蛋白質(zhì)與酶學(xué)講義

關(guān)于蛋白質(zhì)與酶學(xué)講義第一章蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)構(gòu)

一、蛋白質(zhì)通論（一）

蛋白質(zhì)的化學(xué)組成碳50%

氫7%

氧23%

氮16%

硫0—3%

其他微量蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)：蛋白質(zhì)的平均含氮量為16%

蛋白質(zhì)含量=蛋白氮×6.256.25為16%的倒數(shù)，為1g氮所代表的蛋白質(zhì)量（克數(shù)）。蛋白質(zhì)按是否僅由氨基酸組成分為類：1．

單純蛋白質(zhì)（simpleprotein）

2．

綴合蛋白質(zhì)（conjugatedprotein）第2頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天單純蛋白質(zhì)的分類

名稱特點(diǎn)代表物清蛋白（albumin）溶于水、稀鹽、稀酸或稀堿為飽和硫酸銨所沉淀血清清蛋白、乳清蛋白球蛋白（globulin）為半飽和硫酸銨所沉淀血清球蛋白、肌球蛋白谷蛋白（glutelin）不溶于水、醇及中性鹽溶液，但易溶于稀酸或稀堿米谷蛋白、麥谷蛋白谷醇溶蛋白（prolamine）不溶于水及無水乙醇，但溶于70%—80%乙醇中玉米醇溶蛋白、麥醇溶蛋白組蛋白（histone）溶于水及稀酸，但為稀氨水所沉淀小牛胸腺組蛋白魚精蛋白（protamine）溶于水及稀酸，不溶于氨水鮭精蛋白硬蛋白（scleroprotein）不溶于水、鹽、稀酸或稀堿角蛋白、膠原、網(wǎng)硬蛋白、彈性蛋白第3頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天綴合蛋白質(zhì)的分類

名稱特點(diǎn)代表物糖蛋白（glycoprotein）含糖類纖連蛋白、膠原蛋白、蛋白聚糖、γ—球蛋白脂蛋白（lipoprotein）含三酰甘油、膽固醇、磷脂血漿脂蛋白[HDL（α—脂蛋白、LDL（β—脂蛋白）]第4頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天核蛋白（nucleoprotein）輔基為核酸核糖體（含RNA）、AIDS病毒（含RNA）、腺病毒（含DNA）磷蛋白（phosphoprotein）含于Ser、Thr或Tyr殘基的羥基酯化的磷酸基酪蛋白、糖原磷酸化酶a金屬蛋白（matalloprotein）含金屬鐵蛋白（Fe）、乙醇脫氫酶（Zn）、細(xì)胞色素氧化酶（Cu和Fe）、固氮酶（Mo和Fe）丙酮酸羧化酶（Mn）血紅素蛋白（hemoprotein）輔基為血紅素血紅蛋白、細(xì)胞色素c、過氧化氫酶、硝酸鹽還原酶黃素蛋白（flavoprotein）含黃素，輔基為FMN和FAD琥泊酸脫氫酶（含F(xiàn)AD）、NADH脫氫酶（含F(xiàn)MN）、二氫乳清酸脫氫酶（含F(xiàn)AD和FMN）、亞硝酸鹽還原酶（含F(xiàn)AD和FMN）第5頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)按生物學(xué)功能分類

名稱代表物酶（enzyme）核糖核酸酶、胰蛋白酶、果糖磷酸激酶、乙醇脫氫酶、過氧化氫酶、蘋果酸酶調(diào)節(jié)蛋白（regulatoryprotein）胰島素、促生長(zhǎng)素（GH）、促甲狀腺素（TSH）、乳糖阻抑物（lacrepressor）、核[轉(zhuǎn)錄]因子1（NF1）、分解代謝物激活劑蛋白（CAP）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（transportprotein）血紅蛋白、血清清蛋白、葡糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白儲(chǔ)存蛋白（stroage

protein）卵清蛋白、酪蛋白、菜豆蛋白、鐵蛋白第6頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天收縮和游動(dòng)蛋白（contractileandmotileprotein）肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、動(dòng)力蛋白、驅(qū)動(dòng)蛋白結(jié)構(gòu)蛋白（structural

ptotein）α—角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白、絲蛋白、蛋白聚糖支架蛋白（scaffold

protein）胰島素受體底物—1（IRS—1）、A激酶錨定蛋白（AKAP）、信號(hào)傳遞轉(zhuǎn)錄激活劑（STAT）保護(hù)和開發(fā)蛋白protectiveandexploitiveprotein免疫球蛋白、凝血酶、血纖蛋白原、抗凍蛋白、蛇和蜂毒蛋白、白喉毒素、蓖麻毒蛋白異常蛋白（exoticprotein）應(yīng)樂果甜蛋白、節(jié)肢彈性蛋白、膠質(zhì)蛋白第7頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）

蛋白質(zhì)的形狀和大小根據(jù)形狀和溶解度大體可分為三大類：1．

纖維狀蛋白（fibrousprotein）2．

球狀蛋白質(zhì)（globularprotein）3.

膜蛋白質(zhì)（membraneprotein）名稱特點(diǎn)代表物纖維狀蛋白（fibrousprotein）呈細(xì)棒或纖維狀，不溶于水和稀酸溶液膠原蛋白、彈性蛋白、角蛋白、絲蛋白球狀蛋白質(zhì)（globularprotein）形狀接近球形或橢圓形，易溶于水胞質(zhì)酶類膜蛋白質(zhì)（membraneprotein）不溶于水但溶于去污劑溶液，所含親水氨基酸殘基比胞質(zhì)蛋白質(zhì)少

第8頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的大小蛋白質(zhì)Mr殘基數(shù)目/鏈亞基組成方式胰島素（牛）573321（A）,30（B）αβ細(xì)胞色素c（馬）12500104α1核糖核酸酶（牛胰）12640124α1溶菌酶（卵清）13930129α1肌紅蛋白（馬）16890153α1縻蛋白酶（牛胰）2260013（α）,132（β）,97（γ）αβγ血紅蛋白（人）64500141（α）,146（β）α2β2血清清蛋白（人）68500550α1己糖激酶（酵母）96000200α4γ—球蛋白（馬）149900214（α）,446（β）α2β2谷氨酸脫氫酶（肝）332694500α6肌球蛋白（兔）4700001800(重鏈h),190(α),149(α/),160(β)H2α1α/2β2核酮糖二磷酸羧化酶（菠菜）560000475（α）,123（β）α3β3谷氨酰合成酶（E.coli）600000468α12第9頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）

蛋白質(zhì)構(gòu)象和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的組織層次

每一種天然蛋白質(zhì)都有自己特有的空間結(jié)構(gòu)或稱三維結(jié)構(gòu)，這種三維結(jié)構(gòu)通常被稱為蛋白質(zhì)的構(gòu)象。構(gòu)型：指在具有相同結(jié)構(gòu)式的立體異構(gòu)體中取代基團(tuán)在空間的相對(duì)取向，不同的構(gòu)型如果沒有共價(jià)鍵的破裂是不能互變的。構(gòu)象；是指具有相同結(jié)構(gòu)式和相同構(gòu)型的分子在空間里可能的多種形態(tài)，構(gòu)象形態(tài)間的改變不涉及共價(jià)鍵的破裂。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同組織層次（level，hierarchy）一級(jí)結(jié)構(gòu)（primarystructure）：指多肽鏈的氨基酸序列。二級(jí)結(jié)構(gòu)（secondarystructure）：指多肽鏈借助氫鍵排列成自己特有的α螺旋和β折疊股片段。三級(jí)結(jié)構(gòu)（tertiarystructure）：指多肽鏈借助各種非共價(jià)鍵（或非共價(jià)力）彎曲、折疊成具有特定走向的緊密球狀構(gòu)象。四級(jí)結(jié)構(gòu)（quaternarystructure）：指寡聚蛋白質(zhì)中各亞基之間在空間上的相互關(guān)系和組合方式。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由多肽鏈主鏈上共價(jià)連接的氨基酸殘基決定的。二級(jí)結(jié)構(gòu)和其它高級(jí)結(jié)構(gòu)層次主要是由非共價(jià)力如氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水作用決定的。第10頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（四）

蛋白質(zhì)功能的多樣性

蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能有以下幾個(gè)方面：（1）

催化（2）

調(diào)節(jié)（3）

轉(zhuǎn)運(yùn)（4）

貯存（5）

運(yùn)動(dòng)（6）

結(jié)構(gòu)成分（7）

支架結(jié)構(gòu)（8）

防御與進(jìn)攻（9）

異常功能第11頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、肽肽是氨基酸的線性聚合物，因此也常稱肽鏈（peptide

chain）。蛋白質(zhì)是由一條或多條具有確定的氨基酸序列的多肽鏈構(gòu)成的大分子。（一）

肽和肽鍵的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在公認(rèn)蛋白質(zhì)分子中的氨基酸連接的基本方式是肽鍵（peptide

bond）?！狢O—NH—這主要有下列一些實(shí)驗(yàn)根據(jù)：（1）

蛋白質(zhì)分子中游離α—氨基和α—羧基是很少的。（2）

某些人工合成的多肽能被水解蛋白質(zhì)的蛋白酶所水解。（3）

包含—CO—NH—基團(tuán)的化合物如雙縮脲（biuret）H2N—CO—NH—CO—NH2能與硫酸銅—?dú)溲趸c溶液產(chǎn)生雙縮脲顏色反應(yīng)。（4）

