蛋白质的结构大串讲.ppt

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1、蛋白质的结构蛋白质的结构蛋白质分类蛋白质分类结构伸展，呈纤维状，长/宽10，不溶于水或稀盐溶液，机械强度高，在生物体充当结构的角色，如胶原蛋白和角蛋白球状蛋白质结构紧密，呈球状，长/宽34，溶于水，如血红蛋白和胰蛋白酶等膜蛋白则定位于各种生物膜上，其结构有限，到目前为止，只有全-螺旋或全-折叠结构，一般由多个结构域组成，但至少有一个结构域是脂溶性的，如细菌视紫红质蛋白质可能含有非蛋白质成分多肽链+可能是辅助因子（金属离子、辅酶或辅基），也可能是其他修饰。例如，羧肽酶的辅助因子是Zn2+；乳酸脱氢酶的辅酶是辅酶I；血红蛋白的辅基是血红素。蛋白质的结构层次蛋白质的结构层次一级结构一级结构(1):独

2、特的氨基酸序列，由基因决定。二级结构二级结构(2):多肽链的主链骨架本身（不包括R基团）在空间上有规律的折叠和盘绕，它是由氨基酸残基非侧链基团之间的氢键决定的。三级结构三级结构(3):是指多肽链在二级结构的基础上，进一步盘绕、卷曲和折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次级键以及二硫键维系的完整的三维结构。四级结构四级结构(4)具有两条和两条以上多肽链的寡聚蛋白质或多聚蛋白质才会有四级结构。其内容包括亚基的种类、数目、空间排布以及亚基之间的相互作用。蛋白质的四种结构层次蛋白质的四种结构层次蛋白质的一级结构是蛋白质的共价（肽键）结构对于每一种蛋白质而言，都是独特的。由编码它的基因的核苷酸序列决定。是遗传

3、信息的一种形式。书写总是从N端到C端。如胰岛素A链的一级结构是：Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Thr-Ser-Ile-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn一种蛋白质的一级结构由编码它的基因的核苷酸序列决定DNA:GGC ATT GTG GAA CAA TGC TGT ACCmRNA:GGC AUU GUG GAA CAA UGC UGU ACC蛋白质蛋白质:Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Thr肽键的结构与性质具有部分双键的性质（40），其键长为0.133nm，短于一个典型的单键，长于一个典型的

4、双键。与肽键相关的6个原子共处于一个平面，此平面结构被称为酰胺平面或肽平面多为反式，但是X-Pro是例外。N带部分正电荷，O带部分负电荷。肽键的双键性质酰胺平面的结构常见的二级结构-都由氢键稳定-螺旋（alpha-helix）和其他螺旋-折叠（beta-sheet）-转角（beta-turn）-凸起（beta-bulge）无规则卷曲（randomcoil）-螺旋与310螺旋-螺旋由LinusPauling和RobertCorey于1951年提出，其主要内容是：（1）肽链骨架围绕一个轴以螺旋的方式伸展；（2）螺旋形成是自发的，肽链骨架上由n位氨基酸残基上的-C=O与n4位残基上的-NH之间形成的

5、氢键起着稳定的作用。被氢键封闭的环含有13个原子，因此-螺旋也称为3.613-螺旋；（3）每隔3.6个残基，螺旋上升一圈。每一个氨基酸残基环绕螺旋轴100，螺距为0.54nm，即每个氨基酸残基沿轴上升0.15nm。螺旋的半径为0.23nm。（4）-螺旋有左手和右手之分，但蛋白质中的-螺旋主要是右手螺旋；（5）氨基酸残基的R基团位于螺旋的外侧，并不参与螺旋的形成。但其大小、形状和带电状态却能影响螺旋的形成和稳定。-螺旋的横截面（绿色圆圈表示R基团）维系维系-螺旋的氢键螺旋的氢键-螺旋的种类亲水-螺旋疏水-螺旋两亲-螺旋-螺旋的种类四种螺旋的氢键形成四种螺旋的氢键形成-折叠-折叠是肽链的一种相当伸

6、展的结构，多肽链呈扇面状展开。其主要特征包括：（1）肽段几乎完全伸展，肽平面之间成锯齿状；（2）肽段呈现平行排列，相邻肽段之间的肽键形成氢键，其中的每一股肽段被称为-股；（3）侧链基团垂直于相邻两个肽平面的交线，并交替分布在折叠片层的两侧；（4）肽段平行的走向有平行和反平行两种，前者指两个肽段的N-端位于同侧，较为少见，后者正好相反。由于反平行折叠所形成的氢键N-H-O三个原子几乎位于同一直线上，因此，反平行-折叠更稳定。（5）反平行-折叠的每一个氨基酸残基上升0.347nm，正平行的每一个氨基酸残基上升0.325nm。-折叠的片层结构和-股之间的氢键平行-折叠和反平行-折叠的结构比较指伸展的

