和凸起凸起Two main-turnsTwo main-turns 54Protein Secondary structure 凸起凸起：是一种小片的是一种小片的非重复性结构，可认非重复性结构，可认为在构成的为在构成的 折叠片中，折叠片中，其中一条其中一条 折叠股额外折叠股额外地插入了一个残基。地插入了一个残基。其结

29、果导致多肽链弯其结果导致多肽链弯曲，方向改变。曲，方向改变。Protein Secondary structure55 5.4.4 5.4.4 Random coilRandom coil 无规卷曲无规卷曲或称卷曲（或称卷曲（coilcoil），泛指那些），泛指那些不能被归入明确的二级结构如折叠片或不能被归入明确的二级结构如折叠片或螺旋的多肽区段。螺旋的多肽区段。这些这些“无规卷曲无规卷曲”也像其他二级结构那也像其他二级结构那样是明确而稳定的结构。样是明确而稳定的结构。56Protein Secondary structure 这类有序的这类有序的非重复性结构非重复性结构经常构成酶活性部位和经

30、常构成酶活性部位和其它蛋白质特异的其它蛋白质特异的功能部位功能部位，例如铁氧还蛋白和，例如铁氧还蛋白和红氧环蛋白中结合铁硫串红氧环蛋白中结合铁硫串(iron-sulfur cluster)(iron-sulfur cluster)的肽环以及许多钙结合蛋白中结合钙离子的的肽环以及许多钙结合蛋白中结合钙离子的EFEF手结构（手结构（EF hand structureEF hand structure）的中央环。）的中央环。57二级结构是蛋白质二级结构是蛋白质主链主链的折叠产生的有规则的折叠产生的有规则的构象。的构象。维系蛋白质二级结构的主要作用力是维系蛋白质二级结构的主要作用力是氢键氢键，氢键存在

31、于肽链主链之间而不是氨基酸侧链氢键存在于肽链主链之间而不是氨基酸侧链基团之间。基团之间。氨基酸残基氨基酸残基侧链侧链沿蛋白质二级结构的分布是沿蛋白质二级结构的分布是有规律的。有规律的。不同的氨基酸对形成某种二级结构有一定的不同的氨基酸对形成某种二级结构有一定的偏好，同时对形成某种二级结构有一定的排偏好，同时对形成某种二级结构有一定的排斥。斥。58二级结构特点总结二级结构特点总结Glu Met Ala Leu Lys Phe Gln Trp Ile Val Asp His Arg Thr Ser Cys Tyr Asn Pro Gly helix sheet turnAmino acid and

32、 secondary structure595.5 5.5 纤维状蛋白质纤维状蛋白质 Fibrous proteinsFibrous proteins -角蛋白与-螺旋 丝心蛋白与-折叠 胶原蛋白 60（1 1）-角蛋白角蛋白212212 -角蛋白的构成：角蛋白的构成：主要由主要由-螺旋螺旋构象的多肽链组成。一般是由构象的多肽链组成。一般是由三条右手三条右手-螺旋肽链形成一个左手超螺旋的螺旋肽链形成一个左手超螺旋的原纤维原纤维，原纤维的肽链之间有二硫键交联以，原纤维的肽链之间有二硫键交联以维持其稳定性。维持其稳定性。根据含硫多少的不同，根据含硫多少的不同，-角蛋白分为：角蛋白分为：硬角蛋白：含

33、硫高，如蹄、爪甲等，质地硬，硬角蛋白：含硫高，如蹄、爪甲等，质地硬，不能拉伸；不能拉伸；软角蛋白：含硫少，如毛发。软角蛋白：含硫少，如毛发。角蛋白分子中的二硫键角蛋白分子中的二硫键毛发中毛发中-角蛋白的结构角蛋白的结构 毛发毛发-角蛋白的结构：角蛋白的结构：主要由主要由-螺旋螺旋构象的多肽链组成。一般是由构象的多肽链组成。一般是由三条右手三条右手-螺旋肽链形成一个左手超螺旋的螺旋肽链形成一个左手超螺旋的原纤维原纤维，原纤维的肽链之间有二硫键交联以，原纤维的肽链之间有二硫键交联以维持其稳定性。维持其稳定性。原纤维再排列为原纤维再排列为“9+29+2”结构的结构的微纤维微纤维，成百根的微纤维结合在

