第5章蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)

1、 第五章第五章 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 一、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力一、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力 ( 1 ) 主要是一些非共價鍵（或稱次級鍵）主要是一些非共價鍵（或稱次級鍵）：包括包括氫鍵、氫鍵、范德華力、疏水相互作用、鹽鍵（離子鍵）。范德華力、疏水相互作用、鹽鍵（離子鍵）。a. 氫鍵：大多數(shù)蛋白質(zhì)采取的折疊策略是使主鏈肽基之間形成最大數(shù)氫鍵：大多數(shù)蛋白質(zhì)采取的折疊策略是使主鏈肽基之間形成最大數(shù)目的分子內(nèi)氫鍵（如目的分子內(nèi)氫鍵（如-螺旋、螺旋、-折疊），同時保持大部分能成氫鍵折疊），同時保持大部分能成氫鍵的側(cè)鏈處于蛋白質(zhì)分子表面，與水相互作用。的側(cè)鏈處于蛋白質(zhì)分子表面，與水相互作

2、用。b. 疏水相互作用：球狀蛋白質(zhì)中的疏水殘基（非極性）有一種自然的疏水相互作用：球狀蛋白質(zhì)中的疏水殘基（非極性）有一種自然的避開水相互相聚集在分子內(nèi)部的趨勢，這種現(xiàn)象稱為疏水相互作用。避開水相互相聚集在分子內(nèi)部的趨勢，這種現(xiàn)象稱為疏水相互作用。它在維持蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)方面占有突出的地位。它在維持蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)方面占有突出的地位。 c. 離子鍵（鹽鍵）：是蛋白質(zhì)中帶有正、負(fù)電荷的側(cè)鏈之間的一種靜離子鍵（鹽鍵）：是蛋白質(zhì)中帶有正、負(fù)電荷的側(cè)鏈之間的一種靜電相互作用。生理電相互作用。生理pH下，酸性氨基酸（下，酸性氨基酸（Asp、Glu）側(cè)鏈解離成負(fù)）側(cè)鏈解離成負(fù)離子，堿性氨基酸（離子，堿性氨基

3、酸（ys、Arg、His）離解成正離子，多數(shù)情況下，）離解成正離子，多數(shù)情況下，這些基團(tuán)分布在球狀蛋白質(zhì)分子的表面，與水分子形成排列有序的這些基團(tuán)分布在球狀蛋白質(zhì)分子的表面，與水分子形成排列有序的水化層。偶爾有少數(shù)帶相反電荷的側(cè)鏈在分子的疏水內(nèi)部形成鹽鍵。水化層。偶爾有少數(shù)帶相反電荷的側(cè)鏈在分子的疏水內(nèi)部形成鹽鍵。 d. 范德華力范德華力: 極性分子間及極性基團(tuán)間作用力極性分子間及極性基團(tuán)間作用力,比氫鍵和離子鍵都弱。比氫鍵和離子鍵都弱。（2）此外，二硫鍵在穩(wěn)定某些蛋白質(zhì)的構(gòu)象方面）此外，二硫鍵在穩(wěn)定某些蛋白質(zhì)的構(gòu)象方面起著重要作用起著重要作用 二硫鍵不指導(dǎo)多肽鏈的折疊，三維結(jié)構(gòu)二硫鍵不指導(dǎo)多

4、肽鏈的折疊，三維結(jié)構(gòu)形成后，二硫鍵可穩(wěn)定此構(gòu)象。形成后，二硫鍵可穩(wěn)定此構(gòu)象。維持三維結(jié)構(gòu)的作用力維持三維結(jié)構(gòu)的作用力二、二、 二級結(jié)構(gòu)的基本類型二級結(jié)構(gòu)的基本類型二級結(jié)構(gòu)：二級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)多肽主鏈本身折疊和盤旋形成蛋白質(zhì)多肽主鏈本身折疊和盤旋形成的構(gòu)象。的構(gòu)象。類型：類型：螺旋、螺旋、-折疊、折疊、-轉(zhuǎn)角、無規(guī)則卷曲轉(zhuǎn)角、無規(guī)則卷曲（一）（一）螺旋（螺旋（helix） 螺旋是蛋白質(zhì)中最常見最典型含量最豐富螺旋是蛋白質(zhì)中最常見最典型含量最豐富的二級結(jié)構(gòu)元件，肽鏈主鏈骨架圍繞中心軸的二級結(jié)構(gòu)元件，肽鏈主鏈骨架圍繞中心軸盤繞成螺旋狀稱為盤繞成螺旋狀稱為螺旋。螺旋。 1.1.螺旋的結(jié)構(gòu)特征：螺旋的結(jié)構(gòu)

