蛋白質(zhì)四級結構

關于蛋白質(zhì)四級結構一）肽鍵和肽鏈

肽鍵是一分子氨基酸的α-羧基與另一分子氨基酸的α-氨基脫水縮合形成的酰胺鍵(一CO—NH一)，屬共價鍵。肽鍵是蛋白質(zhì)結構中的主要化學鍵，此共價鍵較穩(wěn)定，不易受破壞。

多個氨基酸以肽鍵連接成的反應產(chǎn)物稱為肽(peptide)，或肽鏈（peptidechain）。肽鍵原子及其相連的兩個Cα原子稱為肽單元（petideunit）。肽主鏈骨架實際上是由許多重復單位，即肽單元借助Cα相連而成。

少數(shù)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)；多個氨基酸相連而成的肽稱為多肽(polypeptide)。凡氨基酸殘基數(shù)目在50個以上，且具有特定空間結構的肽稱蛋白質(zhì)；凡氨基酸殘基數(shù)目在50個以下，且無特定空間結構者稱多肽。肽鏈中的氨基酸分子因形成肽鍵失去部分基團，被稱為氨基酸殘基(residue)。多肽鏈有兩端，有自由α-氨基的一端稱氨基末端(aminoterminal)或N—端；有自由α-羧基的一端稱為羧基末端(carboxylterminal)或C—端。

第2頁,共22頁，星期六，2024年，5月第3頁,共22頁，星期六，2024年，5月第4頁,共22頁，星期六，2024年，5月胰島素（Insulin）由51個氨基酸殘基組成，分為A、B兩條鏈。A鏈21個氨基酸殘基，B鏈30個氨基酸殘基。A、B兩條鏈之間通過兩個二硫鍵聯(lián)結在一起，A鏈另有一個鏈內(nèi)二硫鍵。

二）生物活性肽

生物體內(nèi)具有一定生物學活性的肽類物質(zhì)稱生物活性肽。重要的有谷胱甘肽、神經(jīng)肽、肽類激素等。

1.谷胱甘肽（GSH）：

全稱為γ-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。其巰基可氧化、還原，故有還原型（GSH）與氧化型（GSSG）兩種存在形式。第5頁,共22頁，星期六，2024年，5月第6頁,共22頁，星期六，2024年，5月

2.多肽類激素：

許多小肽在很低濃度下就可發(fā)揮作用，如激素類的腦下垂體素、緩激肽、促甲狀腺素釋放因子等。

谷胱甘肽的生理功用解毒作用：與毒物或藥物結合，消除其毒性作用；參與氧化還原反應：作為重要的還原劑，參與體內(nèi)多種氧化還原反應；保護巰基酶的活性：使巰基酶的活性基團-SH維持還原狀態(tài)；維持紅細胞膜結構的穩(wěn)定：消除氧化劑對紅細胞膜結構的破壞作用。

3.其它肽類活性物質(zhì)：

有些極毒的蘑菇毒素，許多抗生素，還有商業(yè)合成的二肽甜味劑天冬甜素等都屬于肽類物質(zhì)。

第7頁,共22頁，星期六，2024年，5月二、蛋白質(zhì)的三維結構

（一）維持蛋白質(zhì)結構的化學建

1.氫鍵：氫鍵(hydrogenbond)的形成常見于連接在一電負性很強的原子上的氫原子，與另一電負性很強的原子之間。

2.疏水鍵：非極性物質(zhì)在含水的極性環(huán)境中存在時，會產(chǎn)生一種相互聚集的力，這種力稱為疏水鍵或疏水作用力。

3.離子鍵（鹽鍵）：離子鍵(saltbond)是由帶正電荷基團與帶負電荷基團之間相互吸引而形成的化學鍵。

4．范德華氏（vanderWaals）引力：原子之間存在的相互作用力。

（二）蛋白質(zhì)的二級結構

蛋白質(zhì)的二級結構(secondarystructure)是指多肽鏈中主鏈原子在各局部區(qū)段空間的排列分布狀況，而不涉及各R側(cè)鏈的空間排布。

1.肽平面肽鍵不能自由旋轉(zhuǎn)而使涉及肽鍵的6個原子共處于同一平面，稱為肽鍵平面，又稱肽單元(peptideunit)

第8頁,共22頁，星期六，2024年，5月第9頁,共22頁，星期六，2024年，5月蛋白質(zhì)的二級結構主要包括：α-螺旋，β-折迭，β-轉(zhuǎn)角及無規(guī)卷曲等幾種類型。維持蛋白質(zhì)二級結構穩(wěn)定的主要力是氫鍵。

2.α—螺旋結構螺旋結構是指蛋白質(zhì)肽鏈骨架圍繞一個軸形成的構象，是蛋白質(zhì)中最常見、最典型、含量最豐富的二級結構元件。α—螺旋結構的特點如下：

(1)肽單元圍繞中心軸呈有規(guī)律右手螺旋，每3.6個氨基酸殘基螺旋上升一圈，螺距為0.54nm，每個殘基上升0.15nm,螺旋半徑0.23nm；

(2)α—螺旋的每個肽鍵的N—H與相鄰第四個肽鍵的羰基氧形成氫鍵(hydrogenbond)，氫鍵的方向與螺旋長軸基本平行，肽鏈中的全部肽鍵都可形成氫鍵，是維持α—螺旋結構穩(wěn)定的主要次級鍵。第10頁,共22頁，星期六，2024年，5月(3)氨基酸側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)，不參與α-螺旋的形成，但其形狀、大小及電荷量的多少均影響α—螺旋的形成。這種影響主要表現(xiàn)在以下幾方面：

