生物化學(xué)第5章

1、第五章第五章 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)一、研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法一、研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法二、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力二、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力三、多肽主鏈折疊的空間限制三、多肽主鏈折疊的空間限制四、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式四、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式五、纖維狀蛋白質(zhì)五、纖維狀蛋白質(zhì)六、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域六、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域七、球狀蛋白質(zhì)與三級(jí)結(jié)構(gòu)七、球狀蛋白質(zhì)與三級(jí)結(jié)構(gòu)八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)九、蛋白質(zhì)折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)九、蛋白質(zhì)折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)十、亞基締合和四級(jí)結(jié)構(gòu)十、亞基締合和四級(jí)結(jié)構(gòu)一、研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法一、研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法目前還沒有一種工具能夠用來直接

2、觀察蛋白質(zhì)分子的原子和目前還沒有一種工具能夠用來直接觀察蛋白質(zhì)分子的原子和基團(tuán)的排列。至今研究蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)所取得的成就主要基團(tuán)的排列。至今研究蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)所取得的成就主要是應(yīng)用間接的是應(yīng)用間接的XX射線衍射法射線衍射法取得的。取得的。X X射線衍射技術(shù)與光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡技術(shù)的基本原理射線衍射技術(shù)與光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡技術(shù)的基本原理是相似的。是相似的。X X射線衍射技術(shù)與顯微鏡技術(shù)的主要區(qū)別是：第一，光源不射線衍射技術(shù)與顯微鏡技術(shù)的主要區(qū)別是：第一，光源不是可見光而是波長(zhǎng)很短的是可見光而是波長(zhǎng)很短的X X射線；其次，經(jīng)物體散射后的衍射線；其次，經(jīng)物體散射后的衍射波，得到的是一張衍

3、射圖案。衍射圖案需要用數(shù)學(xué)方法進(jìn)射波，得到的是一張衍射圖案。衍射圖案需要用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行重組，繪出電子密度圖，從中構(gòu)建出三維分子圖象行重組，繪出電子密度圖，從中構(gòu)建出三維分子圖象分分子結(jié)構(gòu)模型。子結(jié)構(gòu)模型。（一）（一）X X射線衍射法射線衍射法二、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力二、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力氫鍵氫鍵是兩個(gè)極性基團(tuán)之間的弱鍵，也就是一個(gè)偶極是兩個(gè)極性基團(tuán)之間的弱鍵，也就是一個(gè)偶極(dipole)(dipole)的帶正電荷的一端被另一偶極帶負(fù)電荷的一端所吸引形成的的帶正電荷的一端被另一偶極帶負(fù)電荷的一端所吸引形成的鍵。存在于肽鏈與肽鏈之間，亦存在于同一螺旋肽鏈之中。鍵。存在于肽鏈與肽鏈之

4、間，亦存在于同一螺旋肽鏈之中。氫鍵雖然是弱鍵，但蛋白質(zhì)分子中的氫鍵很多，故對(duì)蛋白質(zhì)氫鍵雖然是弱鍵，但蛋白質(zhì)分子中的氫鍵很多，故對(duì)蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象起著重要的作用。分子的構(gòu)象起著重要的作用。 大多數(shù)蛋白質(zhì)采取的大多數(shù)蛋白質(zhì)采取的折疊策略是使主鏈肽折疊策略是使主鏈肽基之間形成最大數(shù)目基之間形成最大數(shù)目的 分 子 內(nèi) 氫 鍵 （ 如的 分 子 內(nèi) 氫 鍵 （ 如-螺旋、螺旋、-折疊），折疊），同時(shí)保持大部分能成同時(shí)保持大部分能成氫鍵的側(cè)鏈處于蛋白氫鍵的側(cè)鏈處于蛋白質(zhì)分子表面，與水相質(zhì)分子表面，與水相互作用?；プ饔?。 范德華力范德華力是分子間的吸引力，是由于靜電相吸，對(duì)四級(jí)結(jié)構(gòu)是分子間的吸引力，是由于靜

5、電相吸，對(duì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的形成有一定作用。的形成有一定作用。 包括三種弱的作用力：包括三種弱的作用力：定向效應(yīng)定向效應(yīng) 極性基團(tuán)間極性基團(tuán)間誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng) 極性與非極性極性與非極性基團(tuán)間基團(tuán)間分散效應(yīng)分散效應(yīng) 非極性基團(tuán)間非極性基團(tuán)間范德華力只有當(dāng)兩個(gè)非鍵合原子處于一定距離時(shí)才能范德華力只有當(dāng)兩個(gè)非鍵合原子處于一定距離時(shí)才能達(dá)到最大。達(dá)到最大。疏水鍵疏水鍵是蛋白質(zhì)分子中疏水性較強(qiáng)的一些氨基酸是蛋白質(zhì)分子中疏水性較強(qiáng)的一些氨基酸( (如纈氨酸、如纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸等亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸等) )的側(cè)鏈避開水相自相粘附聚的側(cè)鏈避開水相自相粘附聚集在一起，形成孔穴，對(duì)維持蛋白質(zhì)分子的

6、穩(wěn)定性起一定作集在一起，形成孔穴，對(duì)維持蛋白質(zhì)分子的穩(wěn)定性起一定作用。用。 它在維持蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)它在維持蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)方面占有突出的地位。構(gòu)方面占有突出的地位。 鹽健鹽健或稱離子鍵，它是正電荷與負(fù)電荷之間的一種靜電相或稱離子鍵，它是正電荷與負(fù)電荷之間的一種靜電相互作用。互作用。生理生理pHpH下，下，AspAsp、GluGlu側(cè)鏈解離成負(fù)離子，側(cè)鏈解離成負(fù)離子，ysys、ArgArg、HisHis離解成正離子。多數(shù)情況下，這些基團(tuán)分布在球狀蛋離解成正離子。多數(shù)情況下，這些基團(tuán)分布在球狀蛋白質(zhì)分子的表面，與水分子形成排列有序的水化層。偶白質(zhì)分子的表面，與水分子形成排列有序的水化層。偶爾有少數(shù)

7、帶相反電荷的側(cè)鏈在分子的疏水內(nèi)部形成鹽鍵。爾有少數(shù)帶相反電荷的側(cè)鏈在分子的疏水內(nèi)部形成鹽鍵。 二硫鍵為二硫鍵為1 1個(gè)半胱氨酸的個(gè)半胱氨酸的SHSH基與同鏈或鄰鏈另基與同鏈或鄰鏈另1 1個(gè)半胱氨酸個(gè)半胱氨酸的的SHSH基氧化連接而成。在二硫鍵形成之前，蛋白質(zhì)分子已基氧化連接而成。在二硫鍵形成之前，蛋白質(zhì)分子已形成三級(jí)結(jié)構(gòu)，二硫鍵不指導(dǎo)多肽鏈的折疊，三級(jí)結(jié)構(gòu)形形成三級(jí)結(jié)構(gòu)，二硫鍵不指導(dǎo)多肽鏈的折疊，三級(jí)結(jié)構(gòu)形成后，二硫鍵可穩(wěn)定此構(gòu)象。成后，二硫鍵可穩(wěn)定此構(gòu)象。 主要存在于體外蛋白中，在細(xì)胞內(nèi)，由于有高濃度的還原主要存在于體外蛋白中，在細(xì)胞內(nèi)，由于有高濃度的還原性物質(zhì)，所以沒有二硫鍵。性物質(zhì)，所以