7、肽链形成180的U形回折。-转角具有如下特征：（1）肽链骨架以180回折而改变了肽链的方向；（2）由肽链上四个连续的氨基酸残基组成，其中n位氨基酸残基的-C=O与n3位氨基酸残基的-NH形成氢键；（3）Gly和Pro经常出现在这种结构之中；（4）有利于反平行-折叠的形成，这是因为-转角改变了肽链的走向，促进相邻的肽段各自作为-股，形成-折叠。-转角-凸起-凸起是由于-折叠股中额外插入一个氨基酸残基，使原来连续的氢键结构被打破，从而使肽链产生的一种弯曲凸起结构。-凸起主要发现在反平行-折叠之中，只有约5%的-凸起出现在平行的-折叠结构之中。-凸起也能改变多肽链的走向，但没有-转角那样明显。无规则

8、卷曲与环在蛋白质分子中，除了上述四种有规则的二级结构以外，还有一些极不规则的二级结构，这些结构统称为无规则卷曲。一般说来，无规则卷曲无固定的走向，有时以环的形式存在，但也不是任意变动的。将相邻二级结构连结在一起的环结构（黄色）蛋白质的三级结构三级结构是指多肽链在二级结构的基础上，进一步盘绕、卷曲和折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次级键以及二硫键维系的完整的三维结构。三级结构通常由模体（motif）和结构域（domain）组成。稳定三级结构主要是次级键，其包括氢键、疏水键、离子键、范德华力和金属配位键。此外，属于共价键的二硫键也参与许多蛋白质三维结构的形成。维系三级结构稳定的化学键维系三级结构稳定

9、的化学键蛋白质构象一种蛋白质的全部三维结构一般被称为它的构象（conformation）。注意不要将构象与构型（configuration）混为一谈。构型是指在立体异构中，一组特定的原子或基团在空间上的几何布局。两种不同构型的转变总是伴随着共价键的断裂和重新形成；一个蛋白质可以存在几种不同的构象，但构象的转变仅仅是单键的自由旋转造成的，没有共价键的断裂和形成。由于构成蛋白质的多肽链上存在多个单键，至少在理论上让人觉得一种蛋白质会可能具有许多不同的构象。然而，在生理条件下，一种蛋白质只会采取一种或几种在能量上有利的构象。确定蛋白质三级结构的方法X-射线晶体衍射核磁共振影像（NMR）（少于120a

10、a)。X射线衍射的电子密度图和被还原出来的三维结构模体在结构生物学上，模体这个概念有两种不同的用法。第一种被用在一级结构上，特指具有特殊生化功能的特定氨基酸序列或碱基序列，因此被称为序列模体；模体的第二种用法表示具有特定功能的或作为一个独立结构域一部分的相邻的二级结构的聚合体，它一般被称为功能模体或结构模体相当于超二级结构。常见模体（1）卷曲螺旋：相邻的2根右手-螺旋拧到一起形成一个左手超螺旋；（2）螺旋束多个-螺旋的聚合体；（3）-折叠-螺旋-折叠，即；（4）-发夹环两个反平行-股由一个环相连；（5）-螺旋-转角-螺旋，即；（6）-螺旋-环-螺旋(EF手相）-发夹环卷曲螺旋卷曲螺旋-螺旋-环

11、-螺旋-螺旋-转角-螺旋EF手相结构手相结构-螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋与与DNA的相互作用的相互作用结构域是在一个蛋白质分子内的相对独立的球状结构和/或功能模块，它是由若干个结构模体组成的相对独立的球形结构单位，它们通常是独自折叠形成的，与蛋白质的功能直接相关。某些结构域在同一个蛋白质分子上被重复使用，某些蛋白质由多个拷贝的一种和多种结构域组成。根据占优势的二级结构元件的类型，结构域可分为五大类：1.结构域完全由-螺旋组成；2.-结构域只含有-折叠、-转角和不规则环结构；3./-结构域由-股和起连接的-螺旋片断组成；4.+-结构域由独立的-螺旋区和-折叠区组成；5.交联结构域缺乏特定的二级结构元件，但由几个二硫键或金属离子起稳定作用。大肠杆菌大肠杆菌DNA 聚合聚合酶具有三酶具有三个结构域个结构域四级结构四级结构具有两条和两条以上多肽链的寡聚蛋白质或多聚蛋白质才会有四级结构。组成寡聚蛋白质或多聚蛋白质的每一个亚基都有自己的三级结构。蛋白质的四级结构内容包括亚基的种类、数目、空间排布以及亚基之间的相互作用。