第三節(jié)：蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)和纖維狀蛋白三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的構(gòu)象蛋白質(zhì)是氨基酸連接成的多肽鏈。每一種天然蛋白質(zhì)都有自己特有的空間結(jié)構(gòu)，這種空間結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)的（天然）構(gòu)象（conformation）。Protein的結(jié)構(gòu)層次一級(jí)結(jié)構(gòu)（氨基酸順序）Primary↓

二級(jí)結(jié)構(gòu)Secondary↓

超二級(jí)結(jié)構(gòu)Super↓

構(gòu)象結(jié)構(gòu)域Domain

高級(jí)結(jié)構(gòu)↓三級(jí)結(jié)構(gòu)(球狀結(jié)構(gòu))Tertiary↓

四級(jí)結(jié)構(gòu)(多亞基聚集)Quaternary

一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)

1.定義——1969年，國際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)委員會(huì)（IUPAC）規(guī)定：蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽連中AA的排列順序，包括二硫鍵的位置。其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ)。

2.Sequenceprimarystructure

意義：protein一級(jí)結(jié)構(gòu)(序列)中含有形成高級(jí)結(jié)構(gòu)全部必需的信息，一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)及功能。

推斷氨基酸序列（一級(jí)結(jié)構(gòu)）空間結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)空間結(jié)構(gòu)（高級(jí)結(jié)構(gòu)）功能

圖一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)（1）

測(cè)定protein分子中多肽鏈的數(shù)目（2）

拆分protein分子中的多肽鏈（3）

斷裂鏈內(nèi)二硫鍵（4）

分析多肽鏈的N末端和C末端（5）

多肽鏈部分裂解成肽段（6）

測(cè)定各個(gè)肽段的氨基酸順序（7）

確定肽段在多肽鏈中的順序（8）

確定多肽鏈中二硫鍵的位置1）protein測(cè)序的一般步驟對(duì)于一個(gè)純protein，理想的方法是從N端直接測(cè)至C端，目前只能測(cè)60個(gè)N端氨基酸。

1.直接法（測(cè)protein的序列）兩種以上特異性裂解法：

NCA法裂解

A1

A2

A3

A4

B法裂解

B1

B2

B3

B4

2.間接法（測(cè)定核酸序列，推斷氨基酸序列）2）protein測(cè)序的基本策略4)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定步驟A.測(cè)定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目。

方法：DNS-Cl、8mol/L尿素和SDSB.多肽鏈的拆分（多肽鏈或多亞基組成的蛋白質(zhì)）

可用8mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍處理。C.二硫鍵的斷裂過甲酸氧化

－S－S－+HCOOOH→－SO3H

或β巰基乙醇還原。

D.分析多肽鏈的N-末端和C-末端。肽鏈末端氨基酸分為兩類：N-端氨基酸和C-端氨基酸。DNS-Cl法：最常用，黃綠色熒光，靈敏度高。薄層層析，方法簡(jiǎn)便。

DNFB法：Sanger試劑，DNP-多肽，酸水解，黃色DNP-氨基酸。有機(jī)溶劑（乙酸乙酯）抽提分離。紙層析、薄層層析、液相色譜等。

PITC法：Edman法，逐步切下。無色PTH-氨基酸，有機(jī)溶劑抽提，液相色譜分析。①N端分析多肽與肼在無水條件下加熱，C-端氨基酸即從肽鏈上解離出來，其余的氨基酸則變成肼化物。肼化物能夠與苯甲醛縮合成不溶于水的物質(zhì)而與C-端氨基酸分離。②C端分析a、肼解法羧肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的C-端逐個(gè)的水解AA。根據(jù)不同的反應(yīng)時(shí)間測(cè)出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數(shù)量，從而知道蛋白質(zhì)的C-末端殘基順序。（Pro不能用此方法）羧肽酶A：除Pro、Arg、Lys外的所有C端氨基酸羧肽酶B：只水解Arg、LysH2N…

