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基因信息基因信息传递传递第第 三三 篇篇山西医科大学山西医科大学生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室杨杨涛涛欢 迎整理ppt(二二)蛋白蛋白质质的构象的构象(conformation)l蛋白质的分子构象又称空间结构、立体结构、高级结构或三维构象等。它包括二级结构，三级结构和四级结构。l 蛋白质分子构象是指蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列分布及肽键的走向。整理ppt维维持蛋白持蛋白质质构象的化学构象的化学键键 l 蛋白蛋白质质一一级结级结构的主要化学构的主要化学键键是是肽键肽键也有少量也有少量二硫二硫键键。而。而维维持蛋白持蛋白质质空空间结间结构构的化学的化学键键主要是一些主要是一些次极次极键键。次极。次极键虽键虽然然键键能小，能小，稳稳定性差，但由于数目众多，因定性差，但由于数目众多，因此在此在维维持蛋白持蛋白质质分子的空分子的空间间构象中起极构象中起极为为重要的作用。重要的作用。l主要的次极主要的次极键键有：有：氢键氢键，疏水，疏水键键，盐键盐键，配位配位键键,二硫二硫键键。整理pptl1、氢键氢键 由由连连接在一个接在一个电负电负性大的原子上的性大的原子上的H与另一与另一个个电负电负性大的原子相互作用而成，性大的原子相互作用而成，氢键氢键是次极是次极键键中中键键能最弱的，但数目最多，所以能最弱的，但数目最多，所以是最重要的次是最重要的次极极键键，也是，也是维维持蛋白持蛋白质质二二级结级结构的主要次极构的主要次极键键。l2、疏水、疏水键键 由两个非极性基由两个非极性基团团，因避开水相而群集在一，因避开水相而群集在一起的作用力，起的作用力，是是维维持蛋白持蛋白质质三三级级，四，四级结级结构的主构的主要次极要次极键键。整理pptl3、盐键盐键(又叫离子又叫离子键键)它是蛋白它是蛋白质质分子中分子中带带正正电电荷基荷基团团和和负电负电荷基荷基团团之之间间的静的静电电吸引所形成的化学吸引所形成的化学键键。l4、配位、配位键键 蛋白蛋白质质与金属离子与金属离子结结合中，常含有配位合中，常含有配位键键，如如细细胞色素，血胞色素，血红红蛋白等均含有蛋白等均含有铁铁与蛋白与蛋白质质形成形成的配位的配位键键。l5、二硫、二硫键键 是由两个硫原子是由两个硫原子间间所形成的化学所形成的化学键键(较较强强的化的化学学键键)。整理ppt *蛋白蛋白质质三三级结级结构的构的稳稳定主要靠定主要靠次次级键级键，包括包括氢键氢键、盐键盐键、疏水疏水键键以及范德以及范德华华力力(Van der Wasls力力)等。等。二硫二硫键键整理ppt氢键氢键整理ppt盐键盐键整理ppt酯键酯键整理ppt疏水疏水键键整理ppt *蛋白蛋白质质的二的二级结级结构是指多构是指多肽链肽链中中主主链链原子原子的的局部局部空空间间排布，排布，不涉及不涉及侧链侧链部分的构象。部分的构象。二、蛋白二、蛋白质质的二的二级结级结构构(secondary structure)(secondary structure)主要化学主要化学键键：氢键氢键二二级结级结构的主构的主链结链结构构单单元元肽单肽单元元整理ppt多多肽链肽链的主的主链结链结构构整理ppt*肽单肽单元元 参与参与肽键肽键的的6个原子个原子 C1、C、H、O、N、C2处处于同一平面，称于同一平面，称为为肽单肽单元元C1、C2为为反反式构型式构型整理pptCC3C2C1CNNHHHOOR肽肽平面平面 1肽肽平面平面 2肽肽平面及其旋平面及其旋转转 整理ppt-螺旋螺旋(-helix)-折叠折叠(-pleated sheet)-转转角角(turn or -bend)无无规规卷曲卷曲(random coil)肽单肽单元上元上C所所连连的的两个两个单键单键的自由旋的自由旋转转角度，决定两个相角度，决定两个相连肽单连肽单元的相元的相对对空空间间位置，由于旋位置，由于旋转转角度的不同，形成了几种角度的不同，形成了几种二二级结级结构形式：构形式：整理ppt左手螺旋与右手螺旋左手螺旋与右手螺旋return整理ppt螺旋主要的螺旋主要的结结构特点构特点右手型螺旋结构模型整理ppt螺旋主要的螺旋主要的结结构特点构特点俯视图整理ppt二二级结级结构（构（-螺旋、分子内螺旋、分子内氢键氢键)整理ppt多多肽链肽链-折叠形构象折叠形构象 整理ppt*-helix：以以-碳原子碳原子为为转转折点，以折点，以肽键肽键平面平面为单为单位，位，盘盘曲成曲成右手螺旋右手螺旋状状的的结结构。