蛋白质的二级和三级结构
维持蛋白质三级结构的作用力
稳定蛋白质三维结构的作用力主要是一些称为非共价键或次级键的弱相互作用
包括：
- 氢键
- 范德华力
- 疏水相互作用
- 盐键（离子键）
- 二硫键
相互作用=相互作用力=化学键
蛋白质分子中的共价键和非共价键
氢键（二级结构的稳定）
可在多肽主链的羰基氧和酰胺氢之间、侧链与侧链、侧链与介质水之间等处形成
范德华力（对结构的精密性和稳定性）
广义的范德华力包括三种较弱的作用力：
- 定向效益
- 诱导效益
- 分散效益
分散效益是在多数情况下起主要作用的范德华力，称为狭义范德华力，也是生物化学领域的范德华力
狭义范德华力是一种很弱的作用力，大学与非键合原子或分子间距离的六次方成反比，但范德华力数量大，并具有加和效益和位相效益，因此不可忽视
疏水相互作用（快速折叠的主要驱动力）
一种熵驱动的热力学现象
非极性分子进入水中，有聚集在一起形成最小疏水面积的趋势，保持这些非极性分子聚集在一起的作用则称为疏水作用
对蛋白质来说，在水相溶液中，球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏在分子的内部，这种现象可称为疏水作用
疏水作用在维持蛋白质的三级结构方面占有突出的地位
盐键（环境敏感）
带相反电荷的氨基酸侧链之间产生的静电吸引力
盐键是蛋白质中对环境最敏感的相互作用之一：pH值、盐浓度
二硫键（三级结构稳定）
对蛋白质的三级结构起稳定作用
多肽链折叠的空间限制
肽平面（肽单位）
因为肽键不能只有旋转，所以肽键的四个原子和与之相连的两个
- 主链上只有
碳原子连接的两个键是单键，可自由旋转 - 绕着
键旋转的角度称为Phi - 绕着
键旋转的角称为Psi - 这两个角称为二面角
二级结构
- 蛋白质二级结构是指蛋白质多肽链主链的局部、规则、重复的空间结构，主要通过主链上的羰基氧（C=O）和氨基氢（N-H）之间形成的氢键来稳定
- 主要有
-螺旋、 -折叠片、 -转角和无规则卷曲 - 复杂的蛋白质分子结构就由这些比较简单的二级结构元件进一步组合而成
蛋白质主要的二级结构
几乎都是右手的 具有旋光性
影响组成
定义
两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间氢键交联形成锯齿状折叠构象
每条肽链称为
肽链的走向可以是平行的，也可以是反平行的
反平行的能力要比平行的低
无规卷曲
- 指蛋白质结构中缺乏稳定规则的、无明确二级结构的区域，它通常呈现高度灵活，无稳定构象的段落
- 常出现在蛋白质的连接区、端端、折叠起始区，或作为柔性连接件，参与蛋白-蛋白相互作用的接触位点、配体结合位点等可调型
蛋白质二级结构的总结
- 二级结构是蛋白质主链的折叠产生的有规则的构象
- 维系蛋白质二级结构的主要作用力是氢键，氢键存在于肽链主链之间而不是氨基酸侧链基团之间
- 氨基酸残基侧链沿蛋白质二级结构的分布是有规律的
- 不同氨基酸对形成某种二级结构有一定的偏好，同时对不能形成某种二级结构有一定的排斥
超二级结构和结构域
超二级结构
相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相互作用，形成有规则，在空间上能辨认的二级结构组合，充当三级结构的组件，称为超二级结构
结构域
多肽链在二级结构及超二级结构的基础上，进一步卷曲折叠，形成三级结构的局部折叠区，它是相对独立的紧密球状实体，称为结构域，一般含有100-200个氨基酸残基
结构域的关键特征
- 独立折叠性：结构域能够在没有完整蛋白质的情况下独立折叠成其基本结构
- 功能单位：结构域往往承担特定的功能，如结合配体、催化、反馈调控或参与蛋白-蛋白互作功能等
- 序列和结构的模块化：同一个蛋白质中的不同结构域在进化中可以作为模块被重复、替换、组合产生新的功能
- 边界可变性：不同蛋白质中同一功能的结构域可能在序列长度、边界位置上存在差异，但保持核心折叠模式
结构域与功能域的关系
- 有时候一个结构域就是蛋白质的功能域，但不总是
- 功能域通常由多个结构域构成
- 作为酶活性部位的功能域经常由多个结构域的相邻部分组成，结构域的剩余部分不参与组成活性部位
练习