…Val—Ser—Gly②C端分析b、羧肽酶(carboxypeptidase)法E.多肽鏈斷裂成多個(gè)肽段可采用兩種或多種不同的斷裂方法將多肽樣品斷裂成兩套或多套肽段，并將其分離開來。多肽鏈斷裂法：酶解法和化學(xué)法酶解法:胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜熱菌蛋白酶等Trypsinase：R1=Lys和Arg側(cè)鏈（專一性較強(qiáng)，水解速度快）。R2=Pro水解受抑。肽鏈水解位點(diǎn)胰蛋白酶-HN-CH-CO-NH-CH-CO-R1R2或胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）：R1=Phe,Trp,Tyr時(shí)水解快;R1=Leu，Met和His水解稍慢。R2=Pro水解受抑。肽鏈水解位點(diǎn)糜蛋白酶Pepsin：R1和R2＝Phe,Trp,Tyr;以及其它疏水性氨基酸。R1=Pro水解受抑。肽鏈水解位點(diǎn)胃蛋白酶thermolysin：R2=Phe,Trp,Tyr;以及其它疏水性強(qiáng)的氨基酸水解速度較快。R2=Pro或Gly

不水解。R1或R3=Pro水解受抑。肽鏈水解位點(diǎn)嗜熱菌蛋白酶谷氨酸蛋白酶：R1=Glu和Asp精氨酸蛋白酶：R1=Arg肽鏈水解位點(diǎn)谷氨酸蛋白酶和精氨酸蛋白酶

化學(xué)法：可獲得較大的肽段溴化氰(Cyanogenbromide)水解法，它能選擇性地切割由Met的羧基所形成的肽鍵。

化學(xué)法：可獲得較大的肽段羥胺（NH2OH）：專一性斷裂-Asn-Gly-之間的肽鍵（約150個(gè)氨基酸出現(xiàn)一次）。也能部分裂解-Asn-Leu-之間的肽鍵以及-Asn-Ala-之間的肽鍵。F.分離肽段測(cè)定每個(gè)肽段的氨基酸順序肽段分離方法：①電泳法SDS②離子交換/凝膠過濾層析法③ＨＰＬＣ法根據(jù)肽段的極性分離每個(gè)肽段的氨基酸順序的測(cè)定：

Edman法（苯異硫氰酸酯法）每段肽鏈的氨基酸組成測(cè)定sequencerG.確定肽段在多肽鏈中的次序。

利用兩套或多套肽段的氨基酸順序彼此間的交錯(cuò)重疊肽（overlaping

peptide），拼湊出整條多肽鏈的氨基酸順序。16肽，N端H，Ｃ端Ｓ。

Ａ法裂解：ONSPSEOVERLAHOWT

Ｂ法裂解：SEOWTONVERLAPSHO

重疊法確定序列：HOWTONSEOVERLAPSH.確定原多肽鏈中二硫鍵的位置碘乙酰胺封閉-SH胃蛋白酶處理含有二硫鍵的多肽鏈(切點(diǎn)多；酸性環(huán)境下防止二硫鍵發(fā)生交換)。將所得的肽段利用Brown及Hartlay的對(duì)角線電泳技術(shù)進(jìn)行分離：第一向電泳HCOOH氧化-S-S-生成-SO3H第二向電泳分離出含二硫鍵的兩條短肽，測(cè)序與拼接出的肽鏈比較，定出二硫鍵的位置。+-+-第二向第一向abBrown和Hartlay對(duì)角線電泳圖解pH6.5圖中a、b兩個(gè)斑點(diǎn)是由一個(gè)二硫鍵斷裂產(chǎn)生的肽段ThedeterminationoftheAAsequenceofinsulin(1953)isalandmarkinbiochemistrybecauseitshowedforthefirsttimethataproteinhasapreciselydefinedAAsequence.

3.蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)生物功能1)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)舉例：

（1）胰島素（Insulin）MW：5700dalton，51個(gè)氨基酸殘基，A鏈21個(gè)殘基，B鏈30個(gè)殘基。A鏈內(nèi)有1個(gè)2硫鍵Cys6—

Cys11A.B鏈間有2個(gè)2硫鍵A.Cys7－B.Cys7

A.Cys20—

B.Cys19

（2）牛胰核糖核酸酶（RNase）

一條多肽鏈，124AA殘基組成，四個(gè)鏈內(nèi)二硫鍵，分子量12600.它是測(cè)出一級(jí)結(jié)構(gòu)的第一個(gè)酶分子。RNase同源蛋白質(zhì)（homologousprotein）：