构。螺旋上升一圈螺旋上升一圈含含3.6个氨基酸残个氨基酸残基基，螺距螺距0.54nm氨基酸的氨基酸的侧链侧链伸向螺旋的伸向螺旋的外外侧侧。螺旋的螺旋的稳稳定是定是靠靠氢键氢键。氢键氢键方方向与向与长轴长轴平行。平行。结结构特点构特点氢氢键键 整理ppt整理ppt-螺旋v（1）螺旋走向，稳定以氢键连接，氢键与轴平行。v（2）侧基R伸向螺旋外侧。v（3）棒状结构，高度压缩，紧密排列。v（4）规律排列v（5）由1条充分伸展的肽链的肽键平面折叠成的右手螺旋。v（6）每隔3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺距0.54nm。v（7）1个螺圈内有13个原子。整理ppt 四种不同的-螺旋模型整理ppt三股螺旋三股螺旋又称胶原螺旋、超螺旋 胶原纤维中原胶原蛋白分子的排列整理ppt胶原蛋白的三股螺旋胶原蛋白的三股螺旋整理ppt2 2、-折叠折叠(-片片层层)整理pptb-折叠折叠(b-片片层层)整理ppt-pleated sheet1）多）多肽链肽链充分伸展，每个充分伸展，每个肽单肽单元以元以C 为为旋旋转转点，折叠点，折叠成成锯齿锯齿状的状的结结构，构，R基基团团交替的位于交替的位于锯齿锯齿状状结结构上下方。构上下方。2）两条以上的）两条以上的肽链肽链或一条或一条肽链肽链内的若干内的若干肽肽段并行排列，段并行排列，走向可以相同，也可以不同。走向可以相同，也可以不同。3）-pleated sheet的的稳稳定靠定靠氢键氢键。整理ppt两条以上两条以上肽链肽链并列并列时时,-片片层层有有顺顺向向反向反向平行平行整理ppt整理ppt-折叠v-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿桩状-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm。v-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。整理ppt折叠折叠结结构构折叠片示意图整理ppt-螺旋和螺旋和-折叠折叠结结构比构比较较区区别别点点 -螺旋螺旋 -折叠折叠形形 状状 螺旋状螺旋状 锯齿锯齿状状氢氢 键键 链链内，与内，与长轴长轴平行平行 链间链间，与，与长轴长轴垂直垂直R基基团团 较较大大 较较小小延伸性延伸性 较较大大 较较小小升升1AA残基高度残基高度 0.15nm 0.36nm举举 例例 毛毛发发角蛋白角蛋白 蚕蚕丝丝蛋白蛋白整理ppt3 3、-转转角和无角和无规规卷曲卷曲整理ppt转转角角转角结构通常负责各种二级结构单元之间的连接作用，它对于确定肽链的走向起着决定性的作用。转角转角整理ppt转转角角结结构构转角整理ppt转转角角结结构构转角整理pptturn and random coil氢键氢键无无规规卷曲卷曲:是用来是用来阐阐述没有确定述没有确定规规律性的那部分律性的那部分肽链结肽链结构。构。整理ppt-转角v-转角也称-回折或发夹结构，存在于球状蛋白中。v在-转角部分，由四个氨基酸残基组成;v弯曲处的第一个氨基酸残基的-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。整理ppt无无规规卷曲卷曲整理ppt无无规规卷曲卷曲多肽链主链不规则随机盘曲形成的构象。无规卷曲与生物活性有关，对外界理化因子极为敏感。整理ppt整理ppt 三.