5、特征： 蛋白質(zhì)多肽鏈象螺旋狀盤曲，每隔蛋白質(zhì)多肽鏈象螺旋狀盤曲，每隔3.6個氨個氨基酸殘基沿中心軸螺旋上升一圈，每上升一基酸殘基沿中心軸螺旋上升一圈，每上升一圈沿螺旋軸方向上升圈沿螺旋軸方向上升0.54nm （螺距），即（螺距），即每個氨基酸殘基向上升高每個氨基酸殘基向上升高0.15nm，每個氨，每個氨基酸殘基繞中心軸旋轉(zhuǎn)基酸殘基繞中心軸旋轉(zhuǎn)100 ； 螺旋中氨基酸殘基的側(cè)鏈伸向外側(cè)；螺旋螺旋中氨基酸殘基的側(cè)鏈伸向外側(cè)；螺旋的直徑的直徑0.5nm； 螺旋的穩(wěn)定性是靠鏈內(nèi)氫鍵維持的。相鄰螺旋的穩(wěn)定性是靠鏈內(nèi)氫鍵維持的。相鄰螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵，氫鍵的取向幾乎與螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵，氫鍵的取向幾乎

6、與中心軸平行；氫鍵是由肽鍵上中心軸平行；氫鍵是由肽鍵上C=O氧與它后氧與它后面第四個殘基上的面第四個殘基上的N-H氫間形成氫鍵；肽鏈氫間形成氫鍵；肽鏈上所有的肽鍵都參與氫鍵的形成，因此上所有的肽鍵都參與氫鍵的形成，因此螺螺旋相當(dāng)穩(wěn)定。旋相當(dāng)穩(wěn)定。2.螺旋的手性：螺旋的手性： 螺旋有左手螺旋和右手螺旋兩種，螺旋有左手螺旋和右手螺旋兩種，但天然蛋白質(zhì)的但天然蛋白質(zhì)的螺旋幾乎都是右手螺旋幾乎都是右手螺旋，右手螺旋比左手螺旋穩(wěn)定螺旋，右手螺旋比左手螺旋穩(wěn)定 （均（均為為L氨基酸殘基組成）氨基酸殘基組成） 。 但在嗜熱菌蛋白酶中有很短的一段左但在嗜熱菌蛋白酶中有很短的一段左手手螺旋。螺旋。-螺旋具有旋光

7、能力（螺旋具有旋光能力（碳原子構(gòu)型的碳原子構(gòu)型的不對稱性和不對稱性和-螺旋構(gòu)象本身的不對稱螺旋構(gòu)象本身的不對稱性引起的）。性引起的）。-螺旋的比旋不等于構(gòu)螺旋的比旋不等于構(gòu)成其本身的氨基酸比旋的加和。成其本身的氨基酸比旋的加和。3. 影響影響螺旋形成的因素：螺旋形成的因素：R側(cè)鏈和側(cè)鏈和pH對對螺旋的影響螺旋的影響大的大的R基（如基（如Ile）造成空間阻礙不能形成造成空間阻礙不能形成螺旋。螺旋。 Pro（吡咯環(huán)，不具有酰胺氫，不能形成吡咯環(huán)，不具有酰胺氫，不能形成鏈內(nèi)氫鍵）中止鏈內(nèi)氫鍵）中止螺旋。螺旋。 多肽鏈上連續(xù)出現(xiàn)帶同種電荷基團(tuán)的氨基多肽鏈上連續(xù)出現(xiàn)帶同種電荷基團(tuán)的氨基酸殘基酸殘基，不能

