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#生物化学 #蛋白质 #氨基酸 #多肽 #结构 #功能

1. 一级结构

• 定义：蛋白质一级结构是指氨基酸的线性排列顺序。
• 特点：
  • 包括二硫键的位置。
  • 是蛋白质高级结构和功能的基础。
  • 氨基酸序列的差异导致蛋白质结构和功能的显著不同。
• 有时，肽链需要以一定方式断裂才能产生活性，如胰岛素（以牛胰岛素为例）便是通过切除其前体（胰岛素原）中的一段连接肽而生成的。
• 分子病：由氨基酸序列（一级结构）异常导致的疾病
  • eg. 镰刀形红细胞贫血病：Hb β 链第 6 位氨基酸由 Glu 变成 Val，导致携氧能力下降，脆性提高（容易溶血）
• 蛋白质的一级结构与分子进化
  • 分叉进化：从一种共同祖先蛋白质发展出另一种新蛋白质的现象

2. 二级结构

• 定义：蛋白质二级结构是多肽链局部区域通过氢键形成的规则空间结构。
• 主要类型：
  1. α-螺旋：通过氢键沿主链形成右手螺旋，每 3.6 个氨基酸残基顺时针上升一圈，螺距为 0.54 nm。
  2. β-折叠：多条多肽链平行或反平行排列，形成片层结构。（氢键起关键作用）
     • β 折叠片转角处氨基酸残基的 R 基团要小一点，因此 β 折叠片中 Gly 和 Ala 含量高
  3. β-转角：180˚回折，含 4 个氨基酸残基
  4. 其他结构：如无规则卷曲
• 特点：仅涉及主链骨架原子的空间位置，不涉及侧链构象。

3. 三级结构

• 定义：蛋白质三级结构是整条肽链中所有氨基酸残基在三维空间的排布（蛋白质分子或蛋白质分子中亚基的所有原子在空间的排布）。
• 形成机制：主要依靠次级键，包括疏水键、离子键、氢键和范德华力。
• 主要类型：
  • 模体：具有特定空间构象和功能的结构单位，超二级结构，往往和结合蛋白有关。
    • 特征：由特定氨基酸序列组成，发挥特定功能。
    • 常见模体：αα、βαβ、ββ、锌指、Leu 拉链等。
    • 示例：钙离子结合蛋白、纤维蛋白受体结合肽。
  • 结构域：球状的亚结构，三级结构中具有独立结构和功能的区域。
• α-角蛋白中稳定三级结构的共价键是二硫键（因此不溶于水）
• 胶原蛋白的氨基酸序列通常是三肽单位重复（Gly-X-Pro 或者 Gly-X-羟脯氨酸），只有 Gly 残基才适合 α-链间的紧密连接，使得胶原蛋白的螺旋急剧地扭曲
• 球蛋白折叠原则
  1. 寿星肖颖
  2. 使蛋白质与溶液接触的表面积达到最小

4. 四级结构

• 定义：四级结构指蛋白质分子中各亚基的空间排布，仅适用于由多条肽链组成的蛋白质。
• 特点：
  • 每条肽链（亚基）具有完整的三级结构。
  • 亚基间主要通过氢键和离子键结合。
  • 完整的四级结构是发挥生物学功能的前提。

5. 稳定蛋白质的作用力

• 蛋白质稳定构象的原则：热力学自由能最小
• 弱相互作用力是稳定蛋白质构象的主要作用力
  • 包括氢键、疏水相互作用和离子相互作用

序号	作用力	维持蛋白质的结构	备注
1	氢键	二级结构	具有方向性、饱和性
2	疏水作用	三级、四级结构	蛋白倾向把疏水残基埋在分子内部
3	静电作用（离子键）	三级结构
4	二硫键	三级结构
5	范德华力	三级结构

• 蛋白质大小的限制因素：
  1. 核酸遗传编码能力
  2. 蛋白质生物合成过程的精确性

6. 蛋白质结构与功能的关系

6.1 一级结构与功能

• 一级结构是蛋白质空间构象的基础。
• 一级结构相似的蛋白质通常具有相似的高级结构和功能。
• 氨基酸序列改变可能导致分子病（如镰状细胞贫血）。
• 序列信息提供生物进化线索。

6.2 高级结构与功能

• 一级结构决定功能，但高级结构是功能发挥的前提。
• 示例：
  • 肌红蛋白（Mb）：单链三级结构蛋白质。
  • 血红蛋白（Hb）：由四个亚基组成的四级结构蛋白质。
• 构象改变可能引发疾病（如疯牛病朊病毒）。