第三节蛋白质结构

蛋白质的一级结构

二蛋白质的空间结构

三肽键和肽一1目前一页\总数八十六页\编于十六点肽键（PeptideBonds）是氨基酸连接的基本方式。1.肽键的结构一、肽键和肽2目前二页\总数八十六页\编于十六点PeptidebondSinglebondDoublebond键长0.145nm0.133nm0.125nm3目前三页\总数八十六页\编于十六点Fig.ThepeptidebondisshowninitsusualtransconfigurationofcarbonylOandamideH.4目前四页\总数八十六页\编于十六点小结：肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。

肽键是一个平面——肽键平面（peptideplane）或酰胺平面（amideplane)。多数情况下，为反式构型。5目前五页\总数八十六页\编于十六点2.肽的结构氨基末端（N末端）羧基末端（C末端）肽键肽键肽键

结构通式6目前六页\总数八十六页\编于十六点肽的命名(nomination)：如：Val-Ala-Lys-Gly-Arg

缬氨酰丙氨酰赖氨酰甘氨酰精氨酸丝氨酰甘氨酰酪氨酸7目前七页\总数八十六页\编于十六点肽的分类（classificationofpeptide）二肽(dipeptides)：三肽：3个氨基酸通过2个肽键相连。四肽：少于10AA成为寡肽(oligopeptides)多于10AA成为多肽(polypeptides)分子量小于10000Da称为多肽大于10000Da称为蛋白质8目前八页\总数八十六页\编于十六点

共价主链和侧链9目前九页\总数八十六页\编于十六点小结：

蛋白质分子中氨基酸连接的基本方式是肽键（peptidebond）。有的蛋白质分子还具有二硫键(disulfidebond），有链间二硫键和链内二硫键两种形式。肽链中的氨基酸由于形成肽键而成为不完整的分子，称为氨基酸残基（aminoacidresidue）。肽链骨干重复单位是：—N—C—C—10目前十页\总数八十六页\编于十六点3.肽的物理和化学性质—短肽为晶体，熔点很高—在水溶液中以兼性离子形式存在—具旋光性•物理性质（1）酸碱性质：主要取决于游离末端的-NH2和-COOH及R基上可解离基团。•化学性质11目前十一页\总数八十六页\编于十六点（2）化学反应•茚三酮反应•双缩脲反应双缩脲O=CO=CNH2NH2NHCu2+OH-Cu2+O=CO=CNH2NH2NHC=OC=OH2NH2NHN紫红色络合物12目前十二页\总数八十六页\编于十六点4.

天然存在的活性肽激素：胰岛素

催产素（8肽）加压素（8肽）抗生素：短杆菌肽S（环状10肽）放线菌D（含2个环状5肽）毒素：-鹅膏蕈碱脑啡肽:

13目前十三页\总数八十六页\编于十六点

还原型谷胱甘肽14目前十四页\总数八十六页\编于十六点短杆菌肽和短杆菌酪肽10肽抗生素。15目前十五页\总数八十六页\编于十六点脑啡肽（5肽）已发现几十种.如Met-脑啡肽（Tyr—Gly—Gly—Phe—Met）Leu-脑啡肽（Tyr—Gly—Gly—Phe—Leu）16目前十六页\总数八十六页\编于十六点

二、蛋白质的一级结构定义——指蛋白质多肽链中aa的排列顺序，包括二硫键的位置。17目前十七页\总数八十六页\编于十六点1.

蛋白质的一级结构举例

[英]Sanger等，1953FrederickSanger胰岛素（insulin）Mr:5700D含两条肽链A链：20aaB链：31aa18目前十八页\总数八十六页\编于十六点FigTheaminoacidsequenceofthetwochainsofbovineinsulin,whicharejoinedbydisulfidecross-linkages.19目前十九页\总数八十六页\编于十六点2.一级结构测定方法（DeterminingmethodsofPrimarystructureofaprotein)测定蛋白质分子中多肽链的数目。拆分蛋白质分子的多肽链。断裂多肽链的二硫键。测定多肽链的氨基酸组成。分析多肽链的N末端和C末端残基。将多肽链断裂成肽段，并分离。测定各个肽段的氨基酸顺序。确定肽段在多肽链中的次序。确定原多肽链中二硫键的位置。一般原则20目前二十页\总数八十六页\编于十六点(1)一般要求:a、样品必需纯（>97%以上）b、已知蛋白质的分子量c、已知蛋白质由几个亚基组成21目前二十一页\总数八十六页\编于十六点

