β突起的主要内容
β凸起是由于β 折叠的1个β股中额外插入1个氨基酸残基， 使原来连续的氢键结构被打破，从而使肽链产生的一种弯 曲凸起结构。β凸起主要发现在反平行β折叠之中，只有约 5%出现在平行的β折叠结构之中。β凸起也能轻微地改变 多肽链的走向。
β转角的两种类型
环与无规则卷曲
在蛋白质分子中，除了 上述四种有规则的二级 结构以外，还有一些极 不规则的二级结构，这 些结构统称为无规则卷 曲。一般说来，无规则 卷曲无固定的走向，有 时以环的形式存在，但 也不是任意变动的，它 的2个二面角（ф,ψ）也 有个变化范围。
β折叠的片层结构和β股之间的氢键
两种β折叠的结构比较
β转角的主要内容
① 肽链骨架以180 º 回折而改变 了肽链的方向； ② 由肽链上四个连续的氨基酸 残基组成，其中n位氨基酸残 基的-C=O与n＋3位氨基酸残 基的-NH形成氢键； ③ Gly和Pro经常出现在这种结构 之中； ④ 有利于反平行β折叠的形成， 这是因为β转角改变了肽链的 走向，促进相邻的肽段各自 作为β股，形成β折叠。
蛋白质的二级结构
① ② ③ ④ ⑤ α螺旋（alpha-helix）及其他螺旋 β折叠（beta-sheet） β转角（beta-turn） β突起（beta-bulge） 环（loop）与无规则卷曲（random coil）
前四种二级结构具有规律，反映在拉氏图 上具有相对构由编码 它的基因的核苷酸序列决定
DNA:
GGC ATT GTG GAA CAA TGC TGT
mRNA: GGC AUU GUG GAA CAA UGC UGU
蛋白质:
Gly- Ile- Val- Glu – Gln - Cys- Cys
肽键的结构与性质
☺ 具有部分双键的性质（40％），其键长为0.133nm，介 于一个典型的单键和一个典型的双键之间。 ☺ 具有双键性质的肽键不能自由旋转，与肽键相关的6个 原子共处于一个平面，此平面结构被称为酰胺平面或 肽平面 ☺ 与Cα相连的两个单键可以自由旋转，由此产生两个旋 转角 ☺ 多为反式，但是X-Pro是例外。 ☺ N带部分正电荷，O带部分负电荷。
大肠杆菌的 DNA 聚合酶 具有三个结 构域，分别 具有三个不 同的酶活性
四级结构
具有两条和两条以上 多肽链的寡聚或多聚 蛋白质才会有四级结 构。组成寡聚蛋白质 或多聚蛋白质的每一 个亚基都有自己的三 级结构。 四级结构内容包括亚 基的种类、数目、空 间排布以及亚基之间 的相互作用。 四级结构的优势
肽的分类和命名
肽的命名和分类的主要依据是氨基酸残基的数目 和组成。 肽的分类可根据氨基酸残基的数目而直呼其为几 肽。例如，2个氨基酸形成的肽称为二肽，3个氨 基酸构成的肽称为三肽，以此类推。一般将2～10 个氨基酸残基组成的肽称为寡肽，由11~50个氨基 酸残基组成的肽称为多肽，由50个以上的氨基酸 残基组成的肽通常被称为蛋白质。
步盘绕、卷曲和折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次 级键以及二硫键维系的完整的三维结构。
4.
四级结构 (4º )具有两条和两条以上多肽链的寡聚蛋白
质或多聚蛋白质才会有四级结构。其内容包括亚基的 种类、数目、空间排布以及亚基之间的相互作用。
蛋白质的四个结构层次
蛋白质的一级结构
是蛋白质的共价（肽键）结构 对于每一种蛋白质而言，都是独特的。 由编码它的基因的核苷酸序列决定。 是遗传信息的一种形式。 书写总是从N端到C端。 例如，胰岛素A链的一级结构是： Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Thr-Ser-Ile-CysSer-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn
第二章 蛋白质的结构
提纲
一、肽定义、分类和命名 二、蛋白质的结构
1.蛋白质的一级结构 2.蛋白质的二级结构 3.蛋白质的三级结构 4.蛋白质的四级结构
三、蛋白质的折叠历程
1.蛋白质折叠的基本规律 2.蛋白质折叠的历程
肽的定义
肽就是氨基酸之间通过α-氨基和α-羧基缩合以酰 胺键或肽键相连的聚合物，它包括寡肽、多肽和 蛋白质。 构成肽的每一个氨基酸单位被称为氨基酸残基。 各氨基酸残基以肽键相连形成的链状结构被称为 肽链。
Anfinsen实验-牛胰核糖核酸酶的变性和复性
体内蛋白质折叠的不同途径
蛋白质的多样性
组成的多样性 大小的多样性 结构的多样性 功能的多样性
蛋白质组成的多样性
蛋白质可能含有一条或多条肽链
1. 一条多肽链-单体蛋白 2. 不止一条多肽链-寡聚蛋白:同源寡聚体-同种肽链异 源寡聚体-两种或多种不同的肽链;血红蛋白是一种 异源四聚体：2条α链，2条β链。
确定蛋白质三级结构的方法
X-射线晶体衍射 核磁共振影像（NMR）（少于120aa)。
蛋白质晶体
X射线衍射的 电子密度图
被还原出来 的三维结构
模体（motif）
