新陳代謝 蛋白質(zhì)2學習課件

一、肽的概念、分類和命名

1.肽鍵（peptidebond）：一個氨基酸的α-羧基與另一氨基酸的α-氨基脫水縮合而成的鍵第五節(jié)肽的結(jié)構(gòu)與功能

peptide（一）概念2.肽（peptide）：氨基酸通過肽鍵相連而形成的聚合物（也常稱作肽鏈－peptidechain）構(gòu)成肽的氨基酸由于參加肽鍵的形成已非原來完整的分子，故稱氨基酸殘基（residue）。（二）肽的分類

1.寡肽（oligopeptide）：由2－10個氨基酸殘基縮合成的肽

2.多肽(polypeptide):由12－50個氨基酸殘基縮合成的肽，典型的多肽Mr<1043.蛋白質(zhì)(protein):由50個以上的氨基酸殘基縮合成的肽,可由一條或幾條多肽鏈組成生物大分子,Mr

>104(一般以胰島素的Mr5733為下限)除少數(shù)環(huán)狀肽鏈外，在多肽鏈的一端含有一個游離的

-氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個游離的

-羧基，稱為羧基端或C-端。

（三）肽的書寫法

在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列,這種排列順序稱為肽鏈的氨基酸序列。按照慣例，肽鏈序列是從N-端的氨基酸殘基開始，以C-端氨基酸殘基為終點的排列順序。即左邊為N端，右邊為C端。NH2

-甘-丙-谷……組-甲硫-COOH

C-末端

N-末端

123n-1n或H-Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu-OH或SGYAL（四）肽的命名命名為絲氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸1、寡肽的命名2、多肽和蛋白質(zhì)的命名一般是根據(jù)其來源或/和功能進行命名。舉例：胰高血糖素，血紅蛋白二、肽鍵的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1.肽鍵

2.肽鍵的性質(zhì)(4點)（1）肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)(40%)，不能自由旋轉(zhuǎn)。

（2）與肽鍵相關(guān)的6個原子處于同一平面。

（3）在大多數(shù)情況下，以反式結(jié)構(gòu)存在。圖X-Pro

之間的反式肽鍵和順式肽鍵

（4）肽鍵中氮原子上的孤對電子與羰基具有明顯的共軛作用，是一個共軛雜化體。N帶部分正電荷，O帶部分負電荷。酰胺平面對肽鏈結(jié)構(gòu)的限制酰胺平面的存在，使得肽鏈中的任何一個氨基酸殘基只有2個角度可以旋轉(zhuǎn)。由C

-N單鍵旋轉(zhuǎn)的角度被稱為

(phi)，C

-C單鍵旋轉(zhuǎn)的角度被稱為

(psi)。當一條肽鏈上所有氨基酸殘基的

和

確定以后，該肽鏈主鏈骨架的基本走向也就確定了。三、寡肽的理化性質(zhì)離子晶體，熔點高兩性解離－－解離基團：α-氨基、α-羧基、R-基可解離基團雙縮脲反應(yīng)（biuretreaction）－－是肽和蛋白質(zhì)所特有的一個反應(yīng)（生成紫紅色或藍紫色復合物，可用分光光度法定量測定蛋白質(zhì)或多肽）在生物體中，多肽最重要的存在形式是作為蛋白質(zhì)的亞單位。但是，也有許多分子量比較小的多肽以游離狀態(tài)存在。這類多肽通常都具有特殊的生理功能，在很低濃度下發(fā)揮效力，常稱為活性肽。如：腦啡肽；激素類多肽；抗生素類多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。商業(yè)合成的二肽：L-天冬氨酰-L-苯丙氨酸甲酯，是1種人造甜味劑。四、幾種天然存在的活性肽1、谷胱甘肽(

glutathione,GSH)

GSH容易氧化，二分子GSH脫氫以二硫鍵相連成氧化型的谷胱甘肽（GSSG）谷胱甘肽是某些酶的輔酶，在體內(nèi)氧化還原過程中起重要作用

γ-肽鍵

GSH與GSSG間的轉(zhuǎn)換H2O22H2OGSHGSH過氧化物酶還原酶2GSHGSSGNADP+NADPH+H+2、催產(chǎn)素和升壓素

催產(chǎn)素:使子宮和乳腺平滑肌收縮促進遺忘升壓素

:促進血管平滑肌收縮，升高血壓、抗利尿激素環(huán)狀部分參與學習記憶的鞏固直鏈部分參與記憶的恢復過程3、促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）－39肽

大腦分泌的ACTH參與意識行為的調(diào)控；腺垂體分泌的ACTH主要作用于腎上腺皮質(zhì)－－刺激腎上腺皮質(zhì)的生長和腎上腺皮質(zhì)激素的合成、分泌

4、腦肽－5肽有鎮(zhèn)痛作用而又不會像嗎啡那樣使病人上癮的藥物從豬腦中分離出一種31肽的具有較強的嗎啡樣活性與鎮(zhèn)痛作用的β-內(nèi)啡肽。

人類的β-內(nèi)啡肽第23，27位分別為Va1、His,而31位是Gln。β-內(nèi)啡肽降解產(chǎn)物：第1～17位的片段稱為γ-內(nèi)啡肽，無鴉片樣活性也無鎮(zhèn)痛作用，但顯示出行為效應(yīng)，具有抗精神分裂癥的療效。

