【文章內容簡介】 其生物活性的喪失。 蛋白質二級結構 （ Secondary Structure） 二級結構 ： 由蛋白質的一級結構決定的，它是主鏈原子的局部空間排布，不涉及側鏈部分的構象，是多肽鏈借助 氫鍵 排列成沿一維方向具有周期性結構的構象。 形成： 肽平面 肽平面 ?參與肽鍵的 6個原子 C? C、O、 N、 H、 C?2位于同一平面，C?1和 C?2在平面上所處的位置為反式 (trans)構型，此同一平面上的 6個原子構成了所謂的 肽單元 (peptide unit)。 ?由于肽鍵（ peptide bond）具有雙鍵特性，所以主鏈中只有兩個單鍵可以旋轉。 蛋白質二級結構的主要形式 ? ?螺旋 ( ? helix ) ? ?折疊 ( ?pleated sheet ) ? ?轉角 ( ?turn ) ? 無規(guī)卷曲 ( random coil ) ?螺旋 (?helix) 多個肽鍵平面通過 α 碳原子旋轉 ，相互之間緊密盤曲成穩(wěn)固的 右手螺旋 。 由于這種結構可以產生許多氫鍵，所以是一種相當 穩(wěn)定的結構 。最常見的螺旋稱為α 螺旋 ， n＝ 殘基 /每圈，螺距 p＝ 。 側鏈向外排布以減少空間障礙，長度為 450個殘基，平均為12個殘基。 ?helix Side view of ?helix α helix 形成最為相關的作用力： 氫鍵 。 top view of ?helix ?折疊 (?sheet) ?sheet的 ?表示這是 第二種規(guī)則 的二級結構，呈現折板狀，如同 α 螺旋，依靠兩條肽鏈或一條肽鏈內的兩段肽鏈間的 C＝ O與 H形成氫鍵，使構象穩(wěn)定。 ?sheet 和 α 螺旋不同的是， ?折疊并不一定要在一級結構（序列）上連續(xù)，而是各片段可以來自不同的一級結構區(qū)，而且相對于α 螺旋的緊密結構， ?折疊是完全伸展的。 β轉角 (βturn) 蛋白質分子中，肽鏈經常會出現 180176。的回折，在這種回折角處的構象就是 β － 轉角 (β － turn或 β － bend)，一般含有2～ 16個氨基酸殘基。含有 5個氨基酸殘基以上的轉角又常稱之環(huán)（ loops）。 無規(guī)卷曲 (random coil) 無規(guī)卷曲 沒有確定規(guī)律性的部分肽鏈構象，肽鏈中 肽鍵平面不規(guī)則排列 ，屬于松散的無規(guī)卷曲 (random coil)。 這類有序的非重復性結構經常構成酶活性部位和其他蛋白質特異的功能部位，例如鐵氧還蛋白和紅氧還蛋白中結合鐵硫串的肽環(huán)以及許多鈣結合蛋白中結合鈣離子的 EF手結構的中央環(huán)。 超二級結構 （ Supersecondary Motifs） 1973年由 Rossman提出。許多球蛋白中，α helix或 βsheet二級結構可以形成所謂的超二級結構 ，在不同的蛋白質中重復出現。超二級結構的單位有 aa，bb， bab， b曲折 和 希臘鑰匙拓撲結構 。超二級結構的形成主要是氨基酸殘基側鏈基團間相互作用的結果。 模體 (motif) 在許多蛋白質分子中，可發(fā)現二個或三個具有二級結構的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構象，被稱為模體 (motif)。 鈣結合蛋白中結合鈣離子的模體 鋅指結構 Znfinger motif 三級結構 （ Tertiary Structure） 蛋白質的多肽鏈在各種二級結構的基礎上再進一步盤曲或折疊形成具有一定規(guī)律的三維空間結構，稱為 蛋白質的三級結構 (tertiary structure)。 蛋白質三級結構的穩(wěn)定主要靠次級鍵，包括氫鍵、疏水鍵、鹽鍵以及范德華力 (Van der Wasls)等。這些次級鍵可存在于一級結構中相隔很遠的氨基酸殘基的 R基團之間，因此蛋白質的三級結構主要指氨基酸殘基的側鏈間的結合。二硫鍵不屬于次級鍵，但對于蛋白質三級結構的穩(wěn)定上起著重要作用。 三級結構 具備三級結構的蛋白質從其外形上看，有的細長(長軸比短軸大 10倍以上 )，屬于 纖維狀蛋白質(fibrous protein)， 如絲心蛋白；有的長短軸相差不多基本上呈球形，屬于 球狀蛋白質 (globular protein)， 如血漿清蛋白、球蛋白、肌紅蛋白。球狀蛋白的疏水基多聚集在分子的內部，而親水基則多分布在分子表面，因而球狀蛋白質是親水的，更重要的是，多肽鏈經過如此盤曲后，可形成某些 發(fā)揮生物學功能的特定區(qū)域 ，例如酶的活性中心等。 蛋白三級結構 肌紅蛋白 (Myoglobin) 是哺乳動物細胞主要是肌細胞貯存和分配氧的蛋白質。由一條多肽鏈和一個輔基血紅素構成，呈扁平的梭形。除去血紅素的脫輔基肌紅蛋白稱珠蛋白（ globin），它和血紅蛋白的亞基在序列上有明顯的同源性，所以構象和功能也相似。 N 端 C端 結構域 (domain)： 大分子蛋白質的三級結構?？