2 蛋白质化学.docx

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2蛋白质化学

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  第二章   蛋白质化学

2.1氨基酸

 2.1.1蛋白质氨基酸的结构及分类

 2.1.2氨基酸的理化性质

2.2肽

 2.2.1肽和肽链的结构及命名

 2.2.2重要的天然寡肽

2.3蛋白质的分子结构

 2.3.1蛋白质的一级结构

 2.3.2蛋白质的构象和维持构象的作用力

 2.3.3蛋白质的二级结构

 2.3.4蛋白质的三级结构

 2.3.5蛋白质的超二级结构和结构域

 2.3.6蛋白质的四级结构

2.4蛋白质结构与功能的关系

 2.4.1一级结构与功能的关系

 2.4.2空间结构与功能的关系

2.5蛋白质的重要性质

 2.5.1蛋白质的相对分子质量

 2.5.2蛋白质的两性解离及等电点

 2.5.3蛋白质的胶体性质

 2.5.4蛋白质的沉淀反应

 2.5.5蛋白质的变性与复性

 2.5.6蛋白质的紫外吸收与呈色反应

2.6蛋白质的分类

 2.6.1简单蛋白质

 2.6.2结合蛋白质

2.7蛋白质的分离提纯及应用

 2.7.1蛋白质分离纯化的一般原则

 2.7.2蛋白质的应用

第二章蛋白质化学

本章提要蛋白质是由20种L-α-氨基酸以肽键相连构成的生物大分子。

各氨基酸的特征基团R侧基决定了该氨基酸的类别和性质，如酸碱性、紫外吸收、pI、亲水性等。

蛋白质由于含有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸而在280　nm有吸收峰。

蛋白质一级结构指肽链中氨基酸排列顺序。

二级结构是肽链上不同肽段的空间结构，叫作构象单元，包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲，维持其结构稳定的是主链形成的氢键。

三级结构是多肽在二级结构基础上通过侧链基团的相互作用进一步卷曲折叠、借助次级键维系使各构象单元相互配置而形成的特定构象。

超二级结构和结构域是介于二、三级结构之间的一个结构层次。

四级结构由多个蛋白亚基组成，其中每一条多肽或蛋白单体称为亚基。

蛋白质复杂的组成和结构是其多种多样生物功能的基础，蛋白质一级结构决定高级结构，后者又决定功能。

蛋白质的两性解离、胶体性、沉淀反应、变性与复性等性质与其一级结构有关，是制定蛋白质研究技术的重要依据。

蛋白质（protein）是生活细胞内含量最丰富、功能最复杂的生物大分子，并参与了几乎所有的生命活动和生命过程。

因此，研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本的命题。

生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的体现者：

①酶是以蛋白质为主要成分的生物催化剂，代谢反应几乎都是在酶的催化下进行的。

②结构蛋白参与细胞和组织的建成，如微管蛋白、伸展蛋白、胶原蛋白、膜蛋白、角蛋白等。

③某些动物激素是蛋白质，如胰岛素、生长素、促卵泡激素、促甲状腺激素等，在代谢调节中具有十分重要的作用。

④运动蛋白如肌肉中的肌动蛋白、肌球蛋白（收缩蛋白）以及鞭毛和纤毛蛋白与肌肉收缩和细胞运动有关。

⑤高等动物的抗体、补体、干扰素等蛋白质具有防御功能。

⑥某些蛋白质具有运输功能，如血红蛋白和肌红蛋白运输氧；脂蛋白运输脂类；细胞色素和铁氧还蛋白传递电子；细胞膜上的离子通道、离子泵、载体等运输离子和代谢物。

⑦激素和神经递质的受体蛋白有接受和传递信息的功能。

细胞表面抗原参与免疫反应和细胞识别。

⑧染色质蛋白、阻遏蛋白、转录因子等参与基因表达的调控；细胞周期蛋白等具有调控细胞分裂、增殖、生长、分化的功能。

⑨种子贮藏蛋白、卵白蛋白、酪蛋白、血浆白蛋白等具有贮存氨基酸和蛋白质的功能。

此外，如视网膜上感觉光信号的视色素，味蕾上的味觉蛋白，某些植物、昆虫、微生物产生的毒素蛋白，各有其独特的功能。

据估计，大肠杆菌细胞中约有3000种不同的蛋白质，真核细胞中则有大约100000种蛋白质。

根据蛋白质的元素分析，发现它们除含C、H、O外，还含有N和少量S，部分蛋白质还含有P和某些微量元素，如Fe、Cu、Mo、Zn、I和Se等。

蛋白质中N的平均含量为16％，即1mg蛋白氮相当于625mg蛋白质，这就是凯氏定氮法测定蛋白质含量的根据。

2．1 氨基酸

尽管在各种生物体内已发现了180多种氨基酸（aminoacid，AA），但参与组成蛋白质的氨基酸只有20种，称为蛋白质氨基酸，某些蛋白质中的稀有氨基酸组分都是基本氨基酸参入多肽链后经酶促修饰形成的，不参与蛋白质组成的氨基酸，称为非蛋白质氨基酸。