人工合成的多聚氨基酸的X射線衍射圖案和紅外吸收光譜與天然的纖維狀蛋白質(zhì)十分相似。（5）

我國(guó)在世界上首次人工合成蛋白質(zhì)—結(jié)晶牛胰島素的成功，完成證明了蛋白質(zhì)的肽鏈結(jié)構(gòu)學(xué)說的正確性。第12頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）

肽的物理和化學(xué)性質(zhì)

某些肽的pKa肽α-COOHPKaα—NH3PKaR基PKaPIGly—Asp2.818.604.453.63Gly—Gly3.068.13—5.59Ala—Gly3.168.24—5.70Gly—Ala3.178.23—5.70Gly—Gly—Gly3.267.91—5.58Ala—Ala—Ala—Ala3.427.94—5.68Ala—Ala—Lys—Ala3.588.0110.589.30第13頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天pH>pKa[HA]<[A—]

pH<pKa[HA]>[A—]

（三）

天然存在的活性肽第14頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定（一)蛋白質(zhì)測(cè)序的策略（1）測(cè)定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目根據(jù)蛋白質(zhì)N—末端或C—末端殘基的摩爾數(shù)和蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量可以確定蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈數(shù)目。（2）拆分蛋白質(zhì)分子的多肽鏈如果是寡聚蛋白質(zhì)，多肽鏈（亞基）是借助非共價(jià)相互作用締合的，則可用變性劑如8mol/L尿素，6mol/L鹽酸胍或高濃度鹽處理，就能使寡聚蛋白質(zhì)中的亞基拆開。如果多肽鏈間是通過共價(jià)二硫橋（S—S）交聯(lián)的，則可采用氧化劑或還原劑將二硫鍵斷裂。（3）

斷開多肽鏈內(nèi)的二硫橋多肽鏈內(nèi)半胱氨酸殘基之間的S—S橋必須在進(jìn)行第4步前予以斷裂。第15頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（4）分析每一條多肽鏈的氨基酸組成經(jīng)分離、純化的多肽鏈一部分樣品進(jìn)行完全水解，測(cè)定它的氨基酸組成，并計(jì)算出氨基酸成分的分子比或各種殘基的數(shù)目。（5)

鑒定多肽鏈的N—末端和C—末端殘基多肽鏈的另一部分樣品進(jìn)行N—末端殘基的鑒定，以便建立兩個(gè)重要的氨基酸序列參考點(diǎn)。（6）裂解多肽鏈成較小的片段用兩種或幾種不同的斷裂方法（指斷裂點(diǎn)不同）將每條多肽鏈樣品降解成兩套或幾套重疊的肽段或稱肽碎段。（7）測(cè)定各肽段的氨基酸序列常用的肽段測(cè)序方法是Edman降解法，此外還有酶解法和質(zhì)譜法等。（8）重建完整多肽鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu)利用兩套或多套肽段的氨基酸序列彼此間有交錯(cuò)重疊可以拼湊出原來的完整多肽鏈的氨基酸序列。（9)確定半胱氨酸殘基間形成的S—S交聯(lián)橋的位置第16頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）N—末端和C—末端氨基酸殘基的鑒定

1．N—末端分析（1）二硝基氟苯（DNFB或FDNB）法多肽或蛋白質(zhì)的游離末端NH2與DNFB（稱Sanger試劑）反應(yīng)后，生成DNP—多肽或DNP—蛋白質(zhì)。DNP—多肽經(jīng)酸水解后，只有N—末端氨基酸為黃色DNP—氨基酸衍生物，其余的都是游離氨基酸。（2）丹磺酰氯（DNS）法丹磺酰氯（dansylchloride）是二甲氨基萘磺酰氯的簡(jiǎn)稱，縮寫為DNS。由于丹磺?；哂袕?qiáng)烈的熒光，靈敏度比DNFB法高100倍，并且水解后的DNS—氨基酸不需要提取。（3）苯異硫氰酸酯（PITC）法多肽或蛋白質(zhì)的末端氨基與PITC（Edman試劑）作用，生成苯氨基硫甲酰多肽或蛋白質(zhì)，簡(jiǎn)稱PIC—多肽或蛋白質(zhì)。（4）氨肽酶法是一類肽鏈外切酶（exopeptidase）或叫外肽酶，它們能從多肽鏈的N—末端逐個(gè)地向里切。第17頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．C—末端分析

（1）

肼解法

（2）

還原法

（3）

羧肽酶法

第18頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）二硫橋的斷裂過甲酸氧化法和巰基化合物還原法（四）氨基酸組成的分析（五）多肽鏈的部分裂解和肽段混合物的分離純化

1.酶裂解法（1）

胰蛋白酶（trypsin）專一性強(qiáng)，Lys或Arg的羧基端（2）

糜蛋白酶（chymotrypsin）Phe、Trp、Tyr等疏水氨基酸的羧基端（3）

嗜熱菌蛋白酶（thermolysin）（4）

胃蛋白酶（pepsin）與糜蛋白酶相似，但要求兩側(cè)殘基都是疏水性氨基酸如Phe-Phe（5）

木瓜蛋白酶（papain）（6）匍萄球菌蛋白酶（Staphylococcalprotease）和梭菌蛋白酶（clostripain）

第19頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．化學(xué)裂解法（1）

溴化氰斷裂Met羧基端（2）

羥胺斷裂專一性斷裂-Asn-Gly-（3）

肽段的分離純化第20頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（六）肽段氨基酸序列的測(cè)定1．

Edman化學(xué)降解法2．

酶降解法3．

質(zhì)譜法4．

根據(jù)核甘酸序列的推定法（七）肽段在多肽鏈中次序的決定（八）二硫橋位置的確定 胃蛋白酶＋電泳＋過甲酸氧化＋電泳（九）蛋白質(zhì)測(cè)序舉例（十）蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)第21頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、蛋白質(zhì)的氨基酸序列與生物功能

（一）同源蛋白質(zhì)的物種差異與生物進(jìn)化

1．同源蛋白質(zhì)同源蛋白質(zhì)是指在不同生物體中行使相同或相似功能的蛋白質(zhì)。同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列具有明顯的相似性，這種相似性序列稱序列同源性（sequencehomology）。不變堿基（invariantresidue）：同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列中有許多位置的氨基酸殘基對(duì)所有已研究過的物種來說都是相同的?？勺儔A基（variantresidue）：其他位置的氨基酸殘基對(duì)不同物種有相當(dāng)大的變化。

2．

細(xì)胞色素c

來自任兩個(gè)物種的同源蛋白質(zhì)，其序列間的氨基酸差異數(shù)目與這些物種間的系統(tǒng)發(fā)生差異是成比例的，也即在進(jìn)化位置上相差越遠(yuǎn)，其氨基酸序列之間的差別越大。

3．系統(tǒng)樹細(xì)胞色素c的氨基酸序列資料已被用來核對(duì)各個(gè)物種之間的分類學(xué)關(guān)系以及繪制系統(tǒng)（發(fā)生）樹（phylogenetictree）或稱進(jìn)化樹。第22頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）同源蛋白質(zhì)具有共同的進(jìn)化起源

1．氧和血紅素蛋白

2．絲氨酸蛋白酶類

3．

一些功能差異很大的蛋白質(zhì)（三）血液凝固與氨基酸序列的局部斷裂

1．血液凝固中的級(jí)聯(lián)過程

2．凝血酶和血纖蛋白原在血凝中的作用

3．血纖蛋白溶解系統(tǒng)（纖溶系統(tǒng)）第23頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天五、肽與蛋白質(zhì)的人工合成

（一）

肽的人工合成肽的人工合成有兩種類型。

A．由不同氨基酸按照一定順序的控制合成

B．

由一種或兩種氨基酸聚合或共聚合一些常用保護(hù)基的結(jié)構(gòu)式如下：氨基保護(hù)基Y：羧基保護(hù)基Z：芐氧甲?；S酯（CBZ）（Obzl）叔丁氧甲?；宥□ィ˙OC）（Obut）對(duì)甲苯磺酰基（Tosyl）（1）

