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生物化学思维导图——5.蛋白质的三维结构
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编辑于2022-07-20 20:00:55- 考研综合
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蛋白质的三维结构
研究蛋白质构象的方法（p198-200）
用于测定晶体结构
X射线衍射法
研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法
紫外差光谱
荧光和荧光偏振
圆二色性
核磁共振
稳定蛋白质三维结构的作用力（p201图5-8）
非共价键/次级键
氢键
定义：由电负性原子与氢形成的基团如N-H和O-H具有很大的偶极矩，成键电子云分布偏向负电性大的原子，因此氢原子核周围的电子分布就少，正电荷的氢核就在外侧裸露；这一氢核遇到另一个电负性强的原子时，就产生静电吸引
多肽内氢键：主链的碳基氧和酰胺氢（稳定蛋白质二级结构的主要作用力，α-螺旋 β-折叠片）；侧链与侧链、侧链与介质水、主链肽基与侧链、主链肽基与水；
特征
方向性
饱和性
蛋白质折叠策略：使主链肽基之间形成最大数目分子内氢键（α-螺旋 β-折叠片），与此同时保持大多数能成氢键的测量处于蛋白质分子的表面将与水相互作用
变性剂：尿素、盐酸胍
范德华力
广义范德华力
定向效应
发生在极性分子与极性基团之间；是永久偶极间的静电相互作用（氢键可看作是这种范德华力）
诱导效应
发生在极性物质和非极性物质之间；是永久偶极和它诱导形成的诱导偶极之间的静电相互作用
分散效应（狭义范德华力）
瞬间偶极间的相互作用，偶极方向是瞬时变化的；是由于分子/基团中电子运动不对称造成的；
分类
斥力
吸引力
范德华距离/接触距离
范德华力只有当两个非键合原子处于一定距离（约为两个原子的范德华半径之和）是才能达到最大（表5-2）
具有加和效应和位相效应
疏水作用（熵效应）
定义：水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏在分子的内部，即为疏水作用；疏水作用不是疏水基团之间有什么吸引力（除范德华力），而是疏水基团/侧链出自避开水的需要而被迫接近
蛋白质溶液的熵增加是疏水作用的主要动力
疏水化合物/基团进入水中时，它周围的水分子将排列成刚性的有序结构“笼型结构”；与此相反的过程（疏水作用），排列有序的笼型结构的水分子将被破坏，这部分水分子被排入自由水中，使水的混乱度增加，即熵增加。因此疏水作用时熵驱动的自发过程
影响因素
在生理温度范围内随温度的升高而升高（水分子有序结构破坏）；超过一定温度，又趋减弱（疏水基团/化合物周围有序水分子破坏）
变性剂
非极性溶剂、去污剂是破坏疏水作用力的试剂
尿素、盐酸胍既能破坏氢键、又能破坏疏水作用力，是强变性剂
盐键（离子键）
定义：正电荷与负电荷之间的一种静电相互作用 F=Q1Q2/（ εR2） ε为介电常数
两种形式
在生理PH下，酸性氨基酸的侧链可解离为负离子，碱性氨基酸侧链解离为正离子；（1）多数情况下这些基团分布在球状蛋白表面，与介质水分子形成电荷-偶极之间的相互作用，形成水化层；（2）荷电的侧链也在蛋白质分子内部出现，一般与其它基团形成强的氢键，但也有少数带相反电荷的基团在分子疏水内部形成盐键
