06 第三节.ppt

第1页：第一章蛋白质第一节氨基酸第二节

• 第一章蛋白质第一节氨基酸第二节蛋白质的共价结构第三节蛋白质的三维结构第四节蛋白质结构与功能的关系第五节蛋白质的分离、纯化和表征

第2页：第三节蛋白质的三维结构

• 研究蛋白质构象的方法
• 稳定蛋白质三维结构的作用力
• 蛋白质的
• 四级结构
• 蛋白质折叠和结构预测本节小结

第3页：

第4页：一、研究蛋白质构象的方法

• 研究蛋白质构象的方法(X-射线衍射法)
• 稳定蛋白质三维结构的作用力
• 非共价键:氢键、盐键(离子键) 、疏水作用和范德华力
• 共价键:二硫键图4-6维持蛋白质空间结构的化学键二硫键氢键侧链氢键疏水键NH3+盐键CH3CH3维持蛋白质三维结构的各种作用力

第5页：蛋白质的二、三、四级结构

• 蛋白质的
• 四级结构(一) 二级结构与纤维状蛋白质
• 二级结构:蛋白质主链的折叠产生由氢键维系的有规则的构象
• 主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角
• 这些结构可在一条多肽链的不同区段形成
• 是由R基的短程顺序决定

第6页：3.613--螺旋含量最丰富

• 613--螺旋含量最丰富
• 右手、偶极矩、帽化、协同性、旋光能力
• 影响α-螺旋形成的因素:pH、溶剂体系、温度。氨基酸组成和排列顺序、R基的电荷性质、R基的大小有关。脯氨酸残基和甘氨酸残基处不能形成
• 其他类型的螺旋:310-螺旋和4.416-螺旋或π-螺旋φ= -57O,ψ= -47O3.6个氨基酸残基螺距为0.54nm
• α-螺旋1950年L.Pauling

第7页：两亲螺旋

• 两亲螺旋:在这类螺旋中,和螺旋的轴相平行的两个侧面的残基常有一些规律性的分布,一侧亲水残基较集中,其中有较多的带电的残基;另一侧疏水残基较多

第8页：

第9页：平行式构象

平行式构象

φ= -119O,ψ = +113O反平行式:φ= -139O,ψ = +135O

影响因素

同α-螺旋

第10页：β-转角

• 在β-转角部分,由四个氨基酸残基组成;含有相当比例的极性残基;主要存在于球状蛋白分子表面
• 显示一定的刚性;又有柔性
• 甘氨酸和脯氨酸常出现在转角中

第11页：Ω环形•这类肽段的外形和希腊字母“Ω”相

• Ω环形
• 这类肽段的外形和希腊字母“Ω”相似,故称为Ω环形。从形式上看,Ω环形可以看成是转角的延伸
• 由不超过16个残基(最常见的是由6-8个残基)组成的肽段,尤其以8个残基的小环最多;β-凸起

第12页：无规卷曲

• 肽段有更大的任意性
• 受氨基酸残基侧链的影响较大,经常是构成酶活性部位和其它蛋白质特异的功能部位

第13页：纤维状蛋白质---与多肽链的有规则二级结

• 纤维状蛋白质---与多肽链的有规则二级结构有关纤维状蛋白质可分为不溶性(硬蛋白):可溶性

第14页：α-角蛋白右α-螺旋三股向左缠绕原纤维9

• α-角蛋白右α-螺旋三股向左缠绕原纤维9+2微纤维成百根成大纤维

第15页：卷发(烫发)的生物化学基础

• 卷发(烫发)的生物化学基础

第16页：β-角蛋白丝心蛋白

• β-角蛋白丝心蛋白:具有高的抗张强度、柔软、有一定的伸展度

第17页：胶原蛋白

• 胶原蛋白(胶原)--三条肽链构成的三股螺旋
• 胶原蛋白类型:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、·····Ⅶ
• 每股肽链为左手螺旋,多由Gly-Pro-y序列重复而成,含三种不常见的氨基酸(5-羟赖氨酸、4-羟脯氨酸和3-羟脯氨酸)
• 属结构糖蛋白。可使腱、骨、牙、皮和血管等结缔组织具有机械强度。首尾相接并行排列的纤维束胶原纤维原胶原蛋白分子(三股螺旋)

