② Gly的Φ角和Ψ角可取较大范围，在肽中连续存在时，使形成α—螺旋所需的二面角的机率很小，不易形成α—螺旋。丝心蛋白含50%Gly，不形成α—螺旋。
③ R基大（如Ile）不易形成α—螺旋
④ Pro、脯氨酸中止α—螺旋。
⑤ R基较小，且不带电荷的氨基酸利于α—螺旋的形成。如多聚丙氨酸在pH7的水溶液中自发卷曲成α—螺旋。
（3）、 pH对α—螺旋的影响
多聚L-Glu和多聚L-Lys
P149  图3-57
（4）、 右手α-螺旋与左手α-螺旋
        图  P148
右手螺旋比左手螺旋稳定。
蛋白质中的α—螺旋几乎都是右手，但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（φ+64°、Ψ+42°）。
（5）、 α-螺旋结构的旋光性
由于α-螺旋结构是一种不对称的分子结构，因而具有旋光性，原因：（1）α碳原子的不对称性，（2） 构象本身的不对称性。
天然α—螺旋能引起偏振光右旋，利用α—螺旋的旋光性，可测定蛋白质或多肽中α—螺旋的相对含量，也可用于研究影响α—螺旋与无规卷曲这两种构象之间互变的因素。
α-螺旋的比旋不等于构成其本身的氨基酸比旋的加和，而无规卷曲的肽链比旋则等于所有氨基酸比旋的加和。
（6）、 α-螺旋（包括其它二级结构）形成中的协同性
一旦形成一圈α-螺旋后，随后逐个残基的加入就会变的更加容易而迅速。
2、 β-折叠
P149  图3—58    P150  图3—59
两条或多条几乎完全伸展的多肽链（或同一肽链的不同肽段）侧向聚集在一起，相邻肽链主链上的NH和C=0之间形成氢链，这样的多肽构象就是β-折叠片。β-折叠中所有的肽链都参于链间氢键的形成，氢键与肽链的长轴接近垂直。多肽主链呈锯齿状折叠构象，侧链R基交替地分布在片层平面的两侧。
平行式：所有参与β-折叠的肽链的N端在同一方向。
反平行式：肽链的极性一顺一倒，N端间隔相同
平行式：φ=-119°    Ψ=+113°
反平行式：φ=-139°    Ψ=+135°
从能量上看，反平β-折叠比平行的更稳定，前者的氢键NH---O几乎在一条直线上，此时氢键最强。
在纤维状蛋白质中β-折叠主要是反平行式，而在球状蛋白质中反平行和平行两种方式都存在。
在纤维状蛋白质的β-折叠中，氢键主要是在肽链之间形式，而在球状蛋白质中，β-折叠既可在不同肽链间形成，也可在同一肽链的不同部分间形成。
3、 β-转角（β-turn）
β-转角也称β-回折（reverse turn）、β-弯曲（β-bend）、发夹结构（hair-pin structure）
β-转角是球状蛋白质分子中出现的180°回折，有人称之为发夹结构，由第一个a.a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，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°返回折叠。
③第一个a.a残基的C=O与第四个a.a残基的N-H生成氢键
④C1α与C4α之间距离小于0.7nm
⑤多数由亲水氨基酸残基组成。
4、 无规卷曲 
没有规律的多肽链主链骨架构象。
球状蛋白中含量较高，对外界理化因子敏感，与生物活性有关。
α-螺旋，β-转角，β-折叠在拉氏图上有固定位置，而无规卷曲的φ、Ψ二面角可存在于所有允许区域内。
三、 超二级结构
由若干个相邻的二级结构单元（α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规卷曲）组合在一起，彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能够辨认的二级结构组合体。
1、 αα结构（复绕α-螺旋）
由两股或三股右手α-螺旋彼此缠绕而成的左手超螺旋，重复距离140A。
p153 图3-61  A
存在于α-角蛋白，肌球蛋白，原肌球蛋白和纤维蛋白原中。
2、 βxβ结构
两段平行式的β-链（或单股的β-折叠）通过一段连接链（x结构）连接而形成的超二级结构。
①βcβ
         x为无规卷曲
p153 图3-61  B
②βαβ