8、沒有二硫鍵。 三、多肽主鏈折疊的空間限制三、多肽主鏈折疊的空間限制（一）酰胺平面與（一）酰胺平面與碳原子的二角面碳原子的二角面肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能繞鍵自由旋轉(zhuǎn)；主鏈肽基成肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能繞鍵自由旋轉(zhuǎn)；主鏈肽基成為剛性平面。為剛性平面。多肽主鏈上只有多肽主鏈上只有碳原子連接的兩個(gè)鍵（碳原子連接的兩個(gè)鍵（C CNN1 1和和C C-C-C2 2）是單鍵，能自由旋轉(zhuǎn)。是單鍵，能自由旋轉(zhuǎn)。 環(huán)繞環(huán)繞C CNN鍵旋轉(zhuǎn)的角度為鍵旋轉(zhuǎn)的角度為 ；環(huán)繞；環(huán)繞C CCC2 2鍵旋轉(zhuǎn)的角度鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱稱。多肽鏈的所有可能構(gòu)象都能用。多肽鏈的所有可能構(gòu)象都能用和和這兩個(gè)構(gòu)象角這兩個(gè)構(gòu)象角來描述，稱

9、二面角。來描述，稱二面角。 當(dāng)當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)鍵的旋轉(zhuǎn)鍵C C-N-N1 1兩側(cè)的兩側(cè)的N N1 1-C-C1 1和和C C-C-C2 2呈順式時(shí)，規(guī)定呈順式時(shí)，規(guī)定=0=0。當(dāng)。當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)鍵的旋轉(zhuǎn)鍵C C-C-C2 2兩側(cè)的兩側(cè)的C C-N-N1 1和和C C2 2-N-N2 2呈順式時(shí)，呈順式時(shí)，規(guī)定規(guī)定=0=0。 從從C C向向N N1 1看，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)看，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)C C-N-N1 1鍵形鍵形成的成的角為正值，反之為負(fù)值。從角為正值，反之為負(fù)值。從C C向向C C2 2看，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)看，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)C C- - C C2 2鍵形成鍵形成的的角為正值，反之為負(fù)值。角為正值，反之為負(fù)值。 多肽鏈折疊的

10、空間限制多肽鏈折疊的空間限制 和和同時(shí)為同時(shí)為0 0的構(gòu)象實(shí)際不存在，因?yàn)閮蓚€(gè)相鄰肽平面上的構(gòu)象實(shí)際不存在，因?yàn)閮蓚€(gè)相鄰肽平面上的酰胺基的酰胺基H H原子和羰基原子和羰基0 0原子的接觸距離比其范德華半經(jīng)之原子的接觸距離比其范德華半經(jīng)之和小，空間位阻。和小，空間位阻。 因此二面角（因此二面角（、）所決定的構(gòu)象能否存在，主要取決）所決定的構(gòu)象能否存在，主要取決于兩個(gè)相鄰肽單位中非鍵合原子間的接近有無阻礙。于兩個(gè)相鄰肽單位中非鍵合原子間的接近有無阻礙。 C C上的上的R R基的大小與帶電性影響基的大小與帶電性影響和和。RamachandranRamachandran根據(jù)蛋白質(zhì)中非鍵合原子間的最小接

11、觸距離，根據(jù)蛋白質(zhì)中非鍵合原子間的最小接觸距離，確定了哪些成對(duì)二面角（確定了哪些成對(duì)二面角（、）所規(guī)定的兩個(gè)相鄰肽單位）所規(guī)定的兩個(gè)相鄰肽單位的構(gòu)象是允許的，哪些是不允許的，并且以的構(gòu)象是允許的，哪些是不允許的，并且以為橫坐標(biāo)，以為橫坐標(biāo)，以為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)圖上標(biāo)出，該坐標(biāo)圖稱拉氏構(gòu)象圖。為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)圖上標(biāo)出，該坐標(biāo)圖稱拉氏構(gòu)象圖。 拉氏構(gòu)象圖拉氏構(gòu)象圖由于原子基團(tuán)之間不利的空間相互作用，肽鏈構(gòu)象的范圍由于原子基團(tuán)之間不利的空間相互作用，肽鏈構(gòu)象的范圍是很有限的。是很有限的。四、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式四、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式驅(qū)使蛋白質(zhì)折疊的主要?jiǎng)恿Γ候?qū)使蛋白質(zhì)折疊的主要?jiǎng)?/p>

12、力： (1)(1)暴露在溶劑中的疏水基團(tuán)降低至最少程度。暴露在溶劑中的疏水基團(tuán)降低至最少程度。 (2)(2)要保持處于伸展?fàn)顟B(tài)的多肽鏈和周圍水分子間形成的氫要保持處于伸展?fàn)顟B(tài)的多肽鏈和周圍水分子間形成的氫鍵相互作用的有利能量狀態(tài)。鍵相互作用的有利能量狀態(tài)。 （一）（一）螺旋螺旋 1.1.螺旋的結(jié)構(gòu)螺旋的結(jié)構(gòu) 在在螺旋中，多肽主鏈按螺旋中，多肽主鏈按右手或左手方向盤繞，形右手或左手方向盤繞，形成右手螺旋或左手螺旋，成右手螺旋或左手螺旋，相鄰的螺圈之間形成鏈內(nèi)相鄰的螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵，構(gòu)成螺旋的每個(gè)氫鍵，構(gòu)成螺旋的每個(gè)CC都取相同的二面角都取相同的二面角、。 典型的典型的螺旋特征：螺旋特征： 二

13、面角：二面角：= -57-57, , = - - 4848，是一種右手螺旋；，是一種右手螺旋； 每圈螺旋：每圈螺旋：3.63.6個(gè)個(gè)a.aa.a殘基，殘基， 高度：高度：0.54nm0.54nm ; ; 每個(gè)殘基繞軸旋轉(zhuǎn)每個(gè)殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100100，沿軸上升，沿軸上升0.15nm0.15nm； 氨基酸殘基側(cè)鏈向外；氨基酸殘基側(cè)鏈向外； 相鄰螺圈之間形成相鄰螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鏈，氫鍵的取鏈內(nèi)氫鏈，氫鍵的取向幾乎與中心軸平行。向幾乎與中心軸平行。 肽鍵上肽鍵上N-HN-H氫與它后氫與它后面（面（N N端）第四個(gè)殘基端）第四個(gè)殘基上的上的C=0C=0氧間形成氫鍵。氧間形成氫鍵。這種典型的這種典型的螺

14、旋用螺旋用3.63.61313表示，表示，3.63.6表示每表示每圈螺旋包括圈螺旋包括3.63.6個(gè)殘基，個(gè)殘基，1313表示氫鍵封閉的環(huán)表示氫鍵封閉的環(huán)包括包括1313個(gè)原子。個(gè)原子。2. 2. 螺旋的偶極矩和帽化螺旋的偶極矩和帽化螺旋中氫鍵都沿螺旋軸指向同一方向螺旋中氫鍵都沿螺旋軸指向同一方向, ,每一肽鍵具有由每一肽鍵具有由N-N-H H和和C=OC=O的極性產(chǎn)生的偶極矩。的極性產(chǎn)生的偶極矩。螺旋本身也是一個(gè)偶極矩。螺旋本身也是一個(gè)偶極矩。一個(gè)一個(gè)n n個(gè)殘基的典型個(gè)殘基的典型螺旋含螺旋含n-4n-4個(gè)氫鍵，螺旋的頭個(gè)氫鍵，螺旋的頭4 4個(gè)酰胺個(gè)酰胺氫和最后氫和最后4 4個(gè)羰基氧不參加螺