34、一起，合成不规则的成百根的微纤维结合在一起，合成不规则的纤维束，称为纤维束，称为大纤维大纤维。-角蛋白的伸缩性能很好，当角蛋白的伸缩性能很好，当-角蛋白被过度角蛋白被过度-拉伸时，则氢键被破坏而不能复原。此时拉伸时，则氢键被破坏而不能复原。此时-角蛋白转变成角蛋白转变成-折叠结构，称为折叠结构，称为-角蛋白。角蛋白。毛发的结构毛发的结构P212卷发卷发(烫发烫发)的生物化学基础的生物化学基础永久性卷发永久性卷发(烫发烫发)是一项生物化学工程是一项生物化学工程(biochemical(biochemical engineering),engineering),角蛋白在湿热条件下可以伸展转变为角蛋

35、白在湿热条件下可以伸展转变为 构象，但在冷却干燥时又可自发地恢复原状。构象，但在冷却干燥时又可自发地恢复原状。这是因为这是因为 角蛋白的侧链角蛋白的侧链R R基一般都比较大，不适于处在基一般都比较大，不适于处在 构象状态，此外构象状态，此外 角蛋白中的螺旋多肽链间有着很多角蛋白中的螺旋多肽链间有着很多的二硫键交联，这些交联键也是当外力解除后使肽链恢复原的二硫键交联，这些交联键也是当外力解除后使肽链恢复原状状(螺旋构象螺旋构象)的重要力量。这就是卷发行业的生化基础。的重要力量。这就是卷发行业的生化基础。还原剂还原剂加热加热氧化剂氧化剂冷却冷却角蛋白分子中的二硫键角蛋白分子中的二硫键（2 2）-角

36、蛋白角蛋白 丝心蛋白丝心蛋白(fibroin)(fibroin)的结构的结构丝心蛋白是典型的反平行式折叠片，丝心蛋白是典型的反平行式折叠片，它具有它具有0.7nm0.7nm周期，多肽链取锯齿状周期，多肽链取锯齿状折叠构象，酰胺基的取向使相邻的折叠构象，酰胺基的取向使相邻的C C 为侧链腾出空间，从而避免了任为侧链腾出空间，从而避免了任何空间位阻。在这种结构中，侧链交何空间位阻。在这种结构中，侧链交替地分布在折叠片的两侧。替地分布在折叠片的两侧。丝心蛋白丝心蛋白的结构的结构 丝心蛋白是由伸展的肽链沿纤维轴平行排列成丝心蛋白是由伸展的肽链沿纤维轴平行排列成反向反向-折叠结构。分子中不含折叠结构。分

37、子中不含-螺旋。丝蛋白螺旋。丝蛋白的肽链通常是由多个六肽单元重复而成。这六的肽链通常是由多个六肽单元重复而成。这六肽的氨基酸顺序为：肽的氨基酸顺序为：-（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-AlaGly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala）n-n-相邻两折叠片层之间，甘氨酸的侧链分布在一相邻两折叠片层之间，甘氨酸的侧链分布在一起，丝氨酸或丙氨酸的侧链排列在一起。起，丝氨酸或丙氨酸的侧链排列在一起。(3)(3)胶原蛋白胶原蛋白 分布：胶原蛋白或称胶原分布：胶原蛋白或称胶原(collagen)(collagen)是是很多脊椎动物和无脊椎动物体内含量最很多脊椎动物和无脊椎动物体内含量最丰富的

38、蛋白质，它也属于结构蛋白质，丰富的蛋白质，它也属于结构蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。类型：胶原蛋白至少包括五种类型，称类型：胶原蛋白至少包括五种类型，称胶原蛋白胶原蛋白I I、IVIV和和。胶原蛋白的氨基酸组成胶原蛋白的氨基酸组成如皮肤胶原蛋白（如皮肤胶原蛋白（型），一级结型），一级结构分析表明，肽链的构分析表明，肽链的96%96%都是按三都是按三联体的重复顺序：联体的重复顺序：(G1y(G1yx xy)ny)n排排列而成。列而成。GlyGly数目占残基总数的三数目占残基总数的三分之一，分之一，x x常为常为ProPro，y y常为常为Hpro(H

