《结构生物学8教学教材》由会员分享，可在线阅读，更多相关《结构生物学8教学教材（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、蛋白质的结构层次,蛋白质的一级结构 蛋白质的二级结构 蛋白质的超二级结构与折叠子 结构域和蛋白质的三级结构 蛋白质的四级结构,蛋白质的超二级结构与折叠子,超二级结构（supersecondary structure）与折叠子（fold）可以看成是介于二级结构和结构域之间的两个结构层次 超二级结构：两个或多个二级结构单元被连接多肽连接起来，进一步组合成有特殊的几何排列的局部空间结构，称为超二级结构（supersecondary structure），又称为模体（motif）。 折叠子：蛋白质分子中主要二级结构单元的空间排布和拓扑连接方式，称为折叠子。折叠子反映了蛋白质核心结构的拓扑结构模式，具有
2、相同折叠子的不同蛋白质，其分子表面的二级结构单元通常具有不同的大小和构象。,超二级结构,简单的超二级结构 aa a 发夹（a hairpin） a 拐角（a corner） bb b 发夹 bab,a发夹,DNA结合模体helix-turn-helix,Ca结合模体EF手形,b 发夹,b-a-b motif,复杂超二级结构,4 螺旋束 Rossman折叠 希腊钥匙 锌指（Zn-finger） 亮氨酸拉链,4 螺旋束,相邻两个a螺旋之间成发夹连接 两亲性螺旋：一面亲脂，一面亲水，产生一个疏水核心,Rossman折叠,Rossman折叠：b-a-b-a-b motif,希腊钥匙模体,“ Greek
3、 Key”,希腊钥匙模体,锌指（Zn-finger）,亮氨酸拉链,折叠子（fold）,折叠子是对蛋白质结构核心（core）的一种基本描素 每个折叠子的结构内核有确定的结构特征 分子表面的二级结构和转折区的大小、长短以及构象可能不同，甚至这些不同的结构占到分子结构的一半甚至更多，但这些蛋白质仍被称为具有相同的折叠子。,折叠子（fold）,每个折叠子包含一个或多个蛋白质超家族（superfamily） 估计自然界中总共存在的折叠模式约650个，蛋白质超家族约1150个。,结构域和蛋白质的三级结构,如果蛋白质只包含一个结构域，则结构域与三级结构是同一个结构层次 一个大的蛋白质可以包含多个结构域，由多
4、个重复的结构域构成的蛋白质称为嵌合体蛋白（mosaic protein）,结构域（domain）,结构域的概念 在一个多肽链分子内，邻近的肽链常常折叠成紧密的相对独立的结构实体，它们有一定的三级结构，而且往往还具有特定的、但还不完全的生物活性。 免疫球蛋白IgG的结构域,结构域,结构域与模块（module） 模块是残基数较少的、结构独立性不明显的结构域 结构域的特点 一般的结构域包括100200个连续的残基 结构域内部比较紧密，结构域之间的连接比较松散，可以发生相对运动 有的结构域可以用蛋白水解酶拆分 相当多的结构域具有局部的但不完全的生物学功能 结构域的功能 作为一个模式结构来参与蛋白质分子
5、的装配 结构域之间具有一定的灵活性，对于底物的结合、变构控制和巨大结构的装配有决定作用,结构域,结构域的类型 反平行a 平行a/b 反平行b 平行b 不规则的小结构,反平行a结构,升降螺旋束（捆）up-and-down helix bundle 珠蛋白折叠子（globin fold）（希腊钥匙螺旋束 Greek key helix bundle） 线绕式a螺旋（coiled-coil a helix） 复杂螺旋组合,升降螺旋束（捆）（up-and-down helix bundle）,相邻两个a螺旋之间成发夹连接 两亲性螺旋：一面亲脂，一面亲水，产生一个疏水核心,珠蛋白折叠子（globin f
