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1、关于蛋白质与酶学讲义第一张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月第一章第一章 蛋白质的共价结构蛋白质的共价结构l一、蛋白质通论一、蛋白质通论l（一）（一）蛋白质的化学组成蛋白质的化学组成l碳碳50%l氢氢7%l氧氧23%l氮氮16%l硫硫03%l其他其他微量微量l蛋白质元素组成的特点：蛋白质的平均含氮量为蛋白质元素组成的特点：蛋白质的平均含氮量为16%l蛋白质含量蛋白质含量=蛋白氮蛋白氮6.25l6.25为为16%的倒数，为的倒数，为1g氮所代表的蛋白质量（克数）。氮所代表的蛋白质量（克数）。l蛋白质按是否仅由氨基酸组成分为类：蛋白质按是否仅由氨基酸组成分为类：l1单纯蛋白质（单纯蛋白质
2、（simpleprotein）2缀合蛋白质（缀合蛋白质（conjugatedprotein）第二张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月l单纯蛋白质的分类单纯蛋白质的分类名称特点代表物清蛋白（albumin）溶于水、稀盐、稀酸或稀碱为饱和硫酸铵所沉淀血清清蛋白、乳清蛋白球蛋白（globulin）为半饱和硫酸铵所沉淀血清球蛋白、肌球蛋白谷蛋白（glutelin）不溶于水、醇及中性盐溶液，但易溶于稀酸或稀碱米谷蛋白、麦谷蛋白谷醇溶蛋白（prolamine）不溶于水及无水乙醇，但溶于70%80%乙醇中玉米醇溶蛋白、麦醇溶蛋白组蛋白（histone）溶于水及稀酸，但为稀氨水所沉淀小牛胸腺组蛋白鱼
3、精蛋白（protamine）溶于水及稀酸，不溶于氨水鲑精蛋白硬蛋白（scleroprotein）不溶于水、盐、稀酸或稀碱角蛋白、胶原、网硬蛋白、弹性蛋白第三张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月缀合蛋白质的分类缀合蛋白质的分类名称特点代表物糖蛋白（glycoprotein）含糖类纤连蛋白、胶原蛋白、蛋白聚糖、球蛋白脂蛋白（lipoprotein）含三酰甘油、胆固醇、磷脂血浆脂蛋白HDL（脂蛋白、LDL（脂蛋白）第四张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月核蛋白（nucleoprotein）辅基为核酸核 糖 体（含 RNA）、AIDS病毒（含RNA）、腺病毒（含DNA）磷蛋白（ph
4、osphoprotein）含于Ser、Thr或Tyr残基的羟基酯化的磷酸基酪蛋白、糖原磷酸化酶a金属蛋白（matalloprotein）含金属铁蛋白（Fe）、乙醇脱氢酶（Zn）、细胞色素氧化酶（Cu和Fe）、固氮酶（Mo和Fe）丙酮酸羧化酶（Mn）血红素蛋白（hemoprotein）辅基为血红素血红蛋白、细胞色素c、过氧化氢酶、硝酸盐还原酶黄素蛋白（flavoprotein）含黄素，辅基为FMN和FAD琥泊酸脱氢酶（含FAD）、NADH脱氢酶（含FMN）、二氢乳清酸脱氢酶（含FAD和FMN）、亚硝酸盐还原酶（含FAD和FMN）第五张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月蛋白质按生物学功能
5、分类蛋白质按生物学功能分类名称代表物酶（enzyme）核糖核酸酶、胰蛋白酶、果糖磷酸激酶、乙醇脱氢酶、过氧化氢酶、苹果酸酶调节蛋白（regulatoryprotein）胰岛素、促生长素（GH）、促甲状腺素（TSH）、乳 糖 阻 抑 物（lac repressor）、核 转 录 因 子1（NF1）、分解代谢物激活剂蛋白（CAP）转运蛋白（transportprotein）血红蛋白、血清清蛋白、葡糖转运蛋白储存蛋白（stroageprotein）卵清蛋白、酪蛋白、菜豆蛋白、铁蛋白第六张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月收缩和游动蛋白（contractileandmotileprotein
6、）肌动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、动力蛋白、驱动蛋白结构蛋白（structuralptotein）角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白、丝蛋白、蛋白聚糖支架蛋白（scaffoldprotein）胰岛素受体底物1（IRS1）、A激酶锚定蛋白（AKAP）、信号传递转录激活剂（STAT）保 护 和 开 发 蛋 白protectiveandexploitiveprotein免疫球蛋白、凝血酶、血纤蛋白原、抗冻蛋白、蛇和蜂毒蛋白、白喉毒素、蓖麻毒蛋白异常蛋白（exoticprotein）应乐果甜蛋白、节肢弹性蛋白、胶质蛋白第七张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月l（一）蛋白质的形状和大小l根据形状和溶解度
