元相互聚集，形成的有规则的二级结构的组合体。例如αα、βαβ、βββ等结构。结构域：多肽链在二级结构或超二级结构基础上形成三级结构的局部折迭区。结构域是蛋白质的独立折迭单位，一般由100－200个氨基酸残基构成。三级结构：多肽链借助各种非共价键的作用力，通过弯曲、折迭，形成具有一定走向的紧密球状构象。球状构象的比表面积最低，使蛋白质与周围环境的相互作用力最小。四级结构：寡聚蛋白中各亚基之间在空间上的相互关系和结合方式。

2．蛋白质一级结构测定

蛋白质测序的基本策略：用两种以上不同的裂解方法裂解蛋白质，产生两套切点不同的肽段。分离、纯化每一个肽段，分别测定每一个肽段的氨基酸序列，用重迭法拼接出一条完整的肽链。

主要步骤：

A.根据蛋白质末端分析结果和相对分子质量，确定蛋白质分子中多肽链的数目。 B.如果蛋白质是寡聚蛋白，用变性剂（如8.0mol/L尿素）拆分蛋白质亚基。 C.断开多肽链内的二硫键。

D.分析每一条多肽链的氨基酸组成，计算多肽链中氨基酸残基的数目。 E.分析N－末端和C－末端氨基酸，确定氨基酸测序的两个端点。

F.选用两种不同的裂解方法将一条多肽链裂解成两套重迭的肽段，分离纯化每一个肽段，分别用Edman降解法测定每一个肽段的氨基酸序列。

G.用片断重迭法拼接出一条完整的肽链。 H.确定二硫键的位置。

I.确定肽链中的天冬酰胺和谷氨酰胺 3．同源蛋白质

在不同生物体内具有相同或相似功能的蛋白质。例如，血红蛋白在不同的脊椎动物中都具有输送氧气的功能。

同源蛋白质的特点：

（1）多肽链长度相近，氨基酸序列相似。

（2）同源蛋白质的氨基酸序列中，有许多位置的氨基酸对所有种属来说都是相同的，称不变残基。不变残基高度保守，是必需的。如果不变残基发生变化，会影响蛋白质的功能。

（3）除不变残基以外，其它位置的氨基酸对不同的种属有很大变化，称可变残基。可变残基中，个别氨基酸的变化不一定影响蛋白质的功能。 （四）蛋白质的二级机构和纤维状蛋白质

1．多肽主链的折迭

⑴多肽链的共价主链上所有的α－碳原子都参与形成单键，因此一个多肽主链可能有无限多种构象。

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生物体内蛋白质的多肽链只有一种或很少几种构象，这种构象称蛋白质的天然构象。天然构象的蛋白质具有生物活性，且相当稳定。在生物体内天然构象的蛋白质主链上的单键不能自由旋转。⑵肽链的二面角，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。⑶多肽链折迭的空间限制，Φ和Ψ同时为0的构象实际不存在，因为两个相邻平面上的酰胺基氢原子和羰基氧原子的接触距离比其范德华半经之和小，空间位阻。二面角（Φ、Ψ）所决定的构象能否存在，主要取决于两个相邻肽单位中非键合原子间的接近有无阻碍。

2．拉氏构象图

⑴实线封闭区域内任何二面角确定的构象都是允许的，且构象稳定。⑵虚线封闭区域是最大允许区，立体化学允许，但构象不够稳定。⑶虚线外区域是不允许区，该区域内任何二面角确定的肽链构象，都是不允许的，此构象中非键合原子间距离小于最小允许距离，排斥力很大，构象极不稳定。

3．蛋白质的二级结构

驱使蛋白质折迭的主要动力有:a.暴露在溶剂中的疏水基团降低至最少程度。B.保持处于伸展状态的多肽链和周围水分子间形成的氢键相互作用的有利能量状态。

⑴α－螺旋 α－螺旋是蛋白质中常见的一种二级结构，肽链主链绕中心轴盘绕成螺旋状，相邻螺圈之间形成链内氢键。在3.613螺旋中，二面角Φ=－57°，Ψ=－48°，肽键上N－H氢与它后面（N端）第四个残基上的C=O氧间形成氢键，螺距是0.54nm，每一圈含有3.6个氨基酸残基，每个残基沿着螺旋的长轴上升0.15nm，氨基酸残基的侧链向外伸展。α－螺旋的种类有2.27螺旋（n=1），310 螺旋（n=2），3.613螺旋（n=3）和4.316螺旋（n=4）。