2．1．1 蛋白质氨基酸的结构及分类

蛋白质氨基酸是蛋白质的基本结构单位或构件分子，生物体内构成蛋白质的氨基酸，除脯氨酸是一种α-亚氨基酸外，其余的都是α-氨基酸，除没有手性碳原子的甘氨酸外，其它蛋白质氨基酸均为L-型氨基酸。

图2-1  a氨基酸的基本结构：

四个不同基团连接在α-碳原子周围；

b氨基酸的两种立体异构体

可见20种蛋白质氨基酸在结构上的差别仅在于侧链基团R的不同。

通常根据R基团的性质把这20种氨基酸分为非极性氨基酸（疏水氨基酸）和极性氨基酸（亲水氨基酸）两大类，后者又可分为酸性氨基酸、碱性氨基酸和非解离的极性氨基酸，它们的名称、符号和结构式见表2-1。

此外也可按R基团的结构特点把氨基酸划分成脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸。

还可从营养学的角度将其分为非必需氨基酸和必需氨基酸，前者可由机体自行合成，后者在某些生物体内（如人类和大白鼠）不能合成或合成量不足以维持正常的生长发育，因此必须依赖食物供给。

10种必需氨基酸中L-精氨酸和L-组氨酸尚可少量合成，因此也称为半必需氨基酸。

2.1.2 氨基酸的理化性质

2.1.2.1 氨基酸的两性解离与等电点

氨基酸同时含有氨基和羧基，是两性电解质，在水溶液或结晶内基本上均以兼性离子或偶极离子的形式存在。

氨基酸的兼性离子在酸性溶液中可接受质子形成阳离子，在碱性溶液中则释放质子形成阴离子。

以甘氨酸为例:

                              K2’            K1’

上式中K1′和K2′分别代表α-碳原子上—COOH和—NH+3的表观解离常数，

K1′=［H+］［R±］/［R+］，K2′=［H+］［R-］/［R±］

若以pH表示［H+］，上式可写成：

pH＝pK1′lg（［R±］/［R+］）和pH＝pK2′+lg（［R-］/［R±］）

图2-2甘氨酸的滴定曲线

通常可以酸和碱分别滴定氨基酸求出pK1′和pK2′，例如1mol甘氨酸溶于水时，溶液pH为5.97，分别用标准NaOH和HCl滴定，以溶液pH为纵坐标，加入HCl和NaOH的mol数为横坐标作图，得到滴定曲线（图2-2）。

甘氨酸的滴定曲线十分重要的特点就是在pH234和pH9.60处有两个“拐点”，分别为其pK1′和pK2′。

氨基酸的两性解离是其最重要的性质，各解离基团的pK值也十分重要，据此可以计算出任一pH条件下氨基酸各种解离形成的相对浓度及其pI值。

2.1.2.2氨基酸的光学性质

基本氨基酸除甘氨酸外，其α-碳均为不对称碳原子或手性中心，因此有L-和D-两种类型的光学异构体。

自然界的氨基酸主要以L-型存在。

氨基酸的构型与旋光方向没有直接对应的关系，各种L-型氨基酸中有的为左旋，有的为右旋，同一种L-型氨基酸在不同溶剂中测定时，其旋光方向及比旋光值也会不同。

蛋白质水解得到的α-氨基酸都属于L-型，所以习惯上书写时都不标明构型和旋光方向（图2-1）。

20种蛋白质氨基酸在可见光区域均无光吸收，在远紫外区（<220nm）均有光吸收。

R基团含有芳香环共轭双键系统的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸，在近紫外区（220～300nm）有光吸收，其最大光吸收（λmax）分别为279nm，278nm和259nm。