7、大体可分为三大类：l1纤维状蛋白（fibrousprotein）l2球状蛋白质（globularprotein）l3.膜蛋白质（membrane protein）名称特点代表物纤维状蛋白（fibrousprotein）呈细棒或纤维状，不溶于水和稀酸溶液胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白、丝蛋白球状蛋白质（globularprotein）形状接近球形或椭圆形，易溶于水胞质酶类膜蛋白质（membraneprotein）不溶于水但溶于去污剂溶液，所含亲水氨基酸残基比胞质蛋白质少第八张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月蛋白质的大小蛋白质的大小 蛋白质Mr残基数目/链亚基组成方式胰岛素（牛）57332
8、1（A）,30（B）细胞色素c（马）125001041核糖核酸酶（牛胰）126401241溶菌酶（卵清）139301291肌红蛋白（马）168901531縻蛋白酶（牛胰）2260013（）,132（）,97（）血红蛋白（人）64500141（）,146（）22血清清蛋白（人）685005501己糖激酶（酵母）960002004球蛋白（马）149900214（）,446（）22谷氨酸脱氢酶（肝）3326945006肌球蛋白（兔）4700001800(重链h),190(),149(/),160()H21/22核酮糖二磷酸羧化酶（菠菜）560000475（）,123（）33谷氨酰合成酶（E.coli
9、）60000046812第九张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月（一）（一）蛋白质构象和蛋白质结构的组织层次蛋白质构象和蛋白质结构的组织层次l每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构或称三维结构，这种三维结构通常被称为蛋白质的构象。l构型：指在具有相同结构式的立体异构体中取代基团在空间的相对取向，不同的构型如果没有共价键的破裂是不能互变的。l构象；是指具有相同结构式和相同构型的分子在空间里可能的多种形态，构象形态间的改变不涉及共价键的破裂。l蛋白质结构的不同组织层次（level，hierarchy）l一级结构（primarystructure）：指多肽链的氨基酸序列。l二级结构（sec
10、ondarystructure）：指多肽链借助氢键排列成自己特有的螺旋和折叠股片段。l三级结构（tertiarystructure）：指多肽链借助各种非共价键（或非共价力）弯曲、折叠成具有特定走向的紧密球状构象。l四级结构（quaternarystructure）：指寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互关系和组合方式。l蛋白质的一级结构是由多肽链主链上共价连接的氨基酸残基决定的。l二级结构和其它高级结构层次主要是由非共价力如氢键、离子键、范德华力和疏水作用决定的。第十张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月（四）（四）蛋白质功能的多样性蛋白质功能的多样性l蛋白质的生物学功能有以下几个方面
11、：l（1）催化l（2）调节l（3）转运l（4）贮存l（5）运动l（6）结构成分l（7）支架结构l（8）防御与进攻l（9）异常功能第十一张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月二、肽二、肽 l肽是氨基酸的线性聚合物，因此也常称肽链（peptidechain）。蛋白质是由一条或多条具有确定的氨基酸序列的多肽链构成的大分子。l（一）肽和肽键的结构l现在公认蛋白质分子中的氨基酸连接的基本方式是肽键（peptidebond）。CONH这主要有下列一些实验根据：l（1）蛋白质分子中游离氨基和羧基是很少的。l（2）某些人工合成的多肽能被水解蛋白质的蛋白酶所水解。l（3）包含CONH基团的化合物如双缩脲
12、（biuret）H2NCONHCONH2能与硫酸铜氢氧化钠溶液产生双缩脲颜色反应。l（4）人工合成的多聚氨基酸的X射线衍射图案和红外吸收光谱与天然的纤维状蛋白质十分相似。l（5）我国在世界上首次人工合成蛋白质结晶牛胰岛素的成功，完成证明了蛋白质的肽链结构学说的正确性。第十二张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月（二）（二）肽的物理和化学性质肽的物理和化学性质l某些肽的pKa肽-COOHPKaNH3PKaR基PKaPIGlyAsp2.818.604.453.63GlyGly3.068.135.59AlaGly3.168.245.70GlyAla3.178.235.70GlyGlyGly3
