1.一 级 结 构（ 线 性 结 构） 蛋 白 质 的 一 级 结 构 (primary structure) 指 它 的 氨 基 酸 序 列 。 首 N 端（ “H”） 末 C 端（“OH”） 其 中 的 氨 基 酸 称 氨 基 酸 残 基( —NH—CO—) R

我国1965年在世界上第一个用化学方法人工合成的蛋白质就是这种牛胰岛素。

H2 二 硫 键 提问： 维持蛋白质一级结构的作用力是?键。 -SH 巯（ 读“ qiu”, 音 同 球 )基 半 胱 氨 酸 半 胱 氨 酸 胱 氨 酸 -SH 巯（ 读“ qiu”, 音 同 球 )基 价 键 牢 固， 稳 定 蛋 白 质 结 构 提问： 维持蛋白质一级结构的作用力是?键。 答 案： 肽 键、二硫键

蛋白质的一级结构（化学结构） 一级结构就是蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序，即氨基酸的线性序列。在基因编码的蛋白质中，这种序列是由mRNA中的核苷酸序列决定的。一级结构中包含的共价键主要指肽键和二硫键。

  蛋白质一级结构测定的意义 氨基酸序列（一级结构） → 推断 空间结构 （高级结构） → 预测 功能

一级结构确定的原则： 将大化小，逐段分析，制成两套肽片段，找出重叠位点，排出肽的前后位置，最后确定蛋白质的完整序列。 目前往往采用从待测蛋白质的基因序列反推出蛋白质的一级结构。

蛋白质测序的一般步骤 （1）测定蛋白质分子中多肽链的数目。 （2） 拆分蛋白质分子中的多肽链。 （3） 测定多肽链的氨基酸组成。 （2） 拆分蛋白质分子中的多肽链。 （3） 测定多肽链的氨基酸组成。 （4） 断裂链内二硫键。 （5） 分析多肽链的N末端和C末端。 （6）多肽链部分裂解成肽段。 （7） 测定各个肽段的氨基酸顺序 （8） 确定肽段在多肽链中的顺序。 （9） 确定多肽链中二硫键的位置。

氨基酸排列顺序的末端分析 DNP-氨基酸用乙醚抽提，用层析法鉴定 FDNB + 肽 DNP-肽 DNP－氨基酸＋混合氨基酸 弱碱 HCL FDNB + 肽 DNP-肽 水解 DNP－氨基酸＋混合氨基酸 DNP-氨基酸用乙醚抽提，用层析法鉴定 第一种方法：FDNB法或Sanger法

N端分析法有： （1）FDNB法或Sanger法 （2）丹磺酰氯法（DNS-Cl法） （3）PITC法或Edman法

C端分析－肼解法 无水，加热 多肽（蛋白质）＋肼 离心法 氨基酸－肼化物 ＋C端氨基酸 C端氨基酸 用二硝基氟苯法进行鉴定

C端分析法有： (1)肼解法 (2)C-末端还原法 (3)羧肽酶法

羧肽酶法（常用4种） A:不能水解Pro、Arg、Lys B:只能水解Arg、Lys A+B:只有Pro不能水解 C：不能水解羟脯氨酸 选择时，选专一性较差的C、Y，水解氨基酸的速度较恒定。

肽链的部分裂解（酶法裂解） ①胰蛋白酶 Lys —— X (X ≠ Pro) Arg——X ②胰凝乳蛋白酶 Tyr——X   ②胰凝乳蛋白酶 Tyr——X (X ≠ Pro) Trp——X   Phe——X

肽的人工合成原理 1)A氨基酸，活化氨基，保护羧基 2)B氨基酸，活化羧基，保护氨基 3)合成肽键 4)去除保护基团

氨基酸排列顺序推导例题1： 从一种真菌中分离得到一种八肽，氨基酸分析表明它是由Lys、Lys、Tyr、Phe、Gly、Ser、Ala、Asp组成。此肽与FDNB作用，进行酸水解，释放出DNP—Ala。用胰蛋白酶裂解产生两个三肽即(Lys、Ala、Ser)和(Gly、Phe、Lys)以及一个二肽。此肽与胰凝乳蛋白酶反应即放出自由的天冬氨酸，一个四肽(Lys、Ser、Phe、Ala)及一个三肽。此三肽与FDNB反应随后用酸水解产生DNP-Gly，试写出此八肽的氨基酸序列。

参考答案： Ala-Ser-Lys-Phe-Gly-Lys-Tyr-Asp

2. 空 间 结 构（ 又 称 构 象） n 多肽链 构象是由于分子中存在可自由旋转的原子，形成的分子空间特殊的结构状态。 肽 键 2. 空 间 结 构（ 又 称 构 象） 构象是由于分子中存在可自由旋转的原子，形成的分子空间特殊的结构状态。 肽 键 氨基酸残基 n 多肽链

蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向。 蛋白质的空间结构（构象、高级结构） 蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向。