疊氮（azide）法（2）

活化酯（activatedester）法（3）混合酸酐（mixedanhydride）法（二）

胰島素的人工合成（三）

固相肽合成第24頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天測(cè)試題今有一個(gè)七肽，經(jīng)分析它的氨基酸組成是：Lys，Pro，Arg，Phe，Ala，Tyr，和Ser。此肽未經(jīng)糜蛋白酶處理時(shí)，與FDNB反應(yīng)不生成α—DNP—氨基酸。經(jīng)糜蛋白酶作用后，此肽斷裂成兩個(gè)肽段，其氨基酸組成分別為Ala，Tyr，Ser，和Pro，Phe，Lys，Arg。這兩個(gè)肽段分別與FDNB反應(yīng)，可分別生成DNP—Ser和DNP—Lys。此肽與胰蛋白酶反應(yīng)，同樣能生成兩個(gè)肽段，它們的氨基酸組成分別是Arg，Pro，和Phe，Tyr，Lys，Ser，Ala。試詳細(xì)推測(cè)該七肽的一級(jí)結(jié)構(gòu)是怎樣的？第25頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天推測(cè)過程此肽未經(jīng)糜蛋白酶處理時(shí)，與FDNB反應(yīng)不生成α—DNP—氨基酸，說明7肽N端是Pro或7肽成環(huán)。經(jīng)糜蛋白酶作用后，此肽斷裂成兩個(gè)肽段，其氨基酸組成分別為Ala，Tyr，Ser，和Pro，Phe，Lys，Arg。這兩個(gè)肽段分別與FDNB反應(yīng)，可分別生成DNP—Ser和DNP—Lys。糜蛋白酶斷裂Phe，Tyr的羧基端；兩個(gè)肽段的N端分別為Ser和Lys。⑴Ser—Ala—Tyr⑵Lys—？—？—Phe（Pro，Arg序列待定）此肽與胰蛋白酶反應(yīng)，同樣能生成兩個(gè)肽段，它們的氨基酸組成分別是Arg，Pro，和Phe，Tyr，Lys，Ser，Ala胰蛋白酶斷裂Arg，Lys的羧基端；⑶Pro—Arg⑷Lys與Pro相連⑵確定為L(zhǎng)ys—Pro—Arg—Phe經(jīng)糜蛋白酶,胰蛋白酶作用后，分別得到兩個(gè)肽段，該七肽為環(huán)肽該7肽為L(zhǎng)ys—Pro—Arg—Phe—Ser—Ala—Tyr|———————————————|

第26頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二章蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)

決定蛋白質(zhì)天然折疊結(jié)構(gòu)的因素：

1.與溶劑分子（一般是水）的相互作用。

2.溶劑的pH和離子組成。

3.

蛋白質(zhì)的氨基酸序列。一、研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法（一）X射線衍射法（X—raydiffractionmethod）

X射線衍射技術(shù)與顯微鏡技術(shù)主要區(qū)別：

1.光源不是可見光而是波長(zhǎng)很短的X射線（λ=0.154nm）

2.經(jīng)物體散射后的衍射波，沒有一種透鏡能把它收集重組成物體的圖象，而直接得到的是一張衍射圖案。衍射圖案需要用數(shù)字方法（如電子計(jì)算機(jī)）代替透鏡進(jìn)行重組，繪出電子密度圖，從中構(gòu)建出三維分子圖象——分子結(jié)構(gòu)模型。第27頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天方法波長(zhǎng)（λ）分辨率光學(xué)顯微鏡200nm≤0.2μmX射線衍射法0.01—10nm<0.1nm(二）研究溶液中蛋白質(zhì)構(gòu)象的光譜學(xué)方法

1.紫外差光譜蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)中含有芳香族和雜環(huán)組的共軛環(huán)系統(tǒng),因而在近紫外光區(qū)域具有光吸收能力。微環(huán)境因素包括溶液pH、溶劑及鄰近基團(tuán)的極性性質(zhì)影響共軛環(huán)的吸收性質(zhì)與結(jié)構(gòu)。當(dāng)發(fā)色團(tuán)（Trp、Tyr、Phe等）暴露在蛋白質(zhì)分子表面時(shí)，pH和溶劑性質(zhì)的影響是主要的，如果埋藏與分子內(nèi)部，則以鄰近基團(tuán)的影響為主。發(fā)色團(tuán)的微環(huán)境決定于蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象，構(gòu)象改變，微環(huán)境則發(fā)生變化，發(fā)色團(tuán)的紫外吸收光譜也將隨之變化。

第28頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.光和熒光偏振極少數(shù)分子吸收的激發(fā)能只轉(zhuǎn)移一小部分，大部分將在輻射（在＜10—8S內(nèi)）

，這種現(xiàn)象稱為熒光（fluoresence）。在蛋白質(zhì)中Trp和Tyr殘基是主要的熒光基團(tuán)（內(nèi)源熒光），其熒光峰位置（λmax)分別為348nm和303nm。這些殘基的微環(huán)境能明顯地改變其熒光強(qiáng)度和熒光峰位置。應(yīng)用熒光光譜技術(shù)，可以探討Trp和Tyr的微環(huán)境以及蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的變化。

3.圓二色性多數(shù)生物分子具有不對(duì)稱性，手性物質(zhì)與左、右圓偏振光（EL，ER）的相互作用是不同的，由于手性物質(zhì)對(duì)EL和ER兩種光的吸收（振幅減?。┎煌?，使左、右圓偏振光合成橢圓偏振光，這種光學(xué)效應(yīng)稱為圓二色性。14.核磁共振（NMR）

NMR和X射線晶體學(xué)是能夠在原子水平上揭示蛋白質(zhì)和其他生物分子三維結(jié)構(gòu)的僅有的兩種技術(shù)。

X射線方法能給出高分辨率的圖像，但需要晶體。第29頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天NMR方法能研究溶液中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，只要提供高濃度的溶液（對(duì)一個(gè)15×103蛋白質(zhì)約15mg/ml）,而且NMR譜還能提供大量有關(guān)動(dòng)態(tài)的信息。二、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力（一）

氫鍵（hydrogenbond）氫鍵在穩(wěn)定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中起著極其重要的作用,多肽主鏈上的羰基氧和酰胺氫之間形成的氫鍵是穩(wěn)定蛋白質(zhì)二極結(jié)構(gòu)的主要作用力.此外,氫鍵還可以在側(cè)鏈與側(cè)鏈、側(cè)鏈與介質(zhì)水、主鏈肽基與側(cè)鏈或主鏈肽基與水之間形成。

X—HYx,y是電負(fù)性強(qiáng)的原子(N、O、S等),X—H是共價(jià)鍵,Hy是氫鍵。第30頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天

大多數(shù)蛋白質(zhì)所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α螺旋、β折疊片),與此同時(shí)保持大多數(shù)能成氫鍵的側(cè)鏈處于蛋白質(zhì)分子的表面將與水相互作用。（（二）

范德華力（范德華相互作用）廣義的范德華力(vanderWaalsforce)包括3種較弱的作用力,為定向效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)和分散效應(yīng)。定向效應(yīng)(orientationeffect)發(fā)生在極性分子或極性基團(tuán)之間。它是永久偶極間靜電相互作用誘導(dǎo)效應(yīng)(inductioneffect)發(fā)生在極性物質(zhì)與非極性物質(zhì)之間,這是永久偶極與由它誘導(dǎo)而來的誘導(dǎo)偶極之間的靜電相互作用。第31頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天

分散效應(yīng)(dispersioneffect)是在多數(shù)情況下起主要作用的范德華力,它是非極性分子或基團(tuán)間僅有的一種范德華力,也稱London分散力,通常范德華力就指這種作用力。這是瞬時(shí)偶極間的相互作用,偶極方向是瞬時(shí)變化的。瞬時(shí)偶極是由于所在分子或基團(tuán)中電子電荷密度的波動(dòng)即電子運(yùn)動(dòng)的不對(duì)稱性造成的。瞬時(shí)偶極可以誘導(dǎo)周圍的分子或基團(tuán)產(chǎn)生偶極,誘導(dǎo)偶極反過來又穩(wěn)定了原來的偶極,因此在它們之間產(chǎn)生了相互作用。(三)疏水作用（熵效應(yīng)）水介質(zhì)中球狀蛋白質(zhì)的折疊總是傾向于把疏水殘基埋藏在分子的內(nèi)部,這種現(xiàn)象稱為疏水作用(hydropholicinteraction)或疏水效應(yīng)。疏水作用并不是疏水基團(tuán)之間有吸引力,而是疏水基團(tuán)或疏水側(cè)鏈出自避開水的需要而被迫接近的緣故。當(dāng)疏水基團(tuán)接近到等于范德華距離時(shí),相互間將有弱的范德華引力,但這不是主要的。第32頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天

蛋白質(zhì)溶液系統(tǒng)的熵增加(熵變化△S為正值)是疏水作用的主要?jiǎng)恿?。熵增加主要涉及介質(zhì)水的有序度改變,因?yàn)槭杷鶊F(tuán)的聚集(相互作用)本身是有序的過程,造成熵減少。疏水作用在生理溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而加強(qiáng),但一定溫度后(50～60℃,因側(cè)鏈而異),又趨減弱。因?yàn)槌^這個(gè)溫度,疏水基團(tuán)周圍的水分子有序度降低(△S正值減小),因而有利于疏水基團(tuán)進(jìn)入水中。非極性溶劑去污劑是破壞疏水作用的試劑,因此是變性劑,尿素和鹽酸胍既能破壞氫鍵,有能破壞疏水作用,因此是強(qiáng)變性劑。(四)鹽鍵鹽鍵又稱鹽橋或離子鍵，它是正電荷與負(fù)電荷之間的一種靜電相互作用。吸引力F與電荷電量的乘積（Q1Q2）成正比，與電荷質(zhì)點(diǎn)間的距離平方（R2）成反第33頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天在溶液中次吸引力隨周圍介質(zhì)的介電常數(shù)ε增大而降低：