13、.267.915.58AlaAlaAlaAla3.427.945.68AlaAlaLysAla3.588.0110.589.30第十三张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月pHpKaHApKaHAA pHApHA l（三）天然存在的活性肽第十四张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月三、蛋白质一级结构的测定三、蛋白质一级结构的测定（一)蛋白质测序的策略（1）测定蛋白质分子中多肽链的数目根据蛋白质N末端或C末端残基的摩尔数和蛋白质的相对分子质量可以确定蛋白质分子中的多肽链数目。（2）拆分蛋白质分子的多肽链如果是寡聚蛋白质，多肽链（亚基）是借助非共价相互作用缔合的，则可用变性剂如8m
14、ol/L尿素，6mol/L盐酸胍或高浓度盐处理，就能使寡聚蛋白质中的亚基拆开。l如果多肽链间是通过共价二硫桥（SS）交联的，则可采用氧化剂或还原剂将二硫键断裂。（3）断开多肽链内的二硫桥多肽链内半胱氨酸残基之间的SS桥必须在进行第4步前予以断裂。第十五张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月l（4）分析每一条多肽链的氨基酸组成l经分离、纯化的多肽链一部分样品进行完全水解，测定它的氨基酸组成，并计算出氨基酸成分的分子比或各种残基的数目。l（5)鉴定多肽链的N末端和C末端残基l多肽链的另一部分样品进行N末端残基的鉴定，以便建立两个重要的氨基酸序列参考点。l（6）裂解多肽链成较小的片段l用两种
15、或几种不同的断裂方法（指断裂点不同）将每条多肽链样品降解成两套或几套重叠的肽段或称肽碎段。l（7）测定各肽段的氨基酸序列l常用的肽段测序方法是Edman降解法，此外还有酶解法和质谱法等。l（8）重建完整多肽链的一级结构l利用两套或多套肽段的氨基酸序列彼此间有交错重叠可以拼凑出原来的完整多肽链的氨基酸序列。l（9)确定半胱氨酸残基间形成的SS交联桥的位置第十六张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月（二）（二）NN末端和末端和CC末端氨基酸残基的鉴定末端氨基酸残基的鉴定1N末端分析（1）二硝基氟苯（DNFB或FDNB）法多肽或蛋白质的游离末端NH2与DNFB（称Sanger试剂）反应后，生
16、成DNP多肽或DNP蛋白质。DNP多肽经酸水解后，只有N末端氨基酸为黄色DNP氨基酸衍生物，其余的都是游离氨基酸。（2）丹磺酰氯（DNS）法l丹磺酰氯（dansylchloride）是二甲氨基萘磺酰氯的简称，缩写为DNS。由于丹磺酰基具有强烈的荧光，灵敏度比DNFB法高100倍，并且水解后的DNS氨基酸不需要提取。（3）苯异硫氰酸酯（PITC）法l多肽或蛋白质的末端氨基与PITC（Edman试剂）作用，生成苯氨基硫甲酰多肽或蛋白质，简称PIC多肽或蛋白质。（4）氨肽酶法l是一类肽链外切酶（exopeptidase）或叫外肽酶，它们能从多肽链的N末端逐个地向里切。第十七张，PPT共一百四十一页，
17、创作于2022年6月2C末端分析（1）肼解法（2）还原法（3）羧肽酶法第十八张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月（三）二硫桥的断裂l过甲酸氧化法和巯基化合物还原法（四）氨基酸组成的分析（五）多肽链的部分裂解和肽段混合物的分离纯化1.酶裂解法（1）胰蛋白酶（trypsin）专一性强，Lys或Arg的羧基端（2）糜蛋白酶（chymotrypsin）Phe、Trp、Tyr等疏水氨基酸的羧基端（3）嗜热菌蛋白酶（thermolysin）（4）胃蛋白酶（pepsin）与糜蛋白酶相似，但要求两侧残基都是疏水性氨基酸如Phe-Phe（5）木瓜蛋白酶（papain）（6）匍萄球菌蛋白酶（Staphy
18、lococcalprotease）和梭菌蛋白酶（clostripain）第十九张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月2化学裂解法（1）溴化氰断裂Met羧基端（2）羟胺断裂专一性断裂-Asn-Gly-（3）肽段的分离纯化第二十张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月l（六）肽段氨基酸序列的测定l1Edman化学降解法l2酶降解法l3质谱法l4根据核甘酸序列的推定法l（七）肽段在多肽链中次序的决定l（八）二硫桥位置的确定胃蛋白酶电泳过甲酸氧化电泳l（九）蛋白质测序举例l（十）蛋白质序列数据库第二十一张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月三、蛋白质的氨基酸序列与生物功能三、蛋白