“模体模体”（motif）-超二超二级结级结构构 一个蛋白一个蛋白质质分子中可以有分子中可以有二个或三个二个或三个具有二具有二级结级结构的构的肽肽段段，在空在空间间位置上相互接近，形成特殊的空位置上相互接近，形成特殊的空间结间结构。构。整理ppt超二超二级结级结构构指示:删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:在 Word 中创建文档.返回 PowerPoint在“插入”菜单中选择“对象.”单击“从文件创建”定位“文件”框中的文件名确认选中“显示为图标”。单击“确定”选择图标从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置”单击“对象动作”，并选择“编辑”单击“确定”超二级结构是指二级结构的基本结构单位（螺旋、折叠等）相互聚集，形成有规律的二级结构的聚集体。三级结构的构件（1）（2）（3）迂回（4）折叠桶(5)超二级结构可直接作为三级机构的“模体模体”（motif）或）或结结构构域的域的组组成成单单位，是介于二位，是介于二级结级结构和构和结结构域之构域之间间的一个的一个结结构构层层次，次，这这主要是氨基酸主要是氨基酸侧链侧链基基团团相互作用的相互作用的结结果。果。整理ppt超二超二级结级结构构若干相若干相邻邻的二的二级结级结构构单单元元组组合在一起，合在一起，相互作用，形成有相互作用，形成有规则规则的（在空的（在空间间上可上可辨辨认认的）二的）二级结级结构构组组合体。合体。常常见类见类型：型：、整理ppt（1 1）复绕螺旋整理ppt整理ppt（2 2）指示:删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:在 Word 中创建文档.返回 PowerPoint在“插入”菜单中选择“对象.”单击“从文件创建”定位“文件”框中的文件名确认选中“显示为图标”。单击“确定”选择图标从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置”单击“对象动作”，并选择“编辑”单击“确定”单元的手性整理ppt整理ppt（3 3）迂回迂回 指示:删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:在 Word 中创建文档.返回 PowerPoint在“插入”菜单中选择“对象.”单击“从文件创建”定位“文件”框中的文件名确认选中“显示为图标”。单击“确定”选择图标从“幻灯片放映”菜单中选择“动作设置”单击“对象动作”，并选择“编辑”单击“确定”A.迂回 B.希腊钥匙 C.双希腊钥匙整理ppt（4 4）折叠桶折叠桶 反平行折叠桶折叠桶的各种形式整理ppt（5 5）整理ppt组组合合 组组合合整理ppt超二超二级结级结构构类类型型 X 整理ppt三、结构域结构域的定义 多肽链上由相邻二级结构单元联系而成的局部性区域是多肽链的独立折叠单位结构域的大小变化很大 常见的范围在100-200个残基之间整理ppt结结构域构域(structural domain)l结构域是蛋白质三维折叠中的一个层次，主要是相邻的二级结构片段集装在一起形成超二级结构，在此基础上，进一步折叠成近乎球状，相对独立的三维实体，这个区域称为结构域。l 由此可见：结构域：1）构成基础是超二级结构，2）相当独立区域，3）属于三级结构。l 而超二级结构概念：蛋白质分子中-螺旋，-折叠，-转角等集合在一起，彼此相互作用，形成有规则的在空间上能辨认的二级结构组合体，称超二级结构，有三种类型。整理ppt结构域免疫球蛋白最突出的例子整理ppt结构域木瓜蛋白酶内的2个结构域彼此很不相同整理ppt结构域弹性蛋白酶的二个结构域彼此非常相似整理ppt细细胞色素胞色素b 乳酸脱乳酸脱氢氢酶酶 免疫球蛋白免疫球蛋白整理ppt五、蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构指多肽链中所有氨基酸残基的空间关系，其具有二级结构、超二级结构或结构域整理ppt蛋白蛋白质质的三的三级结级结构构(tertiary structure)*蛋白蛋白质质的三的三级结级结构是指在各种二构是指在各种二级结级结构的基构的基础础上再上再进进一步一步盘盘曲或折迭。