(2)测定步骤A.测定蛋白质分子中多肽链的数目。蛋白质一级结构的测定22目前二十二页\总数八十六页\编于十六点

(2)测定步骤

分析多肽链的N-末端和C-末端。多肽链N-端(amino-terminal)蛋白质一级结构的测定23目前二十三页\总数八十六页\编于十六点氨基末端基氨基酸测定二硝基氟苯（DNFB）法24目前二十四页\总数八十六页\编于十六点氨基末端基氨基酸测定丹磺酰氯法25目前二十五页\总数八十六页\编于十六点Edman法。氨基末端基氨基酸测定苯异硫氰酸（PITC）法26目前二十六页\总数八十六页\编于十六点氨肽酶(aminopeptidases)是一种肽链外切酶，它能从多肽链的N-端逐个的向里水解。氨基末端基氨基酸测定氨肽酶法27目前二十七页\总数八十六页\编于十六点羧基末端基氨基酸测定羧基末端---肼解法28目前二十八页\总数八十六页\编于十六点羧肽酶(carboxypeptidase)是一种肽链外切酶，它能从多肽链的C-端逐个的水解AA。目前常用的羧肽酶有四种：A,B,C和Y.羧基末端基氨基酸测定羧基末端---羧肽酶法29目前二十九页\总数八十六页\编于十六点用LiBH4使C末端氨基酸还原成氨基醇，然后水解，测定氨基酸，即可知C末端氨基酸。羧基末端基氨基酸测定羧基末端---硼氢化锂还原法-------------H2N-CH-CO-NH-CH-COOHH2N-CH-CO-NH-CH-CH2OHLiBH4|

R1|

R2|

R1|

R230目前三十页\总数八十六页\编于十六点（2）测定步骤B.多肽链的拆分。

蛋白质一级结构的测定31目前三十一页\总数八十六页\编于十六点

(2)测定步骤B.多肽链的拆分。几条多肽链借助非共价键连接在一起，称为寡聚蛋白质，如，血红蛋白为四聚体，烯醇化酶为二聚体；可用8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍处理，即可分开多肽链(亚基).蛋白质一级结构的测定32目前三十二页\总数八十六页\编于十六点

(2)测定步骤C.二硫键的断裂

还原法:-巯基乙醇(还原法)处理，使二硫键还原为巯基.SH-CH2-CH2-OH蛋白质一级结构的测定33目前三十三页\总数八十六页\编于十六点

(2)测定步骤氧化法:应用过甲酸氧化法拆分多肽链间的二硫键。蛋白质一级结构的测定34目前三十四页\总数八十六页\编于十六点（2）测定步骤D.测定每条肽链的氨基酸组成

根据蛋白质水解蛋白质一级结构的测定完全水解（彻底水解）不完全水解（部分水解）水解产物是aa混合物水解产物是各种大小不同的肽段和aa35目前三十五页\总数八十六页\编于十六点水解方法反应条件产物优点缺点酸水解6MHCl或4MH2SO4共煮20hrsL-aa不引起消旋Trp被破坏；一部分羟基aa(Ser,Thr)被分解；Asn和Gln的酰胺基被水解下来碱水解5MNaOH共煮20hrsL-aa和D-aa混合物不破坏Trp引起消旋；Arg脱氨基生成鸟氨酸酶水解生理温度、pH肽段和氨基酸混合物不破坏aa不引起消旋酶解时间长Table1-236目前三十六页\总数八十六页\编于十六点（2）测定步骤E.多肽链断裂蛋白质一级结构的测定多肽链断裂法：酶解法和化学法37目前三十七页\总数八十六页\编于十六点酶解法:胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜热菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶多肽链的选择性降解