5、膽囊收縮素——一種由33個氨基酸組成的肽

6、胰高血糖素——29肽

調(diào)控肝糖原降解產(chǎn)生葡萄糖，以維持血糖濃度；引起血管舒張，抑制腸蠕動及分泌7.α-鵝膏蕈堿－－環(huán)狀8肽抑制真核細胞RNA聚合酶Ⅱ和Ⅲ的活性

L-Leu－D-Phe－L-Pro－L-Val

L-Orn

L-Orn

L-Val－L-Pro－D-Phe－L-Leu

短桿菌肽S(環(huán)十肽)(毒性較大，LD50為17mg/kg(大鼠腹腔注射)，現(xiàn)已很少使用)8.抗生素類多肽：短桿菌肽S

由細菌分泌的多肽，含有D-氨基酸和一些不常見氨基酸，如鳥氨酸(Ornithine,縮寫為Orn)。生長激素釋放抑制激素10肽內(nèi)皮素21肽心鈉素28肽促腎上腺皮質(zhì)釋放激素41肽生長激素釋放激素44肽甲狀旁腺素84肽神經(jīng)肽——P物質(zhì)和腦啡肽抗生素肽——短桿菌肽A，博萊霉素9.其它活性肽活性肽在核糖體上合成，由特定基因編碼不在核糖體上合成，無特定基因10.基因工程產(chǎn)品神經(jīng)生長因子118個氨基酸γ-干擾素127～134個氨基酸α-干擾素165～166個氨基酸白細胞介素Ⅱ133個氨基酸促紅細胞生成素157個氨基酸

五、蛋白質(zhì)的分子大小相對分子質(zhì)量(relativemolecularmass,

Mr)很大,變化范圍在6000～1000000

或更大一些。蛋白質(zhì)有單體蛋白質(zhì)和寡聚/多聚蛋白質(zhì)之分。第六節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)關(guān)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的組織層次一級結(jié)構(gòu)(primarystructure):也稱蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu),指多肽鏈的氨基酸序列,也包括多肽鏈中連接氨基酸殘基的共價鍵(主要是肽鍵和二硫鍵)。二級結(jié)構(gòu)（secondarystructure）:多肽鏈主鏈借助氫鍵折疊和盤繞成的有規(guī)則的構(gòu)象。（－－只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵，與側(cè)鏈R的構(gòu)象無關(guān)）三級結(jié)構(gòu)（tertiarystructure）：在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，多肽鏈借助各種非共價鍵彎曲、折疊成的特定空間構(gòu)象。（－－包括多肽鏈中所有原子的空間排布）四級結(jié)構(gòu)（quaternarystructure）:由數(shù)條具有獨立的三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過非共價鍵締合而成的聚合體結(jié)構(gòu)。超二級結(jié)構(gòu)（或稱基序、模體，supersecondarystructure,motif）：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中，若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)元件（主要是α-螺旋和β-折疊片）彼此相互作用，形成種類不多的、有規(guī)則的、在空間上可辨認的二級結(jié)構(gòu)組合體，在多種蛋白質(zhì)中充當三級結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。結(jié)構(gòu)域（domain）:多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成三級結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)，它是相對獨立的緊密球狀體，是球狀蛋白質(zhì)的折疊單位。蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)包括其二、三、四級結(jié)構(gòu)。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。(一個蛋白質(zhì)分子為獲得復雜結(jié)構(gòu)所需的全部信息都包含于一級結(jié)構(gòu)即多肽鏈的氨基酸序列中----內(nèi)因)一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)是對多肽鏈中連接氨基酸殘基的所有共價鍵（－－主要是肽鍵和二硫鍵）的描述。一級結(jié)構(gòu)中最重要的要素是氨基酸的序列。關(guān)于肽鏈中的二硫鍵（一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)舉例1.胰島素

1953年

Sanger(英)報道了胰島素的一級結(jié)構(gòu)，這是第一個被確定一級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。（1）作用：動物胰臟β-細胞分泌的一種分子量較小的蛋白質(zhì)激素，有降低血糖含量的作用。(2)結(jié)構(gòu)：

51個氨基酸分子量：5700-6000

兩條鏈：

A鏈－21肽，

B鏈－30肽。

3對二硫鍵用了大約10年時間和近100g蛋白質(zhì)。2.核糖核酸酶20世紀50年代末，美國StanfordMoore等人完成了牛胰核糖核酸酶的全順序分析。（1）結(jié)構(gòu)：124個氨基酸,分子量12600,單一肽鏈,4對-S-S-鍵。（2）作用：水解核糖核酸磷酸二酯鍵。3.人血紅蛋白α-和β-鏈的氨基酸順序

α-鏈141氨基酸

β-鏈146氨基酸肌紅蛋白鏈153氨基酸

α-和β-鏈相同的氨基酸：63個

α-、β-和肌紅蛋白三者相同的有19個測定蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的意義：

有助于理解蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和功能；可在分子水平上研究生物進化。（二）測定蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)(測序)的策略（1）測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目（2）拆分蛋白質(zhì)分子的多肽鏈（3）斷開多肽鏈內(nèi)的二硫鍵（4）分析每一多肽鏈的氨基酸組成√（5）鑒定多肽鏈的N-末端和C-末端殘基√（6）裂解多肽鏈成較小的肽段（用2種或幾種不同的斷裂方法）√（7）測定各肽段的氨基酸序列√（8）利用重疊肽段推斷(重建)完整多肽鏈的氨基酸序列√（9）確定二硫鍵的位置簡言之，蛋白質(zhì)必須首先裂解成可測定的足夠小的單個片段，然后通過各片段的重疊序列構(gòu)建出起始蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。1、N-和C-末端氨基酸殘基分析

