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1、第四节第四节 蛋白质的二级结构和纤维状蛋白蛋白质的二级结构和纤维状蛋白蛋白质的二级蛋白质的二级(Secondary)(Secondary)结结构是指肽链的主链在空间的排构是指肽链的主链在空间的排列列,或规则的几何走向、旋转或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。构象及链内或链间形成的氢键。主要有主要有-螺旋、螺旋、-折叠、折叠、-转转角。角。第四节第四节 蛋白质的二级结构和纤维状蛋白蛋白质的二级结构和纤维状蛋白构型：在立体异构体中取代原子或基团在构型：在立体异构体中取代原子或基团在构型：在立体异构体中取代原子或基团在构型：在立体异构
2、体中取代原子或基团在空间的取向。一个碳原子和四个不同的基空间的取向。一个碳原子和四个不同的基空间的取向。一个碳原子和四个不同的基空间的取向。一个碳原子和四个不同的基团相连时，只可能有两种不同的排列，这团相连时，只可能有两种不同的排列，这团相连时，只可能有两种不同的排列，这团相连时，只可能有两种不同的排列，这两种不同的空间排列称为不同的构型。这两种不同的空间排列称为不同的构型。这两种不同的空间排列称为不同的构型。这两种不同的空间排列称为不同的构型。这两种构型如果没有共价键的破裂是不能互两种构型如果没有共价键的破裂是不能互两种构型如果没有共价键的破裂是不能互两种构型如果没有共价键的破裂是不能互变的
3、。变的。变的。变的。构象：指取代基团当单键旋转时可能形成构象：指取代基团当单键旋转时可能形成构象：指取代基团当单键旋转时可能形成构象：指取代基团当单键旋转时可能形成不同的立体结构，不涉及共价键的破裂。不同的立体结构，不涉及共价键的破裂。不同的立体结构，不涉及共价键的破裂。不同的立体结构，不涉及共价键的破裂。一个蛋白质的多肽链在正常情况下，只有一个蛋白质的多肽链在正常情况下，只有一个蛋白质的多肽链在正常情况下，只有一个蛋白质的多肽链在正常情况下，只有一种或很少几种构象。一种或很少几种构象。一种或很少几种构象。一种或很少几种构象。一一、构构型型与与构构象象二、研究构象的方法二、研究构象的方法X X
4、射线衍射技术射线衍射技术X X射线结晶学：测定蛋白质的晶体结构，不测射线结晶学：测定蛋白质的晶体结构，不测定单个蛋白质分子结构。根据晶体的衍射图定单个蛋白质分子结构。根据晶体的衍射图案进行分析确定晶胞中的原子排布案进行分析确定晶胞中的原子排布核磁共振核磁共振圆二色性：测定圆二色性：测定-螺旋和螺旋和-折叠的含量折叠的含量荧光偏振：测定疏水微区荧光偏振：测定疏水微区拉曼光谱：研究主链构象拉曼光谱：研究主链构象三、二级结构的基本类型三、二级结构的基本类型（1 1）-螺旋螺旋在在-螺旋中肽平面的键长和键角一定；螺旋中肽平面的键长和键角一定；肽键的原子排列呈反式构型；肽键的原子排列呈反式构型；相邻的肽
5、平面构成两面角；相邻的肽平面构成两面角；多肽链中的各个肽平面围绕多肽链中的各个肽平面围绕多肽链中的各个肽平面围绕多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，同一轴旋转，形成螺旋结构，同一轴旋转，形成螺旋结构，同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离螺旋一周，沿轴上升的距离螺旋一周，沿轴上升的距离螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为即螺距为即螺距为即螺距为0.54nm,0.54nm,0.54nm,0.54nm,含含含含3.63.63.63.6个氨个氨个氨个氨基酸残基；两个氨基酸之间基酸残基；两个氨基酸之间基酸残基；两个氨基酸之间基酸残基；两个氨基酸之间的距离为的距离为的距离为的距离为
6、0.15nm;0.15nm;0.15nm;0.15nm;肽链内形成氢键，氢键的取肽链内形成氢键，氢键的取肽链内形成氢键，氢键的取肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨向几乎与轴平行，第一个氨向几乎与轴平行，第一个氨向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的基酸残基的酰胺基团的基酸残基的酰胺基团的基酸残基的酰胺基团的-CO-CO-CO-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基与第四个氨基酸残基酰胺基与第四个氨基酸残基酰胺基与第四个氨基酸残基酰胺基团的基团的基团的基团的-NH-NH-NH-NH基形成氢键。基形成氢键。基形成氢键。基形成氢键。蛋白质分子为右手蛋白质分子为右手蛋白质分子为右手蛋白质分
