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二、蛋白质的二级结构(secondarystructure)1.二级结构的概念通过肽链上的羰基氧和亚氨基氢之间形成的氢键，使肽链主链骨架上的局部区域形成有规则的空间排布。这种主链上的、有规则的空间排布称为蛋白质的二级结构。主要的化学键：氢键（X-H…Y）(Hydrogenbond)H2NCHCR1OHNCHCR2OHNCHCR3OHNCHCOHRnO二级结构形成的条件20世纪30年代，Pauling和CoreyX-射线衍射研究：肽链主链上的3种键N—Cα，Cα—C，C—N都是单键，但C—N肽键是一种酰胺键，键长介于C-N单键和双键之间，具有部分双键的性质，不能自由旋转。C—N0.147nm,C=N0.128nm,肽键0.132nmH2NCHCR1OHNCHCR2OHNCHCR3OHNCHCOHRnO2.酰胺平面肽键中的四个原子（C、O、N、H）和它相邻的两个α-碳原子处于同一平面，形成了酰胺平面，也称肽平面、肽单位。酰胺平面示意图..肽平面的特点：（刚性平面）肽键长：0.132nm，具双键性质，不能自由旋转，使肽键二侧六个原子处于同一平面。在肽平面中，二个α-碳原子以反式结构形式存在。每个α-碳原子处于二个肽平面交线上。多肽链的主链由许多酰胺平面组成，平面之间以α碳原子相隔。其中Cα-C键旋转的角度称ψ，Cα-N键旋转的角度称φ。ψ和φ这一对两面角决定了相邻两个酰胺平面的相对位置，也就决定了肽链的构象。双面角（平面角）Ψ（psai）：Cα2-C2轴上的旋转角从Cα沿键轴方向观察，顺时针旋转所形成的Ψ角为正值，反时针为负值。Cα2–N1与C2–N2顺式时Ψ=0度，反式为180度。211122111111222222ΨΨΦΦ****Φ（fai）：Cα2-N1轴上的旋转角从Cα沿键轴方向观察，顺时针旋转所形成的Φ角为正值，反时针为负值。N1–C1与Cα2-C2顺式时Φ=0度，反式为180度。211122111111222222ΨΨΦΦ****所有肽单位在同一平面时，规定Ψ和Φ为180度。肽平面是蛋白质结构最小单位，限制了肽链构象数构象与构型构象（conformation）：分子内各原子或基团之间的相互立体关系。构象改变是由于单键旋转而产生，无共价键变化（二级以上的结构都属于构象的范畴）。构型（configuration）：立体异构体中取代原子或基团在空间的取向。一个碳原子与四个不同基团相连时，只可能有二种不同的空间排列，这二种不同的排列称为不同的构型。构型的改变必须有共价键的断裂。蛋白质二级结构的主要形式-螺旋(-helix)-折叠(-pleatedsheet)-转角(-turn)无规卷曲(randomcoil)-螺旋1950年Pauling等根据从小肽晶体结构中测得的多肽标准参数预测出α-螺旋结构，并很快有实验证实。-螺旋的特点每3.6个氨基酸残基上升一圈，螺距0.54nm，每个氨基酸旋转100度。稳定α－螺旋的主要力为氢键。氢键形成于第一个氨基酸的羰基与线性顺序中第五个氨基酸的氨基之间。氢键环内包含13个原子。氢键的取向与中心轴平行。肽链中氨基酸侧链R基，分布在螺旋外侧其形状、大小及电荷影响α－螺旋形成。α-螺旋有左右手螺旋之分，天然蛋白质多为右手螺旋，目前仅在嗜热菌蛋白酶中发现了一段左手螺旋（Asp-ASn-Gly-Gly组成）。-螺旋结构-螺旋中的氢键R基分布在螺旋外侧右手α螺旋-折叠(-pleatedsheet)pauling等人提出的与α-螺旋完全不同的一种结构。β-折叠主链骨架以一定的折叠形式形成一个折叠的片层。两条（段）相邻的肽链之间形成氢链。-折叠的特点氢键形成于同一肽链的不同区段或不同肽链之间，多肽段β-折叠称β-折叠片层。主链较伸展，呈锯齿状折叠；侧链交替分布在片层平面的上下方——相邻侧链空间障碍。存在正、反平行2种结构。正平行：肽链走向相同，氢键不平行；反平行：相邻肽链走向相反，氢键近于平行。-折叠结构正平行反平行-折叠的2种形式-转角(-turn)β-转角是指蛋白质的分子的多肽链经常出现180º的回折，在回折角上的结构就称β-转角，也称发夹结构，或称U形转折。由第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N—H之间形成氢键。-转角的2种形式无规卷曲(randomcoil)无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构，许多蛋白质的功能部位常常埋伏在这里。明确、稳定的二级结构在各种蛋白质中，可同时存在几种二级结构，也可只有一种二级结构。