生物化學(xué)第一章-蛋白質(zhì)-結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

第三節(jié)肽1.肽的概念一個(gè)氨基酸的羧基和另一個(gè)氨基酸的氨基脫水縮合而成的化合物稱為肽。其中的氨基酸單位稱氨基酸殘基。肽鍵:肽分子中，一個(gè)氨基酸分子的α-羧基與另一個(gè)氨基酸分子的α-氨基經(jīng)脫水形成的鍵（-CO-NH），又稱為酰胺鍵（肽鍵）。肽鍵及其形成二肽.三肽:根據(jù)成肽的氨基酸數(shù)目命名.寡肽：10肽以下稱之。多肽：

10肽以上稱之。氨基酸殘基：氨基酸成肽后已不完整，故稱之。肽單位：與肽鍵相連的六個(gè)原子（C

1,C,O,N,H,C

2)組成的肽平面。

在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基酸順序通常在多肽鏈的一端含有一個(gè)游離的

-氨基，稱為氨基端或N末端；在另一端含有一個(gè)游離的

-羧基，稱為羧基端或C末端。氨基酸的順序是從N-端的氨基酸殘基開始，以C-端氨基酸殘基為終點(diǎn)的排列順序。如上述五肽可表示為：

Ser-Val-Tyr-Asp-Gln2.命名書寫：用AA的三字母符號來表示，AA間通過“-”連接，N端寫在左側(cè),也有用AA的單字符號表示書寫，之間不用“－”分隔如上述五肽可表示為：Ser-Val-Tyr-Asp-Gln；或SVYDQ命名：由肽鏈的N端AA殘基開始，稱為某氨酰某氨?！嘲被崛缟鲜鑫咫目擅麨椋航z氨酰纈氨酰酪氨酰天冬氨酰谷氨酰胺如方向由CN則需標(biāo)出兩端中的一端肽的表示法:按氨基酸的順序依次讀為某氨酰某氨?！嘲彼帷Ｈ纾汗劝滨０腚装滨８拾彼?簡稱：谷胱甘肽簡式：Glu·Cys·Gly

AA之間重要的另外一種連接方式－二硫鍵胱氨酸是由兩個(gè)Cys之間形成的，在蛋白質(zhì)中常以胱氨酸形式存在意義：此種形式可以使兩條單獨(dú)的肽鏈交連起來使一條肽鏈的某一部分形成環(huán)例如：胰島素胰島素

3.肽鍵

的特點(diǎn)

肽鍵的特點(diǎn)是氮原子上的孤對電子與羰基具有明顯的共軛作用。組成肽鍵的原子處于同一平面。肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。肽鍵（酰胺鍵）C－N長度為0.133nm比C＝N（0.125nm）長，但比一般的C－N單健（0.145nm）短，所以肽鍵具有部分雙鍵特性（約具有40％雙鍵特性）。由于肽鍵的雙鍵特性使得該鍵不能旋轉(zhuǎn)，保持酰胺基處于平面。所以參與肽鍵形成的2個(gè)原子以及另外4個(gè)取代成員：羰基氧原子、酰胺氫原子、以及2個(gè)相鄰的

-碳原子構(gòu)成的肽單位處于同一平面，該平面稱為肽平面，或稱為酰胺平面。肽鍵的部分雙鍵特性足以防止肽健C-N的旋轉(zhuǎn)，但蛋白質(zhì)中的每一個(gè)N-C

鍵和每一個(gè)C

-N鍵都可以自由旋轉(zhuǎn)。所以肽平面內(nèi)的兩個(gè)C

可以處于順式構(gòu)型或反式構(gòu)型。

4.肽的物理和化學(xué)性質(zhì)短肽在晶體和水溶液中以偶極離子形式存在，酸堿性質(zhì)決定于末端的氨基和羧基以及可解離的側(cè)鏈基團(tuán)。許多化學(xué)反應(yīng)與氨基酸相似，與茚三酮發(fā)生呈色反應(yīng)；能發(fā)生雙縮脲反應(yīng)，形成紫紅色或藍(lán)紫色反應(yīng)（氨基酸不能）Pr特有的反應(yīng)。蛋白質(zhì)水解的肽段具有旋光性，短肽的旋光度等于組成各肽的AA旋光度總和；但長肽不一樣。肽末端α-羧基pKa值比游離AA中的大。肽末端α-氨基pKa值比游離AA中的小。等電點(diǎn)（兩性）。

5.天然存在的重要多肽在生物體中，多肽最重要的存在形式是作為蛋白質(zhì)的亞單位。但是，也有許多分子量比較小的多肽以游離狀態(tài)存在。這類多肽通常都具有特殊的生理功能，常稱為活性肽。如：腦啡肽；激素類多肽；抗生素類多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。（1）.谷胱甘肽（GSH）：全稱為γ-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。還原型（GSH）氧化型（GSSG）谷胱甘肽的作用：破壞內(nèi)源性過氧化物和自由基（抗氧化）去除外源性化合物的毒性（解毒）維護(hù)蛋白質(zhì)活性中心中的巰基的穩(wěn)定參與AA的跨膜運(yùn)輸乙二醛酶的輔酶參與二硫化物的轉(zhuǎn)化（2）.多肽類激素：種類較多，生理功能各異。主要見于下丘腦及垂體分泌的激素。

催產(chǎn)素和加壓素相同點(diǎn)：結(jié)構(gòu)相似：都有環(huán)式結(jié)構(gòu)，都為9肽產(chǎn)生部位和運(yùn)輸相同：都為下丘腦的神經(jīng)細(xì)胞合成，與運(yùn)載蛋白結(jié)合后經(jīng)軸突到垂體后葉貯存并釋放到血液不同點(diǎn)：結(jié)構(gòu)有差異：第3位和8位AA殘基不同功能不同：催產(chǎn)素：使子宮和乳腺的平滑肌收縮，有催產(chǎn)及排乳功能，并促進(jìn)遺忘；加壓素：使血管平滑肌收縮，增加血壓，減少排尿，故又叫抗利尿素；并增強(qiáng)記憶+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-（3）、神經(jīng)肽·腦啡肽·Leo腦啡肽·有鎮(zhèn)痛麻醉作用。腦肽

