蛋白质空间结构

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1、影响构象的因素影响构象的因素环境（外因）环境（外因）自身（内因）自身（内因）与溶剂分子相互作用与溶剂分子相互作用受溶液受溶液pH和离子组成、强度影响和离子组成、强度影响氨基酸序列氨基酸序列酰胺平面酰胺平面亲水性亲水性电荷电荷R间相互作用间相互作用1、氢键、氢键（）（）具有（）性、（）性具有（）性、（）性主链之间主链之间 二级结构二级结构侧链之间侧链之间 三、四级三、四级与水之间与水之间 成水化膜，溶解成水化膜，溶解 稳定构象的作用力稳定构象的作用力蛋白质分子中（）等可以形成蛋白质分子中（）等可以形成2、范德华力、范德华力 （）（）3、疏水作用、疏水作用4、盐键、盐键 （）（） 5、二硫键、二硫

2、键 （）（）疏水基团为避水而接近聚集疏水基团为避水而接近聚集 疏水基团之间的范德华力疏水基团之间的范德华力 非共价键的统称（）非共价键的统称（） 氢键、范德华力、疏水作用、盐键等的统称（）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CCC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多肽折叠的空间限制拉氏构象图拉氏构象图 180 120 60 0 60 120 180

3、180120 60 0 60 120 180 折叠区折叠区螺旋区螺旋区指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式一、一、-螺旋（螺旋（-helix）（重点、难点）（重点、难点）（）和（）于（）年提出。（）和（）于（）年提出。1、结构要点、结构要点：（1）一条肽链绕成螺旋，每圈有）一条肽链绕成螺旋，每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距个氨基酸，螺旋间距离为离为0.54nm，每个残基沿轴旋转，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）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。氢键的走向平其后第四个氨基酸氨基上的

4、氢形成氢键。氢键的走向平行于螺旋轴。行于螺旋轴。C(NHCCO)3 NOHHR3.613 (ns)第一节第一节 二级结构二级结构3.6个氨基酸残基个氨基酸残基0.54nm氢键氢键（ 3 ）R侧链基团伸向螺旋的外侧。侧链基团伸向螺旋的外侧。RRRRRRRRR螺旋的横截面螺旋的横截面（ 4 ）绝大多数为右手螺旋。）绝大多数为右手螺旋。 因为左手螺旋中因为左手螺旋中R基团的空间位阻大，基团的空间位阻大， 所以，多聚甘氨酸可以左手螺旋。所以，多聚甘氨酸可以左手螺旋。2、影响、影响螺旋形成的因素螺旋形成的因素形成氢键的原子形成氢键的原子脯氨酸为亚氨基酸，其残基主链无氢。脯氨酸为亚氨基酸，其残基主链无氢。

5、碳原子上的侧链碳原子上的侧链位阻位阻 异亮、缬、苏、异亮、缬、苏、R基团的电荷基团的电荷同性相斥同性相斥如多聚谷氨酸，如多聚谷氨酸，pH4以下可，以下可，pH4以上不可以上不可螺旋的偶极矩螺旋的偶极矩每一个酰胺平面为一个偶极矩。每一个酰胺平面为一个偶极矩。螺旋帽化螺旋帽化螺旋的前四个和后四个残基不形成氢键，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。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、羧基端负螺旋是一个偶极矩。氨基端正、羧基端负 二、二、-折叠结构（折叠结构（-pleated sheet

6、）（重点）（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。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。CCCCCCRRRRRRNNCNNCCC平行平行反平行反平行-折叠片中，相邻多肽链折叠片中，相邻多肽链平行平行或或反平行反平行（较稳定）。（较稳定）。氨基酸残基伸展长度氨基酸残基伸展长度3.5nm。氢键氢键3.6nm 三、三、-转角（转角（-turn）（重点）（重点

7、）为了紧紧折叠成紧密的球蛋白，多肽链常常反转为了紧紧折叠成紧密的球蛋白，多肽链常常反转180，成，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。酸的氨基氢上。N4CHCC3CHNHO=C2CHNC1CHNRRHOHRROHO-转角经常出转角经常出现在连接反平现在连接反平行行-折叠片的折叠片的端头。端头。凸起凸起四、无规卷曲（了解）四、无规卷曲（了解） 又卷曲、松散肽段又卷曲、松散肽段 没有一定规律的松散肽链结构。没有一定规律的松散肽链结构。胶蛋白胶蛋白胶蛋白胶蛋白胶原蛋白胶原蛋白弹性蛋白弹性蛋白 肌球蛋白肌球蛋白附附 纤维状

8、蛋白质纤维状蛋白质 一、超二级结构（熟悉）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。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。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、折叠花式又标准折叠单位、折叠花式常见组合：常见组合： 第二节第二节 超二级结构和结构域超二级结构和结构域 二、结构域（熟悉）二、结构域（熟悉）结构域结构域是球状蛋白质的结构或功能单位。是球状蛋白质的结构或功能单位。多肽链在二级或超

9、二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧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，密的近似球形的结构， 具有部分生物功能。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。构域缔合而成三级结构。 一、蛋白质的三级结构（掌握）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。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。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）维持力

