-蛋白质结构培训课件

蛋白质的构造7/4/202512.3.1蛋白质的一级构造2.3.2蛋白质的二级构造2.3.4蛋白质的四级构造2.3.3蛋白质的三级构造【重要内容】：§2.3蛋白质的分子构造7/4/20252蛋白质的构造分为：

一级构造、二级构造、三级构造、四级构造。在二、三级构造间划分出超二级构造和构造域。7/4/20253蛋白质的一、二、三、四级构造7/4/202542.3.1蛋白质的一级构造一、蛋白质的一级构造蛋白质的一级构造（Primarystructure）又称为共价构造或化学构造。是指蛋白质中氨基酸的排列次序。（一）肽键与肽链1.肽键：一种氨基酸的α-COOH和相邻的另一种氨基酸的α-NH2脱水形成共价键。如下图：7/4/202557/4/20256肽键和肽的构造7/4/202572.氨基酸借肽键连接起来叫肽；

1）两个氨基酸构成的肽叫二肽；

2）三个氨基酸构成的肽叫三肽；3）多种氨基酸构成的肽叫多肽；4）氨基酸借肽键连成长链，称为肽链，肽链两端有自由-NH2和-COOH，自由-NH2端称为N-末端（氨基末端），自由-COOH端称为C-末端（羧基末端）；

5）构成肽链的氨基酸已残缺不全，称为氨基酸残基；

6）肽链中的氨基酸的排列次序，一般-NH2端开始，由N指向C，即多肽链有方向性，N端为头，C端为尾。7/4/20258（二）天然活性肽(理解)自然界中有自由存在的活性肽，重要有：1.谷胱甘肽（GSH）：三肽（Glu-Cys-Gly），广泛存在于生物细胞中，具有自由的巯基，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遭氧化，使其处在活性状态。7/4/202597/4/2025102.促甲状腺素释放激素：三肽（焦谷氨酰组氨酰脯氨酸），可增进甲状腺素的释放。3.短杆菌素S：环十肽，具有D-苯丙氨酸、鸟氨酸，对革兰氏阴性细菌有破坏作用，重要作用于细胞膜。4.青霉素：具有D—半胱氨酸和D—缬氨酸的二肽衍生物。重要破坏细菌的细胞壁粘肽的合成引起溶菌。7/4/2025115.牛催产素与加压素：均为九肽，分子中具有一对二硫键，两者构造类似。前者可刺激子宫的收缩，增进分娩。后者可增进小动脉收缩，使血压升高，也有抗利尿作用，参与水、盐代谢的调整。牛催产素: SS Cys·Tyr·Ile·Gln·Asn·Cys·Pro·Leu·Gly-NH2牛加压素:7.脑啡肽：为五肽，具有镇痛作用。SS Cys·Tyr·Phe·Gln·Asn·Cys·Pro·Ary·Gly-NH26.舒缓激肽：增进血管舒张，增进水、钠离子的排出。7/4/2025127/4/202513（三）蛋白质的一级构造研究一级构造的研究包括：蛋白质的氨基酸构成测定，肽链数目确实定，末端氨基酸种类测定，氨基酸的排列次序测定，二硫键位置的测定，酰胺位置确实定。大体环节如下：1.获取一定量纯的蛋白质样品，测其分子量，然后将样品完全水解，确定该蛋白质的氨基酸种类、数目及每种氨基酸的含量。2.进行末端测定，确定该蛋白质的肽链数目，N-端和C-端是什么氨基酸。

N-末端测定法：常采用2，4—二硝基氟苯法、Edman降解法、丹磺酰氯法。

C-末端测定法：常采用肼解法、羧肽酶法。p397/4/2025143.肽链的拆分:经末端的分析，若该蛋白质具有两条以上的肽链，并且肽链之间是通过非共价键连接，使用蛋白质变性剂将其变性后分开；若蛋白质肽链之间通过共价键相连，则可采用过甲酸氧化法或巯基乙醇还原法将其分开。4.各肽链中氨基酸排列次序的测定:使用两种以上的措施将肽链部分水解成肽段，测各肽段的氨基酸次序，然后使用片段重叠法推测出完整肽链的氨基酸次序。5.确定二硫键和酰胺的位置6.确定氨基酸的序列7/4/202515(四)胰岛素的一级构造1953年英国Sanger等人，完毕了牛胰岛素(Isulin)一级构造测定工作，分子量为5700D，有A链(21AA)和B链(30AA)两条肽链，两个链间有二硫键和一种链内二硫键(A链)。7/4/202516五、蛋白质的构象和维持构象的作用力p40-41构型（configuration):立体异构体分子中取代原子或基团在空间的取向，如几何异构体和旋光异构体。构型互变需要共价键的断裂。构象(conformation)：取代基团当单键旋转时形成不一样的立体构造。构象有无数种，交叉型最稳定，重叠型最不稳定。构象互变不需要共价键的断裂。7/4/202517a.盐键、b.f.氢键、c.疏水作用d.范得华力、e.二硫键、g.酯键h.配位键7/4/202518二级构造的概念：多肽链在一级构造的基础上，按照一定的方式有规律的旋转或折叠形成的空间构象。其实质是多肽链在空间的排列方式。1.蛋白质分子构象的立体化学原则LinusPauling和RobertCorey于20世纪40年代末至50年代初，应用X-射线衍射法（X-raydiffraction）技术对α-角蛋白等研究成果，提出了蛋白质分子构象的立体化学原则，要点如下：2.3.2、蛋白质的二级构造7/4/202519（1）肽链空间构象的基本构造单位为肽平面或肽单位。所谓的肽平面是指肽链中从一种Cα原子到另一种Cα原子之间的构造，共包括6个原子（Cα、C、O、N、H、Cα），它们在空间共处在同一种平面。如下图所示：7/4/202520（2）肽键上的原子呈反式构型（见下一种片子）（3）肽键C-N键长为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(partialdouble-bondcharacter)，不能旋转。而