7、子为右手 -螺旋。螺旋。螺旋。螺旋。侧链基团向外侧伸展侧链基团向外侧伸展侧链基团向外侧伸展侧链基团向外侧伸展（1 1）-螺螺旋旋还有含还有含3 3个残基的个残基的-螺旋螺旋天然-螺旋的不对称因素引起偏振光向右旋转。可测定蛋白质或多肽中的-螺旋相对量n-螺旋由于构象有规则引起折叠中的协同螺旋由于构象有规则引起折叠中的协同性性nR R基小、不带电荷的氨基酸序列可形成基小、不带电荷的氨基酸序列可形成-螺螺旋旋nR R基大，有空间阻碍，不能形成基大，有空间阻碍，不能形成-螺旋。如：螺旋。如：脯氨酸，会中断脯氨酸，会中断-螺旋，产生结节螺旋，产生结节（2 2）-折折叠叠-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的
8、肽链折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠构象肽链的主链呈锯齿状折叠构象在在-折叠中，折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的氨基酸的R R基团处于折叠的棱角上并与棱角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垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm0.35nm；-pleated sheet-pleated sheet -折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；折叠结
9、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。几乎所也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所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，氢键与链的长轴有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。接近垂直。接近垂直。接近垂直。-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-N-N-N-端
10、都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。条肽链的方向相反。条肽链的方向相反。条肽链的方向相反。（2 2）-折折叠叠（3 3）-转角转角 -turn-turn发夹结构发夹结构发夹结构发夹结构在在在在 -转角部分，由四个转角部分，由四个转角部分，由四个转角部分，由四个氨基酸残基组成氨基酸残基组成氨基酸残基组成氨基酸残基组成;弯曲处的第一个氨基酸弯曲处的第一个氨基酸弯曲处的第一个氨基酸弯曲处的第一个氨基酸残基的残基的残基的残基的-C=O -C=O -C=O -C=O
11、 和第四个和第四个和第四个和第四个残基的残基的残基的残基的 N-H N-H N-H N-H 之间形成之间形成之间形成之间形成氢键，形成一个不很稳氢键，形成一个不很稳氢键，形成一个不很稳氢键，形成一个不很稳定的环状结构。定的环状结构。定的环状结构。定的环状结构。这类结构主要存在于球这类结构主要存在于球这类结构主要存在于球这类结构主要存在于球状蛋白分子中。占全部状蛋白分子中。占全部状蛋白分子中。占全部状蛋白分子中。占全部残基的四分之一残基的四分之一残基的四分之一残基的四分之一五、二级结构的预测五、二级结构的预测氨基酸残基并不是均匀地分布在所有类型的二级结构中概率统计学方法预测二级结构，简便，成功率
12、70%表六、超二级结构若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形成有规则的二级结构组合体，但没有结构域。超二级结构有三种基本组合形式：、由两股或三股右手螺旋缠绕而成的左手超螺旋重复距离14nm。存在于角蛋白，肌球蛋白，纤维蛋白原中由二段平行式的链和一段连接链组成，连接链是螺旋或无规则卷曲，大体上反平行于链最常见的组合是Rossmann折叠：三段平行式的链和二段螺旋链构成在蛋白质中在蛋白质中(Rossmann折叠)反平行的链通过转角连接而成稳定，因此广泛存在-曲折：-sheet模式之一回形拓扑结构 七、纤维状蛋白七、纤维状蛋白纤维状蛋白质纤维状蛋白质纤维状蛋白质纤维状蛋白质(fibrou
