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1、 第三节第三节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构蛋白质是由一条蛋白质是由一条(单体蛋白质单体蛋白质)或多条或多条(寡聚蛋白寡聚蛋白质质)具有确定的氨基酸序列的多肽链以特殊方式具有确定的氨基酸序列的多肽链以特殊方式结合而成的生物大分子。结合而成的生物大分子。蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在量在6000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。道尔顿以上的多肽称为蛋白质。蛋白质分子量变化范围很大蛋白质分子量变化范围很大, 从大约从大约6000到到1000000道尔顿甚至更大。道尔顿甚至更大。单纯蛋白质单纯蛋白质simple protein)simple pro

2、tein)：仅由氨基酸组成，不含其：仅由氨基酸组成，不含其它化学成分。它化学成分。缀合蛋白质缀合蛋白质(conjugated protein)(conjugated protein)：除含有氨基酸外的各种：除含有氨基酸外的各种化学成分作为其结构的一部分。非蛋白质部分称为辅基化学成分作为其结构的一部分。非蛋白质部分称为辅基(prosthetic group)(prosthetic group)或配体或配体(ligand)(ligand)。 单纯蛋白质单纯蛋白质 （按溶解度分类）（按溶解度分类）清蛋白清蛋白球蛋白球蛋白谷蛋白谷蛋白谷醇溶蛋白谷醇溶蛋白组蛋白组蛋白鱼精蛋白鱼精蛋白硬蛋白硬蛋白 缀合蛋

3、白质缀合蛋白质 （按非蛋白质（按非蛋白质 成分分类）成分分类）糖蛋白糖蛋白脂蛋白脂蛋白核蛋白核蛋白磷蛋白磷蛋白金属蛋白金属蛋白血红素蛋白血红素蛋白黄素蛋白黄素蛋白单纯蛋白质分类单纯蛋白质分类缀合蛋白质分类缀合蛋白质分类 蛋白质蛋白质（按生物学功能分类）（按生物学功能分类）酶酶调节蛋白调节蛋白转运蛋白转运蛋白贮存蛋白贮存蛋白收缩和游动蛋白收缩和游动蛋白结构蛋白结构蛋白支架蛋白支架蛋白保护和开发蛋白保护和开发蛋白异常蛋白异常蛋白蛋白质的形状和大小蛋白质的形状和大小外形外形纤维状纤维状球状球状膜蛋白膜蛋白蛋白质的相对分子量从大约蛋白质的相对分子量从大约600060001 1106106或更大一些。或

4、更大一些。单体蛋白质单体蛋白质(monomeric protein)(monomeric protein)：仅由一条多肽链组成。：仅由一条多肽链组成。其相对分子量除以其相对分子量除以110(128-18)110(128-18)估计氨基酸残基的数目。即：估计氨基酸残基的数目。即： N AA=M/110 N AA=M/110 寡聚蛋白质寡聚蛋白质(oligomeric protein)(oligomeric protein)：由两条或多条多肽链：由两条或多条多肽链组成。每条多肽链称为亚基组成。每条多肽链称为亚基(subunit)(subunit)。蛋白质构象和蛋白质结构的组织层次蛋白质构象和蛋白质

5、结构的组织层次一级结构一级结构(primary structure)(primary structure)：多肽链的氨基酸序列。：多肽链的氨基酸序列。二级结构二级结构(secondary structure)(secondary structure)：多肽链中主链原子的空：多肽链中主链原子的空间排布即构象，不涉及侧链部分的构象。间排布即构象，不涉及侧链部分的构象。三级结构三级结构(tertiary structure)(tertiary structure)：蛋白质的多肽链在各种二：蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折迭形成具有一定规律的三级结构的基础上再进一步盘曲或折迭形成具

6、有一定规律的三维空间结构。维空间结构。四级结构四级结构(quarternary structure)(quarternary structure)：具有二条或二条以上：具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级键相互组合而形成的空间结构。键相互组合而形成的空间结构。蛋白质功能的多样性蛋白质功能的多样性 蛋白质的序列异构现象是蛋白质生物功能多样性和物种蛋白质的序列异构现象是蛋白质生物功能多样性和物种特异性的结构基础。特异性的结构基础。1.1.催化；催化；2.2.调理；调理；3.3.转运；转运；4.4.储存；储存；5.