已發(fā)現(xiàn)的有幾十種，其中一類5肽化合物－－腦啡肽；31肽化合物－－β內(nèi)啡肽；11肽－－P物質(zhì)腦啡肽的鎮(zhèn)痛作用比嗎啡還強(qiáng)，同時(shí)是生物體自身合成的“鴉片劑”，所以不具成癮性，目前已被人工合成β內(nèi)啡肽的鎮(zhèn)痛作用比腦啡肽還強(qiáng)，可用于晚期癌癥的解痛，同時(shí)其對精神分裂癥及憂郁癥病人的癥狀有明顯的改善作用；例如下列兩種腦啡肽：+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-

+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-Met-腦啡肽

Leu-腦啡肽環(huán)狀八肽，是真核細(xì)胞RNA聚合酶2、3的抑制劑，但不影響原核生物的RNA形成第四節(jié)

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一蛋白質(zhì)的分子大小二蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次三蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)是分子量很大的生物分子:6000—1000000Dr一蛋白質(zhì)的分子大小蛋白質(zhì)單體蛋白質(zhì)：一條多肽鏈組成寡聚蛋白質(zhì)：兩條或多條多肽鏈組成，每條鏈稱為亞基，亞基之間以非公價(jià)鍵結(jié)合少數(shù)蛋白質(zhì)由兩條或多條多肽鏈組成，多肽之間以共價(jià)鍵結(jié)合。每條鏈不稱為亞基肌紅蛋白血紅蛋白胰島素（Insulin）：蛋白質(zhì)與多肽無嚴(yán)格的界線

——通常將6000Dr以上的多肽稱為蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)分子量變化范圍很大蛋白質(zhì)——月示——胨——多肽——肽——AA1*1045*1032*1031000200100-500

二蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次一級結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)(高級結(jié)構(gòu))二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)高級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次

（一）．蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)１．概念：蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的排列順序和二硫鍵的位置稱為蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)(primary

structure)。這是蛋白質(zhì)最基本的結(jié)構(gòu)，它內(nèi)寓著決定蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)和生物功能的信息。三蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

R1R2R3R4Rn

H2NCHCONHCHCONHCHCONHCHCO………NHCHCOOH肽鏈，氨基酸殘基N—末端：含有自由氨基的一端，書寫用H表示；C—末端：含有自由羧基的一端，書寫用OH表示；H.Tyr.Gly.Gly.Phe.Met.OH（甲硫氨酸型腦啡肽）H.Tyr.Gly.Gly.Phe.Leu.OH（亮氨酸型腦啡肽）

2．蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)(Primarystructure)包括：

(1)組成蛋白質(zhì)的多肽鏈數(shù)目.(2)多肽鏈的氨基酸順序，

(3)多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。

★其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ)。因此更準(zhǔn)確地說：一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈的氨基酸組成、線性順序、多肽鏈數(shù)目以及二硫鍵數(shù)目和位置。穩(wěn)定一級結(jié)構(gòu)的力：肽鍵、二硫鍵。

3．蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)舉例牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)二硫鍵

4．蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定

蛋白質(zhì)氨基酸順序的測定是蛋白質(zhì)化學(xué)研究的基礎(chǔ)。自從1953年Sanger測定了胰島素的一級結(jié)構(gòu)以來，現(xiàn)在已經(jīng)有上2500種不同蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)被測定。一級結(jié)構(gòu)測定的意義：一級結(jié)構(gòu)是研究高級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)?？梢詮姆肿铀疥U明蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系?？梢詾樯镞M(jìn)化理論提供依據(jù)。可以為人工合成蛋白質(zhì)提供參考順序?；静呗裕浩沃丿B法＋氨基酸順序直測法將肽段順序進(jìn)行疊聯(lián)以確定完整的順序

將肽段分離并測出順序?qū)Ｒ恍粤呀饽┒税被釡y定二硫鍵拆開純蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)順序測定基本方法路線

測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目．拆分蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈．?dāng)嗔焰渻?nèi)二硫鍵．測定多肽鏈的氨基酸組成．

分析多肽鏈的N末端和C末端．多肽鏈部分裂解成肽段．測定各個(gè)肽段的氨基酸順序．片段重疊法重建完整多肽鏈一級結(jié)構(gòu)確定多肽鏈中二硫鍵的位置．（１）蛋白質(zhì)測序的一般步驟

①

測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目通過測定末端氨基酸殘基的摩爾數(shù)與蛋白質(zhì)分子量之間的關(guān)系，即可確定多肽鏈的數(shù)目。DNS—cl（二甲氨基萘磺酰氯）法測N端氨基酸SDS凝膠過濾法和沉降系數(shù)法測蛋白質(zhì)分子量由多條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)分子，必須先進(jìn)行拆分。幾條多肽鏈借助非共價(jià)鍵連接在一起，稱為寡聚蛋白質(zhì)，如，血紅蛋白為四聚體，烯醇化酶為二聚體；可用8mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍處理，即可分開多肽鏈(亞基).幾條多肽鏈通過二硫鍵交聯(lián)在一起?？稍诳捎?mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍存在下，用過量的

-巰基乙醇處理，使二硫鍵還原為巰基，然后用烷基化試劑保護(hù)生成的巰基，以防止它重新被氧化?？梢酝ㄟ^加入鹽酸胍方法解離多肽鏈之間的非共價(jià)力；應(yīng)用過甲酸氧化法或巰基還原法拆分多肽鏈間的二硫鍵。②拆分蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈胰島素

-巰基乙醇碘乙酸二硫鍵的斷裂④測定每條多肽鏈的氨基酸組成，并計(jì)算出氨基酸成分的分子比；⑤分析多肽鏈的N-末端和C-末端★末端氨基酸的測定：多肽鏈末端氨基酸分為兩類，N-端氨基酸和C-端氨基酸。在肽鏈氨基酸順序分析中，最重要的是N-端氨基酸分析法。末端氨基酸測定的主要方法有：N端Sanger法（二硝基氟苯反應(yīng)）