15、旋氫鍵的形成。螺旋末端附近個(gè)羰基氧不參加螺旋氫鍵的形成。螺旋末端附近的非極性殘基可暴露于溶劑。蛋白質(zhì)經(jīng)常通過螺旋帽化給的非極性殘基可暴露于溶劑。蛋白質(zhì)經(jīng)常通過螺旋帽化給予補(bǔ)償。予補(bǔ)償。帽化帽化就是給末端裸露的就是給末端裸露的N-HN-H和和C=OC=O提供氫鍵配偶體，提供氫鍵配偶體，并折疊蛋白質(zhì)的其他部分以促成與末端暴露的非極性殘基并折疊蛋白質(zhì)的其他部分以促成與末端暴露的非極性殘基的疏水作用。的疏水作用。3. 3. 螺旋的手性螺旋的手性蛋白質(zhì)中的蛋白質(zhì)中的螺旋幾乎都是右手，但在嗜熱菌蛋白酶中有很螺旋幾乎都是右手，但在嗜熱菌蛋白酶中有很短的一段左手短的一段左手螺旋，由螺旋，由Asp-Asn-Gl

16、y-GlyAsp-Asn-Gly-Gly（226-229226-229）組成）組成（+64+64、+42+42）。右手螺旋比左手螺旋穩(wěn)定。）。右手螺旋比左手螺旋穩(wěn)定。 由于由于螺旋結(jié)構(gòu)是一種不對(duì)稱的分子結(jié)構(gòu)，因而具有旋光性，螺旋結(jié)構(gòu)是一種不對(duì)稱的分子結(jié)構(gòu)，因而具有旋光性，原因：（原因：（1 1）碳原子的不對(duì)稱性，（碳原子的不對(duì)稱性，（2 2） 構(gòu)象本身的不對(duì)稱構(gòu)象本身的不對(duì)稱性。天然性。天然螺旋能引起偏振光右旋，利用螺旋能引起偏振光右旋，利用螺旋的旋光性，螺旋的旋光性，可測(cè)定蛋白質(zhì)或多肽中可測(cè)定蛋白質(zhì)或多肽中螺旋的相對(duì)含量，也可用于研究影螺旋的相對(duì)含量，也可用于研究影響響螺旋與無規(guī)卷曲這兩種構(gòu)

17、象之間互變的因素。螺旋與無規(guī)卷曲這兩種構(gòu)象之間互變的因素。 螺旋的比旋不等于構(gòu)成其本身的氨基酸比旋的加和，而無螺旋的比旋不等于構(gòu)成其本身的氨基酸比旋的加和，而無規(guī)卷曲的肽鏈比旋則等于所有氨基酸比旋的加和。規(guī)卷曲的肽鏈比旋則等于所有氨基酸比旋的加和。 螺旋（包括其它二級(jí)結(jié)構(gòu)）形成中的協(xié)同性：一旦形成螺旋（包括其它二級(jí)結(jié)構(gòu)）形成中的協(xié)同性：一旦形成一圈一圈螺旋后，隨后逐個(gè)殘基的加入就會(huì)變的更加容易而螺旋后，隨后逐個(gè)殘基的加入就會(huì)變的更加容易而迅速。迅速。 4. 4. 影響影響螺旋形成的因素螺旋形成的因素R R側(cè)鏈的大小和帶電性決定了能否形成側(cè)鏈的大小和帶電性決定了能否形成螺旋以及形成的螺旋以及形成

18、的螺旋的穩(wěn)定性：螺旋的穩(wěn)定性： 多肽鏈上連續(xù)出現(xiàn)帶同種電荷基團(tuán)的氨基酸殘基多肽鏈上連續(xù)出現(xiàn)帶同種電荷基團(tuán)的氨基酸殘基,(,(如如LysLys，或，或AspAsp，或或Glu)Glu)，則由于靜電排斥，不能形成鏈內(nèi)氫鍵，從而不能形成穩(wěn)定的，則由于靜電排斥，不能形成鏈內(nèi)氫鍵，從而不能形成穩(wěn)定的螺旋。如多聚螺旋。如多聚LysLys、多聚、多聚GluGlu。而當(dāng)這些殘基分散存在時(shí)，不影響。而當(dāng)這些殘基分散存在時(shí)，不影響螺旋螺旋穩(wěn)定。穩(wěn)定。 GlyGly的的角和角和角可取較大范圍，在肽中連續(xù)存在時(shí)，使形成角可取較大范圍，在肽中連續(xù)存在時(shí)，使形成螺旋螺旋所需的二面角的機(jī)率很小，不易形成所需的二面角的機(jī)率很

19、小，不易形成螺旋。絲心蛋白含螺旋。絲心蛋白含50%Gly50%Gly，不形，不形成成螺旋。螺旋。 R R基大（如基大（如IleIle）不易形成）不易形成螺旋螺旋 ProProProPro中止中止螺旋。螺旋。 R R基較小，且不帶電荷的氨基酸利于基較小，且不帶電荷的氨基酸利于螺旋的形成。如多聚丙氨酸在螺旋的形成。如多聚丙氨酸在pH7pH7的水溶液中自發(fā)卷曲成的水溶液中自發(fā)卷曲成螺旋。螺旋。 5.5.其他類型的螺旋其他類型的螺旋3 31010 螺旋（螺旋（n=3n=3，= -49-49, , = - - 2626）螺旋螺旋2 27 7二重帶二重帶（二）（二）折疊片折疊片兩條或多條幾乎完全伸展的多肽

20、鏈（或同一肽鏈的不同肽兩條或多條幾乎完全伸展的多肽鏈（或同一肽鏈的不同肽段）側(cè)向聚集在一起，相鄰肽鏈主鏈上的段）側(cè)向聚集在一起，相鄰肽鏈主鏈上的NHNH和和C=0C=0之間形成之間形成氫鏈，這樣的多肽構(gòu)象就是氫鏈，這樣的多肽構(gòu)象就是-折疊片。折疊片。-折疊中所有的折疊中所有的肽鏈都參于鏈間氫鍵的形成，氫鍵與肽鏈的長(zhǎng)軸接近垂直。肽鏈都參于鏈間氫鍵的形成，氫鍵與肽鏈的長(zhǎng)軸接近垂直。多肽主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象，側(cè)鏈多肽主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象，側(cè)鏈R R基交替地分布在片層平基交替地分布在片層平面的兩側(cè)。面的兩側(cè)。 反平行折疊平行折疊平行式：所有參與平行式：所有參與折疊的肽鏈的折疊的肽鏈的N N端在同一方向

