导图社区 蛋白质的分子结构思维导图
这是一篇关于生物化学与分子生物学笔记中关于蛋白质的分子结构的思维导图，知识点归纳整理总结的非常全面，方便备考复习。
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第14章DNA的生物合成读书笔记
蛋白质的分子结构
每种蛋白质都有其一定的氨基酸种类、组成百分比、氨基酸排列顺序以及肽链空间的特定排布位置
蛋白质复杂的分子结构分成4个层次，即一级、二级、三级、四级结构
后三者统称为高级结构或空间构象
只有由2条或2条以上肽链形成的蛋白质才有四级结构
蛋白质的空间构象涵盖了每一原子在三维空间的相对位置
是蛋白质特有性质和功能的结构基础
一级结构
从N-端至C-端的氨基酸排列顺序
主要化学键是肽键和二硫键
蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础
但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素
如疯牛病朊病毒PrP
二级结构
蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构
涉及主链骨架原子的相对空间位置，不涉及侧链的构象
即C,Cα，N的重复排列
主要包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和Ω环
主要化学键是氢键
参与肽键形成的6个原子在同一平面上
肽单元
Cα1、C、O、N、H、Cα2这六个组成肽键的原子
刚性平面结构
与C-N相连的H和O与呈反向分布
Cα1和Cα2形成反式结构
原因
肽键键长（0.132nm）介于单（0.149）双（0.127）键之间，一定程度有双键性质，不能自由旋转
Cα与N和C之间的单键可以自由旋转
决定了两个相邻的肽单元平面的相对空间位置
α-螺旋是常见的二级结构
肽链的主链围绕中心轴作有规律的螺旋式上升
顺时针方向，右手螺旋
氨基酸侧链伸向螺旋外侧
每3.6个残基螺旋上升一圈，螺距为0. 54nm，每个残基高0.15nm
每个肽键的N-H和第四个肽键的羰基氧形成氢键
方向与长轴平行
数条α-螺旋状的多肽链缠绕形成缆索，增强其机械强度和弹性
蛋白质表面的α-螺旋具有两性
如血浆脂蛋白、多肽激素和钙调蛋白激酶
分布
肌红蛋白和血红蛋白（许多链）；毛发的角蛋白、肌组织的肌球蛋白以及血凝块中的纤维蛋白（绝大多数）
β-折叠使多肽链形成片层结构
若干肽段排列起来所形成的扇面状片层构象
由若干条肽段平行或反平行排列组成片状结构
借相邻主链之间的氢键维持稳定
肽单元以Cα为旋转点，折叠成锯齿状
一般较短，只含5-8个残基
蚕丝蛋白几乎都是β-折叠
β-转角和Ω环存在于球状蛋白质中
β-转角
常发生于肽链进行180°回折时的转角上
回折部分通常由4个残基组成
第一个残基的羰基氧与第四个残基的氨基氢形成氢键
第二个残基常为Pro，其他常见残基有Gly、Asp、Asn和Trp
主链骨架本身以大约180°回折
两种类型
转角I
转角II
第3个残基往往是Gly
相似，只是肽键的二面角Ψ和Φ角不同
Ω环
在球状蛋白质中
蛋白质分子的表面
以亲水残基为主
在分子识别中可能起重要作用
氨基酸残基的侧链影响二级结构的形成
二级结构以一级结构为基础
一段肽链残基的R适合形成α-螺旋或β-折叠，它就会出现相应的二级结构
妨碍α-螺旋形成的主要因素
多个酸性或碱性残基相邻，R带同种电荷相斥
Asn , Leu存在处，侧链大，位阻效应强
Pro的N原子位于刚性五元环中，不能形成氢键，妨碍盘曲而使肽链走向转折
β-折叠形成的条件
较小的R（如Gly , Ala）容许两条肽段彼此接近
三级结构
三级结构是指整条肽链中全部残基的相对空间位置
即所有原子在三维空间的排布位置
如球状蛋白
成紧密的球状或椭球状；含有多种二级结构并具有明显的折叠层次；疏水侧链常分布在分子内部；超二级结构
主要化学键是次级键，如疏水键、盐键、氢键和范德华力
结构模体可由2个或2个以上二级结构肽段组成
结构模体
蛋白质分子中具有特定空间构象和特定功能的结构成分
结构模体的特征性空间构象是其特殊功能的结构基础
超二级结构
2个或2个以上具有二级结构的肽段在空间上相互接近，形成规则的二级结构组合
主要是由非极性氨基酸残基参与的
亮氨酸拉链
DNA结合蛋白和其他蛋白质中
常出现在真核生物DNA结合蛋白的C-端，往往与癌基因表达调控功能有关
两个两用性的α-螺旋的疏水面（含Leu残基）相互作用形成一个圈对圈的二聚体结构，Leu隔6个氨基酸出现一次
钙结合蛋白中结合钙离子的模体
螺旋－环－螺旋
环中有几个恒定的亲水侧链，侧链末端的氧原子通过氢键而结合钙离子
锌指结构
1个α-螺旋和2个反平行的β-折叠
结合锌离子
锌离子可稳固模体中的α-螺旋结构
含锌指结构的蛋白质都能与DNA或RNA结合
形式
α-螺旋-β-转角（或环）-α-螺旋模体
多种DNA结合蛋白
链-β-转角－链
反平行β-折叠的蛋白质
链-β-转角-α－螺旋-β－转角－链模体
多种α-螺旋/β折叠蛋白质
结构域是三级结构层次上具有独立结构与功能的区域
结构域
分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密且稳定的区域，并各行其功能
可看作是球状蛋白质的独立折叠单位，有较为独立的三维空间结构
并非所有蛋白质的结构域都明显可分
大多数结构域含有序列上连续的100-200个氨基酸残基
用限制性蛋白酶水解，含多个结构域的蛋白质常分解出独立的结构域，而各结构域的构象可以基本不改变，并保持其功能
蛋白质的多肽链须折叠成正确的空间构象
在一定的条件下，可能只形成一种正确的空间构象
分子伴侣蛋白辅助下，蛋白质才能折叠成正确的空间构象
提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构
可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，防止错误的聚集发生
与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠
诱导二硫键正确折叠
四级结构
蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用
亚基
两条或两条以上多肽链中各条肽链都有其完整的三级结构
亚基间呈特定的三维空间排布
以非共价键相连，主要是氢键和离子键
同二聚体
2个亚基结构相同的四级结构蛋白质
异二聚体
对于2个以上亚基构成的蛋白质，单一亚基一般没有生物学功能，完整的四级结构是其发挥生物学功能的保证
蛋白质的分类
有无其他非氨基酸组分
单纯蛋白质
缀/结合蛋白质
非蛋白质部分一般为蛋白质的生物学活性或代谢所依赖
非蛋白质部分被称为辅基，绝大部分以共价键相连
常见的有色素化合物、寡糖、脂质、磷酸、金属离子甚至分子量较大的核酸
按形状
纤维状蛋白质
形似纤维，长轴的长度比短轴长10倍以上
多数为结构蛋白质，较难溶于水
作为细胞坚实的支架或连接各细胞、组织和器官的细胞外成分
如胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白等
球状蛋白质
近似球形或椭球形
多数可溶于水
如酶、转运蛋白、蛋白质类激素代谢调节蛋白、基因表达调节蛋白及免疫球蛋白等
蛋白质家族
氨基酸序列相似而且空间结构与功能也十分相近的蛋白质
同源蛋白质
属于同一蛋白质家族的成员
蛋白质超家族
2个或2个以上的蛋白质家族之间，其氨基酸序列的相似性并不高，但含有发挥相似作用的同一模体结构