蛋白质由于含有这些氨基酸，一般最大光吸收在280nm波长处，因此能利用分光光度法很方便地测定蛋白质含量。

2.1.2.3 氨基酸的重要化学反应

1.与茚三酮反应在弱酸性条件下，氨基酸与茚三酮共热，生成一种紫色化合物。

脯氨酸或羟脯氨酸与茚三酮生成黄色化合物。

此反应经常用于氨基酸的定性和定量分析。

2与2，4-二硝基氟苯反应在弱碱性溶液中，氨基酸的α-氨基易与2，4-二硝基氟苯（DNFB或FDNB）反应，生成黄色的二硝基苯氨基酸（DNP-AA）：

此反应最初被Sanger用于测定肽链N-末端氨基酸，又被称为Sanger反应。

3与异硫氰酸苯酯反应在弱碱性条件下，氨基酸的α-氨基易与异硫氰酸苯酯（PITC）反应，生成苯氨基硫甲酰衍生物，后者在硝基甲烷中与酸作用而环化，生成苯乙内酰硫脲（PTH）衍生物.

蛋白质多肽链N-末端氨基酸的α-氨基也可以与PITC发生上述反应生成PTH-肽，在酸性溶液中释放出末端的PTH-氨基酸和比原来少一个氨基酸残基的多肽链，所得的PTH-氨基酸用层析法鉴定，即可确定肽链N-末端氨基酸的种类。

剩余的肽链重复应用此方法测定其N-端的第二个氨基酸，如此重复就可测定多肽链全部序列。

由于Edman成功地将此方法用于氨基酸序列分析，故又称此反应为Edman反应。

目前根据此原理设计出蛋白质顺序测定仪（Proteinsequencer），大大提高了蛋白质测序的效率。

2.2肽

氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水形成肽（peptide），蛋白质是氨基酸通过肽键连接在一起的线性序列。

生物体内存在各种长短不同的肽链。

许多小肽具有特殊生物活性。

2.2.1肽和肽链的结构及命名

最简单的肽由两个氨基酸通过一个肽键连接而成，称为二肽；随着所含氨基酸数目的增加，依次称为三肽、四肽、五肽等。

由于形成肽键的α-羧基与α-氨基之间缩合释放出一分子水，肽链中的氨基酸已不是完整的分子，因而称为氨基酸残基。

通常，肽链的一端含有一个游离的α-氨基，另一端则保留一个游离的α-羧基。

按规定肽链的氨基酸排列顺序从其氨基末端（N-末端）开始，到羧基末端（C-末端）终止，而且通常总是把N-末端氨基酸残基放在左边，C末端氨基酸残基放在右边，如下图所示：

N-末端   肽单位肽键                                C-末端

不难看出，多肽链的骨架均由重复的肽单位排列而成，称为主链；不同的多肽链氨基酸顺序不同。

小分子肽一般按其氨基酸残基排列顺序命名，如Tyr-Gly-Gly-Phe-Met称为酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰蛋氨酸，这是一种从脑中分离出来的，具有类似吗啡镇痛功能的物质，因此又称为脑啡肽。

肽键中的亚氨基虽然不能解离，但肽链带有游离的N-端α-NH2和C-端α-COOH，加上部分氨基酸可解离的R基团，因而与氨基酸一样具有两性解离的性质。

肽链末端α-NH2与α-COOH的间隔比游离氨基酸中的大，它们之间的静电引力较弱，因此α-羧基的pK1′值比游离氨基酸中的大一些；α-氨基的pK2′值比游离氨基酸中的小一些，侧链基团的pKR′变化不大。

肽的化学反应与氨基酸一样，游离的α-氨基、α-羧基、R基团可发生与氨基酸中相应基团类似的反应，如茚三酮反应、Sanger反应、Edman反应等。

含有两个以上肽键的化合物在碱性溶液中与Cu2+生成紫红色到蓝紫色的络合物，称为双缩脲反应，可用以测定多肽和蛋白质含量。

2．2．2重要的天然寡肽

生物体内有许多以游离态存在的小肽，具有各种特殊的生物学功能。

已知很多动物激素属于肽类物质，如下丘脑分泌的促甲状腺素释放因子（TRH，3肽）、促黄体生成激素释放因子（LRF，10肽）、生长激素释放抑制因子（GRIF，14肽）、加压素（ADH，8肽））；脑垂体分泌的促肾上腺皮质激素（ACTH，9肽）；胰岛α-细胞分泌的胰高血糖素（29肽）等；某些神经递质，如前面提到的脑啡肽（5肽）和β-内啡肽（31肽）等。