影响因素
升高温度/加入非极性溶液，盐键加强；加入盐类减弱
共价二硫键
大多数在多肽链β转角附近形成；其并不规定多肽链的折叠，只是起到稳定的作用
多肽主链折叠的空间限制
酰胺平面（主链肽基所在平面）与α-C的二面角
拉氏构象图
二级结构：多肽链折叠的规则方式
主链本身高度亲水，在疏水基团折叠进入分子内部时，必然有一部分亲水主链被埋在里面，这就产生了矛盾；解决方式为蛋白质主链折叠产生由氢键维系的有规则的构象——二级结构（C=O···H-N）
常见的几种二级结构元件
α-螺旋/3.6【13】螺旋
重复性结构
结构
每圈螺旋3.6个残基，每个残基绕轴旋转100º，沿轴上升0.15nm，一个螺旋总上升0.54nm；螺旋直径（不算外伸的侧链）0.5nm；氢键取向几乎与螺旋轴平行；
偶极矩
每一肽键具有由N-H和C=O的极性产生的偶极矩；这些基团沿螺旋轴排列，因此总的效果是α-螺旋本身也是一个偶极矩，相当于N-末端积累部分正电荷，C-末端积累部分负电荷；在螺旋的N-末端常有带负电荷的配基（如磷酸基）与其结合，正端很少发现
帽化
n个残基的α-螺旋含有n-4个氢键，螺旋的头4个酰胺氢与最后4个羰基氧不参与螺旋氢键的形成，此外螺旋末端附近的非极性残基可暴露于溶剂。因而帽化就是给末端裸露的N-H和C=O提供氢键配偶体，并折叠蛋白质的其它部分以促成与末端暴露的非极性残基的疏水作用（疏水作用在水中才能体现）
手性*
基本为右手螺旋，很少左手螺旋（不稳定）；
偶有出现的左手螺旋：嗜热菌蛋白酶（由Asp-Asn-Gly-Gly构成）
手性结构，具有旋光能力；圆二色性（CD）光谱可以研究蛋白质的二级结构
协同性；一旦形成一圈α-螺旋，随后逐个残基的加入变得容易而迅速
影响α-螺旋形成的因素
R基的电荷性质（溶液的PH），R基的大小、脯/羟脯氨酸（多肽链中只要存在脯/羟脯氨酸，α-螺旋即被中断，并产生一个结节）
其它类型的螺旋p209
3【10】螺旋，π螺旋，2【7】二重带螺旋
β-折叠片
重复性结构
定义
由于局部的协同性氢键的形成；可以想象成由折叠的条状纸片侧向并排而成，α-C位于折叠线上；β-折叠片上的每条肽链称为β股；氢键在于股间形成；肽主链处于最伸展的构象 ε构象
形式
平行式
相邻肽链是同向的
伸展构象略小于反平行折叠中的构象；平行折叠片中形成的氢键有明显的弯折
一般为大结构，少于5个β股的少见
疏水侧链分布折叠片平面的两侧
反平行式
相邻肽链是反向的
可以少到仅由两个β股组成
疏水侧链分布在折叠片的一侧
纤维状蛋白中β-折叠片主要是反平行式，球状蛋白无限制；纤维状蛋白β-折叠片氢键主要在不同肽链中形成，球蛋白无限制
β-转角（发夹结构）
非重复性结构
来源
自然界中蛋白质大多是球状蛋白，这就要求多肽链必须就有弯曲，回折和重新定向的能力，以便生成结实的球状结构；因而产生β-转角
结构
在β-转角中第一个残基C=O与第四个残基的N-H氢键键合，形成一个紧密的环
存在
脯氨酸与甘氨酸经常在在β-转角的序列中出现，并且在β-转角的构象在一定程度上取决于它的组成氨基酸
β-转角多数处于蛋白质分子的表面
在球状蛋白中的含量相当丰富，约占全部残基的1/4
β-凸起
非重复性结构
大多作为反平行β-折叠片中的不规则情况而存在；认为是在β折叠股中额外插入一残基，使相连β股之间残基数差一个，凸起股而产生微小弯曲
无规则卷曲
是类似于其它二级结构的明确稳定的结构；常构成酶的活性位点和其它蛋白质特异功能的位点；