21、。端在同一方向。 =-119=-119=+113=+113。反平行式：肽鏈的極性一順一倒，反平行式：肽鏈的極性一順一倒，N N端間隔相同。端間隔相同。 =-139=-139 =+135=+135。從能量上看，反平從能量上看，反平折疊比平行的更穩(wěn)定，前者的氫鍵折疊比平行的更穩(wěn)定，前者的氫鍵NH-ONH-O幾乎在一條直線上，此時(shí)氫鍵最強(qiáng)。幾乎在一條直線上，此時(shí)氫鍵最強(qiáng)。在纖維狀蛋白質(zhì)中在纖維狀蛋白質(zhì)中折疊主要是反平行式，而在球狀蛋白質(zhì)中折疊主要是反平行式，而在球狀蛋白質(zhì)中反平行和平行兩種方式都存在。反平行和平行兩種方式都存在。在纖維狀蛋白質(zhì)的在纖維狀蛋白質(zhì)的折疊中，氫鍵主要是在肽鏈之間形式，折疊中

22、，氫鍵主要是在肽鏈之間形式，而在球狀蛋白質(zhì)中，而在球狀蛋白質(zhì)中，折疊既可在不同肽鏈間形成，也可在折疊既可在不同肽鏈間形成，也可在同一肽鏈的不同部分間形成。同一肽鏈的不同部分間形成。（三）（三）-轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)角（-turn-turn） -轉(zhuǎn)角也稱轉(zhuǎn)角也稱-回折（回折（reversereverse turnturn）、）、-彎曲（彎曲（-bendbend）、發(fā)夾結(jié)構(gòu)（）、發(fā)夾結(jié)構(gòu)（hair-pinhair-pin structurestructure）-轉(zhuǎn)角是球狀蛋白質(zhì)分子中出現(xiàn)的轉(zhuǎn)角是球狀蛋白質(zhì)分子中出現(xiàn)的180180回折，有人稱之為回折，有人稱之為發(fā)夾結(jié)構(gòu)，由第一個(gè)發(fā)夾結(jié)構(gòu)，由第一個(gè)a.aa.a殘

23、基的殘基的C=OC=O與第四個(gè)氨基酸殘基的與第四個(gè)氨基酸殘基的N-HN-H間形成氫鍵。間形成氫鍵。目前發(fā)現(xiàn)的目前發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)角多數(shù)在球狀蛋白質(zhì)分子表面，轉(zhuǎn)角多數(shù)在球狀蛋白質(zhì)分子表面，轉(zhuǎn)角在球轉(zhuǎn)角在球狀蛋白質(zhì)中含量十分豐富，占全部殘基的狀蛋白質(zhì)中含量十分豐富，占全部殘基的1/41/4。 轉(zhuǎn)角的特征：轉(zhuǎn)角的特征：由多肽鏈上由多肽鏈上4 4個(gè)連續(xù)的氨基酸殘基組成。個(gè)連續(xù)的氨基酸殘基組成。主鏈骨架以主鏈骨架以180180返回折疊。返回折疊。第一個(gè)第一個(gè)a.aa.a殘基的殘基的C=OC=O與第四個(gè)與第四個(gè)a.aa.a殘基的殘基的N-HN-H生成氫鍵。生成氫鍵。C C11與與C C44之間距離小于之間距離小于

24、0.7nm0.7nm多數(shù)由親水氨基酸殘基組成。多數(shù)由親水氨基酸殘基組成。 GlyGly缺少側(cè)鏈，在缺少側(cè)鏈，在轉(zhuǎn)角中能很好地調(diào)整其他氨基酸殘基轉(zhuǎn)角中能很好地調(diào)整其他氨基酸殘基的空間阻礙；的空間阻礙；ProPro具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)和固定的具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)和固定的角，在一定程角，在一定程度上迫使度上迫使轉(zhuǎn)角的形成。轉(zhuǎn)角的形成。（四）（四） 無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲 沒有規(guī)律的多肽鏈主鏈骨架構(gòu)象。沒有規(guī)律的多肽鏈主鏈骨架構(gòu)象。 細(xì)胞色素細(xì)胞色素c的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)球狀蛋白中含量較高，對(duì)外界理球狀蛋白中含量較高，對(duì)外界理化因子敏感，與生物活性有關(guān)?；蜃用舾?，與生物活性有關(guān)。 -螺旋，螺旋，-轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角，-折疊在折疊

25、在拉氏圖上有固定位置，而無規(guī)拉氏圖上有固定位置，而無規(guī)卷曲的卷曲的、二面角可存在于二面角可存在于所有允許區(qū)域內(nèi)。所有允許區(qū)域內(nèi)。 五、纖維狀蛋白質(zhì)五、纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)的氨基酸序列很有規(guī)律，它們形成比較單一的、纖維狀蛋白質(zhì)的氨基酸序列很有規(guī)律，它們形成比較單一的、有規(guī)律的二級(jí)結(jié)構(gòu)，結(jié)果整個(gè)分子形成有規(guī)律的線形結(jié)構(gòu)，有規(guī)律的二級(jí)結(jié)構(gòu)，結(jié)果整個(gè)分子形成有規(guī)律的線形結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)纖維狀或細(xì)棒狀，分子軸比（軸比：長(zhǎng)軸呈現(xiàn)纖維狀或細(xì)棒狀，分子軸比（軸比：長(zhǎng)軸/ /短軸）大于短軸）大于1010，軸比小于，軸比小于1010的是球狀蛋白質(zhì)。的是球狀蛋白質(zhì)。 廣泛分布于脊椎和無脊椎動(dòng)物體內(nèi)，占脊椎動(dòng)物體內(nèi)蛋白

26、質(zhì)廣泛分布于脊椎和無脊椎動(dòng)物體內(nèi)，占脊椎動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)總量的總量的50%50%以上，起支架和保護(hù)作用。以上，起支架和保護(hù)作用。 （一）（一）-角蛋白角蛋白 原纖維原纖維 細(xì)胞細(xì)胞 -螺旋螺旋角質(zhì)層（鱗狀細(xì)胞）角質(zhì)層（鱗狀細(xì)胞） 微纖維微纖維 微纖維微纖維 大纖維大纖維主要由主要由-螺旋結(jié)構(gòu)組成，三股右手螺旋結(jié)構(gòu)組成，三股右手-螺螺旋向左纏繞形成原纖維，原纖維排列成旋向左纏繞形成原纖維，原纖維排列成“9+2”9+2”的電纜式結(jié)構(gòu)稱微纖維，成百根的電纜式結(jié)構(gòu)稱微纖維，成百根微纖維結(jié)合成大纖微微纖維結(jié)合成大纖微 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性由二硫鍵保證，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性由二硫鍵保證，-角蛋白在角蛋白在濕熱條件下可伸展轉(zhuǎn)變成

27、濕熱條件下可伸展轉(zhuǎn)變成-構(gòu)象，構(gòu)象，CysCys含含量較高。量較高。 （二）（二）折疊片蛋白折疊片蛋白 A.堆積的堆積的 -折疊折疊片的三維結(jié)構(gòu)片的三維結(jié)構(gòu) B.交替層中的交替層中的Ala(或或Ser)殘基殘基和和Gly殘基側(cè)鏈殘基側(cè)鏈(H原子原子)的連鎖的連鎖絲心蛋白含大量的絲心蛋白含大量的GlyGly、AlaAla、SerSer，以，以-折疊結(jié)構(gòu)為主。折疊結(jié)構(gòu)為主。 絲心蛋白取片層結(jié)構(gòu)，即反平絲心蛋白取片層結(jié)構(gòu)，即反平行式行式-折疊片以平行的方式折疊片以平行的方式堆積成多層結(jié)構(gòu)。鏈間主要以堆積成多層結(jié)構(gòu)。鏈間主要以氫鍵連接，層間主要靠范德華氫鍵連接，層間主要靠范德華力維系。力維系。 n絲心

