蛋白质的分子结构

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,*,生,物,学,化,动物科技学院生物化学课程组,西北农林科技大学,第二节 蛋白质的分子结构PROTEN STRUCTURE,第二节 蛋白质的分子结构,概 述,蛋白质种类繁多、功能多样，但是其组成的单位氨基酸只有20个，那这样的对应关系怎样实现的呢？结构决定功能，那么，20种氨基酸怎样决定蛋白的空间结构，进而决定其功能的呢？,1952年丹麦科学家Linderstrom-Lang认为，蛋白质的结构分为四个层次，即一级、二级、三级和四级结构。,一级结构,四级结构,三级结构,二级结构,概 述,1,2,3,4,5,第二节 蛋白质的分子结构,蛋白质的一级结构,蛋白质的一级结构即蛋白质的共价结构，是指蛋白质多肽链上氨基酸的排列顺序及二硫键的定位。,包括：氨基酸的数目、种类、比例、排列顺序及二硫键的位置等内容。,一级结构,四级结构,三级结构,二级结构,概 述,1,2,3,4,5,第二节 蛋白质的分子结构,构象与构型,构象是指原子或基团围绕单键旋转所形成的不同空间结构。,构型是指原子或基团在空间的不同排列方式，构型的转换需要键的断裂。,一级结构,四级结构,三级结构,二级结构,概 述,二级结构,构象,肽单位,二面角,模体,1,2,3,4,5,(1),(2),(3),(4),(5),第二节 蛋白质的分子结构,肽单位,由于C=O双键中的电子云与N原子上的未共用电子对发生“电子共振”，使肽键具有部分双键的性质，不能自由旋转。,肽键平面：由于肽键具有部分双键的性质，使参与肽键构成的六个原子被束缚在同一平面上，这一平面称为肽键平面或肽单元或肽单位。这样,多肽链可以看成由C串联起来的无数个肽平面组成。,一级结构,四级结构,三级结构,二级结构,概 述,二级结构,构象,肽单位,二面角,模体,1,2,3,4,5,(1),(2),(3),(4),(5),第二节 蛋白质的分子结构,二面角,与C,相连的两个单键可自由旋转，C,C旋转角度以（psi)表示，,C,N旋转角度以表示，、-180-+180。多肽链主链的所有构象都能用、这两个构象角描述。,当的旋转键N1-C两侧的N1-C1和C-C2呈顺式时，规定=0。的旋转键C-C2两侧的C-N1和C2-N2呈顺式时，规定=0。从Ca向N1看，沿顺时针方向正，反时针方向负；从C-向C2看。C-C2顺时针（+）反时针（-）。,一级结构,四级结构,三级结构,二级结构,概 述,二级结构,构象,肽单位,二面角,模体,1,2,3,4,5,(1),(2),(3),(4),(5),第二节 蛋白质的分子结构,蛋白质的二级结构,指肽链的主链经卷曲折叠在空间形成的由主链氢键所稳定的规则的几何走向、旋转及折叠。,只涉及肽链主链，不涉及侧链。,维系二级结构的主要化学键是氢键。,主要有,-螺旋、-折叠、-转角、无规则卷曲等几种类型。,一级结构,四级结构,三级结构,二级结构,概 述,二级结构,构象,肽单位,二面角,模体,1,2,3,4,5,(1),(2),(3),(4),(5),第二节 蛋白质的分子结构,模体,在蛋白质分子中，若干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结构区域，称模体（motif)或超二级结构。,一级结构,四级结构,三级结构,二级结构,概 述,二级结构,构象,肽单位,二面角,模体,1,2,3,4,5,(1),(2),(3),(4),(5),分子伴侣,第二节 蛋白质的分子结构,蛋白质的三级结构,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空间结构。,三级结构包括肽链上所有原子在空间上的相对位置。,一级结构,四级结构,三级结构,二级结构,概 述,概 念,作用力,结构域,胰岛素,1,2,3,4,5,(1),(2),(3),(4),第二节 蛋白质的分子结构,稳定蛋白质三级结构的作用力,维系蛋白质三级结构的作用力主要有氢键、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。,一级结构,四级结构,三级结构,二级结构,概 述,概 念,作用力,结构域,分子伴侣,1,2,3,4,5,(1),(2),(3),(4),第二节 蛋白质的分子结构,结构域,在一级结构上相距较远的氨基酸残基，通过三级结构的形成，多肽链的弯折，彼此聚集在一起，从而形成一些在功能上相对独立的，结构较为紧凑的区域，称为结构域（domain）。