生物化学合工大第二章蛋白质化学

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1、第六节蛋白质的三维结构蛋白质分子的多肽链按一定方式折叠、盘绕或组装成特有的空间结构，亦称高级结构。蛋白质的高级结构即蛋白质的构象。构象是指相同构型的化合物中，与碳原子相连的各原子或取代基团在单键旋转时形成的相对空间排布。构象的改变不需要共价键的断裂和重新形成，只需单键的旋转即可形成新的构象。酰胺平面与α-碳原子的二面角（φ和ψ）二面角两相邻酰胺平面之间，能以共同的Cα为定点而旋转，绕Cα-N键旋转的角度称φ角，绕C-Cα键旋转的角度称ψ角。φ和ψ称作二面角，亦称构象角。肽链的主链可看成是由被Ca隔开的许多平面组成的。N端C端R

2、HHOCCaNCaCRONOCNCaCRONCaHHHHCaH事实上，一个天然蛋白质多态链在一定条件下只有一种或很少几种构象，而且相当稳定。维持蛋白质分子构象的作用力离子键氢键范德华力疏水相互作用力一、蛋白质的二级结构（一）二级结构的概念蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。主要的化学键：氢键1.a-螺旋(a-helix)2.b-折叠(b-pleatedsheet)3.b-转角(b-turn)4.无规卷曲(nonregularcoil)（二）二级结构单元的种类

3、1）绝大多数天然蛋白质都是右手螺旋。2）每隔3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈；每圈间距0.54nm，即每个氨基酸残基沿螺旋中心轴上升0.15nm，旋转100°。α-螺旋结构的主要特点：1.α-螺旋(α-helix)3）每个氨基酸残基的N-H都与前面（C端）第四个残基C=O形成氢键。4)螺旋体中所有氨基酸残基侧链都伸向外侧；链中的全部C=O和N-H几乎都平行于螺旋轴,氢键几乎平行于中心轴;*R为Gly时，由于Ca上有2个氢，使Ca-C、Ca-N的转动的自由度很大，即刚性很小，所以使螺旋的稳定性大大降低。R基大(如Ile)也不易形成

4、α-螺旋。*α-螺旋遇到Pro就会被中断而拐弯，因为脯氨酸是亚氨基酸且有刚性的环状结构。*带相同电荷的氨基酸残基连续出现在肽链上时，螺旋的稳定性降低。侧链在a-螺旋结构的影响：*R基较小,且不带电荷的氨基酸利于α-螺旋的形成,如多聚丙氨酸在pH7的水溶液中自发卷曲成α-螺旋。2.β-折叠(β-pleatedsheet)β-折叠是由两条或多条伸展的多肽链靠氢键联结而成的锯齿状片状结构。①在-折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm。0.7nm②-折

5、叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。（a）平行式（b）反平行式③-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。后者更为稳定。3.β-转角（β-turn）也称β-回折，存在于球状蛋白中。其特点是肽链回折180°，使得氨基酸残基的C=O与第四个残基的N-H形成氢键。第二个氨基酸通常是pro。β-转角都在蛋白质分子的表面，多数为亲水氨基酸组成。4.无规则卷曲（non-regu

6、larcoil）又称自由卷曲，是指没有一定规律的松散肽链结构，但是其结构是明确而稳定的，常常构成酶的功能部位。无规卷曲常出现在a-螺旋与a-螺旋、a-螺旋与β-折叠、β-折叠与β-折叠之间。它是形成蛋白质三级结构所必需的。二、蛋白质的超二级结构（一）超二级结构的概念指蛋白质中相邻的二级结构单位(即单个-螺旋或-转角)组合在一起，形成有规则的在空间上能辩认的二级结构组合体。★超二级结构在结构层次上高于二级结构，但没有聚集成具有功能的结构域。：由两股或三股右手螺旋缭绕而成的左手螺旋：由两股折叠片，中间加入螺旋而形

7、成的片层结构：由三条或更多的反平行式-链通过-转角或其它的肽段连接而成的结构（二）超二级结构的基本形式超二级结构类型βββααβαβ12345指多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，它是相对独立的紧密球状实体，称为结构域（domain）。酵母己糖激酶的三级结构结构域之间有一段柔性的肽链相连—铰链区，使结构域之间可以发生相对移动；结构域承担一定的生物学功能，几个结构域协同作用可体现出蛋白质的总体功能；结构域间的裂缝常为酶的活性部位，也是反应物的出入口。三、蛋白质的结构域α+β结构域乳酸脱氢酶结构

8、域1α/β结构域丙酮酸激酶结构域43-P-甘油醛脱氢酶结构域2木瓜蛋白酶结构域1木瓜蛋白酶结构域2无规则卷曲+α-螺旋结构域无规则卷曲+β-回折结构域三级结构（tertiarystructure）：指的是多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的基础上，主链构象和侧链构象相互作用