也就是曲或折迭。也就是整条整条肽链肽链所有原子所有原子在三在三维维空空间间的排的排布位置。布位置。肌肌红红蛋白蛋白（myoglobin，Mb）一条多）一条多肽链肽链/血血红红素素辅辅基基/153个个氨基酸氨基酸/有有8段段-螺螺旋旋结结构构(A、B、C、D、E、F、G及及H）功能功能:储储存存O2整理pptJ.C.Kendrew和和M.F.Peruz用用X-衍射法衍射法测测定了血定了血红红蛋白蛋白和肌和肌红红蛋白的蛋白的三三级结级结构构获获得得了了1962年年诺贝诺贝尔尔化学化学奖奖整理ppt-螺旋螺旋整理ppt血血红红素的素的结结构式构式肌肌红红蛋白蛋白结结合氧示意合氧示意图图吡咯环/甲炔基桥/配位键整理ppt蛋白质的三级结构总结v蛋白质的三级结构(Tertiary Structure)是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。v维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用。整理ppt六、蛋白六、蛋白质质的四的四级结级结构构（quaternary structure）二条或二条以上具有独立三二条或二条以上具有独立三级结级结构构的多的多肽链肽链通通过过次次级键级键形成的空形成的空间结间结构。其中，每个具有独立三构。其中，每个具有独立三级结级结构构的多的多肽链肽链称称为为亚亚基基(subunit)(subunit)。血血红红蛋白蛋白结结构示意构示意图图 主要主要稳稳定因素：定因素：氢键氢键、离子离子键键蛋白蛋白质质分子中各个分子中各个亚亚基的空基的空间间排布及排布及亚亚基接触部位的布局及基接触部位的布局及相互作用，称相互作用，称为为蛋白蛋白质质的四的四级级结结构。构。整理ppt蛋白质的四级结构 概念(1)(1)亚亚基基(subunit)(subunit)亚亚基也叫做基也叫做亚单亚单位，也有人称之位，也有人称之为为原聚原聚体或体或单单体。多由一条多体。多由一条多肽链肽链折叠而成，具有折叠而成，具有一二三一二三级结级结构。构。一般一般亚亚基没有活性，当它基没有活性，当它们们构成具有完构成具有完整整结结构的蛋白构的蛋白质时质时，才表，才表现现出生物活性。出生物活性。整理ppt(2)蛋白质的四级结构是由两个或两个以上的亚基之间相互作用，彼此以非共价键相连而形成的更复杂的构象。四级结构实际上就是亚基的立体排布、相互作用及接触部位的布局。维持蛋白质四级结构的主要化学键是疏水键，它是由亚基间氨基酸残基的疏水基相互作用而形成的。亚基之间不含共价键，亚基间次级键的结合比二、三级结构疏松，因此在一定的条件下，四级结构的蛋白质可分离为其组成的亚基，而亚基本身构象仍可不变。整理ppt一种蛋白质中，亚基结构可以相同，也可以不同。相同的称为同型亚基，不同的则称为异型亚基。如烟草斑纹病毒的外壳蛋白是由2200个相同的亚基形成的多聚体；正常人血红蛋白A是两个亚基与两个亚基形成的四聚体；天冬氨酸氨甲酰基转移酶由六个调节亚基与六个催化亚基组成。由210个亚基组成具有四级结构的蛋白质称为寡聚体，更多亚基数目构成的蛋白质则称为多聚体。整理ppt没有四没有四级结级结构的蛋白构的蛋白质质：1.1.只有一条多只有一条多肽链肽链的蛋白的蛋白质质。2.2.虽虽然有多条多然有多条多肽链肽链，但他借助于共价，但他借助于共价 键键相相连连（如：胰（如：胰岛岛素和素和IgGIgG等等3.3.多聚体、多多聚体、多酶酶复合体、不属于四复合体、不属于四级结级结构范畴。构范畴。整理ppt胰胰岛岛素的二聚体素的二聚体整理ppt蛋白质的四级结构总结v蛋白质的四级结构(Quaternary Structure)是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。v这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基或亚单位Subunit，它一般由一条肽链构成，无生理活性；v维持亚基之间的化学键主要是疏水力。