,结构域是蛋白质的结构组织单位、功能单位和遗传单位。,一级结构,四级结构,三级结构,二级结构,概 述,概 念,作用力,结构域,分子伴侣,1,2,3,4,5,(1),(2),(3),(4),第二节 蛋白质的分子结构,分子伴侣,分子伴侣（Molecularchaperone）识别新生肽段折叠过程中暂时暴露的错误结构并与之结合，生成复和物，从而防止这些表面之间过早的相互作用，阻止不正确的非功能的折叠途径，抑制不可逆聚合物产生，促进折叠向正确方向进行。,分子伴侣就是辅助多肽链正确折叠的蛋白质。,一级结构,四级结构,三级结构,二级结构,概 述,概 念,作用力,结构域,分子伴侣,1,2,3,4,5,(1),(2),(3),(4),第二节 蛋白质的分子结构,蛋白质的四级结构,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；即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。,一级结构,四级结构,三级结构,二级结构,概 述,概念,亚基,作用力,1,2,3,4,5,(1),(2),(3),第二节 蛋白质的分子结构,亚基,由多条肽链构成蛋白质的四级结构时，每一条肽链在空间上经卷曲折叠所形成的三级结构。,由两个亚基构成的蛋白质称为二聚体，有两个以上亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白。,一级结构,四级结构,三级结构,二级结构,概 述,概念,亚基,作用力,第二节 蛋白质的分子结构,稳定四级结构的作用力,维持亚基之间的化学键主要是疏水相互作用、离子键、氢键、范德华力，有些蛋白质还有二硫键参与稳定四级结构的作用。,一级结构,四级结构,三级结构,二级结构,概 述,概念,亚基,作用力,第二节 蛋白质的分子结构,-螺旋,-螺旋是多肽链的主链沿一中心轴盘绕所形成的规则的螺旋构象。,特点,肽链绕一主轴缠绕，形成螺旋结构，侧链分布在外周。,螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行。,第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO,基与,-螺旋,无规则卷曲,-转角,-折叠,第二节 蛋白质的分子结构,-螺旋,第四个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成氢键。,蛋白质分子为右手,-螺旋。,影响-螺旋稳定的因素有,极大的侧链基团（存在空间位阻）,连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸残基（同种电荷的互斥效应）,有Pro等亚氨基酸存在（不能形成氢键）,-螺旋,无规则卷曲,-转角,-折叠,第二节 蛋白质的分子结构,-折叠,-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片层结构。肽链的主链呈锯齿状折叠构象。,-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。,-螺旋,无规则卷曲,-转角,-折叠,第二节 蛋白质的分子结构,-折叠特点,所有的肽键都参与链间氢键的交联，氢键与肽链的长轴接近垂直。氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。,多肽主链为据齿状折叠构象，侧链的CC键几乎垂直于折叠片平面，侧链R基交替地分布在片层平面的两侧。,两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm；,-螺旋,无规则卷曲,-转角,-折叠,第二节 蛋白质的分子结构,-转角,-转角是多肽链180回折部分所形成的一种二级结构，,结构特征：,主链骨架本身以大约180回折;,转角部分由四个氨基酸残基组成，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。,这类结构主要存在于球状蛋白分子中。,-螺旋,无规则卷曲,-转角,-折叠,第二节 蛋白质的分子结构,无规卷曲,指多肽链主链部分形成的无规律的卷曲构象。,在同一蛋白质分子中这种构象却是有规律的，即是相同的。,-螺旋,无规则卷曲,-转角,-折叠,-螺旋,-折迭,-转角,无规卷曲,