不同的生物體內(nèi)具有同一功能的蛋白質(zhì)，由同一祖先進(jìn)化而來。如：hemoglobin具有輸送氧氣的功能，cytochrome在所有的生物中都是電子傳遞鏈的組成部分。2)同源蛋白質(zhì)種屬差異與生物進(jìn)化（一級(jí)結(jié)構(gòu)的種屬差異）Homologousprotein的特點(diǎn)：①多肽鏈長(zhǎng)度相同或相近。②氨基酸順序中有許多位置的氨基酸對(duì)所有種屬來說都是相同的，稱不變殘基（invariantresidue）。不變殘基高度保守，是必需殘基。③除不變殘基以外，其它位置的氨基酸對(duì)不同的種屬有很大變化，稱可變殘基（variableresidue）?？勺儦埢校瑐€(gè)別氨基酸的變化不影響蛋白質(zhì)的功能。通過比較homologousprotein的氨基酸序列（aminoacidsequence）的差異可以研究不同物種間的親源關(guān)系和進(jìn)化(evolvement)。親源關(guān)系越遠(yuǎn)，homologousprotein的aminoacidsequence差異就越大。如：細(xì)胞色素C（cytochromec）氨基酸殘基：100個(gè)左右，單鏈。Blast比較aa差異：人與黑猩猩0人與猴1人與狗10人與酵母44/GenBank/BlastPIR(ProteinInformationResouce)EMBL（EuropeanMolecularBiologyLaboratoryDataBank)（1）分子病—指蛋白質(zhì)分子中由于AA排列順序與正常蛋白質(zhì)不同而發(fā)生的一種遺傳病(基因突變?cè)斐傻?。(DNAsequenceaminoacidssequence)鐮刀型紅細(xì)胞貧血（sickle-cellanemia）：是由于hemoglobin發(fā)生了遺傳突變引起的。

鏈第6位的氨基酸殘基由正常的親水性的Glu變成了疏水的Val。

正常人血紅蛋白：β.NGlu6

鐮刀型貧血：β.NVal63）蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的變異與分子病鐮刀狀紅細(xì)胞貧血病：病人體內(nèi)紅細(xì)胞的形狀為新月形，即鐮刀狀。此種細(xì)胞壁薄，而且脆性大，極易漲破而發(fā)生溶血；再者，病變的細(xì)胞粘滯加大，易栓塞血管；由于流速較慢，輸氧機(jī)能降低，使心臟器官供血出現(xiàn)障礙，從而引起頭昏、胸悶而導(dǎo)致死亡。

4）一級(jí)結(jié)構(gòu)的部分切除與蛋白質(zhì)的激活(1)血液凝固的機(jī)理凝血因子（clottingfactor）

凝血酶原凝血酶

血纖蛋白原血纖蛋白交聯(lián)的血纖蛋白凝塊在凝血因子(凝血酶原致活因子)催化下，凝血酶原分子中的Arg274—Thr275、Arg323—Ile324斷裂，釋放出A、B肽鏈，A、B肽鏈通過二硫鍵連接形成有活性的凝血酶（thrombin）。A鏈49氨基酸殘基。

B鏈259氨基酸殘基。A、凝血酶原的激活B.血纖蛋白原的激活（fibrinogen）

血纖蛋白原的結(jié)構(gòu)：

2β2

2

凝血酶在α鏈和β鏈的N端各斷裂一個(gè)特定的肽鍵-Arg—Gly-，釋放出血纖肽A（19個(gè)氨基酸）和血纖肽B（21個(gè)氨基酸），它們含有較多的酸性氨基酸。

A、B肽切除后，減少了蛋白質(zhì)分子的負(fù)電荷，在凝血因子XIIIa（血纖蛋白穩(wěn)定因子）催化下，血纖蛋白單體間形成共價(jià)健（Gln-Lys結(jié)合），生成交聯(lián)的血纖蛋白（fibrin）。

preproinsulinproinsulininsulinsignalpeptidasepeptidase（2）胰島素原的激活5）多肽或蛋白質(zhì)的人工合成Solid-phasesynthesisofpolypeptideP193：

C端→N端氨基用叔丁氧甲?；˙OC）保護(hù)掛接（樹脂）→去保護(hù)→中和→縮合(DCC)→

（去保護(hù)→中和→縮合）n→多肽-樹脂

多肽在程序控制的自動(dòng)化固相肽合成儀上進(jìn)行。HBr/CF3COOH已知一個(gè)蛋白質(zhì)的多肽鏈在生物體內(nèi)只有一種或很少幾種穩(wěn)定構(gòu)象，這種構(gòu)象稱天然構(gòu)象。天然構(gòu)象蛋白質(zhì)具有生物活性，主鏈上的單鍵不能自由旋轉(zhuǎn)。（一）蛋白質(zhì)的構(gòu)象(conformation)Why?