28、蛋白絲心蛋白(fibroin)(fibroin)：這是蠶絲和蜘蛛絲的一種蛋白質(zhì)。絲：這是蠶絲和蜘蛛絲的一種蛋白質(zhì)。絲心蛋白具有抗張強(qiáng)度高，質(zhì)地柔軟的特性，但不能拉伸。絲心蛋白具有抗張強(qiáng)度高，質(zhì)地柔軟的特性，但不能拉伸。絲心蛋白是典型的心蛋白是典型的反平行式反平行式 - -折疊片折疊片，多肽鏈取鋸齒狀折疊構(gòu)，多肽鏈取鋸齒狀折疊構(gòu)象。象。（三）膠原蛋白（三）膠原蛋白 原膠原蛋白分子中的原膠原蛋白分子中的 單鏈（左手螺旋）單鏈（左手螺旋） 一股原膠原蛋白分子一股原膠原蛋白分子膠原纖維膠原纖維原膠原蛋白的頭原膠原蛋白的頭 （a）膠原纖維的分子結(jié)構(gòu)與形成過程）膠原纖維的分子結(jié)構(gòu)與形成過程()；（b）膠原

29、纖維的電鏡照片）膠原纖維的電鏡照片 Elastin is a polymeric, crosslinked Elastin is a polymeric, crosslinked protein that confers elasticity to protein that confers elasticity to lung-tissue lung-tissue 六、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域六、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域在蛋白質(zhì)分子中，特別是球狀蛋白質(zhì)中，由若干相鄰的二在蛋白質(zhì)分子中，特別是球狀蛋白質(zhì)中，由若干相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元（即級(jí)結(jié)構(gòu)單元（即螺旋、螺旋、折疊片和折疊片和轉(zhuǎn)角等）彼轉(zhuǎn)角等）彼此相互作用組

30、合在一起，形成有規(guī)則、在空間上能辨認(rèn)的此相互作用組合在一起，形成有規(guī)則、在空間上能辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體，充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件單元，稱超二級(jí)結(jié)二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體，充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件單元，稱超二級(jí)結(jié)構(gòu)。構(gòu)。（一）超二級(jí)結(jié)構(gòu)（一）超二級(jí)結(jié)構(gòu)已知的超二級(jí)結(jié)構(gòu)有已知的超二級(jí)結(jié)構(gòu)有3 3種基本組合形式：種基本組合形式：、。XX-鏈鏈結(jié)構(gòu)（復(fù)繞結(jié)構(gòu)（復(fù)繞-螺旋）：由兩股或三股右手螺旋）：由兩股或三股右手-螺旋彼此纏繞而成螺旋彼此纏繞而成的左手超螺旋，重復(fù)距離的左手超螺旋，重復(fù)距離140A140A。xx結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) ：兩段平行式的：兩段平行式的-鏈（或單股的鏈（或單股的-折疊）通過一段連接折疊）通過一段連接鏈（鏈（x

31、x結(jié)構(gòu)）連接而形成的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)）連接而形成的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。 ：最常見的是：最常見的是，稱，稱RossmannRossmann折疊，存在于蘋果酸折疊，存在于蘋果酸脫氫酶，乳酸脫氫酶中。脫氫酶，乳酸脫氫酶中。 回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) - -迂回迂回一些已知功能的一些已知功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu): :Zn2+PheHisHisArgCysCysLeu鋅指基元中鋅指基元中Cys和和His殘殘基構(gòu)成結(jié)合鋅的位點(diǎn)基構(gòu)成結(jié)合鋅的位點(diǎn)鋅指與鋅指與DNA的作用的作用（亮氨酸拉鏈蛋白結(jié)合在一個(gè)回文的靶（亮氨酸拉鏈蛋白結(jié)合在一個(gè)回文的靶DNA序列上的模式圖）序列上的模式圖）回文的靶回文的靶DNA序列序列亮氨

32、酸拉亮氨酸拉鏈蛋白鏈蛋白HLH同源二聚體同源二聚體螺旋螺旋螺旋螺旋環(huán)環(huán)（二）結(jié)構(gòu)域（二）結(jié)構(gòu)域在二級(jí)結(jié)構(gòu)及超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈進(jìn)一步卷曲折疊，在二級(jí)結(jié)構(gòu)及超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈進(jìn)一步卷曲折疊，組裝成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立、近似球形的三維實(shí)體。結(jié)構(gòu)域是球狀組裝成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立、近似球形的三維實(shí)體。結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白的折疊單位，多肽鏈折疊的最后一步是結(jié)構(gòu)域間的締合。蛋白的折疊單位，多肽鏈折疊的最后一步是結(jié)構(gòu)域間的締合。 現(xiàn)在現(xiàn)在, ,結(jié)構(gòu)域的概念有三種不同而又相互聯(lián)系的涵義結(jié)構(gòu)域的概念有三種不同而又相互聯(lián)系的涵義: :即獨(dú)立即獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單位、獨(dú)立的功能單位和獨(dú)立的折疊單位。的結(jié)構(gòu)單位、獨(dú)立的功能單位和

33、獨(dú)立的折疊單位。類型：類型： - -螺旋域；螺旋域； - -折疊域；折疊域； +域；域； / /域；無規(guī)則卷曲域；無規(guī)則卷曲+-+-回折域；無規(guī)則卷曲回折域；無規(guī)則卷曲+ -+ -螺旋結(jié)構(gòu)域螺旋結(jié)構(gòu)域?qū)τ谳^小的蛋白質(zhì)分子或亞基來說，結(jié)構(gòu)域和三級(jí)結(jié)構(gòu)往往對(duì)于較小的蛋白質(zhì)分子或亞基來說，結(jié)構(gòu)域和三級(jí)結(jié)構(gòu)往往是一個(gè)意思，就是說這些蛋白質(zhì)是單結(jié)構(gòu)域的。是一個(gè)意思，就是說這些蛋白質(zhì)是單結(jié)構(gòu)域的。 每個(gè)結(jié)構(gòu)域承擔(dān)一定的生物學(xué)功能，幾個(gè)結(jié)構(gòu)域協(xié)同作用，每個(gè)結(jié)構(gòu)域承擔(dān)一定的生物學(xué)功能，幾個(gè)結(jié)構(gòu)域協(xié)同作用，可體現(xiàn)出蛋白質(zhì)的總體功能?？审w現(xiàn)出蛋白質(zhì)的總體功能。 七、球狀蛋白質(zhì)與三級(jí)結(jié)構(gòu)七、球狀蛋白質(zhì)與三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)

34、結(jié)構(gòu)（三級(jí)結(jié)構(gòu)（ tertiary structure tertiary structure ）是指球狀蛋白質(zhì)的多肽）是指球狀蛋白質(zhì)的多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過側(cè)鏈基團(tuán)的相互作用進(jìn)一步卷鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過側(cè)鏈基團(tuán)的相互作用進(jìn)一步卷曲折疊，借助次級(jí)鍵維系使曲折疊，借助次級(jí)鍵維系使-螺旋、螺旋、-折疊、折疊、-轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲等二級(jí)結(jié)構(gòu)相互配置而形成特定的構(gòu)象。三級(jí)結(jié)無規(guī)則卷曲等二級(jí)結(jié)構(gòu)相互配置而形成特定的構(gòu)象。三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成使肽鏈中所有的原子都達(dá)到空間上的重新排布。構(gòu)的形成使肽鏈中所有的原子都達(dá)到空間上的重新排布。1.1.全全結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)（一）球狀蛋白質(zhì)的分類（一）球狀