N-末端分析已學：二硝基氟苯法，丹磺酰氯法，最常用的為異硫氰酸苯酯法

（三）蛋白質(zhì)測序的常用方法圖N-末端分析－－2,4-二硝基氟苯法黃色圖N-末端分析－－Edman降解法C-末端分析（1）肼解法NH2NH2100℃

＋肼化物能與苯甲醛縮合成水不溶性的沉淀,而利于C-端氨基酸分離（2）還原法

多肽鏈C-末端的氨基酸，可用硼氫化鋰還原成相應(yīng)的α-氨基醇。肽鏈完全水解后，分析C-末端的α-氨基醇。（3）羧肽酶法－－最有效、最常用氨基酸的釋放量(mol)反應(yīng)時間羧肽酶法鑒定肽鏈C-末端殘基及C-末端序列常用的四種羧肽酶羧肽酶A、B、C及Y

－－分別來自牛胰、豬胰、柑橘葉、面包酵母羧肽酶A：當C-末端為Pro、Arg

和Lys

時，或

倒數(shù)第二個是Pro時，該酶均不能作用。羧肽酶B：只水解以Arg

和Lys為C-末端殘基的肽鍵，但要求倒數(shù)第二個不是Pro。羧肽酶A、B混合物：當?shù)箶?shù)第二個不是Pro時,

能水解釋放除Pro以外的任一C-末端殘基。羧肽酶Y：可作用于任何一個C-末端殘基的肽鍵

——設(shè)計自動化序列儀-AA-AA-Lys-AA-AA-Arg-AA-AA-Pro-AA-AA-pro-AA羧肽酶A不能作用-AA-AA-Lys-AA-AA-Arg羧肽酶B能作用羧肽酶A、B均不能作用（1）過甲酸氧化法半胱氨磺酸衍生物2、二硫鍵的斷裂----主要有2種方法

（2）巰基化合物還原法巰基乙醇或二硫蘇糖醇8mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍＋可以用碘乙酸等烷基化試劑保護生成的半胱氨酸的-SH，以防其重新被氧化+HI+S-羧甲基衍生物→3、氨基酸組成的分析主要采用酸水解方法，同時輔以堿水解以測定Trp。圖氨基酸自動分析儀記錄的氨基酸混合物分析結(jié)果4、多肽鏈的部分裂解和肽段混合物的分離純化

裂解時要求斷裂點少、專一性強、反應(yīng)產(chǎn)率高。

（1）酶裂解法舉例：幾種蛋白水解酶（內(nèi)肽酶）的專一性

胰蛋白酶（trypsin）:只斷裂Lys或Arg殘基的羧基參與形成的肽鍵。（但若Lys、Arg的羧基與Pro相連，該酶不能作用。）

胰凝乳蛋白酶(糜蛋白酶,chymotrypsin):斷裂Phe、Trp和Tyr等疏水氨基酸殘基的羧基端肽鍵。（但若與它們的羧基相連的是Pro，該酶不能水解。）

胃蛋白酶（pepsin）:斷裂點兩側(cè)的殘基都是疏水性氨基酸（如Phe-Phe）葡萄球菌蛋白酶（Glu蛋白酶）:在磷酸緩沖液（pH7.8）中時，能從Glu和Asp殘基的羧基端斷裂肽鍵。在碳酸氫銨緩沖液（pH7.8）或醋酸銨緩沖液（pH4.0）時，只斷裂Glu殘基羧基端的肽鍵。（最有效和應(yīng)用最廣的蛋白酶之一）梭菌蛋白酶（Arg蛋白酶）：專門裂解Arg羧基端肽鍵（2）化學裂解法

◆溴化氰斷裂溴化氰只斷裂由Met殘基的羧基端形成的肽鍵

(水解的結(jié)果產(chǎn)生1個C末端為高絲氨酸內(nèi)酯的肽和1個帶有新的N末端殘基的肽)◆羥胺斷裂

NH2-OH在pH9下能專一性地斷裂Asn-Gly之間的肽鍵。但專一性不強，Asn-Leu及Asn-Ala鍵也能部分斷裂。（3）肽段的分離純化常用：凝膠過濾、凝膠電泳、高效液相色譜等方法5、肽段氨基酸序列的測定3種測定肽段序列的方法●

Edman降解法（傳統(tǒng)方法）●

C端降解法（經(jīng)硫氰酸銨和醋酸酐處理）●質(zhì)譜法6、肽段在多肽鏈中次序的決定重疊肽段拼湊法重建多肽鏈序列7、二硫橋位置的確定——對角線電泳一般采用胃蛋白酶處理原來的含二硫鍵的多肽鏈，利用雙向電泳（對角線電泳）技術(shù)，分別對用過甲酸處理前、后的肽段進行電泳，分離出各個肽段，將每個肽段進行組成及順序分析，然后同其它方法分析的肽段進行比較，確定二硫鍵的位置。對角線電泳圖譜（注：兩個方向的電泳條件完全相同）胃蛋白酶水解含二硫鍵的蛋白質(zhì)混和肽段點到濾紙中央第一向電泳濾紙暴露于過甲酸蒸氣中，使二硫鍵斷裂第二向電泳第二向電泳第一向電泳小結(jié)：蛋白質(zhì)序列分析中的重要方法和技術(shù)測定N-末端殘基的苯異硫氰酸酯（PITC）法；分析C-末端殘基的羧肽酶法；用于多肽鏈局部斷裂的酶裂解和CNBr

