蛋白质的结构与功能21课件

蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能Structure and Function of Protein（二）（二）蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件第二节第二节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构已知：蛋白质是结构十分复杂的生物高分子。已知：蛋白质是结构十分复杂的生物高分子。空间结构空间结构高级高级 结构结构空间构象空间构象问：什么是构象？什么是构型？二者有何区别？问：什么是构象？什么是构型？二者有何区别？Pr 有有一级结构一级结构 基本结构（初级）基本结构（初级）二级结构二级结构三级结构三级结构四级结构四级结构蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件一、蛋白质分子中的化学键一、蛋白质分子中的化学键包括包括共价键共价键肽键肽键二硫键二硫键非共价键非共价键氢键氢键盐键盐键疏水键疏水键范德华力范德华力次级键次级键在蛋白质中在蛋白质中主键主键 肽键肽键副键副键次级键次级键蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件稳定蛋白质构象的力稳定蛋白质构象的力蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件二、蛋白质的一级结构二、蛋白质的一级结构 (primary structure)(primary structure)(primary structure)(primary structure)定义：定义：氨基酸在多肽链中的排列顺序叫氨基酸在多肽链中的排列顺序叫Pr 的一级结构的一级结构。化学键化学键主键：主键：肽键肽键次级键：二硫键次级键：二硫键目前已确定目前已确定1000多种蛋白质的一级结构。如：多种蛋白质的一级结构。如：表皮生长因子表皮生长因子Proinsulin溶菌酶溶菌酶 等等等等蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件 由由胰胰岛岛-细细胞胞分分泌泌的的含含N N类类激激素素。结结构构上上由由5151个个AAAA残残基基所所组组成成，可可分分为为A A、B B两两条条链链。A A链链含含有有2121个个AAAA残残基基，B B链链含含3030个个AAAA残残基基。A A、B B两两链链之之间间通通过过两两个个二二硫硫键键联联结结在在一一起起，A A链链还还含含有有一一个个链链内内二二硫硫键。键。胰岛素（胰岛素（InsulinInsulin）：蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件胰岛素研究资料：胰岛素研究资料：1.19211.1921年分离成功（年分离成功（F.G.BantingF.G.Banting和和C.H.BestC.H.Best）2.2.1945-19531945-1953年年SangerSanger阐明其一级结构阐明其一级结构3.1958-19653.1958-1965年我国人工全合成年我国人工全合成4.4.19771977年哈佛大学年哈佛大学GilbertGilbert等人把鼠等人把鼠InsulinInsulin基因转移基因转移到到E.coliE.coli并表达成功并表达成功 ,目前已广泛用于临床上糖尿目前已广泛用于临床上糖尿病人的治疗。病人的治疗。蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件三、蛋白质的二级结构三、蛋白质的二级结构 肽链的周期性结构肽链的周期性结构肽链的周期性结构肽链的周期性结构定义定义：以肽键平面为基本单位的肽链通过氢键形成而折叠、盘曲：以肽键平面为基本单位的肽链通过氢键形成而折叠、盘曲 形成的主链构象。形成的主链构象。特点：特点：1.1.局部或某一段肽链局部或某一段肽链2.2.周期性结构，指周期性结构，指 螺旋和螺旋和 片层片层3.3.不含不含R R侧链的构象侧链的构象类型类型 螺旋螺旋 (helix)片层片层 (pleated sheet)转角转角 (turn)无规卷曲无规卷曲 (random coil)(random coil)蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件(一一)、-螺旋螺旋特点：特点：以肽键平面为基本单位，以肽键平面为基本单位，C为转折，绕中心轴形成为转折，绕中心轴形成右手螺旋右手螺旋；定义定义：多肽链的主链原子沿一中心轴盘绕所形成的右手螺旋结：多肽链的主链原子沿一中心轴盘绕所形成的右手螺旋结 构，称之。构，称之。螺旋每圈包含螺旋每圈包含3.6个氨基酸残基，个氨基酸残基，螺距为螺距为 0.54nm,每个每个AA沿轴旋沿轴旋 转转100 度，上升度，上升0.15 nm。