13、s protein)(fibrous protein)(fibrous protein)(fibrous protein)广泛地分布广泛地分布广泛地分布广泛地分布于脊椎和无脊椎动物体内，它是动物体的基本于脊椎和无脊椎动物体内，它是动物体的基本于脊椎和无脊椎动物体内，它是动物体的基本于脊椎和无脊椎动物体内，它是动物体的基本支架和外保护成分，占脊椎动物体内蛋白质总支架和外保护成分，占脊椎动物体内蛋白质总支架和外保护成分，占脊椎动物体内蛋白质总支架和外保护成分，占脊椎动物体内蛋白质总量的一半或一半以上。量的一半或一半以上。量的一半或一半以上。量的一半或一半以上。这类蛋白质外形呈纤维状或细棒状，分子轴
14、比这类蛋白质外形呈纤维状或细棒状，分子轴比这类蛋白质外形呈纤维状或细棒状，分子轴比这类蛋白质外形呈纤维状或细棒状，分子轴比(长轴短轴长轴短轴长轴短轴长轴短轴)大于大于大于大于10(10(10(10(小于小于小于小于10101010的为球状蛋白质的为球状蛋白质的为球状蛋白质的为球状蛋白质)。分子是有规则的线型结构，这与其多肽链的有分子是有规则的线型结构，这与其多肽链的有分子是有规则的线型结构，这与其多肽链的有分子是有规则的线型结构，这与其多肽链的有规则二级结构有关，而有规则的线型二级结构规则二级结构有关，而有规则的线型二级结构规则二级结构有关，而有规则的线型二级结构规则二级结构有关，而有规则的线
15、型二级结构是它们的氨基酸顺序的规则性反映。是它们的氨基酸顺序的规则性反映。是它们的氨基酸顺序的规则性反映。是它们的氨基酸顺序的规则性反映。纤维状蛋白质的类型纤维状蛋白质的类型 纤维状蛋白质可分为不溶性纤维状蛋白质可分为不溶性(硬蛋白硬蛋白)和可和可溶性二类，前者有角蛋白、胶原蛋白和弹溶性二类，前者有角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等；性蛋白等；后者有肌球蛋白和纤维蛋白原等，但不包后者有肌球蛋白和纤维蛋白原等，但不包括微管括微管(microtubule)(microtubule)、肌动蛋白细丝、肌动蛋白细丝(actin filament)(actin filament)或鞭毛或鞭毛(flagella)
16、(flagella)，它，它们是球状蛋白质的长向聚集体们是球状蛋白质的长向聚集体(aggregate)(aggregate)。（一）角蛋白（一）角蛋白 Keratin Keratin角蛋白广泛存在于动物的皮肤及皮肤的衍生物，如角蛋白广泛存在于动物的皮肤及皮肤的衍生物，如角蛋白广泛存在于动物的皮肤及皮肤的衍生物，如角蛋白广泛存在于动物的皮肤及皮肤的衍生物，如毛发、甲、角、鳞和羽等，属于结构蛋白。角蛋白毛发、甲、角、鳞和羽等，属于结构蛋白。角蛋白毛发、甲、角、鳞和羽等，属于结构蛋白。角蛋白毛发、甲、角、鳞和羽等，属于结构蛋白。角蛋白中主要的是中主要的是中主要的是中主要的是 -角蛋白。角蛋白。角蛋白
17、。角蛋白。-角蛋白主要由角蛋白主要由角蛋白主要由角蛋白主要由 -螺旋构象的多肽链组成。一般是螺旋构象的多肽链组成。一般是螺旋构象的多肽链组成。一般是螺旋构象的多肽链组成。一般是由三条右手由三条右手由三条右手由三条右手 -螺旋肽链形成一个原纤维，原纤维的螺旋肽链形成一个原纤维，原纤维的螺旋肽链形成一个原纤维，原纤维的螺旋肽链形成一个原纤维，原纤维的肽链之间有二硫键交联以维持其稳定性肽链之间有二硫键交联以维持其稳定性肽链之间有二硫键交联以维持其稳定性肽链之间有二硫键交联以维持其稳定性例如毛的纤维是由多个原纤维平行排列，并由氢键例如毛的纤维是由多个原纤维平行排列，并由氢键例如毛的纤维是由多个原纤维平
18、行排列，并由氢键例如毛的纤维是由多个原纤维平行排列，并由氢键和二硫键作为交联键将它们聚集成不溶性的蛋白质。和二硫键作为交联键将它们聚集成不溶性的蛋白质。和二硫键作为交联键将它们聚集成不溶性的蛋白质。和二硫键作为交联键将它们聚集成不溶性的蛋白质。-角蛋白的伸缩性能很好，当角蛋白的伸缩性能很好，当角蛋白的伸缩性能很好，当角蛋白的伸缩性能很好，当 -角蛋白被过度拉伸角蛋白被过度拉伸角蛋白被过度拉伸角蛋白被过度拉伸时，则氢键被破坏而不能复原。此时时，则氢键被破坏而不能复原。此时时，则氢键被破坏而不能复原。此时时，则氢键被破坏而不能复原。此时 -角蛋白转变角蛋白转变角蛋白转变角蛋白转变成成成成 -折叠结
19、构，称为折叠结构，称为折叠结构，称为折叠结构，称为 -角蛋白。角蛋白。角蛋白。角蛋白。毛发的结构毛发的结构 一根毛发周围是一层鳞状一根毛发周围是一层鳞状一根毛发周围是一层鳞状一根毛发周围是一层鳞状细胞细胞细胞细胞(scale cell)(scale cell)(scale cell)(scale cell)，中间，中间，中间，中间为皮层细胞为皮层细胞为皮层细胞为皮层细胞(cortical(cortical(cortical(cortical cell)cell)cell)cell)。皮层细胞横截面。皮层细胞横截面。皮层细胞横截面。皮层细胞横截面直径约为直径约为直径约为直径约为20202020