7、5.运动；运动；6.6.结构成分；结构成分；7.7.支架作用；支架作用；8.8.防御与进攻；防御与进攻；9.9.异常异常功能；功能； 蛋白质protein是生活细胞内含量最丰富、功能最复杂的生物大分子，并参与了几乎所有的生命活动和生命过程。因此，研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本的命题。 生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的体现者，具有以下主要功能： 一.基本问题-肽一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。 （公认的pro组织方式，证据？）由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽寡肽？）。组成多肽的氨基酸

8、单元称为氨基酸残基。 n在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序氨基酸顺序n通常在多肽链的一端含有一个游离的通常在多肽链的一端含有一个游离的- -氨基，称为氨基端或氨基，称为氨基端或N-N-端；在另一端含有一个游离的端；在另一端含有一个游离的- -羧基，称为羧基端或羧基，称为羧基端或C-C-端。端。n氨基酸的顺序是从氨基酸的顺序是从N-N-端的氨基酸残基开始，以端的氨基酸残基开始，以C-C-端氨基酸残基为端氨基酸残基为终点的排列顺序。终点的排列顺序。n如上述五肽可表示为：如上述五肽可表示为：n Ser-Val-T

9、yr-Asp-Gln Ser-Val-Tyr-Asp-GlnCCNCCNCCNCCNCC H2C HC H2C H2C H2C O O-O HC O2HC H2C O N H2O HC H3H3N+OOOOHHHHHHHHHSerValTyrAspGlnC H3N-端C-端肽键 1.多肽多肽肽链写法：游离肽链写法：游离-氨基在左，游离氨基在左，游离-羧基在右，氨基酸之间用羧基在右，氨基酸之间用“-”“-”表示肽键。表示肽键。 2. 肽键肽键 肽键的特点是氮原子肽键的特点是氮原子上的孤对电子上的孤对电子(2s2)与与羰基具有明显的共轭作羰基具有明显的共轭作用用(共振相互作用共振相互作用)。组成肽

10、键的组成肽键的6个原子处个原子处于同一平面于同一平面(肽平面肽平面)。肽基的肽基的C、O和和N原子间的共振相互作用原子间的共振相互作用共振产生的重要结果：共振产生的重要结果： 限制绕肽键的自由旋转限制绕肽键的自由旋转 形成酰胺平面形成酰胺平面 产生键的平均化产生键的平均化 大多数情况下大多数情况下(除除Pro)，肽键呈反式，肽键呈反式构型构型sp2sp2sp2sp3共振杂化体共振杂化体由于羰基碳由于羰基碳- -氧双键的靠拢，允许存在共振结构氧双键的靠拢，允许存在共振结构resonance structureresonance structure），），碳与氮之间的肽键有部分双键性质，由碳与氮之

11、间的肽键有部分双键性质，由CO-NHCO-NH构成的肽单元呈现相对的刚性构成的肽单元呈现相对的刚性和平面化，肽键中的和平面化，肽键中的4 4个原子和它相邻的两个个原子和它相邻的两个-碳原子多处于同一个平面碳原子多处于同一个平面上。上。多肽链可以看成由多肽链可以看成由CC串联起来的无数个酰胺平面组成串联起来的无数个酰胺平面组成3. 肽的物理和化学性质：肽的物理和化学性质：游离游离-NH2：PH碱性低，化学性质相似碱性低，化学性质相似(与与AA中比较中比较)游离游离-COOH：PH酸性低，化学性质相似酸性低，化学性质相似(与与AA中比较中比较)侧链侧链R基：基： PH活性和化学性质与活性和化学性质

12、与AA中相似中相似短肽的晶体是离子品格，在水溶液中以偶极离子存在。在短肽的晶体是离子品格，在水溶液中以偶极离子存在。在pH0-14pH0-14范围内，肽键中的亚氨基不能解离。范围内，肽键中的亚氨基不能解离。小肽的滴定曲线和氨基酸的滴定曲线很相似。小肽的滴定曲线和氨基酸的滴定曲线很相似。肽的化学反应也和氨基酸一样，游离的肽的化学反应也和氨基酸一样，游离的氨基、氨基、羧羧基和基和R R基可以发生与氨基酸中相应的基团类似的反反应。双基可以发生与氨基酸中相应的基团类似的反反应。双缩脲反应是肽和蛋白质所特有的，而为氨基酸所没有的一缩脲反应是肽和蛋白质所特有的，而为氨基酸所没有的一个颜色反应。个颜色反应。