二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)與纖維狀蛋白

1.肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能繞鍵自由旋轉(zhuǎn)

2.組成肽鍵的原子都處于同一個(gè)酰胺平面內(nèi)。

蛋白質(zhì)多肽鏈空間折疊（構(gòu)象）的限制因素：酰氨平面角角二面角(構(gòu)象角)★只有α碳原子連接的兩個(gè)鍵（Cα—N和Cα-C）是單鍵，能自由旋轉(zhuǎn)?！锃h(huán)繞Cα—N鍵旋轉(zhuǎn)的角度為Φ

環(huán)繞Cα—C鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱Ψ蛋白質(zhì)多肽鏈空間折疊的限制因素：Cα的二面角Φ和Ψ同時(shí)為180時(shí)，兩個(gè)相鄰肽單位呈充分伸展構(gòu)象。Φ和Ψ同時(shí)為0的構(gòu)象實(shí)際不存在。

二面角（Φ、Ψ）所決定的構(gòu)象能否存在，主要取決于兩個(gè)相鄰肽單位中非共價(jià)鍵合原子間的接近有無阻礙。

Cα上的R基的大小與帶電性影響Φ和Ψ。蛋白質(zhì)中非共價(jià)鍵合原子間的最小接觸距離如下表：蛋白質(zhì)中非共價(jià)鍵合原子之間的最小接觸距離(A)

CNOHCNOH3.20(3.00)2.9(2.80)2.8(2.70)2.4(2.20)2.7(2.60)2.7(2.60)2.4(2.20)2.7(2.60)2.4(2.20)2.00(1.90)o拉氏構(gòu)象圖：

Ramachandran根據(jù)蛋白質(zhì)中非共價(jià)鍵合原子（non-covalently-bondedatom）間的最小接觸距離，確定了哪些二面角（Φ、Ψ）所確定的兩個(gè)相鄰肽單位的構(gòu)象是允許的，哪些是不允許的，并且以Φ為橫坐標(biāo)，以Ψ為縱坐標(biāo)在坐標(biāo)圖上標(biāo)出，該坐標(biāo)圖稱拉氏構(gòu)象圖。

Gly除外。

Ramachandran構(gòu)象圖實(shí)線封閉區(qū)域?yàn)橐话阍试S區(qū)（7.7%)虛線封閉區(qū)域?yàn)樽畲笤试S區(qū)(20.3％)虛線外區(qū)域?yàn)椴辉试S區(qū)

(三)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(Secondarystructure)：

氫鍵是穩(wěn)定二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力。Secondarystructure

element:-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲?！锒嚯闹麈湴从沂只蜃笫址较虮P繞，形成右手螺旋或左手螺旋，★相鄰的螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵★構(gòu)成螺旋的每個(gè)Cα都取相同的二面角Φ、Ψ。1.-螺旋（-helix）1）α螺旋的一般特征：2）典型

-螺旋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)A.二面角Φ=-57°,Ψ=-48°，幾乎都是右手螺旋。

B.每圈3.6個(gè)氨基酸殘基，高度0.54nm。C.每個(gè)殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100°，沿軸上升0.15nm。D.氨基酸殘基側(cè)鏈R基向外。E.相鄰螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鏈，氫鍵的取向幾乎與中心軸平行。F.肽鍵上C=0氧與它前面（N端）第三個(gè)殘基上的N-H氫間形成氫鍵。(c）Atopviewof

-helix.TheRgroupspointawayfromthelongaxisofthehelix.RRRRR試計(jì)算由122個(gè)氨基酸殘基組成的α-螺旋的軸長(zhǎng)。典型的α螺旋用3.613表示，3.6表示每圈螺旋包括3.6個(gè)殘基，13表示氫鍵封閉的環(huán)包括13個(gè)原子。從N端出發(fā)，氫鍵是由每個(gè)肽鍵上的C=O與前面第n個(gè)肽鍵上的N-H之間形成的，故氫鍵封閉環(huán)原子數(shù)3n+4（n表示前面第幾個(gè)aa）