20、m m m m。在这些。在这些。在这些。在这些细胞中，大纤维沿轴向排细胞中，大纤维沿轴向排细胞中，大纤维沿轴向排细胞中，大纤维沿轴向排列。所以一根毛发具有高列。所以一根毛发具有高列。所以一根毛发具有高列。所以一根毛发具有高度有序的结构。度有序的结构。度有序的结构。度有序的结构。毛发性能就决定于毛发性能就决定于毛发性能就决定于毛发性能就决定于 螺螺螺螺旋结构以及这样的组织方旋结构以及这样的组织方旋结构以及这样的组织方旋结构以及这样的组织方式。式。式。式。角角蛋蛋白白分分子子中中的的二二硫硫键键卷发卷发(烫发烫发)的生物化学基础的生物化学基础永久性卷发永久性卷发永久性卷发永久性卷发(烫发烫发烫发烫
21、发)是一项生物化学工程是一项生物化学工程是一项生物化学工程是一项生物化学工程(biochemical engineering),(biochemical engineering),(biochemical engineering),(biochemical engineering),角蛋白在湿热角蛋白在湿热角蛋白在湿热角蛋白在湿热条件下可以伸展转变为条件下可以伸展转变为条件下可以伸展转变为条件下可以伸展转变为 构象，但在冷却干燥时构象，但在冷却干燥时构象，但在冷却干燥时构象，但在冷却干燥时又可自发地恢复原状。又可自发地恢复原状。又可自发地恢复原状。又可自发地恢复原状。这是因为这是因为这是因为这
22、是因为 角蛋白的侧链角蛋白的侧链角蛋白的侧链角蛋白的侧链R R R R基一般都比较大，不基一般都比较大，不基一般都比较大，不基一般都比较大，不适于处在适于处在适于处在适于处在 构象状态，此外构象状态，此外构象状态，此外构象状态，此外 角蛋白中的螺旋角蛋白中的螺旋角蛋白中的螺旋角蛋白中的螺旋多肽链间有着很多的二硫键交联，这些交联键也多肽链间有着很多的二硫键交联，这些交联键也多肽链间有着很多的二硫键交联，这些交联键也多肽链间有着很多的二硫键交联，这些交联键也是当外力解除后使肽链恢复原状是当外力解除后使肽链恢复原状是当外力解除后使肽链恢复原状是当外力解除后使肽链恢复原状(螺旋构象螺旋构象螺旋构象螺旋
23、构象)的重要力量。这就是卷发行业的生化基础。的重要力量。这就是卷发行业的生化基础。的重要力量。这就是卷发行业的生化基础。的重要力量。这就是卷发行业的生化基础。-角蛋白角蛋白丝心蛋白丝心蛋白丝心蛋白丝心蛋白(fibroin)(fibroin)(fibroin)(fibroin)这是蚕这是蚕这是蚕这是蚕丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。丝心蛋白具有抗张强度高，丝心蛋白具有抗张强度高，丝心蛋白具有抗张强度高，丝心蛋白具有抗张强度高，质地柔软的特性，但不能质地柔软的特性，但不能质地柔软的特性，但不能质地柔软的特性，但不能拉伸。它具有拉伸。它
24、具有拉伸。它具有拉伸。它具有0.7nm0.7nm0.7nm0.7nm周期，周期，周期，周期，这与这与这与这与 -角蛋白在湿热中伸角蛋白在湿热中伸角蛋白在湿热中伸角蛋白在湿热中伸展后形成的展后形成的展后形成的展后形成的 -角蛋白很相角蛋白很相角蛋白很相角蛋白很相似似似似(0.65nm(0.65nm(0.65nm(0.65nm周期周期周期周期)。丝心蛋。丝心蛋。丝心蛋。丝心蛋白是典型的反平行式白是典型的反平行式白是典型的反平行式白是典型的反平行式 -折折折折叠片，多肽链取锯齿状折叠片，多肽链取锯齿状折叠片，多肽链取锯齿状折叠片，多肽链取锯齿状折叠构象，酰胺基的取向使叠构象，酰胺基的取向使叠构象，酰
25、胺基的取向使叠构象，酰胺基的取向使相邻的相邻的相邻的相邻的C C C C 为侧链腾出空间，为侧链腾出空间，为侧链腾出空间，为侧链腾出空间，从而避免了任何空间位阻。从而避免了任何空间位阻。从而避免了任何空间位阻。从而避免了任何空间位阻。在这种结构中，侧链交替在这种结构中，侧链交替在这种结构中，侧链交替在这种结构中，侧链交替地分布在折叠片的两侧。地分布在折叠片的两侧。地分布在折叠片的两侧。地分布在折叠片的两侧。丝蛋白的丝蛋白的结构结构丝蛋白是由伸展的肽链沿纤维轴平行排列丝蛋白是由伸展的肽链沿纤维轴平行排列成反向成反向-折叠结构。分子中不含折叠结构。分子中不含-螺旋。螺旋。丝蛋白的肽链通常是由多个六