13、一般短肽的旋光度约等于组成该肽中各个氨基酸的旋光度一般短肽的旋光度约等于组成该肽中各个氨基酸的旋光度的总和，但较长的肽或蛋白质的旋光度则不能这样简单相的总和，但较长的肽或蛋白质的旋光度则不能这样简单相加。加。 净电荷的计算净电荷的计算(P166-167)(P166-167) 4.天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽 在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。亚单位。但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽。这类多肽通常都具有特殊的生理功

14、能，常称为活性肽。如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽(GSH)；蛇毒多肽等。；蛇毒多肽等。NHCOC H2N HCOC HN HCOC H3C HC HO HC H2O HC HH NCN HC HCN HC H2CCOC HNHH OC H2N HN HC HC HC H3C H2C H3COOOOC H2C H2SOO H鹅 膏 覃 碱 的 化 学 结 构 谷胱甘肽谷胱甘肽GSHGSH）：三肽）：三肽Glu-Cys-GlyGlu-Cys-Gly），广泛存在于生），广泛存在于生物细胞中，含有自由的巯基，具有很强的还原性，可作为物细胞中

15、，含有自由的巯基，具有很强的还原性，可作为体内重要的还原剂，保护某些蛋白质或酶分子中的巯基免体内重要的还原剂，保护某些蛋白质或酶分子中的巯基免遭氧化，使其处于活性状态。遭氧化，使其处于活性状态。 +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- Met-脑啡肽 Leu-脑啡肽C y sT y rI L eG l nA s nC y sP r oL e uG l yN H2SS牛催产素C y sT y rG l nA s nC y sP r oSSP h eA r gG l yN H2牛加压素 二二. 蛋白质的一级结构蛋白质的

16、一级结构 1. 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构(Primary structure)包括：包括： (1)组成蛋白质的多肽链数目；组成蛋白质的多肽链数目； (2)多肽链的氨基酸顺序；多肽链的氨基酸顺序； (3)多肽链内或链间二硫键的数多肽链内或链间二硫键的数目和位置。目和位置。 其中最重要的是多肽链的氨基其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能酸顺序，它是蛋白质生物功能的基础。的基础。2.蛋白质的一级结构的测定蛋白质的一级结构的测定 蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化学研究的基础。自从蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化学研究的基础。自从1953年年F.Sanger测定了胰岛素的一级结构

17、以来，现在已经有上万种不同蛋白质测定了胰岛素的一级结构以来，现在已经有上万种不同蛋白质的一级结构被测定。的一级结构被测定。 (2)测定步骤测定步骤 测定蛋白质分子中多肽链测定蛋白质分子中多肽链的数目：通过测定末端氨基酸的数目：通过测定末端氨基酸残基的摩尔数与蛋白质的摩尔残基的摩尔数与蛋白质的摩尔数数(m/M)之间的关系，即可确之间的关系，即可确定多肽链的数目。定多肽链的数目。 多肽链的拆分：由多条多肽链的拆分：由多条多肽链组成的蛋白质分子多肽链组成的蛋白质分子，必须先进行拆分。几条，必须先进行拆分。几条多肽链借助非共价键连接多肽链借助非共价键连接在一起，称为寡聚蛋白质在一起，称为寡聚蛋白质，如

18、，血红蛋白为四聚体，如，血红蛋白为四聚体，烯醇化酶为二聚体；可，烯醇化酶为二聚体；可用用8mol/L8mol/L尿素或尿素或6mol/L6mol/L盐盐酸胍处理，即可分开多肽酸胍处理，即可分开多肽链链( (亚基亚基).). 二硫键的断裂：几条二硫键的断裂：几条多肽链通过二硫键交联在多肽链通过二硫键交联在一起。可在用一起。可在用8mol/L8mol/L尿素尿素或或6mol/L6mol/L盐酸胍存在下，盐酸胍存在下，用过量的用过量的- -巯基乙醇处巯基乙醇处理，使二硫键还原为巯基理，使二硫键还原为巯基，然后用烷基化试剂保护，然后用烷基化试剂保护生成的巯基，以防止它重生成的巯基，以防止它重新被氧化。

