蛋白质空间结构

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 蛋白质的三维结构,1,影响构象的因素,环境（外因）,自身（内因）,与溶剂分子相互作用,受溶液pH和离子组成、强度影响,氨基酸序列,酰胺平面,亲水性,电荷,R间相互作用,1、氢键,（）,具有（）性、（）性,主链之间 二级结构,侧链之间 三、四级,与水之间 成水化膜，溶解,稳定构象的作用力,蛋白质分子中（）等可以形成,2,2、范德华力,（）,3、疏水作用,4、盐键,（）,5、二硫键,（）,疏水基团为避水而接近聚集,疏水基团之间的范德华力,非共价键的统称（）,氢键、范德华力、疏水作用、盐键等的统称（）,蛋白质分子中（）等可以形成,蛋白质分子中（）等可以形成,蛋白质分子中（）等可以形成,蛋白质分子中（）等可以形成,3,C,C,C,碳原子,氮原子,氧原子,氢原子,R基团,二面角 NC, CC,多肽折叠的空间限制,4,拉氏构象图,180,120,60,0,60,120,180,180,120,60, 0,60,120,180,折叠区,螺旋区,5,指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式,一、-螺旋（-helix）（重点、难点）,（）和（）于（）年提出。,1、结构要点,：,（1）一条肽链绕成螺旋，每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距离为0.54nm，每个残基沿轴旋转100。,（2）螺旋稳定因素为氢键。每个肽键的羰基氧与远在其后第四个氨基酸氨基上的氢形成氢键。氢键的走向平行于螺旋轴。,C(NHCCO),3,N,O,H,H,R,3.6,13,(n,s,),第一节 二级结构,6,3.6个氨基酸残基,0.54nm,氢键,7,（ 3 ）R侧链基团伸向螺旋的外侧。,R,R,R,R,R,R,R,R,R,螺旋的横截面,（ 4 ）绝大多数为右手螺旋。,因为左手螺旋中R基团的空间位阻大，,所以，多聚甘氨酸可以左手螺旋。,8,2、影响螺旋形成的因素,形成氢键的原子,脯氨酸为亚氨基酸，其残基主链无氢。,碳原子上的侧链,位阻 异亮、缬、苏、,R基团的电荷,同性相斥,如多聚谷氨酸，pH4以下可，pH4以上不可,螺旋的偶极矩,每一个酰胺平面为一个偶极矩。,螺旋帽化,螺旋的前四个和后四个残基不形成氢键，,由其它化合物提供氢键配偶体。,螺旋中酰胺平面是同方向，所以，整个,螺旋是一个偶极矩。氨基端正、羧基端负,9,二、-折叠结构（-pleated sheet）（重点）,是一种肽链相当伸展的结构。肽链按层排列，依靠相邻肽链上的羰基和氨基形成的氢键维持结构的稳定性。肽键的平面性使多肽折叠成片，氨基酸侧链伸展在折叠片的上面和下面。,C,C,C,C,C,C,R,R,R,R,R,R,N,N,C,N,N,C,C,C,平行,反平行,-折叠片中，相邻多肽链,平行,或,反平行,（较稳定）。,氨基酸残基伸展长度3.5nm。,10,氢键,3.6nm,11,三、-转角（-turn）（重点）,为了紧紧折叠成紧密的球蛋白，多肽链常常反转180,，成发夹形状。一个氨基酸的羰基氧以氢键结合到第四个氨基酸的氨基氢上。,N,4,CHC,C,3,CH,NH,O=C,2,CH,N,C,1,CHN,R,R,H,O,H,R,R,O,H,O,-转角经常出现在连接反平行-折叠片的端头。,12,凸起,四、无规卷曲（了解）,又卷曲、松散肽段,没有一定规律的松散肽链结构。,13,胶蛋白,胶蛋白,胶原蛋白,弹性蛋白,肌球蛋白,附 纤维状蛋白质,14,一、超二级结构（熟悉）,指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作用，形成有规则的，在空间上能辨认的二级结构组合体。,是蛋白质二级结构至三级结构层次的一种过渡态构象层次。,又标准折叠单位、折叠花式,常见组合：, ,第二节 超二级结构和结构域,15,16,二、结构域（熟悉）,结构域,是球状蛋白质的结构或功能单位。,多肽链在二级或超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球形的结构， 具有部分生物功能。,对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个以上结构域缔合而成三级结构。,17,一、蛋白质的三级结构（掌握）,指多肽链上的所有原子（包括主链和侧链）在三维空间的分布。,指多肽链在二级或超二级结构的基础上折叠而成的构象。