26、肽单元重复丝蛋白的肽链通常是由多个六肽单元重复而成。这六肽的氨基酸顺序为：而成。这六肽的氨基酸顺序为：-（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-AlaGly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala）n n-(二二)胶原蛋白胶原蛋白胶原蛋白或称胶原胶原蛋白或称胶原胶原蛋白或称胶原胶原蛋白或称胶原(collagen)(collagen)(collagen)(collagen)是很多脊椎动物和无是很多脊椎动物和无是很多脊椎动物和无是很多脊椎动物和无脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质，它也属于结构脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质，它也属于结构脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质，它也属于结构脊椎动物体内含量最丰
27、富的蛋白质，它也属于结构蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。胶蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。胶蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。胶蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。胶原蛋白至少包括四种类型，称胶原蛋白原蛋白至少包括四种类型，称胶原蛋白原蛋白至少包括四种类型，称胶原蛋白原蛋白至少包括四种类型，称胶原蛋白I I I I、IIIIIIII、IIIIIIIIIIII和和和和IVIVIVIV。下面主要讨论胶原蛋白。下面主要讨论胶原蛋白。下面主要讨论胶原蛋白。下面主要讨论胶原蛋白I I I I。腱的胶原纤维具有很高的抗张强度，约为腱的胶原纤维具有很高的抗张强度，约为腱的胶
28、原纤维具有很高的抗张强度，约为腱的胶原纤维具有很高的抗张强度，约为20-30kg20-30kg20-30kg20-30kgmmmmmmmm2 2 2 2，相当于相当于相当于相当于12121212号冷拉铜丝的拉力。号冷拉铜丝的拉力。号冷拉铜丝的拉力。号冷拉铜丝的拉力。骨骼中的胶原纤维为骨骼提供基质，在它的周围排骨骼中的胶原纤维为骨骼提供基质，在它的周围排骨骼中的胶原纤维为骨骼提供基质，在它的周围排骨骼中的胶原纤维为骨骼提供基质，在它的周围排列着羟磷灰石列着羟磷灰石列着羟磷灰石列着羟磷灰石(hydroxyapatite)(hydroxyapatite)(hydroxyapatite)(hydrox
29、yapatite)磷酸钙聚合物磷酸钙聚合物磷酸钙聚合物磷酸钙聚合物CaCaCaCa10101010(PO4)(PO4)(PO4)(PO4)6 6 6 6(OH)(OH)(OH)(OH)2 2 2 2 结晶。脊椎动物的皮肤含有编织结晶。脊椎动物的皮肤含有编织结晶。脊椎动物的皮肤含有编织结晶。脊椎动物的皮肤含有编织比较疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含比较疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含比较疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含比较疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含有胶原纤维。有胶原纤维。有胶原纤维。有胶原纤维。胶原蛋白在体内以胶原纤维的形式存在。其基本组胶原蛋白在体内以胶原
30、纤维的形式存在。其基本组胶原蛋白在体内以胶原纤维的形式存在。其基本组胶原蛋白在体内以胶原纤维的形式存在。其基本组成单位是原胶原蛋白分子成单位是原胶原蛋白分子成单位是原胶原蛋白分子成单位是原胶原蛋白分子(tropocollagentropocollagen)，长度，长度，长度，长度为为为为280nm280nm280nm280nm，直径为，直径为，直径为，直径为1.5nm1.5nm1.5nm1.5nm，分子量为，分子量为，分子量为，分子量为300000300000300000300000。原胶原蛋白分子经多级聚合形成胶原纤维。在电子原胶原蛋白分子经多级聚合形成胶原纤维。在电子原胶原蛋白分子经多级聚