        x为α-螺旋，最常见的是βαβαβ，称Rossmann折叠，存在于苹果酸脱氢酶，乳酸脱氢酶中。
p153 图3-61  C
3、 β曲折（β-meander）
由三条（以上）相邻的反平行式的β-折叠链通过紧凑的β-转角连接而形成的超二级结构。
P153图3-61   D
4、 回形拓扑结构（希腊钥匙）
P153图3-61  E
5、 β-折叠桶
由多条β-折叠股构成的β-折叠层，卷成一个筒状结构，筒上β折叠可以是平行的或反平行的，一般由5-15条β-折叠股组成。
超氧化物歧化酶的β-折叠筒由8条β-折叠股组成。筒中心由疏水氨基酸残基组成。
6、 α-螺旋-β转角-α-螺旋
两个α-螺旋通过一个β转角连接在一起。
λ噬菌体的λ阻遏蛋白含此结构。在蛋白质与DNA的相互作用中，此种结构占有极为重要的地位。
四、 纤维状蛋白质
纤维状蛋白质的氨基酸序列很有规律，它们形成比较单一的、有规律的二级结构，结果整个分子形成有规律的线形结构，呈现纤维状或细棒状，分子轴比（轴比：长轴/短轴）大于10，轴比小于10是的球状蛋白质。
广泛分布于脊椎和无脊椎动物体内，占脊椎动物体内蛋白质总量的50%以上，起支架和保护作用。
1、 角蛋白
源于外胚层细胞，包括皮肤及皮肤的衍生物（发、毛、鳞、羽、甲、蹄、角、爪、丝）可分为α-角蛋白和β角蛋白。
（1）、 α-角蛋白
P155 图3-63，P156  图3-64
 
主要由α-螺旋结构组成，三股右手α-螺旋向左缠绕形成原纤维，原纤维排列成“9+2”的电缆式结构称微纤维，成百根微纤维结合成大纤微
结构稳定性由二硫键保证，α-角蛋白在湿热条件下可伸展转变成β-构象，烫发的化学机理Cys含量较高。
-Keratin)中有两种类型的多肽链：I型和II型。每一个I型多肽型和一个II型多肽链形成一个卷曲螺旋二聚体(Coiled-角蛋白(？ coil -螺旋)，原纤维的亚基间以氢键和二硫键相连。4个原纤维形成微纤维，成百根微纤维形成大纤维，每一个头发细胸，也将纤维(fiber)含有数个大纤维，一根头发就是由无数的死细胞相互间以角蛋白相连组成的。？dimmer)。一对卷曲螺旋反平行式地形成左手超螺旋结构称原纤维(Protofilament，4股右手
（2）、 β-角蛋白
P157    图3-65
含大量的Gly、Ala、Ser，以β-折叠结构为主。
丝心蛋白取片层结构，即反平行式β-折叠片以平行的方式堆积成多层结构。链间主要以氢键连接，层间主要靠范德华力维系。
2、 胶原蛋白
3、 弹性蛋白
4、 肌球蛋白、肌动蛋白和微管蛋白
第六节 球状蛋白质的高级结构与功能
前面讲了蛋白质结构的两个较低级的组织水平：一级结构和二级结构（包括超二级结构），本节讲述蛋白质（主要是球蛋白）的高级结构：结构域、三级结构、四级结构，及其与生物功能。
一、 蛋白质的一级结构决定高级结构
蛋白质功能的复杂性和多样性是建立在结构多样性的基础上。
多肽链的二级结构由R基的短程顺序决定，当一组在肽链上相邻的氨基酸残基具有适当的顺序时，能自发形成α-螺旋和β-折叠，并处于稳定状态。
而多肽链的三级结构由氨基酸的长程顺序决定，如产生特异转弯的氨基酸残基（Pro、Thr、Ser）的精确位置决定多肽链转弯形成的方向和角度。
同源蛋白质的不变残基决定蛋白质的高级结构。
RNase的变性、复性实验，证明蛋白质的三维构象归根结底是复杂生物大分子的“自我装配”。
P164  图3-69  RNase的变性与复性示意图
二、 球状蛋白质的结构域、三级结构与功能
（一） 结构域
结构域(domain)，又称motif(模块)
在二级结构及超二级结构的基础上，多肽链进一步卷曲折叠，组装成几个相对独立、近似球形的三维实体。结构域是球状蛋白的折叠单位，多肽链折叠的最后一步是结构域间的缔合。
对于较小的蛋白质分子或亚基来说，结构域和三级结构往往是一个意思，就是说这些蛋白质是单结构域的。
结构域一般有１００－２００氨基酸残基，结构域之间常常有一段柔性的肽段相连，形成所谓的铰链区，使结构域之间可以发生相对移动。
每个结构域承担一定的生物学功能，几个结构域协同作用，可体现出蛋白质的总体功能。例如，脱氢酶类的多肽主链有两个结构域，一个为NAD+结合结构域，一个是起催化作用的结构域，两者组合成脱氢酶的脱氢功能区。