19、可以通过加入新被氧化。可以通过加入盐酸胍方法解离多肽链之盐酸胍方法解离多肽链之间的非共价力；应用过甲间的非共价力；应用过甲酸氧化法或巯基还原法拆酸氧化法或巯基还原法拆分多肽链间的二硫键。分多肽链间的二硫键。 巯基的保护-OOCCHCH2SHNH3+ICH2CNH2OCH2OCClOCH2Cl-OOCCHCH2SNH3+OCCH2OCH2-OOCCHCH2SNH3+CH2CNH2O-OOCCHCH2SNH3+ 测定每条多肽链的氨基酸组成，并计算出氨基酸成分的分子比；测定每条多肽链的氨基酸组成，并计算出氨基酸成分的分子比； 分析多肽链的分析多肽链的N-末端和末端和C-末端末端 末端氨基酸的测定：多

20、肽链端基氨基酸分为两类，末端氨基酸的测定：多肽链端基氨基酸分为两类，N-端氨基酸和端氨基酸和C-端氨基端氨基酸。在肽链氨基酸顺序分析中，最重要的是酸。在肽链氨基酸顺序分析中，最重要的是N-端氨基酸分析法。末端氨基酸测端氨基酸分析法。末端氨基酸测定的主要方法有：定的主要方法有： N(CH3)2SO2ClH2NCHCROHNCHCROSO2N(CH3)2+水解N(CH3)2SO2HNCHCROOH+氨基酸丹磺酰氯多肽N-端丹磺酰N-端氨基酸丹磺酰氨基酸H2NCHCROHNCHCROORnCCHHNOHn-1N-端氨基酸 C-端氨基酸ORnCCHH2NOHH2NCHCRONHNH2+H+NH2NH2

21、氨基酸酰肼C-端氨基酸(n-1) 多肽链断裂成多个肽段多肽链断裂成多个肽段: 可采用两种或多种不同的断裂方法将多肽样品断裂成可采用两种或多种不同的断裂方法将多肽样品断裂成两套或多套肽段或肽碎片，并将其分离开来。多肽的选择性降解的方法有：两套或多套肽段或肽碎片，并将其分离开来。多肽的选择性降解的方法有：A.A.酶裂解法酶裂解法胰蛋白酶胰蛋白酶(trypsin) (trypsin) 这是最这是最常用的蛋白水解酶，专一性强，常用的蛋白水解酶，专一性强，只断裂赖氨酸或精氨酸的羧基只断裂赖氨酸或精氨酸的羧基参与形成的肽键。得到的是以参与形成的肽键。得到的是以ArgArg或或LysLys为为C-C-末端残

22、基的肽段，末端残基的肽段，肽段数目等于多肽链中肽段数目等于多肽链中ArgArg和和LysLys总数加总数加1 1。为了减少胰蛋白酶的作用位点，可以通过化学修饰将其侧链为了减少胰蛋白酶的作用位点，可以通过化学修饰将其侧链基因保护起来。用马来酸酐可以保护基因保护起来。用马来酸酐可以保护LysLys残基侧链上的残基侧链上的NH2NH2，胰蛋白酶就不会水解，胰蛋白酶就不会水解LysLys竣基参与形成的肽键，只能断竣基参与形成的肽键，只能断裂裂ArgArg羧基所形成的肽键；反之，如果用羧基所形成的肽键；反之，如果用1 1，2 2环己二酮修饰环己二酮修饰ArgArg的胍基，则胰蛋白面只能裂解的胍基，则胰蛋

23、白面只能裂解LysLys羧基所形成的肽键。羧基所形成的肽键。如果想增加多肽链中胰蛋白酶的断裂点，可以用丫丙啶处理如果想增加多肽链中胰蛋白酶的断裂点，可以用丫丙啶处理多肽链样品，这时多肽链样品，这时CysCys残基侧链被修饰成类似残基侧链被修饰成类似LysLys的侧链，也的侧链，也具有具有NH2NH2。这样胰蛋白酶便能断裂。这样胰蛋白酶便能断裂CysCys羧基端的肽键。羧基端的肽键。NHCHCOR4NHCHCOR3NHCHCOR2NHCHCOR1R1=LysR1=Lys和和ArgArg侧链专一性较强，水解速度快）。侧链专一性较强，水解速度快）。R2=Pro R2=Pro 水解受抑。水解受抑。糜蛋