（2）测定步骤38目前三十八页\总数八十六页\编于十六点Trypsin

：R1=Lys和Arg侧链（专一性较强，水解速度快）。R2=Pro水解受抑。肽链水解位点胰蛋白酶-HN-CH-CO-NH-CH-CO-R1R239目前三十九页\总数八十六页\编于十六点或胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）：R1=Phe,Trp,Tyr时水解快;R1=Leu，Met和His水解稍慢。R2=Pro水解受抑。肽链水解位点糜蛋白酶40目前四十页\总数八十六页\编于十六点Pepsin：R1和R2＝Phe,Trp,Tyr;Leu以及其它疏水性氨基酸水解速度较快。R1=Pro水解受抑。肽链水解位点胃蛋白酶41目前四十一页\总数八十六页\编于十六点thermolysin：R2=Phe,Trp,Tyr;Leu，Ile,Met以及其它疏水性强的氨基酸水解速度较快。R2=Pro或Gly水解受抑。R1或R3=Pro水解受抑。肽链水解位点嗜热菌蛋白酶42目前四十二页\总数八十六页\编于十六点谷氨酸蛋白酶：R1=Glu、Asp(磷酸缓冲液);R1=Glu(碳酸氢铵缓冲液或醋酸缓冲液)精氨酸蛋白酶：R1=Arg肽链水解位点谷氨酸蛋白酶和精氨酸蛋白酶43目前四十三页\总数八十六页\编于十六点化学法：可获得较大的肽段溴化氰(Cyanogenbromide)水解法。羟胺（NH2OH）：多肽链的选择性降解

（2）测定步骤44目前四十四页\总数八十六页\编于十六点（2）测定步骤F.分离肽段测定每个肽段的氨基酸顺序。蛋白质一级结构的测定45目前四十五页\总数八十六页\编于十六点Edman（苯异硫氰酸酯法）氨基酸顺序分析法。Edman氨基酸顺序分析法苯乙内酰硫脲-氨基酸（PTH-aa）苯氨基硫甲酰氨基酸

（2）测定步骤46目前四十六页\总数八十六页\编于十六点（2）测定步骤H.确定原多肽链中二硫键的位置对角线法蛋白质一级结构的测定47目前四十七页\总数八十六页\编于十六点对角线电泳（diagonaleletrophoresis）（Brown和Hartly）48目前四十八页\总数八十六页\编于十六点49目前四十九页\总数八十六页\编于十六点+-+-第二向第一向abBrown和Hartlay对角线电泳图解pH6.5图中a、b两个斑点是由一个二硫键断裂产生的肽段50目前五十页\总数八十六页\编于十六点

（2）测定步骤蛋白质一级结构的测定I.肽段在多肽链中的次序利用重叠肽，推出肽链的氨基酸顺序。51目前五十一页\总数八十六页\编于十六点三、蛋白质的空间结构

three-dimensionalstructure

52目前五十二页\总数八十六页\编于十六点构型（configuration）是指在一个不对称性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。这种排列方式的改变会牵涉到共价键的形成或破坏，而与氢键无关，是一种两维的变化。例如单糖的α-、β-型，氨基酸的L-、D-型都是构型。构象（conformation）是表示一个分子结构中一切原子沿共价键（单键）转动时而产生的不同空间排列，它通常与分子的不对称性无关。这种排列的变化会涉及到氢键等次级键的形成和破坏，而不改变共价键，这是三维空间的变化，如多肽及蛋白质的高级结构即属于构象。53目前五十三页\总数八十六页\编于十六点（一）多肽链折叠的空间限制Fig.

Limitedrotationcanoccuraroundtwoofthethreetypesofbondsinapolypeptidechain.1.肽平面（酰胺平面、肽单位、肽基）54目前五十四页\总数八十六页\编于十六点多肽链的构象可用肽基间的两面角来描述。绕C–N键旋转的角度称（角），绕C–C键旋转的角度称（角）。多肽链的所有构象都可以用、两个构象角来描述。这两个角（和

）决定了相邻两个肽平面的相对位置。2.

C的二面角（dihedralangle）

55目前五十五页\总数八十六页\编于十六点Fig1-29.Thepeptidebondplanesarejoinedbythetetrahedralbondsofthe-carbon.Theconformationshowncorrespondsto=+180°，=+180°.56目前五十六页\总数八十六页\编于十六点3.

