3蛋白质结构2

《3蛋白质结构2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3蛋白质结构2（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第六节第六节 纤维蛋白和膜蛋白构象纤维蛋白和膜蛋白构象n依结构特点将蛋白质分为三类依结构特点将蛋白质分为三类: 纤维纤维(状状)蛋白（蛋白（fibrin, fibrous protein） 球蛋白（球蛋白（globin, globular protein） 膜蛋白（膜蛋白（membrane protein）一一 纤维蛋白：纤维蛋白：n 特点特点: 纤维状或细棒状，分子轴比纤维状或细棒状，分子轴比 (长轴长轴/短轴短轴) 10n 分类分类: 水溶性：肌球蛋白、纤维蛋白原等水溶性：肌球蛋白、纤维蛋白原等 不溶性：硬蛋白不溶性：硬蛋白(胶原蛋白胶原蛋白,角蛋白角蛋白,弹性蛋白弹性蛋白)(一一)角蛋白

2、角蛋白 （keratin）: -角蛋白角蛋白, -角蛋白角蛋白, 羽毛角蛋白羽毛角蛋白, 无定形角蛋白无定形角蛋白 1. -角蛋白：头发角蛋白角蛋白：头发角蛋白n构成：构成： -helix(0.45nm)原纤维原纤维(2nm) 微纤维微纤维(8nm)大纤维大纤维(200nm)n特性特性: a 有较强的伸缩性，在热水或有较强的伸缩性，在热水或 碱溶液中可伸展为碱溶液中可伸展为-sheet b 水不溶性水不溶性(含大量的疏水含大量的疏水aa) c 韧性，多螺旋结构紧密韧性，多螺旋结构紧密 2. -角蛋白角蛋白:例如：各种丝蛋白例如：各种丝蛋白代表：蚕丝中的丝心蛋白代表：蚕丝中的丝心蛋白 ( fib

3、roin )。n含大量含大量-Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala-重复单位重复单位 n不能形成不能形成 -helix，多以多以 反平行反平行-sheet存在存在n维持力：链间维持力：链间(氢键氢键)； 片层之间片层之间(范德华力范德华力)n纵向有韧性，无伸展性纵向有韧性，无伸展性 彩色电镜下观察从蜘蛛吐丝器吐出的丝心蛋白束（蓝色）彩色电镜下观察从蜘蛛吐丝器吐出的丝心蛋白束（蓝色） (二二) 弹性蛋白弹性蛋白（elastin）:n存在：韧带、声带、主动脉等存在：韧带、声带、主动脉等n特性：非极性特性：非极性aa占占90%以上，不含以上，不含Met, Cys很少很少 弹性和韧性极强（最

4、多可伸长弹性和韧性极强（最多可伸长22.5)； 富含富含Ala, Lys，以及以及Pro, Val, Gly等；等；含锁链素和异锁链素两种特殊的修饰含锁链素和异锁链素两种特殊的修饰aa； n超分子结构超分子结构： 非弹性区：富含非弹性区：富含Ala和和Lys，右手右手 -helix（交联区）交联区） 弹性区：呈弹性区：呈左手油化螺旋左手油化螺旋 (直径直径1.21.5nm, 0.25nm/4aa) 疏水，由疏水，由Pro，Gly，Val等交替排列形成重复肽等交替排列形成重复肽 NH3+-CH-COO- NH3+ (CH2)3 NH3+ CH-(CH2)2 (CH2)2 -CH COO COO-

5、 (CH2)4 NH3+-CH-COO-N1-n弹弹性性蛋蛋白白的的网网状状结结构构：(三三) 胶原蛋白（胶原蛋白（collagen): 1. 特征：特征：n存在：皮肤、软骨、肌腱等。水解后为明胶存在：皮肤、软骨、肌腱等。水解后为明胶n至少有至少有5种种 链，形成链，形成19种胶原，种胶原，具有不同的化学结构及免具有不同的化学结构及免疫学特性。疫学特性。、及及型胶原为有横纹的纤维形胶型胶原为有横纹的纤维形胶原。原。 型（型（2 1+ 2），），韧性强度超过钢筋。韧性强度超过钢筋。n分子量：胶原分子量：胶原 链分子量都在链分子量都在100,000; 1000aa/肽链肽链 每分子长每分子长300