v由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白；整理ppt整理ppt四四级结级结构构 整理ppt蛋蛋白白质质的的结结构构整理ppt 小小 结结整理ppt蛋白蛋白质质的的结结构构层层次可次可总结为总结为:一一级结级结构（构（肽链结肽链结构，指多构，指多肽链肽链中的氨中的氨基酸排列基酸排列顺顺序）序）二二级结级结构（多构（多肽链肽链主主链链骨架骨架盘绕盘绕折叠形折叠形成的有成的有规规律性的律性的结结构）构）超二超二级结级结构（相构（相邻邻二二级结级结构的聚集体）构的聚集体）结结构域（在空构域（在空间间上可明上可明显显区分的相区分的相对对独独立的区域性立的区域性结结构）构）三三级结级结构（球状蛋白构（球状蛋白质质中所有原子在空中所有原子在空间间的相的相对对位置）位置）四四级结级结构（构（亚亚基聚合体）基聚合体）整理ppt-螺旋螺旋螺旋螺旋 (-helix)(-helix)-折叠折叠折叠折叠 (-(-pleated sheet)pleated sheet)-转转转转角角角角(-turn)(-turn)无无无无规则规则规则规则卷曲卷曲卷曲卷曲（random coilrandom coil）整理ppt氢键、范德华力、疏水相互作用力、盐键，均为次级键氢键、范德华力虽然键能小，但数量大疏水相互作用力对维持三级结构特别重要盐键数量小二硫键对稳定蛋白质构象很重要，二硫键越多，蛋白质分子构象越稳定离子离子键键氢键氢键范德范德华华力力疏水相互作用力疏水相互作用力整理ppt七七蛋白蛋白质质和多和多肽肽合成基本原理合成基本原理 化学合成法（自学）化学合成法（自学）蛋白蛋白质质的生物合成的生物合成 在生物技在生物技术术突突飞飞猛猛进进的今天，医的今天，医药药生物技生物技术术首先在首先在该领该领域取得突破性域取得突破性进进展，在新展，在新药药研究，开研究，开发发，生，生产产和改和改造造传统传统制制药药工工业业中，医中，医药药生物技生物技术术的的应应用越来越广泛。其中蛋白用越来越广泛。其中蛋白质质和多和多肽肽类药类药物以及物以及单单克隆抗体的研究开克隆抗体的研究开发发在在现现代生物技代生物技术术中居于中居于领领先地位，先地位，简简介介如下：如下：整理pptl生物工程包括：基因工程，酶工程，细胞工程，发酵工程。l基因工程（基因工程（genetic engineering）：又称）：又称DNA 重重组组（recombination），是），是现现代生物技代生物技术术核心（其原理核心（其原理详见详见核酸与蛋白核酸与蛋白质质生物合成），目前利用生物合成），目前利用DNA重重组组技技术术合成蛋白合成蛋白质类药质类药物物约约有有50多种，如人胰多种，如人胰岛岛素，素，EPO，IL等。等。l转转基因基因动动物（物（transgenic animal）：将外源基因）：将外源基因（目的基因）（目的基因）导导入入动动物的受精卵或物的受精卵或单单卵胚胎卵胚胎细细胞并在胞并在动动物体内正常表达，从其体液与物体内正常表达，从其体液与组织组织中可分离外源基中可分离外源基因的表达因的表达产产物。目前用物。目前用转转基因基因动动物作物作为为生物反生物反应应器来器来合成生合成生产产蛋白蛋白质质、多、多肽药肽药物已物已经经成成为为国国际际上的重要上的重要领领域。域。整理pptl细细胞工程（胞工程（cell engineering）：利用）：利用细细胞培养生胞培养生产产和制和制备备所需要的蛋白所需要的蛋白质类药质类药物。物。细细胞融合技胞融合技术为术为生化制生化制药药展示了美好前景。展示了美好前景。l酶酶工程（工程（enzyme engineering）：）：应应用用酶酶的特异的特异性催化制性催化制备备目目标产标产物的工物的工艺过艺过程。程。酶的特异性催化作用将猪、牛胰岛素B30的氨基酸转化为人氨基酸。整理pptl蛋白质是生命大分子，具有复杂的结构，这些结构与它的作用（功能）之间又有什么联系呢？整理ppt谢谢整理ppt
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