Q1Q2F=————εR2

在生理pH下，蛋白質(zhì)中的酸性氨基酸（Asp和Glu）的側(cè)鏈可解離成負(fù)離子，堿性氨基酸（Lys、Arg和His）的側(cè)鏈可解離成正離子。再多數(shù)情況下這些基團(tuán)都分布在球狀蛋白質(zhì)分子表面，而與介質(zhì)水分子發(fā)生電荷—偶極之間的相互作用，形成排列有序的水化層，這對(duì)穩(wěn)定蛋白質(zhì)的構(gòu)象有著一定的作用。荷電的側(cè)鏈也在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部出現(xiàn)，它們一般與其它基團(tuán)形成強(qiáng)的氫鍵。但是偶爾也有少數(shù)帶相反電荷的側(cè)鏈在分子的疏水內(nèi)部形成鹽鍵。在疏水環(huán)境中，介電常數(shù)比在水中低，相反電荷間的吸引力相應(yīng)增大。當(dāng)荷電側(cè)鏈從水第34頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天中轉(zhuǎn)移到分子內(nèi)部時(shí)，它周圍有序排列的水分子被釋放到介質(zhì)中。因此鹽鍵的形成不僅是靜電吸引而且也是熵增的過程。升高溫度時(shí)，由于對(duì)T△S一項(xiàng)有利，因而增加鹽橋的穩(wěn)定性，此外，鹽鍵因加入非極性溶劑而加強(qiáng)，加入鹽類而減弱。（五）二硫鍵二硫鍵能夠穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。在多數(shù)情況下，二硫鍵在多肽鏈的β轉(zhuǎn)角附近形成。

三、多肽主鏈折疊的空間限制

（一）酰胺平面與α—碳原子的二面角（φ和ψ）第35頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天

肽鍵是一個(gè)共振雜化體，共振的后果是肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能饒鍵自由旋轉(zhuǎn)，主鏈肽基成為剛性平面，成為酰胺平面，平面內(nèi)C＝O與N—H成反式排列，各原子間有固定的鍵角和鍵長(zhǎng)。肽鏈主鏈上只有α—碳原子連接的兩個(gè)鍵，Cα—N和Cα—C，是純的單鍵，能自由旋轉(zhuǎn)；α—碳是兩個(gè)相鄰酰胺平面的連接點(diǎn)，酰胺平面雖然是剛性的，但酰胺平面之間的位置可以任意取向。繞Cα—N鍵軸旋轉(zhuǎn)的二面角（C—N—Cα—C）稱為φ，繞Cα—C鍵軸旋轉(zhuǎn)的二面角（N—Cα—C——N）稱為ψ。多肽鏈主鏈的各種可能構(gòu)象都可用φ和ψ這兩個(gè)二面角或扭角來描述。第36頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式（一）

α螺旋1.

α螺旋的結(jié)構(gòu)

α螺旋是一種重復(fù)性結(jié)構(gòu)，螺旋中每個(gè)α—碳的φ和ψ分別在-57℃和-47℃附近，每圈螺旋占3.6個(gè)氨基酸殘基，沿螺旋軸方向上升0.54nm，稱為移動(dòng)距離或螺距，每個(gè)殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100o，沿軸上升0.15nm。殘基的側(cè)鏈伸向外側(cè)。如果側(cè)鏈不計(jì)在內(nèi)，螺旋的直徑約為0.5nm。相鄰螺圈之間形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎于螺旋軸平行。從N—末端出發(fā)，氫鍵是由每個(gè)肽基的C=O與其前面第3個(gè)肽基的N—H之間形成的。由氫鍵封閉的環(huán)是13元環(huán)：第37頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天O———————————H‖|—C—[—NH—CαH—CO—]3——N—|R第38頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天因此α螺旋也稱3.613—螺旋。2．螺旋的偶極矩和帽化

α螺旋中所有氫鍵都沿螺旋軸指向同一方向。每一肽鍵具有由N—H和C＝O的極性產(chǎn)生的偶極矩。因?yàn)檫@些基團(tuán)都是沿螺旋軸排列，所以總的效果是α螺旋本身也是一個(gè)偶極矩，相當(dāng)于N—末端積累了部分正電荷，在C—末端積累了部分負(fù)電荷。在α螺旋的N—末端附近常有帶負(fù)電荷的配基（例如磷酸基）與蛋白質(zhì)結(jié)合。然而很少發(fā)現(xiàn)帶負(fù)電荷的配基與α螺旋的C—末端結(jié)合。第39頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天一個(gè)12（或n）個(gè)殘基的典型α螺旋含8（或n—4）個(gè)氫鍵。螺旋的頭4個(gè)酰胺氫和最后4個(gè)羰基氧不參與螺旋氫鍵的形成。此外，在螺旋末端附近的非極性殘基可暴露與溶劑。蛋白質(zhì)經(jīng)常通過螺旋帽化給予補(bǔ)償。所以帽化就是給末端裸露的N—H和C＝O提供氫鍵偶體，并折疊蛋白質(zhì)的其他部分以促成與末端暴露的非極性殘基的疏水作用。3．螺旋的手性蛋白質(zhì)中的α螺旋幾乎都是右手的，右手的比左手的穩(wěn)定。第40頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天左手α螺旋中L—型氨基酸殘基側(cè)鏈的第一個(gè)碳原子（Cβ）過分接近主鏈上的C＝O氧原子，以致結(jié)構(gòu)不舒適，能量較高，構(gòu)象不穩(wěn)定。右手α螺旋，空間位阻較小，比較符合立體化學(xué)的要求，因而在肽鏈折疊中容易形成，構(gòu)想穩(wěn)定。α螺旋是手性結(jié)構(gòu)，具有旋光能力。α螺旋的旋光性是α碳原子的構(gòu)型的不對(duì)稱性和α螺旋的構(gòu)象不對(duì)稱性的總反映。α螺旋是有規(guī)則的構(gòu)象，在折疊形成螺旋時(shí)具有協(xié)同性。一旦形成了一圈α螺旋，隨后逐個(gè)殘基的加入變得容易而快速，因?yàn)榈谝粋€(gè)螺圈成為相繼螺圈形成的模板。第41頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天4．影響α螺旋形成的因素R基小，并且不帶電荷的多聚丙氨酸，在pH7的水溶液中能自發(fā)地卷曲成螺旋：而多聚賴氨酸在pH7的水溶液中不能形成α螺旋，這是由于多聚賴氨酸在pH7時(shí)R基具有正電荷，彼此間由于靜電排斥，不能形成鏈內(nèi)氫鍵，而是以無規(guī)卷曲形式存在。在pH12時(shí)，多聚賴氨酸即自發(fā)地形成α螺旋。5.其他類型的螺旋

310—螺旋比α螺旋緊密。π—螺旋不穩(wěn)定含量很少。第42頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）

β折疊片(β-pleatedsheet)β折疊片是在1951年由Pauling等人首先提出的。β折疊片是一種重復(fù)性的結(jié)構(gòu)，象由折疊的條狀紙片側(cè)向并排而成。每條紙片可看成是一條肽鏈，肽主鏈沿紙條形成鋸齒狀，α—碳原子位于折疊線上。折疊片上的側(cè)鏈都垂直與折疊片的平面，并交替地從平面上下二側(cè)伸出。折疊片有兩種形式：平行式，相鄰肽鏈?zhǔn)峭虻模ǘ际荖→C或C→N）。反平行式，相鄰肽鏈?zhǔn)欠聪虻?。?3頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天β折疊片中每條肽鏈稱為β折疊股或β股，它可設(shè)想為一個(gè)二重螺旋或二重帶，每螺圈含2個(gè)殘基。由于α—碳原子的四面體性質(zhì)，連續(xù)的酰胺平面排列成折疊形式。在此結(jié)構(gòu)中氫鍵主要是在股間而不是股內(nèi)形成。第44頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天第45頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天纖維狀蛋白質(zhì)中β折疊片主要是反平行的，β折疊片氫鍵主要在不同肽鏈之間形成球狀蛋白質(zhì)中反平行和平行兩種形式幾乎廣泛存在，既可以在不同肽鏈或不同分子之間形成，也可以在同一肽鏈的不同肽段（β股）之間形成。