铁氧还蛋白、红氧还蛋白中的结合铁硫串的肽环；钙结合蛋白中结合钙离子的EF手结构的中央环
纤维状蛋白质
广泛分布于脊椎动物和无脊椎动物体内，是动物体基本支架和保护成分，占脊椎动物体内蛋白质总量是一半或一半以上
按溶解性分类
不溶性（硬蛋白）
角蛋白p213
来源于外胚层细胞，包括皮肤与皮肤的衍生物
属于结构蛋白质
根据二级结构分类
α-角蛋白
毛发中的主要蛋白质
α-角蛋白亚基的氨基酸序列是富含由α螺旋的中央棒状区和两侧的非螺旋区构成；α-角蛋白是典型的α-螺旋的实例
组成结构
α-螺旋——初原纤维（3股α-螺旋向左缠绕）——微原纤维（初原纤维9+2电缆式模式）——大原纤维
α-角蛋白伸缩性很好，毛发是热时可拉长到原来的两倍，α-螺旋转变为β-折叠（β角蛋白）；恢复到原来状态是靠S-S
根据含硫量分类
硬角蛋白（高硫）
蹄、爪、角、甲等
软胶蛋白（低硫）
皮肤
烫发原理
β-角蛋白
丝心蛋白
典型的天然β-角蛋白
结构
反平行的β-折叠片以平行的方式堆积成的多层结构；链间以氢键连接，层间以范德华力维系；侧链交替出现在折叠片两侧
3中基本组成氨基酸
甘氨酸、丝氨酸、丙氨酸；甘氨酸位于折叠片平面的一侧，丝氨酸和丙氨酸在平面的另一侧（图5-22A）
胶原蛋白p215
结构蛋白质，能使一系列结缔组织具有机械强度；骨折、腱和软骨受伤都涉及组织中的胶原蛋白基质的撕裂/伸展过度；羟赖氨酸被糖基化，是一种糖蛋白
类型及组织分布p215
I型
骨、皮肤、腱、角膜中占优势的胶原蛋白
[α1(I)]2 α2(I)
II型
软骨、椎间盘、玻璃体
[α1(II)]3
III型
血管、新生皮肤
[α2(III)]3
IV型
基底膜
……
V型
细胞表面和细胞外骨架
氨基酸组成p215
具有很高量的Pro、Gly以及3种不常见的4-羟脯氨酸，3-羟脯氨酸，5-羟赖氨酸
胶原蛋白结构
原胶原分子有规则的互相错位，首尾相随，平行排列成纤维束——胶原原纤维（胶原蛋白的存在形式）
原胶原分子是非传统的二级结构，以3条α肽链缠绕成特有的三股螺旋；与α-螺旋相比，该螺旋伸展得多
胶原蛋白有很长一段区段序列是由Gly-x-y氨基酸序列重复而成，这里的x，y是除了Gly之外的任何氨基酸残基，但x经常是Pro，y经常是Hyp（4-羟脯氨酸）
胶原蛋白的共价交联p217
原胶原分子内交联
N-末端和赖氨酸残基之间进行的
醇醛交联
原胶原分子间交联
涉及吡啶啉结构；交联键在相邻分子的C-末端区与N-末端区之间形成的
胶原蛋白的水解
不能被一般的蛋白酶水解，但能被梭菌活动物的胶原酶断裂，断裂后的片段自动变性而被普通蛋白降解
弹性蛋白p217-218图
功能
属于结缔组织中另一种重要蛋白质，使肺、血管（特别是大动脉）及韧带具有伸展性
结构
缺乏规则的二级结构，含各种无规卷曲构象，施加张力拉伸后可复原
由可溶性的原弹性蛋白构成，它是构成弹性蛋白纤维的基本单位；交联后的成熟弹性蛋白是不可溶的（原弹性蛋白由成纤维蛋白和其它结缔组织细胞分泌）
氨基酸组成
富含Gly、Ala，Val，Pro
原弹性蛋白的交联方式
赖氨酸正亮氨酸衍生物交联
锁链素和异锁链素交联体
弹性蛋白的标志
可溶性
肌球蛋白
组成
两条重链
N-末端对双头球状区（头）和C-末端对棒状区（尾）构成，头尾之间是柔性的铰链区（颈）
α螺旋卷曲螺旋
尾部是由两条自身是右手α螺旋的链相互缠绕形成的左手超螺旋
粗丝
多个肌球蛋白通过尾区间的相互作用装配成骨骼肌的粗丝，与肌动蛋白构成的细丝一起组成结构的重复单位称为肌节