8、形成穩(wěn)定的不能形成穩(wěn)定的螺旋，如多聚螺旋，如多聚Lys、多聚多聚Glu。 總之總之R基較小，且不帶電荷的氨基酸利于基較小，且不帶電荷的氨基酸利于螺旋的形成。螺旋的形成。如多聚丙氨酸在如多聚丙氨酸在pH7的水溶的水溶液中自發(fā)卷曲成液中自發(fā)卷曲成螺旋。螺旋。 （二）（二）-折疊（折疊（pleated sheet） 兩條或多條幾乎完全伸展的多肽鏈（或兩條或多條幾乎完全伸展的多肽鏈（或同一肽鏈的不同肽段）側(cè)向聚集在一起，同一肽鏈的不同肽段）側(cè)向聚集在一起，相鄰肽鏈主鏈上的相鄰肽鏈主鏈上的NH和和C=O之間之間形成形成氫鍵氫鍵，這樣的多肽構(gòu)象就是，這樣的多肽構(gòu)象就是-折疊片。折疊片。特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1 1

9、）氫鍵與肽鏈的長軸接近垂直；）氫鍵與肽鏈的長軸接近垂直；（2 2）多肽主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象；）多肽主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象；（3 3）側(cè)鏈）側(cè)鏈R基交替分布在片層平面的兩側(cè)?；惶娣植荚谄瑢悠矫娴膬蓚?cè)。-折疊兩種形式折疊兩種形式(按多肽主鏈中按多肽主鏈中N C的指向的指向)：平行式：平行式：所有參與所有參與-折疊的肽鏈的折疊的肽鏈的N端均在同一側(cè)。端均在同一側(cè)。反平行式：反平行式：即肽鏈的即肽鏈的N末端一順一反的排列著。末端一順一反的排列著。 在纖維狀蛋白質(zhì)在纖維狀蛋白質(zhì)中中-折疊主要是反平行式，氫鍵主要是在肽折疊主要是反平行式，氫鍵主要是在肽鏈之間形成；鏈之間形成；在球狀蛋白質(zhì)在球狀蛋白質(zhì)中反平

10、行和平行兩種方式都存中反平行和平行兩種方式都存在。在。 -折疊既可在肽鏈間形成，也可在同一肽鏈的不同部折疊既可在肽鏈間形成，也可在同一肽鏈的不同部分間形成。分間形成。 （三）（三）-轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)角（turn）又稱又稱-回折（回折（reverse turnreverse turn）、）、-彎曲（彎曲（-bend-bend）等。等。非重復(fù)性結(jié)構(gòu)非重復(fù)性結(jié)構(gòu)，球狀蛋白質(zhì)分子中出現(xiàn)的球狀蛋白質(zhì)分子中出現(xiàn)的180180回折?；卣?。目前發(fā)現(xiàn)的目前發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)角多數(shù)在球狀蛋白質(zhì)分子表面，轉(zhuǎn)角多數(shù)在球狀蛋白質(zhì)分子表面，轉(zhuǎn)角在球狀蛋白質(zhì)中含轉(zhuǎn)角在球狀蛋白質(zhì)中含量十分豐富，占全部殘基的量十分豐富，占全部殘基的1/4。轉(zhuǎn)角

11、的特征：轉(zhuǎn)角的特征：由多肽鏈上由多肽鏈上4個連續(xù)的氨基酸殘基組成；個連續(xù)的氨基酸殘基組成；第一個第一個a.a殘基的殘基的C=O與第四個與第四個a.a殘基的殘基的N-H生成氫鍵，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；生成氫鍵，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；主鏈骨架以主鏈骨架以180旋轉(zhuǎn)折疊；旋轉(zhuǎn)折疊；pro和和Gly常出現(xiàn)在常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)角。 （四）（四）無規(guī)則卷曲（無規(guī)則卷曲（randon coil）指沒有規(guī)則的那部分肽鏈構(gòu)象，不能歸入明確的二級結(jié)構(gòu)如螺旋指沒有規(guī)則的那部分肽鏈構(gòu)象，不能歸入明確的二級結(jié)構(gòu)如螺旋或折疊的多肽區(qū)段，但為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，經(jīng)常構(gòu)成酶活性部位和蛋白或折疊的多肽區(qū)段，但為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，經(jīng)常構(gòu)成酶活性部位和蛋白質(zhì)的特異功能部位，