19、质的氨基酸序列与生物功能（一）同源蛋白质的物种差异与生物进化1同源蛋白质l同源蛋白质是指在不同生物体中行使相同或相似功能的蛋白质。l同源蛋白质的氨基酸序列具有明显的相似性，这种相似性序列称序列同源性（sequencehomology）。l不变碱基（invariantresidue）：同源蛋白质的氨基酸序列中有许多位置的氨基酸残基对所有已研究过的物种来说都是相同的。可变碱基（variantresidue）：其他位置的氨基酸残基对不同物种有相当大的变化。2细胞色素c来自任两个物种的同源蛋白质，其序列间的氨基酸差异数目与这些物种间的系统发生差异是成比例的，也即在进化位置上相差越远，其氨基酸序列之间的
20、差别越大。3系统树细胞色素c的氨基酸序列资料已被用来核对各个物种之间的分类学关系以及绘制系统（发生）树（phylogenetictree）或称进化树。第二十二张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月（二）同源蛋白质具有共同的进化起源l1氧和血红素蛋白2丝氨酸蛋白酶类l3一些功能差异很大的蛋白质（三）血液凝固与氨基酸序列的局部断裂l1血液凝固中的级联过程l2凝血酶和血纤蛋白原在血凝中的作用l3血纤蛋白溶解系统（纤溶系统）第二十三张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月五、肽与蛋白质的人工合成五、肽与蛋白质的人工合成（一）肽的人工合成肽的人工合成有两种类型。A由不同氨基酸按照一定顺序的
21、控制合成B由一种或两种氨基酸聚合或共聚合一些常用保护基的结构式如下：氨基保护基Y：羧基保护基Z：苄氧甲酰基苄酯（CBZ）（Obzl）叔丁氧甲酰基叔丁酯（BOC）（Obut）对甲苯磺酰基（Tosyl）（1）叠氮（azide）法（2）活化酯（activatedester）法（3）混合酸酐（mixedanhydride）法（二）胰岛素的人工合成（三）固相肽合成第二十四张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月测试题测试题今有一个七肽，经分析它的氨基酸组成是：Lys，Pro，Arg，Phe，Ala，Tyr，和Ser。此肽未经糜蛋白酶处理时，与FDNB反应不生成DNP氨基酸。经糜蛋白酶作用后，此肽断
22、裂成两个肽段，其氨基酸组成分别为Ala，Tyr，Ser，和Pro，Phe，Lys，Arg。这两个肽段分别与FDNB反应，可分别生成DNPSer和DNPLys。此肽与胰蛋白酶反应，同样能生成两个肽段，它们的氨基酸组成分别是Arg，Pro，和Phe，Tyr，Lys，Ser，Ala。试详细推测该七肽的一级结构是怎样的？第二十五张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月推测过程推测过程l此肽未经糜蛋白酶处理时，与FDNB反应不生成DNP氨基酸，说明7肽N端是Pro或7肽成环。l经糜蛋白酶作用后，此肽断裂成两个肽段，其氨基酸组成分别为Ala，Tyr，Ser，和Pro，Phe，Lys，Arg。这两个肽
23、段分别与FDNB反应，可分别生成DNPSer和DNPLys。l糜蛋白酶断裂Phe，Tyr的羧基端；两个肽段的N端分别为Ser和Lys。lSerAlaTyrLys？Phe（Pro，Arg序列待定）l此肽与胰蛋白酶反应，同样能生成两个肽段，它们的氨基酸组成分别是Arg，Pro，和Phe，Tyr，Lys，Ser，Alal胰蛋白酶断裂Arg，Lys的羧基端；lProArgLys与Pro相连l确定为LysProArgPhel经糜蛋白酶,胰蛋白酶作用后，分别得到两个肽段，该七肽为环肽l该7肽为LysProArgPheSerAlaTyrl|l第二十六张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月第二章第二章
24、 蛋白质的三维结构蛋白质的三维结构决定蛋白质天然折叠结构的因素：1.与溶剂分子（一般是水）的相互作用。2.溶剂的pH和离子组成。3.蛋白质的氨基酸序列。一、研究蛋白质构象的方法（一）X射线衍射法（Xraydiffractionmethod）X射线衍射技术与显微镜技术主要区别：1.光源不是可见光而是波长很短的X射线（=0.154nm）2.经物体散射后的衍射波，没有一种透镜能把它收集重组成物体的图象，而直接得到的是一张衍射图案。衍射图案需要用数字方法（如电子计算机）代替透镜进行重组，绘出电子密度图，从中构建出三维分子图象分子结构模型。第二十七张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月方方法法波
25、波长（长（）分分辨辨率率光学显微镜200nm0.2mX射线衍射法0.0110nm0.1nm(二）研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法1.紫外差光谱蛋白质的分子结构中含有芳香族和杂环组的共轭环系统,因而在近紫外光区域具有光吸收能力。微环境因素包括溶液pH、溶剂及邻近基团的极性性质影响共轭环的吸收性质与结构。当发色团（Trp、Tyr、Phe等）暴露在蛋白质分子表面时，pH和溶剂性质的影响是主要的，如果埋藏与分子内部，则以邻近基团的影响为主。发色团的微环境决定于蛋白质分子的构象，构象改变，微环境则发生变化，发色团的紫外吸收光谱也将随之变化。第二十八张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月2.光和荧