维持螺旋稳定的力维持螺旋稳定的力氢键氢键 与长轴平行与长轴平行3.613 螺旋螺旋氢键封闭环氢键封闭环蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件0.54 n m 3.6个残基个残基0.15 n m-螺旋螺旋(-helix)蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件 右手型-螺旋蛋白质的结构与功能2(1)课件 四种不同的-螺旋模型螺旋模型蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件酸性或碱性酸性或碱性AAAA集中的区域（同种电荷的相斥）；集中的区域（同种电荷的相斥）；Pro Pro存在不利于存在不利于-螺旋形成螺旋形成（C C形成五员环形成五员环）；）；Gly Gly存在不利于螺旋的稳定（存在不利于螺旋的稳定（R R为为H H）；）；（4 4）极大的）极大的R R侧链基团集中处侧链基团集中处不利于不利于-螺旋形成螺旋形成 （空间位阻效应）。（空间位阻效应）。影响影响-螺旋稳定的因素：螺旋稳定的因素：蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件 肽肽键键平平面面折折叠叠成成锯锯齿齿状状（折折纸纸状状）R R基基团团交错位于齿状结构上下方交错位于齿状结构上下方氢键氢键维持稳定与主链长轴垂直维持稳定与主链长轴垂直两条以上肽链并列时，两条以上肽链并列时，-片层有片层有2.-折叠折叠定义：定义：两段以上折叠成锯齿状的多肽链通过氢键相连进而形成较伸展两段以上折叠成锯齿状的多肽链通过氢键相连进而形成较伸展 的片层结构称之。的片层结构称之。要点：要点：顺向顺向反向反向平行平行蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件-折迭：平行式折迭：平行式 和和 反平行式反平行式蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件影响因素：影响因素：R-R-基团太大时基团太大时，-折叠不易形成（影响两肽段折叠不易形成（影响两肽段 彼此靠近）。彼此靠近）。如：蚕丝蛋白中含有大量的如：蚕丝蛋白中含有大量的 -折叠，因为折叠，因为其结构中含有大量的其结构中含有大量的AlaAla和和GlyGly（其（其R-R-基团小）。基团小）。蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件-螺旋和螺旋和-折叠结构比较折叠结构比较区别点区别点 -螺旋螺旋 -折叠折叠形形 状状 螺旋状螺旋状 锯齿状锯齿状氢氢 键键 链内，与长轴平行链内，与长轴平行 链间，与长轴垂直链间，与长轴垂直R基团基团 较大较大 较小较小延伸性延伸性 较大较大 较小较小升升1AA残基高度残基高度 0.15nm 0.36nm举举 例例 毛发角蛋白毛发角蛋白 蚕丝蛋白蚕丝蛋白蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件 3.-3.-转角转角 -转角转角是多肽链是多肽链180180回折部分所形成的一种二回折部分所形成的一种二级结构，其结构特征有：级结构，其结构特征有：蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件1.在-转角部分，由四个氨基酸残基组成;2.弯曲处的第一个AA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。3.主要存在于球状蛋白分子中。蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件4.4.无规卷曲无规卷曲 无规卷曲是指多肽链主链部分形成的无规律的卷曲构象。蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件蛋白质的结构蛋白质的结构蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件超二级结构、结构域、模体和分子伴侣：超二级结构、结构域、模体和分子伴侣：1.1.超二级结构超二级结构 (supersecondarysupersecondary structure)structure)2.2.指二级结构基本单位相互靠近，形成有规律的指二级结构基本单位相互靠近，形成有规律的二级结构聚集体。二级结构聚集体。如如-螺旋聚集体（）-片层聚集体（）-螺旋和-片层聚集体（常见）它们可以作为三级结构的它们可以作为三级结构的“建筑块建筑块”或或“结构域结构域”的单的单位。位。蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件 在较大的Pr分子中，由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，形成两个或多个空间上可以明显区别的局部区域，该区域称为结构域。2.2.结构域（结构域（domaindomain）每个结构域都有其特定的生物学功能。每个结构域都有其特定的生物学功能。蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件例如：例如：LDH有两个结构域有两个结构域Ig有有12个结构域个结构域纤维连接蛋白有七个结构域分别与纤维连接蛋白有七个结构域分别与细胞细胞胶原胶原DNA肝素等肝素等结合结合结构域的实质：是二级结构的组合体，充当三级结构结构域的实质：是二级结构的组合体，充当三级结构 的构件。