蛋白质化学与蛋白质组学课件

蛋白质的分子结构包括：一级结构 二级结构 三级结构 四级结构 空间结构空间结构（构象）（构象）一一.蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成 蛋白质是以氨基酸为基本单位蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的生物大分子构成的生物大分子.参与蛋白质构成的参与蛋白质构成的编码氨基酸编码氨基酸有有20种种.氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式:组成蛋白质的氨基酸为组成蛋白质的氨基酸为L-氨基酸氨基酸 COOH COOH H 2N C H H C NH2 R RL-氨基酸氨基酸D-氨基酸氨基酸非非极极性性中中性性氨氨基基酸酸NHCH32CH2极极性性中中性性氨氨基基酸酸Cys，酸性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸H2N-C-NH=NH二二.蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 一级结构一级结构(primary structrure)(primary structrure)：多肽链中氨基多肽链中氨基酸的排列顺序酸的排列顺序.DNA 多肽链一级结构多肽链一级结构 蛋白质空间结构蛋白质空间结构转录转录 翻译翻译折叠折叠 卷曲卷曲在一级结构中在一级结构中,氨基酸之间通过肽键连接氨基酸之间通过肽键连接.有些蛋白质中还含有二硫键有些蛋白质中还含有二硫键多肽链的结构多肽链的结构 侧链侧链N-末端末端C-末端末端主链骨架主链骨架HOH多肽链主链多肽链主链(骨架骨架):):由肽键和由肽键和-碳原子交替排列而成碳原子交替排列而成反式构象反式构象 肽键平面肽键平面 肽键中的肽键中的4 4个原子和与之相邻的两个个原子和与之相邻的两个-碳原子位于同一刚性平面内，称为肽单元碳原子位于同一刚性平面内，称为肽单元(-(-C C-CO-NH-C-CO-NH-C -).).两个相邻的肽键平面可以通过两个相邻的肽键平面可以通过C C 而相对旋而相对旋转转,形成的角度称形成的角度称两面角两面角.两面角两面角的旋转的旋转,使多肽使多肽链折叠成具有一定特征的空间构象链折叠成具有一定特征的空间构象,主链骨架构象主链骨架构象是由一系列是由一系列C C 的成对两面角所决定的的成对两面角所决定的.三三.蛋白质的空间结构蛋白质的空间结构 多肽链在一级结构的基础上多肽链在一级结构的基础上折叠折叠,卷曲形成的卷曲形成的立体结构立体结构.空间构象的稳定主要依赖各空间构象的稳定主要依赖各种种非共价键维持，非共价键维持，包括：氢键、包括：氢键、离子键、疏水作用力、范德华力离子键、疏水作用力、范德华力等。等。(一一)蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构二级结构二级结构(secondary structure)：多肽链多肽链主主链形成的局部空间结构链形成的局部空间结构,主要靠氢键维持构象主要靠氢键维持构象稳定稳定.基本类型：基本类型：包括螺旋包括螺旋,折叠折叠,转角转角,无规卷曲以无规卷曲以及无序结构等及无序结构等.每种类型中每种类型中,又含有不同的种又含有不同的种类类.均是均是以肽键平面为单位，以肽键平面为单位，在在-碳处发生碳处发生转折形成的主链局部结构。转折形成的主链局部结构。-螺旋螺旋(-helix):3.6AA 3.6AA 0.54nm 0.54nm -折叠折叠(-pleated-pleated sheet)sheet)-转角（转角（-turn-turn）:肽链出现肽链出现180180回折处的结构。回折处的结构。蛋白质各肽段形成何种二基结构，蛋白质各肽段形成何种二基结构，主要由多肽链中主要由多肽链中氨基酸的排列顺序氨基酸的排列顺序所所决定。决定。一种蛋白质可以兼有多种二级结一种蛋白质可以兼有多种二级结构，也可以某种二级结构为主。构，也可以某种二级结构为主。