（三）β轉(zhuǎn)角和β凸起多肽鏈具有彎曲，回折和重新定向的能力，以便生成結(jié)實(shí)、球狀的結(jié)構(gòu)，因此蛋白質(zhì)中有一種簡(jiǎn)單的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元，稱β轉(zhuǎn)角，或β彎曲或發(fā)卡結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是一種非重復(fù)性結(jié)構(gòu)，在β轉(zhuǎn)角中第一個(gè)殘基的C＝O與第四個(gè)殘基的N—H氫鍵鍵合，形成一個(gè)緊密的環(huán)，使β轉(zhuǎn)角成為比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

第46頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天脯氨酸和甘氨酸經(jīng)常在β轉(zhuǎn)角序列中存在，并且β轉(zhuǎn)角的特定構(gòu)象在一定程度上取決于它的氨基酸組成。甘氨酸缺少側(cè)鏈（只有一個(gè)H），在β轉(zhuǎn)角中能很好地調(diào)整其它殘基的空間障礙，因此是立體化學(xué)上最合適的氨基酸。脯氨酸具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)和固定的Φ角，因此在一定程度上迫使β轉(zhuǎn)角形成，促進(jìn)多肽鏈自身回折，這些回折有助于反平行β折疊片的形成。β轉(zhuǎn)角多數(shù)都處于蛋白質(zhì)分子的表面，改變多肽鏈方向的阻力比較小，β轉(zhuǎn)角在球狀蛋白質(zhì)中的含量相當(dāng)豐富，約占全部殘基的四分之一。β凸起是一種小片的非重復(fù)性結(jié)構(gòu)，能單獨(dú)存在，大多數(shù)情況下作為反平行β折疊片中的一種不規(guī)則情況而存在。第47頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天β凸起認(rèn)為是β折疊股中額外插入的一個(gè)殘基，它使得在兩個(gè)正常氫鍵之間、在凸起折疊股上是兩個(gè)殘基，而另一側(cè)的正常股上是一個(gè)殘基。（（四）

無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲或稱卷曲，它泛指那些不能被歸入明確的二級(jí)結(jié)構(gòu)如折疊片或螺旋的多肽區(qū)段。實(shí)際上這些區(qū)段大多數(shù)既不是卷曲，也不是完全規(guī)則的，即使存在少數(shù)柔性的無序區(qū)段。這些“無規(guī)卷曲”也象其他二級(jí)結(jié)構(gòu)具有明確而穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，但它們受側(cè)鏈相互作用的影響很大。這類有序的非重復(fù)性結(jié)構(gòu)經(jīng)常構(gòu)成酶活性部位和其它蛋白質(zhì)特異的功能部位。第48頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天五、纖維狀蛋白質(zhì)

纖維狀蛋白質(zhì)外形呈纖維狀或細(xì)棒狀，分子是有規(guī)則的線性結(jié)構(gòu)，這與其多肽鏈的有規(guī)則二級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)。

纖維狀蛋白質(zhì)的分類溶解性代表物不溶性角蛋白，膠原蛋白，彈性蛋白可溶性肌球蛋白，血纖蛋白原第49頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）α—角蛋白角蛋白是外胚層細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，角蛋白可分為α—角蛋白和β—角蛋白兩類。α—角蛋白是毛發(fā)中的主要蛋白質(zhì)，α—角蛋白亞基的氨基酸序列是由富含α螺旋的中央棒狀區(qū)（長(zhǎng)度為311—314個(gè)殘基）和兩側(cè)的非螺旋區(qū)組成。毛發(fā)α—角蛋白中，三股右手α螺旋向左纏繞，擰成一根稱為原纖維的超螺旋結(jié)構(gòu)，直徑為2nm，原纖維再排列成“9+2”的電纜式結(jié)構(gòu)，稱微纖維，直徑為8nm。成百根微纖維再結(jié)合成一不規(guī)則的纖維束，稱大纖維，其直徑為200nm，它們是毛發(fā)的結(jié)構(gòu)元件。α—角蛋白的伸縮性能很好，一根毛發(fā)纖維濕熱時(shí)可以拉長(zhǎng)到原由長(zhǎng)度的二倍，這時(shí)α螺旋被撐開，各圈間的氫鍵被破壞，轉(zhuǎn)變?yōu)棣聵?gòu)象。當(dāng)張力除去后，單靠氫鍵不能使纖維恢復(fù)到原來的狀態(tài)。相鄰分子的α螺旋是由它們的第50頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天半胱氨酸殘基間的二硫鍵交聯(lián)起來的，一般認(rèn)為每4個(gè)螺圈就有一個(gè)交聯(lián)鍵。該交聯(lián)鍵即可以抵抗張力，又可以作為外力除去后使纖維復(fù)原的恢復(fù)力。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要是由這些二硫鍵保證的。永久性卷發(fā)（燙發(fā)）是一項(xiàng)生物化學(xué)工程。α—角蛋白在濕熱條件下可以伸展轉(zhuǎn)變?yōu)棣聵?gòu)象，但在冷卻干燥時(shí)又可自發(fā)地恢復(fù)原狀。（二）

絲心蛋白和其他β—角蛋白：β折疊片蛋白質(zhì)

α—角蛋白充分伸展后可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)棣隆堑鞍祝é聵?gòu)象）。自然界中天然的β—角蛋白如絲心蛋白，這是蠶絲和蜘蛛絲的一種蛋白質(zhì)。絲心蛋白具有抗張強(qiáng)度高，質(zhì)量柔軟的特性，但不能拉伸。它具有0.7nm周期，這與α—角蛋白在濕熱中伸展后形成的β—角蛋白很相似（0.65nm周期）。絲心蛋白是典型第51頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天反平行β折疊片，多肽鏈取鋸齒狀折疊構(gòu)象。在這種結(jié)構(gòu)中，側(cè)鏈交替地分布在折疊片的兩側(cè)。（三）膠原蛋白：一種三股螺旋1.膠原蛋白的組織分布與類型膠原蛋白或稱膠原是很多脊椎動(dòng)物和非脊椎動(dòng)物體內(nèi)含量豐富的蛋白質(zhì)。它屬于結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，能使腱、骨、軟骨、牙、皮和血管等結(jié)締組織具有機(jī)械強(qiáng)度。類型分布結(jié)構(gòu)特點(diǎn)Ⅰ骨、皮膚、腱、角膜[а1（Ⅰ）]2а2（Ⅰ）