可允许的角和角

拉氏构象图(Ramachandranplot)：根据非键合原子之间的最小接触距离确定二面角（，

）的允许范围。57目前五十七页\总数八十六页\编于十六点（二）蛋白质的二级结构

（ProteinSecondarystructure)概念：蛋白质分子中主链折叠产生的、由氢键维系的、有规则的构象。二级结构的类型：α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规卷曲几种形式。维持蛋白质二级结构的主要化学键是氢键。

58目前五十八页\总数八十六页\编于十六点

1.-螺旋（-helix）Φ=-57°，Ψ=-47°；FigFourdifferentgraphicrepresentationsofthe-helix.0.54nm0.15nm结构要点59目前五十九页\总数八十六页\编于十六点影响-螺旋形成的因素⑴极大的侧链基团（存在空间位阻）；⑵连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸残基（同种电荷的互斥效应）；⑶有Pro存在时，（不能形成氢键），因此将中断α螺旋。⑷有Gly，因为侧链过于简单，而导致构象太“柔顺”。60目前六十页\总数八十六页\编于十六点

其他类型的螺旋：•310-螺旋:•π-螺旋（4.416—螺旋）:

61目前六十一页\总数八十六页\编于十六点2．β-折叠(β-sheet):

两条或多条几乎完全伸展的多肽链，侧向聚集，相邻肽链上的C=O与NH形成有规则的氢键，所有肽键都参与氢键形成，方向与肽链长轴垂直。有平行（所有参与β-折叠的肽链的N端在同一方向）；反平行（肽链的极性一顺一倒，N端间隔相同）。62目前六十二页\总数八十六页\编于十六点Fig“Apleatedsheet”ofpaperwithanantiparallel-sheetdrawnonit.

-折叠股63目前六十三页\总数八十六页\编于十六点3．β-转角(β–Turn)

多肽链180°回折部分所

形成的一种二级结构，常

由４个氨基酸残基组成，

第二个残基常为脯氨酸。

第一个aa残基的羰基氧与

第四个aa残基的酰胺氢之

间形成氢键。64目前六十四页\总数八十六页\编于十六点R在同一侧R在相对侧第5次课结束65目前六十五页\总数八十六页\编于十六点4．无规卷曲（Randomcoil)无规卷曲：无规卷曲在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。66目前六十六页\总数八十六页\编于十六点67目前六十七页\总数八十六页\编于十六点（三）蛋白质的超二级结构

Supersecondarystructure在球状蛋白质中，若干相邻的二级结构单元组和在一起，彼此相互作用，形成有规则、在空间上能辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件。是蛋白质二级结构至三级结构层次的一种过渡态构象层次。有三种基本形式：αα，βαβ和ββ。68目前六十八页\总数八十六页\编于十六点（四）蛋白质的结构域(domain)结构域是球状蛋白质的折叠单位。多肽链在二级结构和超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球状的结构，具有部分生物功能。通常都是几个超二级结构单元的组合。对于较小的蛋白质分子或亚基，结构域和三级结构意思相同，即这类蛋白质是单结构域（singledomain)；较大的蛋白质含多个结构域(multidomain).69目前六十九页\总数八十六页\编于十六点两个结构域彼此很不相同70目前七十页\总数八十六页\编于十六点（五）蛋白质的三级结构

Tertiarystructure蛋白质的三级结构是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构,是球状分子特有的结构。指多肽链中所有的原子或基团的空间排列。71目前七十一页\总数八十六页\编于十六点S-SbondS-SbondActivesite虾红素(

Astacin)72目前七十二页\总数八十六页\编于十六点维持三级结构的作用力：主要有氢键、疏水相互作用、离子键(盐键)、范德华力等。尤其是疏水相互作用。73目前七十三页\总数八十六页\编于十六点

这些弱的相互作用（或称非共价键，或次级键），是蛋白质分子的主链和侧链上的极性、非极性、离子基团相互作用形成的。74目前七十四页\总数八十六页\编于十六点图4－6维持蛋白质空间结构的化学键CH3CH31．氢键（HydrogenBond）两个重要的特征：方向性饱和性75目前七十五页\总数八十六页\编于十六点图4－6维持蛋白质空间结