叠成特定的空间结构。讨论蛋白质的空间结构时常使用构型和构象这两个词。在此， 我们必须先明确其含义。 (一)构象与构型 1、构象：取代基团当单健旋转时形成的不同的立体结构。构象的改变不涉及共 键的断裂。 2、构型：立体异构体分子中取代原子或基团在空间的取向，两种构型若无共价健 的断裂则不能互变。 (二)维持蛋白质构象的作用力 多肽链主链中的肽键及C一N和C一C键都是单键，有形成无数不同构象的可能性， 事实上天然蛋白质在生物体内只保持一种或几种构象，从而保证其特有的性质和功能 构象的稳定性主要靠一系列弱作用力维持的，包括氢键、范德华力、疏水作用、盐键 二硫键、配位键等。其中主要是氢键、范德华力和疏水作用这类次级键。 (三)立体化学原理 C-N- 1、肽单位平面的结构：肽键 形式上是单键，但X一射衍分析表明 它具有部分双键的性质，因此不能自由旋转，每个肽单位中的6个原子必须处于同 平面，即 形成原因：N的孤电子与基共轭 Ca Ca-G-N-Ca) Cac-g CC-N H Ca 0 肽平面，多肽链的主链就是由许多肽平面通过其间的Cα相互连接而成的。 肽平面（酰胺平面）特点：①6个原子（肽键上C-0及N一H和两个Ca)同处 刚性平面②0与H反排③Ca一N和Ca一C两个键可以自由旋转。 肽平面之间的Ca分别以两个单健(Ca一N1和Ca一C2)与两个肽平面相连， 绕Cα一N1链旋转的角度称中角，绕Ca一C2键旋转的角度称中角，这两个旋转角度 叫二面角。可表示出相邻的两个肽平面的相对位置。虽然中和中角理论上可以取+180 80”之间的任何值，但考虑到非键合原子之间的最小接触距离，实际上立体化学允 21
21 叠成特定的空间结构。讨论蛋白质的空间结构时常使用构型和构象这两个词。在此， 我们必须先明确其含义。 （一）构象与构型 1、构象：取代基团当单键旋转时形成的不同的立体结构。构象的改变不涉及共价 键的断裂。 2、构型：立体异构体分子中取代原子或基团在空间的取向，两种构型若无共价键 的断裂则不能互变。 （二）维持蛋白质构象的作用力 多肽链主链中的肽键及 C—N 和 C—C 键都是单键，有形成无数不同构象的可能性， 事实上天然蛋白质在生物体内只保持一种或几种构象，从而保证其特有的性质和功能。 构象的稳定性主要靠一系列弱作用力维持的，包括氢键、范德华力、疏水作用、盐键、 二硫键、配位键等。其中主要是氢键、范德华力和疏水作用这类次级键。 （三）立体化学原理 1、肽单位平面的结构：肽键 形式上是单键，但 X－射衍分析表明， 它具有部分双键的性质，因此不能自由旋转，每个肽单位中的 6 个原子必须处于同一 平面，即 形成原因：N 的孤电子与羰基共轭 肽平面，多肽链的主链就是由许多肽平面通过其间的 Cα相互连接而成的。 肽平面（酰胺平面）特点：①6 个原子（肽键上 C=O 及 N—H 和两个 Cα）同处 一刚性平面②O 与 H 反排③Cα－Ｎ和Ｃα－C 两个键可以自由旋转。 肽平面之间的 Cα分别以两个单键（Cα－Ｎ１和Ｃα－C2）与两个肽平面相连。 绕 Cα－N1 键旋转的角度称φ角，绕 Cα－C2 键旋转的角度称ψ角，这两个旋转角度 叫二面角。可表示出相邻的两个肽平面的相对位置。虽然φ和ψ角理论上可以取+180° －-180°之间的任何值，但考虑到非键合原子之间的最小接触距离，实际上立体化学允