35、蛋白質(zhì)的分類兩個(gè)鐵原子兩個(gè)鐵原子螺旋占極大優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)。最簡(jiǎn)螺旋占極大優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)。最簡(jiǎn)單的是反平行螺旋束，螺旋疏水單的是反平行螺旋束，螺旋疏水面朝向內(nèi)部、親水面朝向溶劑。面朝向內(nèi)部、親水面朝向溶劑。另一亞類是珠蛋白型另一亞類是珠蛋白型螺旋蛋白，螺旋蛋白，一級(jí)結(jié)構(gòu)上相鄰的兩個(gè)螺旋采取一級(jí)結(jié)構(gòu)上相鄰的兩個(gè)螺旋采取相互垂直的取向。相互垂直的取向。肌紅蛋白肌紅蛋白2.2.、結(jié)構(gòu)（平行或混合型結(jié)構(gòu)（平行或混合型折疊片）蛋白質(zhì)折疊片）蛋白質(zhì)平行平行折疊片一般存在于蛋白質(zhì)的折疊片一般存在于蛋白質(zhì)的核心結(jié)構(gòu)。核心結(jié)構(gòu)。、結(jié)構(gòu)可分為兩類：結(jié)構(gòu)可分為兩類：（1 1）單繞平行）單繞平行桶：桶：由由8 8個(gè)平行個(gè)平行折

36、折疊股環(huán)形排列，在第疊股環(huán)形排列，在第1 1和第和第8 8兩個(gè)折疊兩個(gè)折疊股之間借氫鍵鍵合形成一個(gè)閉合式圓股之間借氫鍵鍵合形成一個(gè)閉合式圓桶。這種結(jié)構(gòu)由肽鏈按桶。這種結(jié)構(gòu)由肽鏈按RossmanRossman折疊折疊方式單向卷曲而成（內(nèi)桶）。方式單向卷曲而成（內(nèi)桶）。7 7個(gè)個(gè)螺旋和螺旋和C C末端的一個(gè)末端的一個(gè)螺旋組螺旋組成與內(nèi)桶平行的外桶。成與內(nèi)桶平行的外桶。內(nèi)、外兩桶的疏水夾心層構(gòu)成疏水核內(nèi)、外兩桶的疏水夾心層構(gòu)成疏水核心。心。（2 2）雙繞平行）雙繞平行片：片：中間由中間由4 49 9個(gè)平行的個(gè)平行的折疊股或混合型的折疊股或混合型的折疊股構(gòu)成的開放折疊股構(gòu)成的開放片（馬鞍型片（馬鞍型扭

37、曲片）。其兩側(cè)由扭曲片）。其兩側(cè)由螺旋和環(huán)螺旋和環(huán)狀區(qū)段保護(hù)。狀區(qū)段保護(hù)。肽鏈從折疊片中開始向一個(gè)方向肽鏈從折疊片中開始向一個(gè)方向卷繞形成卷繞形成RossmanRossman折疊，折疊，螺旋覆螺旋覆蓋在折疊片的一側(cè)，然后改變方蓋在折疊片的一側(cè)，然后改變方向回到折疊片的中部向相反方向向回到折疊片的中部向相反方向卷繞再形成卷繞再形成RossmanRossman折疊，折疊，螺旋螺旋覆蓋在折疊片的另一側(cè)。覆蓋在折疊片的另一側(cè)。乳酸脫氫酶結(jié)構(gòu)域乳酸脫氫酶結(jié)構(gòu)域1 1雙繞平行雙繞平行片蛋白是片蛋白是3 3個(gè)主鏈結(jié)構(gòu)層和兩個(gè)疏水區(qū)，而單繞個(gè)主鏈結(jié)構(gòu)層和兩個(gè)疏水區(qū)，而單繞平行平行桶是桶是4 4個(gè)主鏈層和個(gè)主鏈

38、層和3 3個(gè)疏水區(qū)。個(gè)疏水區(qū)。頂面頂面?zhèn)让鎮(zhèn)让妫? 3）全）全結(jié)構(gòu)（反平行結(jié)構(gòu)（反平行折疊片）蛋白質(zhì)：折疊片）蛋白質(zhì)：反平行反平行折疊片一般把疏水殘基安排在折疊片的一側(cè)，親折疊片一般把疏水殘基安排在折疊片的一側(cè)，親水殘基在另一側(cè)。至少有兩個(gè)主鏈結(jié)構(gòu)層：兩層水殘基在另一側(cè)。至少有兩個(gè)主鏈結(jié)構(gòu)層：兩層折疊片折疊片或一層或一層折疊片和一層折疊片和一層螺旋。兩個(gè)螺旋。兩個(gè)折疊片的疏水面對(duì)折疊片的疏水面對(duì)合形成疏水區(qū)，相背的兩面暴露于溶劑。合形成疏水區(qū)，相背的兩面暴露于溶劑。分為兩個(gè)主要類分為兩個(gè)主要類型：反平行型：反平行桶和反平行桶和反平行片。片。 免疫球蛋白免疫球蛋白VL VL - -折疊結(jié)構(gòu)域折疊

39、結(jié)構(gòu)域the Barrel of the Barrel of Rhodobacter CapsulatusRhodobacter Capsulatus（4 4）富含金屬或二硫鍵蛋白質(zhì)）富含金屬或二硫鍵蛋白質(zhì)金屬形成的配體或二硫鍵對(duì)蛋白質(zhì)構(gòu)象起穩(wěn)定作用。金屬形成的配體或二硫鍵對(duì)蛋白質(zhì)構(gòu)象起穩(wěn)定作用。（二）球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的特征（二）球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的特征 含多種二級(jí)結(jié)構(gòu)單元；含多種二級(jí)結(jié)構(gòu)單元； 有明顯的折疊層次；有明顯的折疊層次； 是緊密的球狀或橢球狀實(shí)是緊密的球狀或橢球狀實(shí)體；體； 分子表面有一空穴分子表面有一空穴( (活性部活性部位位) )； 疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，疏水側(cè)鏈埋藏在分子

40、內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面。親水側(cè)鏈暴露在分子表面。-折疊折疊-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角無規(guī)則無規(guī)則卷曲卷曲空穴空穴螺旋螺旋八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)大多數(shù)膜蛋白可分為膜周邊蛋白和膜內(nèi)在大多數(shù)膜蛋白可分為膜周邊蛋白和膜內(nèi)在蛋白。膜周邊蛋白主要通過膜內(nèi)在蛋白的蛋白。膜周邊蛋白主要通過膜內(nèi)在蛋白的靜電相互作用和氫鍵鍵合相互作用與膜結(jié)靜電相互作用和氫鍵鍵合相互作用與膜結(jié)合。膜內(nèi)在蛋白與脂雙層強(qiáng)締合，有的一合。膜內(nèi)在蛋白與脂雙層強(qiáng)締合，有的一部分或大部分埋入脂雙層，有的橫跨脂雙部分或大部分埋入脂雙層，有的橫跨脂雙層。層。還有一類稱為脂錨定蛋白質(zhì)，通過各種共還有一類稱為脂錨定蛋白質(zhì)，通過各種共價(jià)連接的脂錨鉤與膜