6、old）（希腊钥匙螺旋束 Greek key helix bundle）,高度保守的结构,线绕式a螺旋（coiled-coil a helix）,Crick预测的纤维蛋白的结构 两条a螺旋形成超螺旋 螺旋周期从3.6残基/圈缩短为3.5残基/圈 每7个残基的周期重复：七肽重复(a/k/a亮氨酸拉链) 梯子状结构 每个横档处交替出现疏水残基：d与d堆积，a与a堆积 七肽重复在蛋白质中是明显的 转录因子，尤其是GCN4和b-zip家族 可以用一些寻找周期性亮氨酸的计算机程序来识别,线绕式a螺旋中疏水侧链的堆积,复杂螺旋组合,平行a/b结构,单绕平行b桶（TIM 桶）(single wound pa
7、rallel b barrel) 双绕平行b片层（double wound parallel b sheet） 马蹄式折叠（horseshoe fold）,a/b结构中b-a-b 模体的两种组合方式,单绕平行b桶（TIM 桶）,平行b 片层构成封闭的桶板，a螺旋位于桶的外面 大多数TIM桶包含8股b折叠链,丙糖磷酸异构酶（triosephosphate isomerase）,所有a/b 桶状结构中的活性位置,RuBisCo（核酮糖二磷酸羧化酶）,双绕平行b片层,开放式扭曲b片层两侧被a螺旋围绕 b 链的数量为410条,活性位点b片层C端的缝隙,黄素氧还蛋白,腺苷酸激酶,双绕混合式b片层结构,己
8、糖激酶ATP结合域,磷酸甘油酸酯变位酶,马蹄式折叠（horseshoe fold）,由富含Leu的模体串联式组合构成 b-环-a结构作为基本单元重复出现 平行b 片层形成马蹄状的弯曲开放结构，a螺旋在外侧 Leu残基形成b片层和a螺旋之间的疏水内核,核糖核酸酶抑制剂,富含Leu模体的序列模式和二级结构,富含Leu模体中保守的Leu,反平行b结构,升降b桶（up-and-down b barrel） 上下开放式b片层（up-and-down open b sheet） 希腊钥匙b桶（greek key b barrel） 果冻卷式b桶（jelly roll barrel） 开面夹心结构（open
9、 face sandwich）,升降b桶（up-and-down b barrel）,b 链都是反平行的 b 链以发夹式连接 首尾封闭，形成桶状,血浆视黄醇结合蛋白（RBP）,8股反平行的b链 C末端一个a螺旋 疏水侧链指向内部构成核心,RBP桶中视黄醇结合位点,RBP桶的序列特征,每股b折叠链上疏水残基交替排列,上下开放式b片层（up-and-down open b sheet）,4股反平行b链组成开放式模体 首尾并不封闭 可以组成更复杂的结构,神经氨酸酶亚基的6叶片螺旋桨式结构,神经氨酸酶的活性位点,希腊钥匙b桶（greek key b barrel）,由两个希腊钥匙模体堆积形成一个变形的
10、圆桶状,g-晶体蛋白,果冻卷式b桶（jelly roll barrel）,一个反平行b片层折成4个部分 b 链间的连接肽段横穿圆桶的两端 形状象西式点心中的果酱面包圈,流感病毒血凝素蛋白的球形头部,开面夹心结构（open-face sandwich）,反平行b片层组成扭曲的单层非封闭结构 b 折叠链之间由a螺旋或b转角、环区连接形成双层结构,链霉菌枯草杆菌蛋白酶抑制剂(3SSI),细菌叶绿素A结合蛋白（4BCL）,平行b螺旋折叠子,全新的折叠类型，1993年在细菌果胶酶的结构中首次发现。多肽链折叠为由b链和环区相间构成的宽松螺旋。 双层b螺旋 三层b螺旋,双层b螺旋（two sheet b h