化學裂解；斷裂二硫橋的疏基乙醇/二硫蘇糖醇處理；測定肽段氨基酸序列的Edman化學降解和電噴射串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)；重建多肽鏈一級序列的重疊肽拼湊法用于二硫橋定位的對角線電泳等。

蛋白質(zhì)順序測定基本戰(zhàn)略將肽段順序進行疊聯(lián)以確定完整的順序?qū)㈦亩畏蛛x并測出順序?qū)Ｒ恍粤呀饽┒税被釡y定二硫鍵拆開純蛋白質(zhì)（四）根據(jù)基因堿基序列推定多肽的氨基酸序列

原理：根據(jù)已得到的某種蛋白質(zhì)基因的核苷酸序列，推導出其決定的氨基酸序列。

(術(shù)語：推定/推測蛋白質(zhì)putativeprotein)優(yōu)點：快速、無需純化蛋白質(zhì)、基因易分離測序缺點：無法確定經(jīng)后加工的蛋白質(zhì)的最終序列、被修飾的氨基酸和二硫鍵的位置美國Rockefeller大學BruceMerrifield于1963年創(chuàng)立多肽固相合成法。----1984年諾貝爾化學獎得主（五）肽與蛋白質(zhì)的化學合成：固相肽的合成關(guān)于構(gòu)型與構(gòu)象構(gòu)型（configuration)：指在具有相同結(jié)構(gòu)式的立體異構(gòu)體中取代基團在空間的相對取向，不同構(gòu)型的互變涉及共價鍵的斷裂和形成。如氨基酸的L-型和D-型之間的互變。構(gòu)象（conformation)：指具有相同結(jié)構(gòu)式和相同構(gòu)型的分子中各個原子和基團在空間里可能的多種形態(tài)（即它們間的相對位置），構(gòu)象形態(tài)間的互變不涉及共價鍵的變換。二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)正常情況下，蛋白質(zhì)并非以完全伸展的多肽鏈存在，而是以緊密折疊的結(jié)構(gòu)存在。

一個特定蛋白質(zhì)行使其功能的能力通常是由它的三維結(jié)構(gòu)或構(gòu)象決定的。

蛋白質(zhì)的天然折疊結(jié)構(gòu)決定于3個因素：

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－－最重要的因素

一級結(jié)構(gòu)便于序列上相鄰部分之間短程相互作用的形成，也便于相隔部分之間長程相互作用的出現(xiàn)研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法

觀察晶體結(jié)構(gòu)——

X射線衍射法

研究溶液中蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法——

核磁共振（NMR）圓二色性熒光偏振拉曼光譜掃描隧道顯微技術(shù)肽單位平面結(jié)構(gòu)－肽單元(peptideunit)

參與構(gòu)成肽鍵的6個原子（C1、C、O、N、H、C2）被約束在同一個平面上，C1和C2處于平面對角，這樣的平面單位稱為肽平面。

一般地，肽平面幾乎總是取反式構(gòu)象，即連續(xù)的Cα原子分布在連接它們的肽鏈對側(cè)。但在與Pro殘基相連的肽鍵中,由于立體位阻的干擾減小,蛋白質(zhì)中約10％的Pro殘基取順式肽鍵。

肽鏈的骨架可看成一長串通過單鍵連接α-碳原子和肽平面交替的長鏈－－即每一個α碳原子兩側(cè)各連一個肽平面

由G.N.Ramachandran發(fā)明的Ramachandran圖（拉氏圖），通過Ψ對Φ作圖，可以獲得Φ和Ψ的允許值，指出多肽鏈的允許構(gòu)象。（一）蛋白質(zhì)的二級(Secondary)結(jié)構(gòu)定義：是指肽鏈的主鏈在空間的排列，或規(guī)則的幾何走向、旋轉(zhuǎn)及折疊。它只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵。類型：主要有螺旋、折疊、轉(zhuǎn)角、凸起、無規(guī)卷曲等。維系二級結(jié)構(gòu)的化學鍵：氫鍵（次級鍵）

1.

螺旋（

-helix）－－LinusPauling

和RobertCorey

于1951年提出此模型區(qū)分左右手螺旋(1)結(jié)構(gòu)要點：①肽鏈骨架圍繞一個軸螺旋延伸；②自發(fā)形成螺旋，骨架上n位氨基酸殘基的C=O與n+4位殘基上的－NH之間形成氫鍵。由氫鍵封閉的環(huán)是13元環(huán)：

③每隔3.6個殘基螺旋上升一圈，螺距0.54nm;Ns=3.613

④α螺旋主要是右手螺旋；

⑤氨基酸殘基的R基團伸向螺旋外側(cè)，不參與螺旋的形成。但其大小、形狀和帶電狀態(tài)能影響螺旋的形成與穩(wěn)定。α-螺旋的橫截面（綠色圓圈表示R基團）(2)形成因素：與AA組成和排列順序直接相關(guān)。(3)多態(tài)性：多數(shù)為右手螺旋(較穩(wěn)定)，亦有少數(shù)左手螺旋存在(不穩(wěn)定)；存在尺寸不同的螺旋，如3.010、2.27、4.416。

(4)影響α螺旋穩(wěn)定的因素:

②R基團較大(如Phe、Trp)，特別是β-碳原子上具有分支（如Ile、Leu、Val、Thr

）不利于形成

-螺旋。

③連續(xù)存在帶相同電荷基團的殘基時，同性電荷相斥，如Glu和Asp、Lys和Arg。

①

Pro由于

-亞氨基上的H參與肽鍵形成后,再無H參與鏈內(nèi)氫鍵形成而使螺旋中斷;

Gly由于無側(cè)鏈的約束,也不利于

-螺旋形成。(5)分布：

存在于α-角蛋白（纖維狀蛋白質(zhì)）中，球狀蛋白質(zhì)中也普遍存在。

-螺旋2.