41、締合。價(jià)連接的脂錨鉤與膜締合。（一）膜內(nèi)在蛋白（一）膜內(nèi)在蛋白脂雙層疏水核心內(nèi)的膜內(nèi)脂雙層疏水核心內(nèi)的膜內(nèi)在蛋白結(jié)構(gòu)主要由在蛋白結(jié)構(gòu)主要由螺旋螺旋或或折疊片構(gòu)成。折疊片構(gòu)成。1.1.具有單個(gè)跨膜肽段的具有單個(gè)跨膜肽段的膜蛋白膜蛋白跨膜的疏水肽段經(jīng)常是跨膜的疏水肽段經(jīng)常是一個(gè)一個(gè)螺旋棒。螺旋棒。血型糖蛋白。血型糖蛋白。2.2.具有多個(gè)跨膜肽具有多個(gè)跨膜肽段的膜蛋白段的膜蛋白一條多肽鏈來回跨膜折一條多肽鏈來回跨膜折疊，形成一個(gè)由多個(gè)經(jīng)疊，形成一個(gè)由多個(gè)經(jīng)常是常是7 7個(gè)個(gè)螺旋段反平螺旋段反平行裝配的球狀膜蛋白。行裝配的球狀膜蛋白。3.3.桶形膜蛋白桶形膜蛋白膜孔蛋白膜孔蛋白親水側(cè)鏈面向桶中央孔道親

42、水側(cè)鏈面向桶中央孔道或空腔，疏水側(cè)鏈分布在或空腔，疏水側(cè)鏈分布在桶的外側(cè)，在這里與膜的桶的外側(cè)，在這里與膜的疏水脂烴鏈相互作用。疏水脂烴鏈相互作用。The human beta barrel porin protein The human beta barrel porin protein （二）脂錨定膜蛋白（二）脂錨定膜蛋白某些膜蛋白與脂分子共價(jià)連接，脂某些膜蛋白與脂分子共價(jià)連接，脂質(zhì)部分可插入脂雙層中，有效地把質(zhì)部分可插入脂雙層中，有效地把被連接的蛋白質(zhì)錨定在膜上。被連接的蛋白質(zhì)錨定在膜上。許多情況下通過脂錨鉤與膜連接是許多情況下通過脂錨鉤與膜連接是用來調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的活性。脂錨鉤的用來調(diào)節(jié)蛋

43、白質(zhì)的活性。脂錨鉤的一個(gè)重要性質(zhì)是它的瞬時(shí)性，它可一個(gè)重要性質(zhì)是它的瞬時(shí)性，它可逆地與蛋白質(zhì)連接和脫離，這為改逆地與蛋白質(zhì)連接和脫離，這為改變蛋白質(zhì)對(duì)膜的親和性提供了一個(gè)變蛋白質(zhì)對(duì)膜的親和性提供了一個(gè)“轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換裝置”。九、蛋白質(zhì)折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)九、蛋白質(zhì)折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)（一）蛋白質(zhì)的變性（一）蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)各自所特有的高級(jí)結(jié)構(gòu)，是表現(xiàn)其物理性質(zhì)和化學(xué)蛋白質(zhì)各自所特有的高級(jí)結(jié)構(gòu)，是表現(xiàn)其物理性質(zhì)和化學(xué)特性以及生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。當(dāng)天然蛋白質(zhì)受到某些物理特性以及生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。當(dāng)天然蛋白質(zhì)受到某些物理因素和化學(xué)因素的影響，使其分子內(nèi)部原有的高級(jí)構(gòu)象發(fā)因素和化學(xué)因素的影響，使其分子內(nèi)部原有的高級(jí)

44、構(gòu)象發(fā)生變化時(shí)，蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生物學(xué)功能都隨之改變或生變化時(shí)，蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生物學(xué)功能都隨之改變或喪失，但并未導(dǎo)致其一級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，這種現(xiàn)象稱為喪失，但并未導(dǎo)致其一級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，這種現(xiàn)象稱為變性變性作用作用（denaturationdenaturation）。）。變性的因素：變性的因素： 強(qiáng)酸和強(qiáng)堿；有機(jī)溶劑，破壞疏水作用；去污劑，都是兩親強(qiáng)酸和強(qiáng)堿；有機(jī)溶劑，破壞疏水作用；去污劑，都是兩親分子，破壞疏水作用；還原性試劑：尿素、分子，破壞疏水作用；還原性試劑：尿素、-硫基乙醇；鹽硫基乙醇；鹽濃度，鹽析、鹽溶；重金屬離子，濃度，鹽析、鹽溶；重金屬離子，HgHg2+2+、pbpb2+2+，

45、能與，能與-SH-SH或帶電或帶電基團(tuán)反應(yīng)；溫度；機(jī)械力，如攪拌和研磨中的氣泡?；鶊F(tuán)反應(yīng)；溫度；機(jī)械力，如攪拌和研磨中的氣泡。 變性的實(shí)質(zhì)：變性的實(shí)質(zhì)： 次級(jí)鍵（有時(shí)包括二硫鍵）被破壞，天然構(gòu)象解體。變性不次級(jí)鍵（有時(shí)包括二硫鍵）被破壞，天然構(gòu)象解體。變性不涉及一級(jí)結(jié)構(gòu)的破壞。涉及一級(jí)結(jié)構(gòu)的破壞。 蛋白質(zhì)變性后，往往出現(xiàn)下列現(xiàn)象：蛋白質(zhì)變性后，往往出現(xiàn)下列現(xiàn)象：結(jié)晶及生物活性喪失是蛋白質(zhì)變性的主要特征。結(jié)晶及生物活性喪失是蛋白質(zhì)變性的主要特征。疏水側(cè)疏水側(cè)鏈基團(tuán)外露。鏈基團(tuán)外露。理化性質(zhì)改變，溶解度降低、沉淀，粘度增理化性質(zhì)改變，溶解度降低、沉淀，粘度增加，分子伸展。加，分子伸展。生理化學(xué)性質(zhì)

46、改變。分子結(jié)構(gòu)伸展松散，生理化學(xué)性質(zhì)改變。分子結(jié)構(gòu)伸展松散，易被蛋白酶水解。易被蛋白酶水解。 實(shí)際應(yīng)用：實(shí)際應(yīng)用：A.A.消毒滅菌：消毒滅菌：75%75%乙醇，紫外線，高溫。乙醇，紫外線，高溫。B.B.制備活制備活性蛋白質(zhì)時(shí)嚴(yán)防蛋白質(zhì)變性。性蛋白質(zhì)時(shí)嚴(yán)防蛋白質(zhì)變性。 變性機(jī)理：變性機(jī)理：熱變性（往往是不可逆的）：多肽鏈?zhǔn)艿竭^分的熱振蕩，熱變性（往往是不可逆的）：多肽鏈?zhǔn)艿竭^分的熱振蕩，引起氫鏈破壞。引起氫鏈破壞。酸堿變性：破壞了鹽鏈。酸堿變性：破壞了鹽鏈。有機(jī)溶劑：破有機(jī)溶劑：破壞水化膜，降低蛋白質(zhì)溶液介電常數(shù)。壞水化膜，降低蛋白質(zhì)溶液介電常數(shù)。 變性是一個(gè)協(xié)同過程。在所加變性劑的很窄濃度范圍

