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第四节 蛋白质的三维结构 一、研究蛋白质构象的方法 1、X射线晶体衍射法 （2）荧光和荧光偏振 色氨酸和酪氨酸是主要的荧光基团，其微环境变化能明显地改变其荧光强度和荧光峰位置。 被激发的残基在荧光发射之前明显地发生移动或转动，则偏振光在一定程度上被消偏振。 结合荧光偏振与荧光探针，研究酶与底物、辅因子或抑制剂结合过程中蛋白质构象的变化，以及多亚基蛋白质的缔合和解离。 二、稳定蛋白质三维结构的作用力 非共价作用力有氢键、范德华力、疏水作用和离子键 共价作用力有二硫键 1. 氢键 主链上羰基氧和酰胺氢之间形成的氢键，稳定二级结构的主要作用力 侧链与侧链、侧链与介质水、主链与侧链或主链与水之间形成的氢键也比较重要 折叠策略：主链之间形成最大数目的分子内氢键，能成氢键的侧链处于蛋白质分子的表面将与水相互作用 方向性和饱和性 3、范德华力 非极性分子或基团间的一种瞬时偶极间的相互作用，包括吸引力和斥力。 个别范德华力很弱，但是数量大且具有加和效应和位相效应从而就成为一种不可忽视的作用力。 与肽链氨基酸组成、R基电荷和大小有极大的关系 多聚丙氨酸：R基小、不带电荷，pH7溶液中自发形成α-螺旋 多聚赖氨酸：pH7时R基具有正电荷，彼此静电排斥，不能形成氢键，故不能形成α-螺旋，以无规则卷曲形式存在 多聚谷氨酸：pH4时自发形成α-螺旋 多聚异亮氨酸：α-碳原子附近有较大R基，造成空间阻碍，不能形成α-螺旋 多聚脯氨酸：α-碳原子参与R基吡咯的形成，环内的Cα-N 键不能旋转，且多聚脯氨酸的肽键不具酰胺氢，不能形成链内氢键，因此，多肽链中只要存在脯氨酸，α-螺旋即被中断，并产生一个“结节”，Pro经常出现在α-螺旋的端头，改变多肽链的方向并终止螺旋. 5、蛋白质二级结构举例 广泛分布在动物体内，基本支架和保护成分，有规则的线性结构 分为不溶性和可溶性两类，不溶性蛋白包括角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等，可溶性蛋白包括肌球蛋白和血纤蛋白原 毛发横切面和毛发?-角蛋白的结构 α-角蛋白的伸缩性能很好，一根毛发纤维湿热时可以拉长到原有长度的两倍，α-螺旋被撑开，各圈间的氢键被破坏，转变为β-构象。当张力除去后，单靠氢键不能使纤维恢复到原来的状态。 相邻分子的α螺旋由半胱氨酸残基间的二硫键交联起来的，每4个螺圈就有一个交联键。这种交联键既可以抵抗张力，又可以作为外力除去后使纤维复原的恢复力。结构的稳定性主要是由这些二硫键保证的。 二硫键的数目越多，纤维的刚性越强，根据含硫量大小，可分为硬角蛋白（蹄、爪、角、甲）和软角蛋白（皮肤和毛发） 永久性烫发的原理是什么？ 首先，把头发卷成一定的形状，然后涂上还原剂（一般是含巯基的化合物）溶液并加热。 还原剂可以打开链间的二硫键。湿热破坏氢键使头发α-角蛋白的螺旋结构伸展成β-构象。 然后除去还原剂，涂上氧化剂以便在相邻肽链的半胱氨酸残基对（但不是处理前的残基对）之间建立新的二硫键。 当洗涤并冷却头发时，多肽链回到原来的α-构象。这时头发将以所希望的形式卷曲，因为新的二硫键的形成使得头发纤维的α-螺旋束发生扭曲。 （2）丝心蛋白 蚕丝和蜘蛛丝的一种蛋白质，由伸展的肽链沿纤维轴平行排列成反向β-折叠结构，不含α-螺旋。抗张强度高，质地柔软，但不能拉伸。 主要是由具有小侧链的Gly、Ser和Ala组成，每隔一个残基就是Gly 形成的片层使丝所承担的张力并不直接放在多肽链的共价键上，具有很高的抗张强度。堆积层之间是由非键合的范德华力维系，具有柔软性。但肽链已相当伸展，不能拉伸。 （3）胶原蛋白 结构蛋白质，使腱、骨、牙和血管等结缔组织具有机械强度。例如腱胶原蛋白的抗张强度约为20-30kg/mm2，相当于12号冷拉钢丝的拉力。骨折、腱和软骨损伤都涉及组织中胶原蛋白基质的撕裂或伸张过度 氨基酸组成与典型球状蛋白质有很大不同。皮肤胶原蛋白含很高Gly(33%)和Pro(13%)，并含有3个不常见的氨基酸。这三个氨基酸在缺乏分子氧、维生素C、Fe2+时不能合成。因此人缺乏维生素C，新的胶原蛋白难以合成 胶原蛋白是糖蛋白，糖的加入是在胶原多肽链合成之后，但在折叠成超螺旋之前发生的。 年龄增长，原胶原的螺旋内、间形成的共价键增多，结缔组织中胶原纤维越来越硬而脆，结果改变了肌腱、韧带、软骨的机械性能，使骨头变脆，眼球角膜透明度减少。 胶原蛋白不易被一般的蛋白酶水解，但能被动物的胶原酶断裂。断裂的碎片自动变性，可被普通的蛋白酶水解。胶原蛋白水中煮沸即转变为明胶，是一种可溶性多肽混合物 从营养角度看，胶原蛋白并不是理想的，因为它缺少很多人体所必需的氨基酸。 螺旋区-回折-螺旋识别特定的DNA碱基序列 一些已知功能的超二级结构: 螺旋-回折-螺旋（helix-turn-helix，HTH）