折疊（

-pleatedsheet）或折疊結(jié)構(gòu)或片或

構(gòu)象

Pauling等人1951年首先提出(1)特征A.

折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列，通過鏈間的氫鍵交聯(lián)而形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象。B.-碳原子總是處于折疊的角上，氨基酸的R基團交替分布在片層的兩側(cè)。C

-C

鍵（即側(cè)鏈）幾乎垂直于折疊片平面。C.

折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的；也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。幾乎所有肽鍵都參與鏈間氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長軸接近垂直。(2)類型①平行式:所有肽鏈的N-末端都在同一側(cè)。

（重復距離為0.65nm,每個氨基酸殘基上升0.325nm）②反平行式:相鄰兩條肽鏈的方向相反.(穩(wěn)定)

（重復距離為0.7nm,每個氨基酸殘基上升0.347nm）??蛋白質(zhì)中的折疊片含2股到12股肽鏈以上,平均含6股.每股含殘基數(shù)可多達15個,平均為6個.平行式反平行式(3)分布大量存在于絲心蛋白和

-角蛋白中。－－折疊無彈性，不易被拉長；－－螺旋拉長變成

-折疊。羊毛具有彈性是由于羊毛纖維是由三股右手

-螺旋一起繞同一軸左旋成大螺旋（超螺旋），經(jīng)拉長后使

螺旋變成

折疊。??在

折疊中出現(xiàn)頻率較高的氨基酸殘基有Val、Ile、Phe、Tyr、Trp和Thr。同一條肽鏈的不同肽段不同的肽鏈不同的蛋白質(zhì)構(gòu)成β折疊的β股來源Raf蛋白和Rap蛋白通過β折疊形成二聚體3.轉(zhuǎn)角(

-turn)—也稱β彎曲(

-bend)或發(fā)卡結(jié)構(gòu)(hairpinstructure)

蛋白質(zhì)分子的多肽鏈上常出現(xiàn)180°的回折，這種陡然改變方向的肽段即β轉(zhuǎn)角，它是一種非重復性結(jié)構(gòu)。β轉(zhuǎn)角通常位于球狀蛋白質(zhì)分子的表面，因此含有極性的和帶電荷的氨基酸殘基。（因為在這里改變多肽鏈方向的阻力較?。┮寻l(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)的抗體識別、磷酸化、糖基化和羥基化位點經(jīng)常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)角和緊靠轉(zhuǎn)角處。(1)特征：

?

肽鏈骨架以180o回折，改變了肽鏈的方向；?在轉(zhuǎn)角部分涉及四個氨基酸殘基:n位氨基酸殘基的-C=O與n+3位氨基酸殘基的-NH-之間形成氫鍵；

?

Gly

和Pro

往往出現(xiàn)在β轉(zhuǎn)角部位;（－－Gly殘基側(cè)鏈為H原子，能很好地調(diào)整其他殘基的空間位阻，適于充當多肽鏈大幅度轉(zhuǎn)向的成員；Pro殘基的環(huán)狀側(cè)鏈的固定取向有利于轉(zhuǎn)角的形成）?

β轉(zhuǎn)角有利于反平行β折疊的形成。(2)3種類型：以Ⅰ型轉(zhuǎn)角更為常見Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型有重復的二面角，Φ和Ψ分別等于-60°和-30°，與310螺旋相同。4.β凸起(

-bulge)

由于β折疊股中額外插入一個氨基酸殘基，使原來連續(xù)的氫鍵結(jié)構(gòu)被打破，從而使肽鏈產(chǎn)生一種彎曲凸起的結(jié)構(gòu)即β凸起。特征：

?

β凸起主要出現(xiàn)在反平行β折疊中；?β凸起能改變多肽鏈的走向，但沒有β轉(zhuǎn)角那樣明顯。5.無規(guī)卷曲(randomcoil)—又稱自由回轉(zhuǎn)或自由繞曲?

泛指那些不能被歸入明確的二級結(jié)構(gòu)如折疊片或螺旋的松散多肽區(qū)段。它們是一種有序的非重復性結(jié)構(gòu)。

?經(jīng)常構(gòu)成蛋白質(zhì)的功能部位，如酶的活性中心----在某種程度上和上述的規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)相仿，對蛋白質(zhì)多變的結(jié)構(gòu)和紛繁的功能有所貢獻。將相鄰二級結(jié)構(gòu)連結(jié)在一起的環(huán)結(jié)構(gòu)（黃色）（環(huán)一般位于球狀蛋白質(zhì)的表面，人們越來越傾向于將環(huán)視為一種獨立的二級結(jié)構(gòu)形式）細胞色素C的三級結(jié)構(gòu)無規(guī)則卷曲小結(jié)－－常見蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和功能比較

1）穩(wěn)定性：右手α螺旋>β折疊>β轉(zhuǎn)角>無規(guī)卷曲

2）功能：蛋白質(zhì)的功能部位與酶的活性中心通常由無規(guī)卷曲充當，α右手螺旋和β折疊一般只起支持作用。

特別提示：蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是以一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。氨基酸殘基的側(cè)鏈影響二級結(jié)構(gòu)的形成，一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成

-螺旋或β-折疊，它就會出現(xiàn)相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)。

（二）蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域超二級結(jié)構(gòu)此概念是由RossmanM.G.

