Thr Asn Gln Tyr His Asp Glu Lys Arg
简 写
S
T N Q Y H D E K R
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氨基酸的化学组成与结构

均含有C 、H 、O 、N 、S，以一定比例存在。 有些含有微量的金属元素（如铁、锌、钼、镍等） 分子质量大（10 000～ 1 000 000 Da） 易被酸、碱和蛋白酶催化水解为胨、肽。 共同的化学结构（除脯氨酸）
蛋白质工程的概念？

以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通
过化学、物理和分子生物学的手段进行基因修饰或基因合成，
对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人
类对生产和生活的需求的一门科学。

---Deliberate design and production of proteins with novel or

能如结合小分子。

模体或基序（motif）是结构域的亚单位 通常由2～3二级结构单位组成，一般为α螺旋、β折叠
和环（loop）。
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结构域的特点
（1）结构域是球 状蛋白质的独立 折叠单位。对一 些较小的球状蛋 白质分子或亚基 来说，结构域和 三级结构是一个 意思。 例如红氧还蛋白， 核糖核酸酶、肌 红蛋白等。
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结构域的特点

（2）对于较大 的球状蛋白质或 亚基，其三级结 构往往由两个或 多个结构域缔合 而成也即它们是 多结构域的，例 如免疫球蛋白的 轻链含2个结构 域。
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结构域的特点

（3）结构域有时也指功能域。功能域可以是一个结
构域，也可以是由两个结构域或两个以上结构域组 成，从功能角度看许多多结构域的酶，其活性中心 都位于结构域之间，因为通过结构域容易构建具有 特定三维排布的活性中心。结构域之间常常只有一
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锌指结构 (螺旋-折迭-折迭模序)
（A αα；B βαβ单元；C Rossman折叠，α螺旋处于β折叠片 上侧；D β发夹；E β曲折；F 希腊钥匙拓扑结构）
转录因子MyoD的 螺旋-环-螺旋模序 生物技术学院
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结构域domain

是在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的 局部折叠区，它是相对独立的紧密球状实体。 通常由50-300个氨基酸残基组成，其特点是在三维空 间可以明显区分和相对独立，并且具有一定的生物功

连接二级结构元素的主要结构因素，在 三级结构预测中，环链区构象的确定具 有基本的重要性
环链区常常出现在生物活性位置，三维 结构构建具有功能意义 环肽链结构库——用于结构预测和模建
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各氨基酸在结构中的比例
三、蛋白质空间结构层次

一级结构（primery structure）


二级结构 (secondary structure)
-碳原子处于折叠的角上，R基团处于棱角上与棱角垂直，两
个氨基酸之间的轴心距为0.35nm
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β折叠的结构特点


（1）β折叠片也是一种重复性的结构，可以 把它想象为由折叠的条状纸片侧向并排而成。 肽主链沿纸条形成锯齿状。 （2）氢键是在片层间而不是片层内形成。
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β折叠的结构特点

（3）折叠片上的侧链都垂直于折叠片的平 面，并交替地从平面上下二侧伸出。
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平行式构象：φ= -119O， ψ = ＋113O
反平行式： φ= -139O， ψ = ＋135O
在平行（a）和反平行（b）β－折叠片中氢键的排列
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折叠的几种形式
扭转的肽链twisted strand： 链都是沿其前进方向不断扭 转，从而使实际蛋白质结构中 出现的层都不是平直的，而 是一种扭转层。 右手扭转
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肽键 peptide bond
•由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基
酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。
•具有反式(trans)和顺式(cis)两种构型。
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有序连接的肽单位就是多肽链的主链（backbone)，具有一定的 构象。肽单位和侧链基团是蛋白质分子的基本建筑模块。 肽peptide，寡肽oligopeptide，多肽polypeptide。
蛋白质结构与功能关系
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一、基本化学组件（
1.
building blocks ）
氨基酸amino
2.
肽单位、多肽链peptide unit ,
polypeptide chain
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20种天然氨基酸
氨基酸名称
甘氨酸
丙氨酸 缬氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 苯丙氨酸 脯氨酸 甲硫氨酸 色氨酸 半胱氨酸
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Peptide unit
φ
R1 O H2 N
C H C N H
ψ
R2
C O C N H R3 C H
Side chain
O C
Cα
H
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肽键平面构象角
lot
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二、空间结构组件
1. 2. 3. 4.
α 螺旋α helix
β层 βsheet
环肽链 loop 转角 turn
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α-螺旋 结构（α-helix）