6、0 A、15 A厚，长棒状分子厚，长棒状分子n结构特征：含三股胶原螺旋，结构特征：含三股胶原螺旋，96%符合符合 ( Gly-X-Y )n n维持力：螺旋间氢键、链间范德华力以及链间共价交联维持力：螺旋间氢键、链间范德华力以及链间共价交联 （存在（存在Lys和和Hyl间醇醛交联或间醇醛交联或吡啶啉结构吡啶啉结构，二硫键，二硫键） 2. 胶原的形成：以胶原的形成：以I型胶原为例型胶原为例 羟化酶羟化酶 羟化羟化 : 发生在发生在Pro ,Lys Hyp ,Hyl (90%) 糖化糖化 : Hyl-OH (葡萄糖、半乳糖葡萄糖、半乳糖) 糖苷糖苷 前原胶原前原胶原的形成：三条肽链交接在一起的形成：

7、三条肽链交接在一起 原胶原原胶原形成形成: 去处去处C-端和端和N-端端肽端端肽 Lys氧化脱氨形成氧化脱氨形成-醛基醛基Lys 交联交联 Lys 胶原纤维胶原纤维的形成：的形成： 原胶原分子原胶原分子首尾相对首尾相对, 定向排列定向排列, 链间链间1/4错位排错位排列列 胶原微纤维胶原微纤维胶原小纤维胶原小纤维胶原纤维胶原纤维端肽端肽u I型胶原的结构：型胶原的结构： 40nm空穴区空穴区280nm3 合成部位：合成部位：n胶原蛋白前体在胶原蛋白前体在粗面内质网上合成，并在形成三粗面内质网上合成，并在形成三股螺旋之前于内质网腔中进行羟基化修饰。股螺旋之前于内质网腔中进行羟基化修饰。nProP

8、ro残基的羟化反应是在与膜结合的残基的羟化反应是在与膜结合的脯氨酰脯氨酰-4-4羟化羟化酶酶及及脯氨酰脯氨酰-3-3羟化酶羟化酶的催化下进行的。的催化下进行的。VC是这两是这两种酶所必需的辅因子。种酶所必需的辅因子。VC缺乏导致胶原的羟化反缺乏导致胶原的羟化反应不能充分进行，不能形成正常的胶原纤维。导应不能充分进行，不能形成正常的胶原纤维。导致血管、肌腱、皮肤变脆，易出血，称为坏血病。致血管、肌腱、皮肤变脆，易出血，称为坏血病。n年龄增长，氧化反应加剧，胶原蛋白交联程度过年龄增长，氧化反应加剧，胶原蛋白交联程度过大，韧性降低，脆性增加，易断裂，产生皱纹。大，韧性降低，脆性增加，易断裂，产生皱纹

9、。二二 膜蛋白结构膜蛋白结构: 膜蛋白：各种与生物膜相关连的蛋白膜蛋白：各种与生物膜相关连的蛋白 (一一) 膜蛋白的分类：膜蛋白的分类：1. 外周蛋白外周蛋白: n位于膜表面或通过其它蛋白和膜相连的蛋白。与膜结合松位于膜表面或通过其它蛋白和膜相连的蛋白。与膜结合松散，一般是水溶性的散，一般是水溶性的n结合力：与脂双层表面通过静电力、氢键或范德华力结合，结合力：与脂双层表面通过静电力、氢键或范德华力结合，改变离子强度或加入金属螯合剂可达到分离改变离子强度或加入金属螯合剂可达到分离 如：红细胞血影收缩蛋白，藻胆蛋白，如：红细胞血影收缩蛋白，藻胆蛋白，cytC等等1 膜外周蛋白示例：膜外周蛋白示例：

