Chapter 5 Protein 三维结构
一、蛋白质构象（高级结构）的研究方法
到目前为止，研究蛋白质高级结构的方法仍然是
以 X射线衍射法 (X-ray diffraction method)为主,X射
线衍射法的原理是：当 X射线 (λ =500nm)投射到蛋白
质晶体样品时，蛋白质分子内部结构受到激动，入
射线反射波互相叠加产生衍射波，衍射波含有被测
蛋白质构造的全部信息，通过摄影即可得一张衍射
图案 (diffraction pattern)，再用电脑进行重组，即可
绘出一张电子密度图 (electro density map)。从电子密
度图可以得到样品的三维分子图象，即分子结构的
模型。
二,Protein的二级结构（ secondary structure)207页
1、定义,是指肽链的主链在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折
叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。主要有 ?-螺旋、
?-折叠,?-转角。
2、蛋白质二级结构的形式
a,α—螺旋 (α—helix)：多为右手螺旋，如角蛋白（ 212页）
基本参数,3.6Aa; 0.54nm; 0.15nm; 每个氨基酸旋转 100度
特点：形成链内氢键；氢键与中心轴平行；侧链伸向外侧。
注意：一条多肽链能否形成 α—helix，以及所形成的螺旋是否稳定跟它的
氨基酸组成和排列顺序有密切的联系，如 R大小和 R基带电性质等。
b,β—折叠 (β—sheet structure),主链呈锯齿状折叠构象
有平行式和反平行式两种，如丝心蛋白
c,β—转角（ β— turn ;又叫 β—回折或 β—弯曲或发夹结构 ）
d、无规卷曲 (random coil)
3,超二级结构,
由若干个相邻的二级结构单元组合在一起，形成有规则，在
空间上能辨认的二级结构组合体，用于充当三级结构的构件。在
组织层次上介于二级和三级结构之间，但没有完整的结构域。 已
知的超二级结构有 3种基本组合形式,α -螺旋的聚集体 (αα),α -
螺旋和 β -折叠的聚集体 (β α β ◇ ),β -折叠的聚集体 (β β β 和
β cβ )。
三,Protein的三级结构 (tertiary structure)☆
1、定义：是指多肽链在二级结构的基础上,肽链的不同区段的侧
链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象
在内的特征三维结构 。
2、维持三级结构的次级键有：疏水键、氢键、盐键和范德华力，
此外，二硫键也参与稳定三级结构。 尤其是 疏水键,在蛋白质三级结
构中起着重要作用
,结构域”分单结构域和多结构域三级结构蛋白质，是三维折
叠的一个层次,是一个相对独立的三维实体，是球状蛋白质的折
叠单位。
四,Protein的四级结构（ quarternary structure)◆
1、定义：是指由两条或两条以上各自具有一、二、三级结构的多
肽链通过非共价键（次级键）连接起来的结构形式；各个亚基在
这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。
2、单体蛋白质和寡聚蛋白质；均一寡聚蛋白质和不均一寡聚蛋白
质。
3、亚基（亚单位； Subunit ）；二聚体和四聚体；原体等。
五、稳定蛋白质三维结构的作用力（ 201页）
肽键是肽链的基本键，其他各种化学键参加链中及链间的联系。一级
结构的肽链是由肽键 —CO—NH—连接而成，但同一肽链中的不同部位有
的还有二硫 (—S—S—)桥键 (如胰岛素 )，有的含有磷酸酯键或羧酸酯键。
二级结构的螺旋构象要靠氢键来维持。三、四级结构的构象主要由次级键，
包括 氢键, 离子键 (盐键 ),疏水键 和 范德华力 等来维持。
六,Protein的结构与结构、结构和功能的关系
1、蛋白质结构与结构之间的 相互关系 。
2、蛋白质的一级结构与生物学功能的关系,如 镰形血红蛋白 与分子病。
3、蛋白质的三维结构与生物学功能的关系：如牛胰核糖核酸酶
(RNase)的复的经典实验。 ★
The End
第六章 蛋白质结构与功能的关系
内容已涉及，以课外补充为主。重点了解
血红蛋白的结构与功能（ 257页）、血红蛋
白与分子病（ 266页）、免疫系统和免疫球
蛋白（ 270页）。
? 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴
平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的
-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的 -
NH基形成氢键。
? 蛋白质分子多为右手 ?-螺旋。
? ?-折叠结构的氢键主
要是由两条肽链之间
形成的；也可以在同
一肽链的不同部分之
间形成。几乎所有肽
键都参与链内氢键的
交联，氢键与链的长
轴接近垂直。
?-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的 N-端
都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方
向相反。
? 在 ?-转角部分，由四个氨基酸残基组成 ;
? 弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第四个残基的
– N-H 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。