12、往往與生物活性有關(guān)。質(zhì)的特異功能部位，往往與生物活性有關(guān)。三三. . 纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)的氨基酸序列很有規(guī)律，它們形成比較單一纖維狀蛋白質(zhì)的氨基酸序列很有規(guī)律，它們形成比較單一的、有規(guī)律的二級結(jié)構(gòu)，結(jié)果整個分子形成有規(guī)律的線形的、有規(guī)律的二級結(jié)構(gòu)，結(jié)果整個分子形成有規(guī)律的線形結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)纖維狀或細(xì)棒狀。結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)纖維狀或細(xì)棒狀。 含大量的含大量的-螺旋，螺旋，-折疊片；廣泛分布于脊椎和無脊椎折疊片；廣泛分布于脊椎和無脊椎動物體內(nèi)，占脊椎動物體內(nèi)蛋白質(zhì)總量的動物體內(nèi)，占脊椎動物體內(nèi)蛋白質(zhì)總量的50%以上以上，起起支支架和保護(hù)架和保護(hù)作用；作用；不溶性蛋白：角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋

13、白等；不溶性蛋白：角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白等； 可溶蛋白：肌球蛋白、血纖蛋白原等?？扇艿鞍祝杭∏虻鞍住⒀w蛋白原等。1. 1. 角蛋白（角蛋白（keratinkeratin）源于外胚層細(xì)胞，包括皮膚及皮膚的衍生物（發(fā)、毛、源于外胚層細(xì)胞，包括皮膚及皮膚的衍生物（發(fā)、毛、鱗、羽、甲、蹄、角、爪、絲等鱗、羽、甲、蹄、角、爪、絲等）。）。-角蛋白和角蛋白和角蛋白兩大類。角蛋白兩大類。（1 1）- -角蛋白（毛發(fā)）角蛋白（毛發(fā)）主要由主要由-螺旋結(jié)構(gòu)組成，三股螺旋結(jié)構(gòu)組成，三股右手右手-螺旋向左纏繞形成螺旋向左纏繞形成初原初原纖維，纖維，初原纖維排列成初原纖維排列成“9+2”“9+2”的電纜式結(jié)構(gòu)稱

14、的電纜式結(jié)構(gòu)稱微原纖維，微原纖維，成百成百根微原纖維結(jié)合成根微原纖維結(jié)合成大原纖微。大原纖微。 - -角蛋白的伸縮性能很好，當(dāng)角蛋白的伸縮性能很好，當(dāng) - -角蛋白被過度角蛋白被過度- -拉伸時，則拉伸時，則氫鍵被破壞而不能復(fù)原。此時氫鍵被破壞而不能復(fù)原。此時 - -角蛋白轉(zhuǎn)變成角蛋白轉(zhuǎn)變成 - -折疊結(jié)構(gòu)，折疊結(jié)構(gòu)，稱為稱為 - -角蛋白。角蛋白。角蛋白的二硫鍵角蛋白的二硫鍵 毛發(fā)的纖維是由多個原纖維平毛發(fā)的纖維是由多個原纖維平行排列，并由行排列，并由氫鍵和二硫鍵氫鍵和二硫鍵作為作為交聯(lián)鍵將它們聚集成不溶性的蛋交聯(lián)鍵將它們聚集成不溶性的蛋白質(zhì)。初原纖維的肽鏈之間有二白質(zhì)。初原纖維的肽鏈之間有