结构域间的裂缝，常是活性部位，也是反应物的出入口。一般情况下，酶的活性部位位于两个结构域的裂缝中。
EF手：钙结合蛋白中，含有Helix-Loop-Lelix结构
锌指：DNA结合蛋白中，2个His、2个Cys结合一个Zn
亮氨酸拉链：DNA结合蛋白中，由亮氨酸倒链形成的拉链式结构，
图5.19
（二） 三级结构：
三级结构：整个多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的基础上盘旋、折叠，形成的特定的整个空间结构。
或者说，三级结构是多肽链中所有原子的空间排布。
1、 三级结构有以下特点：
 许多在一级结权上相差很远的aa碱基在三级结构上相距很近。
 球形蛋白的三级结构很密实，大部分的水分子从球形蛋白的核心中被排出，这使得极性基团间以及非极性基团间的相互用成为可能。
 大的球形蛋白(200aa以上)，常常含有几个结构域，结构域是一种密实的结构体，典型情况下常常含有特定的功能(如结合离子和小分子)
2、 维持三级结构的作用力：
P164   图3-70
（1）氢键
大多数蛋白质采取的折叠策略是使主链肽基之间形成最大数目的分子内氢键（如α-螺旋、β-折叠），同时保持大部分能成氢键的侧链处于蛋白质分子表面，与水相互作用。
（2）范德华力（分子间及基团间作用力）
包括三种弱的作用力：
定向效应    极性基团间
诱导效应    极性与非极性基团间
分散效应    非极性基团间
（3）疏水相互作用
蛋白质中的疏水残基避开水分子而聚集在分子内部的趋向力。它在维持蛋白质的三级结构方面占有突出的地位。
（4）离子键（盐键）
是正电贺和负电荷之间的一种静电作用。
生理pH下，Asp、Glu侧链解离成负离子，Ｌys、Arg、His离解成正离子。多数情况下，这些基团分布在球状蛋白质分子的表面，与水分子形成排列有序的水化层。偶尔有少数带相反电荷的测链在分子的疏水内部形成盐键。
（5）共价健，主要的是二硫键，
在二硫键形成之前，蛋白质分子已形成三级结构，二硫键不指导多肽链的折叠，三级结构形成后，二硫键可稳定此构象。
主要存在于体外蛋白中，在细胞内，由于有高浓度的还原性物质，所以没有二硫键。
6、静电相互作用
最强的静电作用就是带相反电何的离子基因间的静电作用，又称盐桥。盐桥和较弱的静电相互作用(离子-偶级、偶级-偶级、范德华力)也是维持亚基间以及蛋白质与配体间的作用力。
球状蛋白蛋在行使功能时，通常与小的配体或大分子(如核酸，其它蛋白质)精密结合。球状蛋白的表面通常有一个凹穴其结构与配体互补，当配体结合上去后，引起球状蛋白的构象变化，触发后续反应。
（三） 肌红蛋白的三级结构与功能：
1、 肌红蛋白的三级结构
肌红蛋白是哺乳动物肌肉中储氧的蛋白质，由一条多肽链和一个血红素辅基组成，分子量16.7Kd，含153个氨基酸。
          P172 图3—76    图5.27 肌红蛋白的O2结合部位
多肽主链由8段直的α-螺旋组成，最长的α-螺旋有23个氨基酸残基，最短的α-螺旋有7个氨基酸残基。分子中几乎80%的氨基酸残基处在α-螺旋区内。连接两个相邻α-螺旋的是 松散肽段，由1~8个氨基酸组成。
8段螺旋分别命名为A、B、C…H。相邻的非螺旋区肽段为NA、AB、BC…GH、HC。
4个Pro残基各自处在一个拐弯处，Ser、Thr、Asn、Ile也处在拐弯处。
肌红蛋白多肽链绕曲成球状分子，球体内充满非极性氨基酸残基：Val、Leu、Met、Phe等，亲水的基团几乎全部分布在球状分子的外表面。整个分子单结构域。
辅基：血红素（铁卟啉），扁平状，结合在肌红蛋白表面的一个洞穴内。
P173
卟啉环中心的Fe2+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N结合，另一个处于开放状态，可结合O2。
蛋白质为血红素提供一个疏水环境，避免Fe2+被氧化而失去氧合能力。
CO与血红素结合能力比O2的大200倍，CO中毒原理
2、 肌红蛋白的氧合曲线
肌红蛋白：Mb     氧合肌红蛋白：MbO2。
 解离平衡常数：
氧浓度与氧分压成正比
 
 

给定氧压下肌红蛋白氧饱和度                        
（4）式代入（3）式，