31、合形成胶原纤维。在电子原胶原蛋白分子经多级聚合形成胶原纤维。在电子显微镜下，胶原纤维呈现特有的横纹区带，区带间显微镜下，胶原纤维呈现特有的横纹区带，区带间显微镜下，胶原纤维呈现特有的横纹区带，区带间显微镜下，胶原纤维呈现特有的横纹区带，区带间距为距为距为距为60-70nm60-70nm60-70nm60-70nm，其大小取决于胶原的类型和生物来，其大小取决于胶原的类型和生物来，其大小取决于胶原的类型和生物来，其大小取决于胶原的类型和生物来源；源；源；源；原胶原蛋白分子在胶原纤维中都是有规则地按四分原胶原蛋白分子在胶原纤维中都是有规则地按四分原胶原蛋白分子在胶原纤维中都是有规则地按四分原胶原蛋白
32、分子在胶原纤维中都是有规则地按四分之一错位，首尾相接，并行排列组成纤维束。之一错位，首尾相接，并行排列组成纤维束。之一错位，首尾相接，并行排列组成纤维束。之一错位，首尾相接，并行排列组成纤维束。由于原胶原肽链上残基所带电荷不同，因而电子密由于原胶原肽链上残基所带电荷不同，因而电子密由于原胶原肽链上残基所带电荷不同，因而电子密由于原胶原肽链上残基所带电荷不同，因而电子密度不同，这样通过度不同，这样通过度不同，这样通过度不同，这样通过1 1 1 14 4 4 4错位排列便形成间隔一定的错位排列便形成间隔一定的错位排列便形成间隔一定的错位排列便形成间隔一定的（大约（大约（大约（大约70nm)70nm
33、)70nm)70nm)电子密度区域，而呈现模纹区带。电子密度区域，而呈现模纹区带。电子密度区域，而呈现模纹区带。电子密度区域，而呈现模纹区带。胶胶原原蛋蛋白白的的结结构构胶原蛋白的二级结构是由三条肽链组成的三股螺旋，胶原蛋白的二级结构是由三条肽链组成的三股螺旋，胶原蛋白的二级结构是由三条肽链组成的三股螺旋，胶原蛋白的二级结构是由三条肽链组成的三股螺旋，这是一种右手超螺旋结构。螺距为这是一种右手超螺旋结构。螺距为这是一种右手超螺旋结构。螺距为这是一种右手超螺旋结构。螺距为8.6nm8.6nm8.6nm8.6nm，每圈每，每圈每，每圈每，每圈每股包含股包含股包含股包含30303030个残基。其中每
34、一股螺旋又是一种特殊的个残基。其中每一股螺旋又是一种特殊的个残基。其中每一股螺旋又是一种特殊的个残基。其中每一股螺旋又是一种特殊的左手螺旋，螺距为左手螺旋，螺距为左手螺旋，螺距为左手螺旋，螺距为0.95nm0.95nm0.95nm0.95nm，每一螺圈含，每一螺圈含，每一螺圈含，每一螺圈含3.33.33.33.3个残基个残基个残基个残基,每一残基沿轴向的距离为每一残基沿轴向的距离为每一残基沿轴向的距离为每一残基沿轴向的距离为0.29nm0.29nm0.29nm0.29nm。组成原胶原蛋白分子的组成原胶原蛋白分子的组成原胶原蛋白分子的组成原胶原蛋白分子的 肽至少有五种，肽至少有五种，肽至少有五种
35、，肽至少有五种，l l l l(I)(I)(I)(I)，l l l l(II)(II)(II)(II)，l l l l(III)(III)(III)(III)，1 1 1 1(IV)(IV)(IV)(IV)和和和和 2 2 2 2。胶原蛋白。胶原蛋白。胶原蛋白。胶原蛋白I I I I是由两是由两是由两是由两条条条条 1 1 1 1(I)(I)(I)(I)和一条和一条和一条和一条 2 2 2 2组合而成的三螺旋，组合而成的三螺旋，组合而成的三螺旋，组合而成的三螺旋，1 1 1 1(I)(I)(I)(I)2 2 2 2 2 2 2 2。这五种肽链氨基酸顺序不同，它们的分子量介于这五种肽链氨基酸顺序
36、不同，它们的分子量介于这五种肽链氨基酸顺序不同，它们的分子量介于这五种肽链氨基酸顺序不同，它们的分子量介于95000950009500095000到到到到100000100000100000100000之间，含之间，含之间，含之间，含1000100010001000个残基左右个残基左右个残基左右个残基左右.一级结构分析表明，一级结构分析表明，一级结构分析表明，一级结构分析表明，肽链的肽链的肽链的肽链的96%96%96%96%都是按三联体的都是按三联体的都是按三联体的都是按三联体的重复顺序：重复顺序：重复顺序：重复顺序：(g1yxy)n(g1yxy)n(g1yxy)n(g1yxy)n排列而成。排
37、列而成。排列而成。排列而成。GlyGlyGlyGly数目占残数目占残数目占残数目占残基总数的三分之一，基总数的三分之一，基总数的三分之一，基总数的三分之一，x x x x常为常为常为常为ProProProPro，y y y y常为常为常为常为Hyp(Hyp(Hyp(Hyp(羟脯氨羟脯氨羟脯氨羟脯氨酸酸酸酸)和和和和HylHylHylHyl（羟赖氨酸）。（羟赖氨酸）。（羟赖氨酸）。（羟赖氨酸）。胶原纤维中的交联结构胶原纤维中的交联结构 HC-CHHC-CH2 2-CH-CH2 2-CH-CH2 2-CH-CH2 2-NH-NH2 2+HC-CH+HC-CH2 2-CH-CH2 2-CH-CH2