三、纤维状蛋白质(fibrousprotein)动物体的基本支架和保护成分纤维状蛋白分为不溶性（硬蛋白）：角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白可溶性：肌球蛋白、血纤维蛋白原1.α-角蛋白（keratin）的结构存在：毛、发、角、鳞、蹄、爪组成特点：富含疏水氨基酸结构特点：富含α-螺旋中央棒状区——角蛋白右手α-螺旋(2)→左手卷曲螺旋(2)→原纤丝(2)→初原纤维(4)→中间纤维高伸缩性（α-螺旋）；含二硫键（决定刚性）α-角蛋白的结构角蛋白α-螺旋卷曲螺旋原纤丝初原纤维2.β-角蛋白的结构蚕丝、蜘蛛丝的丝心蛋白，典型的反平行β折叠片层以平行的方式堆积成多层结构链间氢键；层间范德华力小侧链氨基酸，Gly-Ala-Gly-Ala-Gly-Ser→高抗张强度，质地柔软，不能拉伸无序区（Try、Pro、Val）→一定伸展度片层表面彼此连锁——抗张3.胶原蛋白（collagen）腱、骨、软骨、牙、皮、血管等氨基酸组成：Gly和Pro含量很高；含不常见氨基酸：4-羟脯氨酸、3-羟脯氨酸和5-羟赖氨酸（脯氨酰羟化酶和赖氨酰羟化酶，Fe2+）；含Gly—X—Y重复序列。结构：3股左手螺旋多肽链（1000AA/股；螺距0.95nm）缠绕形成右手三螺旋——原胶原→胶原纤维原胶原分子在胶原纤维中按1/4错位有规律的首位相接，并行排列成纤维束，电镜下呈现横纹区带。稳定胶原纤维的主要作用力三螺旋链间氢键胶原分子内、分子间的共价交联二硫键胶原蛋白中存在共价交联——稳定胶原纤维醛赖氨酸醛醇胶原蛋白是糖蛋白半乳糖葡萄糖四、蛋白质的超二级结构和结构域超二级结构（super-secondarystructure）是1973年Rossmann提出的，它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，亦称模体（motif）。如αα、βαβ、βββ、βCβ等。Rossmann折叠βαββCβ蚯蚓肌红蛋白烟草花叶病毒蛋白流感病毒血细胞凝集素子宫球蛋白丙糖磷酸异构酶丙酮酸激酶丙糖磷酸异构酶结构域（structuredomain，domain）结构域：在一些较大的蛋白质中，存在的2个或多个空间上可明显区分的相对独立的区域性结构，彼此以松散的肽链相连（1970年Edelman提出）。常见的结构域含100-400个氨基酸，至少40个左右。结构域与结构域之间关系松懈，它们之间常有一段长短不等的肽链相连。对于一个小分子来说，结构域与其三级结构是同一意思。己糖激酶结构域1黄素氧化还原蛋白磷酸甘油变位酶3-磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油醛五、蛋白质的三级结构(tertiarystructure)定义:蛋白质分子在二级结构、超二级结构乃至结构域的基础上，沿多个方向进一步折叠、卷曲形成一个紧密的近似球形的结构。三级结构包括多肽链中一切原子的空间排列方式。主要的化学键：次级键：疏水相互作用、离子键、氢键和范德华力；二硫键维持蛋白质构象的主要作用力二硫键：共价键，半胱氨酸氢键：X-H…Y，H与强负电性原子间的相互作用疏水性相互作用：水介质中，蛋白质折叠→疏水基团彼此靠近离子相互作用：电离基团正、负电荷间的静电相互作用范德华力：一切分子间的相互作用球状分子；分子量:17.2Kd；153氨基酸残基；8段α-螺旋(7-23AA):A—H；非螺旋区:NA，AB，CD，EF，FG，GH，HC---HC；血红素辅基；肌红蛋白(Myoglobin，Mb）的三级结构肌红蛋白螺旋构象1960，Kendrew抹香鲸肌红蛋白三级结构（X线衍射法）——第一个被描述的蛋白质三级结。功能：在肌肉中有运输氧和储氧血红素：铁卟啉化合物——4个吡咯通过4个甲炔基相连成一个大环，Fe2+居于环中富含β-折叠的免疫球蛋白三级结构的特点三级结构只存在于球状蛋白中，不存在于纤维状蛋白中。维持三级结构的键除二硫键外都是次级键。对小分子球蛋白来说，结构域就是它的三级结构。球蛋白通常都是水溶性蛋白。六、蛋白质四级结构(quaternarystructure)有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基(subunit)。有数个亚基通过非共价键相互作用形成的聚合体结构，称为蛋白质的四级结构。一种蛋白质中的亚基可以相同，也可以不同。前白蛋白：四聚体蛋白（两个相同的二聚体组成）肝乙醇脱氢酶：两个相同亚基组成的二聚体血红蛋白的四级结构四级结构的特点维持四级结构的作用力是次级键四级结构破坏，蛋白质活性丢失亚基单独不具生物活性亚基可为同种或异种，数量不同分子的对称性好