 K=  （1-Y）PO2  
                Y
以肌红蛋白的氧饱和度Y和氧分压PO2作图。
P174 图3-77  氧合曲线
当Y=1时，所有肌红蛋白的氧合位置均被占据，即肌红蛋白被氧饱和K=0
Y=0.5时，肌红蛋白的一半被饱和，PO2=K，解离常数K称为P50，即肌红蛋白一半被饱和时的氧压。
3、 Hill曲线和Hill系数
Y         PO2              Log    Y     =    Log PO2  —  Log K
1-Y         K                 1-Y    
P174   图3-78Hill曲线
三、 蛋白质四级结构与功能
形成四级结构的亚基间必需构象互补和电荷（或极性）互补。
（一） 蛋白质的四级结构
具有三级结构的亚单位，通过离子键、范德华力、氢键等聚集而成的特定构象
寡聚蛋白由几条肽链组成。每一条肽键称为一个亚基（或单体）。亚基间的互补界面的是疏水性的。
有些对称的寡聚蛋白是由两个或多个不对称的等同结构成分组成，这种等同的结构成分称为原体。如血红蛋白α2β2就是由两个原体αβ组成。
维持四级结构的作用有：氢键、疏水作用、静电作用、共价健
 弹性蛋白中的锁链素(由4个Lys侧链形成的交联体desmosine)； 免疫球蛋白的二硫键；共价键也维持四级结构： Lysinonorleucine(赖氨硫正亮氨酸)，见于弹性蛋白和胶原蛋白。
球状蛋白聚集成四级结构具有下列优势
①结构更复杂，以便行使更复杂的功能。
②通过协同作用，实现对酶活性的调节。
③把中间代谢途径中各种酶分子聚体在一起，提高催化效率。
④形成一定的几何形状，细菌鞭毛。
⑤适当降低溶液渗透压。
（二） 寡聚蛋白与别构效应
别构蛋白：多是寡聚蛋白，每个亚基除了有活性部位（结合抵牾）外，还有别构部位（结合调节物），有时活性部位和别构部位分属不同的亚基（活性亚基和调节亚基），活性部位之间以及活性部位和调节部位之间通过蛋白质构象的变化而相互作用。
别构效应：别构蛋白的别构部位与效应物的结合改变了蛋白质的构象，从而对活性部位的影响。
同位效应（同种效应）：别构蛋白与一种配基的的结合对于和后续同种配基结合能力的影响，包括（正）协同效应和负协同效应。同位效应一般是指活性部位之间的效应，也可能指别构部位之间的效应。同位效应是别构效应的基础，别构效应可以看成`是对同位效应的一种修饰
异位效应（异种效应）：就是别构效应，别构部位与效应物的结合对活性部位的影响。
协同效应：一种配基的结合促进后续配基的结合，S型结合曲线。
负协同效应：一种配基的结合抑制促进后续配基的结合。
正效应物：促进活性部位与配基结合的别构效应物。
负效应物：抑制活性部位与配基结合的别构效应物。
（三） 血红蛋白的结构与功能
1、 血红蛋白的结构：
成人：   HbA    α2β2  98%  
         HbA2    α2δ2   2%   
胎儿     HbF    α2γ2
早期胚胎：       α2ε2
α：141a.a，      β、γ、δ：146a.a
α、β间大量的盐键，2.3—二磷酸甘油酸。
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。
血红蛋白的α、β链的三级结构与肌红蛋白的很相似，但这三种多肽链的氨基酸顺序有较大不同，141个氨基酸残基中有20多个相同，似乎不同的a.a顺序也能形成非常相似的高级结构。
P129 图3-40  血红蛋白α、β链的氨基酸序列   P181 图3-86 β亚基的三级结构
2、 血红蛋白的氧合曲线（与肌红蛋白比较）
血红蛋白由4个亚基组成，每个亚基都与肌红蛋白类似，含有一个血红素，都能结合一分子O2 ，四个亚基之间具有协同效应，第一个配基的结合能提高其它亚基对O2的亲和力。因此，它的氧合曲线是S型曲线
P185图3—93、3—93

协同效应可增加血红蛋白在肌肉中的卸氧量，使它能有效地输送氧气，。
                                PO2 n
血红蛋白P50=26 torr，n=2.8，Y=   K+ PO2 n   