煞指畛梢粋€或數個球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各自行使功能，稱為結構域。 結構域 (domain) 一般每個結構域約由 100200個氨基酸殘基組成，各有獨特的空間構象，并承擔不同的生物學功能。 如免疫球蛋白 (IgG)由 12個結構域組成，其中兩個輕鏈上各有 2個，兩個重鏈上各有 4個，補體結合部位與抗原結合部位處于不同的結構域。蛋白質分子中的幾個結構域有的相同，有的不同；而不同蛋白質分子之間肽鏈中的各結構域也可以相同。 結構域 四級結構 （ Quaternary Structure） 具有二條或二條以上獨立三級結構的多肽鏈組成的蛋白質，其多肽鏈間通過次級鍵相互組合而形成的空間結構稱為 蛋白質的四級結構(quarternary structure)。 血紅蛋白的四級結構 四級結構 ? 四級結構中，每個具有獨立三級結構的多肽鏈單位稱為亞基 (subunit)。 四級結構實際上是指亞基的立體排布、相互作用及接觸部位的布局。亞基之間不含共價鍵，亞基間次級鍵的結合比二、三級結構疏松，因此在一定的條件下，四級結構的蛋白質可分離為其組成的亞基，而亞基本身構象仍可不變。 ? 一種蛋白質中，亞基結構可以相同，也可不同。有人將具有全套不同亞基的最小單位稱為 原聚體 (protomer)，如一個催化亞基與一個調節(jié)亞基結合成天冬氨酸氨甲?；D移酶的原聚體。 構型（ configuration）： 一個有機分子中各個原子特有的固定的空間排列。這種排列不經過共價鍵的斷裂和重新形成是不會改變的。構型的改變往往使分子的光學活性發(fā)生變化。氨基酸就有 L型、 D型之分。 構象（ conformation）： 指一個分子中，不改變共價鍵結構，靠單鍵的旋轉所產生的空間排布。一種構象改變?yōu)榱硪环N構象時，不要求共價鍵的斷裂和重新形成，只是次級鍵斷裂。構象改變不會改變分子的光學活性。 蛋白質分子多樣性 氨基酸種類不同 氨基酸數目不同 氨基酸序列不同 肽鏈空間結構不同 蛋白質的結構多樣性 蛋白質的種類多樣性 蛋白質功能的多樣性 四、蛋白質的功能 1. 生物反應的催化作用 （ biological catalysis)： 這種蛋白質稱為酶 （ enzyme） ， 幾乎所有的生物體中的化學反應都是由酶催化。 （ 例外：有些 RNA－ 核糖核酸 ， 也有催化能力，稱為 ribozyme， 但它并不是蛋白質，如四膜蟲的L19 RNA分子 ） 。 2. 貯存 （ storage） ： 生物體內的離子、小分子、代謝物（ metabolite） 可與蛋白質結合貯存于體內，如血紅蛋白通過血紅素 （ haemoglobin） 攜帶氧分子、肝臟中的鐵蛋白（ ferritin） 貯存鐵質。 3. 運輸 （ transport）： 運 輸小至電子，大至巨型分子等各種物質到體內各處，例如運鐵蛋白（ transferrin） 運送鐵質；血紅蛋白運送氧氣；有些蛋白質在細胞膜上形成氣孔或通道讓離子通過細胞膜；而蛋白質本身要穿過細胞膜時，也需要其它蛋白質的幫助。 4. 傳遞信息 （ message）： 在神經細胞的接合處 ， 蛋白質擔任某些傳遞神經信號所需的小分子的接受器；另外，一些生物反應的進行必須由組織、器官之間的信號來控制，攜帶這些信號的分子稱為激素（ hormone）， 大部分的激素是蛋白質，如胰島素（ insulin）； 也有一些蛋白質擔任激素的接受器。 5. 抗體 （ antibody）： 免疫系統(tǒng)的產物，可以用來與外部入侵的細菌或是病毒結合。 6. 調控 （ regulation） ： 在合成蛋白質的過程中 ， 有許多蛋白質必須適時 、 適量加入反應 。 酶在轉錄翻譯過程中 ，由多種蛋白質通過復雜的反饋機制來促進或是抑制一翻譯過程 。 7. 結構 （ structure） ： 構成生物體的力學支架 ， 例如膠原蛋白 （ collagen） ， 約占哺乳類蛋白質含量的 1/4， 這類蛋白質稱為結構蛋白 （ structural protein） 。 五、蛋白質結構與功能的關系 蛋白質一級結構與功能的關系 前體與活性蛋白質 分子病 蛋白質空間結構與功能的關系 血紅蛋白的結構與功能 (一 )蛋白質一級結構與功能的關系 是空間構象的基礎 在生物體內 ， 蛋白質的多肽鏈一旦被合成后 ， 即可根據 一級結構 的特點自然折疊和盤曲 ， 形成一定的 空間構象 ， 特定的空間構象主要是由蛋白質分子中多肽鏈和側鏈 R基團形成的次級鍵來維持的 。 蛋白質的一級結構決定了它的二級 、 三級結構 ， 即由一級結構可以自動地發(fā)展到二 、 三級結構 。 、 ACDEFGHIKLMNPQRSTVWY 一 級 結 構 二級結構 蛋白質的結構基礎 三 級 結 構 四 級 結 構 一級結構是空間構象的基礎 牛核糖核酸酶的結構 二硫鍵 天然狀態(tài)，有催化活性 尿素、 β 巰基乙醇 去除尿素、 β 巰基乙醇 非折疊狀態(tài)，無活性 牛核糖核酸酶 胰島素（ Insuli