DNS法（丹磺酰氯反應(yīng)）

Edman法（苯異硫氰酸脂反應(yīng)）氨肽酶法

C端肼解法還原法羧肽酶法多肽多肽DNS-氨基酸氨基酸混合物+-HCl水解丹磺酰氯法:在堿性條件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以與N-端氨基酸的游離氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸。此法的優(yōu)點(diǎn)是丹磺酰-氨基酸有很強(qiáng)的熒光性質(zhì)，檢測靈敏度可以達(dá)到1

10-9mol。肼解法：此法是多肽鏈C-端氨基酸分析法。多肽與肼在無水條件下加熱，C-端氨基酸即從肽鏈上解離出來，其余的氨基酸則變成肼化物。肼化物能夠與苯甲醛縮合成不溶于水的物質(zhì)而與C-端氨基酸分離。C-末端氨基酸測定法

氨肽酶法：氨肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的N-端逐個(gè)的向里水解。根據(jù)不同的反應(yīng)時(shí)間測出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數(shù)量，按反應(yīng)時(shí)間和氨基酸殘基釋放量作動力學(xué)曲線，從而知道蛋白質(zhì)的N-末端殘基順序。最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸殘基為N-末端的肽鍵速度最大。羧肽酶法：羧肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的C-端逐個(gè)的水解。根據(jù)不同的反應(yīng)時(shí)間測出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數(shù)量，從而知道蛋白質(zhì)的C-末端殘基順序。目前常用的羧肽酶有四種：A,B,C和Y；A和B來自胰臟；C來自柑桔葉；Y來自面包酵母。羧肽酶A能水解除Pro,Arg和Lys以外的所有C-末端氨基酸殘基；B只能水解Arg和Lys為C-末端殘基的肽鍵。⑥多肽鏈斷裂成多個(gè)肽段

可采用兩種或多種不同的斷裂方法將多肽樣品斷裂成兩套或多套肽段或肽碎片，并將其分離開來。多肽的選擇性降解的方法有：酶解法:胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜熱菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶化學(xué)法：溴化氰水解法，它能選擇性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽鍵。⑦測定每個(gè)肽段的氨基酸順序蛋白質(zhì)的特異裂解溴化氰斷裂法消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶氨肽酶羧肽酶（Phe.Trp）⑧片段重疊法確定肽段在多肽鏈中順序示意

所得資料：氨基末端殘基H

羧基末端殘基S

第一套肽段第二套肽段

OUS

SEO

PS

WTOU

EOVE

VERL

RLA

APS

HOWT

HO借助重疊肽確定肽段次序：末端殘基HS末端肽段HOWT

APS第一套肽段HOWT

OUS

EOVE

RLA

PS第二套肽段HO

WTOU

SEO

VERL

APS

推斷全順序HOWTOUSEOVERLAPS

二．蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)（即蛋白質(zhì)的構(gòu)象,又稱高級結(jié)構(gòu)）：指蛋白質(zhì)分子中原子和基團(tuán)在空間的排列分布和肽鏈的走向。天然蛋白質(zhì)分子的多肽鏈并不是隨機(jī)伸展的線型肽鏈,而是按照一定折疊盤繞成自己特有的空間結(jié)構(gòu).在生物學(xué)條件下一種蛋白質(zhì)占優(yōu)勢的構(gòu)象只有一種或少數(shù)幾種，熱力學(xué)上最穩(wěn)定，具有生物活性，這種構(gòu)象的蛋白質(zhì)稱為天然蛋白質(zhì).蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要層次一級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)primarystructuresecondarystructureTertiarystructurequariernarystructure超二級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域

supersecondarystructureStructuredoman

二．蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（一）穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的力（二）二級結(jié)構(gòu)和纖維蛋白質(zhì)（三）超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域（四）三級結(jié)構(gòu)和球狀蛋白質(zhì)（五）四級結(jié)構(gòu)（二）穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的力穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的力主要是一些弱的相互作用力或稱非共價(jià)力,包括氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水相互作用。此外二硫鍵起著重要作用。R基團(tuán)間的相互作用及穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維構(gòu)象的作用力

a.鹽鍵b.氫鍵c.疏水鍵d.范得華力e.二硫鍵多肽鏈離子鍵氫鍵疏水相互作用力范德華力天然蛋白質(zhì)在非生理?xiàng)l件容易變性是由于天然蛋白質(zhì)構(gòu)象的穩(wěn)定性相當(dāng)脆弱。天然蛋白質(zhì)在生理?xiàng)l件下折疊態(tài)和伸展態(tài)之間的△

G為20-60kj/mol。在生理?xiàng)l件下，蛋白質(zhì)分子傾向折疊成高度有序的三維結(jié)構(gòu)。溶劑水促使蛋白質(zhì)分子折疊成天然構(gòu)象，因?yàn)楫?dāng)多肽的疏水基團(tuán)進(jìn)入水中時(shí)，它周圍的水分子排列成高度有序的籠型結(jié)構(gòu)，當(dāng)疏水基團(tuán)聚集在一起避開水時(shí)（發(fā)生疏水相互作用時(shí)），籠型物減少，轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂伤欣嚯逆溦郫B。疏水相互作用穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象起突出作用①蛋白質(zhì)的氨基酸序列②肽鍵的剛性平面性質(zhì)由于C=O雙鍵中的π電子云與N原子上的未共用電子對發(fā)生“電子共振”，使肽鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。與肽鍵相連的六個(gè)原子構(gòu)成剛性平面結(jié)構(gòu)，稱為肽單元或肽鍵平面。但由于α-碳原子與其他原子之間均形成單鍵，因此兩相鄰的肽鍵平面可以α-碳原子作相對旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的相對角度稱Cα原子的兩面角

和

，可描述多肽的所有可能構(gòu)象。決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的因素蛋白質(zhì)的多肽鏈可以看作是由許多種酰氨平面組成,平面之間以α碳原子相互隔開,并以α碳原子為頂點(diǎn)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。理論上，多肽鏈上所有酰胺平面互相旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成各種不同的構(gòu)象，實(shí)際只有一種或很少幾種，肽鍵平面4.3肽鏈在構(gòu)象上受到很大的限制