于1973年首次提出

在蛋白質(zhì)分子中特別是球狀蛋白質(zhì)分子中，經(jīng)?？梢钥吹接扇舾上噜彽亩壗Y(jié)構(gòu)元件（主要是α螺旋和β折疊片）組合在一起，彼此相互作用，形成種類不多的、有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)組合或二級結(jié)構(gòu)串，在多種蛋白質(zhì)中充當三級結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，稱為超二級結(jié)構(gòu)(super-secondarystructure)或模體、基序（motif）、折疊花式、折疊單位。常見超二級結(jié)構(gòu)類型

發(fā)卡α螺旋－環(huán)－α螺旋EF手相結(jié)構(gòu)α螺旋-環(huán)-α螺旋也被稱為EF手相α螺旋-環(huán)-α螺旋也被稱為EF手相超二級結(jié)構(gòu)的主要類型（1）αα是一種α螺旋束，如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（coiledcoil）或稱超螺旋；是α-角蛋白（纖維蛋白原）、肌球蛋白、原肌球蛋白的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件

（2）βαβ

最簡單的βαβ組合又稱βαβ單元最常見的βαβ組合是3段β股和兩段α螺旋又稱Rossman折疊（βαβαβ）（3）ββ——實際上，為反平行式β折疊片最簡單的ββ超二級結(jié)構(gòu)是β發(fā)夾

β曲折希臘鑰匙拓撲結(jié)構(gòu)2.結(jié)構(gòu)域?結(jié)構(gòu)域（structuraldomain）或域（domain）是一個在蛋白質(zhì)分子內(nèi)的相對獨立的球狀結(jié)構(gòu)和/或功能模塊，它是由若干個結(jié)構(gòu)模體組成的相對獨立的球形結(jié)構(gòu)單位，通常是獨自折疊形成的，與蛋白質(zhì)的功能直接相關(guān)。?最常見的結(jié)構(gòu)域含有序列上連續(xù)的100~200個殘基，少至40個左右，多至400個以上。?是球狀蛋白質(zhì)獨立的折疊單位——對于較小的蛋白質(zhì)或亞基，結(jié)構(gòu)域和三級結(jié)構(gòu)是一個意思，即它們是單結(jié)構(gòu)域。?結(jié)構(gòu)域分類

①全α結(jié)構(gòu)②全β結(jié)構(gòu)③α,β結(jié)構(gòu)④富含金屬或二硫鍵的小蛋白結(jié)構(gòu)圖雙結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)肌鈣蛋白－－使蛋白質(zhì)看上去呈兩葉狀雙結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)3-磷酸甘油醛脫氫酶－－兩個結(jié)構(gòu)域不同結(jié)構(gòu)域的出現(xiàn)是蛋白質(zhì)進化史的一個重大事件其意義：從結(jié)構(gòu)角度看，為多肽鏈折疊成復雜的三級結(jié)構(gòu)提供更為合理的途徑；從功能角度看，許多多結(jié)構(gòu)域的酶，其活性中心都位于結(jié)構(gòu)域之間的一段柔性的連接肽鏈上（即“鉸鏈區(qū)”），易于結(jié)構(gòu)域發(fā)生相對運動，這將有利于活性中心結(jié)合底物和對底物施加應(yīng)力，也有利于變構(gòu)酶發(fā)揮變構(gòu)調(diào)節(jié)效應(yīng)。馬鞍形折疊片丙糖磷酸異構(gòu)酶（平行

/）由βαβ二級結(jié)構(gòu)組裝成的β-圓桶側(cè)面頂面丙酮酸激酶結(jié)構(gòu)域1由βαβ二級結(jié)構(gòu)組裝成的β-圓桶血紅蛋白β亞基(反平行

)圖由α-螺旋組裝成螺旋束結(jié)構(gòu)域木瓜蛋白酶結(jié)構(gòu)域1在球狀蛋白質(zhì)中,α-螺旋組裝成螺旋束（下圖）（三）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進一步盤繞、卷曲和折疊，形成主要通過氨基酸側(cè)鏈以次級鍵和二硫鍵維系的完整的三維結(jié)構(gòu)。－－即多肽鏈上所有原子在三維空間的分布。(P.30

各種表示三維結(jié)構(gòu)的模型)三級結(jié)構(gòu)通常由模體和結(jié)構(gòu)域組成。表示蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的六種模型肌紅蛋白（myoglobin,Mb）是哺乳動物肌細胞貯存和分配氧的蛋白質(zhì)除去血紅素的脫輔基肌紅蛋白稱珠蛋白（globin）肌紅蛋白分子呈扁平的梭形，大小約4.5nm×3.5nm×2.5nm。8個螺旋段大體上組裝成兩層血紅素（鐵卟啉）非共價地結(jié)合于肌紅蛋白分子的疏水空穴中卟啉環(huán)中心的鐵原子有6個配位鍵，第6配位被O2分子占據(jù)肌紅蛋白中的血紅素對CO的親和力比O2約大250倍－－

