α螺旋、β折叠和转角

了解点冷知识，蛋白质二级结构预测上一次小师弟给大家介绍了从蛋白质一级结构预测相关信息的网站——也即ExPASy ProParam的使用，今天我再给大家介绍一下蛋白质二级结构的预测。

在介绍具体的网站和软件使用之前，我想先介绍一下蛋白质二级结构预测的基础知识。

蛋白质二级结构有如下几种模式：α螺旋（当然，也存在其他形式的螺旋），β折叠，转角（turn）,以及无规则卷曲（random coil）。

其中，无规则卷曲并不是一类真正的二级结构，只是作为一种分类，用来表示此类结构没有规则的二级结构。

需要说明的是，无规则卷曲也不是完全随机（random）折叠，其氨基酸分布以及折叠还是有一定规律的，只不过他们的结构非常灵活易变（flexible）。

甚至有研究表明，某些无规则卷曲是有明确而稳定的结构的。

关于二级结构的分类，更详细的可以参考DSSP（Dictionary of Protein Secondary Structure）分类系统，一共将蛋白质二级结构分为8类，其分类依据是二级结构中的氢键结合模式。

Loop，作为另一个在蛋白质二级结构层面的概念，并不是单指上述某一个类型的二级结构，而是一类多样化的二级结构，可以包括转角、无规则卷曲（long loops也被称作无规则卷曲）以及其它连接二级结构的氨基酸链。

Loops多数位于蛋白质分子表面，含有较多亲水氨基酸，具有灵活的构象，可以作为蛋白质的结合位点（比如抗体的抗原结合位点就由6个loop组成）以及酶的催化位点。

二级结构图片在蛋白质二级结构和三节结构之间，还存在两个概念，超二级结构和结构域。

超二级结构在很多教科书中也称作mofit（structural motif: 结构模体/结构基序，或者folding motif：折叠花式）。

超二级结构是指相邻二级结构在三维折叠中相互靠近所形成的组合，分为简单超二级结构和复杂超二级结构。

简单超二级结构一般只包含3个及3个以下的二级结构，我们熟悉的αα，ββ，以及βαβ结构模体就属于简单超二级结构，锌指结构（αββ）也是一种简单的超二级结构。

蛋白质一级结构二级结构三级结构四级结构解释【摘要】蛋白质是生物体内重要的大分子，负责许多生物学功能。

蛋白质的结构可分为四个级别：一级结构指的是氨基酸的简单线性排列，二级结构是氨基酸的局部区域形成α螺旋或β折叠，三级结构是整个蛋白质分子的空间构象，四级结构是多个蛋白质分子相互组装在一起形成的复合物。

蛋白质的结构决定了其功能，例如酶的特异性和亲和力。

蛋白质的结构与功能高度相关，对于研究蛋白质功能和疾病治疗有着重要意义。

蛋白质的结构从简单到复杂，具有多种不同层次的组织关系，这些不同级别的结构相互作用，共同决定了蛋白质的生物学功能。

【关键词】蛋白质，一级结构，二级结构，三级结构，四级结构，解释，总结1. 引言1.1 蛋白质概述蛋白质是生物体内功能性非常重要的大分子，它们参与了生物体内的几乎所有生物过程。

