2.2蛋白质的分子结构（课件）《生物化学》（航空工业出版社）

生物化学 第二章 蛋白质 第二节 蛋白质的分子结构 一、蛋白质的一级结构 想一想： 蛋白质分子中成千上万的原子在空间排布上十分复杂，其特定的氨基酸组成和空间排布是蛋白质具有独特生理功能的基础。蛋白质的分子结构可分为4个层次，即一级、二级、三级和四级结构，后三者统称为高级结构或空间结构。蛋白质的空间结构涵盖了蛋白质分子中的每一个原子在三维空间的相对位置，是蛋白质性质和功能的基础 思考： 蛋白质的一级结构和空间结构之间有哪些区别和联系？它们与蛋白质的功能有何关系？ 2 第二节 蛋白质的分子结构 一、蛋白质的一级结构 蛋白质的一级结构是蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序，由基因上遗传密码的排列顺序决定，是蛋白质最基本的结构 维持蛋白质一级结构稳定的主要化学键是肽键，有些蛋白质还含有二硫键 由于蛋白质多肽链所含氨基酸的数量、各种氨基酸所占的比例、氨基酸在肽链中的排列顺序等不同，因此组成人体蛋白质的20种氨基酸就形成了结构多样、功能各异的蛋白质 蛋白质的一级结构是其空间结构和特异生物学功能的基础 目前已有多种蛋白质的一级结构被确定，如胰岛素、胰核糖核酸酶、胰蛋白酶等。蛋白质一级结构的阐明对揭示某些疾病的发病机制、指导疾病治疗具有十分重要的意义 3 第二节 蛋白质的分子结构 二、蛋白质的空间结构 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，不包括氨基酸残基侧链部分的构象。在肽链主链上，N（氨基氮）、Cα（α-碳原子）和CO（羰基碳）3个原子依次重复排列 （一）蛋白质的二级结构—肽单元 肽单元是由参与肽键组成的C、O、N、H四个原子和与它们相邻的两个α-碳原子（Cα1、Cα2）共同构成的刚性平面 肽单元可随α-碳原子两侧单键的旋转进行折叠、盘曲，进而形成不同的结构形式 构象：指一个分子中，不改变共价键结构，仅单键周围的原子放置所产生的空间排布 刚性平面：区别于柔性平面，即受力时没有弹性变形，不发生弯曲的平面 提示 4 第二节 蛋白质的分子结构 二、蛋白质的空间结构 1）α-螺旋 α-螺旋是指多肽链中肽单元通过α-碳原子的相对旋转，围绕中心 轴做有规律盘绕而形成的一种紧密螺旋结构，如图2-8所示 α-螺旋结构的特点： ① 多个肽单元以α-碳原子为转折点，形成右手螺旋结构 ② α-螺旋结构的主链呈螺旋上升，每3.6个氨基酸残基螺旋上升 一圈相当于上升0.54 nm（螺距） ③ 每个肽键的亚氨基氢（N—H）和第4个肽键的羰基氧（C＝O）形成氢键，氢键的主要作用是稳定α-螺旋结构 ④ 各氨基酸残基的R基团分布在螺旋外侧，其大小、形状、性质及所带电荷的状态会影响α-螺旋结构的形成与稳定，如天冬酰胺、亮氨酸的侧链较大，会影响α-螺旋结构的形成 （一）蛋白质的二级结构—结构类型 5 第二节 蛋白质的分子结构 二、蛋白质的空间结构 2）β-折叠 β-折叠是多肽链主链中一种比较伸展、呈锯齿状的二级结构形式，如图2-9所示 β-折叠结构的特点： ① 多肽链充分伸展，相邻肽单元之间折叠成锯齿状结构，两平面间夹角为110°，氨基酸残基侧链交替地位于锯齿状结构的上下方 ② 若干肽链之间或一条肽链内的若干肽段所形成的β-折叠在相邻主链骨架上的羰基氧（C＝O）与亚氨基氢（N—H）之间形成氢键，以维持构象的稳定 ③ 两条肽链可以是平行的，也可以是反向平行的。从能量角度来看，反向平行的两条肽链更为稳定 （一）蛋白质的二级结构—结构类型 6 第二节 蛋白质的分子结构 二、蛋白质的空间结构 3）β-转角 在蛋白质分子中，肽链形成180°回折，在回折角处的构象即为β-转角。β-转角通常由4个连续的氨基酸残基构成。其中，第1个氨基酸残基的羰基氧（C＝O）与第4个氨基酸残基的亚氨基氢（N—H）形成氢键，以维持构象的稳定；第二个氨基酸残基通常为脯氨酸，其他常见残基有甘氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺和色氨酸 （一）蛋白质的二级结构—结构类型 4）无规卷曲 除上述比较规律的构象外，肽链其余部分还没有确定规律性的局部空间构象称为无规卷曲。该结构本身具有一定的稳定性，可构成酶活性部位和其他蛋白质特异的功能部位 7 第二节 蛋白质的分子结构 二、蛋白质的空间结构 超二级结构 超二级结构是指若干相邻的二级结构组合在一起形成的有规则的、稳定的、在空间上能辨别的二级结构组合体，如α-螺旋组合（αα）、β-折叠组合（βββ）和α-螺旋β-折叠组合（βαβ）等 超二级结构可直接作为三级结构的“建筑块”或结构域的组成单位，是蛋白质从二级结构延伸到三级结构的一个新的结构层次 （二）蛋白质的超二级结构和