氨基酸侧链对α－螺旋稳定性的影响①如果多肽链上连续出现带同种电荷的氨基酸残基，（例如Lys，或Asp，或Glu），则由于静电排斥，不能形成链内氢键，从而不能形成稳定的α－螺旋。例如多聚赖氨酸和多聚谷氨酸。而当这些残基分散存在时，不影响α－螺旋稳定。②甘氨酸的Φ角和Ψ角可取范围较大，在肽链中连续出现时，使形成α－螺旋所需的二面角的可能性很小，不易形成α－螺旋。丝心蛋白含50%Gly，不形成α－螺旋。③肽链中的R基较大（如Ile）时，不易形成α－螺旋。脯氨酸和羟脯氨酸终止α－螺旋。④R基较小，且不带电荷的氨基酸利于?-螺旋的形成。蛋白质中的α－螺旋几乎都是右手螺旋，但也有例外，在嗜热菌蛋白酶中有很短的一段左手α－螺旋，由Asp－Asn－Gly－Gly（226－229）组成，二面角是φ+64°和Ψ+42°。

⑵.β－折迭 两条或多条几乎完全伸展的多肽链侧向聚集在一起，相邻肽链主链上的N－H氢和C=O氧之间形成氢键，这样的多肽构象就是β－折迭。β－折迭中所有的肽链都参与链间氢键的形成，侧链R基交替地分布在片层平面的两侧。β－折迭有平行式和反平行式2种。平行式：所有参与β－折迭的肽链的N末端在同一方向，二面角φ=－119°，Ψ=+113°。反平行式：肽链的极性－顺－倒，N末端间隔相同，二面角φ=－139°，Ψ=+135°。在纤维状蛋白质中β－折迭主要是反平行式，而在球状蛋白质中反平行和平行

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两种方式都存在。

在纤维状蛋白质的β－折迭中，氢键主要是在肽链之间形式；而在球状蛋白质中，β－折迭既可在不同肽链间形成，也可在同一肽链的不同肽段间形成。从能量角度看，反平行β－折迭比平行的更稳定，前者的氢键NH---O几乎在一条直线上，氢键最强。

⑶.β－转角 β－转角是指蛋白质分子中出现的180°回折，有时称之为发夹结构。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，约占全部残基的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°返回折迭。③第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N－H形成氢键。④C1与C4之间距离小于0.7nm。⑤多数由亲水氨基酸残基组成。

⑷.无规卷曲 没有规律的多肽链主链骨架构象。二面角φ、Ψ存在于拉氏图上所有允许区域，它在球状蛋白中含量较高，对外界物理、化学因素敏感，与蛋白质的生物活性有关。

α－螺旋、β－转角和β－折迭的二面角φ、Ψ在拉氏构象图上有固定区域，而无规卷曲的φ、Ψ二面角可存在于所有允许区域内。

⑸.超二级结构 两个或两个以上二级结构单元相互聚集，形成的有规则的二级结构的组合体。超二级结构有??、β?β和βββ三种基本的组合形式。

⑹.结构域和功能域 多肽链在二级结构或超二级结构基础上形成三级结构的局部折迭区。结构域是独立的紧密球状实体，是蛋白质的独立折迭单位，一般由100－200个氨基酸残基构成。

功能域是蛋白质分子中能独立存在的功能单位。功能域可以是一个结构域，也可以由两个或两个以上结构域组成。

4.纤维状蛋白质

纤维状蛋白质是动物体的基本支架和外保护成分，占脊椎动物体内蛋白质总量的一半以上。分子是有规则的线形结构，外形是纤维状或棒状。纤维状蛋白质分为不溶性和可溶性两类，不溶性的主要有角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白，可溶性的有肌球蛋白和血纤维蛋白。 （五）蛋白质三级结构、四级结构与功能

1．蛋白质的三、四级结构

⑴蛋白质的三级结构 在二级结构（?－螺旋、β－折迭、β－转角和无规卷曲）的基础上，多肽链借助各种非共价键的作用，通过弯曲、折迭，形成具有一定走向的紧密球状构象。球状构象的比表面积最小，使得蛋白质与周围环境的相互作用力最小。