每个结构域分别代表一种功能。的构件。每个结构域分别代表一种功能。蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白纤连蛋白:两条多肽链通过近两条多肽链通过近C C端的两个二硫键相连而成。含端的两个二硫键相连而成。含有六个结构域，每有六个结构域，每个结构域各执行一种功能，有可与细胞、胶原、个结构域各执行一种功能，有可与细胞、胶原、DNADNA和肝素结合的结构域。和肝素结合的结构域。蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件钙结合蛋白中结钙结合蛋白中结合钙离子的模体合钙离子的模体 锌指结构锌指结构 3.模体模体（motif）：两个或三个具有二级结构的两个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成具有特殊功能的肽段，在空间上相互接近，形成具有特殊功能的空间结构。空间结构。蛋白质的结构与功能2(1)课件转录因子转录因子MyoDMyoD的螺旋的螺旋-环环-螺旋模体螺旋模体蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件锌指结构锌指结构(螺旋螺旋-折迭折迭-折迭模体折迭模体)蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件4 4、分子伴侣、分子伴侣(chaperon)(chaperon)分子伴侣通过提供一个保护环境从而加速蛋分子伴侣通过提供一个保护环境从而加速蛋 白质折叠成天然构象或形成四级结构。白质折叠成天然构象或形成四级结构。1.1.能可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松能可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。正确折叠。2.2.可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。其正确折叠。3.3.在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。了重要的作用。具体作用：具体作用：蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件三、蛋白质的三级结构三、蛋白质的三级结构 定义：指整条肽链中全部指整条肽链中全部AAAA残基残基的相对空间位置，即整条肽链所的相对空间位置，即整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。有原子在三维空间的排布位置。主要靠次级键：氢键、盐键、疏水键和范主要靠次级键：氢键、盐键、疏水键和范德华力德华力(Van der Wasls(Van der Wasls力力)等。等。蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件四、蛋白质的四级结构 定义定义：具有二条或二条以上独立三级结构的多具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链通过次级键相互组合而形成的空间结构称肽链通过次级键相互组合而形成的空间结构称为蛋白质的四级结构。为蛋白质的四级结构。每个具有独立三级结构每个具有独立三级结构的多肽链单位称为的多肽链单位称为亚基亚基。四级结构实际上是指亚基的立体排布、相互四级结构实际上是指亚基的立体排布、相互作用及接触部位的布局。作用及接触部位的布局。亚基与亚基以非共价键连接。亚基与亚基以非共价键连接。蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件 小小 结结蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件 HbA HbA 天冬氨酸天冬氨酸 乳酸乳酸 大肠杆菌大肠杆菌 谷氨酸谷氨酸 转甲酰酶转甲酰酶 脱氢酶脱氢酶 RNA RNA聚合酶聚合酶 脱氢酶脱氢酶亚基数亚基数 4 12 4 5 6代号代号 2 2 C6R6 MnH4-n 2 亚基相亚基相同同分子量分子量 6.4 31.0 15.0 50.0 33.5一些具有四级结构的蛋白质的亚基组成一些具有四级结构的蛋白质的亚基组成蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件没有四级结构的蛋白质：没有四级结构的蛋白质：1.1.只有一条多肽链的蛋白质。只有一条多肽链的蛋白质。2.2.虽然有多条多肽链，但他借助于共价虽然有多条多肽链，但他借助于共价 键相连（如：胰岛素和键相连（如：胰岛素和IgGIgG等等3.3.多聚体、多酶复合体、超分子复合体多聚体、多酶复合体、超分子复合体 不属于四级结构范畴。不属于四级结构范畴。蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件胰岛素二聚体胰岛素二聚体胰岛素二聚体胰岛素二聚体蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2(1)2(1)课件课件