许出现的角度只是其中很少一部分，加上侧链R基团之间空间位阻的限制，肽所取构 象的范围是很有限的。 三、蛋白质的二级结构 (一)二级结构的概念（主链的构象 蛋白质的二级结构是指多肽链主链在空间盘绕、折叠所形成的立体结构形态。 (二)二级结构的基本类型 1、a一螺旋 这种二级结构的特点是多肽链形成右手螺旋样盘绕前进， (1)螺旋每圈含有3.6个aa残基。沿螺旋轴方向每圈上升0.544nm,即每个氨基 酸残基沿螺旋中心轴垂直上升的距离为0.15nm。 (2)相邻的螺圈之间形成链内氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行，由残基的 N一H与前面隔3个氨基酸残基的C=0形成。 (3)ā一螺旋中氨基酸残基的侧链基团伸向外侧。 注： (1)a一螺旋分为左手a一螺旋和右手a一螺旋。左手a一螺旋不稳定，右手。 螺旋很稳定。天然蛋白质的α一螺旋绝大多数是右手螺旋。 (2)毛、发、蹄、角等的纤维蛋白，常见ā一螺旋。 (3)脯a中断a一螺旋，因亚氨基形成肽键之后无H原子，无法充当氢键供体 2、B一折叠 亦称B一片层，由两条或多条几平完全伸展的多肽链侧向聚集，通过相邻肽链上 的N一H与C=0之间有规则的氢健，形成B一折叠片。这种构象可分为平行式(N一端 在同一方向)和反平行式(N一端一顺一反地交替排列)两种类型。从能量角度而言 反平行式的B一折叠片更为伸展、稳定。 注：同纸扇一样，一个肽平面与另一个肽平面形成一定夹角。纤维状蛋白：反式 为主：球状蛋白：二者均广泛存在。 3、B一转角 又称B一弯曲、回折或发夹结构，是近年来发现在球状蛋白质中广泛存在的一种 结构。蛋白质分子的多肤链上经常出现180度的回折，在这种肽链的回折角上就是B 一转角结构。包含4个氨基酸残基，第一个残基的C=0与第四个残基的N一H之间形
22 许出现的角度只是其中很少一部分，加上侧链 R 基团之间空间位阻的限制，肽所取构 象的范围是很有限的。 三、蛋白质的二级结构 （一）二级结构的概念（主链的构象） 蛋白质的二级结构是指多肽链主链在空间盘绕、折叠所形成的立体结构形态。 （二）二级结构的基本类型 1、α－螺旋 这种二级结构的特点是多肽链形成右手螺旋样盘绕前进， （1）螺旋每圈含有 3.6 个 aa 残基。沿螺旋轴方向每圈上升 0.544nm，即每个氨基 酸残基沿螺旋中心轴垂直上升的距离为 0.15 nm。 （2）相邻的螺圈之间形成链内氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行，由 aa 残基的 N－H 与前面隔 3 个氨基酸残基的 C=0 形成。 （3）α－螺旋中氨基酸残基的侧链基团伸向外侧。 注： （1）α－螺旋分为左手α－螺旋和右手α－螺旋。左手α－螺旋不稳定，右手α －螺旋很稳定。天然蛋白质的α－螺旋绝大多数是右手螺旋。 （2）毛、发、蹄、角等的纤维蛋白，常见α－螺旋。 （3）脯 aa 中断α－螺旋，因亚氨基形成肽键之后无 H 原子，无法充当氢键供体。 2、β－折叠 亦称β－片层，由两条或多条几乎完全伸展的多肽链侧向聚集，通过相邻肽链上 的 N－H 与 C=0 之间有规则的氢键，形成β－折叠片。这种构象可分为平行式（N－端 在同一方向）和反平行式（N－端一顺一反地交替排列）两种类型。从能量角度而言， 反平行式的β－折叠片更为伸展、稳定。 注：同纸扇一样，一个肽平面与另一个肽平面形成一定夹角。纤维状蛋白：反式 为主；球状蛋白：二者均广泛存在。 3、β－转角 又称β－弯曲、回折或发夹结构，是近年来发现在球状蛋白质中广泛存在的一种 结构。蛋白质分子的多肽链上经常出现 180 度的回折，在这种肽链的回折角上就是β －转角结构。包含 4 个氨基酸残基，第一个残基的 C=0 与第四个残基的 N－H 之间形