27螺旋（n=1）310螺旋（n=2）3.613螺旋（n=3）4.416螺旋（n=4）α螺旋的表示：－C－N－C

－C－N＝OHHRO＝Hn封閉環(huán)原子數(shù)：3n＋4

R側(cè)鏈的電荷和大小決定了α-螺旋的穩(wěn)定性。A、多肽鏈上連續(xù)出現(xiàn)帶同種電荷的氨基酸殘基，不能形成穩(wěn)定的α-螺旋。如多聚Lys、多聚Glu。B、R基大，空間位阻大，不易形成α-螺旋，如Ile。C、R基較小，且不帶電荷的氨基酸利于α-螺旋的形成。如多聚Ala，在pH7的水溶液中自發(fā)卷曲成α-螺旋。D、Pro中止α-螺旋3）R側(cè)鏈對(duì)α-螺旋穩(wěn)定性的影響4）pH對(duì)α-螺旋的影響

右手螺旋比左手螺旋穩(wěn)定。蛋白質(zhì)中的α-螺旋幾乎都是右手。但也有例外，在嗜熱菌蛋白酶中有很短的一段左手α-螺旋，由Asp-Asn-Gly-Gly（226-229）組成（φ+64°、Ψ+42°）。5）右手α-螺旋與左手α-螺旋由于α-螺旋結(jié)構(gòu)是一種不對(duì)稱的分子結(jié)構(gòu)，因而具有旋光性。

A.α碳原子的不對(duì)稱性。

B.構(gòu)象本身的不對(duì)稱性。α-螺旋的比旋不等于構(gòu)成其本身的氨基酸比旋的加和。6）α-螺旋結(jié)構(gòu)的旋光性2.

-折疊（-pleatedsheet）肽鏈平行聚集在一起，相鄰肽鏈主鏈上的NH和C=0之間形成氫鏈，這樣的多肽構(gòu)象就是β-折疊或

-折疊片。（1）氫鍵與肽鏈的長(zhǎng)軸接近垂直。（2）多肽主鏈呈鋸齒狀折疊,

Cα位于折疊線上。（3）側(cè)鏈R基交替地分布在片層平面的兩側(cè)。

-折疊有兩種類型：平行式，即所有肽鏈的N-端都在同一邊。反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。

2.

-折疊的特點(diǎn)Normallyantiparallelformismorestablethanparallelform.

纖維狀蛋白質(zhì)中，β-折疊主要是反平行式，球狀蛋白質(zhì)中兩種方式都存在。在纖維狀蛋白質(zhì)的β-折疊中，氫鍵主要是在肽鏈之間形成；而在球狀蛋白質(zhì)中，β-折疊既可在不同肽鏈間形成，也可在同一肽鏈的不同部分之間形成。bsheetsaredepictedbyarrowsinproteinstructureschematicdiagramsParallelβ-arrayproteinsExamplesofantiparallel

β-sheetstructure

3.

-轉(zhuǎn)角(-turn)

亦稱：-

reverseturn,-bend肽鏈出現(xiàn)的180°回折，由第一個(gè)氨基酸殘基的C=O與第四個(gè)氨基酸殘基的N-H間形成氫鍵。

β轉(zhuǎn)角的特征：

A.4個(gè)連續(xù)的氨基酸殘基組成

B.主鏈骨架180°折疊

C.第一個(gè)氨基酸殘基的C=O與第四個(gè)氨基酸殘基的N-H形成氫鍵。

D.C1α與C4α之間距離小于0.7nmE.多數(shù)由親水氨基酸殘基組成（特別是Gly、Pro）β轉(zhuǎn)角主要存在于球狀蛋白分子的表面。4.無規(guī)卷曲或自由回轉(zhuǎn)（nonregular

coil,randomcoil）指無一定規(guī)律的松散盤曲的肽鏈結(jié)構(gòu)。酶的功能部位常包含此構(gòu)象，靈活易變。randomcoilsbetweenalphahelicesorbetasheetsoftenareveryimportantfunctionaldomainsofproteins（四）超二級(jí)結(jié)構(gòu)

（super-secondarystructure）超二級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)中相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單位（-螺旋或-折疊或-轉(zhuǎn)角）組合在一起，形成有規(guī)則的、在空間上能夠辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體。超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本類型：、、1.αα結(jié)構(gòu)

由兩股或三股右手α-螺旋彼此纏繞形成的左手旋，存在于α-角蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和纖維蛋白原中。2.

