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2017年口腔助理医师《生物化学》章节解析：第一章蛋白质的化学_第5页

考试网 2017-01-06 【大中小】

　　第五节蛋白质的分子结构

　　蛋白质的空间结构就是指蛋白质的二级、三级和四级结构。

　　一、蛋白质的一级结构

　　1. 概念

　　蛋白质的一级结构(primary structure)就是蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序(sequence)，蛋白质的一级结构是最基本的结构，它决定着蛋白质高级结构。

　　一级结构体现生物信息：20n ………….多样

　　一级结构是空间结构及生物活性的基础…..特异

　　一级结构的连接键：肽键(主要)、二硫键

　　2. 一级结构的测定

　　① 蛋白质样品的处理及分子量的测定：必须是纯化的蛋白样品(97%以上)。

　　② 拆分蛋白质中的二硫键及共价键(加入含巯基乙醇的高浓度尿素溶液)。

　　③ 测定氨基酸组成(氨基酸自动分析仪)。

　　④ 鉴定多肽链的N-末端和C末端残基(Sanger反应和 Edman反应)。

　　⑤ 用不同的断裂方法裂解多肽链成较小的片段。

　　⑥ 分别测定各肽段的氨基酸序列

　　⑦ 重建完整多肽链的一级结构

　　⑧ 确定半胱氨酸残基之间形成的二硫桥的位置

　　二、蛋白质构象和维持构象的作用力

　　1.构象和构型

　　构型(configuration)：立体异构体分子中取代原子或基团在空间的取向，如几何异构体和光学异构体。构型互变需要共价键的断裂。

　　构象(conformation)：取代基团当单键旋转时形成不同的立体异构，这种空间位置的改变不涉及共价键的断裂。

　　2.维持蛋白构象的作用力

　　(1)氢键：多肽链主链上的羰基氧和酰氨氢之间形成的氢键，是稳定蛋白质二级结构的主要作用力。此外，氢键还可以在侧链与侧链、侧链与介质水、主链肽基与侧链或主链肽基与水之间形成。

　　(2)范德华力：包括定向效应(极性分子或基团之间)、诱导效应(极性物质与非极性物质之间)、分散效应(非极性分子或基团之间)。范德华力很弱，但其数量大，且具有加和效应和位相效应，因此成为不可忽视的作用力。

　　(3)疏水作用：水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏在分子内部的现象。实质是疏水基团或疏水侧链出自避开水的需要而被迫接近的结果。

　　(4)盐键(盐桥、离子键)：是正电荷与负电荷之间的一种静电相互作用。

　　(5)二硫键：某些二硫键是生物活性所必须的，另一些则不是，但与维持蛋白质的稳定有关。绝大多数情况下，二硫键在多肽链的β转角附近形成。

　　(6)配位健：两个原子之间由单方面提供共用电子对形成的共价键成为配位健。三、蛋白质的二级结构

　　1.概念：蛋白质的二级结构(Secondary structure)指多肽链主链的折叠产生由氢键维系的有规则的构象。二级结构是蛋白质结构的构象单元。

　　2.二级结构的类型

　　(1)α-螺旋

　　α-螺旋的结构特点：

　　①多个肽键平面通过α-碳原子旋转，相互之间紧密盘曲成稳固的右手螺旋。

　　②主链呈螺旋上升，每3.6个氨基酸残基上升一圈，相当于0.54nm，这与X线衍射图符合。

　　③每个氨基酸残基的N-H都与前面第四个残基C=O形成氢键。

　　④螺旋体中所有氨基酸残基侧链都伸向外侧。肽链上所有的肽键都参与氢键的形成，链中的全部C=O和N-H几乎都平行于螺旋轴,氢键几乎平行于中心轴。

　　(2)β-折叠

　　β-折叠结构特点是：

　　①是肽链相当伸展的结构，肽链平面之间折叠成锯齿状，相邻肽键平面间呈110°角。氨基酸残基的R侧链伸出在锯齿的上方或下方。

　　②依靠两条肽链或一条肽链内的两段肽链间的C=O与HN形成氢键，使构象稳定。

　　③两段肽链可以是平行的，也可以是反平行的。即前者两条链从“N端”到“C端”是同方向的，后者是反方向的。β-折叠结构的形式十分多样，正、反平行能相互交替。

　　④平行的β-折叠结构中，两个残基的间距为0.65nm;反平行的β-片层结构，则间距为0.7nm。

　　(3)β-转角

　　蛋白质分子中，肽链经常会出现180°的回折，在这种回折角处的构象就是β-转角(β-turn或β-bend)。Β-转角中，第一个氨基酸残基的C=O与第四个残基的N桯形成氢键，从而使结构稳定。β-转角都在蛋白质分子的表面。如下图：

　　(4)无规卷曲等

　　没有确定规律性的部分肽链构象，肽链中肽键平面不规则排列，属于松散的无规卷曲(random coil)。

　　四、蛋白质的超二级结构和结构域

　　1.超二级结构

　　超二级结构(supersecondary structure)是指在多肽链内顺序上相互邻近的二级结构常常在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成规则的二级结构聚集体。目前发现的超二级结构有三种基本形式：α螺旋组合(αα);β折叠组合(βββ)和α螺旋β折叠组合(βαβ)，其中以βαβ组合最为常见。它们可直接作为三级结构的“建筑块”或结构域的组成单位，是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个层次，故称超二级结构。

　　2.结构域

　　结构域(domain)也是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个层次。在较大的蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，形成二个或多个在空间上可以明显区别它与蛋白质亚基结构的区别。一般每个结构域约由100-200个氨基酸残基组成，各有独特的空间构象，并承担不同的生物学功能。

　　五、蛋白质的三级结构

　　蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折叠形成具有一定规律的三维空间结构，称为蛋白质的三级结构(tertiary structure)。

　　蛋白质三级结构的稳定主要靠次级键，包括氢键、疏水键、盐键以及范德华力(Van der Wasls力)等。这些次级键可存在于一级结构序号相隔很远的氨基酸残基的R基团之间，因此蛋白质的三级结构主要指氨基酸残基的侧链间的结合。次级键都是非共价键，易受环境中pH、温度、离子强度等的影响，有变动的可能性。二硫键不属于次级键，但在某些肽链中能使远隔的二个肽段联系在一起，这对于蛋白质三级结构的稳定上起着重要作用。

　　六、蛋白质的四级结构

　　具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级键相互组合而形成的空间结构称为蛋白质的四级结构(quarternary structure)。其中，每个具有独立三级结构的多肽链单位称为亚基(subunit)。四级结构实际上是指亚基的立体排布、相互作用及接触部位的布局。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。

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