蛋白质三维结构概述
蛋白质的构象主要由弱相互作用稳定
包括离子相互作用（或称离子对、盐键或盐桥）、氢键、范德华力和疏水相互作用
测定蛋白质三维结构的方法
研究溶液中蛋白质构象的其他方法
圆二色性
一个分子中任何形式的结构上的不对称性都能用圆二色性光谱学来测定
还可用于估算蛋白质中α螺旋、β折叠片和无规卷曲的含量
蛋白质的二级结构
α螺旋是常见的蛋白质二级结构
α螺旋的结构
重复性结构，一个螺圈包含3.6个氨基酸残基，沿螺旋轴方向上升0.54nm，称为移动距离或螺距。每个残基绕轴旋转100º，沿轴上升0.15nm
一个螺旋段中相邻螺圈之间形成氢键，氢键的取向几乎与螺旋轴平行
一个含n个残基的α螺旋会有（n-4）个氢键，螺旋的头4个酰胺氢和最后4个羰基氧不参与螺旋中的氢键形成
α螺旋的手性
右手螺旋和左手螺旋都是由L氨基酸构成的，因此右手左手不是对映体
氨基酸序列影响α螺旋的稳定性
多聚Glu和多聚Lys（或多聚Arg）在pH7下不能形成α螺旋
多聚Glu在此pH下R基具有负电荷，相邻残基彼此发生静电排斥，不能形成链内氢键，同样，多聚Lys（或多聚Arg）在pH7时R基带正电荷
多聚Lys（或多聚Arg）在pH≥12或多聚Glu在pH≤4时，自发形成α螺旋
Asn、Ser、Thr和Cys在链中靠在一起使α螺旋不稳定
Pro或Gly形成α螺旋的倾向性最小
Pro的N是刚性环的一部分，给α螺旋引入了一个去稳定的结节
β构象把多肽链组织成片层结构
β片中每个肽链称为β折叠股或β股，至少两条β股才能构成β折叠
Val、Ile、Phe、Tyr、Trp、Thr更容易出现在β折叠中
纤维状蛋白质中β折叠片主要是反平行式的，球状蛋白质中反平行和平行两种都广泛存在；
纤维状蛋白质中β折叠片的氢键主要是在不同肽链之间形成，球状蛋白质中即可以在不同肽链或不同蛋白质分子之间形成，也可以在同一肽链的不同肽段之间形成
纤维状蛋白质
α—角蛋白是α螺旋蛋白质
α—角蛋白结构的稳定性主要是由这些二硫键保证的，二硫键数目越大，纤维的刚性越强
胶原蛋白是一种三股螺旋
三股螺旋是一种右手超螺旋缆，其中每股自身是一种左手螺旋
从营养角度看，胶原蛋白并不是理想的，缺少人体所必需的氨基酸
蛋白质超二级结构和结构域
超二级结构是二级结构的组合体
由两个或更多个相邻的二级结构单元和它们的连接部件组合在一起，相互作用，形成种类不多的、内能持续降低的、有规则的二级结构组合或二级结构簇或串，在多种蛋白质中充当三级结构的元件，称为超二级结构或模体
结构域是三级结构中相对独立的局部折叠区
多肽链在二级结构或超二级结构的基础上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，称结构域
对于较小的球状蛋白分子或亚基来说，结构域和三级结构是一个意思，也就是说这些蛋白质或亚基是单结构域
球状蛋白质与三级结构
三级结构的形成
蛋白质分子的肽链中所有肽键和氨基酸残基的空间位置，即蛋白质中所有原子的空间定位
膜蛋白的结构
膜内在蛋白质
具有单跨膜肽段的膜蛋白
血型糖蛋白，胞外有许多亲水的寡糖基与之相连，这些寡糖基构成红细胞的ABO血型抗原特异性
四级结构和亚基缔合
有关四级结构的一些概念
具有三级结构的多肽链称为亚基，通过非共价相互作用缔合在一起。有时也称单体
四级缔合在结构和功能上的优越性
提高遗传经济性和效率
蛋白质单体缔合成寡聚体对一个生物体在遗传上是经济的。编码一个将装配成同多聚蛋白质的单体所需的DNA比编码一条相对分子质量相同的大多链要少