一個(gè)蛋白質(zhì)的構(gòu)象取決于肽單位繞N-C

鍵和C

-N鍵的旋轉(zhuǎn)，這些鍵連接著多肽鏈中的剛性的肽單位。旋轉(zhuǎn)本身受到肽鏈的主鏈和相鄰殘基的側(cè)鏈原子之間的立體干擾的限制。下圖a表示肽鏈中的肽單位處于一種伸展?fàn)顟B(tài)；圖b表示的是肽單位處于一種不穩(wěn)定構(gòu)象，這是由于相鄰氨基酸殘基的羰基氧之間的立體干擾引起的，虛線表示的是羰基氧原子的vanderWaals半徑。一個(gè)肽平面繞N-C

鍵旋轉(zhuǎn)的角度用

表示：繞C

-C鍵旋轉(zhuǎn)的角度用

表示，從C

沿健軸方向觀察，順時(shí)針方向?yàn)檎磿r(shí)針為負(fù)。肽平面繞N-C

鍵旋轉(zhuǎn)的角度用

表示繞C

-C鍵旋轉(zhuǎn)的角度用

表示肽鍵比一般C-N鍵短肽鍵為一平面相鄰的a碳原子呈反式構(gòu)型（三）、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)維持二級結(jié)構(gòu)的力：

氫鍵

二級結(jié)構(gòu)的類型：主要有

-螺旋、

-折疊、

-轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲。二級結(jié)構(gòu)

是指蛋白質(zhì)分子中多肽主鏈折疊的有規(guī)則重復(fù)的構(gòu)象，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置。它只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象，是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)象單元。RNase的分子結(jié)構(gòu)α-螺旋β-折迭β-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲（1）α-螺旋的特征主鏈圍繞中心軸呈有規(guī)律螺旋式上升，形成右手螺旋。旋轉(zhuǎn)一周為3.6個(gè)氨基酸殘基；螺距為0.54nm。其結(jié)構(gòu)靠第一個(gè)肽平面上的-NH基與第四個(gè)肽平面上的-CO基形成的氫鍵維持，肽鏈上所有的肽鍵都參與氫鍵的形成。氫鍵的取向幾乎與軸平行；R基分布在螺旋的外側(cè)，并且影響著螺旋的形成常用3.613-螺旋代表α螺旋，其中13代表氫鍵封閉環(huán)內(nèi)有13個(gè)原子1α-螺旋左手/右手α-螺旋⑵影響α-螺旋穩(wěn)定的因素連續(xù)存在的側(cè)鏈帶有相同電荷的氨基酸殘基（同種電荷的互斥效應(yīng))極大的側(cè)鏈基團(tuán)（存在空間位阻）；有脯氨酸、羥脯氨酸的存在（不能形成氫鍵）。

多聚賴氨酸在pH7條件下，不能形成α-螺旋，而形成無規(guī)卷曲；pH12下，自發(fā)形成α-螺旋。多聚異亮氨酸由于有較大R基位阻，而不能形成α-螺旋。多聚脯氨酸α-C參與R基吡咯環(huán)形成，環(huán)內(nèi)N-Cα鍵不能旋轉(zhuǎn)，其肽鍵不具有酰胺氫，不能形成鏈氫鍵，因此只有脯氨酸出現(xiàn)，螺旋中斷。（2）

-折疊

-折疊定義：兩條或多條伸展的多肽鏈（或一條多肽鏈的若干肽段）側(cè)向集聚，通過相鄰肽鏈主鏈上的N-H與C=O之間有規(guī)則的氫鍵，形成鋸齒狀片層結(jié)構(gòu)，即β－折疊片。

-折疊的平行式與反平行式排列

-折疊特征：（1）由若干條肽段或肽鏈平行或反平行排列組成片狀結(jié)構(gòu)；主鏈骨架上下折疊呈鋸齒狀。（2）

-碳原子總是處于折疊的角上，氨基酸的R基團(tuán)處于折疊的棱角上并與棱角垂直，

R基交替分布在片層的上下方。（3）-折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的；也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。幾乎所有肽鍵都參與鏈內(nèi)氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長軸接近垂直。（4）

-折疊有兩種類型。一種為平行式和為反平行式。（3）

-轉(zhuǎn)角

肽鏈主鏈出現(xiàn)的180°回折部分稱

-轉(zhuǎn)角主鏈骨架本身以大約180°回折?；卣鄄糠滞ǔＳ伤膫€(gè)氨基酸殘基構(gòu)成;第三個(gè)一般均為甘氨酸殘基。構(gòu)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。這類結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子中。脯氨酸由于具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)和固定的角，迫使形成

-轉(zhuǎn)角，促進(jìn)多肽鏈自身回折。

-轉(zhuǎn)角的特征（4）無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲是指那些不能歸入到明確的二級結(jié)構(gòu)如α-螺旋、

-折疊和

-轉(zhuǎn)角的肽段，本身具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。沒有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)，但仍是緊密有序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，通過主鏈間及主鏈與側(cè)鏈間氫鍵維持其構(gòu)象．不同的蛋白質(zhì)，自由回轉(zhuǎn)的數(shù)量和形式各不相同．分兩類：①緊密環(huán)②連接條帶這部分肽鏈往往是蛋白質(zhì)分子功能實(shí)施和構(gòu)象變化重要部位——如酶的活性中心。無規(guī)則卷曲示意圖無規(guī)則卷曲細(xì)胞色素C的三級結(jié)構(gòu)（四）．超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域（１）超二級結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì)分子中，由若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元組合在一起，彼此相互作用，形成有規(guī)則的、在空間上能辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合體。直接作為三級結(jié)構(gòu)的建筑塊或結(jié)構(gòu)域的組成單位，是蛋白質(zhì)發(fā)揮特定功能的基礎(chǔ)

ααβββαβ幾種類型的超二級結(jié)構(gòu)：αα；ββ；βαβ；βββ．超二級結(jié)構(gòu)類型βββααβ×βΒ-鏈βαββ-迂回回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（２）結(jié)構(gòu)域

在較大的球狀蛋白質(zhì)分子中,一條多肽鏈往往在二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上折疊形成三級結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)，它是相對獨(dú)立的緊密球狀實(shí)體。這種球狀構(gòu)象就稱結(jié)構(gòu)域。