38、2-CHCHC=ONHC=ONHO=-H2O 赖氨酸残基-醛基赖氨酸 HC-CHHC-CH2 2-CH-CH2 2-CH-CH2 2-CH-CH2 2-N=CH-CH-N=CH-CH2 2-CH-CH2 2-CH-CH2 2-CH-CHC=ONHC=ONH脱氢赖氨酰正亮氨酸胶原纤维中的胶原纤维中的交联结构交联结构胶原蛋白胶原蛋白生物体内胶原蛋白网生物体内胶原蛋白网（三）其他类型的纤维状蛋白质弹性蛋白肌球蛋白微管第五节、蛋白质的三、四级结构第五节、蛋白质的三、四级结构和球状蛋白质和球状蛋白质一、氨基酸顺序决定蛋白质的三级结构一、氨基酸顺序决定蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构(Te
39、rtiary Structure)是指在二级结构基础上，肽链的不同区是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。内的特征三维结构。三级结构决定于氨基酸顺序：酶活性复三级结构决定于氨基酸顺序：酶活性复性实验：牛胰核糖核酸酶性实验：牛胰核糖核酸酶RNaseRNase复性复性 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、-巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性二、维持蛋白质三级结构的作用力二、维
40、持蛋白质三级结构的作用力维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、离子键（盐键）和范德华力等。还有键、离子键（盐键）和范德华力等。还有二硫键，在蛋白质三级结构中起着重要作二硫键，在蛋白质三级结构中起着重要作用。用。（一）氢键（一）氢键 氢键的形成氢键的形成氢键的形成氢键的形成 氢键是由两个电负性原子对氢原子氢键是由两个电负性原子对氢原子氢键是由两个电负性原子对氢原子氢键是由两个电负性原子对氢原子的静电引力所形成，是一种特殊形式的偶极的静电引力所形成，是一种特殊形式的偶极的静电引力所形成，是一种特殊形式的偶极的静电引力所形成，是一种特殊形式的偶极-偶偶偶偶极键。
41、它是质子给予体极键。它是质子给予体极键。它是质子给予体极键。它是质子给予体X-HX-HX-HX-H和质子接受体和质子接受体和质子接受体和质子接受体Y Y Y Y之间之间之间之间的一种特殊类型的相互作用。的一种特殊类型的相互作用。的一种特殊类型的相互作用。的一种特殊类型的相互作用。氢键的大小和方向氢键的大小和方向氢键的大小和方向氢键的大小和方向 氢键的键能比共价键弱，比氢键的键能比共价键弱，比氢键的键能比共价键弱，比氢键的键能比共价键弱，比范德华力强，氢键的方向用键角表示，是指范德华力强，氢键的方向用键角表示，是指范德华力强，氢键的方向用键角表示，是指范德华力强，氢键的方向用键角表示，是指XXX
42、XH H H H与与与与HYHYHYHY之间的夹角，一般为之间的夹角，一般为之间的夹角，一般为之间的夹角，一般为180180180180 左右左右左右左右。氢键的两个特征氢键的两个特征氢键的两个特征氢键的两个特征 一是方向性，二是饱和性一是方向性，二是饱和性一是方向性，二是饱和性一是方向性，二是饱和性 （二）（二）范德华力范德华力 这这这这是是是是一一一一种种种种普普普普遍遍遍遍存存存存在在在在的的的的作作作作用用用用力力力力，是是是是一一一一个个个个原原原原子子子子的的的的原原原原子子子子核核核核吸吸吸吸引引引引另另另另一一一一个个个个原原原原子子子子外外外外围围围围电电电电子子子子所所所所
43、产产产产生生生生的的的的作作作作用用用用力力力力。它是一种比较弱的、非特异性的作用力。它是一种比较弱的、非特异性的作用力。它是一种比较弱的、非特异性的作用力。它是一种比较弱的、非特异性的作用力。这这这这种种种种作作作作用用用用力力力力非非非非常常常常依依依依赖赖赖赖原原原原子子子子间间间间的的的的距距距距离离离离，当当当当相相相相互互互互靠靠靠靠近近近近到到到到大大大大约约约约0.40.40.40.40.6nm(40.6nm(40.6nm(40.6nm(46A6A6A6A )时时时时，这这这这种种种种力力力力就就就就表现出较大的集合性质。表现出较大的集合性质。表现出较大的集合性质。表现出较大的
44、集合性质。范范范范德德德德华华华华力力力力包包包包括括括括引引引引力力力力和和和和排排排排斥斥斥斥力力力力，其其其其中中中中作作作作用用用用势势势势能能能能与与与与1/R1/R1/R1/R6 6 6 6成成成成正正正正比比比比的的的的三三三三种种种种作作作作用用用用力力力力（静静静静电电电电力力力力、诱诱诱诱导导导导力力力力和和和和色散力）通称为范德华引力。色散力）通称为范德华引力。色散力）通称为范德华引力。色散力）通称为范德华引力。（三）疏水作用（三）疏水作用 疏水作用是指极性基团间的静电力和疏水作用是指极性基团间的静电力和疏水作用是指极性基团间的静电力和疏水作用是指极性基团间的静电力和氢键