Ⅱ軟骨、椎間盤、玻璃體Ⅲ血管、新生皮膚、瘢痕組織[а1（Ⅱ）]3、[а1（Ⅲ）]3

Ⅳ基底膜[а1（Ⅳ）]2、α2（Ⅳ）[а1（Ⅳ）]3、[α2（Ⅳ）]3Ⅴ細(xì)胞表面、細(xì)胞外骨架α1（Ⅴ）α2（Ⅴ）α3（Ⅴ）第52頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.膠原蛋白的氨基酸組成皮膚膠原蛋白（Ⅰ型）Gly（33%）、Pro（13%）、4—羥脯氨酸（9%）、3—羥脯氨酸（0.1%）、5—羥脯氨酸（0.6%）這些不常見的氨基酸都是在膠原蛋白多肽鏈合成后由Pro和Lys修飾而成。膠原蛋白是糖蛋白，少量糖與5—羥賴氨酸（Hyl）殘基的δ—碳羥基共價(jià)連接。3.膠原蛋白的結(jié)構(gòu)在體內(nèi)，膠原蛋白以膠原原纖維或稱膠原纖維的形式存在。其基本結(jié)構(gòu)單位是原膠原分子，相對(duì)分子質(zhì)量為285×103，由三股纏繞的多肽鏈組成，每股長(zhǎng)度約1000個(gè)氨基酸殘基，原膠原分子長(zhǎng)約300nm，直徑約1.5nm。膠原蛋白以3條α肽鏈或α鏈的多肽鏈（亞基）纏繞成他特定的三股螺旋。這是一種右手超螺旋纜，其中每股鏈第53頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天自身是一種左手螺旋。與α螺旋相比，膠原螺旋要伸展的多。每一殘激沿三股螺旋升高0.29nm，而α螺旋只是0.15nm。右手螺旋纜的螺距為8.6nm，每圈每股包含30個(gè)殘基，每股左手螺旋的螺距為0.95nm，每圈約含3.3個(gè)殘基。三股螺旋是一種能容納膠原蛋白特有的氨基酸組成和序列的結(jié)構(gòu)。一級(jí)結(jié)構(gòu)分析表明，膠原蛋白多肽鏈很長(zhǎng)的區(qū)段序列是由Gly—X—Y氨基酸序列重復(fù)而成的。X、Y是Gly之外的任何氨基酸殘基，但X經(jīng)常是Pro，Y經(jīng)常是Hyp（4—羥脯氨酸）。4.膠原蛋白中的共價(jià)交聯(lián)膠員纖維通過分子內(nèi)（原膠原分子內(nèi)）和分子間）（原纖維中原膠原分子間）的交聯(lián)得到進(jìn)一步增強(qiáng)和穩(wěn)定。分子內(nèi)交聯(lián)是在原膠原的N—末端區(qū)（非螺旋區(qū)）內(nèi)賴氨酸殘基之間進(jìn)行的；原膠原的分子間交聯(lián)是在一個(gè)原膠原的N—末端區(qū)和一個(gè)第54頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天相鄰原膠原的C—末端區(qū)之間形成的。膠原蛋白不易被一般的蛋白酶水解，但能被梭菌或動(dòng)物的膠原酶斷裂。斷裂的碎片自動(dòng)變性，可被普通蛋白酶水解。膠原在水中煮沸即轉(zhuǎn)變?yōu)槊髂z或稱動(dòng)物膠，它是一種可溶性的多肽混合物。（四）彈性蛋白彈性蛋白是結(jié)締組織中的一種蛋白質(zhì)，它的最重要的性質(zhì)就是彈性。彈性蛋白只有一個(gè)基因，不含羥賴氨酸，不被糖基化，不含Gly—Pro—Y和Gly—X—Hyp重復(fù)序列，不能形成超螺旋。彈性蛋白是由可溶性的單體合成的，是彈性蛋白纖維的基本單位，稱原彈性蛋白。原彈性蛋白約含700個(gè)氨基酸殘基，相對(duì)分子質(zhì)量7200，富含Gly、Ala、Val、和Pro，但不含羥賴氨酸，羥脯氨酸含量也很少。第55頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天彈性蛋白纖維中原彈性蛋白分子按兩種方式交聯(lián)在一起，一種通過羥賴氨酸正亮氨酸衍生物交聯(lián)，另一種是原彈性蛋白中特定的Lys側(cè)鏈賴氨酰氧化酶催化下氧化脫氨成醛基后，由3個(gè)這樣的醛基和一個(gè)未被修飾的Lys側(cè)鏈形成類似吡啶啉的鎖鏈素和異鎖鏈素交聯(lián)體，它是彈性蛋白的標(biāo)志。（五）肌球蛋白和原肌球蛋白各種類型肌肉（橫紋肌、平滑肌和心?。┮约霸S多其他收縮系統(tǒng)都含構(gòu)成肌纖維的主要蛋白質(zhì)：肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白。肌球蛋白是一種很長(zhǎng)的棒狀分子，由6條多肽鏈組成，相對(duì)分子質(zhì)量約為540×103。這6條多肽鏈包括兩條Mr230×103的重鏈和兩對(duì)不同的氫鏈。第56頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天肌球蛋白可用胰蛋白酶裂解成兩個(gè)片段，稱輕酶解肌球蛋白和重酶解肌球蛋白。肌球蛋白作為粗絲與肌動(dòng)蛋白作為細(xì)絲，組成肌肉結(jié)構(gòu)的重復(fù)單位，稱為肌節(jié)。原肌球蛋白是一種纖維狀蛋白質(zhì)，它是由兩條不同的α螺旋肽鏈互相纏繞而成的超螺旋。亞基相對(duì)分子量約為35×103。原肌球蛋白能穩(wěn)定并增強(qiáng)細(xì)絲強(qiáng)度，當(dāng)細(xì)胞溶膠中鈣離子水平降低時(shí)通過競(jìng)爭(zhēng)肌球蛋白的結(jié)合位點(diǎn)而抑制肌肉收縮。六、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域（（一）

超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)概念是由RossmanM.G.于1973年首次提出。超二級(jí)結(jié)構(gòu)是指在球狀蛋白質(zhì)分子中經(jīng)常可以看到由相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件（主要是α螺旋和β折疊片）組合在一起，彼次相互作用，形成種類不多的、有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合或二級(jí)結(jié)構(gòu)串，在多種蛋白質(zhì)中充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。第57頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天超二級(jí)結(jié)構(gòu)也稱標(biāo)準(zhǔn)折疊單位或折疊花式。超二級(jí)結(jié)構(gòu)有3種基本的組合形式：αα、βαβ、ββ。（1）αα為α螺旋束，是由兩股平行或反平行排列的右手螺旋段互相纏繞而成的左手卷曲螺旋或稱超螺旋。卷曲螺旋是纖維狀蛋白質(zhì)如α—角蛋白、肌球蛋白和原肌球蛋白的主要結(jié)構(gòu)元件。（2）βαβ它是由兩段平行β折疊股和一段作為連接鏈的α螺旋組成，β股之間還有氫鍵相連；連接鏈反平行地交叉在β折疊片的一側(cè)，β折疊片的疏水側(cè)鏈面向α螺旋的疏水面，彼此緊密裝配。第58頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）

ββ反平行β折疊片，在球狀蛋白質(zhì)中多是由一條多肽鏈的若干段β折疊股反平行組合而成，兩個(gè)β股間通過一個(gè)短環(huán)（發(fā)卡）連接起來。β曲折是由氨基酸序列上連續(xù)的多個(gè)反平行β折疊股通過緊湊的β轉(zhuǎn)角連接而成。希臘鑰匙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是反平行β折疊片中的一種折疊花式。蛋白質(zhì)構(gòu)象是由超二級(jí)結(jié)構(gòu)裝配在一起形成的，在多數(shù)情況下，只有非極性殘基側(cè)鏈參與這些相互作用，而親水側(cè)鏈多在分子的外表面。第59頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）

結(jié)構(gòu)域（1）

結(jié)構(gòu)域概念多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成三級(jí)結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)，它是相對(duì)獨(dú)立的緊密球狀實(shí)體，稱為結(jié)構(gòu)域。最常見的結(jié)構(gòu)域含序列上連續(xù)的100—200個(gè)氨基酸殘基。結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白質(zhì)的獨(dú)立折疊單位。對(duì)于較小的球狀蛋白質(zhì)分子或亞基來說，結(jié)構(gòu)域和三級(jí)結(jié)構(gòu)是一個(gè)意思，即蛋白質(zhì)或亞基是單結(jié)構(gòu)域的，如紅氧還蛋白，核糖核酸酶，肌紅蛋白。對(duì)于較大的球狀蛋白質(zhì)分子或亞基，其三級(jí)結(jié)構(gòu)往往是由兩個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)域締合而成，即它們是多個(gè)結(jié)構(gòu)域的，如免疫球蛋白的氫鏈含2個(gè)結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域有時(shí)也指功能域。一般來說，功能域是蛋白質(zhì)分子中能獨(dú)立存在的功能單位。功能域可以是一個(gè)結(jié)構(gòu)域，也可以是由兩個(gè)結(jié)構(gòu)域或兩個(gè)以上結(jié)構(gòu)域組成，如酵母己糖激酶的功能域由兩個(gè)結(jié)構(gòu)域構(gòu)成。第60頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天高等真核生物的基因蛋白分析揭示，多結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域經(jīng)常是有它的基因相應(yīng)外顯子編碼的。從結(jié)構(gòu)上：一條長(zhǎng)的多肽鏈先分別折疊成幾個(gè)相應(yīng)獨(dú)立的區(qū)域，再締合成三級(jí)結(jié)構(gòu)要比整條多肽鏈直接折疊成三級(jí)結(jié)構(gòu)在動(dòng)力學(xué)上是更為合理的途徑。從功能上：許多結(jié)構(gòu)域的酶，其活性中心多位于結(jié)構(gòu)域之間，因?yàn)橥ㄟ^結(jié)構(gòu)域容易構(gòu)建具有特定三維排布的活性中心。由于結(jié)構(gòu)域之間常常只有一段柔性的多肽鏈連接，形成所謂鉸鏈區(qū)，使結(jié)構(gòu)域容易發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這是結(jié)構(gòu)域的一大特點(diǎn)。（2）

多肽鏈折疊中的手性效應(yīng)多肽鏈折疊形成的螺旋結(jié)構(gòu)大多數(shù)是右手的。最穩(wěn)定的β折疊股構(gòu)象也具有輕度右手扭曲的傾向。造成兩種效應(yīng)。第61頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天Ⅰ.在球狀蛋白質(zhì)中平行β折疊片的β股之間的右手交叉連接。Ⅱ.在對(duì)平行β折疊片的幾何形狀的影響。球狀蛋白質(zhì)中大的平行β折疊片是由多個(gè)βαβ單元裝配成的。當(dāng)沿多肽鏈方向觀察時(shí)，整個(gè)平行β折疊片也以右手方式扭曲，形成一個(gè)大的緩慢扭曲的片，稱為馬鞍形扭曲片，或形成一個(gè)扭曲的圓筒，稱平行β桶。（3）

結(jié)構(gòu)域類型Ⅰ.反平行α螺旋結(jié)構(gòu)域（全α—結(jié)構(gòu)）Ⅱ.平行或混合型β折疊片結(jié)構(gòu)域（α，β—結(jié)構(gòu)）Ⅲ.反平行的β折疊片結(jié)構(gòu)域（全β—結(jié)構(gòu)）Ⅳ.富含金屬或二硫鍵結(jié)構(gòu)域（不規(guī)則小蛋白結(jié)構(gòu)）第62頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天七.球狀蛋白質(zhì)與三級(jí)結(jié)構(gòu)（一）

