蛋白质的二级结构.doc

蛋白质的结构具有多种结构层次，包括一级结构和空间结构，空间结构又称为构象。空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构。在二级与三级之间还存在超二级结构和结蛋白质的二级结构构型：指一个不对称的化合物中不对称中心上的几个原子或基团的空间排布方式。如单糖的-、-构型，氨基酸的D-、L-构型。当从一种构型转换成另一种构型的时候，会牵涉及共价键的形成或破坏。 构象：指一个分子结构中的一切原子绕共价单键旋转时产生的不同空间排列方式。一种构象变成另一种构象不涉及共价键的形成或破坏。蛋白质的二级结构蛋白质的二级(Secondary)结构是指多肽链的主链本身在空间的排列、或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。氢键是稳定二级结构的主要作用力。主要有a-螺旋、b-折叠、b-转角、自由回转。二面角的概念蛋白质中非键合原子之间的最小接触距离(A)1.3 蛋白质的结构（1）肽链空间构象的基本结构单位为肽平面或肽单位。肽平面是指肽链中从一个C原子到另一个C原子之间的结构，共包含6个原子（C、C、O、N、H、C），它们在空间共处于同一个平面。（2）肽键上的原子呈反式构型 C=O与N-H p204 （3）肽键C-N键长0.132nm,比一般的C-N单键(0.147nm)短，比C=N双键(0.128nm)要长，具有部分双键的性质，不能旋转。（二）蛋白质的构象 蛋白质多肽链空间折叠的限制因素：Pauling和Corey在利用X-射线衍射技术研究多肽链结构时发现：1. 肽键具有部分双键性质：2. 肽键不能自由旋转3. 组成肽键的四个原子和与之相连的两个a碳原子 （Ca）都处于同一个平面内，此刚性结构的平面叫肽平面（peptide plane）或酰胺平面（amide plane）。4. 二面角所决定的构象能否存在，主要取决于两个相邻肽单位中，非键合原子之间的接近有无阻碍。1.a-螺旋及结构特点p207 螺旋的结构通常用“SN”来表示，S表示螺旋每旋转一圈所含的残基数，N表示形成氢键的C=O与H-N原子之间在主链上包含的原子数。又称为3.613螺旋，= -57。，= -47。 结构要点： 1. 多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm;2. 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，每个氨基酸残基的C=O氧与其后第四个氨基酸残基的N-H氢形成氢键。 3. 蛋白质中的a-螺旋几乎都是右手螺旋。无规卷曲或自由回转（nonregular coil） p212 了解指无一定规律的松散盘曲的肽链结构。酶的功能部位常包含此构象，灵活易变。 纤维状蛋白 (了解) 纤维状蛋白质(fibrous protein)广泛地分布于脊椎和无脊椎动物体内，它是动物体的基本支架和外表保护成分，占脊椎动物体内蛋白质总量的一半或一半以上。这类蛋白质外形呈纤维状或细棒状，分子轴比(长轴短轴)大于10(小于10的为球状蛋白质)。分子是有规则的线型结构，这与其多肽链的有规则二级结构有关，而有规则的线型二级结构是它们的氨基酸顺序的规则性反映。纤维状蛋白质的类型(了解) 纤维状蛋白质可分为不溶性(硬蛋白)和可溶性两类，前者有角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等；后者有肌球蛋白和纤维蛋白原等，但不包括微管(microtubule)和肌动蛋白细丝(actin filament)，它们是球状蛋白质的长向聚集体(aggregate)。角蛋白 Keratin(了解)角蛋白广泛存在于动物的皮肤及皮肤的衍生物，如毛发、甲、角、鳞和羽等，属于结构蛋白。角蛋白中主要的是a-角蛋白。a-角蛋白主要由a-螺旋构象的多肽链组成。一般是由三条右手a-螺旋肽链形成一个原纤维（向左缠绕），原纤维的肽链之间有二硫键交联以维持其稳定性例如毛的纤维是由多个原纤维平行排列，并由氢键和二硫键作为交联键将它们聚集成不溶性的蛋白质。a-角蛋白的伸缩性能很好，当a-角蛋白被过度拉伸时，则氢键被破坏而不能复原。此时a-角蛋白转变成b-折叠结构，称为b-角蛋白。毛发的结构(了解) 一根毛发周围是一层鳞状细胞(scaIe cell)，中间为皮层细胞(cortical celI)。皮层细胞横截面直径约为20mm。在这些细胞中，大纤维沿轴向排列。所以一根毛发具有高度有序的结构。毛发性能就决定于a螺旋结构以及这样的组织方式。1.超二级结构指蛋白质中相邻的二级结构单位（a-螺旋或b-折叠或b-转角）组合在一起，形成有规则的、在空间上能够辨认的二级结构组合体。2.超二级结构的基本类型：aa、 bab、bbb 2结构域（structural domain） p222 理解在一些相对较大的蛋白质分子中，在空间折叠时往往先分别折叠成几个相对独立的区域，再组装成更复杂的球状结构，这种在二级或超二级结构基础上形成的特定区域称为结构域。（三级结构的局部折叠区）。它的结构层次介于超二级结构和三级结构之间。