成氢键，使肽链在该处是180°回折。 4、无规则卷曲 又称自由回转，是指多肽链主链既非螺旋、又非折叠片或转角的没有一定规律的 松散结构。E的功能部位常处于此种构象中，故与生物活性有密切关系 总之，二级结构指主链的构象，即主链原子的局部空间排列情况。（不包括侧链构 象和其他链段的相互关系。) 四、三级结构 (一)含义：三级结构指的是多肽链在二级结构的基础上，通过侧链基团的相互 作用进一步卷曲折叠，借助次级键维系而形成的特定的立体构象。 (二)特点：疏水区一烷基一苯基一内拉一疏水核心：亲水区一羟基、羧基、氨 基、弧基一形成亲水表面 (I)三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间上的重新排布，原来在一级 结构的顺序排列上相距甚远的氨基酸残基可能在特定区域内彼此靠近。 (2)在分子内部往往集中者大量的疏水氨基酸残基。它们之间的疏水作用力维系 并稳定已经形成的三级结构：极性氨基酸残基则多分布于分子表面，并赋予蛋白质亲 水性质。 (3)在蛋白质分子的表面往往有明显的凹陷或裂隙，其中以特定方式排布的某些 极性氨基酸残基参与和决定着该蛋白质的生理活性。 (三)维持蛋白质三级结构作用力 (1)氢键 (2)范德华力（分子间及基团间作用力） (3)疏水相互作用 蛋白质中的疏水残基避开水分子而聚集在分子内部的趋向力。它在维持蛋白质的 三级结构方面占有突出的地位。 (4)离子健（盐健） (5)共价健，主要的是二硫键， 6、静电相互作用 五、超二级结构和结构域 在二级结构与三级结构之间还有二个结构层次：超二级结构和结构域， 3
23 成氢键，使肽链在该处是 180°回折。 4、无规则卷曲 又称自由回转，是指多肽链主链既非螺旋、又非折叠片或转角的没有一定规律的 松散结构。E 的功能部位常处于此种构象中，故与生物活性有密切关系。 总之，二级结构指主链的构象，即主链原子的局部空间排列情况。（不包括侧链构 象和其他链段的相互关系。） 四、三级结构 （一）含义：三级结构指的是多肽链在二级结构的基础上，通过侧链基团的相互 作用进一步卷曲折叠，借助次级键维系而形成的特定的立体构象。 （二）特点：疏水区－烷基－苯基－内拉－疏水核心；亲水区－羟基、羧基、氨 基、胍基－形成亲水表面 （1）三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间上的重新排布，原来在一级 结构的顺序排列上相距甚远的氨基酸残基可能在特定区域内彼此靠近。 （2）在分子内部往往集中着大量的疏水氨基酸残基。它们之间的疏水作用力维系 并稳定已经形成的三级结构；极性氨基酸残基则多分布于分子表面，并赋予蛋白质亲 水性质。 （3）在蛋白质分子的表面往往有明显的凹陷或裂隙，其中以特定方式排布的某些 极性氨基酸残基参与和决定着该蛋白质的生理活性。 （三）维持蛋白质三级结构作用力 （1）氢键 （2）范德华力（分子间及基团间作用力） （3）疏水相互作用 蛋白质中的疏水残基避开水分子而聚集在分子内部的趋向力。它在维持蛋白质的 三级结构方面占有突出的地位。 （4）离子键（盐键） （5）共价健，主要的是二硫键， 6、静电相互作用 五、超二级结构和结构域 在二级结构与三级结构之间还有二个结构层次：超二级结构和结构域
超二级结构：是指多肽链上若干相邻的构象单元彼此作用，进一步组合成有规则 的结构组合体，如a一螺旋一B一转角一ā螺旋，B一片层一ā一螺旋一B一片层等。 结构域：是指存在于球状蛋白质分子中的两个或多个相对独立的、在空间上能辩 认的三维实体，每个由二级结构组合而成，充当三级结构的构件。例如，弹性蛋白爵 含有两个相似的结构域，木瓜蛋白酶含有两个不同的结构域。 六、蛋白质的四级结构： 两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成的特定构象。 单体蛋白：指由一条多肽链组成的蛋白质。 寡聚蛋白：指由两条或更多的具备三级结构的多肽链以次级键相互谛合而成的聚 集体。 