球狀蛋白質(zhì)的分類1.全α—結(jié)構(gòu)（反平行α螺旋）蛋白質(zhì)這類蛋白質(zhì)是α螺旋占極大優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)。（1）反平行螺旋：α螺旋一上一下地反平行排列，相鄰螺旋之間以環(huán)相連。螺旋疏水面朝向內(nèi)部，親水面朝向溶劑?；钚圆课粴埢挥诼菪氐囊欢?，由不同螺旋上的殘基構(gòu)成。（2）

珠蛋白型α—螺旋蛋白：一級(jí)結(jié)構(gòu)上相鄰的兩個(gè)螺旋采取接近相互垂直的取向。整條多肽鏈折疊成兩層α螺旋，兩層螺旋交叉堆疊。2.α、β—結(jié)構(gòu)（平行或混合型β折疊片）蛋白質(zhì)第63頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）

（1）單繞平行β桶：由若干平行β折疊股環(huán)形排列，折疊股之間借氫鍵鍵合形成一個(gè)閉合式圓筒，βαβ單元通過交叉連接而成。（2）雙繞平行β片：α，β—結(jié)構(gòu)的的中間由幾個(gè)平行的β折疊股或混合型的β折疊股構(gòu)成的開放的β片，β折疊片的兩側(cè)由α螺旋和環(huán)狀區(qū)段保護(hù)。3.3.全β—結(jié)構(gòu)（反平行β折疊片）蛋白質(zhì)反反平行β折疊片蛋白質(zhì)至少有兩個(gè)主鏈結(jié)構(gòu)層：兩層β折疊片或一層β折疊片和一層α螺旋。兩個(gè)β折疊片的疏水面對(duì)合形成疏水區(qū)，相背的兩面暴露于溶劑。4.4.富含金屬或二硫鍵（小的不規(guī)則）蛋白質(zhì)金金屬形成的配體或二硫鍵對(duì)蛋白質(zhì)構(gòu)象起穩(wěn)定作用。

第64頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）

球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的特征（（1）

球狀蛋白質(zhì)分子含有多種二級(jí)結(jié)構(gòu)單元（（2）

球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)具有明顯的折疊層次（（3）

球狀蛋白質(zhì)分子是緊密的或橢球狀實(shí)體（（4）

球狀蛋白質(zhì)分子疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面（（5）球狀蛋白質(zhì)分子的表面有一個(gè)空穴（也稱裂溝、凹槽或口袋）第65頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)

（一）

膜內(nèi)在蛋白1.具有單個(gè)跨膜肽段的膜蛋白2.具有7個(gè)跨膜肽段的膜蛋白3.β桶型膜蛋白—膜孔蛋白（二）

脂錨定膜蛋白1.酰胺連接的豆蔻酰錨鉤2.硫酯連接的脂肪酰錨鉤3.硫醚連接的異戊二烯基錨鉤4.糖基磷脂酰肌醇錨鉤第66頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天九、蛋白質(zhì)折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

（一）

蛋白質(zhì)的變性天然蛋白質(zhì)分子受到某些物理因素如熱、紫外線照射、高壓和表面張力等或化學(xué)因素如有機(jī)溶劑、脲、胍、酸、堿等的影響時(shí)，生物活性喪失，溶解度降低，不對(duì)稱性增高以及其他的物理化學(xué)常數(shù)發(fā)生改變，這種過程稱為蛋白質(zhì)變性。蛋白質(zhì)變性的實(shí)質(zhì)是蛋白質(zhì)分子的次級(jí)鍵被破壞，引起天然構(gòu)象解體。變性不涉及共價(jià)鍵（肽鍵和二硫鍵等）的破裂，一級(jí)結(jié)構(gòu)仍保持完好。蛋白質(zhì)變性過程中，往往發(fā)生下列現(xiàn)象：（1）生物活性的喪失（2）一些側(cè)鏈基團(tuán)的暴露第67頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）一些物理化學(xué)性質(zhì)的改變（4）生物化學(xué)性質(zhì)的改變變性劑：尿素、鹽酸胍、十二烷基硫酸鈉（SDS）生物化學(xué)家吳憲在20世紀(jì)30年代提出蛋白質(zhì)變性的本質(zhì)：天然蛋白質(zhì)分子因環(huán)境因素的種種關(guān)系，從有序而緊密的結(jié)構(gòu)，變?yōu)闊o序而松散的結(jié)構(gòu)，這就是變性。他認(rèn)為天然蛋白質(zhì)的緊密結(jié)構(gòu)及晶體結(jié)構(gòu)是由分子中的次級(jí)鍵維系的，所以容易被物理的和化學(xué)的因素所破壞。當(dāng)變性因素除去后，變性蛋白質(zhì)又可重新回復(fù)到天然構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的復(fù)性。第68頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（

（二）氨基酸序列規(guī)定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)1．

核糖核酸酶的變性與復(fù)性實(shí)驗(yàn)20世紀(jì)60年代AnfinsenC.的牛胰核糖核酸酶（RNA酶）復(fù)性的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。2．

二硫橋在穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象中的作用蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)歸根結(jié)底是由一級(jí)序列決定的。三維結(jié)構(gòu)是多肽鏈上的各個(gè)單鍵旋轉(zhuǎn)自由度受到各種限制的總結(jié)果。這些限制包括肽鍵的硬度即肽鍵的剛性平面性質(zhì)Cα—C和Cα—N鍵旋轉(zhuǎn)的可允許角度、肽鏈中疏水基和親水基的數(shù)目和位置、帶正電荷和帶負(fù)電荷的R基的數(shù)目和位置以及溶劑和其他溶質(zhì)等。在這些限制因素下通過R基團(tuán)的彼此相互作用以及R基團(tuán)與溶劑和其他溶質(zhì)相互作用，最后達(dá)到平衡，形成了在一定條件下熱力學(xué)上最穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)。第69頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）

蛋白質(zhì)折疊的熱力學(xué)蛋白質(zhì)折疊取決于在某溫度（T）下折疊態(tài)（F）和伸展態(tài)（U）之間的吉布斯（Gibbs）自由能差（ΔG）：ΔG=GF-GU=ΔH-TΔS=（HF-HU）-T（SF-SU）（1）ΔG總=ΔH鏈+ΔH溶劑-TΔS鏈-TΔS溶劑（2）折疊態(tài)蛋白質(zhì)與伸展態(tài)相比，它是高度有序的結(jié)構(gòu)，因此ΔS鏈（構(gòu)象熵變化）是負(fù)數(shù)，因而方程中-TΔS鏈項(xiàng)是正值。其他各項(xiàng)取決于特定的全體側(cè)鏈的本質(zhì)。ΔH鏈的本質(zhì)，取決于殘基與殘基的相互作用和殘基與溶劑的相互作用。折疊態(tài)蛋白質(zhì)中疏水側(cè)鏈主要是通過弱范德華力（分散效應(yīng)）彼此相互作用。第70頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天伸展態(tài)蛋白質(zhì)中疏水側(cè)鏈與溶劑相互作用，其作用力比分散效應(yīng)強(qiáng)，因?yàn)闃O性水分子誘導(dǎo)疏水基團(tuán)的偶極，產(chǎn)生明顯的靜電相互作用（范德華力中的誘導(dǎo)效應(yīng)），所以ΔH鏈對(duì)疏水側(cè)鏈?zhǔn)钦?，它有利于伸展態(tài)。然而ΔH溶劑對(duì)疏水側(cè)鏈?zhǔn)秦?fù)值，它有利于折疊態(tài)。構(gòu)象熵（ΔS鏈）是阻礙折疊，而疏水熵變化（ΔS溶劑

）和因分子內(nèi)側(cè)鏈相互作用引起的總焓變化（ΔH鏈+ΔH溶劑）是有利于折疊。對(duì)于典型的蛋白質(zhì)，對(duì)折疊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性作出單項(xiàng)最大貢獻(xiàn)是疏水殘基引起的ΔS溶劑。（四）

蛋白質(zhì)折疊的動(dòng)力學(xué)1、蛋白質(zhì)折疊不是通過隨機(jī)搜索找到自由能最低的構(gòu)象累積選擇：在每次搜索時(shí)把正確折疊的那部分結(jié)構(gòu)留下來。第71頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天因此蛋白質(zhì)折疊的實(shí)質(zhì)就是保留局部正確折疊的中間體。2．用于研究折疊中間體的一些方法快速動(dòng)力學(xué)方法如停留法、溫度躍遷法，并結(jié)合幾種光譜性質(zhì)如熒光、圓二色性等分析折疊過程中的一些中間體。脈沖標(biāo)記NMR3．蛋白質(zhì)折疊經(jīng)過熔球態(tài)的中間體階段天然態(tài)N，伸展態(tài)UU←NU1U2N4．體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊有異構(gòu)酶和伴侶蛋白質(zhì)參加第72頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（五）

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)1．二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)（1）α螺旋預(yù)測(cè)相鄰的6個(gè)殘基中若有至少4個(gè)殘基傾向與形成螺旋,則被認(rèn)為是螺旋核。（2）

