第五章 蛋白质的三维结构第一节 研究蛋白质构像的方法一、X 射线衍射法 基本规律：X 射线穿过原子平面层时，当光程差等于波长的倍数，反射波可
以互相叠加形成衍射斑点。如上图所示，光程差等于2dsinθ，上述规律可总结为Bragg 方程：2dsinθ=n λ(n=±1，±2
，±3?)。 二、研究溶液中蛋白质构像的光谱学方法 （一）紫外差光谱 芳香族氨基酸在极性环境下吸收峰向短波长移动，称作篮移，反之
会红移。 （二）荧光和荧光偏振 变性和非变性蛋白质荧光峰和荧光偏振的位置会有特定的变化。 （三）圆二色性 圆偏振光可看成是相位
相差90°的两个平面偏振光叠加而成，若左、右圆偏振光因被测物的吸收而振幅不同，二者叠加会形成椭圆偏振光。 椭圆率θ=短轴/长轴=t
anθ≈33cl_?( 适合于小的θ，_?= εR?εL，c 为摩尔浓度，l 为光程， ε为摩尔吸光系数)摩尔椭圆率[θ]λ=θ/
cl×100=3300 _?。 （四）核磁共振(NMR)第二节 稳定蛋白质三维结构的作用力一、氢键 二、范德华力 定向效应诱导效应
分散效应 三、疏水作用（熵效应） 四、盐键 五、二硫键 第三节 多肽主链折叠的空间限制一、酰胺平面与α-碳原子的二面角（φ和ψ）
规定键两侧基团为顺式排列时为0o，从C 沿键轴方向观察，顺时针旋转的角度为正值。 二、可允许的φ和ψ：拉氏构像图 三、可允许的
φ和ψ值：拉氏构像图 第四节 二级结构：多肽链折叠的规则方式一、α螺旋 （一）α螺旋的结构 多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，
形成螺旋结构，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。 肽链内形
成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，每一个氨基酸残基的酰胺基团的-NH 基与其后第四个氨基酸残基酰胺基团的-CO 基形成氢键。 蛋白质
分子为右手a-螺旋。 （二）α螺旋的偶极矩和帽化 （三）α螺旋的手性 （四）影响α螺旋形成的因素 R 基太小使键角自由度过大，
带同种电荷的R 基相互靠近，β碳原子上有分支均不利于形成α螺旋，含脯氨酸的肽段不能形成α螺旋。 （五）其他类型的螺旋 b-折叠
有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。 二、β折叠片 b-折叠是由两
条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿桩折叠构像。两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm；
b-折叠结构可以由两条肽链之间形成，也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联， 氢键与链的长轴接近垂直
。 b-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。反平行式较稳定。
三、β转角和β凸起 b-转角由四个氨基酸残基组成，弯曲处的第一个氨基酸残基的-C=O 和第四个残基的 –N-H 之间形成氢键，形
成一个不很稳定的环状结构。 这类结构主要存在于球状蛋白分子中。四、无规卷曲 无一定的规则，但对一定的球蛋白而言，特定的区域有特定的
卷曲方式。 第五节 纤维状蛋白质一、α-角蛋白 二、丝心蛋白和其他β-角蛋白：β折叠片蛋白质 三、胶原蛋白 胶原蛋白的二
级结构是由三条肽链组成的三股螺旋，这是一种右手超螺旋结构。螺距为8.6nm，每圈每股包含30 个残基。其中每一股螺旋又是一种特殊的
左手螺旋，螺距为0.95nm， 每一螺圈含3.3 个残基,每一残基沿轴向的距离为0.29nm。一级结构分析表明，a 肽链的96%
都是按三联体的重复顺序：（g1y—x—y）n 排列而成。Gly 数目占残基总数的三分之一，x 常为Pro，y 常为Hpro（羟脯氨
酸）和Hlys（羟赖氨酸）。 原胶原蛋白分子在胶原纤维中都是有规则地按四分之一错位，首尾相接，并行排列组成纤维束。这样通过1／4