A.極大的側(cè)鏈基團:如Ile、Phe、Trp集中排列的肽段，因為存在空間位阻而妨礙了α—螺旋的形成。

B.連續(xù)存在的側(cè)鏈帶有相同電荷的氨基酸殘基：如Glu、Asp相鄰排列，同種電荷的互斥效應影響了肽鏈內(nèi)氫鍵的形成，不利于α—螺旋的形成。

C.有Pro等亞氨基酸存在：由于其R側(cè)鏈與其α—氨基成環(huán)，Cα-N鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，所以不能形成α—螺旋所需的角度；另外，Pro殘基α—氨基上沒有H,因而不能形成鏈內(nèi)氫鍵，影響了此處α—螺旋的形成。

第11頁,共22頁，星期六，2024年，5月

圖2-2α—螺旋的結構D.有甘氨酸存在：甘氨酸R側(cè)鏈為H,因而沒有約束，肽平面可以任意取向，所以形成α—螺旋的幾率很小，即使形成，由于其活潑的旋轉(zhuǎn)性也極不穩(wěn)定。第12頁,共22頁，星期六，2024年，5月圖2-2α—螺旋的結構

3.β—折疊β-折疊是由若干肽段或肽鏈排列并以氫鍵相連所形成的扇面狀片層構象。是某些纖維狀蛋白質(zhì)分子中的基本構象，也是球狀蛋白質(zhì)中常見的構象。

其特點如下：

(1)肽鏈近于充分伸展的結構，各個肽單元以Cα為旋轉(zhuǎn)點，依次折疊，側(cè)面看呈鋸齒狀結構。

(2)肽鏈成平行排列，相鄰肽段的肽鏈相互交替形成氫鍵，這是維持β—折疊構象穩(wěn)定的主要因素。

(3)肽鏈的平行走向有兩種：平行式，即相互平行的肽段的N端在同一側(cè)；反平行式，即相互平行的肽段的N端在不同一側(cè)。

第13頁,共22頁，星期六，2024年，5月圖2-3β—折疊結構圖

第14頁,共22頁，星期六，2024年，5月4)肽鏈中的氨基酸殘基的R側(cè)鏈垂直于相鄰的兩個肽平面的交線，交替地分布于β—折疊的兩側(cè)。

(5)β—折疊涉及肽段一般比較短，只含5～10個氨基酸殘基。

圖2-3β—折疊結構圖

4.β-轉(zhuǎn)角是多肽鏈180°回折部分所形成的一種二級結構，其結構特征為：

(1)主鏈骨架本身以大約180°回折;

(2)回折部分通常由四個氨基酸殘基構成;

(3）構象依靠第一殘基的-CO基與第四殘基的-NH基之間形成氫鍵來維系。

圖2-4β—轉(zhuǎn)角結構圖

5.無規(guī)卷曲或稱卷曲（coil）是指多肽鏈主鏈部分形成的無規(guī)律的卷曲構象。雖相對沒有規(guī)律性排布，但是其同樣表現(xiàn)重要生物學功用，但習慣稱為“無規(guī)卷曲”。

第15頁,共22頁，星期六，2024年，5月圖2-4β—轉(zhuǎn)角結構圖第16頁,共22頁，星期六，2024年，5月（三）蛋白質(zhì)的超二級結構

在蛋白質(zhì)分子中特別是球形蛋白質(zhì)分子中，經(jīng)常有若干個相鄰的二級結構元件（主要是—螺旋和β—折疊）組合在一起，彼此相互作用形成種類不多的、有規(guī)律的二級結構組合（combination）或二級結構串（cluster），在多種蛋白質(zhì)中充當三級結構的構件，稱為超二級結構（super-secondarystructure）或模序。

（四）結構域（domain）

在一級結構上相距較遠的氨基酸殘基，通過三級結構的形成，多肽鏈的彎折，彼此聚集在一起，從而形成一些在功能上相對獨立的，結構較為緊湊的區(qū)域，稱為結構域。結構域在空間上相對獨立。

第17頁,共22頁，星期六，2024年，5月（五）蛋白質(zhì)的三級結構

蛋白質(zhì)的三級結構（tertiarystructure）是指蛋白質(zhì)的一條多肽鏈的所有原子的整體排列。包括形成主鏈構象和側(cè)鏈構象的所有原子在三維空間的相互關系。也就是一條多肽鏈的完整的三維結構。

圖2-5蛋白質(zhì)三級結構示意圖

穩(wěn)定三級結構的因素是側(cè)鏈基團的相互作用，包括氫鍵、離子鍵(鹽鍵)、疏水作用、范德華力。

第18頁,共22頁，星期六，2024年，5月2-5蛋白質(zhì)三級結構示意圖第19頁,共22頁，星期六，2024年，5月（六）蛋白質(zhì)的四級結構

蛋白質(zhì)的四級結構（quaternarystructure)就是指蛋白質(zhì)分子中亞基的立體排布，亞基間的相互作用與接觸部位的布局。

亞基(subunit)就是指參與構成蛋白質(zhì)四級結