39、pro(羟羟脯氨酸脯氨酸)和和HlysHlys（羟赖氨酸羟赖氨酸）。）。胶原蛋白还含有糖，为糖蛋白。少胶原蛋白还含有糖，为糖蛋白。少量的糖与羟赖氨酸的羟基共价连接。量的糖与羟赖氨酸的羟基共价连接。胶原蛋白的结构胶原蛋白的结构 组成胶原蛋白的每个肽链是左手螺旋组成胶原蛋白的每个肽链是左手螺旋 三股左手螺旋链形成右手螺旋原胶原分三股左手螺旋链形成右手螺旋原胶原分子子 原胶原分子再聚合形成胶原纤维原胶原分子再聚合形成胶原纤维 胶原纤维与糖结合形成胶原蛋白胶原纤维与糖结合形成胶原蛋白7374胶原蛋白的结构5.6 5.6 超二级结构和结构域超二级结构和结构域 Super-secondary struct

40、ure Super-secondary structure(motif)and Domain(motif)and Domain 超二级结构超二级结构和和结构域结构域是位于二级结构是位于二级结构和三级结构之间的两个层次，超二级结和三级结构之间的两个层次，超二级结构的层次接近二级结构，而结构域的层构的层次接近二级结构，而结构域的层次接近三级结构。次接近三级结构。7778 Quaternary structureTertiary structureDomain Super-secondary strutureSecondary structure Primary structureSuper-sec

41、ondary structure and domain 5.6.1 5.6.1 超二级结构超二级结构220220 若干相邻的二级结构元件（主要是若干相邻的二级结构元件（主要是螺螺旋和旋和折叠片）组合在一起，彼此相互折叠片）组合在一起，彼此相互作用，形成种类不多的、有规则的二级作用，形成种类不多的、有规则的二级结构组合结构组合(combination)(combination)或二级结构串或二级结构串（clustercluster）,在多种蛋白质中充当三级在多种蛋白质中充当三级结构的构件，称为结构的构件，称为超二级结构超二级结构(super-(super-secondary structure)

42、secondary structure)、标准折叠单位、标准折叠单位(standard folding unit)(standard folding unit)、折叠花式、折叠花式(folding motif)(folding motif)。(基序，motif)79n：是一种：是一种螺旋束，常为两股平行或反平行的右螺旋束，常为两股平行或反平行的右手螺旋段缠绕形成的左手超螺旋。存在纤维状蛋白质手螺旋段缠绕形成的左手超螺旋。存在纤维状蛋白质和球状蛋白质中。螺旋之间通过疏水侧面连接。和球状蛋白质中。螺旋之间通过疏水侧面连接。n：两段平行的：两段平行的折叠股和作为连接链的折叠股和作为连接链的螺旋螺旋组

43、成，常见为组成，常见为RossmanRossman折叠。折叠。n RossmanRossman折叠：折叠：p221p221n：两个：两个股之间通过短环连接。最简单的为股之间通过短环连接。最简单的为发发夹结构，由其可以形成夹结构，由其可以形成曲折和希腊钥匙拓扑结构。曲折和希腊钥匙拓扑结构。80超二级结构的类型超二级结构的类型 5.6.2 5.6.2 结构域结构域 Domain Domain 多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形成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三级结构的局部折叠区，它是相对独立的紧密球状实体，称为球状实体，称为结构域结构域（str

44、uctural domain,structural domain,）或或域域 (domain(domain）。22222283 结构域结构域是球状蛋白质的独立折叠单位。是球状蛋白质的独立折叠单位。对于那些较小的球状蛋白质分子或亚基来说，对于那些较小的球状蛋白质分子或亚基来说，结构域和三级结构是一个意思，这些蛋白质结构域和三级结构是一个意思，这些蛋白质或亚基是单结构域或亚基是单结构域(Single domain)(Single domain)84 Domain85 Domain 结构域的特点（功能上）：结构域的特点（功能上）：通过结构域之间的相对运动，使蛋白质分子实现通过结构域之间的相对运动，使