15、二硫鍵交聯(lián)以維持其穩(wěn)定性。硫鍵交聯(lián)以維持其穩(wěn)定性。卷發(fā)卷發(fā)( (燙發(fā)燙發(fā)) )的生物化學(xué)基礎(chǔ)的生物化學(xué)基礎(chǔ)燙發(fā)是燙發(fā)是 角蛋白在濕熱條件下可以伸展轉(zhuǎn)變?yōu)榻堑鞍自跐駸釛l件下可以伸展轉(zhuǎn)變?yōu)?構(gòu)象，但在構(gòu)象，但在冷卻干燥時又可自發(fā)地恢復(fù)原狀。冷卻干燥時又可自發(fā)地恢復(fù)原狀。 這是因?yàn)檫@是因?yàn)?角蛋白的角蛋白的側(cè)鏈側(cè)鏈R基基一般都比較大，一般都比較大，不適于處在不適于處在 構(gòu)象狀態(tài)；構(gòu)象狀態(tài)；二硫鍵二硫鍵是外力解除后使是外力解除后使肽鏈恢復(fù)原狀肽鏈恢復(fù)原狀( 螺旋構(gòu)螺旋構(gòu)象象)的重要力量。的重要力量。（2 2）-角蛋白（絲心蛋白）角蛋白（絲心蛋白） 絲心蛋白是蠶絲和蜘蛛絲的一種蛋白質(zhì)。具有抗張強(qiáng)度高，質(zhì)

16、地絲心蛋白是蠶絲和蜘蛛絲的一種蛋白質(zhì)。具有抗張強(qiáng)度高，質(zhì)地柔軟的特性，但不能拉伸。柔軟的特性，但不能拉伸。 絲心蛋白是片層結(jié)構(gòu)，即反平行式絲心蛋白是片層結(jié)構(gòu)，即反平行式-折疊片以平行的方式堆積成折疊片以平行的方式堆積成多層結(jié)構(gòu)。鏈間主要以氫鍵連接，層間主要靠范德華力維系。多層結(jié)構(gòu)。鏈間主要以氫鍵連接，層間主要靠范德華力維系。 絲蛋白的肽鏈通常是由多個六肽單元重復(fù)而成。含大量的絲蛋白的肽鏈通常是由多個六肽單元重復(fù)而成。含大量的Gly、Ala、Ser，這六肽為：，這六肽為：（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala）n2. 2. 膠原蛋白（膠原蛋白（collagencollagen）糖蛋白糖

17、蛋白三股螺旋三股螺旋一級結(jié)構(gòu)分析表明，一級結(jié)構(gòu)分析表明， 肽鏈的肽鏈的96%都是按三聯(lián)體的重復(fù)順序：都是按三聯(lián)體的重復(fù)順序：(G1yxy)n排列而成。排列而成。Gly數(shù)數(shù)目占?xì)埢倲?shù)的三分之一，目占?xì)埢倲?shù)的三分之一，x常常為為Pro，y常為常為Hpro(羥脯氨酸羥脯氨酸)和和Hlys（羥賴氨酸）。羥賴氨酸）。 a.三螺旋的原子水平模型三螺旋的原子水平模型 b.立體模型立體模型 c.原膠原分子右手三螺旋原膠原分子右手三螺旋3.3.彈性蛋白彈性蛋白4.4.肌球蛋白和肌動蛋白：肌球蛋白和肌動蛋白： 肌球蛋白，肌球蛋白，6 6條肽鏈，條肽鏈，四、超二級結(jié)構(gòu)四、超二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)

18、：超二級結(jié)構(gòu)：由兩個以上的由兩個以上的二級結(jié)構(gòu)單元二級結(jié)構(gòu)單元（主要是（主要是-螺旋和螺旋和-折折疊）組合在一起，彼此相互作用，相互聚集形成的有規(guī)則的、在空疊）組合在一起，彼此相互作用，相互聚集形成的有規(guī)則的、在空間上能夠辨認(rèn)的間上能夠辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合體二級結(jié)構(gòu)組合體3 3種基本組合形式：種基本組合形式：、和和。1.：由兩股或三股右手由兩股或三股右手-螺旋彼此纏繞而成的左手超螺螺旋彼此纏繞而成的左手超螺旋結(jié)構(gòu)。旋結(jié)構(gòu)。存在于纖維狀蛋白如：存在于纖維狀蛋白如：-角蛋白，肌球蛋白，原肌球角蛋白，肌球蛋白，原肌球蛋白中；球狀蛋白：蚯蚓血紅蛋白、煙草花葉病毒外蛋白中；球狀蛋白：蚯蚓血紅蛋白、煙草花葉