10、（稳定因素）次级键，以疏水作用为主次级键，以疏水作用为主 球状蛋白质的分类球状蛋白质的分类据结构域类型分四类据结构域类型分四类全全结构蛋白质结构蛋白质 结构蛋白质结构蛋白质全全结构蛋白质结构蛋白质富含金属或二硫键蛋白质富含金属或二硫键蛋白质 第三节第三节 三级结构与四级结构三级结构与四级结构二、球状蛋白质三维结构的特征（重点）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）分子含多种二级结构单元（2）构象有明显的折叠层次）构象有明显的折叠层次二级二级超二级超二级结构域结构域三级三级四级四级（3）分子是紧密的球状或椭球状实体）分子是紧密的球状或椭球状实体（4）疏水）疏水R在内，

11、亲水在内，亲水R在表面在表面（5）分子表面有一个空穴（裂缝、凹槽、口袋）分子表面有一个空穴（裂缝、凹槽、口袋）三、四级结构（重点、难点）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。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具有四级结构的蛋白质称为寡聚蛋白寡聚蛋白。 寡聚蛋白中的每个独立球体称为寡聚蛋白中的每个独立球体称为亚基（单体）亚基（单体）。 由两（四）个亚基组成的蛋白质称为由两（四）个亚基组成的蛋白质称为二（四）聚体蛋白二（四）聚体蛋白。 由相（不）同亚基组成的寡聚蛋白质称为由相（不）同亚基组成的寡聚蛋白质称为同（杂）多聚蛋白质同（杂）多聚蛋白质。 杂

12、多聚蛋白质中亚基可分为对称的两组时，每组叫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原体或原聚体。四级结构缔合驱动力（稳定因素）四级结构缔合驱动力（稳定因素）同三级结构同三级结构单体蛋白单体蛋白寡聚蛋白寡聚蛋白分子分子亚基（单体亚基（单体）亚基（单体）亚基（单体）分子分子分子分子多分子聚集体多分子聚集体同多聚蛋白质同多聚蛋白质杂多聚蛋白质杂多聚蛋白质原（聚）体原（聚）体四、四级缔合在结构和功能上的优越性（了解）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、增强结构稳定性 2、提高遗传经济性和效率、提高遗传经济性和效率3、使催化基团汇集在一起、使催化基团汇集在一起

13、4、具有协同性和别构效应、具有协同性和别构效应别构效应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。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。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。 别构蛋白质别构蛋白质 具有别构效应的蛋白质。具有别构效应的蛋白质。别构效应据配体接合部位分：别构效应据配体接合部位分：同促效应同促效应 异促效应异促效应同促效应同促效应异促效应异促效应与与结合后，影响其结合后，影响其它亚基它亚基与与的亲和力的亲和力与与结合后，影响其它结合后，影响其它亚基亚

14、基与与的亲和力的亲和力结合部位结合部位 底物底物调节部位调节部位 效应物效应物构象与结构层次构象与结构层次 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。白质的构象。分为若干层次：分为若干层次：一级（一级（1）结构）结构 （）（） 二级（二级（2）结构）结构 （）（） （）蛋白最高级（）蛋白最高级三级（三级（3）结构）结构 （）（） （）蛋白最高级（）蛋白最高级四级（四级（4）结构）结构 （）（） （）蛋白特有（）蛋白特有共价键共价键次级键次级键化学键化学键 肽键肽键（）级结构（）级结构氢键氢键二硫键二硫键（）级结构（）

15、级结构疏水键疏水键盐键盐键范德华力范德华力（）级结构（）级结构 蛋白质分子中的共价键与次级键蛋白质分子中的共价键与次级键 第四节第四节 结构与功能的关系结构与功能的关系 一、一级结构与功能的关系（重点）一、一级结构与功能的关系（重点） 一级一级构象构象性质性质功能功能 一级结构决定蛋白质的空间结构。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。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。主要表现在主要表现在1、同种蛋白质不能有差错、同种蛋白质不能有差错 2、同源蛋白质有较大的同序性、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

16、可被激活、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、蛋白质共价修饰导致活性改变分子病分子病种属差异种属差异连接二连接二镰状细胞贫血（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。从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。-链链 1 2 3 4 5 6 7Hb-A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-LysHb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys Val 取代取代Glu含氧含氧-HbAO2O2粘性疏水斑点粘性疏水斑点含氧含氧HbS脱氧脱氧HbS疏水位点疏水位点血红蛋白分子凝集血红

17、蛋白分子凝集细胞色素细胞色素c 40多种生物包括酵母、人多种生物包括酵母、人在右列在右列28个位置上氨基酸是相同的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不变残基不变残基161017182930

18、323438414548525968707172737476787980828491 二、三维结构与功能的关系（掌握）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。蛋白指特定构象所表现的性质即为该蛋白质的功能。主要表现在主要表现在别构可改变蛋白质的活性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变性可使蛋白质失去活性 三、变性（重点）三、变性（重点）变性变性在某些理化因素的作用下，天然构象被破坏，在某些理化因素的作用下，

19、天然构象被破坏，导致性质改变、活性丧失的现象。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。变性后的蛋白质称为变性蛋白质。变性因素变性因素：理理 热、射线、高压、表面张力、超声波、剧烈震荡等热、射线、高压、表面张力、超声波、剧烈震荡等 化化 有机溶剂、脲、胍、酸、碱等有机溶剂、脲、胍、酸、碱等变性的本质变性的本质次级键被破坏，空间结构解体。次级键被破坏，空间结构解体。变性结果变性结果有序结构变为无序结构。有序结构变为无序结构。性质改变，如粘度（）、溶解度（）、结晶性（）性质改变，如粘度（）、溶解度（）、结晶性（）易还是不易被水解。易还是不易被水解。活性（）。活性（）。吴宪 20世纪30年代