βxβ結(jié)構(gòu)

兩段平行式的β-折疊通過一段連接鏈（x結(jié)構(gòu))）連接而形成的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。①βcβ：x為無規(guī)卷曲

②βαβ:x為α-螺旋，最常見的是βαβαβ，稱Rossmann折疊，存在于蘋果酸脫氫酶，乳酸脫氫酶中。

3.

β曲折（β-meander）由三條（以上）相鄰的反平行式的β-折疊鏈通過緊湊的β-轉(zhuǎn)角連接而形成的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。

4.

回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（希臘鑰匙）A.ααB.βαβC.βαβαβ(Rossmannpleat)D.β-meander

E.GreekkeyEExamplesoftheso-calledGreekkeyantiparallel

β-sheetstructure

5.β-折疊桶(β-barrel)

多條β-折疊構(gòu)成的β-折疊層，卷成一個(gè)筒狀結(jié)構(gòu)，一般由5-15條β-折疊股組成,筒中心由疏水氨基酸殘基組成。bsheetsoftenfoldbackuponthemselvestoformbbarrels

含大量的α-螺旋或β-折疊片，整個(gè)分子呈纖維狀，廣泛分布于動(dòng)物體內(nèi)，占脊椎動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)總量的50%以上，起支架和保護(hù)作用。（五）

纖維狀蛋白(fibrousprotein)（1）角蛋白

Keratin角蛋白廣泛存在于動(dòng)物的皮膚及皮膚的衍生物，包括

-角蛋白和

-角蛋白。

-角蛋白（毛發(fā)）一般是由三條右手

-螺旋肽鏈形成一個(gè)原纖維,原纖維的肽鏈之間有二硫鍵交聯(lián)以維持其穩(wěn)定性

-角蛋白的伸縮性能很好，當(dāng)

-角蛋白被過度拉伸時(shí)，則氫鍵被破壞而不能復(fù)原。此時(shí)

-角蛋白轉(zhuǎn)變成

-折疊結(jié)構(gòu)，稱為

-角蛋白。燙發(fā)的化學(xué)機(jī)理。

-角蛋白分子中的二硫鍵Protofibril=3

-helixMicrofibril=11ProtofibrilMacrofibril=n100MicrofibrilP213（2）-角蛋白絲心蛋白(fibroin)：以β-折疊結(jié)構(gòu)為主。反平行式β-折疊片的多層堆積結(jié)構(gòu)，鏈間主要以氫鍵結(jié)合，層間主要靠范德華力維系。富含Gly、Ala、Ser。絲蛋白的結(jié)構(gòu)絲蛋白的肽鏈通常是由多個(gè)六肽單元重復(fù)而成。這六肽的氨基酸順序?yàn)椋?/p>

-（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala）n-三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)1.蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)(TertiaryStructure)是指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)、超二級(jí)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤繞、折疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的特征三維結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)域(domain)：指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步卷曲、折疊形成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立、近似球形的三維實(shí)體。DomainstructureofproteinsItisusefultothinkofproteinsascontainingdiscretedomainswhoseconformationisgenerallyindependentofotherdomainsintheproteinThedomainsareusuallyglobularandconsistof100to400aminoacidsthatfoldindependentlyWethinkofthesedomainsas“beadsonastring”O(jiān)fteneachdomainisencodedbyadistinctexonofageneTertiaryStructure2.維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力氫鍵范德華力:分子間及基團(tuán)間作用力疏水鍵（疏水相互作用）:在水介質(zhì)中球狀蛋白質(zhì)的折疊總是傾向于把疏水殘基埋藏在分子的內(nèi)部。這一現(xiàn)象稱為疏水相互作用。離子鍵（鹽鍵）二硫鍵:二硫鍵不指導(dǎo)多肽鏈的折疊，但三級(jí)結(jié)構(gòu)形成后，二硫鍵可穩(wěn)定構(gòu)象。疏水鍵，在蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)中起著重要作用，它是使蛋白質(zhì)多肽鏈進(jìn)行折疊的主要驅(qū)動(dòng)力。2.維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力3.肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)與功能（1）肌紅蛋白（myoglobin，Mb）的功能：哺乳動(dòng)物肌肉中儲(chǔ)存氧并運(yùn)輸氧的蛋白。（2）肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1963年，Kendrew：一級(jí)結(jié)構(gòu)：?jiǎn)螚l肽鏈，153個(gè)aa，其中的83個(gè)aa為保守序列,含有一分子血紅素輔基，分子量17600。二級(jí)結(jié)構(gòu)：幾乎全是α-右手螺旋，中間由無規(guī)卷曲連接。三級(jí)結(jié)構(gòu)：扁平的菱形，屬于球蛋白。

其三級(jí)結(jié)構(gòu)在分子表面形成一個(gè)疏水的空穴，血紅素即藏在其中.