,维持力（稳定因素）,次级键，以疏水作用为主,球状蛋白质的分类,据结构域类型分四类,全结构蛋白质,结构蛋白质,全结构蛋白质,富含金属或二硫键蛋白质,第三节 三级结构与四级结构,18,19,二、球状蛋白质三维结构的特征（重点）,（1）分子含多种二级结构单元,（2）构象有明显的折叠层次,二级超二级结构域三级四级,（3）分子是紧密的球状或椭球状实体,（4）疏水R在内，亲水R在表面,（5）分子表面有一个空穴（裂缝、凹槽、口袋）,20,三、四级结构（重点、难点）,以三级结构球体为单位缔合形成的构象。,具有四级结构的蛋白质称为,寡聚蛋白,。,寡聚蛋白中的每个独立球体称为,亚基（单体）,。,由两（四）个亚基组成的蛋白质称为,二（四）聚体蛋白,。,由相（不）同亚基组成的寡聚蛋白质称为,同（杂）多聚蛋白质,。,杂多聚蛋白质中亚基可分为对称的两组时，每组叫,原体或原聚体,。,四级结构缔合驱动力（稳定因素）,同三级结构,21,单体蛋白,寡聚蛋白,分子,亚基（单体,）,亚基（单体）,分子,分子,多分子聚集体,同多聚蛋白质,杂多聚蛋白质,原（聚）体,22,23,四、四级缔合在结构和功能上的优越性（了解）,1、增强结构稳定性,2、提高遗传经济性和效率,3、使催化基团汇集在一起,4、具有协同性和别构效应,24,别构效应,结合在蛋白质分子特定部位的配体对该分子其它部位产生的影响。,协同性,结合在蛋白质分子特定部位的配体对其它各部位产生的影响一致。,别构蛋白质,具有别构效应的蛋白质。,别构效应据配体接合部位分：,同促效应 异促效应,25,同促效应,异促效应,与结合后，影响其它亚基与的亲和力,与结合后，影响其它亚基与的亲和力,结合部位 底物,调节部位,效应物,26,构象与结构层次,蛋白质是具有特定天然空间结构的大分子，其空间结构称为蛋白质的构象。,分为若干层次：,一级（1）结构 （）,二级（2）结构 （）,（）蛋白最高级,三级（3）结构 （）,（）蛋白最高级,四级（4）结构 （）,（）蛋白特有,27,共价键,次级键,化学键,肽键,（）级结构,氢键,二硫键,（）级结构,疏水键,盐键,范德华力,（）级结构,蛋白质分子中的共价键与次级键,28,第四节 结构与功能的关系,一、一级结构与功能的关系（重点）,一级构象性质功能,一级结构决定蛋白质的空间结构。,多肽链中氨基酸的排列顺序决定了该肽链的折叠、盘曲方式。,主要表现在,1、同种蛋白质不能有差错,2、同源蛋白质有较大的同序性,3、蛋白原不具活性，但改变一级结构后可被激活,4、蛋白质共价修饰导致活性改变,分子病,种属差异,连接二,29,镰状细胞贫血（sick-cell anemia）,从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。,-链 1 2 3 4 5 6 7,Hb-A Val-His-Leu-Thr-Pro-,Glu,-Lys,Hb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-,Val,-Lys,Val 取代Glu,含氧-HbA,O,2,O,2,粘性疏水斑点,含氧HbS,脱氧HbS,疏水位点,血红蛋白分子凝集,30,细胞色素c 40多种生物包括酵母、人,在右列28个位置上氨基酸是相同的,1Gly、 6Gly 、 10Phe 、 17Cys 、 18His 、,29Gly 、30Pro 、 32Leu 、34Gly 、 38Arg 、,41Gly 、 45Gly 、 48Tyr 、 52Asn 、 59Trp 、,68Leu 70Asn 、 71Pro 、 72Lys 、 73Lys 、,74Tys 、 76Pro 、 78Thr 、 79Lys 、80Met 、,82Phe 、84Gly 、 91Arg,不变残基,1,6,10,17,18,29,30,32,34,38,41,45,48,52,59,68,70,71,72,73,74,76,78,79,80,82,84,91,31,二、三维结构与功能的关系（掌握）,蛋白质特定构象是表达特定生物学活性的基础。,蛋白指特定构象所表现的性质即为该蛋白质的功能。,主要表现在,别构可改变蛋白质的活性,聚合与解聚可改变蛋白质的活性,变性可使蛋白质失去活性,三、变性（重点）,32,变性,在某些理化因素的作用下，天然构象被破坏，,导致性质改变、活性丧失的现象。,变性后的蛋白质称为变性蛋白质。,变性因素,：,理,热、射线、高压、表面张力、超声波、剧烈震荡等,化,有机溶剂、脲、胍、酸、碱等,变性的本质,次级键被破坏，空间结构解体。,变性结果,有序结构变为无序结构。,性质改变，如粘度（）、溶解度（）、结晶性（）,易还是不易被水解。,活性（）。,吴宪 20世纪30年代,33,