26、光偏振极少数分子吸收的激发能只转移一小部分，大部分将在辐射（在108S内），这种现象称为荧光（fluoresence）。在蛋白质中Trp和Tyr残基是主要的荧光基团（内源荧光），其荧光峰位置（max)分别为348nm和303nm。这些残基的微环境能明显地改变其荧光强度和荧光峰位置。应用荧光光谱技术，可以探讨Trp和Tyr的微环境以及蛋白质分子构象的变化。3.圆二色性多数生物分子具有不对称性，手性物质与左、右圆偏振光（EL，ER）的相互作用是不同的，由于手性物质对EL和ER两种光的吸收（振幅减小）不同，使左、右圆偏振光合成椭圆偏振光，这种光学效应称为圆二色性。14.核磁共振（NMR）NMR和X射
27、线晶体学是能够在原子水平上揭示蛋白质和其他生物分子三维结构的仅有的两种技术。X射线方法能给出高分辨率的图像，但需要晶体。第二十九张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月lNMR方法能研究溶液中的蛋白质结构，只要提供高浓度的溶液（对一个15103蛋白质约15mg/ml）,而且NMR谱还能提供大量有关动态的信息。l二、稳定蛋白质三维结构的作用力l（一）氢键（hydrogenbond）l氢键在稳定蛋白质的结构中起着极其重要的作用,多肽主链上的羰基氧和酰胺氢之间形成的氢键是稳定蛋白质二极结构的主要作用力.此外,氢键还可以在侧链与侧链、侧链与介质水、主链肽基与侧链或主链肽基与水之间形成。lXH-Y
28、lx,y是电负性强的原子(N、O、S等),XH是共价键,H-y是氢键。第三十张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月大多数蛋白质所采取的折叠策略是使主链肽基之间形成最大数目的分子内氢键(如螺旋、折叠片),与此同时保持大多数能成氢键的侧链处于蛋白质分子的表面将与水相互作用。（二）范德华力（范德华相互作用）广义的范德华力(vanderWaalsforce)包括3种较弱的作用力,为定向效应、诱导效应和分散效应。定向效应(orientationeffect)发生在极性分子或极性基团之间。它是永久偶极间静电相互作用诱导效应(inductioneffect)发生在极性物质与非极性物质之间,这是永久偶
29、极与由它诱导而来的诱导偶极之间的静电相互作用。第三十一张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月分散效应(dispersioneffect)是在多数情况下起主要作用的范德华力,它是非极性分子或基团间仅有的一种范德华力,也称London分散力,通常范德华力就指这种作用力。这是瞬时偶极间的相互作用,偶极方向是瞬时变化的。瞬时偶极是由于所在分子或基团中电子电荷密度的波动即电子运动的不对称性造成的。瞬时偶极可以诱导周围的分子或基团产生偶极,诱导偶极反过来又稳定了原来的偶极,因此在它们之间产生了相互作用。(三)疏水作用（熵效应）水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏在分子的内部,这种现象称
30、为疏水作用(hydropholicinteraction)或疏水效应。疏水作用并不是疏水基团之间有吸引力,而是疏水基团或疏水侧链出自避开水的需要而被迫接近的缘故。当疏水基团接近到等于范德华距离时,相互间将有弱的范德华引力,但这不是主要的。第三十二张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月蛋白质溶液系统的熵增加(熵变化S为正值)是疏水作用的主要动力。熵增加主要涉及介质水的有序度改变,因为疏水基团的聚集(相互作用)本身是有序的过程,造成熵减少。疏水作用在生理温度范围内随温度升高而加强,但一定温度后(5060,因侧链而异),又趋减弱。因为超过这个温度,疏水基团周围的水分子有序度降低(S正值减小)
31、,因而有利于疏水基团进入水中。非极性溶剂去污剂是破坏疏水作用的试剂,因此是变性剂,尿素和盐酸胍既能破坏氢键,有能破坏疏水作用,因此是强变性剂。(四)盐键盐键又称盐桥或离子键，它是正电荷与负电荷之间的一种静电相互作用。吸引力F与电荷电量的乘积（Q1Q2）成正比，与电荷质点间的距离平方（R2）成反第三十三张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月在溶液中次吸引力随周围介质的介电常数增大而降低：Q1Q2F=R2在生理pH下，蛋白质中的酸性氨基酸（Asp和Glu）的侧链可解离成负离子，碱性氨基酸（Lys、Arg和His）的侧链可解离成正离子。再多数情况下这些基团都分布在球状蛋白质分子表面，而与介质
