生物化学第一章蛋白质的结构与功能（二）

掌握

蛋白质的分子结构分为4个层次：一级结构、二级结构、三级结构、四级结构。后三者统称为高级结构或空间构象。但并非所有蛋白质都有四级结构，由1条肽链形成的蛋白质只有一级、二级和三级结构，由2条及以上肽链形成的蛋白质才有四级结构。但胰岛素没有四级结构。

Ø  氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构。

多肽链的局部有规则重复的主链构象为蛋白质的二级结构

多肽链进一步折叠成蛋白质三级结构

含有两条以上多肽链的蛋白质具有四级结构

1、蛋白质一、二级结构的概念

1）蛋白质的一级结构是指构成蛋白质的各种氨基酸在多肽链中由N端到C端的排列顺序。

主要化学键是肽键，少数含有二硫键。

Ø  一级结构是蛋白质空间构象（二、三、四级结构）和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。

2）蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，也就是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。包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和Ω环。主要化学键是氢键。

Ø  主链骨架原子即氨基N、C-α、羧基C。

 

2、蛋白质二级结构分类及要点

分类：α-螺旋、β-折叠、β-转角和Ω环。

α-螺旋和β-折叠是蛋白质二级结构的主要形式。

要点：

1）参与肽键形成的6个原子在同一平面上：

形成蛋白质二级结构的基础是肽键平面，参与肽键的6个原子C-α1、C、O、N、H、C-α2位于同一平面，此平面称为肽单元。C-α1和C-α2位置是反式构型，肽键有一定的双键性能，不能自由旋转。

Ø  与C-α连接的单键决定两个肽单元平面的相对空间位置。

2）α-螺旋是常见的蛋白质二级结构

Ø  α-螺旋的主要特征：

①以肽键平面为单位,以α－碳原子为转折盘旋形成右手螺旋。仅个别蛋白质分子中存在左手螺旋。

②每3.6个氨基酸残基绕成一个螺旋圈(360°)，每个残基高度0.15nm，螺距为0.54nm。

③α-螺旋的每个肽键的N-H和第四个肽键的羰基氧形成氢键，氢键的方向与螺旋长轴基本平行。氢键是稳定螺旋的主要作用力。

④主链原子构成螺旋的主体, 侧链R基团伸向螺旋外侧，其空间形状、大小及电荷对α-螺旋的形成和稳定有重要影响。

Ø  蛋白质表面的α-螺旋常具有两亲特点（疏水性和亲水性），可见于血浆脂蛋白、多肽激素、钙调蛋白激酶。

Ø  α-螺旋与弹性有关，如皮肤角蛋白、肌球蛋白、纤维蛋白。

3）β-折叠使多肽链形成片层结构

肽键平面呈伸展的锯齿状排列,形成的结构称β-折叠。

Ø  b-折叠的主要特征：蚕丝蛋白。

①肽链延伸，肽单元以C-α为旋转点，依次折叠成锯齿状。侧链交替位于锯齿状结构上下方。

②若干条多肽链或一条多肽链迂回，形成的若干肽段互相靠拢，平行排列，形成氢键连接。

③相邻排列两条β-折叠结构走向相同时，称为顺向平行；反之，称为逆向平行。

4）β-转角和Ω环存在于球状蛋白中（了解）

Ø  β-转角常发生于肽链进行180°回折时的转角上。第一个残基的羰基氧与第四个残基的氨基氢形成氢键，维持结构的稳定。第2个氨基酸常是脯氨酸。

Ø  Ω环属于无规则卷曲，因其形状像希腊字母Ω而命名。常见于球状蛋白质表面，可能在分子识别中起作用。

5）氨基酸残基的侧链影响二级结构的形成。

正、负电荷妨碍α-螺旋形成（天冬氨酸、谷氨酸相邻；碱性氨基酸相邻）。

天冬酰胺、苏氨酸、半胱氨酸侧链大也妨碍α-螺旋形成。

脯氨酸不形成α-螺旋。

 

蛋白质的三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置/整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。主要化学键是氢键、盐键、疏水键、离子键、范德华力。

Ø  结构模体可由2个或2个以上二级结构肽段组成。

在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段在空间上相互接近，形成一个有规则的二级结构组合，被称为超二级结构。

3、结构域的概念

结构域是三级结构层次上的独立功能区。

结构域：分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密且稳定的区域，并各行其功能。

Ø  用限制性蛋白酶水解，各结构域构象基本不变并保持其功能，而超二级结构不具有这种特点。但并非所有蛋白质的结构域都明显可分。

了解：

1、有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基。

由两个或两个以上的亚基借非共价键（氢键、离子键）结合而成的复杂结构，称为蛋白质的四级结构。

同二聚体和异二聚体。

2、