⑵．球状蛋白质三维结构特征 球状蛋白质都有各自独特的三维结构，但是它们都具有以下共同的结构特征。球状蛋白质含有二种或二种以上二级结构单元（?－螺旋、β－折迭、β－转角和无规卷曲），具有明显

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的折迭层次，是紧密的球状或椭球状实体，疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面，分子表面有一个裂隙，通常是底物或效应物的结合部位。

⑶.膜蛋白的结构 膜蛋白可以分为膜周边蛋白和膜内在蛋白。膜周边蛋白是可溶性球状蛋白质，分布在膜表面，通过非共价键与膜结合。膜内在蛋白通过疏水肽段锚定在膜上，膜内在蛋白主要有三种：单个跨膜肽段的膜蛋白、7个跨膜肽段的膜蛋白和β桶型膜蛋白。还有一些蛋白质能与膜上的脂质形成共价键，锚定在膜上，形成膜蛋白。

⑷.蛋白质的折迭 蛋白质折迭时，通过积累选择形成自由能最低的构象。球状蛋白质的折迭步骤：先快速形成局部二级结构（?－螺旋和β－折迭）；再形成初始的结构域，并由结构域形成熔球态；最后调整结构域的构象，形成完整的三级结构。在生物体内，蛋白质的折迭需要分子伴侣的参与。

⑸.蛋白质三级结构的稳定性 稳定蛋白质三级结构的作用力主要是非共价键作用力，其中包括氢键、范德华力、疏水作用和盐键，此外还有二硫键。

⑹.蛋白质的四级结构 蛋白质的四级结构涉及亚基的种类和数目，以及各个亚基在整个蛋白质分子中的空间排布，亚基间的接触位点（结构互补）和作用力（非共价作用力）。四级结构在结构和功能上的优点：① 可以增强蛋白质结构的稳定性。② 可以提高遗传经济性和效率。③ 使得酶分子的不同催化亚基聚积在一起，提高催化效率。④ 使得蛋白质具有协同效应和别构效应。

2. 球状蛋白质的结构与功能

⑴．肌红蛋白在哺乳动物细胞中存储和分配的氧 肌红蛋白由一条多肽链组成，分子中多肽主链由8段直的?－螺旋组成，最长的?－螺旋有23个氨基酸残基，最短的?－螺旋有7个氨基酸残基，75%的氨基酸残基处在?－螺旋区内。肌红蛋白多肽链绕曲成球状分子，疏水氨基酸残基几乎全部在分子内部，例如Val、Leu、Met、Phe等，亲水氨基酸残基几乎全部在球状分子的外表面。4个Pro残基各自处在1个拐弯处，Ser、Thr、Asn和Ile分别处在另外4拐弯处。血红素中，卟啉环中心的Fe有六个配位键，其中4个与平面卟啉分子的N结合，另外两个与卟啉平面垂直，1个与93位His(F8)的咪唑基的N结合，另一个处于开放状态，可以结合O2。肌红蛋白为血红素提供了一个疏水环境，避免Fe被氧化而失脱氧结合能力。

⑵．血红蛋白的结构与功能 血红蛋白在血液中结合并转运氧。血红蛋白分子接近于球体，4个亚基分别在四面体的四个角上，每个亚基上有一个血红素辅基。HbA是成人体内主要的血红蛋白，具有?2 ?2的亚基结构。血红蛋白与氧结合具有别构效应，氧合曲线是S形曲线。氧与第一个血红素的结合后，有助于后续的氧与血红蛋白分子中其余的三个血红素结合。在肌肉组织中，H和CO2促进血红蛋白释放O2；在肺泡毛细管中，O2促进血红蛋白释放H和CO2。2、3－二磷酸甘油酸（BPG）是血红蛋白的别构效应物，它能与脱氧血红蛋白结合，降低血红蛋白对氧的亲和力。

⑶．镰刀状细胞贫血的分子机理 镰刀状细胞贫血是由于基因突变，引起血红蛋白分子中氨基酸残基被替换所造成的。人的血红蛋白分子的四条肽链中，只有两个Glu分子变化成Va1分子，就能发生镰刀状细

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