使催化基团汇集在一起
许多酶至少它们的某些催化能力是来自单体亚基的寡聚缔合
具有协同性和别构效应
多亚基蛋白质一般具有多个结合部位结合在蛋白质分子的特定部位上的配体对该分子的其他部位所产生的影响（如改变亲和力或/和催化能力）称为别构效应
别构蛋白质分子至少含有两个活性部位，或者还有别构部位。这两种部位可以在同一个亚基上，也可以在不同的亚基上，数目可以相同也可以不同
别构蛋白质不管是否存在别构部位（有些别构酶不存在别构部位，只有同促效应），但活性部位之间的同促效应总是有的。同促效应是别构效应的基本，异促效应可看成是对同促效应的进一步调节
蛋白质的变性、折叠和结构预测
蛋白质的变性
天然蛋白质分子受到某些物理因素如热、紫外线照射、高压和表面张力等或化学因素如有机溶剂、脲、胍、酸、碱等的影响时，生物活性丧失，溶解度降低，不对称性增高以及其他物理化学常数发生改变，这种过程称为蛋白质变性
蛋白质变性的实质是蛋白质分子中的次级键被破坏，引起天然构象解体。变性不涉及共价键（肽链和二硫键等）的破裂
变性剂使蛋白质变性的机制
变性剂：尿素和盐酸胍
尿素和盐酸胍增加非极性侧链在水中的溶解度，因而降低了维持蛋白质三维结构的疏水相互作用
去污剂：十二烷基硫酸钠（SDS）
破坏蛋白质分子内的疏水相互作用使非极性基团暴露于介质水中
蛋白质变性和复性的学说
当变性因素除去后，变性蛋白质又可重新回复到天然构象，这一现象称为蛋白质复性
氨基酸序列规定蛋白质的三维结构
最直接有力的证据来自某些蛋白质的可逆变性实验：牛胰核糖核酸酶复性
二硫键对肽链的正确折叠并不是必要的，但它对稳定折叠肽结构作出贡献
蛋白质的三维结构归根结底是由一级序列决定的。也就是说三维结构是多肽链上的各个单键旋转自由度受到各种限制的总结果。这些限制包括肽键的硬度即肽键的刚性平面性质、肽链中疏水基和亲水基的数目和位置、带正电荷和带负电荷的R基的数目和位置以及溶剂和其他溶质等。在这些限制因素下通过R基团的彼此相互作用以及R基团与溶剂和其他溶质相互作用，最后达到平衡，形成了在一定条件下热力学上最稳定的空间结构。这样就实现了复杂生物大分子的自装配原则
蛋白质肽链折叠的动力学
分子伴侣：通过抑制新生肽链不恰当的聚集并排除与其他蛋白质不合理的结合，协助多肽链的正确折叠
蛋白质内部的相互作用买能量上一般有利于蛋白质的稳定，又因蛋白质表面与溶剂水的相互作用常不利于稳定，所以降低表面积与体积的比值总的结果是增强蛋白质结构的稳定性。亚基缔合还可以屏蔽亚基表面上的疏水残基以避开溶剂水。亚基能识别自身或其他亚基，由于结合亚基突变体的能力较弱，因而可排除在遗传翻译中产生的任何错误
Pro是亚氨基酸，当氨基与羧基结合成肽键后，少了氢键，因此通过对Pro的羟基化修饰来弥补氢键。羟基化修饰需要羟化酶，羟化酶活性部位有Fe2+，易被氧化成Fe3+，需要抗氧化剂维生素C，缺少维生素C会造成牙龈出血和坏血病
影响α螺旋稳定性的5个因素：①氨基酸残基形成α螺旋的固有倾向性；②R基之间，特别是间隔3（或4）个残基的R基之间的相互作用；③相邻R基的庞大体积；④Pro和Gly残基的存在；⑤螺旋段末端的氨基酸残基和α螺旋所特有的电偶极之间的相互作用。因此，多肽链的一个给定肽段形成α螺旋的倾向性取决于该肽段内氨基酸残基的本性和序列。
构象/三维结构：一个蛋白质中或一个蛋白质的
任一部分中的原子空间排列
任何一种处于有功能的折叠构象的蛋白质称为天然蛋白质