? 这类结构主要存在于球状蛋白分子中。
一、蛋白质构象（高级结构）的研究方法
到目前为止，研究蛋白质高级结构的方法仍然是
以 X射线衍射法 (X-ray diffraction method)为主,X射
线衍射法的原理是：当 X射线 (λ =500nm)投射到蛋白
质晶体样品时，蛋白质分子内部结构受到激动，入
射线反射波互相叠加产生衍射波，衍射波含有被测
蛋白质构造的全部信息，通过摄影即可得一张衍射
图案 (diffraction pattern)，再用电脑进行重组，即可
绘出一张电子密度图 (electro density map)。从电子密
度图可以得到样品的三维分子图象，即分子结构的
模型。
二,Protein的二级结构（ secondary structure)207页
1、定义,是指肽链的主链在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折
叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。主要有 ?-螺旋、
?-折叠,?-转角。
2、蛋白质二级结构的形式
a,α—螺旋 (α—helix)：多为右手螺旋，如角蛋白（ 212页）
基本参数,3.6Aa; 0.54nm; 0.15nm; 每个氨基酸旋转 100度
特点：形成链内氢键；氢键与中心轴平行；侧链伸向外侧。
注意：一条多肽链能否形成 α—helix，以及所形成的螺旋是否稳定跟它的
氨基酸组成和排列顺序有密切的联系，如 R大小和 R基带电性质等。
b,β—折叠 (β—sheet structure),主链呈锯齿状折叠构象
有平行式和反平行式两种，如丝心蛋白
c,β—转角（ β— turn ;又叫 β—回折或 β—弯曲或发夹结构 ）
d、无规卷曲 (random coil)
3,超二级结构,
由若干个相邻的二级结构单元组合在一起，形成有规则，在
空间上能辨认的二级结构组合体，用于充当三级结构的构件。在
组织层次上介于二级和三级结构之间，但没有完整的结构域。 已
知的超二级结构有 3种基本组合形式,α -螺旋的聚集体 (αα),α -
螺旋和 β -折叠的聚集体 (β α β ◇ ),β -折叠的聚集体 (β β β 和
β cβ )。
三,Protein的三级结构 (tertiary structure)☆
1、定义：是指多肽链在二级结构的基础上,肽链的不同区段的侧
链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象
在内的特征三维结构 。
2、维持三级结构的次级键有：疏水键、氢键、盐键和范德华力，
此外，二硫键也参与稳定三级结构。 尤其是 疏水键,在蛋白质三级结
构中起着重要作用
,结构域”分单结构域和多结构域三级结构蛋白质，是三维折
叠的一个层次,是一个相对独立的三维实体，是球状蛋白质的折
叠单位。
四,Protein的四级结构（ quarternary structure)◆
1、定义：是指由两条或两条以上各自具有一、二、三级结构的多
肽链通过非共价键（次级键）连接起来的结构形式；各个亚基在
这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。
2、单体蛋白质和寡聚蛋白质；均一寡聚蛋白质和不均一寡聚蛋白
质。
3、亚基（亚单位； Subunit ）；二聚体和四聚体；原体等。
五、稳定蛋白质三维结构的作用力（ 201页）
肽键是肽链的基本键，其他各种化学键参加链中及链间的联系。一级
结构的肽链是由肽键 —CO—NH—连接而成，但同一肽链中的不同部位有
的还有二硫 (—S—S—)桥键 (如胰岛素 )，有的含有磷酸酯键或羧酸酯键。
二级结构的螺旋构象要靠氢键来维持。三、四级结构的构象主要由次级键，
包括 氢键, 离子键 (盐键 ),疏水键 和 范德华力 等来维持。
六,Protein的结构与结构、结构和功能的关系
1、蛋白质结构与结构之间的 相互关系 。
2、蛋白质的一级结构与生物学功能的关系,如 镰形血红蛋白 与分子病。
3、蛋白质的三维结构与生物学功能的关系：如牛胰核糖核酸酶
(RNase)的复的经典实验。 ★
The End
第六章 蛋白质结构与功能的关系
内容已涉及，以课外补充为主。重点了解
血红蛋白的结构与功能（ 257页）、血红蛋
白与分子病（ 266页）、免疫系统和免疫球
蛋白（ 270页）。
? 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴
平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的
-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的 -
NH基形成氢键。
? 蛋白质分子多为右手 ?-螺旋。
? ?-折叠结构的氢键主
要是由两条肽链之间
形成的；也可以在同
一肽链的不同部分之
间形成。几乎所有肽
键都参与链内氢键的
交联，氢键与链的长
轴接近垂直。
?-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的 N-端
都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方
向相反。
? 在 ?-转角部分，由四个氨基酸残基组成 ;
? 弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第四个残基的
– N-H 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。
? 这类结构主要存在于球状蛋白分子中。
