【文章內(nèi)容簡介】 其生物活性的喪失。 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu) （ Secondary Structure） 二級(jí)結(jié)構(gòu) ： 由蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定的，它是主鏈原子的局部空間排布，不涉及側(cè)鏈部分的構(gòu)象，是多肽鏈借助 氫鍵 排列成沿一維方向具有周期性結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。 形成： 肽平面 肽平面 ?參與肽鍵的 6個(gè)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(gòu)型，此同一平面上的 6個(gè)原子構(gòu)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(gè)單鍵可以旋轉(zhuǎn)。 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式 ? ?螺旋 ( ? helix ) ? ?折疊 ( ?pleated sheet ) ? ?轉(zhuǎn)角 ( ?turn ) ? 無規(guī)卷曲 ( random coil ) ?螺旋 (?helix) 多個(gè)肽鍵平面通過 α 碳原子旋轉(zhuǎn) ，相互之間緊密盤曲成穩(wěn)固的 右手螺旋 。 由于這種結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生許多氫鍵，所以是一種相當(dāng) 穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) 。最常見的螺旋稱為α 螺旋 ， n＝ 殘基 /每圈，螺距 p＝ 。 側(cè)鏈向外排布以減少空間障礙，長度為 450個(gè)殘基，平均為12個(gè)殘基。 ?helix Side view of ?helix α helix 形成最為相關(guān)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(jí)結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)折板狀，如同 α 螺旋，依靠兩條肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的兩段肽鏈間的 C＝ O與 H形成氫鍵，使構(gòu)象穩(wěn)定。 ?sheet 和 α 螺旋不同的是， ?折疊并不一定要在一級(jí)結(jié)構(gòu)（序列）上連續(xù)，而是各片段可以來自不同的一級(jí)結(jié)構(gòu)區(qū)，而且相對(duì)于α 螺旋的緊密結(jié)構(gòu)， ?折疊是完全伸展的。 β轉(zhuǎn)角 (βturn) 蛋白質(zhì)分子中，肽鏈經(jīng)常會(huì)出現(xiàn) 180176。的回折，在這種回折角處的構(gòu)象就是 β － 轉(zhuǎn)角 (β － turn或 β － bend)，一般含有2～ 16個(gè)氨基酸殘基。含有 5個(gè)氨基酸殘基以上的轉(zhuǎn)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(gòu)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(fù)性結(jié)構(gòu)經(jīng)常構(gòu)成酶活性部位和其他蛋白質(zhì)特異的功能部位，例如鐵氧還蛋白和紅氧還蛋白中結(jié)合鐵硫串的肽環(huán)以及許多鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的 EF手結(jié)構(gòu)的中央環(huán)。 超二級(jí)結(jié)構(gòu) （ Supersecondary Motifs） 1973年由 Rossman提出。許多球蛋白中，α helix或 βsheet二級(jí)結(jié)構(gòu)可以形成所謂的超二級(jí)結(jié)構(gòu) ，在不同的蛋白質(zhì)中重復(fù)出現(xiàn)。超二級(jí)結(jié)構(gòu)的單位有 aa，bb， bab， b曲折 和 希臘鑰匙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 。超二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成主要是氨基酸殘基側(cè)鏈基團(tuán)間相互作用的結(jié)果。 模體 (motif) 在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，被稱為模體 (motif)。 鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體 鋅指結(jié)構(gòu) Znfinger motif 三級(jí)結(jié)構(gòu) （ Tertiary Structure） 蛋白質(zhì)的多肽鏈在各種二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步盤曲或折疊形成具有一定規(guī)律的三維空間結(jié)構(gòu)，稱為 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) (tertiary structure)。 蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定主要靠次級(jí)鍵，包括氫鍵、疏水鍵、鹽鍵以及范德華力 (Van der Wasls)等。這些次級(jí)鍵可存在于一級(jí)結(jié)構(gòu)中相隔很遠(yuǎn)的氨基酸殘基的 R基團(tuán)之間，因此蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)主要指氨基酸殘基的側(cè)鏈間的結(jié)合。二硫鍵不屬于次級(jí)鍵，但對(duì)于蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定上起著重要作用。 三級(jí)結(jié)構(gòu) 具備三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)從其外形上看，有的細(xì)長(長軸比短軸大 10倍以上 )，屬于 纖維狀蛋白質(zhì)(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(zhì) (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(nèi)部，而親水基則多分布在分子表面，因而球狀蛋白質(zhì)是親水的，更重要的是，多肽鏈經(jīng)過如此盤曲后，可形成某些 發(fā)揮生物學(xué)功能的特定區(qū)域 ，例如酶的活性中心等。 蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu) 肌紅蛋白 (Myoglobin) 是哺乳動(dòng)物細(xì)胞主要是肌細(xì)胞貯存和分配氧的蛋白質(zhì)。由一條多肽鏈和一個(gè)輔基血紅素構(gòu)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(gòu)象和功能也相似。 N 端 C端 結(jié)構(gòu)域 (domain)： 大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)?？煞指畛梢粋€(gè)或數(shù)個(gè)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(jié)構(gòu)域。 結(jié)構(gòu)域 (domain) 一般每個(gè)結(jié)構(gòu)域約由 100200個(gè)氨基酸殘基組成，各有獨(dú)特的空間構(gòu)象，并承擔(dān)不同的生物學(xué)功能。 