肌紅蛋白肽鏈共折疊成8段較直的-螺旋體（A-H），最長(zhǎng)的有23個(gè)氨基酸殘基，最短的有7個(gè)氨基酸殘基。拐彎處多由Pro、Ser、Ile、Thr等組成。分子中幾乎80%的氨基酸殘基處在α-螺旋區(qū)內(nèi)。Figure3.45.DistributionofAminoAcidsinMyoglobin.(A)Aspace-fillingmodelofmyoglobinwithhydrophobicaminoacidsshowninyellow,chargedaminoacidsshowninblue,andothersshowninwhite.Thesurfaceofthemoleculehasmanychargedaminoacids,aswellassomehydrophobicaminoacids.(B)Across-sectionalviewshowsthatmostlyhydrophobicaminoacidsarefoundontheinsideofthestructure,whereasthechargedaminoacidsarefoundontheproteinsurface.血紅素（鐵卟啉）輔基的結(jié)構(gòu)及其氧合部位輔基：血紅素（鐵卟啉），原卟啉IX與Fe的絡(luò)合物,扁平狀，結(jié)合在肌紅蛋白表面的一個(gè)洞穴內(nèi)。原卟啉CO可以與O2競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合Mb。肌紅蛋白（myoglobin，Mb）解離平衡：MbO2Mb+O2

解離平衡常數(shù)：（3）肌紅蛋白的氧合曲線在給定氧壓下肌紅蛋白的氧飽和度：MbO2占肌紅蛋白總數(shù)的百分?jǐn)?shù)Y代表在給定的氧壓下肌紅蛋白的氧飽和度。（3）肌紅蛋白的氧合曲線Y=1時(shí)，表明所有肌紅蛋白的氧合位置均被占據(jù)，即肌紅蛋白為氧飽和。(Mb=0)Y=0.5時(shí)，肌紅蛋白的一半被飽和，故解離常數(shù)為肌紅蛋白一半被飽和時(shí)的氧壓，即K＝PO2＝P50。(Mb=MbO2)肌紅蛋白的氧合曲線從圖中可以看出，Mb傾向于結(jié)合氧氣而不愿意放出氧氣，所以它的功能是儲(chǔ)存氧氣（P50＝2torr），只有在PO2極低的時(shí)候（體內(nèi)缺氧的時(shí)候）它才釋放出氧氣。四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)：多個(gè)具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的亞基，通過非共價(jià)鍵聚集形成的特定構(gòu)象。一般情況下，具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)含有的肽鏈不會(huì)太多，故稱這類蛋白質(zhì)為寡聚蛋白。

實(shí)質(zhì)：蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)際上研究亞基之間的相互作用、空間排布及亞基接觸部位的空間布局。1.定義2.維持蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力在蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，亞基之間的作用力主要包括：氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水鍵。注意：不包括二硫鍵！疏水鍵是最主要的作用力。3.血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（1）血紅蛋白的功能：存在動(dòng)物血液的紅細(xì)胞中，具有運(yùn)輸O2和CO2的功能；血紅蛋白還能和H+結(jié)合，從而可以維持體內(nèi)pH.（2）血紅蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：血紅蛋白：Hb（Hemoglobin），在人體中有三種，HbA，HbA2，HbF（僅存于胎兒中），三者的結(jié)構(gòu)和功能大同小異，此處以HbA為例。

一級(jí)結(jié)構(gòu)：4條鏈，α2β2。α141，β146，每條肽鏈都結(jié)合著一分子的血紅素，兩條β鏈之間還夾著一分子BPG（二磷酸甘油酸）。

