《生物化学》教案 授课题目 学时安排 第五章 蛋白质空间结构 4学时 掌握稳定构象的作用力 教 酰胺平面：α螺旋：B折叠：B转角 结构和功能的关系 夕 蛋白质的变性 的 熟悉超二级结构：结构域 球状蛋白质结构特征 了解二面角：拉氏构象图、红维状蛋白质 求 球状蛋白质分类：四级结构优越性 a螺旋；B折叠：B转角 教学 球状蛋白质结构特征 重点 蛋白质的变性 a螺旋：二面角 教学 拉氏构象图 难点 结构和功能的关系 教学过程 讲授结合多媒体课件 作业 P249习题之1、2、5、11、14
教学内容 导言 前章已知，氨基酸以肽键连接的化合物是多肤，有特定空间结构的多肽才是蛋白质。 蛋白质是如何形成特定空间钻枸的？有哪些结构形式？靠什么力量雏持该结构的稳定？其 特定结构与功能之间有何关系？蛋白质是生命的体现着，鸡蛋者熟后蛋白质还在，为什么就 孵不出小鸡了？天然蛋白质难以消化，熟化后特别容易消化，为什么？打起精神来，诸多问 通的答案就在下西 第五章蛋白质的三维结构 第一节 概述 、稳定构象的作用力（掌握） 与溶割分子相万作用亲水性 环境（外因）】 受溶液pH和离子组成、强度影响 电荷 影响构象的因素 (自身（内因为 氨基酸序列 R间相互作用 酰胺平面 本节讨论R间的相互作用，主要有5种 1、氢键极性基团中的电负性原子(0、《、S等)与氢之同的静电引力 -X-H..Y- 特征：三个原子在一条直线上 叫方向性 一个电负性原子只能形成一个氢键叫饱和性 主链之间 二级结构 侧链之间 、加然 与水之间 成水化膜，溶解 2、范德华力 同类分子之同的吸引力 3、疏水作用 疏水基团为避水而接近聚集 疏水基团之间的范德华力 4、盐继 5、二硫键 共价健一般认为是一级结构维持力 次级键 非共价健的统称 氢键、范德华力、疏水作用、盐键等的统称 二、多肽折叠的空间限制（了解） 肤键具有双键性质，不能转动，形成味胺平面，相邻平面间也不是可取任意位置，再加 上R基团之同的阻力，使肤链折叠方式受到限制 酰胺平面示意图幻灯片 相邻酰胺平面的位置关系用二面角中(fai).中(psai)指述 二者垂叠时为0，二者远离时为180（充分伸展）
为0是不可能的，因为H、0重叠，有位阻 可见有的角度可以，有的角度不可以，判断依据为拉氏构象图 拉氏构象图 幻灯片6 会查即可 第二节 二级结构 指蛋白质多队链主链的折叠和盘绕方式 一级结构的基础上折叠或缠绕形成的构相 它只研究主链在空同的排列分布， 由于多肽链折叠限制，主链在空间的排布方式有限，主要有：《螺旋、B折叠、B 转角、无规卷曲。 -、a-螺旋(a-helix)(重、难点) Pauling和Corey于1965年提出。 1、结构要点： 一条肽链绕成螺旋，每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距离为0.54m,每个线基沿轴 旋转100 (2)螺旋稳定因素为氢键。每个肽键的羰基氧与远在其后第四个氨基酸氨基上的氢形 成氢键。氢键的走向半行于蝶旋轴。 0-. H -c- (NH-CH-CO)3-N- 3.613(ms) R (3)R侧链基团仲向螺旋的外侧。 横切面图 (4)绝大多数为右手 因为左手螺旋中R基团的空间位阻大， 所以，多聚甘氨酸可以左手蝶旋。 2、影响ā螺旋形成的因素 形成氨键的原子 脯氨修为亚怎基酸。比成基主链无氨 B碳原子上的侧链 位阻 异亮、振、苏、 R基团的电荷 同性相斥 I多聚谷氨酸，pH4以下可，DH4以上不可
爆旋的偶极矩 一个酰胺平面为一个偶极知。蝶旋中酰胺半面是同方向，所以， 整个螺旋是一个偶极知。氨基端正、骏某端负 螺旋帽化 蝶旋的前四个和后四个线基个不形成氢键，山其它化合物提供氢键配偶体 二、B-折叠结构(B-pleated sheet)(重点) 是一种链相当伸展的结构。耻链按层排列，依靠相邻肚链上的羰基和氨基形成的氢键 维持结构的稳定性肽键的平面性使多肽折叠成片，氨基酸侧链伸展在折叠片的上面和下面。 结构图 B折叠片中，相邻多服能半行或反半行（较稳定） 氨基酸残基仲展长度3.5nm。(3.6) 三、B-转角(B-tum)(重点) 为了紧紧折叠成紧的球蛋白，多肽链常常反转180°，成发夹形状 一个氨基酸的我 基氧以氢键结合到第四个氨基酸的氨基氢上。（相隔2个，ú蝶旋表达式中的3改为2） 结构图 B转角经常出现在连接反平行B折叠片的端头。 8马记 结构国 四、无规卷曲（了解） 又卷曲、松散肽段 没有一定规律的松散肽链结构。 多联链的主链呈现无确定律的卷曲。典型球蛋白大的一半多队是这样的构象。 五、纤维状蛋白质（了解） 纤维状蛋白质一般为结构物质，二级结构是其最高级结构形式 ā胶蛋白全部是x螺旋，毛、发全是.所以毛发可以拉细，成B折叠 三个分子左旋缠绕成原纤维，2+9个（中问2周围9）原纤维排成微纤维 (类似电缆)，咸百根微纤维排成大纤维，大纤维上附 状细随即为发，分 子问以二硫键相连。卷发原理
