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1、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 概念：1951年提出年提出 -螺旋结构模型螺旋结构模型背景知识 肽键具有部分双键性质。充分意识到氢键在蛋白质结构中的重要作用。X-射线晶体学研究表明组成头发和豪猪刺的蛋白质的空间结构里存在重复结构。特征特征：1 1、每隔每隔3.63.6个个AAAA残基螺旋上升残基螺旋上升一圈，螺距一圈，螺距0.54nm;0.54nm;2、螺旋体中螺旋体中所有氨基酸残基所有氨基酸残基R侧侧链都伸向外侧，链链都伸向外侧，链内氢键几乎都平行内氢键几乎都平行于螺旋轴于螺旋轴;3、每个氨基、每个氨基酸残基的酸残基的N-H与前与前面第四个氨基酸残面第四个氨基酸残基的基的C=0形成氢键形成
2、氢键，肽链上所有的肽，肽链上所有的肽键都参与氢键的形键都参与氢键的形成。成。影响-螺旋形成的因素 R基团的电荷性质多聚赖氨酸在pH7的水溶液中不能形成-螺旋，而是以无规则卷曲形式存在。R基团的大小多聚亮氨酸由于R基团的空间阻碍不能形成-螺旋。多聚脯氨酸也不能形成-螺旋。两种反平行：反平行：肽链的肽链的N端不处于端不处于同一端，同一端，氢键与肽氢键与肽链走向垂链走向垂直。如：直。如：丝心蛋白。丝心蛋白。平行：所有肽平行：所有肽链的链的N端处于端处于同一端，氢键同一端，氢键不与肽链走向不与肽链走向垂直。如：垂直。如：-角蛋白。角蛋白。蛋白质的折叠 蛋白质中氨基酸序列决定蛋白质的空间结构。有些蛋白质
3、的折叠需要其它蛋白质如分子伴侣的帮助。折叠过程中存在中间产物。疏水相互作用是蛋白质折叠的主要驱动力。蛋白质的超二级结构 在蛋白质分子中，特别是球状蛋白质中，由若干在蛋白质分子中，特别是球状蛋白质中，由若干相邻的二级结构单元（即相邻的二级结构单元（即螺旋、螺旋、折叠片和折叠片和转角等）彼此相互作用组合在一起，形成有规则、转角等）彼此相互作用组合在一起，形成有规则、在空间上能辨认的二级结构组合体，充当三级结构的在空间上能辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件单元，称超二级结构。构件单元，称超二级结构。结构域结构域多肽链在超二级结构基础上进一步多肽链在超二级结构基础上进一步绕曲折叠而成的相对独立的
4、三维实绕曲折叠而成的相对独立的三维实体称结构域。体称结构域。甘油醛3-P脱氢酶结构域蛋白质的三级结构抹香鲸肌红蛋白（抹香鲸肌红蛋白（Myoglobin）的三级结构）的三级结构分子中多肽主链由分子中多肽主链由长短不等的长短不等的8段段直直的的螺旋螺旋组成组成最大的螺旋含最大的螺旋含23个个残基残基最短的最短的7个残基，个残基，分子中几乎分子中几乎80%的的氨基酸残基都处于氨基酸残基都处于螺旋区螺旋区中。中。拐弯是由拐弯是由18个残个残基组成的无规则卷基组成的无规则卷曲。曲。血红素辅基血红素辅基His93核糖核酸酶三级结构示意图核糖核酸酶三级结构示意图 N His12CHis119Lys41分子表
5、面往往有一个内陷的空隙，它常常是蛋分子表面往往有一个内陷的空隙，它常常是蛋白质的活性中心白质的活性中心 大多数非极性侧链埋在分子内部，形成疏水核；大多数非极性侧链埋在分子内部，形成疏水核；而极性侧链在分子表面，形成亲水面。而极性侧链在分子表面，形成亲水面。蛋白质的三级结构具有明显的折叠层次。蛋白质的三级结构具有明显的折叠层次。球状蛋白的三级的结构特征球状蛋白的三级的结构特征血红蛋白血红蛋白的四级结构的四级结构 总结总结蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系The Relation of Structure and Function of Protein（一）一级结构是空间构象的基础（一）
