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==不同层次的蛋白质结构==

蛋白质的分子结构可划分为四级，以描述其不同的方面：

==氨基酸结构==

[[File:Protein repeating unit.png|thumb|组成蛋白质的α-氨基酸单位，又称为氨基酸残基。R表示残基的侧链。]]

==肽键==

[[File:2-amino-acids.png|thumb|left|300px|两个氨基酸通过脱水形成肽键]]

==一级结构==

肽或蛋白质的氨基酸序列（或残基序列）被称为一级结构。残基的标号总是从蛋白质的氨基端（没有参与形成肽键）开始。[[蛋白质一级结构]]可以通过测定其对应的[[基因]]（更准确地说是[[开放阅读框架]]）的碱基序列来间接确定（参见[[翻译 (遗传学)|翻译]]），但对于[[转录后修饰]]和[[翻译后修饰]]，如二硫键形成、[[磷酸化]]和[[糖基化]]等（通常被认为是一级结构的组成信息），则无法通过这种翻译法来测定；此外，也可以通过埃德曼降解法或[[质谱|连续质谱]]来对蛋白质样品进行直接测序。

==二级结构==

早在1951年，第一个蛋白质结构解出前7年，鲍林和他的同事就利用已知的键长和键角提出了α螺旋和β折叠的结构。<ref name = pauling51>PAULING L, COREY RB, BRANSON HR. Proc Natl Acad Sci U S A. 1951 Apr;37(4):205-11. The structure of proteins; two hydrogen-bonded helical configurations of the polypeptide chain. PMID 14816373</ref>α螺旋和β折叠都是将主链上的氢键[[供体]]和[[受体]][[饱和]]的一种方式。这两个二级结构仅依赖于主链骨架，即所有氨基酸的共同部分，这就解释了为什么这两个二级结构频繁地出现于大多数的蛋白质结构中。随着越来越多的蛋白质结构得到解析，更多的二级结构被发现，如各类Loop和其他形式的螺旋。二级结构都有自己独特的几何构架，即二面角ψ和φ有特定的值，处于Ramachandran图的特定区域。二级结构还包括转角、Loop和其他一些不常见的二级结构元素（如3₁₀螺旋等）。除了有规则的二级结构以外，主链骨架的其他部分就被称为无规则卷曲。

==三级结构==

二级结构元素通常被折叠为一个紧密形态，元素之间以各种类型的loop和转角相连。三级结构的形成驱动力通常是疏水残基的包埋，但其他相互作用，如氢键、离子键和二硫键等同样也可以稳定三级结构。三级结构包括所有的非共价相互作用（不包括二级结构），并定义了蛋白质的整体折叠，对于蛋白质功能来说是至关重要的。

==四级结构==

四级结构是由两个或多个多肽链通过相互作用形成的结构。其中，单独的一条链就被称为[[蛋白质亚基|亚基]]。[[亚基]]之间不一定要共价连接，但有一些亚基之间是通过二硫键来连接的。不是所有的蛋白质都有四级结构，许多蛋白可以以单体形式来发挥功能。四级结构的稳定性与三级结构处于同一水平。两个或多个亚基形成的[[复合物]]统称为多聚体（multimer），如果是两个亚基则称[[二聚体]]或二体（dimer），三个亚基称[[三聚体]]或三体（trimer），以此类推。如果多聚体为相同的亚基组成，则加上“[[同源]]（homo-）”作为前缀，反之则用“[[异源]]（hetero-）”，如同源二聚体或异源三聚体。

==结构域、结构花样与折叠类型==

许多蛋白质都可以被分为多个结构组成单元，结构域就是这样一个组成单元。结构域一般可以自稳定，且常常独立进行折叠，而不需要蛋白质其他部分的参与；很多结构域都有自己独特的生物学功能。很多结构域并不是一个基因或[[基因家族]]对应蛋白质的独特结构单元，而往往是许多类蛋白质的共同结构单元。结构域常常是以其生物学功能来命名，如“钙离子结合结构域”；或以几类最初发现此结构域的蛋白名称衍生而来，如PDZ结构域（最初发现于PSD95、DlgA和ZO-1这三个蛋白质）。由于结构域自身可以稳定存在，因此可以将不同来源的结构域通过[[遗传工程]]人为地结合在一起，形成杂合蛋白质。

==[[蛋白质折叠]]==

从一级结构到更高级结构的过程就被称为蛋白质折叠。一个序列特定的多肽链（折叠之前的蛋白质一般都被称为多肽链）一般折叠为一种特定构象（又称为天然构象）；但有时可以折叠为一种以上的构象，且这些不同构象具有不同的生物学活性。在[[真核细胞]]内，许多蛋白质的正确折叠需要分子伴侣的帮助。

==结构分类==

对蛋白质结构进行分类的方法有多种，有多个结构数据库（包括SCOP、CATH和FSSP）分别采用不同的方法进行结构分类。存放蛋白质结构的PDB数据库中就引用了SCOP的分类。对于大多数已分类的蛋白质结构来说，SCOP、CATH和FSSP的分类是相同的，但在一些结构中还有所区别。

==结构测定==

专门存储蛋白质和[[核酸]]分子结构的蛋白质数据库中，接近90%的蛋白质结构是用X射线晶体学的方法测定的。<ref name="PDB1"></ref>X射线晶体学可以通过测定蛋白质分子在晶体中电子密度的空间分布，在一定分辨率下解析蛋白质中所有原子的三维坐标。大约9%的已知蛋白结构是通过核磁共振技术来测定的。<ref name="PDB1"/>该技术还可用于测定蛋白质的二级结构。除了核磁共振以外，还有一些[[生物化学技术]]被用于测定二级结构，包括圆二[[色谱]]。[[冷冻电子显微学|冷冻电子显微技术]]是近年来兴起的一种获得低分辨率（低于5埃）蛋白质结构的方法，该方法最大的优点是适用于大型[[蛋白质复合物]]（如[[病毒]]外壳、核糖体和[[类淀粉]]蛋白纤维）的结构测定；并且在一些情况下也可获得较高分辨率的结构，如具有高对称性的病毒外壳和[[膜蛋白]]二维晶体。<ref>Branden C, Tooze J. (1999). ''Introduction to [[Protein]] Structure'' 2nd ed. Garland Publishing: New York, NY</ref><ref>Gonen T, Cheng Y, Sliz P, Hiroaki Y, Fujiyoshi Y, Harrison SC, Walz T. (2005). Lipid-protein interactions in double-layered two-dimensional AQP0 crystals. ''Nature'' 438(7068):633-8.</ref>

|0.5 - 1.5||在这一分辨率下，一般不会有结构错误。侧链异构体库和立体几何研究都是利用这一分辨率范围内的结构来进行的。

|}

近年来，随着结构[[基因组学]]的兴起，大量的蛋白质结构获得了测定，为研究蛋白质的作用机理提供了重要的结构信息。

==结构预测==

测定蛋白质序列比测定蛋白质结构容易得多，而蛋白质结构可以给出比序列多得多的关于其功能机制的信息。因此，许多方法被用于从序列预测结构。

更多软件可以在[http://www.expasy.org/tools/ ExPASy Proteomics tools]上查找。

==延伸阅读==

*[https://prosa.services.came.sbg.ac.at/prosa.php ProSA-web] 查找实验测定或理论计算所获得的蛋白质结构中可能出现的错误的网络服务器

*[https://flipper.services.came.sbg.ac.at/ NQ-Flipper] 可以对蛋白质结构中Asn和Gln的异构体进行检查的网络服务器

[[Category:蛋白质结构| ]]

== 百科帮你涨知识 ==