Cα-COOH、C-NH2，为真正单键(puresinglebond)，可以旋转。7/4/2025217/4/202522(4)相邻肽平面构成二面角：一种Cα原子相连的两个肽平面，由于N1-Cα和Cα-C2(羧基碳)两个键为单键，肽平面可以分别围绕这两个键旋转，从而构成不一样的构象。一种肽平面围绕N1-Cα(氮原子与α-碳原子)旋转的角度，用Φ表达。另一种肽平面围绕Cα-C2(α-碳原子与羧基碳)旋转的角度，用Ψ表达。这两个旋转角度叫二面角(dihedralangle)。一般二面角(Φ,Ψ)确定后，一种多肽链的二级构造就确定了p437/4/2025237/4/2025242.蛋白质二级构造重要类型有：α-螺旋、β-折叠、β-转角(1)α-螺旋（α-Helix）:又称为3.613螺旋，Φ=-57。，Ψ=-47。构造要点：多种肽键平面通过α-碳原子旋转，主链绕一条固定轴形成右手螺旋。每3.6个氨基酸残基上升一圈，相称于0.54nm。相邻两圈螺旋之间借肽键中C＝O和N-H形成许多链内氢健，即每一种氨基酸残基中的NH和前面相隔三个残基的C＝O之间形成氢键，这是稳定α-螺旋的重要键。肽链中氨基酸侧链R，分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷影响α-螺旋的形成。7/4/2025257/4/2025267/4/202527α-螺旋在许多蛋白中存在，如α-角蛋白、血红蛋白、肌红蛋白等，重要由α-螺旋构造构成。螺旋的构造一般用“SN”来表达，S表达螺旋每旋转一圈所含的残基数，N表达形成氢键的C=O与H-N原子之间在主链上包括的原子数。7/4/202528*影响α-螺旋稳定的原因：（P44）酸性或碱性氨基酸集中的区域，由于同电荷相斥，不利于α-螺旋形成；较大的R(如苯丙氨酸、色氨酸、异亮氨酸)集中的区域，也阻碍α－螺旋形成；脯氨酸因其α-碳原子位于五元环上，不易扭转，加之它是亚氨基酸，不易形成氢键，故不易形成上述α-螺旋；甘氨酸的R基为H，空间占位很小，也会影响该处螺旋的稳定。7/4/202529(2)β-折叠(β-pleatedsheets)又称β-片层、β-构造，其构造要点如下：多肽链呈锯齿状（或扇面状）排列成比较伸展的构造；相邻两个氨基酸残基的轴心距离为0.35nm，侧链R基团交替地分布在片层平面的上下方，片层间有氢键相连；有平行式和反平行式两种，平行式的折叠其Φ=-119。，Ψ=+113。。反平行折叠其Φ=-139。，Ψ=+135。。这种片层在丝心蛋白里大量存在。7/4/2025307/4/2025317/4/2025327/4/202533又称β-弯曲，β-回折或发夹构造。指蛋白质的多肽链在形成空间构象时常常会出现180。的回折，回折处的构造就称为β-转角。一般由四个持续的氨基酸构成，第一种氨基酸的羧基与第四个氨基酸的氨基形成氢键。也有某些是由第一种氨基酸的羧基与第三个氨基酸的氨基形成氢键。(3)β-转角7/4/2025347/4/202535

——泛指不能归入明确的二级构造如折叠片和螺旋的多肽片断。（4）无规卷曲（randomcoil）7/4/2025362.3.3超二级构造和构造域1．超二级构造超二级构造（Super-secondarystructure）的概念是M.Rossmann于1973年提出来的。蛋白质分子中的多肽链在三维折叠中往往形成有规则的二级构造汇集体，在球蛋白中充当三级构造的构件。常见的有：αα、ββ、βαβαβ等。7/4/2025377/4/2025387/4/2025397/4/2025407/4/2025417/4/2025427/4/2025432．构造域（structuraldomain）在某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种相对独立的区域，再组装成更复杂的球状构造，这种在二级或超二级构造基础上形成的特定区域称为构造域。它的构造层次介于超二级构造和三级构造之间。如图所示：7/4/2025447/4/2025457/4/2025467/4/202547

2.3.4.蛋白质的三级构造一条多肽链中所有原子在三维空间的整体排布，称为三级构造，是包括主、侧链在内的空间排列。大多数蛋白质的三级构造为球状或近似球状。在三级构造中，大多数的亲水的R侧基分布于球形构造的表面，而疏水的R侧基分布于球形构造的内部，形成疏水的关键。7/4/2025487/4/2025497/4/2025507/4/202551三级构造形成后，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。7/4/202552三级构造重要靠次级键（非共价键，noncovalent）维系固定，重要有：氢键、离子键（盐键）、疏水的互相作用（疏水键）、范德华力、配位键，此外二硫键（共价键）也参与维系三级构造。7/4/202553

2.3.5蛋