蛋白质是由氨基酸分子通过肽键连接而成的多肽链，具有多种结构和功能。

蛋白质的结构可以分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。

一级结构是指蛋白质的氨基酸序列，即多肽链的线性排列方式。

二级结构是指多肽链中氨基酸的局部空间构象，包括α-螺旋和β-折叠等。

三级结构是指整个多肽链的立体空间结构，由各个二级结构元素的折叠方式决定。

四级结构则是由多个多肽链之间的相互排列和交互作用所形成的整体结构。

通过这四个层次的结构，蛋白质可以实现其特定的生物功能，如催化化学反应、传递信号等。

蛋白质的结构和功能密切相关，任何一个层次的结构改变都可能影响到其功能。

对蛋白质结构的深入理解对于揭示其功能机制具有重要意义。

2. 正文2.1 蛋白质一级结构蛋白质的一级结构指的是它的氨基酸序列。

氨基酸是组成蛋白质的基本单位，共有20种不同的氨基酸，它们通过肽键连接在一起形成多肽链。

蛋白质的氨基酸序列是由基因决定的，不同的基因编码不同的氨基酸序列，从而确定了蛋白质的结构和功能。

在蛋白质的一级结构中，氨基酸序列的特定顺序决定了蛋白质的二级结构。

氨基酸之间的连接方式一、引言氨基酸是构成蛋白质的基本组成单元，它们通过特定的连接方式形成了多肽链。

多肽链的连接方式决定了蛋白质的结构和功能。

本文将深入探讨氨基酸之间的连接方式，包括肽键的形成、多肽链的方向性以及二级、三级结构的形成等内容。

二、肽键的形成肽键是氨基酸之间的共价键连接，通过一个缩水反应（脱水反应）形成。

具体步骤如下：1.两个氨基酸的羧基（-COOH）与氨基（-NH2）发生酯化反应，生成酯键。

2.在酯键的作用下，羧基上的氧原子与氨基上的氢原子发生结合，生成肽键。

3.肽键形成后，羧基和氨基中的一个氧原子和一个氢原子组成水分子被释放。

三、多肽链的方向性多肽链具有肽键的方向性，即一个氨基酸的氨基与下一个氨基酸的羧基之间形成肽键。

这种方向性决定了多肽链的N端和C端。

具体规律如下：1.多肽链的N端是氨基（-NH2）自由基，C端是羧基（-COOH）自由基。

2.多肽链的生长方向是N端到C端的方向，也就是从左到右的方向。

四、二级结构：α螺旋和β折叠多肽链通过肽键的连接方式形成了二级结构，主要包括α螺旋和β折叠。

1. α螺旋α螺旋是多肽链以螺旋形式紧密排列的结构。

其特点如下：•α螺旋由多个氨基酸残基组成，每个氨基酸间相隔3.6个残基。

•每个氨基酸残基占据一个螺旋周期，螺旋周期中的每个氨基酸的侧链朝向螺旋轴的外侧。

•α螺旋的稳定性来自于氢键的形成，每个氨基酸残基的羧基氢原子与下一个氨基酸残基的氨基氧原子之间形成氢键。

2. β折叠β折叠是多肽链以平行或反平行的方式相互堆叠形成的结构。

其特点如下：•β折叠与螺旋不同，多个氨基酸残基之间没有明显的周期性。

•β折叠的稳定性同样来自于氢键的形成，相邻氨基酸残基的羧基氮原子和氨基氧原子之间形成氢键。

•β折叠通常由四个或更多的氨基酸残基组成。

五、三级结构：蛋白质的立体结构蛋白质的三级结构是由二级结构进一步折叠而成，决定了蛋白质的空间构型和功能。

1. α螺旋的三级结构α螺旋在三级结构中通常与其他二级结构相结合，例如与β折叠形成β-α-β结构。

动生化名词解释1.氨基酸的等电点：当溶液在某一特定的pH 值时，氨基酸以两性离子的形式存在，正电荷数与负电荷数相等，净电荷为零，在直流电场中既不向正极移动也不向负极移动，这时溶液的pH 值称为该氨基酸的等电点，用pI 表示。