错位排列便形成间隔一定的（大约70nm）电子密度区域，而呈现横纹区带。 胶原蛋白属于结构蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械
强度。胶原蛋白至少包括四种类型，称胶原蛋白I、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。腱的胶原纤维具有很高的抗张强度(tensile strength)，约为
20-30kg／mm2，相当于12 号冷拉钢丝的拉力。骨铬中的胶原纤维周围排列着羟基磷灰石(hydroxyapatite，Ca10
(PO4)6(OH)2)结晶。脊椎动物的皮肤含有编织比较疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含有胶原纤维。 胶原蛋白的共价键：
吡啶啉是由一个原胶原的N 末端区和另一个相邻的原胶原的C 末端区之间形成。 随着年龄的增长，胶原蛋白之间的交联键会增多。 四、
弹性蛋白 弹性蛋白最重要的特性是富有弹性。 弹性蛋白不含羟赖氨酸，不被糖基化，不能形成胶原蛋白那样的超螺旋。弹性蛋白的一种交联方式
是通过羟赖氨酸正亮氨酸衍生物交联。 弹性蛋白的另一种交联方式是赖氨酸的侧链氧化脱氨基生成醛基，三个醛基和一个未修饰的赖氨酸的侧链形
成锁链素和异锁链素，使多条弹性蛋白链交联成肽链网。 弹性蛋白的肽链形成多种多样的无规卷曲，有张力时，卷曲被拉伸，张力去除后又复原。
五、肌球蛋白和原肌球蛋白 黄色是轻链结合部位，品红色是轻链调节部位，其余为s1 头部。 有些纤维状蛋白质是由球状蛋白质聚集而成
的。 第六节 超二级结构和结构域一、超二级结构 二、结构域 第七节 球状蛋白质与三级结构一、球状蛋白质的分类 （一）反平
行α螺旋 （二）α，β-结构 （三）全β-结构 （四）富含金属或二硫键的蛋白质 二、球状蛋白质三维结构的特征 含多种二级结构
元件。具有明显的折叠层次。 球蛋白分子是紧密近似球状的实体。 疏水侧链在分子内部，亲水侧链在分子表面。 分子表面有空穴，是结合底物
，效应物等配体，行使生物学功能的活性部位，空穴通常是一个疏水的区域。 第八节 膜蛋白的结构一、膜蛋白的结构 （一）具有单个跨膜肽段
的膜蛋白 （二）具有7 个跨膜肽段的膜蛋白 （三）β桶型膜蛋白-膜孔蛋白 二、脂锚定膜蛋白 第九节 蛋白质折叠和结构预测一
、蛋白质的变性 （一）变性蛋白质的特点 空间结构破坏，一级结构完好；活性丧失；溶解度降低；易分解。 （二）引起变性的因素 加热、辐
射、高压等物理因素；有机溶剂、酸、碱、尿素等化学因素。 （三）变性的协同性 变性发生在较窄的范围内。 （四）复性 一定条件下可以
恢复活性。 7×5×3×1 种可能连接方式中的1 种。 二、氨基酸序列规定蛋白质的三维结构 三、蛋白质折叠的热力学 四、蛋白质
折叠的动力学 折叠不是随机搜索的过程。 折叠时先形成局部二级结构，再形成结构域，熔球态，最后形成完整的三级结构。折叠时二硫键异构酶
和肽基脯氨酸异构酶起重要作用。 分子伴侣在折叠时有重要作用，主要是防止肽链的错误折叠。 五、蛋白质结构的预测 （一）二级结构的预测
参照表5-6，按Pi=Ai（被计算的氨基酸残基处于某一二级结构的份数）/Ti（肽链中的各种氨基酸残基处于某一二级结构的份数）的计
算值预测，Pi 大于1 表示该氨基酸残基倾向于形成所预测的二级结构，Pi小于1 表示该氨基酸残基倾向于形成其他构像。 （二）三级结
构的预测和计算机模拟 原理复杂，已由一些成功的例证。 第十节 亚基缔合和四级结构一、有关四级结构的一些概念 亚基（单体），同多
聚，杂多聚 二、四级缔合的驱动力 主要有范氏作用力，氢键，离子键和疏水作用力，其中疏水作用力最为重要，二硫键对于稳定四级结构有重要意义。 三、亚基相互作用的方式 亚基之间的分布有各种各样的对称关系。 五、四级缔合在结构和功能上的优越性 增强结构稳定性。 提高遗传的经济性和效率。构成功能部位。 为别构效应提供结构基础。 10 |
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