亚基：聚集体（寡聚蛋白）中每一条多肽链称为一个亚基 注： (1)亚基单独存在时没有生物活性。 (2)亚基都是具有三级结构的多肽链，反之不一定。因为有些具有三级结构的多 肽链单独存在时有活性，我们称他为蛋白质分子，不能叫做亚基。如肌红蛋白是一条 具有三级结构的多肽链。 (3)一条肽链不涉及到四级结构。 蛋白质的结构层次可总结为 级结构（肽链结构，指多肽链中的氨基酸排列顺序） 二级结构（多肽链主链骨架盘绕折叠形成的有规律性的结构）》 超二级结构（相邻二级结构的聚集体） 结构域（在空问上可明显区分的相对独立的区域性结构】 三结构（球状蛋白质中所有原子在空间的相对位置） 四级结构（亚基聚合体） 单链蛋白质只有一、二、三级结构，无四级结构。 大行说所的生要内家 2.本节课的学习重要和难点：肽的基本概念和肽键的结构：N末端和C未 是测定方法的原山一降粉法，蛋白质的氧装酸序列生物进化
24 超二级结构：是指多肽链上若干相邻的构象单元彼此作用，进一步组合成有规则 的结构组合体，如α－螺旋—β－转角—α螺旋，β－片层－α－螺旋－β－片层等。 结构域：是指存在于球状蛋白质分子中的两个或多个相对独立的、在空间上能辩 认的三维实体，每个由二级结构组合而成，充当三级结构的构件。例如，弹性蛋白酶 含有两个相似的结构域，木瓜蛋白酶含有两个不同的结构域。 六、蛋白质的四级结构： 两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成的特定构象。 单体蛋白：指由一条多肽链组成的蛋白质。 寡聚蛋白：指由两条或更多的具备三级结构的多肽链以次级键相互谛合而成的聚 集体。 亚基：聚集体（寡聚蛋白）中每一条多肽链称为一个亚基。 注： （1）亚基单独存在时没有生物活性。 （2）亚基都是具有三级结构的多肽链，反之不一定。因为有些具有三级结构的多 肽链单独存在时有活性，我们称他为蛋白质分子，不能叫做亚基。如肌红蛋白是一条 具有三级结构的多肽链。 （3）一条肽链不涉及到四级结构。 蛋白质的结构层次可总结为:: 单链蛋白质只有一、二、三级结构，无四级结构。 教 学 后 记 1．本节课所讲的主要内容； 2．本节课的学习重要和难点：肽的基本概念和肽键的结构；N 末端和 C 末 端测定方法的原理；Edman 降解法；蛋白质的氨基酸序列生物进化；
第三章蛋白质化学 课时 节 第五节 蛋白质结构与功能的关系 第六节蛋白质的重要性质 1,掌握蛋白质的酸碱性质，吸收光谱，胶体性质和沉淀反应，变性（概念，机理， 特征，条件)。 整 2。了解蛋白质结构和功能的关系 1. 结构与功能的关系 2.蛋白质的性质及应用 重 点 难 点 相关素材（参考资料、指导学生阅读材料等）： 杨志敏，蒋立科.生物化学.高等教有出版社，2005,8 王镜岩，沈同.生物化学（第三版）.高等教有出版社，2003,5 古练权.生物化学。高等教有出版社，2000,7 徐风彩.基础生物化学.华南理工大学出版社，1999,8
章 第三章 蛋白质化学 课时 2 节 第五节 蛋白质结构与功能的关系 第六节 蛋白质的重要性质 教 学 目 的 1． 掌握蛋白质的酸碱性质，吸收光谱，胶体性质和沉淀反应，变性（概念，机理， 特征，条件）。 2． 了解蛋白质结构和功能的关系 教 学 重 点 1． 结构与功能的关系 2． 蛋白质的性质及应用 教 学 难 点 相关素材（参考资料、指导学生阅读材料等）： 杨志敏，蒋立科. 生物化学. 高等教育出版社，2005，8 王镜岩，沈同.生物化学（第三版）.高等教育出版社，2003，5 古练权. 生物化学. 高等教育出版社，2000，7 徐凤彩. 基础生物化学.华南理工大学出版社，1999，8