构型与构象的区别 构型：指在一个化合物分子原子的空间排列，这种排列的改变会牵涉到共价键的形成和破坏，但与氢键无关。如氨基酸的D-和L-型。 构象：是用来表示一个多肽结构中一切原子沿共价键转动而产生的不同空间排列，这种构象的改变会牵涉到氢键的形成和破坏，但不致使共价键被破坏。

蛋白质构象稳定的原因： 1）酰胺平面； 2）R的影响。

酰胺平面 由于羰基碳-氧双键的靠拢，允许存在共振结构（resonance structure），碳与氮之间的肽键有部分双键性质，由CO-NH构成的肽单元呈现相对的刚性和平面化，肽键中的4个原子和它相邻的两个α-碳原子多处于同一个平面上。 氨基的H与羰基的O几乎总是呈反式（trans）而不是顺式（cis）。

酰胺平面 共 振 形 式 肽 键 中C-N 键 具 有 部 分 双 键 性 质， 因 此 组 成 酰 胺 的 原 子 处 于 同 一 平 面

多肽链＝通过可 旋转的α- 碳 原 子连接的酰胺平面链 提 问： 是 不 是 蛋 白 质可以有 无 数 种 构 象？在特定状态下呢？与什么有关? 答 案： 是；一种， 受力

肽链的二面角 肽主链上只有α碳原子连接的两个键（Cα—N1和Cα-C2）是单键，能自由旋转。 环绕Cα—N键旋转的角度为Φ 多肽链的所有可能构象都能用Φ和Ψ这两个构象角来描述，称二面角。

外力（外因） 内力（内因） 提问：影响蛋白质构象的作用力有哪些？ 按不同种类内力以及产生的构象变化把构象划分为二、三、四级层次。 蛋白质分子内各原子间作用力 外力（外因） 与溶剂及其他溶质作用力 内因为主，外因通过改变内因起作用 按不同种类内力以及产生的构象变化把构象划分为二、三、四级层次。

本次课内容提示（2008年5月6日）： 蛋白质的空间结构（即构象）： 1、蛋白质的二级结构：①α-螺旋；②β折叠片；③β-转角；④自由回转 2、超二级结构；结构域 3、三级结构 4、四级结构

复习提问： 何为蛋白质的一级结构？维持蛋白质一级结构的作用力是什么？

参考答案: 一级结构就是蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序，即氨基酸的线性序列。在基因编码的蛋白质中，这种序列是由mRNA中的核苷酸序列决定的。 一级结构中包含的共价键主要指肽键和二硫键。

1. 二 级 结 构 ——蛋白质多肽链本身的盘绕与折叠方式。 包括α-螺旋、β-折叠片、β-转角、自由回转四种方式。 1. 二 级 结 构 ——蛋白质多肽链本身的盘绕与折叠方式。 包括α-螺旋、β-折叠片、β-转角、自由回转四种方式。 A. α-螺旋（蛋白质最常见的二级结构形式） α—螺旋是肽链的盘绕形式 有左右手之分

(a) 理 想 的 右 a 螺 旋 。 虚 线 代 表 氢 键 绿 色：C 蓝 色：N 红 色：O (b) 右 a 螺 旋 。 (c) 左 a 螺 旋 。 天然蛋白质大部分为右手螺旋；

氢 键 (a) 一 般 形 式 。 D 代 表 donator；A 代 表 acceptor。 (b) 水 分 子 之 间 的 氢 键 。 (c) 在 弯 曲 的 多 肽 链 内 ， 例 如 a 螺 旋 (d) 酶 RNase A 与 其 胸 腺 嘧 啶 之 间 的 氢 键 。

由同一条肽链内 每 3个 氨 基 酸 残基的两个肽键衍生而来（ α螺旋的氢键特点） O ……（ 氢 键 ）………H —C—（NH—CH—CO）3—N— R 由同一条肽链内 每 3个 氨 基 酸 残基的两个肽键衍生而来（ α螺旋的氢键特点）

α螺旋的表示方法： 这种典型的α螺旋用3.613表示，3.6表示每圈螺旋包括3.6个残基，13表示氢键封闭的环包括13个原子。 2.27螺旋 310 螺旋 613螺旋 4.316螺旋

α-螺旋（α-helix）结构要点小结： Pauling和Corey于1965年提出。 1）螺旋的每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距离为0.54nm，每个残基沿轴旋转100°，每个氨基酸对α-螺旋的贡献是0.15nm。 2）每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基酸氨基上的氢形成氢键（hydrogen bond），氢键的走向平行于螺旋轴，所有肽键都能参与链内氢键的形成。

3)R侧链基团伸向螺旋的外侧。 R 螺旋的横截面

4）Pro的N上缺少H，不能形成氢键，经常出现在α-螺旋的端头，它改变多肽链的方向并终止螺旋。 5） α-螺旋有左手螺旋和右手螺旋两种，但天然蛋白质α-螺旋，绝大多数是右手螺旋

影响α-螺旋形成的因素主要是： ① 存在侧链基团较大的氨基酸残基； ② 连续存在带相同电荷的氨基酸残基； ③ 存在脯氨酸残基。

思考讨论题： 在PH＝7.0的缓冲溶液中，以下多肽哪段可能形成α-螺旋结构？多肽链在哪里发生转弯？可能形成的二硫键？ Ile-Lys-Arg-Lys-Tyr-phe-Met-Cys-pro-Ala-Glu-Glu-Glu-pro-Cys-Met-Lys-Glu-Leu。