蛋白质的三级结构维持三级结构的作用力（掌握）1. 氢键：多肽主链上的羰基氧和酰胺氢之间形成的氢键是稳定蛋白质二级结构的主要作用力。此外，还可在侧链与侧链，侧链与介质水，主链肽基与侧链或主链肽基与水之间形成。 2. 范德华力：包括3种较弱的作用力：定向效应，诱导效应，分散效应。分散效应是在多数情况下主要作用的范德华力，它是非极性分子或基团间仅有的一种范德华力即狭义的范德华力，也称london分散力。这是瞬时偶极间的相互作用，偶极方向是瞬时变化的。范德华力包括吸引力和斥力。 3. 疏水键（疏水相互作用）在水介质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。这一现象称为疏水相互作用。4. 离子键（盐键）：正电荷与负电荷之间的一种静电相互作用5. 二硫键疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用，它是使蛋白质多肽链进行折叠的主要驱动力三级结构形成后，生物学活性必需基团靠近，形成活性中心或部位，即蛋白质分子表面形成了某些发挥生物学功能的特定区域。蛋白质的四级结构四级结构 二个或二个以上具有独立的三级结构的多肽链(亚基)，彼此借次级键相连，形成一定的空间结构，称为四级结构。 具有独立三级结构的多肽链单位，称为亚基或亚单位(subunit)，亚基可以相同，亦可以不同。四级结构的实质是亚基在空间排列的方式。 单独亚基，无生物学功能，当亚基聚合成为具有完整四级结构的蛋白质后，才有功能。具有四级结构的蛋白属于寡聚蛋白或多体蛋白。（寡聚蛋白中亚基可以是相同的或不相同的，亚基相同时，分子具有对称性） 实质：蛋白质的四级结构实际上研究亚基之间的相互作用、空间排布及亚基接触部位的空间布局。维持蛋白质四级结构的主要作用力在蛋白质四级结构中，亚基之间的作用力主要包括：氢键、离子键、范德华力和疏水键。即亚基之间通过次级键彼此缔合在一起（二硫键？）疏水键是最主要的作用力。1.5 蛋白质的理化性质及分离纯化一、蛋白质的两性电离和等电点 p291 掌握 蛋白质与氨基酸相似，也具有两性电离的性质。蛋白质的多肽链含有末端氨基和羧基，一些侧链上含有可解离的基团，有的可以接受氢离子，有的可以电离出氢离子，因此蛋白质具有酸碱两性电离的性质。它的两性电离比氨基酸复杂。 对某一蛋白质而言，在某一pH下，当它所带正负电荷相等的时候，该溶液的pH就称为该蛋白质的等电点。 蛋白质的等电点的大小与蛋白质的氨基酸组成有关。 蛋白质溶液有许多高分子溶液的性质，如：扩散慢、易沉降、 粘度大、不能透过半透膜，在水溶液中可形成亲水的胶体。 蛋白质胶体溶液的稳定因素：水化膜、带电荷。当破坏这两个因素时，蛋白质中从溶液中析出而产生沉淀。 三、蛋白质的沉淀作用 使蛋白质从溶液中析出的现象称为沉淀，方法有： 1. 盐析：在蛋白质的水溶液中，加入大量高浓度的强电解质盐如硫酸胺、氯化钠、硫酸钠等，使蛋白质从溶液中析出，称为蛋白质的盐析。而低浓度的盐溶液加入蛋白质溶液中，会导致蛋白质的溶解度增加，该现象称为盐溶。 盐析的机理：破坏蛋白质的水化膜，中和表面的净电荷。 盐析法是最常用的蛋白质沉淀方法，该方法不会使蛋白质产生变性 2.有机溶剂沉淀法：在蛋白质溶液中，加入能与水互溶的有机溶剂如乙醇、丙酮等，蛋白质产生沉淀。 有机溶剂沉淀法的机理：破坏蛋白质的水化膜。 有机溶液沉淀蛋白质通常在低温条件下进行，否则有机溶剂与水互溶产生的溶解热会使蛋白质产生变性。 3.重金属盐沉淀（条件：pH 稍大于pI为宜）：在蛋白质溶液中加入重金属盐溶液，会使蛋白质沉淀。 重金属沉淀法的机理：重金属盐加入之后，与带负电的羧基结合。 重金属沉淀蛋白质会使蛋白质产生变性，长期从事重金属作业的人应多吃高蛋白食品，以防止重金属离子被机体吸收后造成对机体的损害。 4.生物碱试剂沉淀法（条件：pH稍小于pI） 生物碱是植物组织中具有显著生理作用的一类含氮的碱性物质。能够沉淀生物碱的试剂称为生物碱试剂。生物碱试剂一般为弱酸性物质，如单宁酸、苦味酸、三氯乙酸等。 生物碱试剂沉淀蛋白质的机理：在酸性条件下，蛋白质带正电，可以与生物碱试剂的酸根离子结合而产生沉淀。 “柿石症”的产生就是由于空腹吃了大量的柿子，柿子中含有大量的单宁酸，使肠胃中的蛋白质凝固变性而成为不能被消化的“柿石”。 5.弱酸或弱碱沉淀法：用弱酸或弱碱调节蛋白质溶液的pH处于等电点处，使蛋白质沉淀。 弱酸或弱碱沉淀法机理：破坏蛋白质表面净电荷。 四、蛋白质的变性作用、结絮和凝固 1.蛋白质变性的概念：天然蛋白质受物理或化学因素的影响后，使其失去原有的生物活性，并伴随着物理化学性质的改变，这种作用称为蛋白质的变性。 2.使蛋白质变性的因素 1）物理因素：高温、高压、射线等 2）化学因素：强酸、强碱、重金属盐等 3.变性的本质： 分子中各种次级键断裂，使其空间构象从紧密有序的 状态变成松散无4. 蛋白质变性后的表现：生物活性丧失；溶解度降低，对于球状蛋白粘度增加；生化反应易进行；光吸收系数增大；组分和分子量不变。序的状态，一级结构不破坏。五、蛋白质的颜色反应 蛋白质的颜色反应主要与其定性、定量测定有关： 1.茚三酮反应：多肽与蛋白质都能与之反应生成蓝色