10、藻胆蛋白藻胆蛋白n n藻胆蛋白藻胆蛋白藻胆蛋白藻胆蛋白 n nPEPEn nPCPCn nAPCAPC2 内在蛋白内在蛋白:n占膜蛋白的占膜蛋白的70%-80%n依靠疏水作用与膜相互作用，在膜内部是疏水作依靠疏水作用与膜相互作用，在膜内部是疏水作用用, 膜外部是亲水膜外部是亲水n难于和膜分离，常需要借助去污剂、有机溶剂或难于和膜分离，常需要借助去污剂、有机溶剂或超声波超声波n根据与膜相互作用情况，目前主要有两大类，分根据与膜相互作用情况，目前主要有两大类，分别以别以 -螺旋（血型糖蛋白、螺旋（血型糖蛋白、菌紫质、菌紫质、 LHCII）和以和以- -折叠片折叠片跨膜（某些孔道蛋白，如跨膜（某些孔

11、道蛋白，如LamB等）等） 人红细胞血型糖蛋白（人红细胞血型糖蛋白（glycophorin)n位于人红细胞膜表面的糖蛋白，富含位于人红细胞膜表面的糖蛋白，富含 带负电的唾液酸。有带负电的唾液酸。有A、B、C、D 4种，种， B、C、D在红细胞中含量较少在红细胞中含量较少 nA型由型由131aa构成：构成： N-端：端：70aa，在细胞膜外，结合约在细胞膜外，结合约 16个糖链，约个糖链，约100个糖残基，个糖残基， 决定血型决定血型 中部：中部：20aa残基构成一个跨膜残基构成一个跨膜 -螺旋棒，固定蛋白螺旋棒，固定蛋白 C-端：端：41aa残基，亲水，在细胞膜内残基，亲水，在细胞膜内 细菌视

12、红素（菌紫质）细菌视红素（菌紫质）（bacteriorhodopsin）: n有色蛋白（有色蛋白（247aa的单肽链的单肽链 Lys216 - - NH- 视黄醛），视黄醛）， 是一个光驱动的跨膜质子泵，是一个光驱动的跨膜质子泵， 可参与可参与ATP合成合成n 分子量分子量26,000，C-端在细胞端在细胞 质侧，质侧，N-端在细胞外侧端在细胞外侧n肽链共形成肽链共形成7个跨膜个跨膜 -helix，螺旋之间以亲水性短链连接。螺旋之间以亲水性短链连接。每个螺旋每个螺旋3.5nm长，与膜同高，相隔长，与膜同高，相隔1nm围成桶状围成桶状n大部分为疏水基位于桶外侧；少数亲水基在桶内侧，功能一大部分为

13、疏水基位于桶外侧；少数亲水基在桶内侧，功能一是形成内部氢键及盐桥，固定桶的结构，二是作为质子通道是形成内部氢键及盐桥，固定桶的结构，二是作为质子通道 E.coli 麦芽糖膜孔道蛋白（麦芽糖膜孔道蛋白（malto porin，LamB）n- -折叠膜蛋白主要存在于折叠膜蛋白主要存在于 细菌细胞膜、线粒体等细菌细胞膜、线粒体等n参与麦芽糖或其糊精出入参与麦芽糖或其糊精出入 E. coli 细胞膜的运输细胞膜的运输n以三聚体形式存在于膜上，以三聚体形式存在于膜上， 每单体为每单体为421aa构成的肽链，构成的肽链， 形成形成18-股反平行股反平行- -折叠桶折叠桶 相邻折叠片之间以回环或相邻折叠片之

14、间以回环或 - -转角连接转角连接nN-端和端和C-端都在细胞内侧端都在细胞内侧 - -转角在转角在胞内侧的桶边胞内侧的桶边; 长长回环在回环在细胞外侧细胞外侧 胞外胞外胞内侧胞内侧N NC 植物捕光色素蛋白复合物植物捕光色素蛋白复合物 (light-harvesting complex, LHCII)n叶绿体类囊体膜上的捕光天线蛋白叶绿体类囊体膜上的捕光天线蛋白 LHCII通常以三聚体存在通常以三聚体存在n每个单体每个单体N -端在外，端在外，C-端在内，由端在内，由233个个aa组成，共组成，共A-E 5个个helix, A、B、C 3个为跨膜个为跨膜helix。n每肽结合约每肽结合约12