24、白酶糜蛋白酶(chymotrypin)(chymotrypin)或胰凝乳蛋白酶或胰凝乳蛋白酶(Chymotrypsin)(Chymotrypsin)：它断裂它断裂PhePhe、TrpTrp和和TyrTyr及其它疏水氨基酸的羧基参与形成的及其它疏水氨基酸的羧基参与形成的肽键。断裂键邻近的基团是碱性的，裂解能力增加；是酸性肽键。断裂键邻近的基团是碱性的，裂解能力增加；是酸性的，裂解能力将减弱。的，裂解能力将减弱。NHCHCOR4NHCHCOR3NHCHCOR2NHCHCOR1肽链水解位点水解位点R1=Phe, Trp,TyrR1=Phe, Trp,Tyr时水解快时水解快; ; R1= LeuR1=

25、 Leu，MetMet和和HisHis水解稍慢。水解稍慢。R2=Pro R2=Pro 水解受抑。水解受抑。NHCHCOR4NHCHCOR3NHCHCOR2NHCHCOR1肽链水解位点水解位点胃蛋白酶胃蛋白酶(pepsin) (pepsin) 它要求被断裂键两侧的残基都是疏水它要求被断裂键两侧的残基都是疏水性氨基酸，如性氨基酸，如Phe-PhePhe-Phe。此外与糜蛋白酶不同的是酶作用的。此外与糜蛋白酶不同的是酶作用的最适最适pHpH，前者是，前者是pH2pH2，后者是，后者是pH8-9pH8-9，由于二硫键在酸性条件，由于二硫键在酸性条件下稳定，因此确定二硫键位置时，常用胃蛋白酶来水解。下稳

26、定，因此确定二硫键位置时，常用胃蛋白酶来水解。R1R1和和R2R2Phe, Trp, Tyr; LeuPhe, Trp, Tyr; Leu以及以及其它疏水性氨基酸水解速度较快。其它疏水性氨基酸水解速度较快。R1=Pro R1=Pro 水解受抑。水解受抑。NHCHCOR4NHCHCOR3NHCHCOR2NHCHCOR1肽链水解位点水解位点嗜热菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶thermolysinthermolysin）: :常用于断裂较短的多肽链。常用于断裂较短的多肽链。R2=Phe, Trp, Tyr; LeuR2=Phe, Trp, Tyr; Leu，Ile, Val,MetIle, Val,Met以及

27、其它疏水性强以及其它疏水性强的氨基酸水解速度较快。的氨基酸水解速度较快。R2=ProR2=Pro或或Gly Gly 水解受抑。水解受抑。R1R1或或R3=Pro R3=Pro 水解受抑。水解受抑。葡萄球菌蛋白酶葡萄球菌蛋白酶Staphylococcal protease) Staphylococcal protease) 当裂解在当裂解在磷酸缓冲液磷酸缓冲液(pH7.8)(pH7.8)中进行的，它能在中进行的，它能在GluGlu残基和残基和AspAsp残基的残基的羧基侧断裂肽键。如果改用碳酸氢铵缓冲液羧基侧断裂肽键。如果改用碳酸氢铵缓冲液(pH7.8)(pH7.8)或醋酸或醋酸铵缓冲液铵缓冲液

28、(pH4.0)(pH4.0)时，则只能断裂时，则只能断裂GluGlu残基的羧基侧肽键。残基的羧基侧肽键。梭菌蛋白酶梭菌蛋白酶clostripainclostripain） 专门裂解专门裂解ArgArg残基的羧基所形残基的羧基所形成的肽键。即使在成的肽键。即使在6mol/L6mol/L尿素中尿素中2020小时内仍具活力，这样对小时内仍具活力，这样对不溶性蛋白质的长时间裂解将是很有效的。不溶性蛋白质的长时间裂解将是很有效的。消化道内几种蛋白酶的专一性消化道内几种蛋白酶的专一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）（脂肪族）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶

29、羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶（Phe. Trp）B B、化学法：溴化氰水解法，它能选择性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成、化学法：溴化氰水解法，它能选择性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽键。的肽键。CH3S：CH2CH2CHN HCN HCHCOOR+B rC+NB r-CH3S+CH2CH2CHN HCN HCHCOORCNCH3SCN CH2CHN HCN HCHCOORCH2+H2O+CH2CHN HCOCH2OH3N+CHCOR高丝氨酸内酯溴化氰基锍溴化氰基锍甲基硫氰酸甲基硫氰酸溴化亚氨内酯溴化亚氨内酯H2O肽酰肽酰 测定每个肽段的氨基酸顺序：测定每个肽段的氨基酸顺

30、序：Edman降解法降解法(PITC)、酶解法、依核苷酸、酶解法、依核苷酸序列的推定法序列的推定法A、目标蛋白、目标蛋白(抗原抗原) 抗体抗体 多核糖体多核糖体 mRNA cDNA aa序列序列B、 Edman降解法降解法由由Edman于于1950年首先提出，用于年首先提出，用于N末端分析末端分析为为- NH2的与苯异硫氰酸酯的与苯异硫氰酸酯PITC的反应的反应 nEdman （苯异硫氰酸酯法氨基酸顺序分析法实际上也是一种N-端分析法。此法的特点是能够不断重复循环，将肽链N-端氨基酸残基逐一进行标记和解离。NCSNHCHCOR2NCHCOR1HHNHS:CCHCOR1HNNHCHCOR2SNH

31、CNHOCR1CHNH2CHCOR2NCOCHNHSCR1苯氨基硫甲酰肽苯氨基硫甲酰肽噻唑啉酮苯胺噻唑啉酮苯胺少一个少一个AAAA残基的肽残基的肽苯乙内酰硫脲苯乙内酰硫脲AAAAn 确定肽段在多肽链中的次序：利用两套或多套肽段的确定肽段在多肽链中的次序：利用两套或多套肽段的氨基酸顺序彼此间的交错重叠，拼凑出整条多肽链的氨基氨基酸顺序彼此间的交错重叠，拼凑出整条多肽链的氨基酸顺序。酸顺序。 确定原多肽链中二硫键的位置：确定原多肽链中二硫键的位置：一般采用胃蛋白酶处理含有二硫键的多肽链一般采用胃蛋白酶处理含有二硫键的多肽链( (切点多；酸性环境切点多；酸性环境下防止二硫键发生交换下防止二硫键发生交

32、换) )。将所得的肽段利用将所得的肽段利用BrownBrown及及HartlayHartlay的对角线电泳技术进行分离的对角线电泳技术进行分离过甲酸处理）。过甲酸处理）。+ +- -+ +- -第二向第二向第一向第一向a ab bBrownBrown和和HartlayHartlay对角线电泳图解对角线电泳图解pH6.5pH6.5图中图中a a、b b两个斑点是由两个斑点是由一个二硫键断裂产生的一个二硫键断裂产生的肽段肽段 -螺旋是链内形成氢键，其螺旋是链内形成氢键，其肽平面的键长和键角一定，肽键肽平面的键长和键角一定，肽键的原子排列呈反式构型，相邻的的原子排列呈反式构型，相邻的肽平面构成二面角

33、。肽平面构成二面角。 多肽链中的各个肽平面围绕多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距旋一周，沿轴上升的距离即螺距为为0.54nm,含含3.6个氨基酸残基；个氨基酸残基；每个氨基酸残基绕轴旋转每个氨基酸残基绕轴旋转1000，沿轴上升沿轴上升0.15nm； 肽链内形成氢键，氢键的取肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个酰胺基向几乎与轴平行，第一个酰胺基团的团的-CO基与第四个酰胺基团的基与第四个酰胺基团的-NH基形成氢键，即形成含有基形成氢键，即形成含有13个原子的环；个原子的环； 蛋白质分子几乎都为右手蛋白质分子几乎都