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。幾個(gè)結(jié)構(gòu)域再締合形成球狀的三級結(jié)構(gòu)但對于較小的蛋白質(zhì)分子或亞基，結(jié)構(gòu)域往往和三級結(jié)構(gòu)是一個(gè)意思，即該三級結(jié)構(gòu)為單結(jié)構(gòu)域的。對較大的球狀蛋白質(zhì)或亞基，其三級結(jié)構(gòu)往往由兩個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)域締合而成。一條較長的多肽鏈先折疊成多個(gè)結(jié)構(gòu)域，之后再折疊成一個(gè)三級結(jié)構(gòu)，比直接折疊成三級結(jié)構(gòu)更科學(xué)、合理，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)域更具彈性，在此區(qū)域多為酶的活性中心核糖核酸酶三級結(jié)構(gòu)示意圖

N

His12CHis119Lys41免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)域之間常形成裂隙，比較松散，往往是蛋白質(zhì)優(yōu)先被水解的部位。酶的活性中心往往位于兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的界面上．結(jié)構(gòu)域之間由“鉸鏈區(qū)”相連，使分子構(gòu)象有一定的柔性，通過結(jié)構(gòu)域之間的相對運(yùn)動，使蛋白質(zhì)分子實(shí)現(xiàn)一定的生物功能。在蛋白質(zhì)分子內(nèi)，結(jié)構(gòu)域可作為結(jié)構(gòu)單位進(jìn)行相對獨(dú)立的運(yùn)動，水解出來后仍能維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，甚至保留某些生物活性．卵溶菌酶的三級結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域

-螺旋

-轉(zhuǎn)角

-折疊二硫鍵結(jié)構(gòu)域1結(jié)構(gòu)域2結(jié)構(gòu)域運(yùn)動：結(jié)構(gòu)域本身都是緊密裝配的，結(jié)構(gòu)域之間通過松散的肽鍵形成牢固而又柔韌的連接，為域間較大幅度的相對運(yùn)動提供了可能，這種結(jié)構(gòu)調(diào)整與其整體功能的行使密切相關(guān)。圖示：假設(shè)具有2個(gè)結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)的線性折疊途徑α/β結(jié)構(gòu)域

丙酮酸激酶結(jié)構(gòu)域4木瓜蛋白酶結(jié)構(gòu)域1無規(guī)則卷曲+α-螺旋結(jié)構(gòu)域無規(guī)則卷曲+β-回折結(jié)構(gòu)域乳酸脫氫酶結(jié)構(gòu)域1α+β結(jié)構(gòu)域3-P-甘油醛脫氫酶結(jié)構(gòu)域2木瓜蛋白酶結(jié)構(gòu)域2四、三級結(jié)構(gòu)與球狀蛋白質(zhì)

三級結(jié)構(gòu)（tertiarystructure

）是指球狀蛋白質(zhì)的多肽鏈在二級結(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，借助次級鍵維系使α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲等二級結(jié)構(gòu)相互配置而形成特定的構(gòu)象。三級結(jié)構(gòu)也是多肽鏈中所有的原子（包括主鏈和側(cè)鏈殘基）在三維空間的排布。α-螺旋β-折疊β-轉(zhuǎn)角無規(guī)則卷曲空穴三級結(jié)構(gòu)α-螺旋β-折疊β-轉(zhuǎn)角無規(guī)則卷曲空穴特征：

含多種二級結(jié)構(gòu)單元；

有明顯的折疊層次；

整個(gè)多肽鏈形成緊密的球狀或橢球狀實(shí)體；

分子表面有一空穴(活性部位)；

疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面。溶于水具有生物功能三級結(jié)構(gòu)的維持力：次級鍵（疏水鍵、氫鍵、鹽鍵、范德華力），二硫鍵疏水作用是維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)最主要的穩(wěn)定力。疏水基團(tuán)因疏水作用而聚向分子內(nèi)部，親水基團(tuán)多分布在分子表面。因此，具有三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)都是親水的。水介質(zhì)中球狀蛋白質(zhì)的折疊總是傾向于把疏水殘基埋藏在分子的內(nèi)部，稱疏水相互作用，對維持三維結(jié)構(gòu)起重要作用。疏水相互作用不是疏水基團(tuán)之間的吸引力，而是疏水基團(tuán)為避開水的需要而被迫靠近，當(dāng)基團(tuán)之間距離等于范德華力距離時(shí)，產(chǎn)生范德華力，使疏水作用更加穩(wěn)定。溶菌酶分子的三級結(jié)構(gòu)肌紅蛋白由—條多肽鏈和一個(gè)血紅素（heme）輔基構(gòu)成，分子量為16700，含153個(gè)氨基酸殘基。

抹香鯨肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)

肌紅蛋白的內(nèi)部幾乎都是由疏水氨基酸殘基組成的，特別是一些疏水性強(qiáng)的氨基酸，如纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸和蛋氨酸。而表面既含有親水的氨基酸殘基，也含有疏水的氨基酸殘基，通常水分子被排除在球蛋白內(nèi)部，大多數(shù)可離子化的殘基都位于表面。血紅素輔基處于一個(gè)由蛋白部分形成的疏水的、象個(gè)籠子似的裂隙內(nèi)，血紅素中的鐵原子是氧結(jié)合部位。無氧的肌紅蛋白稱之脫氧肌紅蛋白，而載氧的分子稱之氧合肌紅蛋白，可逆結(jié)合氧的過程稱之氧合作用。

肌紅蛋白輔基－血紅素

原卟啉IX與Fe的絡(luò)合物－鐵原卟啉稱之為血紅素。血紅素中心的Fe應(yīng)當(dāng)有6個(gè)配位健，其中4個(gè)是與四個(gè)吡咯環(huán)上的N形成的，另外兩個(gè)配位健位于卟啉環(huán)平面上下。Fe可以是Fe2＋或Fe3＋，相應(yīng)的血紅素分別稱為亞鐵血紅素和高鐵血紅素。但只有亞鐵血紅素才能結(jié)合氧。結(jié)合氧的部位血紅素輔基第5個(gè)部位來自蛋白的第93位His血紅素中Fe的配位帶有咪唑基的游離血紅素與CO結(jié)合肌紅蛋白與CO形成的復(fù)合物氧合肌紅蛋白CO對Fe的親和力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氧！空間位阻的意義游離在溶液中的鐵卟啉結(jié)合CO的能力比O2大25000倍，但在肌紅蛋白中，僅比O2大250倍。原因是由于空間位阻造成的。這樣可以防止代謝過程中產(chǎn)生的CO占據(jù)O2的結(jié)合部位。疏水環(huán)境的意義通常O2與Fe(Ⅱ)接觸會使Fe(Ⅱ)氧化為Fe(Ⅲ)，血紅素也是一樣。但在肌紅蛋白內(nèi)部，由于疏水的環(huán)境，F(xiàn)e(Ⅱ)不易被氧化。微環(huán)境的作用：固定血紅素基；保護(hù)血紅素鐵免遭氧化；為O2提供一個(gè)合適的結(jié)合部位．五.蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)（一）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)：由兩條或兩條以上具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過非共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)組成具有生物活性的多聚體。其中每條具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈為一個(gè)亞基。血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)