B胶蛋白全部是B折叠，丝（蚕、蜘蛛）为之，所以不能拉细，只能拉断。 胶原蛋白又名胶原，三个左旋的亚基（原胶原，每圈3.3个氨基酸）右手缠绕成 个分子（每圈含30个），骨、陂、牙、皮、血管等为之· 结构特点：G1y-X-Y重复.X常是Pr0,y常是羟脯、羟赖。 弹性蛋白有分枝的多肤，以α螺旋为主，所以具有弹性，结缔()组织为之 肌球蛋白由6条多肽组成的蝌鲜状长棒状分子，肌肉 详见生理 第三节 超二级结构和结构域 超二级结构和结构域是蛋白质二级全级结构层次的一种过渡态构象 一、超二级结构 (熟悉)
又标准折叠单位、折叠花式、模体 指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作用，形成有规则的，在空间上能辨认的 级结构组合 是蛋白质二级结构至一级结构层次的一种过渡态构象层次。 常见组合：aa B a BBB 结构图 例！钙结合蛋白质中的蝶旋环蝶旋棋序放锌指结构。 二、结构域（熟悉） 结构域是球状蛋白质的折叠单位。 多队链在二级或超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧的近似球形的结构，具 有部分生物功能。 对于较大的蛋白质分子或亚基，多肤链往往山两个以上结构域缔合而成二级结构。 结构图 若一个分子只有一个结构域，则结构域等于三级结构 和超二级结构也无明马界限， 二者侧重点了 ,超二级侧重组合，结构域侧重独立球体 结构域常见类型见下节 对于较小的蛋白质分子或亚基，结构域和二级结构是一个意思，即这些蛋白质是单结构 域的：对于较大的蛋白质分子或亚基，多队链牡狂山两个或两个以上的时独立的结构域缔 合成二级结构. 第四节三级结构与球状蛋白 一、蛋白质的三级结构（掌握） 指多肽链上的所有原子（包括主链和侧链）在二维空间的分布。 指多肽链在二级或超二级结构的基础上折叠而成的构象
维持力（稳定因素）次级健，以疏水作用为主 所以，内部常含疏水共团，表面常含亲水禁团 所以，球状蛋白质大多溶于水 三级结构是球状蛋白质活性的最低结构要求， 有些还需四多 1963年ndew等从鲸肌红蛋白的r射线衍射图谱测定它的=级结构(153个氨基酸残 基和一个血红素辅基，9对分子质量为17800)。山A一H8段。-蝶旋盘绕折叠成球状，氨 基酸线基上的疏水侧徒大都在分子内部形成一个俊形空穴，血红素居于其中，言有极性及电 荷的则在分子表面形成亲水的球状蛋白。 二、球状蛋白质的分类（了解） 据结构域米型分四为 全结构蛋白质“B结构蛋白质全B结构蛋白质富含金属或二硫键蛋白质 三、球状蛋白质三维结构的特征（重点） (1)分子含多种二级结构单元 (2)构象有明显的折叠层次 级一超二级一结构域，兰级一四级 (3)分子是紧密的球状或椭球状实体 (4)疏水R在内，亲水R在表面 (5)分子表面有一个空穴（裂缝、凹槽、口袋）常是一个防水空穴活性中心 第五节 四级结构 一、四级结构（重点、难点） 以三级结构球体为单位缔合形成的构象 具有四线结构的蛋白质称为宽聚蛋白 寡聚蛋白中的每个独立球体称为亚基（单体） 注意与单体蛋白区别 山两（四）个亚基组成的蛋白质称为二（四）聚体蛋白 山相（不）同亚基组成的寡聚蛋白质称为同（杂）多聚蛋白质。 杂多聚蛋白质中亚基可分为对称的两组时，每组叫原体或原聚体。 上述各概念的示意图见下一片 四级结构缔合动力（稳定因素） 同三级结构 血红黄白hemoglobin,Hb)是两个a-亚喜和两个B-亚基形成的袋体(a2B2)
