欢 基因信息传递 迎
山西医科大学 杨涛 生物化学与分子生物学教研室
第 三 篇
(二) 蛋白质的构象(conformation)
蛋白质的分子构象又称空间结构、立体结构、 高级结构或三维构象等。它包括二级结构，三 级结构和四级结构。 蛋白质分子构象是指蛋白质分子中原子和 基团在三维空间上的排列分布及肽键的走向。
相互作用，形成有规则的（在空间上可 辨认的）二级结构组合体。 常见类型：、、、
（1）α×α
复绕α－螺旋
（2）β×β
β×β－单元的手性
（3）β迂回
A.β迂回 B.希腊钥匙 C.双希腊钥匙
（4）β折叠桶
反平行β折叠桶
β折叠桶的各种形式
（5）βαβ
组合
组合
蛋白质的四级结构
概念
(1) 亚基 (subunit) 亚基也叫做亚单位，也有人称之为原聚 体或单体。多由一条多肽链折叠而成，具有 一二三级结构。 一般亚基没有活性，当它们构成具有完 整结构的蛋白质时，才表现出生物活性。
(2) 蛋白质的四级结构是由两个或两个以上的亚基 之间相互作用，彼此以非共价键相连而形成的更 复杂的构象。四级结构实际上就是亚基的立体排 布、相互作用及接触部位的布局。 维持蛋白质四级结构的主要化学键是疏水键， 它是由亚基间氨基酸残基的疏水基相互作用而形 成的。 亚基之间不含共价键，亚基间次级键的结合比 二、三级结构疏松，因此在一定的条件下，四级 结构的蛋白质可分离为其组成的亚基，而亚基本 身构象仍可不变。
键：氢键
二级结构的主链结构单元——肽单元


多肽链的主链结构
**肽单元
参与肽键的6个原子—— Cα1、C、H、O、 N、Cα2处于同一平面，称为肽单元
Cα1、Cα2为反
式构型
Cα3
N H Cα2 R O
C
O
ψ
肽平面 1
H
Φ
N H
C
Cα1
肽平面及其旋转
肽单元上Cα所连的两个单键的自由旋转角度，决定两个相 连肽单元的相对空间位置，由于旋转角度的不同，形成了几种 二级结构形式：
一种蛋白质中，亚基结构可以相同，也可 以不同。相同的称为同型亚基，不同的则称 为异型亚基。如烟草斑纹病毒的外壳蛋白是 由2200个相同的亚基形成的多聚体；正常人 血红蛋白A是两个α亚基与两个β亚基形成的四 聚体；天冬氨酸氨甲酰基转移酶由六个调节 亚基与六个催化亚基组成。 由2~10个亚基组成具有四级结构的蛋白质 称为寡聚体，更多亚基数目构成的蛋白质则 称为多聚体。
β折叠结构
β折叠片示意图
α-螺旋和-折叠结构比较
区别点 形 氢 状 键 α-螺旋 螺旋状 链内，与长轴平行 较大 较大 0 .15nm 毛发角蛋白 -折叠 锯齿状 链间，与长轴垂直 较小 较小 0.36nm 蚕丝蛋白
R－基团 延伸性 升1AA残基高度 举 例
3、-转角和无规卷曲
O R2 C HC H N C C R3 O N H

维持蛋白质构象的化学键
蛋白质一级结构的主要化学键是肽键 也有少量二硫键。而维持蛋白质空间结构 的化学键主要是一些次极键。次极键虽然 键能小，稳定性差，但由于数目众多，因 此在维持蛋白质分子的空间构象中起极为 重要的作用。 主要的次极键有：氢键，疏水键，盐键， 配位键, 二硫键。