34、为右手 -螺旋螺旋(缘由：缘由：R基与主链基与主链C=O中中的的O的空间位阻小的空间位阻小)； 具有协同性效应。具有协同性效应。左手和右手螺旋左手和右手螺旋(1) -螺旋螺旋(3.613- 螺旋螺旋) - -折叠是由两条或多条几乎完全折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象。状折叠构象。在在 - -折叠中，折叠中， - -碳原子总是处于折碳原子总是处于折叠的角叠的角( (线线) )上，氨基酸的上，氨基酸的R R基团处于基团处于折叠的棱角上并与折叠片垂直。折叠的棱角上并与折

35、叠片垂直。 - -折叠结构的氢键主要是由两条折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与氢键的交联，氢键与链的长轴都参与氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。接近垂直。 - -折叠有两种类型。一种为平行式，折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的即所有肽链的N-N-端都在同一边。另一端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。向相反。（2） -折叠折叠反平行折叠平行折叠n7n7n6.5n从能量上看，反平从能量上看，反平折叠比平行的更稳

36、定，前者的氢键折叠比平行的更稳定，前者的氢键NH-O几乎在一条直线上，此时氢键最强。几乎在一条直线上，此时氢键最强。n在纤维状蛋白质中在纤维状蛋白质中折叠主要是反平行式，而在球状蛋白质折叠主要是反平行式，而在球状蛋白质中反平行和平行两种方式都存在。中反平行和平行两种方式都存在。n在纤维状蛋白质的在纤维状蛋白质的折叠中，氢键主要是在肽链之间形式，折叠中，氢键主要是在肽链之间形式，而在球状蛋白质中，而在球状蛋白质中，折叠既可在不同肽链间形成，也可在折叠既可在不同肽链间形成，也可在同一肽链的不同部分间形成。同一肽链的不同部分间形成。（三（三-转角转角-turn-turn） -转角也称转角也称-回折回

37、折reversereverseturnturn）、）、-弯曲弯曲-bendbend）、发夹结构）、发夹结构hair-pinhair-pinstructurestructure）-转角是球状蛋白质分子中出现的转角是球状蛋白质分子中出现的180180回折，有人称之为回折，有人称之为发夹结构，由第一个发夹结构，由第一个aaaa残基的残基的C=OC=O与第四个氨基酸残基的与第四个氨基酸残基的N-HN-H间形成氢键。间形成氢键。目前发现的目前发现的转角多数在球状蛋白质分子表面，转角多数在球状蛋白质分子表面，转角在球转角在球状蛋白质中含量十分丰富，占全部残基的状蛋白质中含量十分丰富，占全部残基的1/41/

38、4。 转角的特征：转角的特征：由多肽链上由多肽链上4 4个连续的氨基酸残基组成。个连续的氨基酸残基组成。主链骨架以主链骨架以180180返回折叠。返回折叠。第一个第一个aaaa残基的残基的C=OC=O与第四个与第四个aaaa残基的残基的N-HN-H生成氢键。生成氢键。C1C1与与C4C4之间距离小于之间距离小于0.7nm0.7nm多数由亲水氨基酸残基组成。多数由亲水氨基酸残基组成。 GlyGly缺少侧链，在缺少侧链，在转角中能很好地调整其他氨基酸残基转角中能很好地调整其他氨基酸残基的空间阻碍；的空间阻碍；ProPro具有环状结构，在一定程度上迫使具有环状结构，在一定程度上迫使转转角的形成。角的

39、形成。即：在即：在 -转角部分，由四个氨基酸残基组成转角部分，由四个氨基酸残基组成(4个个-碳，共碳，共3个酰胺平面个酰胺平面)，四个形成转角的残基中，第三个一般均为，四个形成转角的残基中，第三个一般均为甘氨酸残基甘氨酸残基(或或Pro)。弯曲处的第一个氨基酸残基的。弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第四个残基的和第四个残基的 N-H 之间形成氢键，形成一个不之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。这类结构主要存在于球状蛋白分子中。很稳定的环状结构。这类结构主要存在于球状蛋白分子中。主要在球状蛋白的表面，约占全部残基的主要在球状蛋白的表面，约占全部残基的1/4。 -凸起是凸起是 -折叠