折疊片預(yù)測(cè)相鄰的5個(gè)殘基中若有3個(gè)殘基傾向于形成折疊片,則被認(rèn)為是折疊核。（3）β轉(zhuǎn)角預(yù)測(cè)2．

三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)第73頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天十、亞基締合和四級(jí)結(jié)構(gòu)（一）

有關(guān)四級(jí)結(jié)構(gòu)的一些概念自然界中很多蛋白質(zhì)是以獨(dú)立折疊的球狀蛋白質(zhì)的聚集體形式存在。這些球狀蛋白質(zhì)通過非共價(jià)鍵彼此締合在一起,締合形成聚集體的方式構(gòu)成蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu).四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)中每個(gè)球狀蛋白質(zhì)稱為亞基,亞基一般是一條多肽鏈。亞基有時(shí)也稱單體。（二）

四級(jí)締合的驅(qū)動(dòng)力亞基的二聚作用伴隨著有利的相互作用包括范德華力\氫鍵\離子鍵和疏水作用。蛋白質(zhì)對(duì)亞基締合的穩(wěn)定性的另一個(gè)重要因素是亞基之間二硫橋的形成。第74頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）

亞基相互作用的方式蛋白質(zhì)亞基之間緊密接觸的界面存在極性相互作用和疏水相互作用.因此相互作用的表面具有極性基團(tuán)和疏水基團(tuán)的互補(bǔ)排列。亞基締合的驅(qū)動(dòng)力主要是疏水相互作用。亞基締合的專一性由相互作用的表面上的極性基團(tuán)之間的氫鍵和離子鍵提供。亞基締合可分為相同亞基之間的締合和不相同亞基之間的締合。相同亞基的特點(diǎn)

第75頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（四）

四級(jí)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性大多數(shù)寡聚蛋白質(zhì)分子亞基的排列是對(duì)稱的。對(duì)稱性是四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)最重要的性質(zhì)之一。旋轉(zhuǎn)軸是對(duì)稱寡聚蛋白質(zhì)中的唯一可能存在的對(duì)稱元素。（五）

四級(jí)締合在結(jié)構(gòu)和功能上的優(yōu)越性1．增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性亞基締合的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是蛋白質(zhì)的表面積與體積之比降低。降低表面積與體積的比值總的結(jié)果是增強(qiáng)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。亞基締合還可以屏蔽亞基表面上的疏水殘基以避開溶劑水。第76頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．提高遺傳經(jīng)濟(jì)性和效率編碼一個(gè)將裝配成同多聚蛋白質(zhì)的單體所需的DNA比編碼一條相對(duì)分子質(zhì)量相同的大多肽鏈要少。決定寡聚體裝配和亞基—亞基相互作用的所有信息也包含于編碼該單體所需的遺傳物質(zhì)中。3．使催化基團(tuán)匯集在一起許多酶至少它們的某些催化能力來自單體亞基的寡聚締合，寡聚體的形成可使來自不同單體亞基的催化基團(tuán)匯集在一起以形成完整的催化部位。4．具有協(xié)同性和別構(gòu)效應(yīng)大多數(shù)寡聚蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)它們的生物活性（如酶的催化活性）都是借助于亞基相互作用。第77頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天多亞基蛋白質(zhì)一般具有多個(gè)結(jié)合部位，結(jié)合在蛋白質(zhì)分子的特定部位上的配體對(duì)該分子的其他部位所產(chǎn)生的影響（如改變親和力或催化能力）稱為別構(gòu)效應(yīng)。具有別構(gòu)效應(yīng)的蛋白質(zhì)稱為別構(gòu)蛋白質(zhì)，如別構(gòu)酶。蛋白質(zhì)分子含有不止一個(gè)配體結(jié)合部位，除活性部位外還有別的配體（如效應(yīng)物或調(diào)節(jié)物）的結(jié)合部位，稱別構(gòu)部位或調(diào)節(jié)部位。別構(gòu)效應(yīng)具有協(xié)同性：同促效應(yīng)與異促效應(yīng)如果效應(yīng)物是降低為使活性部位達(dá)到飽和所需的配體（如底物）濃度的，則稱它為正效應(yīng)物或激活劑。如果效應(yīng)物是升高為使活性部位達(dá)到飽和所需的配體（如底物）濃度的，則稱它為負(fù)效應(yīng)物或抑制劑。別構(gòu)蛋白質(zhì)不管是否存在別構(gòu)部位，活性部位之間的同促效應(yīng)總是有的，同促效應(yīng)是別構(gòu)效應(yīng)的基本，異促效應(yīng)可看成是對(duì)同促效應(yīng)的進(jìn)一步調(diào)節(jié)。第78頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三章

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

一、肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（一）

肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)肌紅蛋白是由一條多肽鏈和一個(gè)輔基血紅素構(gòu)成，相對(duì)分子量為16700，含153個(gè)氨基酸殘基。除去血紅素的脫輔基肌紅蛋白稱珠蛋白，它和血紅蛋白的亞基（α—珠蛋白鏈和β—珠蛋白鏈）在氨基酸序列上具有明顯的同源性，它們的構(gòu)象和功能也極其相似。肌紅蛋白分子呈扁平的棱形，分子大小約為4.5nm×3.5nm×2.5nm。分子中多肽鏈由長(zhǎng)短不等的8段直的α螺旋組成，最長(zhǎng)的螺旋含23個(gè)殘基，最短的7個(gè)殘基，分子中幾乎80%的氨基酸殘基都處于α螺旋區(qū)內(nèi)。8個(gè)螺旋段大體上組裝成兩層，構(gòu)成肌紅蛋白的單結(jié)構(gòu)域。拐彎處α螺旋受到破壞，拐彎是由1—8殘基組成的無規(guī)卷曲，在C—末端也有一段5殘基的松散肽鏈。肌紅蛋白中4個(gè)脯氨酸殘基各自處在一個(gè)拐彎處；處在拐彎處的殘基還有Ser、Thr、Asn和Ile，它們?nèi)绻陔逆溕线B續(xù)緊挨排列，則由于其側(cè)鏈的形狀或體積不利于形成α—螺旋。第79頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天第80頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）輔基血紅素

肌紅蛋白—血紅蛋白家族以二價(jià)鐵Fe（Ⅱ）作為氧結(jié)合部位節(jié)肢動(dòng)物的血藍(lán)蛋白中結(jié)合氧是一價(jià)銅。第81頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）O2與肌紅蛋白的結(jié)合

作為輔基的血紅素非共價(jià)鍵地結(jié)合于肌紅蛋白分子的疏水空穴中，卟啉環(huán)上的兩個(gè)丙酸基伸向空穴外側(cè)。第82頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（四）O2的結(jié)合改變肌紅蛋白的構(gòu)象

第83頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天（五）肌紅蛋白結(jié)合氧的定量分析（氧結(jié)合曲線）

第84頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天第85頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天第86頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天第87頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能

（一）血紅蛋白的結(jié)構(gòu)1．血紅蛋白的亞基組成脊椎動(dòng)物的血紅蛋白由4個(gè)多肽亞基組成，兩個(gè)是一種亞基，兩個(gè)是另一種亞基。每個(gè)亞基都有一個(gè)血紅素和一個(gè)氧結(jié)合部位。

第88頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天人體內(nèi)有正常功能的血紅蛋白

發(fā)育階段

名稱α鏈或α樣鏈β鏈或β樣鏈亞基組成胚胎ζεζ2ε2

胎兒HbFαγα2γ2

出生到死亡HbAαβα2β2

出生到死亡HbA2

αδα2δ2

第89頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.血紅蛋白的三維結(jié)構(gòu)

（一）氧結(jié)合引起的血紅蛋白構(gòu)象變化1．氧合作用顯著改變Hb的四級(jí)結(jié)構(gòu)2．血紅素鐵的微小移動(dòng)導(dǎo)致血紅蛋白構(gòu)象的轉(zhuǎn)換3．氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白代表不同的構(gòu)象態(tài)（二）血紅蛋白的協(xié)同性氧結(jié)合（Hb氧結(jié)合曲線）（三）H+、CO2和DPG對(duì)血紅蛋白結(jié)合氧的影響1．H+和CO2促進(jìn)O2的釋放（Bohr效應(yīng)）2．DPG降低Hb對(duì)O2的親和力第90頁(yè),共141頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、血紅蛋白分子病

（一）分子病是遺傳的與有缺陷的血紅蛋白有關(guān)的疾病分為兩類：1．血紅蛋白病，是由于α或β鏈發(fā)生了變化，例如鐮刀狀細(xì)胞貧血病等。2．地中海貧血，是由于缺少了α或β鏈，例如α-和β-地中海貧血病。（二）鐮刀狀細(xì)胞貧血病1．鐮刀狀細(xì)胞貧血病是血紅蛋白分子突變引起的鐮刀狀細(xì)胞貧血病是由于遺傳基因突變導(dǎo)致