1、氢键 由连接在一个电负性大的原子上的H与另一 个电负性大的原子相互作用而成，氢键是次极键 中键能最弱的，但数目最多，所以是最重要的次 极键，也是维持蛋白质二级结构的主要次极键。 2、疏水键 由两个非极性基团，因避开水相而群集在一 起的作用力，是维持蛋白质三级，四级结构的主 要次极键。
-螺旋
（1）螺旋走向，稳定以氢键连接， 氢键与轴平行。 （2）侧基R伸向螺旋外侧。 （3）棒状结构，高度压缩，紧密 排列。 （4）规律排列 （5）由1条充分伸展的肽链的肽 键平面折叠成的右手螺旋。 （6）每隔3.6个氨基酸残基螺旋 上升一圈，螺距0.54nm。 （7）1个螺圈内有13个原子。
没有四级结构的蛋白质：
1. 只有一条多肽链的蛋白质。
2. 虽然有多条多肽链，但他借助于共价
键相连（如：胰岛素和IgG等
3. 多聚体、多酶复合体、不属于四级结
构范畴。
胰岛素的二聚体
蛋白质的四级结构总结
蛋白质的四级结构(Quaternary Structure)是指由多条 各自具有一、二、三级结构的肽链通过非共价键连接 起来的结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排 列方式及亚基之间的相互作用关系。 这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基或亚单 位Subunit，它一般由一条肽链构成，无生理活性； 维持亚基之间的化学键主要是疏水力。 由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白；
形多 成肽 的链 构主 象链 。不 规 则 随 机 盘 曲
无规卷曲与生物 活性有关，对外 界理化因子极为 敏感。
三. ―模体”（motif）----超二级结构
一个蛋白质分子中可以有二个或三个具有二级结构的肽段， 在空间位置上相互接近，形成特殊的空间结构。
三级结构的构件
超二级结构
（1）αα （2）β×β （3）β迂回 （4）β折叠桶 (5) βαβ
α-螺旋 (α-helix) β-折叠(β-pleated sheet) β-转角 (β–turn or β -bend)
无规卷曲 (random coil)
左手螺旋与右手螺旋
return
α螺旋主要的结构特点
右 手 型 α 螺 旋 结 构 模 型
α螺旋主要的结构特点
俯视图
二级结构（-螺旋、分子内氢键)
R
H N O H N R R
O N H O N
R
H N O H N
R
O
R
பைடு நூலகம்
O
H
R
O
*α-helix：
◆以α-碳原子为
结构特点
转折点，以肽键 平面为单位，盘 曲成右手螺旋状 的结构。
◆螺旋上升一圈
含3.6个氨基酸残 基，螺距0.54nm
◆氨基酸的侧链
氢 键
伸向螺旋的外侧。
◆螺旋的稳定是
靠氢键。氢键方 向与长轴平行。
R1 H C
R2 O HC N H
O C N H O
R1 H C
O H C N CH R4 H
R3
C C
H C N CH R4 H
转角
向用级转 起，结角 着它构结 决对单构 定于元通 性确之常 的定间负 作肽的责 用链连各 。的接种 走作二
β转角
γ转角
转角结构
β转角
转角结构
γ 转角
β–turn and random coil
四种不同的α-螺旋模型
三股螺旋
子胶 的原 排纤 列 维 中 原 胶 原 蛋 白 分
又称胶原螺旋、超螺旋
胶原蛋白的三股螺旋
2、-折叠(-片层)
b-折叠(b-片层)
β-pleated sheet
1）多肽链充分伸展，每个肽单元以C为旋转点，折叠 成锯齿状的结构，R基团交替的位于锯齿状结构上下方。 2）两条以上的肽链或一条肽链内的若干肽段并行排列， 走向可以相同，也可以不同。 3） β-pleated sheet的稳定靠氢键。
两条以上肽链并列时, -片层有
顺向 反向
平行
-折叠
-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。肽链的主 链呈锯齿桩状α-碳原子总是处于折叠的角上，氨 基酸的R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0.35nm。 -折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链 的N-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。
3、盐键(又叫离子键) 它是蛋白质分子中带正电荷基团和负电荷基 团之间的静电吸引所形成的化学键。 4、配位键 蛋白质与金属离子结合中，常含有配位键， 如细胞色素，血红蛋白等均含有铁与蛋白质形成 的配位键。 5、二硫键 是由两个硫原子间所形成的化学键(较强的化 学键)。

*蛋白质三级结构的稳定主要靠次级键，包括氢键、盐键、
用X-衍射法测 定了血红蛋白 和肌红蛋白的 三级结构获得 了1962年诺贝 尔化学奖
-螺旋
血红素的结构式
肌红蛋白结合氧示意图
吡咯环/甲炔基桥/配位键
蛋白质的三级结构总结
蛋白质的三级结构(Tertiary Structure)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绕、折叠形成 的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。 维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、 离子键和范德华力等。尤其是疏水键，在蛋 白质三级结构中起着重要作用。
六、蛋白质的四级结构
（quaternary structure）
二条或二条以上具有独立三级结构 蛋白质分子中各个亚基的空间 的多肽链通过次级键形成的空间结 排布及亚基接触部位的布局及 构。其中，每个具有独立三级结构
相互作用，称为蛋白质的四级 结构。
的多肽链称为亚基(subunit)。
主要稳定因素：氢键、 离子键 血红蛋白结构示意图
超二级结构是指二级结 构的基本结构单位（α 螺旋、β 折叠等）相互 聚集，形成有规律的二 级结构的聚集体。
超二级结构可直接作为三级机 构的“模体”（motif）或结 构域的组成单位，是介于二级 结构和结构域之间的一个结构 层次，这主要是氨基酸侧链基 团相互作用的结果。
超二级结构
若干相邻的二级结构单元组合在一起，
C O 氢键 C O 氢键 H CH 氢键 R C O N R CH C O
H N N CH O H N HN R C H C O CH C OC R CH R H NH C O 氢键