19、病毒外殼蛋白（殼蛋白（TMV）等。不同的蛋白質(zhì)中等。不同的蛋白質(zhì)中螺旋束結(jié)構(gòu)有螺旋束結(jié)構(gòu)有所差異。所差異。2.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：由一段作為連接鏈的由一段作為連接鏈的螺旋將兩條平行式的螺旋將兩條平行式的-折疊的末端折疊的末端連接起來組成的超二級結(jié)構(gòu)。連接起來組成的超二級結(jié)構(gòu)。：最簡單組合。最簡單組合。最常見的是最常見的是，稱稱Rossman折疊，存在于蘋果酸脫氫酶，乳折疊，存在于蘋果酸脫氫酶，乳酸脫氫酶中。酸脫氫酶中。 單元單元 3.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：反平行的反平行的-折疊片。球狀蛋白質(zhì)中多是一段肽鏈折疊片。球狀蛋白質(zhì)中多是一段肽鏈的若干段的若干段-折疊片反平行組合而成，短回環(huán)連接。折疊片反平行組合而成，短回環(huán)

20、連接。發(fā)夾結(jié)構(gòu)發(fā)夾結(jié)構(gòu)：最簡單的。最簡單的。曲折曲折：由三條（以上）相鄰的反平行式的由三條（以上）相鄰的反平行式的-折疊鏈通過折疊鏈通過緊湊的緊湊的-轉(zhuǎn)角連接而成的超二級結(jié)構(gòu)。較常見。轉(zhuǎn)角連接而成的超二級結(jié)構(gòu)。較常見。希臘鑰匙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）：希臘鑰匙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）：4.其它結(jié)構(gòu)其它結(jié)構(gòu)：-折疊桶（折疊桶（barrel）：）：由多條由多條-折疊股構(gòu)成的折疊股構(gòu)成的-折折疊層，卷成一個筒狀結(jié)構(gòu)，筒上疊層，卷成一個筒狀結(jié)構(gòu)，筒上折疊可以是平行的折疊可以是平行的或反平行的，一般由或反平行的，一般由5-15條條-折疊股組成。折疊股組成。超氧化物歧化酶的超氧化物歧化酶的-折疊筒由折疊筒

21、由8條條-折疊股組成。筒折疊股組成。筒中心由疏水氨基酸殘基組成。中心由疏水氨基酸殘基組成。-螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋：兩個螺旋：兩個-螺旋通過一個螺旋通過一個轉(zhuǎn)角連轉(zhuǎn)角連接在一起。接在一起。噬菌體的噬菌體的阻遏蛋白含此結(jié)構(gòu)阻遏蛋白含此結(jié)構(gòu) 。五、結(jié)構(gòu)域（五、結(jié)構(gòu)域（structural domain,domain） 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域：也指功能域，也指功能域， 在二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)在二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈進(jìn)一步卷曲折疊，組裝成上，多肽鏈進(jìn)一步卷曲折疊，組裝成相對獨(dú)立的、緊密相對獨(dú)立的、緊密球狀實(shí)體球狀實(shí)體的的三級結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)三級結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)。結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)域的結(jié)

22、構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白的獨(dú)立折疊單位；常見的結(jié)構(gòu)域一結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白的獨(dú)立折疊單位；常見的結(jié)構(gòu)域一般有般有100200氨基酸氨基酸殘基。殘基。結(jié)構(gòu)域之間常常有一段柔性的肽段相連，形成所謂的結(jié)構(gòu)域之間常常有一段柔性的肽段相連，形成所謂的鉸鏈區(qū)，使結(jié)構(gòu)域之間可以發(fā)生相對移動。鉸鏈區(qū)，使結(jié)構(gòu)域之間可以發(fā)生相對移動。較小的蛋白質(zhì)分子或亞基往往是單結(jié)構(gòu)域的，結(jié)構(gòu)域較小的蛋白質(zhì)分子或亞基往往是單結(jié)構(gòu)域的，結(jié)構(gòu)域即三級結(jié)構(gòu)，如：紅氧還蛋白、核糖核酸酶、肌紅蛋即三級結(jié)構(gòu)，如：紅氧還蛋白、核糖核酸酶、肌紅蛋白等；而較大的球狀蛋白三級結(jié)構(gòu)往往由多個結(jié)構(gòu)域白等；而較大的球狀蛋白三級結(jié)構(gòu)往往由多個結(jié)構(gòu)域締合而成，如