结构生物学的模体有两种不同的用法：（1）是指在蛋白 质或核酸一级结构上，特指具有特殊生化功能的特定氨 基酸或碱基序列，因此被称为序列模体；（2）是指具有 特定功能的或作为一个独立结构域一部分的相邻的二级 结构的聚合体，它一般被称为功能模体或结构模体相当 于超二级结构。 常见模体（1） β发夹环—两个反平行β股由一个环相连； （2） β折叠-α螺旋-β折叠，即βαβ；（3）卷曲螺旋和螺 旋束—两个或多个α螺旋的聚合体； （4） α螺旋-环-α螺 旋（EF手相） ；（5）α螺旋-β转角-α螺旋，即αβα；（6） Rossmann卷曲；（ 7）希腊钥匙
肽的化学结构与命名
除了少数环状肽链 以外，其它肽链都 含有不对称的两端： 其中含有自由α-氨 基的一端被称为氨 基端或N端，含有 自由α-羧基的一端 称为羧基端或C端。
蛋白质的一般概念
☺ 1830年，Mulder 研究生物体在去除糖、脂和盐等物质 以后剩余的成分。 ☺ 1838年，Berzelius 使用蛋白质这个词。希腊语中的 “Proteins” 表示最重要的意思。 ☺ 蛋白质是氨基酸的线性多聚物（≥51aa ） ☺ 1958年，Watson提出“中心法则”：DNA RNA 蛋白质（信息流） DNA的功能在于其一级结构；蛋白质的功能在其三维 结构。
肽键的双键性质
肽平面上各个共价键的主要参数
肽平面及二面角
酰胺平面对肽链结构的限制
酰胺平面的存在，使得肽链中的任何一个氨基酸残基只 有2个角度可以旋转。由C-N单键旋转的角度被称为 (phi)，C-C单键旋转的角度被称为 (psi)。当一条肽链 上所有氨基酸残基的和确定以后，该肽链主链骨架的 基本走向也就确定了。 (, )为正值对应于从C观察时单键向顺时针旋转。如果 值为零意味着 C=O 或 N-H 键平分R-C -H角。 (, )=(0,180)，2个羰基O太近; (, ) =(180,0)，2个酰胺基重叠; (, ) =(0,0)，羰基O与酰胺基重叠。
将相邻二级结构连结在 一起的环结构（黄色）
蛋白质的三级结构
三级结构是指多肽链在二级结构的基础上，进一步盘绕、卷曲 和折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次级键（有时还有二硫键 和金属配位键）维系的完整的三维结构。三级结构通常由模体 （motif）和结构域（domain）组成。稳定三级结构主要包括氢 键、疏水键、离子键、范德华力。
β发夹环
卷曲螺旋
βαβ
四螺旋束
功能是与 DNA序列 特异性结合
α螺旋-转角-α螺旋
α螺旋-转角-α螺旋 与DNA的相互作用
功能是结 合Ca 2+
α螺旋-环-α螺旋
EF手相结构
结构域（domain）
是在一个蛋白质分子内的相对独立的球状结构和/或功能 模块，是由若干个结构模体组成的相对独立的球形结构单 位，它们通常是独自折叠形成的，与蛋白质的功能直接相 关。某些结构域在同一个蛋白质分子上被重复使用，某些 蛋白质由多个拷贝的一种和多种结构域组成。 根据占优势的二级结构元件的类型，结构域可分为五类： （1）α结构域—完全由α螺旋组成；（2）β结构域—只含 有β折叠、β转角和不规则环结构；（3）α/β结构域—由β 股和起连接的α螺旋片段组成；（4）α+β-结构域—由独立 的α螺旋区和β折叠区组成；（5）交联结构域—缺乏特定 的二级结构元件，但由几个二硫键或金属离子起稳定作用。
α螺旋的主要内容
① 肽链骨架围绕一个轴以螺旋的方式伸展； ② 螺旋形成是自发的，肽链骨架上由n位氨基酸残基上 的-C=O与n＋4位残基上的-NH之间形成的氢键起着稳 定的作用。被氢键封闭的环含有13个原子，因此α螺 旋也称为3.613-螺旋； ③ 每隔3.6个残基，螺旋上升一圈。每一个氨基酸残基环 绕螺旋轴100 º ，螺距为0.54nm，即每个氨基酸残基沿 轴上升0.15nm。螺旋的半径为0.23nm。Φ角和Ψ角分 别－57 º 和－47 º ； ④ α螺旋有左手和右手之分，但蛋白质中的α螺旋主要是 右手螺旋； ⑤ 氨基酸残基的R基团位于螺旋的外侧，并不参与螺旋 的形成。但其大小、形状和带电状态却能影响螺旋的 形成和稳定。
蛋白质可能含有非蛋白质成分
1. 多肽链 +可能是辅助因子（金属离子、辅酶或辅 基），也可能是其他修饰。 2. 例如，羧肽酶的辅助因子是Zn2+；乳酸脱氢酶的辅酶 是辅酶I；血红蛋白的辅基是血红素。
蛋白质大小的多样性
蛋白质可大可小
☻胰岛素- A链（21aa）、 B链（30aa），大小为5.7k ☻大肠杆菌谷氨酰胺合成酶- 12个亚基组成，每一个亚 基含有 468aa。总大小为600k。 ☻α连接素（connectin)：大小为28 00k! ☻β连接素：大小为2 100k,长达 1 000nm！
拉氏作图（Ramachandran Plot）
一个多肽的构象可通过 以为横坐标、为纵坐 标作图来表示，这种作 图方法称为R拉氏作图 法。在拉氏图上，每个 氨基酸残基的（，） 成为图中的一个点。理 论上，和可以是0º ~ ±180º 之间的任何值， 但是，由于侧链R基团 的限制，和值的变动 并不是随意的。