血紅蛋白(hemoglobin)的四級結(jié)構(gòu)亞基本身都具有球狀三級結(jié)構(gòu)，一般只包含一條多肽鏈，也有的由二條或二條以上由二硫鍵連接的肽鏈組成維系蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)的力是次級鍵。蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是指亞基的種類、數(shù)量以及各個(gè)亞基在寡聚蛋白質(zhì)中的空間排布和亞基間的相互作用只有一個(gè)亞基的蛋白質(zhì)是單體蛋白質(zhì)。由多個(gè)亞基聚集而成的蛋白質(zhì)稱為多聚蛋白質(zhì)或寡聚蛋白。又分為同多聚蛋白質(zhì)(乙醇脫氫酶)和雜多聚蛋白質(zhì)（血紅蛋白）。大多數(shù)多聚蛋白質(zhì)分子中亞基數(shù)目為偶數(shù)，極少數(shù)為奇數(shù)。穩(wěn)定四級結(jié)構(gòu)的力和三級結(jié)構(gòu)一樣，靠疏水相互作用，亞基締合的專一性由相互作用表面的極性基團(tuán)之間的氫鍵和離子鍵提供，另外二硫鍵有時(shí)也起作用。（二）寡聚蛋白具有別構(gòu)效應(yīng)大多數(shù)寡聚蛋白可借助亞基之間的相互作用而調(diào)節(jié)其活性，這種蛋白稱為別構(gòu)蛋白。別構(gòu)蛋白除了活性部位外還有別的配基結(jié)合部位。當(dāng)配基與一個(gè)亞基結(jié)合后會影響其他亞基與底物的結(jié)合，這種亞基之間的信息傳遞常常通過構(gòu)象的變化來實(shí)現(xiàn)，這種現(xiàn)象稱為別構(gòu)效應(yīng)或變構(gòu)效應(yīng)。（三）血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能

1.血紅蛋白的亞基組成

2.血紅蛋白的三維結(jié)構(gòu)

血紅蛋白的主要功能是在血液中結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)氧。它存在于紅細(xì)胞中，每個(gè)成熟紅細(xì)胞約含3億個(gè)血紅蛋白分子。血紅蛋白從肺部經(jīng)心臟到達(dá)外圍組織的動脈血中有96%氧飽和度。在靜脈血中的飽和度為64%。因此，每100ml的血經(jīng)過組織約釋放1/3的氧或相當(dāng)于大氣壓和體溫下6.5ml氧氣．1.血紅蛋白的亞基組成血紅蛋白有兩種4個(gè)亞基組成人在不同發(fā)育階段血紅蛋白亞基的種類是不相同。2.血紅蛋白的三維結(jié)構(gòu)圖6-8血紅蛋白中亞基的排列

A正面觀B側(cè)面觀卟啉鐵圖6-9血紅蛋白α鏈和β鏈和肌紅蛋白構(gòu)象的相似性2）.血紅素鐵的微小移動導(dǎo)致血紅蛋白構(gòu)象的轉(zhuǎn)換

變構(gòu)效應(yīng)當(dāng)血紅蛋白的一個(gè)α亞基與氧分子結(jié)合以后，可引起其他亞基的構(gòu)象發(fā)生改變，對氧的親和力增加，從而導(dǎo)致整個(gè)分子的氧結(jié)合力迅速增高，使血紅蛋白的氧飽和曲線呈“S”形。這種由于蛋白質(zhì)分子構(gòu)象改變而導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子功能發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為變構(gòu)效應(yīng)。3）.氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白代表不同的構(gòu)象態(tài)（1）T態(tài)（緊張態(tài)）和氧的親和力底。（2）R態(tài)（松弛態(tài)）和氧的親和力高。氧與一個(gè)處于T態(tài)的亞基結(jié)合后，轉(zhuǎn)變?yōu)镽態(tài)。原因是穩(wěn)定T態(tài)的作用力被破壞。Hb的兩種不同構(gòu)象態(tài)tensestaterelaxedstate(R)relaxedstate(T)tensestate

血中氧分子的運(yùn)送：Lung氧分子HemoglobinMyoglobinMuscle靜脈動脈環(huán)境氧高時(shí)Hb

快速吸收氧分子環(huán)境氧低時(shí)Hb

迅速釋放氧分子釋放氧分子后Hb

變回

Tstate任何一個(gè)亞基接受氧分子后，會增進(jìn)其它亞基吸附氧分子的能力別構(gòu)現(xiàn)象舉例－－血紅蛋白有兩種存在狀態(tài)：

TS(緊湊型，氧親和力低)(松散型，氧親和力高)現(xiàn)象：脫氧時(shí)，4個(gè)亞基之間結(jié)構(gòu)緊湊，與氧的親和力遠(yuǎn)低于單獨(dú)的、鏈肌紅蛋白分子當(dāng)其中一個(gè)亞基與氧結(jié)合后，引起該亞基的構(gòu)象發(fā)生改變，引起各亞基間相對位置變化，導(dǎo)致整個(gè)分子構(gòu)象改變，變得松散，易與氧結(jié)合+O2-O2O2HbHb-O2O2六纖維蛋白質(zhì)纖維蛋白和球狀蛋白質(zhì)兩大類纖維狀蛋白質(zhì)：α-角蛋白、絲心蛋白和膠原蛋白纖維狀蛋白質(zhì)的特點(diǎn)：由單一類型的二級結(jié)構(gòu)組成。α-角蛋白由α-螺旋組成；絲心蛋白由