多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋 转，形成螺旋结构.

肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与
轴平行(同一方向），具有极性。

N(+)、C(-)，中心无空腔。 稳定 R、 L、310、π 蛋白质分子为右手-螺旋。
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α-螺旋形成的倾向性

倾向于形成：Ala、Glu、Leu、Met
不利于：Pro、Gly、Tyr、Ser

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两亲性amphipathicity

螺旋一侧主要分布亲水（荷电、极性） 残基，另一侧主要集中疏水残基 可用螺旋转轮(helical wheel)的方式预测 对生物活性具有重要作用
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α-螺旋 结构（α-helix）

螺旋一周，沿轴上升的距离即螺 距为0.54nm,含3.6个氨基酸残 基；两个氨基酸之间的距离为 0.15nm; 沿主链计算，一个氢键闭合的环

包含13个原子，3.613

(,)为（-57̊ ，-47̊ ）
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位 于 拉 氏 构 象 图 第 三 象 限 的 允 许 区
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肽键平面—— 由于肽键具有部分双 键的性质，使参与肽 键构成的六个原子被 束缚在同一平面上， 这一平面称为肽键平 面或肽单位 （peptide unit)。
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多肽链构象的表征参数
（1）扭角(torsion angle)或双面角(dihedral angle) 系统 (±180̊ ) （2）多肽链的构象角 (,) （3）拉氏构象图（Ramachandra plot）及多肽链 构象的允许区
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What’s for?

gain new insights through
reviewing old material ——温故而知新
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教学内容(class content)


蛋白质的化学组件
蛋白质空间结构组件


蛋白质空间结构层次
维系蛋白质结构的作用力


蛋白质的结构特征
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其他螺旋
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影响螺旋稳定的因素

氨基酸组成和序列、R基团的影响
A.带电性:多聚丙氨酸(pH 7);多聚赖氨酸(pH 12) B. R基团的大小:多聚异亮氨酸
C. 结构特性：脯氨酸(或羟脯氨酸)，α螺旋即被中断，并
产生一个“结节”(kink)。【多聚脯氨酸的α—碳原子 参与R基吡咯的形成，环内的Cα一N键和C--N肽键都不 能旋转，而且多聚脯氨酸的肽键不具酰胺氢，不能形 成链内氢键】
γ转折

由3个氨基酸残基构成的转折
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β发夹(β－hairpin)

通过一段短的环链将2条相邻的链连接
在一起

环链可具有不同的长度（1～4，2）
常具有重要的功能性意义
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β-凸起（β-burgle）
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无规则卷曲（random coil)
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环肽链的意义
altered structure and properties, that are not found in natural
proteins.
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蛋白质工程的基本研究内容

蛋白质结构分析

结构、功能的设计和预测 创造和/或改造蛋白质——新蛋白质

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第二章
蛋白质结构基础
CHAPTER 2 THE BASIC STRUCTURE OF PROTEIN
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结构模体
（supersecondary structure，motif）

介于蛋白质二级结构和三级结构之间的空间结 构,指相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相
互作用，排列形成规则的、在空间结构上能够
辨认的二级结构组合体，并充当三级结构的构 件（block building），其基本形式有αα、βαβ 和βββ等。
混合型
平行型/ 反平行型
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环肽链（loop)
1．回折(reverse turn)
（1） β转折（转角）(-turn) （2）γ转折(γ-turn)