11、elix）,每圈螺旋由两股b折叠链和两段环区相间构成 右手螺旋结构 两个b 片层近乎平面而不扭曲 具有两组重复的9残基共有序列：G-G-X-G-X-D-X-U-X 环区被结合在Asp上的Ca2+所稳定,三层b螺旋（three sheet b helix）,每圈螺旋具有3段短b链 3个b片层排列成近似三棱柱的结构 没有特征的序列模式 b螺旋内部为侧链填满 螺旋圈数显著大于双层 b螺旋,细菌果胶酶C的三层b螺旋结构,不规则的小结构,富含二硫键的 富含金属离子或非蛋白配基的,胰岛素,细胞色素C3,蛋白质的三级结构（tertiary structure）,三级结构是指整个多肽链的折叠情况，包括主链和侧
12、链的空间排布。 蛋白质按照形状和可溶性分为三种类型： 纤维蛋白 球蛋白 膜蛋白,纤维蛋白的三级结构,特点： 简单的、规则的线性结构，整条肽链几乎是单一的二级结构，序列上经常出现一些相同或相似的重复肽段。 通常不溶于水和稀的盐溶液，在细胞和自然界中充当结构组分。 几种代表性的纤维蛋白 a 角蛋白 丝心蛋白和b角蛋白 胶原蛋白,a 角蛋白,动物指甲、趾甲、毛发、角的主要成分,剥离珍珠质层的聚敛偏光测试,珍珠质是一种有机壳角蛋白（角质蛋白或固蛋白）系凝胶状物 ，在高倍偏光显微镜下呈现胶体状，具不均匀的非均质性,呈现一级灰干涉色。珍珠质层在珠体内形成层层环状分布，有时厚薄不一，并间断性的形成珍珠质层的
13、浓集，在文石层中亦有分布。,仿珍珠 塑料珠：为塑料制品，在珠粒表面涂上一层有机珍珠液膜，剥离膜片在聚敛偏光下测试剥离膜的干涉图象，显示模糊不清晰的二轴晶图象。 玻璃珠：玻璃制品,在珠粒表面涂上一层有机珍珠液膜,，剥离膜片在聚敛偏光下测试剥离膜的干涉图象，显示模糊不清晰的二轴晶图象。 西班牙的Majorica的SA公司生产的一种Majorica珠，也属此类。 贝壳珠：将贝壳研磨成粉再制成珠粒，文石杂乱排列无方向性，在珠粒表面涂上一层有机珍珠液膜或珍珠汁液，珍珠精液,珠光液等，剥离膜片在聚敛偏光下测试剥离膜的干涉图象，显示模糊不清晰的二轴晶图象。,丝心蛋白和b角蛋白,蚕丝和鸟羽的主要成分,胶原蛋白
14、,动物结缔组织的主要组分，如键、软骨、骨骼、牙齿、血管等 Poly(Gly-Pro-Pro),原胶原蛋白,胶原蛋白纤维,球蛋白的三级结构,外形近于球形，一般是水溶性的。三维结构的多样性很大 非极性残基主要存在于分子内部，极性残基则主要存在于分子表面。,膜蛋白的三级结构,膜蛋白的类型： 附在生物膜的表面 嵌在一定深度的膜脂中 穿越膜 一次穿膜 多次穿膜 多次穿膜的膜蛋白的结构： 膜内部分的肽段多是两亲螺旋或两亲的折叠，倾向于形成中间是空心的圆桶状结构：疏水的一侧在外，面向膜脂；亲水的部分在圆桶内侧，以便于作为亲水或极性物质的通道。连接这些膜内二级结构单元的肽段分布在膜的两侧。,细菌光合反应中心的
15、结构,蛋白质的四级结构,相同或不同的蛋白质亚单位（亚基）通过非共价键结合在一起时的组合方式。 亚基，寡聚体 同源多聚体，异源多聚体 四级结构的对称性 线性排列：肌动蛋白 螺旋状排列：微管蛋白 点群对称排列：血红蛋白 环状对称： 二面体对称： 立方体对称：,Homo-trimer of bacterial maltoporin; each subunit forms a pore across the outer membrane of E.coli cell walls; structure shows diglucose unit inside each subunit channel; the center of the trimer between subunits contains a calcium ion (PDB accession number 1AF6),蛋白质的四级结构,四级结构与生物学功能的关系 血红蛋白的四级结构和功能,第三章 蛋白质结构原理（教材第7章）,结晶状态的蛋白质特征 蛋白质的结构层次 稳定蛋白质构象的作用力 蛋白质结构分类 蛋白质折叠问题,