47、內(nèi)或很變性是一個(gè)協(xié)同過程。在所加變性劑的很窄濃度范圍內(nèi)或很窄窄pHpH或溫度間隔內(nèi)突然發(fā)生?；驕囟乳g隔內(nèi)突然發(fā)生。變性劑：尿素和鹽酸胍，與多肽主鏈竟?fàn)帤滏I。破壞蛋白質(zhì)變性劑：尿素和鹽酸胍，與多肽主鏈竟?fàn)帤滏I。破壞蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。變性劑增加非極性側(cè)鏈在水中的溶解度，降低的二級(jí)結(jié)構(gòu)。變性劑增加非極性側(cè)鏈在水中的溶解度，降低了維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的疏水作用。了維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的疏水作用。SDSSDS能破壞蛋白質(zhì)分子內(nèi)的疏水相互作用使非極性基團(tuán)暴露于能破壞蛋白質(zhì)分子內(nèi)的疏水相互作用使非極性基團(tuán)暴露于介質(zhì)水中。介質(zhì)水中。蛋白質(zhì)的變性作用如果不過于劇烈，則是一種可逆過程，變蛋白質(zhì)的變性作用如果不過于劇烈

48、，則是一種可逆過程，變性蛋白質(zhì)通常在除去變性因素后，可緩慢地重新自發(fā)折疊成性蛋白質(zhì)通常在除去變性因素后，可緩慢地重新自發(fā)折疊成原來的構(gòu)象，恢復(fù)原有的理化性質(zhì)和生物活性，這種現(xiàn)象成原來的構(gòu)象，恢復(fù)原有的理化性質(zhì)和生物活性，這種現(xiàn)象成為為復(fù)性復(fù)性（renaturationrenaturation）。）。Native ribonucleaseDenative reduced ribonucleaseNative ribonuclease8 M urea and -mercapotoethanolDialysis變性變性復(fù)性復(fù)性（二）氨基酸序列規(guī)定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)（二）氨基酸序列規(guī)定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)R

49、ibonuclease A: Amino Acid Sequence Ribonuclease A: Amino Acid Sequence Ribonuclease ARibonuclease A2.2.二硫橋在穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象中的作用二硫橋在穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象中的作用RNARNA酶肽鏈上的一維信息控制肽鏈自身折疊成特定的天然酶肽鏈上的一維信息控制肽鏈自身折疊成特定的天然構(gòu)象，并由此確定了構(gòu)象，并由此確定了CysCys殘基兩兩相互接近的正確位置。殘基兩兩相互接近的正確位置。二硫橋?qū)﹄逆湹恼_折疊并不是必要的，但對(duì)穩(wěn)定折疊結(jié)二硫橋?qū)﹄逆湹恼_折疊并不是必要的，但對(duì)穩(wěn)定折疊結(jié)構(gòu)作出貢獻(xiàn)。構(gòu)作出貢獻(xiàn)。蛋

50、白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)歸根到底是由一級(jí)序列決定的，三維結(jié)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)歸根到底是由一級(jí)序列決定的，三維結(jié)構(gòu)是多肽鏈上的各個(gè)單鍵旋轉(zhuǎn)自由度受到各種限制的總結(jié)構(gòu)是多肽鏈上的各個(gè)單鍵旋轉(zhuǎn)自由度受到各種限制的總結(jié)果。果。這些限制包括：肽鏈的硬度、肽鏈中疏水基和親水基的數(shù)這些限制包括：肽鏈的硬度、肽鏈中疏水基和親水基的數(shù)目和位置、帶正電荷和負(fù)電荷的目和位置、帶正電荷和負(fù)電荷的R R基的數(shù)目和位置以及溶基的數(shù)目和位置以及溶劑和其他溶質(zhì)等。劑和其他溶質(zhì)等。（三）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)（三）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)1.1.二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)各種殘基形成各種二級(jí)結(jié)構(gòu)的傾向性是不同的。各種殘基形成各種二級(jí)結(jié)構(gòu)的傾向性是不同

51、的。GluGlu、MetMet、AlaAla和和LeuLeu在在螺旋中比在其他二級(jí)結(jié)構(gòu)元件中高；螺旋中比在其他二級(jí)結(jié)構(gòu)元件中高；GlyGly和和ProPro在在轉(zhuǎn)角中出現(xiàn)的頻率很高。轉(zhuǎn)角中出現(xiàn)的頻率很高。ValVal、IleIle和芳香簇氨基和芳香簇氨基酸在酸在折疊片中頻率很高，而折疊片中頻率很高，而AspAsp、GluGlu和和ProPro在在折疊片折疊片中則很低。中則很低。3.3.三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)折疊的計(jì)算機(jī)模擬折疊的計(jì)算機(jī)模擬十、亞基締合和四級(jí)結(jié)構(gòu)十、亞基締合和四級(jí)結(jié)構(gòu)（一）有關(guān)四級(jí)結(jié)構(gòu)的一些概念（一）有關(guān)四級(jí)結(jié)構(gòu)的一些概念四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quarternary struc

52、ture)(quarternary structure)指由相同或不同的稱指由相同或不同的稱作亞基（作亞基（subunitsubunit）的亞單位按照一定排布方式締合而成的）的亞單位按照一定排布方式締合而成的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。亞基一般是一條多肽鏈，有時(shí)也稱單體。本身具有球狀三亞基一般是一條多肽鏈，有時(shí)也稱單體。本身具有球狀三級(jí)結(jié)構(gòu)。級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)單體蛋白質(zhì)單體蛋白質(zhì)寡聚蛋白質(zhì)寡聚蛋白質(zhì)同多聚同多聚雜多聚雜多聚蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)涉及亞基種類和數(shù)涉及亞基種類和數(shù)目以及各亞基或原目以及各亞基或原聚體在整個(gè)分子中聚體在整個(gè)分子中的空間排布，包括的空間排布，包括亞基間的接觸位點(diǎn)

53、亞基間的接觸位點(diǎn)（結(jié)構(gòu)互補(bǔ)）和作（結(jié)構(gòu)互補(bǔ)）和作用力（主要是非共用力（主要是非共價(jià)相互作用）。價(jià)相互作用）。（二）四級(jí)締（二）四級(jí)締合的驅(qū)動(dòng)力合的驅(qū)動(dòng)力維持四級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)維持四級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用力是疏定的作用力是疏水鍵、離子鍵、水鍵、離子鍵、氫鍵、范得華力。氫鍵、范得華力。亞基締合的驅(qū)動(dòng)亞基締合的驅(qū)動(dòng)力主要是疏水相力主要是疏水相互作用，亞基締互作用，亞基締合的專一性則由合的專一性則由相互作用的表面相互作用的表面上的極性基團(tuán)之上的極性基團(tuán)之間的氫鍵和離子間的氫鍵和離子鍵提供。鍵提供。同種締合同種締合中相互作用的表面是相同的，形成的結(jié)構(gòu)一定是封中相互作用的表面是相同的，形成的結(jié)構(gòu)一定是封閉的二聚體，并且具有一個(gè)閉的二聚體，并且具有一個(gè)2-2-重對(duì)稱軸。重對(duì)稱軸。假設(shè)的單體假設(shè)的單體C2對(duì)稱對(duì)稱如果發(fā)生進(jìn)一步的同種締合使成三聚體或四聚體，則必須利如果發(fā)生進(jìn)一步的同種締合使成三聚體或四聚體，