23、免疫球蛋白等。締合而成，如免疫球蛋白等。結(jié)構(gòu)域可以承擔(dān)一定的生物學(xué)功能，幾個結(jié)構(gòu)域協(xié)同結(jié)構(gòu)域可以承擔(dān)一定的生物學(xué)功能，幾個結(jié)構(gòu)域協(xié)同作用，可體現(xiàn)出蛋白質(zhì)的總體功能。例如，脫氫酶類作用，可體現(xiàn)出蛋白質(zhì)的總體功能。例如，脫氫酶類的多肽主鏈有兩個結(jié)構(gòu)域，一個為的多肽主鏈有兩個結(jié)構(gòu)域，一個為結(jié)合結(jié)合NAD+結(jié)構(gòu)域，結(jié)構(gòu)域，一個是起催化作用的結(jié)構(gòu)域，兩者組合成脫氫酶的脫一個是起催化作用的結(jié)構(gòu)域，兩者組合成脫氫酶的脫氫功能區(qū)。氫功能區(qū)。結(jié)構(gòu)域間的裂縫，常是活性部位，也是反應(yīng)物的出入結(jié)構(gòu)域間的裂縫，常是活性部位，也是反應(yīng)物的出入口，一般情況下，酶的活性部位常位于結(jié)構(gòu)域之間?？冢话闱闆r下，酶的活性部位常位于

24、結(jié)構(gòu)域之間。六六. .球狀蛋白質(zhì)與三級結(jié)構(gòu)球狀蛋白質(zhì)與三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)(Tertiary Structure) ：是指多肽鏈在二：是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)（超二級結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)域）的基礎(chǔ)上，進(jìn)級結(jié)構(gòu)（超二級結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)域）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地盤繞、折疊成具有特定走向的緊密球狀一步地盤繞、折疊成具有特定走向的緊密球狀構(gòu)象。構(gòu)象。1.三級結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：三級結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)： 許多在一級結(jié)構(gòu)上相差很遠(yuǎn)的許多在一級結(jié)構(gòu)上相差很遠(yuǎn)的aa殘基在三級結(jié)殘基在三級結(jié)構(gòu)上相距很近。構(gòu)上相距很近。大的球形蛋白大的球形蛋白(200aa以上以上)，常常含有幾個結(jié)構(gòu)，常常含有幾個結(jié)構(gòu)域，結(jié)構(gòu)域是一種密實(shí)的結(jié)構(gòu)體，典型情況下域，結(jié)構(gòu)

25、域是一種密實(shí)的結(jié)構(gòu)體，典型情況下常常含有特定的功能常常含有特定的功能(如結(jié)合離子和小分子如結(jié)合離子和小分子) 2. 驅(qū)使球狀蛋白質(zhì)折疊形成三維結(jié)構(gòu)的主要動力驅(qū)使球狀蛋白質(zhì)折疊形成三維結(jié)構(gòu)的主要動力 (1)肽鏈必須折疊以便埋藏疏水側(cè)鏈，使之與溶劑水的接肽鏈必須折疊以便埋藏疏水側(cè)鏈，使之與溶劑水的接觸降低至最小程度。觸降低至最小程度。 (2)使多肽鏈的極性基團(tuán)和周圍水分子間形成氫鍵，從而使多肽鏈的極性基團(tuán)和周圍水分子間形成氫鍵，從而處于有利的能量狀態(tài)。處于有利的能量狀態(tài)。3.球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)特征球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)特征含有豐富的二級結(jié)構(gòu)元件含有豐富的二級結(jié)構(gòu)元件具有明顯的折疊層次具有明顯的折疊層次