15、个叶绿素分子个叶绿素分子n几乎所有的捕光色素蛋白都是跨膜几乎所有的捕光色素蛋白都是跨膜三螺旋模式三螺旋模式 基质基质类囊体膜腔类囊体膜腔NCEBCDA3. 脂锚定蛋白脂锚定蛋白:n某些膜蛋白通过脂类分子共价连接而结合于膜上某些膜蛋白通过脂类分子共价连接而结合于膜上n脂类分子脂类分子(脂锚钩脂锚钩)作用：固定蛋白、对蛋白起调节作用作用：固定蛋白、对蛋白起调节作用n分类：分类： 通过脂肪酸锚定通过脂肪酸锚定 通过糖基（链）通过糖基（链） 1）硫醚连接的异戊二烯基锚钩：）硫醚连接的异戊二烯基锚钩： Pr- C-末端末端-Cys - 聚异戊二烯基聚异戊二烯基- 膜膜 如：酵母交配因子等如：酵母交配因子

16、等2）硫酯连接的脂肪酰锚钩）硫酯连接的脂肪酰锚钩: Pr- Cys( 或或Ser，Thr)-脂肪酸脂肪酸- 膜；膜； 如：如：G蛋白偶联受体蛋白偶联受体3）酰胺连接的豆蔻酰锚钩：）酰胺连接的豆蔻酰锚钩：Pr-N-末末端端Gly-NH-豆蔻酰豆蔻酰- 膜膜 如：如：cAMP依赖蛋白激酶、依赖蛋白激酶、 HIV-1的的gag蛋白等蛋白等4）酰胺连接的糖基磷脂酰肌醇）酰胺连接的糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚钩：锚钩： Pr- C-末端末端aa - 磷酸乙醇胺残基磷酸乙醇胺残基-寡糖寡糖-肌醇磷酸肌醇磷酸-膜膜 如：多种表面抗原，黏着分子，朊病如：多种表面抗原，黏着分子，朊病毒蛋白等毒蛋白等(二二) 内在

17、膜蛋白和膜脂间的相互作用内在膜蛋白和膜脂间的相互作用1 结合力：结合力：n外周蛋白：静电力外周蛋白：静电力, 氢键氢键, 疏水相互作用疏水相互作用n内在蛋白：疏水作用内在蛋白：疏水作用(蛋白非极性基与脂双层烃基蛋白非极性基与脂双层烃基范德华力范德华力) 疏水疏水/亲水作用（跨膜脂双层两种作用并存亲水作用（跨膜脂双层两种作用并存)2 内在蛋白对膜脂的特殊要求内在蛋白对膜脂的特殊要求:n内在蛋白需要有一定量的膜脂存在才能维持功能内在蛋白需要有一定量的膜脂存在才能维持功能n有些要求特定种类的膜脂与其配合，如：线粒体内膜的有些要求特定种类的膜脂与其配合，如：线粒体内膜的 - -羟丁酸脱氢酶要求必须有磷

18、脂酰胆碱才表现活性羟丁酸脱氢酶要求必须有磷脂酰胆碱才表现活性3 膜蛋白结合对膜脂的作用膜蛋白结合对膜脂的作用n界面脂：界面脂： 指生物膜中内在蛋白周围一层或数指生物膜中内在蛋白周围一层或数 层紧密结合的膜脂分子。其流动性大大降低；层紧密结合的膜脂分子。其流动性大大降低； 可封闭蛋白不产生非特异性泄露；通常是可封闭蛋白不产生非特异性泄露；通常是 维持其生物活性的必要条件维持其生物活性的必要条件n影响脂双层的排列：影响脂双层的排列： 短程效应：如柱状蛋白，只影响相邻膜脂短程效应：如柱状蛋白，只影响相邻膜脂 长程效应：蛋白的疏水核为楔形或部分长程效应：蛋白的疏水核为楔形或部分 嵌入膜内时，使膜发生变