32、水分子发生电荷偶极之间的相互作用，形成排列有序的水化层，这对稳定蛋白质的构象有着一定的作用。荷电的侧链也在蛋白质分子内部出现，它们一般与其它基团形成强的氢键。但是偶尔也有少数带相反电荷的侧链在分子的疏水内部形成盐键。在疏水环境中，介电常数比在水中低，相反电荷间的吸引力相应增大。当荷电侧链从水第三十四张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月中转移到分子内部时，它周围有序排列的水分子被释放到介质中。因此盐键的形成不仅是静电吸引而且也是熵增的过程。升高温度时，由于对TS一项有利，因而增加盐桥的稳定性，此外，盐键因加入非极性溶剂而加强，加入盐类而减弱。（五）二硫键二硫键能够稳定蛋白质三维结构的构
33、象。在多数情况下，二硫键在多肽链的转角附近形成。三、多肽主链折叠的空间限制（一）酰胺平面与碳原子的二面角（和）第三十五张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月肽键是一个共振杂化体，共振的后果是肽键具有部分双键性质，不能饶键自由旋转，主链肽基成为刚性平面，成为酰胺平面，平面内CO与NH成反式排列，各原子间有固定的键角和键长。肽链主链上只有碳原子连接的两个键，CN和CC，是纯的单键，能自由旋转；碳是两个相邻酰胺平面的连接点，酰胺平面虽然是刚性的，但酰胺平面之间的位置可以任意取向。绕CN键轴旋转的二面角（CNCC）称为，绕CC键轴旋转的二面角（NCCN）称为。多肽链主链的各种可能构象都可用和这
34、两个二面角或扭角来描述。第三十六张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月四、二级结构：多肽链折叠的规则方式（一）螺旋1.螺旋的结构螺旋是一种重复性结构，螺旋中每个碳的和分别在-57和-47附近，每圈螺旋占3.6个氨基酸残基，沿螺旋轴方向上升0.54nm，称为移动距离或螺距，每个残基绕轴旋转100，沿轴上升0.15nm。残基的侧链伸向外侧。如果侧链不计在内，螺旋的直径约为0.5nm。相邻螺圈之间形成氢键，氢键的取向几乎于螺旋轴平行。从N末端出发，氢键是由每个肽基的C=O与其前面第3个肽基的NH之间形成的。由氢键封闭的环是13元环：第三十七张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月OH|
35、CNHCHCO3N|R第三十八张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月因此螺旋也称3.613螺旋。2螺旋的偶极矩和帽化螺旋中所有氢键都沿螺旋轴指向同一方向。每一肽键具有由NH和CO的极性产生的偶极矩。因为这些基团都是沿螺旋轴排列，所以总的效果是螺旋本身也是一个偶极矩，相当于N末端积累了部分正电荷，在C末端积累了部分负电荷。在螺旋的N末端附近常有带负电荷的配基（例如磷酸基）与蛋白质结合。然而很少发现带负电荷的配基与螺旋的C末端结合。第三十九张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月一个12（或n）个残基的典型螺旋含8（或n4）个氢键。螺旋的头4个酰胺氢和最后4个羰基氧不参与螺旋氢键的形
36、成。此外，在螺旋末端附近的非极性残基可暴露与溶剂。蛋白质经常通过螺旋帽化给予补偿。所以帽化就是给末端裸露的NH和CO提供氢键偶体，并折叠蛋白质的其他部分以促成与末端暴露的非极性残基的疏水作用。3螺旋的手性蛋白质中的螺旋几乎都是右手的，右手的比左手的稳定。第四十张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月左手螺旋中L型氨基酸残基侧链的第一个碳原子（C）过分接近主链上的CO氧原子，以致结构不舒适，能量较高，构象不稳定。右手螺旋，空间位阻较小，比较符合立体化学的要求，因而在肽链折叠中容易形成，构想稳定。螺旋是手性结构，具有旋光能力。螺旋的旋光性是碳原子的构型的不对称性和螺旋的构象不对称性的总反映。
37、螺旋是有规则的构象，在折叠形成螺旋时具有协同性。一旦形成了一圈螺旋，随后逐个残基的加入变得容易而快速，因为第一个螺圈成为相继螺圈形成的模板。第四十一张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月4影响螺旋形成的因素R基小，并且不带电荷的多聚丙氨酸，在pH7的水溶液中能自发地卷曲成螺旋：而多聚赖氨酸在pH7的水溶液中不能形成螺旋，这是由于多聚赖氨酸在pH7时R基具有正电荷，彼此间由于静电排斥，不能形成链内氢键，而是以无规卷曲形式存在。在pH12时，多聚赖氨酸即自发地形成螺旋。5.其他类型的螺旋310螺旋比螺旋紧密。螺旋不稳定含量很少。第四十二张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月（二）折