2.肽键：是指键，是一个氨基酸的α–COOH 基和另一个氨基酸的α–NH2基所形成的酰胺键。

3.多肽链：由许多氨基酸残基通过肽键彼此连接而成的链状多肽，称为多肽链。

4.肽平面：肽链主链的肽键具有双键的性质，因而不能自由旋转，使连接在肽键上的六个原子共处于一个平面上，此平面称为肽平面。

5.蛋白质的一级结构：多肽链上各种氨基酸残基的排列顺序，即氨基酸序列。

6.肽单位：多肽链上的重复结构，如C α–CO–NH–C α称为肽单位，每一个肽单位实际上就是一个肽平面。

7.多肽：含有三个以上的氨基酸的肽统称为多肽。

8.氨基酸残基：多肽链上的每个氨基酸，由于形成肽键而失去了一分子水，成为不完整的分子形式，这种不完整的氨基酸被称为氨基酸残基。

9.蛋白质二级结构：多肽链主链骨架中，某些肽段可以借助氢键形成有规律的构象，如α–螺旋、β–折叠和β–转角；另一些肽段则形成不规则的构象，如无规卷曲。

这些多肽链主链骨架中局部的构象，就是二级结构。

10.超二级结构：在球状蛋白质分子的一级结构顺序上，相邻的二级结构常常在三维折叠中相互靠近，彼此作用，从而形成有规则的二级结构的聚合体，就是超 二级结构。

11.结构域：在较大的蛋白质分子里，多肽链的三维折叠常常形成两个或多个松散连接的近似球状的三维实体，即是结构域。

它是球蛋白分子三级结构的折叠单位。

12.蛋白质三级结构：指一条多肽链在二级结构（超二级结构及结构域）的基础上，进一步的盘绕、折叠，从而产生特定的空间结构。

或者说三级结构是指多肽链中所有原子的空间排布。

维系三级结构的力有疏水作用力、氢键、范德华力、盐键（静电引力）。

另外二硫键在某些蛋白质中也起着非常重要的作用。

蛋白质结构与功能的关系蛋白质的结构包括一级结构、二级结构、三级结构、四级结构。

一级结构是蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。

一级结构是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。

蛋白质的二级结构是指多肽链的主链骨架本身在空间上有规律的折叠和盘绕，它是由氨基酸残基非侧链基团之间的氢键决定的。

常见的二级结构有α螺旋、三股螺旋、β折叠、β转角、β凸起和无规卷曲。

α螺旋中肽链骨架围绕一个轴以螺旋的方式伸展，它可能是极性的、疏水的或两亲的。

β折叠是肽链的一种相当伸展的结构，有平行和反平行两种。

如果β股交替出现极性残基和非极性残基，那么就可以形成两亲的β折叠。

β转角指伸展的肽链形成180°的U形回折结构而改变了肽链的方向。

β凸起是由于β折叠股中额外插入一个氨基酸残基而形成的，它也能改变多肽链的走向。

无规卷曲是在蛋白质分子中的一些极不规则的二级结构的总称。

无规卷曲无固定走向，有时以环的形式存在，但不是任意变动的。

从结构的稳定性上看，右手α螺旋＞β折叠＞ U型回折＞无规卷曲，但在功能上，酶与蛋白质的活性中心通常由无规卷曲充当，α右手螺旋和β折叠一般只起支持作用。

蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构的基础上，进一步盘绕、卷曲和折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次级键以及二硫键维系的完整的三维结构。

三级结构通常由模体和结构域组成。

稳定三级结构的化学键包括氢键、疏水键、离子键、范德华力、金属配位键和二硫键。

模体可用在一级结构上，特指具有特殊生化功能的序列模体，也可被用于功能模体或结构模体，相当于超二级结构。

结构模体是结构域的组分，基本形式有αα、βαβ和βββ等。

常见的模体包括：左手超螺旋、右手超螺旋、卷曲螺旋、螺旋束、α螺旋-环-α螺旋、Rossmann卷曲和希腊钥匙模体。

结构域是在一个蛋白质分子内的相对独立的球状结构和/或功能模块，由若干个结构模体组成的相对独立的球形结构单位，它们通常是独自折叠形成的，与蛋白质的功能直接相关。

蛋白质二级结构的基本类型蛋白质二级结构的主要形式包括α-螺旋、β-折叠、β-转角、Ω环和无规卷曲。

蛋白质二级结构是指多肽主链骨架原子沿一定的轴盘旋或折叠而形成的特定的构象，即肽链主链骨架原子的空间位置排布，不涉及氨基酸残基侧链。

知识拓展：α-螺旋结构的特点是：①肽链主链像螺旋状盘曲，每隔3.6个氨基酸残基沿中心轴螺旋上升一圈，螺距为0.54nm，即每个氨基酸残基沿中心轴旋转100°，沿轴上升0.15nm，螺旋的直径约为0.5nm。

②α-螺旋中氨基酸残基的侧链伸向外侧。

相邻的螺圈之间形成链内氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行。

从N-末端出发，氢键是由每个氨基酸残基的C==O与前面第4个氨基酸的N—H之间形成的。

α-螺旋的稳定靠氢键维持。

α-螺旋有左手螺旋和右手螺旋两种，但天然蛋白质的α-螺旋，绝大多数都是右手螺旋，右手螺旋比左手螺旋稳定。

β-折叠结构的特点是：①肽链按层排列，主链呈锯齿状。

相邻肽链主链上的N—H和C==O之间形成氢键，β-折叠靠氢键维持其结构的稳定性。

②相邻肽链走向可以平行，也可以反平行。

肽链的N端在同侧为平行式，在不同侧为反平行式，从能量角度考虑，反平行式更为稳定。

③肽链中氨基酸残基的R侧链交替分布在片层的上下。

④反平行折叠结构中重复周期(肽链同侧两个相邻的同一基团之间的距离)为0.7nm，而平行式的重复周期为0.65nm。

⑤在纤维状蛋白质中，β-折叠可以在不同肽链之间形成，而球状蛋白质中的β-折叠既可以在不同肽链之间形成，也可以在同一肽链的不同肽段之间形成。

β-转角：是在球状蛋白质中存在的一种二级结构。

β-转角是由多肽链上4个连续的氨基酸残基组成，主链骨架以180°回折，其中第一个氨基酸残基的C==O与第四个氨基酸残基的N—H之间形成氢键，是一种不很稳定的环形结构。

由于β-转角结构，可使多肽链走向发生改变，目前发现的β-转角多数都处在球状蛋白质分子的表面，在这里改变多肽链的方向阻力比较小。