45、使极性基团倾向于聚集在一起，氢键使极性基团倾向于聚集在一起，氢键使极性基团倾向于聚集在一起，氢键使极性基团倾向于聚集在一起，因而排斥疏水基团，使疏水基团相互因而排斥疏水基团，使疏水基团相互因而排斥疏水基团，使疏水基团相互因而排斥疏水基团，使疏水基团相互聚集所产生的能量效应和熵效应。聚集所产生的能量效应和熵效应。聚集所产生的能量效应和熵效应。聚集所产生的能量效应和熵效应。蛋白质和酶的表面通常具有极性链或蛋白质和酶的表面通常具有极性链或蛋白质和酶的表面通常具有极性链或蛋白质和酶的表面通常具有极性链或区域，而疏水残基常常被埋藏在分子区域，而疏水残基常常被埋藏在分子区域，而疏水残基常常被埋藏在分子区域
46、，而疏水残基常常被埋藏在分子内部。内部。内部。内部。高分子的蛋白质可形成分子内疏水链、高分子的蛋白质可形成分子内疏水链、高分子的蛋白质可形成分子内疏水链、高分子的蛋白质可形成分子内疏水链、疏水腔或疏水缝隙，可以稳定生物大疏水腔或疏水缝隙，可以稳定生物大疏水腔或疏水缝隙，可以稳定生物大疏水腔或疏水缝隙，可以稳定生物大分子的高级结构。分子的高级结构。分子的高级结构。分子的高级结构。疏水作用在生理范围内随温度升高而疏水作用在生理范围内随温度升高而疏水作用在生理范围内随温度升高而疏水作用在生理范围内随温度升高而加强，但超过一定温度，又会减弱。加强，但超过一定温度，又会减弱。加强，但超过一定温度，又会减
47、弱。加强，但超过一定温度，又会减弱。（四）离子键（四）离子键 生生物物大大分分子子表表面面的的带带电电基基团团可可以以与与介介质质水水分分子子发发生生相相互互作作用用，形形成成排排列列有有序序的的水水化化层，对稳定蛋白质构象有一定作用。层，对稳定蛋白质构象有一定作用。这种键可以解离。这种键可以解离。（五）二硫键（五）二硫键 二硫键对构象有稳定的作用。二硫键对构象有稳定的作用。如如果果蛋蛋白白质质中中的的二二硫硫键键被被还还原原，将将引引起起蛋蛋白质的天然构象改变和生物活性丢失。白质的天然构象改变和生物活性丢失。在在绝绝大大多多数数情情况况下下，二二硫硫键键是是在在多多肽肽链链的的转角附近形成的
48、。转角附近形成的。目目 录录蛋白质的性质与它们的结构密切相关。蛋白质的性质与它们的结构密切相关。某些物理或化学因素，能够破坏蛋白质某些物理或化学因素，能够破坏蛋白质的结构状态，引起蛋白质理化性质改变的结构状态，引起蛋白质理化性质改变并导致其生理活性丧失。这种现象称为并导致其生理活性丧失。这种现象称为蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation)。蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质的的的的变变变变性性性性三、蛋白质的变性作用蛋白质的变性蛋白质的变性变性蛋白质通常都是固体状态物质，不溶变性蛋白质通常都是固体状态物质，不溶于水和其它溶剂，所以，蛋白质的变性通于水和其它溶剂，所以，蛋白质的变性通常都伴随着
49、不可逆沉淀。引起变性的主要常都伴随着不可逆沉淀。引起变性的主要因素是热、紫外光、激烈的搅拌以及强酸因素是热、紫外光、激烈的搅拌以及强酸和强碱等。和强碱等。蛋白质变性作用实质是分子中的次级键被破坏，不涉及共价键断裂，一级结构不变变性过程中的现象：变性过程中的现象：生物活性丧失一些侧链基团的暴露物理化学性质的改变：聚集、沉淀、粘度增加、扩散系数降低生物化学性质的改变：易被蛋白酶水解变性剂变性剂尿素和胍：尿素和胍：与多肽主链竞争氢键，增加非与多肽主链竞争氢键，增加非极性侧链在水中的溶解度，降低了蛋白质极性侧链在水中的溶解度，降低了蛋白质的疏水相互作用。的疏水相互作用。去污剂：去污剂：如十二烷基硫酸钠
50、，破坏分子内如十二烷基硫酸钠，破坏分子内疏水相互作用。疏水相互作用。蛋白质的复性当变性因素除去后，变性蛋白质又可以重新回复到天然构象，这种现象称为蛋白质的复性。四、球状蛋白质的结构域和三级结构四、球状蛋白质的结构域和三级结构（1）结构域的概念 结构域：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。结构域是球状蛋白质的折叠单位每个结构域约含100-200个氨基酸残基功能域可以是一个结构域，也可以是由两个结构域或多个结构域构成。结构域之间有一段柔性的肽链连接，形成铰链区。有利于活性中心和底物结合。四、球状蛋白质的结构域和三级结构四、球状蛋白质