38、叠片(-pleatedsheet)折叠片是在1951年由Pauling等人首先提出的。折叠片是一种重复性的结构，象由折叠的条状纸片侧向并排而成。每条纸片可看成是一条肽链，肽主链沿纸条形成锯齿状，碳原子位于折叠线上。折叠片上的侧链都垂直与折叠片的平面，并交替地从平面上下二侧伸出。折叠片有两种形式：平行式，相邻肽链是同向的（都是NC或CN）。反平行式，相邻肽链是反向的。第四十三张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月折叠片中每条肽链称为折叠股或股，它可设想为一个二重螺旋或二重带，每螺圈含2个残基。由于碳原子的四面体性质，连续的酰胺平面排列成折叠形式。在此结构中氢键主要是在股间而不是股内形成。
39、第四十四张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月第四十五张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月纤维状蛋白质中折叠片主要是反平行的，折叠片氢键主要在不同肽链之间形成球状蛋白质中反平行和平行两种形式几乎广泛存在，既可以在不同肽链或不同分子之间形成，也可以在同一肽链的不同肽段（股）之间形成。（三）转角和凸起多肽链具有弯曲，回折和重新定向的能力，以便生成结实、球状的结构，因此蛋白质中有一种简单的二级结构单元，称转角，或弯曲或发卡结构。该结构是一种非重复性结构，在转角中第一个残基的CO与第四个残基的NH氢键键合，形成一个紧密的环，使转角成为比较稳定的结构。第四十六张，PPT共一百四十一页，
40、创作于2022年6月l脯氨酸和甘氨酸经常在转角序列中存在，并且转角的特定构象在一定程度上取决于它的氨基酸组成。l甘氨酸缺少侧链（只有一个H），在转角中能很好地调整其它残基的空间障碍，因此是立体化学上最合适的氨基酸。l脯氨酸具有环状结构和固定的角，因此在一定程度上迫使转角形成，促进多肽链自身回折，这些回折有助于反平行折叠片的形成。l转角多数都处于蛋白质分子的表面，改变多肽链方向的阻力比较小，转角在球状蛋白质中的含量相当丰富，约占全部残基的四分之一。l凸起是一种小片的非重复性结构，能单独存在，大多数情况下作为反平行折叠片中的一种不规则情况而存在。第四十七张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6
41、月凸起认为是折叠股中额外插入的一个残基，它使得在两个正常氢键之间、在凸起折叠股上是两个残基，而另一侧的正常股上是一个残基。（四）无规卷曲无规卷曲或称卷曲，它泛指那些不能被归入明确的二级结构如折叠片或螺旋的多肽区段。实际上这些区段大多数既不是卷曲，也不是完全规则的，即使存在少数柔性的无序区段。这些“无规卷曲”也象其他二级结构具有明确而稳定的结构，但它们受侧链相互作用的影响很大。这类有序的非重复性结构经常构成酶活性部位和其它蛋白质特异的功能部位。第四十八张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月五、纤维状蛋白质五、纤维状蛋白质纤维状蛋白质外形呈纤维状或细棒状，分子是有规则的线性结纤维状蛋白质外
42、形呈纤维状或细棒状，分子是有规则的线性结构，这与其多肽链的有规则二级结构有关。构，这与其多肽链的有规则二级结构有关。纤维状蛋白质的分类纤维状蛋白质的分类溶解性代表物不溶性角蛋白，胶原蛋白，弹性蛋白可溶性肌球蛋白，血纤蛋白原第四十九张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月（一）角蛋白角蛋白是外胚层细胞的结构蛋白质，角蛋白可分为角蛋白和角蛋白两类。角蛋白是毛发中的主要蛋白质，角蛋白亚基的氨基酸序列是由富含螺旋的中央棒状区（长度为311314个残基）和两侧的非螺旋区组成。毛发角蛋白中，三股右手螺旋向左缠绕，拧成一根称为原纤维的超螺旋结构，直径为2nm，原纤维再排列成“9+2”的电缆式结构，称微
43、纤维，直径为8nm。成百根微纤维再结合成一不规则的纤维束，称大纤维，其直径为200nm，它们是毛发的结构元件。角蛋白的伸缩性能很好，一根毛发纤维湿热时可以拉长到原由长度的二倍，这时螺旋被撑开，各圈间的氢键被破坏，转变为构象。当张力除去后，单靠氢键不能使纤维恢复到原来的状态。相邻分子的螺旋是由它们的第五十张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月半胱氨酸残基间的二硫键交联起来的，一般认为每4个螺圈就有一个交联键。该交联键即可以抵抗张力，又可以作为外力除去后使纤维复原的恢复力。结构的稳定性主要是由这些二硫键保证的。永久性卷发（烫发）是一项生物化学工程。角蛋白在湿热条件下可以伸展转变为构象，但在