两对轻链
LC1
也称ELC：必需轻链
LC2
也称RLC：调节轻链
水解片段
肌球蛋白
HMN
头片S1（头状亚片段）
头片S2（棒状亚片段）
LMM
头片
结构构成
N-末端域
中央结构域
肌动蛋白结合位点与ATP结合位点位于中央结构域相对两侧
C-末端域
氨基酸组成
头片的820个氨基酸残基中约500个残基是高度保守的；一个保守区位于170-241处，是ATP结合位点的组成成分，这里有一个结构花式：α-β-α结构
已知所有的肌球蛋白在此区内的β-折叠片都含氨基酸序列：Gly-Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Lys-Thr
原肌球蛋白
组成
纤维状蛋白，由两条不同的α螺旋肽链互相缠绕而成的超螺旋，位于细丝沟中
功能
稳定并增强细丝强度；当细胞溶胶中Ca2+水平降低时通过竞争肌球蛋白结合位点而抑制肌肉的收缩
血纤蛋白原
超二级结构和结构域
二级结构与三级结构域之间细分增加的两个层次
超二级结构
在蛋白质分子中特别是球状蛋白质分子中，经常可以看到若干相邻的二级结构元件组合在一起彼此相互作用，形成种类不多的、有规则超二级结构，在多种蛋白质中充当三级结构构件；多数情况下，只有非极性残基侧链参与这些相互作用，亲水侧链多在分子的外表面
三种基本组合形式（图5-29）
αα
由两股平行或反平行排列的右手螺旋段互相缠绕而成的左手卷曲螺旋/超螺旋
球状蛋白质的α螺旋束是由同一条链上的一级序列上邻近的α螺旋组成；纤维状蛋白是由几条链的α螺旋区缠绕而成
七残基重复序列（图5-30）
a-b-c-d-e-f-g（卷曲螺旋结构的特征）
a和d：疏水残基
e和g：极性残基
b、c、f：荷电残基
βαβ
连接链：α螺旋
最简单的βαβ组合是由两段平行β折叠股和一段作为连接链的α螺旋组成；β股之间还有H键相连；（p210图5-18B）
Rossman折叠：最常见的βαβ组合是3段平行β股和两端α螺旋构成
几乎所有实例中的连接链都是右手交叉；只有枯草杆菌蛋白酶和葡糖磷酸异构酶是左手交叉连接（p222图5-31）
ββ
实际上就是反平行β折叠片，只不过在球状蛋白中多是由一条多肽链的若干段β折叠股反平行组合而成，两个β股之间通过短回环（发夹）连接起来
类型
β发夹
最简单的
β曲折
常见的超二级结构；氨基酸序列连续的多个反平行β折叠股通过β-转角连接而成
含有与α螺旋相近数目的氢键，约占可能形成主链H键的2/3
希腊钥匙拓扑结构
反平行β折叠片中常出现的一种折叠花式
结构域
概念
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域，是相对独立的紧实球状实体，是球状蛋白的独立折叠单位
对于较小的球状蛋白质分子或亚基来说，结构域和三级结构是一个意思；即为单结构域
红氧还蛋白（p222）、核糖核酸酶（p161）、肌红蛋白（p253）
对于较大的球状蛋白质或亚基，其三级结构往往是由两个或以上的结构域缔合而成
免疫球蛋白（p276）、t-PA（p189）
结构域偶尔也指功能域（功能域可以是一个结构域，也可以是两个或两个以上结构域组成）
手性效应
氨基酸α- C的手性对蛋白质的结构有很大影响，使得β折叠股的构想也有轻度右手扭曲的倾向
带来的效应
β股之间的右手交叉连接
对平行β折叠片几何形状的影响
马鞍形扭曲片
平行β桶（核苷酸结合结构域）
结构域
类型