6、一级结构是空间构象的基础 一、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系 牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一级结构一级结构二二硫硫键键 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，无活性当用当用透析透析的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶大部分活性恢复，所有的二硫键准确无误地恢复原大部分活性恢复，所有的二硫键准确无误地恢复原来状态。若用其他的方法改变分子中二硫键的配对来状态。若用其他的方法改变分子中二硫键的配对方式，酶完全丧失活性。这个方式，酶完全丧失
7、活性。这个实验表明，蛋白质的实验表明，蛋白质的一级结构决定它的空间结构，而特定的空间结构是一级结构决定它的空间结构，而特定的空间结构是蛋白质具有生物活性的保证。蛋白质具有生物活性的保证。镰刀状细胞贫血病镰刀状细胞贫血病正常的红细胞（左图）与镰刀状红细胞（右图）的区别正常的红细胞（左图）与镰刀状红细胞（右图）的区别正常与异常的差异正常与异常的差异N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146)这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，
8、称为称为“分子病分子病”。一个残基的改变为什么会一个残基的改变为什么会带来如此大的变化呢？带来如此大的变化呢？血红蛋白单个（血红蛋白单个（2个）氨基酸的改变影响功能：个）氨基酸的改变影响功能：l Hb S链第六位谷氨酸突变为缬氨酸。链第六位谷氨酸突变为缬氨酸。l 谷氨酸：亲水、带负电荷；缬氨酸：疏水、不带电谷氨酸：亲水、带负电荷；缬氨酸：疏水、不带电l Hb S分子表面分子表面多了一个疏水侧链多了一个疏水侧链l Hb S分子三维分子三维结构发生改变结构发生改变镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起的镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起的l 由于伸出由于伸出Hb S分子表面分子表面的缬氨酸侧链
9、创造了一个的缬氨酸侧链创造了一个“粘性粘性”的突起，因而一个的突起，因而一个Hb S分子的分子的“粘性粘性”突起突起可以与另一个可以与另一个Hb S分子的分子的互补口袋通过疏水作用结合，互补口袋通过疏水作用结合，最终导致最终导致Hb S分子的聚集分子的聚集沉淀。沉淀。（脱氧（脱氧HB S）镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起的镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起的 镰刀状细胞贫血病是一种致死性疾病，它的纯合镰刀状细胞贫血病是一种致死性疾病，它的纯合子患者子患者(50%(50%红细胞镰刀状化）有的在童年就死去。红细胞镰刀状化）有的在童年就死去。杂合子患者杂合子患者(1(1红细胞镰刀状化）的寿
10、命虽也不红细胞镰刀状化）的寿命虽也不长，但它能抵抗一种流行于非洲的疟疾，它也是长，但它能抵抗一种流行于非洲的疟疾，它也是一种致死性疾病。甚至对于携带正常血红蛋白基一种致死性疾病。甚至对于携带正常血红蛋白基因的纯合子个体死于这种疟疾的概率也很高、常因的纯合子个体死于这种疟疾的概率也很高、常常来不及繁殖后代就已死去，而杂合子患者对疟常来不及繁殖后代就已死去，而杂合子患者对疟疾有一定的抗性，尚能繁衍下一代，这是因为杂疾有一定的抗性，尚能繁衍下一代，这是因为杂合子患者加速被感染红细胞的破坏而中断疟原虫合子患者加速被感染红细胞的破坏而中断疟原虫的生活周期的缘故。的生活周期的缘故。蛋白质空间结构与功能的关
11、系变构效应变构效应一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为力的现象，称为变构效应变构效应。像血红蛋白这种具有变构效应的蛋白质称为像血红蛋白这种具有变构效应的蛋白质称为变构蛋白变构蛋白。T态向R态转变因素当亚铁离子移动时，它同时拖动当亚铁离子移动时，它同时拖动His F8残残基，进一步导致蛋白质的构象发生改变。基，进一步导致蛋白质的构象发生改变。氧结合曲线肌肉肌肉蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质（一）蛋白质的两性电离（一）蛋白质的两性电离 蛋白质分子除两端的氨基和