参考答案： 从第四位Lys至第八位Cys可形成α-螺旋结构，在Pro处产生转弯，从15位Cys至19位Leu，可形成α-螺旋结构，该肽段可形成一对二硫键（即第8位和第15位Cys之间）。

B.β折叠片 β-折叠片是多肽链的折叠形式 平行肽链间以氢键从侧面连接的构象

β股 折叠片 注意：维持β-折叠片的作用力是肽键衍生出的氢键 提问：这种氢键与α-螺旋中的氢键有何不同呢？ 答案：形成氢键的N、O归属于不同的肽链。

平行式 反平行式

小结β-折叠的结构特征为： ① β-折叠结构中两个氨基酸残基之间轴心距为0.35nm（反平行式）及0.325nm（平行式）。 ②若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片； ③所有肽键的C=O和N-H形成链间氢键； ④侧链基团分别交替位于片层的上、下方。

β折叠片 β转角 α螺旋 自由回转

C.β转角 作用力——同样是肽键衍生来的氢键 但由于只有这一个氢键，只形成β-转角结构。 —C—（NH—CH—CO）2—N— R O ……（ 氢 键 ） ………H —C—（NH—CH—CO）2—N— R

β-转角 β-转角也称β-回折（reverse turn）、β-弯曲（β-bend）、发夹结构（hair-pin structure） β-转角是球状蛋白质分子中出现的180°回折，有人称之为发夹结构，由第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H间形成氢键。 目前发现的β转角多数在球状蛋白质分子表面，β转角在球状蛋白质中含量十分丰富，占全部残基的1/4。

β转角的特征： ①由多肽链上4个连续的氨基酸残基组成。 ②主链骨架以180°返回折叠。 ③第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H生成氢键 ④C1α与C4α之间距离小于0.7nm ⑤多数由亲水氨基酸残基组成。

复习： （1）极性氨基酸：1）不带电：Ser、Thr、Asn、Gln、Tyr、Cys；2）带正电：His、Lys、Arg；3）带负电：Asp、Glu （2）非极性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Trp

D.自由回转 自由回转 ——没有一定规律的松散的肽链结构 作用力弱 酶的功能部位常常处于这种构象区域里 维持蛋白质二级结构的作用力是？ 肽键衍生而来的氢键

自由回转的结构特点为： 主链骨架无规律盘绕的部分

纤维状蛋白只有二级结构，例如毛发与肌肉蛋白

纤维状蛋白只有二级结构，例如毛发中的α-角蛋白：   纤维状蛋白只有二级结构，例如毛发中的α-角蛋白： 主要由α-螺旋结构组成，三股右手α-螺旋向左缠绕形成原纤维，原纤维排列成“9+2”的电缆式结构称微纤维，成百根微纤维结合成大纤维

β-角蛋白： 含大量的Gly、Ala、Ser，以β-折叠结构为主。 丝心蛋白取片层结构，即反平行式β-折叠片以平行的方式堆积成多层结构。链间主要以氢键连接，层间主要靠范德华力维系。

电子显微镜下的人体头发

微纤维 α螺旋 大纤维 皮层细胞 鳞状细胞 原纤维 烫发时 微纤维 还原剂

思考讨论题： 羊毛衫等羊毛制品在热水中洗后在电干燥器内干燥，则收缩。但丝制品进行同样处理，却不收缩。如何解释这两种现象？

答: 羊毛纤维多肽链的主要结构单位是连续的α-螺旋圈，其螺距为5 答: 羊毛纤维多肽链的主要结构单位是连续的α-螺旋圈，其螺距为5.4A。当处于热水（或蒸汽）环境下，使纤维伸展为具有β-折叠构象的多肽链。在β-折叠构象中相邻R基团之间的距离是7.0A。当干燥后，多肽链重新由β折叠转化为α螺旋构象，所以羊毛收缩了。而丝制品中的主要成分是丝心蛋白，它主要是由呈现β折叠构象的多肽链组成的，丝中的β-折叠含有一些小的、包装紧密的氨基酸侧链，所以比羊毛中的α-螺旋更稳定，水洗和干燥其构象基本不变。

计算题： 计算（1）某个含有122个aa残基的α-螺旋的轴长。（2）将此多肽链完全伸展，求此多肽链的长度。（3）此多肽的分子量大约是多少（aa的分子量为120）？

参考答案： 1)α-螺旋的轴长：122×0.15nm=18.3nm 2)此多肽链完全伸展，此多肽链的长度：122×0.35=42.7nm 3)此多肽的分子量大约是： 122×120=14640

课后作业题： （首都师范大学 2000年）蛋白质二级结构的类型、特点及其在分子整体空间结构的作用。

2.1超二级结构 是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，在空间上能辨认的二级结构组合体。是蛋白质二级结构至三级结构层次的一种过渡态构象层次。