反平行α螺旋结构域（全α-结构）、平行或混合型β折叠片结构域（α，β-结构）、反平行β折叠片结构域（全β-结构）、富含金属或二硫键结构域
特征
相似度
有些蛋白质含有彼此极其相似的结构域
硫氰酸酶
有些蛋白结构域彼此十分不同
木瓜蛋白酶
结构域间分隔程度
仅由一段长短不一的肽链相连
柔性的肽链连接，即铰链区，能使结构域发生相对的运动
中间类型
结构域之间有一裂沟/密度较小的区域，如己糖激酶（p224）
接触面宽而紧密
球状蛋白质和三级结构
球状蛋白质的分类（按结构域类型）
全α-结构蛋白质
上下型螺旋
相邻螺旋之间以环相连，形成近似桶装的螺旋束，最常见的是四螺旋束
蚯蚓血红蛋白
烟草花叶（TMV）病毒外壳蛋白
珠蛋白型α螺旋蛋白
一级结构上相邻的两个螺旋采取接近的相互垂直的取向，整条多肽链折叠成两层α螺旋，两层螺旋交叉堆叠
α，β-结构蛋白质（平行/混合型β折叠片）
单绕平行β桶
8个平行β折叠股环形排列，第1和第8两个折叠股借氢键键合形成的一个闭合式圆筒；肽链按Rossman折叠方式单向卷绕
外桶与内桶
外桶由α螺旋构成，内桶由β折叠片构成
疏水层（疏水核心）
两个桶紧挨在一起，之间是一个疏水夹心层，只容纳β折叠片的疏水侧链，构成这类结构域的疏水核心
活性区域
参与催化和结合的残基位于连接β股和螺旋的回环区域
主链结构层和疏水区
4个主链结构层，3个疏水区
实例
磷酸丙糖异构酶、丙酮酸激酶结构域1
双绕平行β片（马鞍形扭曲片）
4～9个平行的β折叠股或混合型的β折叠股构成的开放β片，折叠片两侧由α螺旋和环状区段保护
主链结构层和疏水区
3个主链结构层（2层α螺旋+1层β折叠片），2个疏水区（平行β折叠片平面的两侧都有疏水侧链）
核苷酸结合结合域
结合部位位于β折叠片中肽链改变方向处的一个裂隙内
实例
混合型β折叠片蛋白质：以NAD、FMN为辅基的蛋白质（含核苷酸结合结构域）
平行β折叠片蛋白质：乳酸脱氢酶结构域1，磷酸甘油激酶结构域2
全β-结构（反平行β折叠片）
4～10个β折叠股构成
主链结构层和疏水区
2个主链结构层（2层/1层β折叠片+1层α螺旋）
分类
反平行β桶（p227）
希腊钥匙β桶
Cu·Zn-超氧化物岐化酶亚基、免疫球蛋白结构域
果冻卷β桶
伴刀豆凝集素A、许多病毒外壳蛋白
上下型β桶
可以看成β曲折闭合而成，相邻β股之间一上一下反平行排列，通过长短不一的β发夹连接
大豆胰蛋白酶抑制剂、视黄醇结合蛋白、红氧还蛋白
反平行β片
3～15个β折叠股的单层反平行β折叠片
β片的一侧有一层α螺旋，片的另一侧暴露于溶剂
链霉菌枯草蛋白酶抑制剂、谷胱甘肽还原酶
富含金属/二硫键（小的不规则）蛋白质
富含二硫键
胰岛素、二节荠蛋白
富含金属
高氧还势铁蛋白、铁氧还蛋白
球状蛋白质的三维结构特征
1.球状蛋白含多种二级元件，纤维状只含有一种
2.球状蛋白三维结构具有明显折叠层次
3.球状蛋白质分子是紧密的球状/椭球状实体
4.球状蛋白质疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面
5.球状蛋白质分子表面有一空穴（裂沟/凹槽/口袋）
膜蛋白的结构
膜周边蛋白
实际上是可溶性的球状蛋白质
内在膜蛋白
一般来说，脂双层疏水核心内的膜内在蛋白主要是α螺旋、β折叠片构成
2种类型
1.具有单个跨膜肽段的膜蛋白
疏水肽段经常是一个α螺旋棒，亲水序列伸向胞质/细胞外液
典例
血型糖蛋白；人白细胞结合蛋白；B淋巴细胞表面免疫球蛋白受体；许多膜病毒的刺突蛋白