12、羧基可解离外，蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pHpH条条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。*蛋白质的等电点蛋白质的等电点(pI)当蛋白质溶液处于某一当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。称为蛋白质的等电点。（二）、蛋白质的胶体性质（二）、蛋白质的胶体性质 蛋白质溶液有许多高分子溶液的性质，如：蛋白质溶液有许多高
13、分子溶液的性质，如：扩散慢、易沉降、扩散慢、易沉降、粘度大、不能透过半透膜，粘度大、不能透过半透膜，在水溶液中可形成亲水的胶体。在水溶液中可形成亲水的胶体。蛋白质胶体溶液的稳定因素：水化膜、蛋白质胶体溶液的稳定因素：水化膜、同种电荷的相互排斥力。当破坏这两个因素同种电荷的相互排斥力。当破坏这两个因素时，蛋白质中从溶液中析出而产生沉淀。时，蛋白质中从溶液中析出而产生沉淀。（三）蛋白质的沉淀（三）蛋白质的沉淀（1）盐析法）盐析法向蛋白质溶液中加入大量的中性盐（硫酸铵、硫酸钠等），向蛋白质溶液中加入大量的中性盐（硫酸铵、硫酸钠等），使蛋白质脱去水化层而聚集沉淀。使蛋白质脱去水化层而聚集沉淀。（2）有
14、机溶剂沉淀法）有机溶剂沉淀法向蛋白质溶液中加入一定量的有机溶剂（甲醇、乙醇等），向蛋白质溶液中加入一定量的有机溶剂（甲醇、乙醇等），引起蛋白质脱去水化层以及增加蛋白质带点质点间的相互引起蛋白质脱去水化层以及增加蛋白质带点质点间的相互作用，致使蛋白质聚集沉淀。作用，致使蛋白质聚集沉淀。（3）重金属盐沉淀法）重金属盐沉淀法当溶液当溶液pH大于等电点时，蛋白质颗粒带负电荷，它容易大于等电点时，蛋白质颗粒带负电荷，它容易与重金属离子（与重金属离子（Hg2+、Ag+）结合成不溶性盐而沉淀。）结合成不溶性盐而沉淀。（四）、蛋白质的变性作用（四）、蛋白质的变性作用1 1、蛋白质变性的概念：天然蛋白质受物理或
15、化学因素、蛋白质变性的概念：天然蛋白质受物理或化学因素的影响后，使其失去原有的生物活性，并伴随着物理化的影响后，使其失去原有的生物活性，并伴随着物理化学性质的改变，但并未导致其一级结构的变化，这种作学性质的改变，但并未导致其一级结构的变化，这种作用称为蛋白质的变性。用称为蛋白质的变性。2 2、使蛋白质变性的因素、使蛋白质变性的因素（1 1）物理因素：高温、高压、射线等）物理因素：高温、高压、射线等 （2 2）化学因素：强酸、强碱、重金属盐等）化学因素：强酸、强碱、重金属盐等3 3、变性的本质：、变性的本质：分子中各种次级键断裂，使其空间构象从紧密有分子中各种次级键断裂，使其空间构象从紧密有序的
16、状态变成松散无序的状态，一级结构不破坏。序的状态变成松散无序的状态，一级结构不破坏。4 4、蛋白质变性后的表现：、蛋白质变性后的表现：（1 1）生物学活性消失）生物学活性消失（2 2）理化性质改变：溶解度下降，粘度增加，紫）理化性质改变：溶解度下降，粘度增加，紫外吸收增加，侧链反应增强，对酶的作用敏感，外吸收增加，侧链反应增强，对酶的作用敏感，易被水解。易被水解。（五）蛋白质的紫外吸收光谱（五）蛋白质的紫外吸收光谱 蛋白质在远紫外光蛋白质在远紫外光区（区（200-330nm200-330nm）有较）有较大的吸收，在大的吸收，在280nm280nm有有一特征吸收峰，可利用一特征吸收峰，可利用这一特性对蛋白质进行这一特性对蛋白质进行定性定量鉴定。定性定量鉴定。（六）蛋白质的呈色反应（六）蛋白质的呈色反应双缩脲反应双缩脲反应蛋白质和多肽分子中肽键在稀蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为此反应称为双缩脲反应双缩脲反应，双缩脲反应可用，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。但是双缩脲不与来检测蛋白质水解程度。但是双缩脲不与