CO是一種很強的毒物(0.1%即窒息!)肌紅蛋白三級結(jié)構(gòu)肌紅蛋白是單結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)1、維系三級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的化學鍵

次級鍵——氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力、金屬配位鍵；共價鍵——二硫鍵2、球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的特征雖然纖維狀蛋白質(zhì)在各種生物體內(nèi)含量豐富也很重要，但它們的種類只占自然界中蛋白質(zhì)的很小一部分，球狀蛋白質(zhì)遠比它們多得多。?球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的特征（1）含多種二級結(jié)構(gòu)元件（2）具有明顯的折疊層次（3）是致密的球狀或橢球狀實體（4）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）分子的表面有一個空穴或裂溝－－常是結(jié)合底物、效應(yīng)物等配體并行使生物功能的活性部位（四）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

作為四級結(jié)構(gòu)組分的肽鏈稱為亞基(subunit)或單體。每個亞基都有自己的三級結(jié)構(gòu)。四級結(jié)構(gòu)的內(nèi)容包括亞基的種類、數(shù)目、空間排布及亞基間的相互作用。1、四級結(jié)構(gòu)的定義和內(nèi)容

四級結(jié)構(gòu)是指一些特定三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過非共價鍵而形成大分子體系時的組合方式。促甲狀腺素：1α-亞基＋1β-亞基血紅蛋白：2α-亞基＋2β-亞基亞基是肽鏈，但肽鏈不一定是亞基：通過二硫鍵連接的肽鏈不能視作亞基，如α-胰凝乳蛋白酶中的3條肽鏈、胰島素中的2條肽鏈，通過二硫鍵連接成分子。亞基特點：

①獨立存在的亞基無活性；

②亞基間呈特定的三維空間排布，依賴次級鍵維持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；③蛋白質(zhì)分子中亞基可相同(同源寡聚體)，也可不同(異源寡聚體)。兩個亞基的結(jié)構(gòu)

血紅蛋白四級結(jié)構(gòu)示意圖血紅蛋白分子近似球形，大小為4.5nm×3.5nm×2.5nm。α鏈和β鏈的三級結(jié)構(gòu)與肌紅蛋白鏈的三級結(jié)構(gòu)非常相似。α鏈141個氨基酸殘基位置中只有27位置的殘基對于人的這3種多肽鏈（α鏈、β鏈、肌紅蛋白鏈）是共有的。血紅蛋白內(nèi)部非極性殘基的位置變化相當大。但這種變化只是一種疏水殘基被置換成另一種疏水殘基（如Val→Ile）而已。因此，分子內(nèi)部的疏水特性總是被保留下來。2、穩(wěn)定四級結(jié)構(gòu)（驅(qū)動四級締合）的作用力

氫鍵、疏水鍵、范德華力、離子鍵。

（某些蛋白質(zhì)如免疫球蛋白G，亞基間有二硫鍵維系）3、四級結(jié)構(gòu)形成的意義（－－蛋白質(zhì)形成寡聚體的生物學意義）（1）通過減少蛋白質(zhì)表面積和體積的比率來提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性；（2）提高遺傳經(jīng)濟性和效率；（3）使催化基團匯集在一起，以形成完整的催化部位；（4）具有別構(gòu)效應(yīng)；（5）減少在翻譯時出錯的機會；（6）提高選擇性；（7）有利于包裝。（五）纖維狀蛋白質(zhì)1、α-角蛋白

α-角蛋白來源于動物的毛發(fā)、角、鳥喙和爪子。α螺旋左手超螺旋原纖絲初原纖維

2、絲心蛋白——β-角蛋白

β-角蛋白主要來源于蠶絲和蜘蛛絲中的絲心蛋白

3、膠原蛋白膠原蛋白或稱膠原(collagen),是動物體內(nèi)含量最豐富的蛋白質(zhì)，它也屬于結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，使骨、腱、軟骨和皮膚具有機械強度。膠原蛋白至少包括四種類型，稱膠原蛋白I、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。下面主要討論皮膚膠原蛋白（I型）。腱的膠原纖維具有很高的抗張強度(tensilestrength)，約為20-30kg／mm2，相當于12號冷拉鋼絲的拉力。骨骼中的膠原纖維為骨骼提供基質(zhì)，在其周圍排列著羥基磷灰石(hydroxyapatite)[磷酸鈣聚合物Ca10(PO4)6(OH)2]結(jié)晶。脊椎動物的皮膚含有編織比較疏松、向各個方向伸展的膠原纖維。血管亦含有膠原纖維。膠原蛋白的氨基酸組成與典型的球狀蛋白有很大的不同。如皮膚膠原蛋白有含量很高的Gly（33％）和Pro（13％），并含有不常見的氨基酸：羥脯氨酸和羥賴氨酸。催化氨基酸羥化反應(yīng)的羥化酶需要維生素C的存在。Vc缺乏，易發(fā)生牙齦出血、創(chuàng)傷不易愈合等病變?；締挝唬涸z原蛋白（可溶的）原膠原蛋白的分子量300000,由3條同樣長短的肽鏈組成纜狀的3股螺旋三股左手螺旋→右手超螺旋，長280nm，直徑1.5nm重復單位：Gly-x-y

每3.3個殘基螺旋一圈，每個殘基上升0.29nm，鏈間氫鍵并與螺旋軸垂直。（注：三股螺旋比α

螺旋伸展）

（每個Gly殘基的N-H與鄰鏈x殘基的C=O形成氫鍵；Hyp殘基的-OH也參與鏈間氫鍵的形成）膠原蛋白的結(jié)構(gòu)3條α鏈絞合形成原膠原(tropocollagen)