19、形嵌入膜内时，使膜发生变形4 膜蛋白在膜上的运动：横向迁移，垂直旋动，不能翻转膜蛋白在膜上的运动：横向迁移，垂直旋动，不能翻转第七节第七节 蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构n三级结构：蛋白质的三级结构是指二级结构和超二级结构三级结构：蛋白质的三级结构是指二级结构和超二级结构 进一步盘曲折叠，形成包括主侧链在内的专一性进一步盘曲折叠，形成包括主侧链在内的专一性 三维排布。是蛋白质所有原子的空间排布。三维排布。是蛋白质所有原子的空间排布。n具备三级结构的蛋白质分子一般都有近似球形或椭球形的物具备三级结构的蛋白质分子一般都有近似球形或椭球形的物理外形；是蛋白质功能发挥至关重要的一个结构层次理外形；是

20、蛋白质功能发挥至关重要的一个结构层次一一 . 一级结构决定蛋白的三级结构：一级结构决定蛋白的三级结构：n证据主要来自三个方面：证据主要来自三个方面： 蛋白变性复性蛋白变性复性 人工合成蛋白人工合成蛋白 生物合成蛋白生物合成蛋白 1. 主要是非共价键或次级键，包括：主要是非共价键或次级键，包括：n氢键：骨架之间，主、侧链之间，侧链之间，侧链与介质等氢键：骨架之间，主、侧链之间，侧链之间，侧链与介质等n疏水作用：疏水基团聚集作用疏水作用：疏水基团聚集作用n范德华力（定向效应，诱导效应，分散效应）范德华力（定向效应，诱导效应，分散效应）n离子键（盐键）：内部盐桥；表面形成水化层离子键（盐键）：内部盐

21、桥；表面形成水化层2. 共价键：共价键：n 二硫键：使三级结构趋向稳定化二硫键：使三级结构趋向稳定化n配位键配位键:由两原子中的一个单方提供电子对，蛋白与配位金属由两原子中的一个单方提供电子对，蛋白与配位金属二二. 维持三级结构的力维持三级结构的力三三 球形蛋白分子的装配原则球形蛋白分子的装配原则 (1) 手性效应（手性效应（chiral effect） (2) 内部疏水性内部疏水性: 疏水基朝内，亲水基朝外，分子内部形成疏水疏水基朝内，亲水基朝外，分子内部形成疏水内核，疏水表面尽可能减小；要求蛋白有双层或以内核，疏水表面尽可能减小；要求蛋白有双层或以上的结构上的结构(-sheet) (3)

22、无无knot（结）结构：不打结结）结构：不打结 (4) 临近相关性临近相关性: 最相近的结构元素趋于彼此结合最相近的结构元素趋于彼此结合 四四 球蛋白三级结构举例：球蛋白三级结构举例：1 溶菌酶（溶菌酶（lysozyme）分子构象分子构象单结构域蛋白单结构域蛋白n存在于卵白及动物眼泪中，催化细菌细胞壁多糖水解存在于卵白及动物眼泪中，催化细菌细胞壁多糖水解 杀菌杀菌n为为129aa构成的单链蛋白构成的单链蛋白n结构：结构： 6个个helix：4 -helix； 2 310-helix 3个个-sheet 10个个-turn 1个个-meander 其余为其余为coil N2 甘油醛甘油醛- 3-

23、 P脱氢酶脱氢酶多结构域蛋白多结构域蛋白n为四聚体寡聚蛋白，每个亚基由一条为四聚体寡聚蛋白，每个亚基由一条334aa多肽和一分子多肽和一分子NAD+辅基组成，辅基组成，盘曲形成两个功能不同的结构域。盘曲形成两个功能不同的结构域。n结构域结构域1(N-端从端从1-147aa)： (NAD+辅基结合域辅基结合域) 3个个 -helix + 6个个-sheet 马鞍形马鞍形 3个反平行个反平行-sheetn结构域结构域2(C-端从端从148-334)： (催化结构域催化结构域) 9个个-sheet + 4个个 -helix 马鞍形马鞍形n两个结构两个结构域以单链相连域以单链相连Domain 1Domain 2