-折疊組成和膠原蛋白由

-折疊組成含有大量的疏水基團(tuán)，一般不溶水和稀的鹽溶液

角蛋白來源于外胚層細(xì)胞，例如皮膚以及皮膚的衍生物：毛發(fā)、鱗、羽毛、蹄、角、爪等。角蛋白分為

-角蛋白和

-

角蛋白。毛發(fā)中的

-角蛋白的基本結(jié)構(gòu)單位是由4個(gè)右手

-螺旋組成的，它們彼此纏繞形成一個(gè)左手超螺旋的原纖維，9個(gè)原纖維圍繞其它2個(gè)原纖維排列形成微纖維。微纖維又組裝成巨原纖維。原纖維和巨原纖維都是通過二硫鍵交聯(lián)的，大大增加了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。一根毛發(fā)周圍是一層鱗狀細(xì)胞，中間為皮質(zhì)細(xì)胞。皮質(zhì)細(xì)胞的橫斷面為20微米。毛發(fā)在濕熱條件下可以拉長到原有長度的2倍。（4條α-螺旋）原纖維微原纖維（11條α-螺旋）巨原纖維紡錘體型皮質(zhì)細(xì)胞角質(zhì)膜皮質(zhì)髓質(zhì)頭發(fā)頭發(fā)結(jié)構(gòu)燙發(fā)的生化頭發(fā)卷成一定形狀,然后涂上還原劑(一般含巰基化合物)溶液并加熱.濕熱破壞氫鍵使α角蛋白的螺旋結(jié)構(gòu)伸展成β構(gòu)象.除去還原劑,涂上氧化劑以便在相鄰多肽鏈的半胱氨酸殘基對之間建立新的二硫鍵.當(dāng)洗滌并冷卻頭發(fā),多肽鏈回到原來的螺旋構(gòu)象在正常條件下,α角蛋白的側(cè)鏈R基較大,不適合處于β構(gòu)象,二硫鍵也是當(dāng)外力解除后使肽鏈恢復(fù)原狀(α螺旋構(gòu)象)的重要力量.燙發(fā)實(shí)際上是一個(gè)生物化學(xué)過程還原做卷氧化

蠶絲的主要成分是絲心蛋白，而絲心蛋白的主要二級結(jié)構(gòu)是反平行排列的

-折疊。絲心蛋白的一級結(jié)構(gòu)含有長的重復(fù)序列片段，-Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala-。Gly側(cè)鏈氫位于折疊平面的一側(cè)，而Ala和Ser的甲基側(cè)鏈和羥甲基側(cè)鏈位于折疊平面的另一側(cè)，堆積的折疊片靠側(cè)鏈之間的vanderWaals力結(jié)合在一起。4.6膠原中存在著不同的螺旋結(jié)構(gòu)

天然的膠原蛋白是一個(gè)由3條具有左手螺旋的鏈相互纏繞形成右手超螺旋的分子。膠原的超螺旋結(jié)構(gòu)是靠鏈間氫鍵以及螺旋和超螺旋的反向盤繞維持其穩(wěn)定性的。一個(gè)典型的膠原分子長300nm、直徑為2.5nm。在每一條左手螺旋的膠原鏈內(nèi)，每一圈螺旋需要3個(gè)氨基酸殘基，螺距為0.94nm，即每一個(gè)氨基酸殘基軸向距離為0.31nm。膠原螺旋的螺旋度不象

-螺旋那么高。膠原螺旋的左手性，以及膠原的許多剛性源于許多脯氨酸殘基的立體限制。膠原分子的末端含有非螺旋部分，這一部分似乎對纖維形成過程中膠原分子的正確排列以及交聯(lián)是必需的。原膠原分子二級結(jié)構(gòu)原膠原形成膠原纖維膠原纖維電鏡圖膠原蛋白的構(gòu)象存在：占機(jī)體蛋白質(zhì)總量的1/3，是皮膚、肌鍵、軟骨、鞏膜、角膜的主要成分為纖維狀蛋白質(zhì)，因此與前面的構(gòu)象不同結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：每條多肽鏈為－左手螺旋，而非右手螺旋（二級結(jié)構(gòu)）三條左手螺旋的多肽鏈右手超螺旋形成原膠原蛋白分子（三級結(jié)構(gòu)）多個(gè)原膠原蛋白分子構(gòu)成膠原蛋白分子（四級結(jié)構(gòu)）小結(jié)：蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)層次一級結(jié)構(gòu)→二級結(jié)構(gòu)→超二級結(jié)構(gòu)→結(jié)構(gòu)域→三級結(jié)構(gòu)→亞基→四級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)（氨基酸排列順序）↓二級結(jié)構(gòu)（α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲）↓超二級結(jié)構(gòu)（二級結(jié)構(gòu)單位的集合）↓結(jié)構(gòu)域（在空間上可以明顯區(qū)分的區(qū)域）↓三級結(jié)構(gòu)（球狀蛋白質(zhì)中所有原子的空間位置）↓四級結(jié)構(gòu)（復(fù)合蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征，亞基的聚集體）維系蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)：肽鍵、二硫鍵維系蛋白質(zhì)分子的二級結(jié)構(gòu)：氫鍵維系蛋白質(zhì)分子的三級結(jié)構(gòu)：疏水相互作用力、氫鍵、范德華力、鹽鍵維系蛋白質(zhì)分子的四級結(jié)構(gòu)：氫鍵、鹽鍵氫鍵、范德華力、疏水相互作用力、鹽鍵，均為次級鍵氫鍵、范德華力雖然鍵能小，但數(shù)量大疏水相互作用力對維持三級結(jié)構(gòu)特別重要鹽鍵數(shù)量小二硫鍵對穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象很重要，二硫鍵越多，蛋白質(zhì)分子構(gòu)象越穩(wěn)定第五節(jié)、蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）、一級結(jié)構(gòu)與生物進(jìn)化（二）、一級結(jié)構(gòu)與分子病二、蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和生物功能的基礎(chǔ)，一級結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu)，但一級結(jié)構(gòu)并非是決定空間結(jié)構(gòu)唯一因素，空間結(jié)構(gòu)是生物活性的直接體現(xiàn)者．一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）