它们的功能主要决定于胞外结构域，并因而胞内亲水序列较短
2.具有7个跨膜肽段的膜蛋白
一条多肽链来回跨膜折叠，形成由多个经常是7个α螺旋段反平行装配的球状膜蛋白，相邻螺旋段之间通过铰链区连接
典例
细菌紫膜质；质膜上起钠钾泵作用的ATP酶；大肠杆菌的乳糖通道
2. β桶型膜蛋白—膜孔蛋白
膜孔蛋白的活性形式是三聚体，其单体是18-股反平行β桶（类似于球状蛋白的上下型β桶），相邻β股之间通过长的回环或β转角连接
对于膜孔蛋白β桶来说，亲水侧链面向桶中央孔道或空腔，疏水测量分布在桶的外侧域膜的疏水脂烃链相互作用
典例：革兰氏阴性菌的外膜；真核细胞线粒体外膜
脂锚定蛋白
脂锚钩
作用：膜锚定（将蛋白质锚定在膜上）；调节蛋白质活性；可逆性的膜锚定与真核细胞控制信号转导途径有关
类型p232
酰胺连接的豆蔻酰锚钩
豆蔻酸（C14饱和脂肪酸）通过酰胺键与N-末端残基的α-氨基连接
N-豆蔻酰锚定蛋白包括：cAMP依赖蛋白激酶的催化亚基、G蛋白的α亚基，某些反转录病毒的gag蛋白（p24、p9、p7等）
硫酯连接的脂肪酰锚钩
细胞、病毒蛋白质上的脂肪酸通过脂肪酰硫酯键与多肽链的Cys/Ser/Thr残基侧链共价连接
脂肪酸包括：豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸
蛋白质包括：G蛋白偶联受体、几种病毒的表面糖蛋白、转铁蛋白受体
硫醚连接的异戊二烯基锚钩
异戊二烯基的加入一般发生在靶蛋白C-末端CAAX序列的Cys上（A是任意脂肪族氨基酸残基，X是任一氨基酸）；反应时AAX被除去，Cys作为新末端，其上的羧基被甲基化成酯
锚钩类型：（倍半萜）法尼基；（双萜）牻牛儿牻牛儿基
异戊二烯基锚定蛋白包括：酵母交配因子、核纤层蛋白
糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚钩
通过连接在寡糖上的磷酸乙醇胺修饰靶蛋白的C-末端氨基酸
GPI基锚定蛋白：多种表面抗原、粘着分子、细胞表面水解酶
蛋白质折叠和结构预测
蛋白质变性
定义
天然大分子受到某些物理因素（热、UV、高压、表面张力等）或化学因素（有机溶剂、脲、胍、酸、碱等）等影响，生物活性丧失、溶解度降低、不对称型增高以及其它物理化学常数发生改变的过程
实质
蛋白质分子中次级键的破坏，引起天然构象的解体；一级结构完整
现象
生物活性丧失、一些侧链基团暴露、一些物理化学性质改变、生物化学性质的改变
变性剂的原理
尿素和盐酸胍
与主链竞争氢键，破坏蛋白质二级结构
去污剂（如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
协同过程
变性是一个协同过程，在所加变性剂的很窄浓度范围/很窄PH或温度间隔内突然发生的
蛋白质的复性
氨基酸序列规定蛋白质的三级结构
证据
核糖核酸酶的变性与复性实验
二硫桥在稳定蛋白质构象中的作用
对蛋白质的正确折叠不是必要的，只是起到稳定构象的作用
蛋白质的折叠热力学p236
吉布斯自由能差
∆G总=∆H链+∆H溶剂-T∆S链-T∆S溶剂
∆G<0，多肽链折叠是一个自发的过程
蛋白质折叠动力学
蛋白质折叠不是通过随机搜索找到自由能最低的构象，是保留了局部正确折叠的中间体
研究折叠中间体的一些方法
快速动力学法（停流法、温度跃迁）并结合光谱性质（荧光、圆二色）
脉冲标记NMR
位点专一诱变
熔球肽