45、蛋白质分子实现一定的一定的生物功能生物功能。酶的酶的活性中心活性中心往往位于两个结构域的界面上往往位于两个结构域的界面上 在蛋白质分子内，结构域可作为结构单位进行相在蛋白质分子内，结构域可作为结构单位进行相对独立的运动，水解出来后仍能维持稳定的结构，对独立的运动，水解出来后仍能维持稳定的结构，甚至保留某些生物活性（功能的独立性）。甚至保留某些生物活性（功能的独立性）。86 Domain 结构域与结构域与功能域功能域（蛋白质中能独立存在的功（蛋白质中能独立存在的功能单位）的关系：能单位）的关系：有时一个结构域就是蛋白质的有时一个结构域就是蛋白质的功能域功能域，但不，但不总是。总是。功能域通常由多

46、个结构域组成。功能域通常由多个结构域组成。作为酶活作为酶活性部位性部位的功能域经常由多个结构域的功能域经常由多个结构域的相邻部分组成，结构域的剩余部分不参与的相邻部分组成，结构域的剩余部分不参与组成活性部位。组成活性部位。87 Domain 5.7 5.7 球状蛋白质与三级结构球状蛋白质与三级结构Globular ProteinsGlobular Proteins and Tertiary structure and Tertiary structure 蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构是指由二级结构原件（是指由二级结构原件（螺螺旋，旋，构象，构象，转角和无规则卷转角和无规则卷 曲等）构建曲等

47、）构建成的总三维结构，包括一级结构中相距远的肽成的总三维结构，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。的相互关系。224224885.7.1 5.7.1 球状蛋白质的分类球状蛋白质的分类Classification of globular Classification of globular proteinprotein 全全结构（反平行结构（反平行螺旋）蛋白质螺旋）蛋白质 ，结构（平行或混合型结构（平行或混合型折叠折叠 片）片）蛋白质蛋白质全全结构（反平行结构（反平行折叠片）蛋白质折叠片）蛋白质富含金属和二硫键（小的

48、不规则）蛋白富含金属和二硫键（小的不规则）蛋白 质质895.7.2 5.7.2 球状蛋白质三维结构的特征球状蛋白质三维结构的特征 Characteristics of globular protein 3-Characteristics of globular protein 3-dimentional structuredimentional structure1 1）球状蛋白质分子含多种二级结构原件；）球状蛋白质分子含多种二级结构原件；2 2）球状蛋白质三维结构具有明显的折叠层次；）球状蛋白质三维结构具有明显的折叠层次；3)3)球状蛋白质分子是紧密的球状或椭球状实球状蛋白质分子是紧密的球状

49、或椭球状实体；体；4)4)球状蛋白质疏水侧链埋藏在分子内部，亲球状蛋白质疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面；水侧链暴露在分子表面；5 5）球状蛋白质分子表面有一个空穴（也称裂）球状蛋白质分子表面有一个空穴（也称裂 沟、沟、凹槽或口袋）。凹槽或口袋）。909192 5.9.1 5.9.1 蛋白质的变性蛋白质的变性 Protein denature Protein denature 蛋白质变性蛋白质变性：天然蛋白质分子受到某些物理因天然蛋白质分子受到某些物理因素如热、紫外线照射、高压和表面张力等或化素如热、紫外线照射、高压和表面张力等或化学因素如有机溶剂、脲、胍、酸、碱等的影响学因素如

50、有机溶剂、脲、胍、酸、碱等的影响时，生物活性丧失，溶解度降低，不对称性增时，生物活性丧失，溶解度降低，不对称性增高及其他的物理化学常数发生改变，这种过程高及其他的物理化学常数发生改变，这种过程称为称为蛋白质变性蛋白质变性。233233935.9 5.9 蛋白质折叠和结构预测蛋白质折叠和结构预测94蛋白质变性的实质是蛋白质分子中蛋白质变性的实质是蛋白质分子中次级键次级键被破坏，引起天然构象解体。被破坏，引起天然构象解体。Protein denature 蛋白质变性的过程中，往往发生下列现象：蛋白质变性的过程中，往往发生下列现象：）生物活性的丧失）生物活性的丧失）一些侧链基团的暴露）一些侧链基团的