同源蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的種屬差異與生物進(jìn)化同源蛋白質(zhì)：是指在不同生物體中行使相同或相似功能的蛋白質(zhì)。同源蛋白質(zhì)的特點(diǎn)：①同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列具有明顯的相似性（序列同源性）②同源蛋白中的一級結(jié)構(gòu)中有許多位置的氨基酸對所有種屬來說都是相同的，稱為不變殘基，不變殘基高度保守，是必需的。除不變殘基以外，其它位置的氨基酸對不同的種屬有很大變化，稱可變殘基，可變殘基中，個(gè)別氨基酸的變化不影響蛋白質(zhì)的功能，可用于判斷生物體間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近。通過比較同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列的差異可以研究不同物種間的親源關(guān)系和進(jìn)化。親源關(guān)系越遠(yuǎn)，同源蛋白的氨基酸順序差異就越大。③多肽鏈長度相同或相近如：血紅蛋白在不同的脊椎動物中都具有輸送氧氣的功能，細(xì)胞色素C在所有的生物中都是電子傳遞鏈的組分。1.3細(xì)胞色素C1.3.1不同種屬的相同點(diǎn)：作用相同：細(xì)胞色素C是真核細(xì)胞線粒體內(nèi)膜上一種含F(xiàn)e的蛋白質(zhì)，在生物氧化中起傳遞電子的作用結(jié)構(gòu)：由104個(gè)氨基酸殘基組成，分子量13000左右與細(xì)胞色素C功能密切相關(guān)的35個(gè)AA順序卻有共同之處，即保守順序不變細(xì)胞色素C存在于真核生物線粒體膜上面的一種含有血紅素的電子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。其中有35個(gè)氨基酸殘基是不變的（特別是14、17位的Cys,18位的His和80位的Met、48位的Tyr和59位的Trp都是不變的位置，對保證細(xì)胞色素Ｃ的功能起關(guān)鍵作用）。可變殘基可能隨著進(jìn)化而變異，而且不同種屬的細(xì)胞色素C氨基酸差異數(shù)與種屬之間的親緣關(guān)系相關(guān)。親緣關(guān)系相近者，氨基酸差異少，反之則多（進(jìn)化樹）人與黑猩猩0人與猴1人與狗11人與酵母44不同生物來源的細(xì)胞色素c中不變的AA殘基

14106100134323029271817675952514845413887848280706891GlyGlyPheCysGlyGlyGlyArgLysGlyCysLysPheHisProLeuGlyArgTyrAlaAsnTrpTyr707580LysLysLysProProTyrIleGlyThrMetAsnLeu血紅素細(xì)胞色素c分子的空間結(jié)構(gòu)不變的AA殘基

35個(gè)不變的AA殘基，是CytC的生物功能所不可缺少的。其中有的可能參加維持分子構(gòu)象；有的可能參與電子傳遞；有的可能參與“識別”并結(jié)合細(xì)胞色素還原酶和氧化酶。通過植物、動物和微生物等數(shù)百種生物的細(xì)胞色素C一級結(jié)構(gòu)的研究表明：不同生物與人的細(xì)胞色素C相比較AA差異數(shù)目

黑猩猩0雞、火雞13

牛豬羊10海龜15

狗驢11小麥35

粗糙鏈孢霉43酵母菌44系統(tǒng)樹（二）、一級結(jié)構(gòu)與分子病分子病是指蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)的氨基酸排列順序與正常有所不同的遺傳病。是由于遺傳基因突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基被更換所造成的。舉例：鐮刀狀細(xì)胞貧血病：血紅蛋白分子AA排列異常引起先天性缺陷型糖尿?。阂葝u素分子中個(gè)別AA發(fā)生變化以上兩例說明蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化有可能導(dǎo)致生物功能的改變甚至喪失

在1904年，芝加哥的jamesHerrick發(fā)現(xiàn)在一個(gè)患有貧血病的病人的正常細(xì)胞之中存在著許多異常的鐮刀形細(xì)胞（右圖），Herrick將這種血液病稱之鐮刀形細(xì)胞貧血病。例1鐮刀型貧血病患者血紅細(xì)胞合成了一種不正常的血紅蛋白（Hb-S）它與正常的血紅蛋白（Hb-A）的差別：僅僅在于β鏈的N-末端第6位殘基發(fā)生了變化（Hb-A）第6位殘基是極性谷氨酸殘基，（Hb-S）中換成了非極性的纈氨酸殘基使血紅蛋白細(xì)胞收縮成鐮刀形，輸氧能力下降，易發(fā)生溶血這說明了蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的高度統(tǒng)一性例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbS

β肽鏈HbA

β肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。鐮刀狀貧血病—血液中大量出現(xiàn)鐮刀紅細(xì)胞，患者因此缺氧窒息正常細(xì)胞鐮刀形細(xì)胞它是最早認(rèn)識的一種分子病死亡率極高由于遺傳基因突變導(dǎo)致血紅蛋白分子結(jié)構(gòu)突變鐮刀狀細(xì)胞貧血病病癥：病人體內(nèi)血紅蛋白的含量和紅細(xì)胞的數(shù)量都為常人的1/2紅細(xì)胞在氧氣缺乏時(shí)為新月形，即鐮刀狀,此種細(xì)胞壁薄，而且脆性大，極易漲破而發(fā)生溶血；發(fā)生鐮變的細(xì)胞粘滯加大，易栓塞血管；由于流速較慢，輸氧機(jī)能降低，使臟器官供血出現(xiàn)障礙，從而引起頭昏、胸悶而導(dǎo)致死亡患者壽命大大縮短，純合體在童年死亡，雜合體尚能繁衍后代病因：血紅蛋白的574個(gè)AA中只有兩個(gè)不同正常人的血紅蛋白Hb－A：

鏈第6位AA是Glu病人的血紅蛋白Hb－S：鏈第6位AA是Val鐮刀狀細(xì)胞貧血病是血紅蛋白

分子突變引起的它是由于遺傳基因突變導(dǎo)致血紅蛋白分子中氨基酸殘基被更換所造成的。鐮刀狀細(xì)胞貧血