二級(jí)結(jié)構(gòu)：4條鏈均同Mb,幾乎全是α-右手螺旋，中間由無規(guī)卷曲連接。

三級(jí)結(jié)構(gòu)：4條鏈均同同Mb,扁平的菱形，屬于球蛋白。

四級(jí)結(jié)構(gòu)：4個(gè)亞基占據(jù)著4面體的4個(gè)角，鏈間以離子鍵結(jié)合，一條α鏈與一條β鏈形成二聚體，Hb可以看成是由2個(gè)二聚體組成的（αβ）2，在二聚體內(nèi)結(jié)合緊密，在二聚體之間結(jié)合疏松。氧合引起的血紅蛋白的構(gòu)象變化非氧合蛋白中四個(gè)亞基間的相互作用與氧結(jié)合時(shí)血紅蛋白的變構(gòu)過程血紅素中鐵原子的變化高自旋狀態(tài)低自旋（非氧合，原子半徑較大）（氧合，原子半徑較小）與氧結(jié)合時(shí)血紅蛋白的變構(gòu)過程亞基三級(jí)結(jié)構(gòu)及整個(gè)蛋白四級(jí)結(jié)構(gòu)的變化

鐵原子的位移F8His的位移使F螺旋、EF拐角及FG拐角發(fā)生位移F螺旋向H螺旋移動(dòng)擠出HC2Tyr

導(dǎo)致四級(jí)結(jié)構(gòu)的鹽橋破壞擠出BPG分子。

T構(gòu)象R構(gòu)象O2

構(gòu)象緊密構(gòu)象松弛氧親和力低氧親和力高：寡聚蛋白亞基除了有活性部位外，還有別構(gòu)部位結(jié)合調(diào)節(jié)物?；钚圆课恢g以及活性部位和調(diào)節(jié)部位之間通過蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化而相互作用。別構(gòu)效應(yīng)(b)齊變模型序變模型四個(gè)亞基之間具有正協(xié)同效應(yīng)，因此，它的氧合曲線是S型曲線C.血紅蛋白的氧合曲線血紅蛋白S形氧合曲線的生理意義協(xié)同效應(yīng)可增加血紅蛋白在肌肉中的卸氧量，使它能有效地輸送氧氣。肺泡氧壓Po2=100torr，Y=0.97。

肌肉毛細(xì)血管Po2=20torr，Y=0.25。(血紅蛋白P50=26torr，肌紅蛋白P50=2torr)

釋放氧：△Y=0.97-0.25=0.7244Mb:4Hb:D.H+、CO2和BPG對(duì)血紅蛋白結(jié)合氧的影響

H+、CO2的影響1914年，C.Bohr發(fā)現(xiàn)，高濃度的H+和CO2促使氧合血紅蛋白分子釋放O2，而高濃度的O2促使脫氧血紅蛋白分子釋放H+和CO2?！t蛋白對(duì)O2、H+和CO2結(jié)合的這種相互關(guān)系叫波耳效應(yīng)HbO2+H++CO2肌肉pH7.2肺泡pH7.6HbH+CO2+O2波耳效應(yīng)的生理意義pH對(duì)血紅蛋白氧合的影響H+的結(jié)合部位

146-His

N-Val

122-His使血紅蛋白保持T態(tài)CO2的結(jié)合部位四個(gè)亞基N-末端氨基Hb-NH2+CO2（氧合態(tài)）Hb-NH-COO-+H+氨甲酰衍生物BPG的影響：

Hb-BPG+4O2Hb(O2)4+BPGBPG降低血紅蛋白親氧能力的重要生理意義：血紅蛋白是一個(gè)別構(gòu)蛋白，BPG是它的負(fù)效應(yīng)物。無BPG時(shí)，P50=2torr，BPG=4.5mM時(shí)，P50=26torr。BPG與血紅蛋白的兩個(gè)β亞基形成鹽鍵穩(wěn)定了血紅蛋白的T態(tài)的構(gòu)象，降低脫氧血紅蛋白與氧的親和力，加大血紅蛋白的卸氧量。提高了血紅蛋白的輸氧效率。BPG和O2對(duì)血紅蛋白的結(jié)合是排斥的1.00.5Po2Y有BPG

小結(jié)：氧的S形結(jié)合，Bohr效應(yīng)和BPG效應(yīng)物的調(diào)節(jié)使得Hb的輸氧能力達(dá)到最高效率。同時(shí)，Hb使機(jī)體的pH也維持在一個(gè)穩(wěn)定的水平。

Hb的別構(gòu)效應(yīng)充分反映了它的生物學(xué)適應(yīng)性，結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一性。E.胎兒血紅蛋白的氧合能力大