44、冷却干燥时又可自发地恢复原状。（二）丝心蛋白和其他角蛋白：折叠片蛋白质角蛋白充分伸展后可逆地转变为角蛋白（构象）。自然界中天然的角蛋白如丝心蛋白，这是蚕丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。丝心蛋白具有抗张强度高，质量柔软的特性，但不能拉伸。它具有0.7nm周期，这与角蛋白在湿热中伸展后形成的角蛋白很相似（0.65nm周期）。丝心蛋白是典型第五十一张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月反平行折叠片，多肽链取锯齿状折叠构象。在这种结构中，侧链交替地分布在折叠片的两侧。（三）胶原蛋白：一种三股螺旋1.胶原蛋白的组织分布与类型胶原蛋白或称胶原是很多脊椎动物和非脊椎动物体内含量丰富的蛋白质。它属于结构蛋白质
45、，能使腱、骨、软骨、牙、皮和血管等结缔组织具有机械强度。类型分布结构特点骨、皮肤、腱、角膜1（）22（）软骨、椎间盘、玻璃体血管、新生皮肤、瘢痕组织1（）3、1（）3基底膜1（）2、2（）1（）3、2（）3细胞表面、细胞外骨架1（）2（）3（）第五十二张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月2.胶原蛋白的氨基酸组成皮肤胶原蛋白（型）Gly（33%）、Pro（13%）、4羟脯氨酸（9%）、3羟脯氨酸（0.1%）、5羟脯氨酸（0.6%）这些不常见的氨基酸都是在胶原蛋白多肽链合成后由Pro和Lys修饰而成。胶原蛋白是糖蛋白，少量糖与5羟赖氨酸（Hyl）残基的碳羟基共价连接。3.胶原蛋白的结构在
46、体内，胶原蛋白以胶原原纤维或称胶原纤维的形式存在。其基本结构单位是原胶原分子，相对分子质量为285103，由三股缠绕的多肽链组成，每股长度约1000个氨基酸残基，原胶原分子长约300nm，直径约1.5nm。胶原蛋白以3条肽链或链的多肽链（亚基）缠绕成他特定的三股螺旋。这是一种右手超螺旋缆，其中每股链第五十三张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月自身是一种左手螺旋。与螺旋相比，胶原螺旋要伸展的多。每一残激沿三股螺旋升高0.29nm，而螺旋只是0.15nm。右手螺旋缆的螺距为8.6nm，每圈每股包含30个残基，每股左手螺旋的螺距为0.95nm，每圈约含3.3个残基。三股螺旋是一种能容纳胶原
47、蛋白特有的氨基酸组成和序列的结构。一级结构分析表明，胶原蛋白多肽链很长的区段序列是由GlyXY氨基酸序列重复而成的。X、Y是Gly之外的任何氨基酸残基，但X经常是Pro，Y经常是Hyp（4羟脯氨酸）。4.胶原蛋白中的共价交联胶员纤维通过分子内（原胶原分子内）和分子间）（原纤维中原胶原分子间）的交联得到进一步增强和稳定。分子内交联是在原胶原的N末端区（非螺旋区）内赖氨酸残基之间进行的；原胶原的分子间交联是在一个原胶原的N末端区和一个第五十四张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月相邻原胶原的C末端区之间形成的。胶原蛋白不易被一般的蛋白酶水解，但能被梭菌或动物的胶原酶断裂。断裂的碎片自动变性
48、，可被普通蛋白酶水解。胶原在水中煮沸即转变为明胶或称动物胶，它是一种可溶性的多肽混合物。（四）弹性蛋白弹性蛋白是结缔组织中的一种蛋白质，它的最重要的性质就是弹性。弹性蛋白只有一个基因，不含羟赖氨酸，不被糖基化，不含GlyProY和GlyXHyp重复序列，不能形成超螺旋。弹性蛋白是由可溶性的单体合成的，是弹性蛋白纤维的基本单位，称原弹性蛋白。原弹性蛋白约含700个氨基酸残基，相对分子质量7200，富含Gly、Ala、Val、和Pro，但不含羟赖氨酸，羟脯氨酸含量也很少。第五十五张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月弹性蛋白纤维中原弹性蛋白分子按两种方式交联在一起，一种通过羟赖氨酸正亮氨酸
49、衍生物交联，另一种是原弹性蛋白中特定的Lys侧链赖氨酰氧化酶催化下氧化脱氨成醛基后，由3个这样的醛基和一个未被修饰的Lys侧链形成类似吡啶啉的锁链素和异锁链素交联体，它是弹性蛋白的标志。（五）肌球蛋白和原肌球蛋白各种类型肌肉（横纹肌、平滑肌和心肌）以及许多其他收缩系统都含构成肌纤维的主要蛋白质：肌球蛋白和肌动蛋白。肌球蛋白是一种很长的棒状分子，由6条多肽链组成，相对分子质量约为540103。这6条多肽链包括两条Mr230103的重链和两对不同的氢链。第五十六张，PPT共一百四十一页，创作于2022年6月肌球蛋白可用胰蛋白酶裂解成两个片段，称轻酶解肌球蛋白和重酶解肌球蛋白。肌球蛋白作为粗丝与肌动
50、蛋白作为细丝，组成肌肉结构的重复单位，称为肌节。原肌球蛋白是一种纤维状蛋白质，它是由两条不同的螺旋肽链互相缠绕而成的超螺旋。亚基相对分子量约为35103。原肌球蛋白能稳定并增强细丝强度，当细胞溶胶中钙离子水平降低时通过竞争肌球蛋白的结合位点而抑制肌肉收缩。六、超二级结构和结构域（一）超二级结构超二级结构概念是由RossmanM.G.于1973年首次提出。超二级结构是指在球状蛋白质分子中经常可以看到由相邻的二级结构元件（主要是螺旋和折叠片）组合在一起，彼次相互作用，形成种类不多的、有规则的二级结构组合或二级结构串，在多种蛋白质中充当三级结构的构件。第五十七张，PPT共一百四十一页，创作于2022