某些抗菌素也是肽或肽衍生物，如短杆菌肽S（环10肽），放线菌素D和多粘菌素E等。

谷胱甘肽（Glutathione）是广泛分布于生物体内的一种3肽，由γ-谷氨酰胺-半胱氨酰-甘氨酸组成（见图2-3）。

由于它的Cys残基含有游离的—SH基，常以GSH表示之。

谷胱甘肽是某些氧化还原酶的辅酶，对巯基酶的—SH基有保护作用，且有防止过氧化物累积的功能。

2．3蛋白质的分子结构

蛋白质是生物大分子，虽然组成蛋白质的基本氨基酸为20种，但各种不同的蛋白质氨基酸残基数变化很大，少则50多个，多则千个以上，加之氨基酸排列顺序的差异及组合肽链数的不同，就形成了结构和功能都十分复杂和多样的蛋白质。

目前已确认的蛋白质结构层次分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构，另外为了研究的方便，在二、三级结构之间又划分出超二级结构和结构域两个层次。

2.3.1蛋白质的一级结构

蛋白质的一级结构（primary structure）即多肽链内氨基酸残基从N-末端到C-末端的排列顺序，或称氨基酸序列，是蛋白质最基本的结构。

过去曾将一级结构混同于化学结构，根据国际纯化学与应用化学联合会（IUPAC）1969年的规定，一级结构专指氨基酸序列，而蛋白质的化学结构则包括肽链数目、端基组成、氨基酸序列和二硫键的位置，又称共价结构。

氨基酸序列测定是蛋白质结构研究的基础工作。

英国生化学家FSanger于1944年至1954年阐明了牛胰岛素的氨基酸序列，虽然这只是一种由51个氨基酸残基组成的小分子量蛋白质，Sanger创造的方法却奠定了氨基酸序列测定的基础。

1960年美国人Moore和Steine改进Sanger的方法，测定出124个残基组成的核糖核酸酶的氨基酸序列。

1967年Edman和Begg发明了氨基酸序列分析仪；1973年Moore和Steine又推出氨基酸序列自动分析仪，极大地加快了氨基酸序列测定的进度。

1997年底，已有69000多种蛋白质进入氨基酸序列数据库。

1.      蛋白质的氨基酸序列测定是很复杂的，现将其一般程序简介如下：

2.      蛋白质样品预处理用于序列测定的样品必须纯化并测定分子量，再加入含巯基乙醇的高浓度尿素溶液，使蛋白质分子中的二硫键和非共价键断开。

3.      测定氨基酸组成通常将蛋白质样品用6mol/LHCl在110℃水解24h，再用氨基酸自动分析仪进行测定。

据此可初步了解蛋白质的氨基酸种类及其数量。

4.      肽链末端氨基酸的测定用Sanger反应或Edman反应，测定N-末端氨基酸；用羧肽酶或肼解法测定C-末端氨基酸，为氨基酸序列提供两个重要的参考点。

5.      专一性部分裂解为了便于测定，通常用蛋白酶或试剂将长的肽链专一性裂解成若干小的肽片段，每种样品至少用两种方法裂解，产生两套以上的片段，以便借助重叠法排列出完整的序列。

蛋白质序列测定策略示意图

2.3.2蛋白质的构象和维持构象的作用力

根据X-射线衍射研究，蛋白质的多肽链并非线性伸展，而是以一定的方式折叠成特定的空间结构，并在此基础上产生特有的功能。

讨论蛋白质的空间结构时常使用构型和构象这两个词，因此有必要先明确其含义与区别。

2.3.2.1 构型与构象

构型（configuration）:

立体异构体分子中取代原子或基团在空间的取向，如几何异构体和光学异构体。

构型互变需要共价键的断裂。

构象（conformation）:

取代基团当单键旋转时形成不同的立体结构，这种空间位置的改变不涉及共价键的断裂。

例如乙烷分子中C—C单键旋转时，它们上面的H原子相对空间位置随之改变，产生无数种构象，其中交叉型构象最稳定，重叠型构象最不稳定）。

2．3．2．2 维持蛋白质构象的作用力

多肽链主链中的肽键及Cα—N和C—Cα都是单键，有形成无数不同构象的可能性，而且任何一种构象还将随环境的改变和热运动不断改变。

事实上天然蛋白质在生物体内只保持一种或几种构象，从而保证其特有的性质与功能。

蛋白质天然构象的稳定性主要是靠一系列弱作用力维持的，这些弱作用力主要有氢键、盐键、疏水作用、范德华力，此外还有共价二硫键、酯键和配位键。

图2-7维持蛋白质构象的作用力

a盐键；b氢键；c疏水作用；d范德华力；e二硫键

   1．氢键多发生在多肽链中负电性很强的氮原子或氧原子与N—H或O—H的氢原子之间。

另一方面，水分子的氢原子和羟基基团也能和多肽链的有关原子或基团形成氢键，蛋白质表面的侧链通常倾向于形成这类氢键。

氢键虽是弱键，但在蛋白质分子中数量极大，在维系和促进蛋白质构象形成，特别是二级结构形成中起着极其重要的作用。

   2．范德华力一般是指范德华吸引力。

当两个非键合原子处于一定距离时，这种力才能达到最大，此距离称接触距离（contactdistance），它等于两个原子的范德华半径之和。

范德华引力是很弱的力，但在蛋白质分子中它的数量也较大，且具加和性，因此也是形成和稳定蛋白质构象的一种不可忽视的作用力。

   3．疏水作用疏水作用实际上不是疏水基团之间相互吸引，主要是介质水分子对疏水基团的推斥所致，或者说是由于疏水基团为了避开水分子而被迫靠近。

疏水作用在维持蛋白质的三级结构的稳定和四级结构的形成中占有突出的地位。

   4．盐键又称离子键，蛋白质分子中的某些氨基酸，如Lys、Arg、Asp、Glu和His在生理pH条件下，其侧链是带电荷基团，它们之间可以形成离子键。

蛋白质分子中离子键数量较少，主要在R侧链间起作用。

   5．二硫键多肽链内或不同链间的两个Cys残基的巯基，在氧化条件下形成二硫键。

二硫键是很强的共价键，键能约120～420kJ/mol。

它将不同的肽链或同一条链的不同部分连接起来，对蛋白质高级结构的形成与稳定有重要作用。

在绝大多数情况下，二硫键形成于β-转角附近。

实验表明，有些二硫键是蛋白质维持天然构象和生物活性所必需的，有些则不是必需的。

如果蛋白质中所有的二硫键相继被还原，必将导致其天然构象的破坏和生物活性丧失。

   6．配位键两个原子之间由单方面提供共用电子对形成的共价键称为配位键。

不少蛋白质含有某种金属离子，如Fe2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+等。

金属离子往往以配位键与蛋白质连接，参与蛋白质高级结构的形成与维持。

当用螯合剂除去金属离子时，会造成蛋白质四级结构的破坏，或三级结构局部破坏，以致丧失活力。

   综上所述，维持蛋白质高级结构的主要是氢键、范德华力、疏水作用和盐键等次级键，虽然它们单独存在时是弱的作用力，但大量的次级键加在一起，就产生了足以维持蛋白质天然构象的作用力。

在部分蛋白质分子中，离子键、二硫键、配位键也参与维持蛋白质的空间结构。

2.3.3蛋白质的二级结构

蛋白质的二级结构（secondarystructure）是肽链主链不同肽段通过自身的相互作用、形成氢键，沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，因此是蛋白质结构的构象单元，主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲等。

这些主链构象的结构单元的形成必须遵循肽链折叠的立体化学原理。

2.3.3.1多肽链折叠的空间限制

肽键的部分双键性质和非键合原子之间的最小接触距离造成了多肽链折叠的空间限

图2-8反式构型肽键的基本参数

制。

肽键CO-NH形式上是单键，但X-射线衍射分析表明，它具有部分双键的性质，并由此而影响其构象。

已知C—N单键的键长为0.147nm，C=N双键的键长是0.127nm，而肽键中C—N的键长为0.132nm（图2-8）。

肽链主链上的重复结构肽单位实际上就是肽平面，多肽链的主链就是由许多肽平面通过其间的Cα相互连接而成的。

如图2-10所示，肽平面之间的Cα分别以两个单键（Cα—N1和Cα—C2）与两个肽平面相连。

绕Cα—N1键旋转的角度称Φ角，绕Cα—C2键旋转的角度称Ψ角，这两个旋转角度叫二面角，可表示出相邻的两个肽平面的相对位置。

当Cα的一对二面角Φ=180°、Ψ=180°时，Cα的两个相邻肽平面呈充分伸展的构象［图2-10（a）］。

而Φ=0°、Ψ=0°的构象［图2-10（b）］实际上不存在，因为一个肽平面上酰胺基的H原子与相邻的另一肽平面上羰基O原子之间的距离小于其最小接触距离，因而将发生空间重叠。