26、分子呈現(xiàn)球狀或橢球狀分子呈現(xiàn)球狀或橢球狀疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面：疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面：球狀蛋白質(zhì)是水溶性的球狀蛋白質(zhì)是水溶性的分子表面常常有空穴，這種空穴常常是結(jié)合配體（底物、分子表面常常有空穴，這種空穴常常是結(jié)合配體（底物、效應(yīng)物等）并行使生物功能的活性部位效應(yīng)物等）并行使生物功能的活性部位七、蛋白質(zhì)的變性七、蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的性質(zhì)與它們的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。某些物理或化學(xué)因素，能夠破蛋白質(zhì)的性質(zhì)與它們的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。某些物理或化學(xué)因素，能夠破壞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，引起蛋白質(zhì)理化性質(zhì)改變并導(dǎo)致其生理活性壞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，引起蛋白質(zhì)理化性質(zhì)改變并導(dǎo)

27、致其生理活性喪失。這種現(xiàn)象稱為喪失。這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性(denaturation)。（1）變性的因素：）變性的因素： 強(qiáng)酸和強(qiáng)堿；強(qiáng)酸和強(qiáng)堿； 有機(jī)溶劑：破壞疏水作用；有機(jī)溶劑：破壞疏水作用； 去污劑：去污劑都是兩親分子，破壞疏水作用；去污劑：去污劑都是兩親分子，破壞疏水作用； 還原性試劑：尿素、還原性試劑：尿素、 -硫基乙醇；硫基乙醇；重金屬離子：重金屬離子：Hg2、pb2，能與能與-SH或帶電基團(tuán)反應(yīng)?；驇щ娀鶊F(tuán)反應(yīng)。溫度；溫度；機(jī)械力：如激烈的攪拌和研磨中的氣泡。機(jī)械力：如激烈的攪拌和研磨中的氣泡。紫外光等。紫外光等。蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性（2）蛋白質(zhì)變性后，往往出現(xiàn)

28、下列現(xiàn)象：）蛋白質(zhì)變性后，往往出現(xiàn)下列現(xiàn)象： 生物活性喪失；生物活性喪失； 一些側(cè)鏈基團(tuán)暴露；一些側(cè)鏈基團(tuán)暴露； 物理化學(xué)性質(zhì)的改變：溶解度降低、沉淀，粘度增加、擴(kuò)散系數(shù)降低物理化學(xué)性質(zhì)的改變：溶解度降低、沉淀，粘度增加、擴(kuò)散系數(shù)降低和紫外吸收的變化。和紫外吸收的變化。 生化性質(zhì)變化：蛋白質(zhì)變性后，生化性質(zhì)變化：蛋白質(zhì)變性后，分子結(jié)構(gòu)伸展松散，易被蛋白酶水解。分子結(jié)構(gòu)伸展松散，易被蛋白酶水解。（3）變性的實(shí)質(zhì)：）變性的實(shí)質(zhì)：次級鍵（有時包括二硫鍵）被破壞，天然構(gòu)象解體。次級鍵（有時包括二硫鍵）被破壞，天然構(gòu)象解體。變性不涉及一級結(jié)構(gòu)的破壞。變性不涉及一級結(jié)構(gòu)的破壞。v制備活性蛋白質(zhì)時要嚴(yán)防蛋白質(zhì)變性。制備活性蛋白質(zhì)時要嚴(yán)防蛋白質(zhì)變性。v蛋白質(zhì)的復(fù)性蛋白質(zhì)的復(fù)性：變性的蛋白質(zhì)分子恢復(fù)到天然構(gòu)象的過程叫復(fù)性。：變性的蛋白質(zhì)分子恢復(fù)到天然構(gòu)象的過程叫復(fù)性。蛋白質(zhì)多肽鏈的折疊 一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)，即蛋白質(zhì)的氨基酸序列決定了蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)。經(jīng)典實(shí)驗(yàn)證據(jù) 蛋白質(zhì)折疊是熱力學(xué)有利的過程，蛋白質(zhì)折疊朝向自由能最小的方向。因此肽鏈折疊的本質(zhì)，可以理解為將肽鏈中絕大多數(shù)的疏水殘基包裹到分子內(nèi)部，即疏水左右驅(qū)動著蛋白質(zhì)折疊。 體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊有異構(gòu)酶和伴侶蛋白質(zhì)參加