肺泡氧压：Po2 =100  torr                肌肉毛细血管：Po2 =20  torr
在肺泡中：   Y=0.97 
在毛细血管中 Y=0.25
释放氧    △Y=0.97—0.25=0.72
若无协同效应，血红蛋白的氧合曲线与肌红蛋白的相同，当Po2从 100→20 torr时，△Y不足0.1。
3、 波耳效应及其生理意义
血红蛋白上有CO2和DPG结合部位，因此，血红蛋白还能运输CO2 。
波耳效应：增加CO2的浓度、降低pH能显著提高血红蛋白亚基间的协同效应，降低血红蛋白对O2的亲和力，促进O2的释放，反之，高浓度的O2也能促使血红蛋白释放H+ 和CO2 。
P187   图3-95  pH对血红蛋白氧合的影响
4、 DPG的别构效应
血红蛋白是一个别构蛋白，DPG是它的效应物。DPG（二磷酸甘油酸）通过与它的两个β亚基形成盐键稳定了血红蛋白的脱氧态的构象，因而降低脱氧血红蛋白的氧亲和力。
P189  图3-96 DPG对血红蛋白氧合曲线的影响
无DPG时，P50=1 torr，  DPG=4.5mM时，P50=26 torr
DPG进一步提高了血红蛋白的输氧效率。在肺部，PO2超过100torr，因此，即使没有DPG，血红蛋白也能被饱和，在组织中，PO2低，DPG能降低血红蛋白的氧亲和力，加大血红蛋白的卸氧量。
（1）高山适应和肺气肿的生理补偿变化；DPG升高。
（2）血库储血时加入肌苷可防止DPG的降解。
协同效应、波耳效应、别构效应使血红蛋白的输氧能力达到最高效率
（四） 免疫球蛋白的结构与功能
免疫球蛋白是糖蛋白，它是脊椎动物体内合成的抗体。
1、 抗原与抗体
抗原是指进入异体机体后，能致敏淋巴细胞产生特异抗体，并能与抗体发生特异结合的物质（主要有蛋白质、核酸及其它高分子化合物）。
抗原性包括免疫原性和抗原特异性。
免疫原性是指诱导特异免疫反应的能力。
抗原特异性是指与抗体特异结合的能力。
抗原决定簇：抗原性由抗原分子表面特殊的化学基团决定（一级结构或空间结构），这种决定或控制抗原性的化学基团称抗原决定簇。
抗原决定簇的作用：
①被免疫活性细胞识别，从而激活免疫活性细胞产生抗体。
②与相应抗体的Fab结合。
抗体是在对抗原刺激的免疫应答中，B淋巴细胞产生的一类糖蛋白，它是能与相应抗原特异性结合、产生免疫反应的球蛋白，称免疫球蛋白。
抗体具有两个特点：
①高度特异性
②多样性
几乎所有的外源蛋白都能诱导相应的特异性抗体，人体内任一时刻约有10000种抗体存在。
2、  抗原抗体反应
抗体是2价的，抗原是多价的。
抗体极度过剩，抗原分子所有价被抗体的饱和，可溶。
抗原一抗体比例适中，形成网状的抗原—抗体复合物，不可溶。
抗原极度过剩，抗体被饱和，可溶。
         图
抗原抗体反应的条件：
①抗原决定簇与抗体结合部位构象互补。
②二者各有对应的化学基团，通过作用力使二者结合（离子键、氢键
 等）
3、 免疫球蛋白的一级结构
P193  图3-99
第七节 蛋白质的性质与分离、纯化、鉴定
一、 蛋白质的酸碱性质
蛋白质也是一类两性电解质，能和酸、碱发生作用。
在蛋白质分子中，可解离基团主要是侧链基团，及少数N端-NH2和C端-COOH。
P197  表3-16
天然球状蛋白质的可解离基团大部分可被滴定，而某些天然蛋白质中有一部分可解离基因由于埋藏在分子内部或参与氢键形成而不能解离。
1、 等电点和等离子点（中性盐Ca2+、Mg2+、cl、HPO42++）
等电点：
P198表3-17  3-18
蛋白质的等电点和它所含的酸性氨基酸残基和碱性氨基酸残基的比例有关。
等离子点：没有其它盐类干扰时，蛋白质质子供体解离出的质子数与质子受体结合的质子数相等时的pH值称等离子点，是每种蛋白质的特征常数。
在等电点条件下，蛋白质的电导性、溶解度最小，粘度最大。
2、 蛋白质的电泳分离
聚丙烯酰胺凝胶电泳PAGE
         SDS-PAGE（荷质比相同，分子量不同）
3、 离子交换层析分离蛋白质
与氨基酸分离原理相似
二、 蛋白质的大小与形状
测分子量的方法：
化学组成法
凝胶过滤法
SDS-PAGE法
三、 胶体性质与蛋白质的沉淀
蛋白质分子直径在1-100nm之间，在水溶液中具有胶体溶液的通性（布朗运动，丁达耳现象，不能通过半透膜）