虽然Φ和Ψ角理论上可以取+180°～-180°之间的任何值，但是立体化学允许出现的角度只是其中很少一部分，加上侧链R基团之间空间位阻的限制，肽所取构象的范围是很有限的。

实际上在肽链中因其它原子均相同，最终影响构象的主要是R侧链基团。

图2-10肽平面和二面角

aΦ=180°，Ψ=180°；bΦ=0°，Ψ=0°

2.3.3.2 蛋白质的构象单元

1 α-螺旋α-螺旋是Pauling和Coroy等研究羊毛、马鬃、猪毛、鸟毛等α-角蛋白时于1951年提出来的。

α-角蛋白属于纤维状蛋白质，这种蛋白几乎全是α-螺旋结构。

在球状蛋白中，α-螺旋是肽链的区段性局部构象。

α-螺旋的结构要点如下：

当某一段肽链中所有的Cα的扭角分别相等时，则这一段肽链的主链就会围绕一个中心轴形成规则的螺旋构象。

螺旋构象中每一圈包含的氨基酸残基数可以是整数或非整数，主链旋转的方向可以是右手螺旋，也可以是左手螺旋。

天然蛋白质中最常见的螺旋构象是α-螺旋，它是α-角蛋白中主要的构象形式，也广泛存在于其它球状蛋白和纤维蛋白中。

α-螺旋每一圈含有36个氨基酸残基，沿螺旋轴方向上升054nm，即每个氨基酸残基沿螺旋中心轴垂直上升的距离为015nm（见图2-11）。

图2-11α-螺旋的尺寸和氢键    图2-12α-螺旋俯视图

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。

氢键由每个氨基酸残基的N—H与前面隔3个氨基酸残基的CO形成（图2-11）。

α-螺旋中氨基酸残基的侧链基团伸向外侧（图2-12）。

多肽链能否形成α-螺旋以及形成的螺旋是否稳定，与其氨基酸序列直接有关。

由于脯氨酸的亚氨基参与形成肽键之后，氮原子上已没有氢原子，无法充当氢键供体，致使α-螺旋在该处中断，并产生一个“结节”。

此外，如果一个肽段内带有相同电荷的残基过于密集，彼此间因静电排斥而不能形成链内氢键，也会妨碍α-螺旋的形成。

2β-折叠β-折叠结构也是Pauling等人提出的，又称β-片层，是一种肽链相当伸展的结构，由两条或多条（或一条肽链的若干肽段）多肽链侧向聚集，通过相邻肽链主链上的N—H与CO之间有规则的氢键，形成β-折叠片。

这种构象可分为平行式和反平行式两种类型，前者所有肽链的N-端在同一方向，后者的N-端一顺一反地交替排列（见图2-13）。

在β-折叠中，多肽链主链呈锯齿状折叠构象。

侧链基团与Cα间的键几乎垂直于折叠平面，R基团交替地分布于片层平面两侧。

平行式构象中Φ=-119°，Ψ=+113°；反平行式构象中Φ=-139°，Ψ=+135°，因此后者的肽链更为伸展。

从能量的角度而言，反平行式的β-折叠片更为稳定。

纤维状蛋白质的β-片层主要为反平行式，而球状蛋白质中这两种类型的β-折叠几乎同样广泛存在。

图2-13β-折叠片的结构

a平行式β-折叠片；b反平行式β-折叠片

粗线表示多肽链骨架，虚线表示氢键，箭头指示肽链N→C的方向

3 β-转角这是一种球蛋白中广泛存在的结构，大多数蛋白质具有密集的球形，这是由于β-转角结构使得肽链不时扭转走向。

这种发夹或转折的要领是多肽链中残基n的—CO基与残基（n+3）的—NH基形成氢键，使一个多肽链急剧地扭转它的走向（图2-14）。

图2-14两种主要类型（Ⅰ和Ⅱ）β-转角

Ⅱ型β-转角的第三个残基（R3）总是Gly

4无规则卷曲又称自由回转，是指没有一定规律的松散肽链结构。

酶的功能部位常常处于这种构象区域。

很多纤维蛋白往往由单一的二级结构构成。

如毛发、鳞、角、蹄、喙、甲、爪等主要由几条α-螺旋肽链左向缠绕而成，因此，毛发和羊毛等纤维有弹性。

丝心蛋白则由几条反向平行的β-折叠肽链组成。

2.3.4蛋白质的三级结构

三级结构（tertiary structu