二、四级缔合在结构和功能上的优越性（了解） 1、增强结构稳定性 因为内部基团相互作用有利于稳定，表面基团与水相互作用不 利于稳定 另亚基聚合时可选择正确的，错误的可被排除。遗传稳定 2、提高遗传经济性和效率 即节约基因 3、使催化基团汇集在一起 即不同亚基上的基团靠近组成活性中心 不同亚基催化不同但相关的反应 4、且有协司性和别构效应 在蛋白质分子特定部的配对该分子它部心产的影雨（知来 能力改变) 协同性 结合在蛋白质分子特定部位的配体对其它各部位产生的影向一致 别构蛋白质 具有别构效应的蛋白质。（一般是寡聚蛋白》 别构效应据配体接合部位分： 同促效应异促效应 同促效应 结合部位结合底物的基团 米配 也就是底物 底物影响蛋白与底物之间的来和关系 所以叫同促或协同 影响是增大，叫正协同性 影响是减小，叫负协同性 蛋白质只有一个接合部位 如氧血红蛋白 异促效应 渊#⊙⊙ 0结合部位 #调节部位结合效应物的基团 ※配体称效应物.一般是底物、产物、激素等 效应物影响蛋白与底物之间的亲和关系， 所 叫异促或别构 影响是增大，叫正应或澈活 （剂 影响是减小，叫负效应或抑制 (剂】 蛋白质有一个接合部位，一个调节部位
如CTP天冬氨酸转氨甲酰酶 不管是同促还是异促，之所以对底物的亲和力发生变化，是蛋白质受刺激后构象变化所 致，所以，别构指聚蛋白质构象变化 蛋白质分子中的共价键与次级键 共价键「弘键 一级结构 一硫键 二，二、四级结构 次级键 疏水 款越 三、四线结构 范德华力 第六节蛋白质结构与功能的关系 一、一级结构与功能的关系 (重点) 一级+构象性质+功能 一级结构决定蛋白质的空间结构 多肚链中氨基酸的排列顺子决定了该肽链的折叠 方式 20世纪60年代机，关国科学家C.Anfinsen进行牛陵核稀核酸榜的变性和复性实验，提 出了蛋白质一级结构决定空结构的命题。 核核酸梅山124个氨基截线基组成，有4对二硫键。用尿素和B-旅基乙醇处理该游 溶液，分别破坏次级健和二硫键，队徒完全伸展，变性的南失士催化活性：当用透析方法古 除变性剂后，活性几严完全恢复， 理化性质也与天然的一样， 明，8个半氨酸残基结合成4对二硫继，可随机组合成15种配对方式 而事实上只形成了天然的构象，这说明一级结构未破坏，保持了氨基酸的排列顺序藏可能 回复到原来的一数结构，功能依然存本。 主要表现有 1、同种蛋白质不能有差错 状细胞贫血(sick-ellanemia 从患者红细胞中鉴定出特异的镀刀型或月牙型细胞。 书-链 1234567 c141,B146 Hh-A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Iys Hb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys 构象变化图 分子病是指视体分子上基统 引起mRM分子异常和黄白质生物合成的异苏，进 而导致机体某些功能和结构 直之变异的遗传病 目丽全世界日发有异常皿红：出00种以上 2、同源蛋白质有较大的同字性 大量实验结采证明，一级结构似的多或蛋白质，其空间结构和功能也棉似，不同种 属的同源蛋白质有同源序列，反其共同进化源，通过比较可以据示进化关系 例1刚乳动物的陝岛素，其一级结构仪个别氨基酸差异(A能元、6、10位，B链30位)， 它们对生物活性调节糖代谢的生喱功能不起决定作用。 从各种生物的细胞色素C(eytochrome c)的一级结构分析，可以了解物种进北间的关 系。进化中越接近的生物，它们的钢胞色素c的一敏结构越近似
细胞色素c 40多种生物包括醇母、人 在右列28个位骨上氨基酸是相同的 不变残基 IGly、 6Gly,10Phe 17Cys、18His 29Giy、30Pro、32Leu,34Gly、38Arg、 41Gly、45Gy、48Tyr、52Asm、59Tp 68Leu 70Asm、71Pr0、72Lys、73Lys 74Tys、 76Pr0 78Tir、79Lys,80Met、 82Phe ,84Gy、91Arg 亲缘关系，近，不变残基相差成少 3、蛋白源不具活性，但改变一级结构后可被滋活 如凝血过程中各因子，胰蛋白僻源 4、蛋白质共价修饰导致活性改变 如磷酸化去磷酸化 腺苷酸化去腺苷酸化 二、三维结构与功能的关系 (掌握) 蛋白质特定构象是表达特定生物学活性的基础 蛋白质特定构象所表现的性质即为该蛋白质的功能 主要表现在 别构可改变蛋白质的活性 聚合与解聚可改变蛋白质的活性 变性可使蛋白质失去活性，复性又可恢复活性 三、变性（重点） 在某些理化因素的作用下，天然构象被玻坏，导致性质改变、活性丧失的现象 变性后的蛋白质称为变性蛋白质。 变性因素： 理热、射线、高压、表面张力、超声波、制烈震荡等 化 有机溶剂 顶、酸、碱等 变性的本质 次级键被破坏，空间结构解体 变性结果有子结构变为无序结构。 性质改变，如粘度增、溶解度降、易被水解。 活性丧失。变性的危害：生物衰老，碑失活等 变性的应用 消毒灭菌，熟化食物等 复性个别