如免疫球蛋白 (IgG)由 12個(gè)結(jié)構(gòu)域組成，其中兩個(gè)輕鏈上各有 2個(gè)，兩個(gè)重鏈上各有 4個(gè)，補(bǔ)體結(jié)合部位與抗原結(jié)合部位處于不同的結(jié)構(gòu)域。蛋白質(zhì)分子中的幾個(gè)結(jié)構(gòu)域有的相同，有的不同；而不同蛋白質(zhì)分子之間肽鏈中的各結(jié)構(gòu)域也可以相同。 結(jié)構(gòu)域 四級(jí)結(jié)構(gòu) （ Quaternary Structure） 具有二條或二條以上獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈組成的蛋白質(zhì)，其多肽鏈間通過次級(jí)鍵相互組合而形成的空間結(jié)構(gòu)稱為 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)(quarternary structure)。 血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu) 四級(jí)結(jié)構(gòu) ? 四級(jí)結(jié)構(gòu)中，每個(gè)具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈單位稱為亞基 (subunit)。 四級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)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(jià)鍵，亞基間次級(jí)鍵的結(jié)合比二、三級(jí)結(jié)構(gòu)疏松，因此在一定的條件下，四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)可分離為其組成的亞基，而亞基本身構(gòu)象仍可不變。 ? 一種蛋白質(zhì)中，亞基結(jié)構(gòu)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(gè)催化亞基與一個(gè)調(diào)節(jié)亞基結(jié)合成天冬氨酸氨甲?；D(zhuǎn)移酶的原聚體。 構(gòu)型（ configuration）： 一個(gè)有機(jī)分子中各個(gè)原子特有的固定的空間排列。這種排列不經(jīng)過共價(jià)鍵的斷裂和重新形成是不會(huì)改變的。構(gòu)型的改變往往使分子的光學(xué)活性發(fā)生變化。氨基酸就有 L型、 D型之分。 構(gòu)象（ conformation）： 指一個(gè)分子中，不改變共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，靠單鍵的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的空間排布。一種構(gòu)象改變?yōu)榱硪环N構(gòu)象時(shí)，不要求共價(jià)鍵的斷裂和重新形成，只是次級(jí)鍵斷裂。構(gòu)象改變不會(huì)改變分子的光學(xué)活性。 蛋白質(zhì)分子多樣性 氨基酸種類不同 氨基酸數(shù)目不同 氨基酸序列不同 肽鏈空間結(jié)構(gòu)不同 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)多樣性 蛋白質(zhì)的種類多樣性 蛋白質(zhì)功能的多樣性 四、蛋白質(zhì)的功能 1. 生物反應(yīng)的催化作用 （ biological catalysis)： 這種蛋白質(zhì)稱為酶 （ enzyme） ， 幾乎所有的生物體中的化學(xué)反應(yīng)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(zhì)，如四膜蟲的L19 RNA分子 ） 。 2. 貯存 （ storage） ： 生物體內(nèi)的離子、小分子、代謝物（ metabolite） 可與蛋白質(zhì)結(jié)合貯存于體內(nèi)，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(zhì)。 3. 運(yùn)輸 （ transport）： 運(yùn) 輸小至電子，大至巨型分子等各種物質(zhì)到體內(nèi)各處，例如運(yùn)鐵蛋白（ transferrin） 運(yùn)送鐵質(zhì)；血紅蛋白運(yùn)送氧氣；有些蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜上形成氣孔或通道讓離子通過細(xì)胞膜；而蛋白質(zhì)本身要穿過細(xì)胞膜時(shí)，也需要其它蛋白質(zhì)的幫助。 4. 傳遞信息 （ message）： 在神經(jīng)細(xì)胞的接合處 ， 蛋白質(zhì)擔(dān)任某些傳遞神經(jīng)信號(hào)所需的小分子的接受器；另外，一些生物反應(yīng)的進(jìn)行必須由組織、器官之間的信號(hào)來控制，攜帶這些信號(hào)的分子稱為激素（ hormone）， 大部分的激素是蛋白質(zhì)，如胰島素（ insulin）； 也有一些蛋白質(zhì)擔(dān)任激素的接受器。 5. 抗體 （ antibody）： 免疫系統(tǒng)的產(chǎn)物，可以用來與外部入侵的細(xì)菌或是病毒結(jié)合。 6. 調(diào)控 （ regulation） ： 在合成蛋白質(zhì)的過程中 ， 有許多蛋白質(zhì)必須適時(shí) 、 適量加入反應(yīng) 。 酶在轉(zhuǎn)錄翻譯過程中 ，由多種蛋白質(zhì)通過復(fù)雜的反饋機(jī)制來促進(jìn)或是抑制一翻譯過程 。 7. 結(jié)構(gòu) （ structure） ： 構(gòu)成生物體的力學(xué)支架 ， 例如膠原蛋白 （ collagen） ， 約占哺乳類蛋白質(zhì)含量的 1/4， 這類蛋白質(zhì)稱為結(jié)構(gòu)蛋白 （ structural protein） 。 五、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 前體與活性蛋白質(zhì) 分子病 蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能 (一 )蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 是空間構(gòu)象的基礎(chǔ) 在生物體內(nèi) ， 蛋白質(zhì)的多肽鏈一旦被合成后 ， 即可根據(jù) 一級(jí)結(jié)構(gòu) 的特點(diǎn)自然折疊和盤曲 ， 形成一定的 空間構(gòu)象 ， 特定的空間構(gòu)象主要是由蛋白質(zhì)分子中多肽鏈和側(cè)鏈 R基團(tuán)形成的次級(jí)鍵來維持的 。 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了它的二級(jí) 、 三級(jí)結(jié)構(gòu) ， 即由一級(jí)結(jié)構(gòu)可以自動(dòng)地發(fā)展到二 、 三級(jí)結(jié)構(gòu) 。 、 ACDEFGHIKLMNPQRSTVWY 一 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 二級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 三 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 四 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ) 牛核糖核酸酶的結(jié)構(gòu) 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