RNaseRNase的分子中的二的分子中的二级结构示意构示意图-螺旋螺旋-折叠折叠-转角转角无规卷曲无规卷曲 肌红蛋白(Mb)(Mb)N 端端 C端端丝心蛋白丝心蛋白(fibroin)介于二级和三级结构之间的结构层次：介于二级和三级结构之间的结构层次：超二级结构（超二级结构（super secondary structure）：）：多肽链内两个以上的多肽链内两个以上的二级结构肽段二级结构肽段，在空间，在空间上相互接近，形成上相互接近，形成有规则的二级结构组合有规则的二级结构组合，又称，又称模体（模体（motif）。包括。包括、等形式。等形式。钙结合蛋白中结合钙的模体 结构域既是多肽链的结构域既是多肽链的独立折叠单位独立折叠单位，也是蛋白，也是蛋白质的质的功能部位功能部位。许多蛋白质属于多结构域蛋白。许多蛋白质属于多结构域蛋白。结构域（结构域（structural domain）多肽链中，由部分肽段紧密折叠，形成在空多肽链中，由部分肽段紧密折叠，形成在空间上可明显区分、相对独立的间上可明显区分、相对独立的区域性结构。区域性结构。构成结构域的氨基酸残基约构成结构域的氨基酸残基约100-400个个.重链重链轻链轻链结构域结构域IgG的结构域的结构域（二）蛋白质的三级结构（二）蛋白质的三级结构 三级结构三级结构(tertiary structure)是指是指整条整条多肽链多肽链所有原子在三维空间的排布位置所有原子在三维空间的排布位置,包包括主链和侧链的的全部构象括主链和侧链的的全部构象.三级结构的形成和稳定三级结构的形成和稳定主要靠非共价键主要靠非共价键,不少蛋白质中不少蛋白质中二硫键二硫键也有重要作用也有重要作用.三级结构示意图三级结构示意图 二硫键二硫键极性基团极性基团 离子键离子键 三级结构的形成三级结构的形成(1)(1)三级结构是三级结构是在二级结构的基础上折叠形成在二级结构的基础上折叠形成.(2)(2)多肽链的多肽链的氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息信息,决定了多肽链折叠和三级结构形成的自决定了多肽链折叠和三级结构形成的自发性发性.(3)(3)多肽链的正确折叠还多肽链的正确折叠还需要一些蛋白质和酶需要一些蛋白质和酶的协同的协同如分子伴侣如分子伴侣,蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶.三级结构的基本类型三级结构的基本类型 全全 类型，反平行类型，反平行 类型，类型，平行平行 /类型，不规类型，不规则结构类型等。则结构类型等。(三三)蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构四级结构四级结构(quaternary structure)(quaternary structure)：是由是由两条和两条以上两条和两条以上的具有的具有独立三级独立三级结构结构的多肽链的多肽链,通过通过非共价键非共价键有序排列形成有序排列形成的构象的构象.构成四级结构的每条多肽链又称为构成四级结构的每条多肽链又称为亚基亚基(subunit).(subunit).各亚基间只以各亚基间只以非共价键非共价键连接连接,不存在共不存在共价键价键.亚基是独立的结构单位亚基是独立的结构单位,不是独立的不是独立的功能单位功能单位.哺乳类超氧化物歧化酶是哺乳类超氧化物歧化酶是(2)同源二聚体同源二聚体,过氧化氢酶是过氧化氢酶是(4)同源四聚体同源四聚体;HbA是是(2 2)异源四聚体异源四聚体;G蛋白是蛋白是()异异源三聚体源三聚体.血红蛋白四级结构示意图血红蛋白四级结构示意图 HbA：2 2四级结构蛋白质形成的意义四级结构蛋白质形成的意义:生物体内许多蛋白质是由多个亚基结生物体内许多蛋白质是由多个亚基结合而完成其功能的合而完成其功能的.亚基间相互配合可完成复杂的功能亚基间相互配合可完成复杂的功能 有利于进行复杂精细的调节有利于进行复杂精细的调节大肠杆菌大肠杆菌DNApol：由由10种亚基组成异源多聚体种亚基组成异源多聚体,不同亚不同亚基在基在DNA合成中分别发挥不同功能合成中分别发挥不同功能.