通过几个不同的指标（特性粘度、旋光度、紫外吸收）在平衡条件下对蛋白质构象进行监控，发现了蛋白质折叠经过熔球肽的中间体阶段
球状蛋白质折叠步骤p239
体内蛋白质折叠有异构酶和伴侣蛋白的参加
蛋白质二硫键异构酶PDI
催化机制p239
在加速折叠中间体二硫键改组中起到很大的作用
肽基脯氨酰异构酶
脯氨酰的异构化（顺式构型转变为反式构型）是体外许多蛋白质折叠的限速步骤；异构酶可扭转肽键加速异构化
分子伴侣
抑制新生肽不恰当的聚集并排除与其它蛋白质不合理结合
研究最透彻的两种：Hsp70蛋白，陪伴蛋白（cpn6或snp60）
蛋白质结构的预测
二级结构的预测
研究表明氨基酸残基在二级结构元件中的出现频率是不同的，表面各种残基形成各种二级结构的倾向性是不同的
残基的倾向性因子Pi；Pi>1.0代表残基倾向于形成第i种构象态；Pi<1.0则代表侵向构成其它构象
三级结构的预测
折叠的计算机模拟
亚基缔合与四级结构
有关四级结构的概念
蛋白质以独立折叠的球状蛋白通过非共价键彼此缔合在一起形成聚集体的方式构成蛋白质的四级结构
亚基/单体
四级结构蛋白质中每个球状蛋白质称为亚基/单体，亚基一般是一条多肽链
分类
单体蛋白质
仅由一个亚基组成并无四级结构，如核糖核酸酶
二聚体蛋白质
寡/多聚蛋白质
组成亚基数>=2的蛋白质
分类
同多聚蛋白质
由单一类型的亚基构成；如肝乙醇脱氢酶、酵母己糖激酶
杂多聚蛋白质
由几种不同的亚基构成；如血红蛋白、天冬氨酸转甲酰酶
原体
对称的寡聚蛋白质分子可视为由两个或多个不对称的相同结构成分组成
在同多聚体中，亚基即为原体；在杂多聚体中，原体是由两个/多个不同亚基组成的
如血红蛋白分子可以看成两个原体组成的对称二聚体，每一个原体是由一个α-亚基和一个β-亚基构成的
分子
分子应具有一个完整的独立功能单位，对于血红蛋白来说，有转运氧功能的四聚体才算是分子，二聚体不算
蛋白质亚基数目与种类
数目：大多寡聚蛋白质分子的亚基数都是偶数，尤以2个和4个的为多；个别为奇数，如荧光素酶分子
种类：一般是1～2种，少数多于2种
四级结构亚基缔合
主要驱动力为疏水作用力
亚基缔合专一性由相互作用的表面上极性基团之间的氢键和离子键提供
缔合分类
同种缔合
缔合中相互作用的表面是相同的，形成的结构是封闭的二聚体；如前清蛋白的二聚体
异种缔合
缔合中相互作用的表面是不同的，一定形成开放末端的结构，几乎可以无限缔合；如TMV外壳，微管蛋白等
异种缔合的常见结构
具有环状对称的封闭环结构
四级结构中相同单体亚基的几种可能的对称排列p244
四级结构的对称性
含有两个或多个相同亚基或原体的聚集体的性质
四级结构在结构与功能上的优越性p247
增强结构稳定性
提高遗传经济性和效率
使催化基团汇集在一起
具有协同性和别构效应
别构效应定义
多亚基蛋白质一般具有多个结合位点，结合在蛋白质分子的特定部位上的配体对该分子的其它部位所产生的影响（如改变亲和力/催化能力）称为别构效应；具有别构效应的蛋白质称为别构蛋白质（如别构酶）
别构效应分类
同促效应
概念
同促效应发生作用的部位是相同的（例如都是催化部位），即一种配体的结合对其它同种部位的同种配体结合的亲和力的影响
分类
正协同性同促效应
第一个配体的结合导致后面配体更易结合
异协同性同促效应
第一个配体的结合导致后面配体更难结合
异促效应
概念
异促效应发生作用的部位是不同的，即活性部位的结合行为将受到别构部位与效应物结合的影响
效应物分类
正效应物/激活剂
负效应物/抑制剂