40、股中额外插入了一个折叠股中额外插入了一个AA残基残基（无规卷曲（无规卷曲没有一定规律的松散肽链结构，但仍是紧密有序的稳没有一定规律的松散肽链结构，但仍是紧密有序的稳定结构，通过主链间及主链与侧链间氢键维持其构象不定结构，通过主链间及主链与侧链间氢键维持其构象不同的蛋白质，无规卷曲的数量和形式各不相同同的蛋白质，无规卷曲的数量和形式各不相同球状蛋白中含量较高，对外界理化因子敏感，与生物活性球状蛋白中含量较高，对外界理化因子敏感，与生物活性有关。有关。超二级结构和结构域超二级结构和结构域（超二级结构（超二级结构在蛋白质分子中，由在蛋白质分子中，由若干相邻的二级结构单元若干相邻的二级结构单元组合在一

41、起，彼此相互作组合在一起，彼此相互作用，形成有规则的、在空用，形成有规则的、在空间上能辨认的二级结构组间上能辨认的二级结构组合体。几种类型的超二级合体。几种类型的超二级结构：结构： (在纤维状蛋白在纤维状蛋白和球状蛋白中异同；七残和球状蛋白中异同；七残基重复序列基重复序列 P220)；(大多为右手交叉大多为右手交叉)；超二级结构在结构超二级结构在结构层次上高于二级结构，但层次上高于二级结构，但没有聚集成具有功能的结没有聚集成具有功能的结构域构域 一些已知功能的超二级结构一些已知功能的超二级结构: :（结构域（结构域 对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个或两个以上相对独立的对于较大的蛋白

42、质分子或亚基，多肽链往往由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合而成三级结构。这种相对独立的三维实体形成的三级结构的局部三维实体缔合而成三级结构。这种相对独立的三维实体形成的三级结构的局部折叠区就称结构域。折叠区就称结构域。结构域通常是几个超二级结构的组合，是球状蛋白质的独立折叠单位；对于较小的结构域通常是几个超二级结构的组合，是球状蛋白质的独立折叠单位；对于较小的蛋白质分子，结构域与三级结构等同，即这些蛋白为单结构域，如肌红蛋白；蛋白质分子，结构域与三级结构等同，即这些蛋白为单结构域，如肌红蛋白；较大的蛋白由两个或两个以上的结构域组成。较大的蛋白由两个或两个以上的结构域组成。结构域一般由结构域

43、一般由100200 个氨基酸残基组成，但大小范围可达个氨基酸残基组成，但大小范围可达 40400 个残基。个残基。氨基酸可以是连续的，也可以是不连续的氨基酸可以是连续的，也可以是不连续的结构域之间常形成裂隙，比较松散，往往是蛋白质优先被水解的部位。酶的活性中结构域之间常形成裂隙，比较松散，往往是蛋白质优先被水解的部位。酶的活性中心往往位于两个结构域的界面上心往往位于两个结构域的界面上结构域之间由结构域之间由“铰链区相连，使分子构象有一定的柔性，通过结构域之间的相对铰链区相连，使分子构象有一定的柔性，通过结构域之间的相对运动运动(别构效应别构效应)，使蛋白质分子实现一定的生物功能。，使蛋白质分子

44、实现一定的生物功能。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，甚至保留某些生物活性持稳定的结构，甚至保留某些生物活性结构域与功能域的关系：结构域与功能域的关系：有时一个结构域就是蛋白质的功能域，但有时一个结构域就是蛋白质的功能域，但不总是；不总是；功能域包含一个但通常是多个结构域功能域包含一个但通常是多个结构域蛋白质的三级结构与球状蛋白质蛋白质的三级结构与球状蛋白质 蛋白质的三级结构是指多肽链在二蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构的基础上进一步盘旋、折叠，级结构的基础上进一步盘旋、折叠，从而生成特定的空间结构。包括主链从而生成特定的空间结构。包括主链和侧链的所有原子的空间排布。一般和侧链的所有原子的空间排布。一般非极性侧链埋在分子内部，形成疏水非极性侧链埋在分子内部，形成疏水核，极性侧链在分子表面。核，极性侧链在分子表面。验验 P235）Native ribonucleaseDenative reduced ribonucleaseNative ribonuclease8 M urea and -mercapotoethanolDialysis变性变性复性复性Ribonuc