I型膠原:Gly-Pro-Y/Gly-X-Hyp體積最小的Gly位于螺旋的內(nèi)部，Pro和Hyp的側(cè)鏈位于3股螺旋的表面。

膠原蛋白富含Gly和Pro的性質(zhì)使得它難以形成α螺旋，但有規(guī)律重復的Gly-Pro-Hyp三聯(lián)體序列促進了三條膠原蛋白鏈之間形成另一種螺旋——三股螺旋。膠原蛋白生物體內(nèi)膠原蛋白網(wǎng)一、蛋白質(zhì)變性與功能丟失

蛋白質(zhì)各自所特有的高級結(jié)構(gòu)，是表現(xiàn)其物理性質(zhì)和化學特性以及生物學功能的基礎(chǔ)。

當天然蛋白質(zhì)受到某些物理因素和化學因素的影響，其分子內(nèi)部原有的高級構(gòu)象發(fā)生變化，蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生物學功能都隨之改變或喪失，但并未導致其一級結(jié)構(gòu)的變化，這種現(xiàn)象稱為變性（denaturation）。第七節(jié)蛋白質(zhì)的變性與折疊*蛋白質(zhì)變性學說，我國生物化學家吳憲在1931年提出。天然蛋白質(zhì)分子因環(huán)境的種種關(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。他認為天然蛋白質(zhì)的緊密結(jié)構(gòu)以及晶體結(jié)構(gòu)是由分子中的次級鍵維系的，所以容易被物理的和化學的因素所破壞。這種觀點基本上反映了蛋白質(zhì)變性的本質(zhì)。變性的實質(zhì):蛋白質(zhì)分子中的次級鍵被破壞,引起天然構(gòu)象解體。

蛋白質(zhì)的去折疊或變性NativestatefoldedDenaturedstateunfoldedunfoldingrefolding

1、生物活性喪失（Inactivation）

2、一些側(cè)鏈基團暴露

3、物理化學性質(zhì)改變易沉淀（熱變性、酸變性等）堿、脲、鹽酸胍變性（溶解性很好）喪失結(jié)晶能力黏度增加、擴散系數(shù)降低

CD、紫外、熒光發(fā)射光譜等發(fā)生明顯變化

4、生物化學性質(zhì)改變

易被蛋白水解酶水解蛋白質(zhì)變性過程將導致:導致蛋白質(zhì)變性的因素物理因素：加熱、冷卻、輻射、高壓、振蕩等化學因素：強酸、強堿、脲、有機溶劑、疏水劑、鹽酸胍、去污劑、重金屬鹽等－－脲、鹽酸胍，與多肽鏈競爭氫鍵，因而破壞蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)；增加非極性側(cè)鏈在水中的溶解度，降低三級結(jié)構(gòu)中的疏水作用－－SDS，破壞蛋白質(zhì)分子內(nèi)的疏水作用，使非極性基團暴露－－極端pH，改變蛋白質(zhì)分子上的凈電荷，引起靜電排斥和破壞某些氫鍵變性蛋白質(zhì)分子互相凝集為固體的現(xiàn)象稱凝固。變性與凝固的應(yīng)用：變性滅菌、消毒；變性制食品；抗衰老；制備活性蛋白和酶制劑……

蛋白質(zhì)的變性作用如果不過于劇烈，則是一種可逆過程。

變性蛋白質(zhì)在除去變性因素后,可緩慢地重新自發(fā)折疊成原來的構(gòu)象,恢復原有的理化性質(zhì)和生物活性,這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的復性（renaturation）。二、蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律（特征）

1、一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)。

－－蛋白質(zhì)折疊主要是由占據(jù)折疊蛋白質(zhì)內(nèi)部的氨基酸殘基支配的。

2、蛋白質(zhì)的折疊伴隨著自由能的降低。按照熱力學規(guī)律，蛋白質(zhì)分子應(yīng)折疊成自由能最低的構(gòu)象。（折疊過程可被看作一種自由能漏斗）一個折疊蛋白必定由高能、高熵變向低能、低熵變行進

3、蛋白質(zhì)的折疊是協(xié)同、有序的過程。

4、驅(qū)動蛋白質(zhì)（特別是球狀蛋白質(zhì)）折疊的主要作用力是疏水鍵。

5、不同的蛋白質(zhì)可能具有不同的折疊途徑，體內(nèi)絕大多數(shù)蛋白質(zhì)的折疊需分子伴侶幫助。

6、某些蛋白質(zhì)的折疊還需要蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）和肽基脯氨酰異構(gòu)酶（PPI）幫助。7、最終得到的蛋白質(zhì)構(gòu)象不是僵硬的，而是具有一定的柔性。AccessoryProteinsEnzymes(Foldase)PPIMolecularChaperonesPDI體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊有伴侶蛋白質(zhì)和異構(gòu)酶參加?被稱為分子伴侶（MolecularChaperones）的蛋白質(zhì)家族通過抑制新生肽鏈不恰當?shù)木奂⑴懦c其他蛋白質(zhì)不合理的結(jié)合，協(xié)助多肽鏈的正確折疊。體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊的不同途徑?肽基脯氨酰順-反異構(gòu)酶（PPI）通過扭轉(zhuǎn)肽鍵使X-Pro肽鍵（X代表任一肽鍵）成為順式構(gòu)