第18页：

第19页：超二级结构和结构域

• 超二级结构
• 常见的3种基本组合形式:αα、βαβ、ββ
• Rossmann折叠

第20页：•结构域:•铰链区:•结构域的类型:全α

• 结构域
• 铰链区
• 结构域的类型:全α-结构、全β-结构、α,β-结构、α,β-相间结构、“无规”卷曲型
• 功能域:是指蛋白质分子中能独立存在的功能单位
• 从结构的角度分析,一条长的多肽链先分别折叠成几个独立的区域,再缔合成三级结构要比整条多肽链直接折叠成三级结构在动力学上是更为合理的途径

第21页：结构域的生物学意义

• 相当多的结构域都具有局部而不完全的功能。2.结构域的间隙部位往往是蛋白质的功能部位,而且不同的间隙可以表现不同的功能。3.多结构域蛋白质的活性是不同结构域的活性的总和,但绝不是机械的加和。4.结构域的相互作用会导致整个蛋白质分子的变构效应

第22页：三级结构与球状蛋白质

• (二) 三级结构与球状蛋白质
• 指由二级结构元件、超二级结构和结构域构成的总的三维结构,包括相距较远的肽段之间的几何相互关系和侧链在三维空间中彼此间的相互关系
• 三级结构是由氨基酸的长程顺序决定
• 维系力有氢键、疏水键、离子键和范德华力等
• 转弯的氨基酸残基(脯,苏、甘和丝的精确位置)
• 根据结构域的类型分为

第23页：球状蛋白质三维结构的特点

• 分子内各种侧链基团相互作用的结果
• 含有多种二级结构单元
• 一般疏水侧链埋藏在分子内部(疏水核),亲水侧链暴露在分子表面
• 分子的表面多有空穴(凹槽)

第24页：

第25页：全α-结构引物的阻遏蛋白细胞色素c肌蚯蚓

• 全α-结构引物的阻遏蛋白细胞色素c肌蚯蚓血红蛋白

第26页：

第27页：

第28页：

第29页：

第30页：

第31页：富含金属或二硫键小的不规则蛋白质

• 富含金属或二硫键小的不规则蛋白质(“无规”卷曲型蛋白质)serine proteinase inhibitorsea anemone toxinEGF-like domaininsulincomplement C-module domainsnake toxin

第32页：各氨基酸在结构中的比例

• 各氨基酸在结构中的比例

第33页：亚基缔合与四级结构

• (三)亚基缔合与四级结构(寡聚蛋白质)
• 一些特定三级结构的蛋白质通过非共价键而形成的大分子体系时的组合方式

第34页：亚基、原聚体、单体和分子

• 亚基亚基可由一条多肽链组成。也可由二条或多条多肽链组成,相互间以二硫键相连。亚基缔合的驱动力主要是疏水相互作用
• 原聚体:可由两个或多个亚基组成
• 单体:亚基和原聚体都可称为单体
• 分子:是一个完整的独立功能单位。血红蛋白

第35页：亚基相互作用的方式

按亚基的种类同源多聚体

异源多聚体

按亚基的数目低聚体

多聚体

第36页：四级结构的对称性

• 多数寡聚蛋白质分子其亚基的排列是对称的
• 最可能的排列有环状对称系统二面对称系统立方体对称系统:λ244页

第37页：四级结构的对称性

• 四级结构的对称性

第38页：

第39页：四、蛋白质折叠和结构预测

• 蛋白质折叠和结构预测(一)折叠的决定因素
• 与溶剂分子的相互作用
• 溶剂的pH和离子组成
• 多肽主链折叠的空间限制
• 蛋白质的氨基酸序列

第40页：多肽主链折叠的空间限制二面角

• 多肽主链折叠的空间限制二面角(Φ和ψ)所规定的构象能否存在,主要取决于两个相邻肽单位中非键合原子之间的接近有无阻碍。Φ=1800,ψ=1800完全伸展的主链构象Φ=00,ψ=00

第41页：蛋白质中非键合原子之间的最小接触距离

• 蛋白质中非键合原子之间的最小接触距离CNOHC3.20(3.00)2.90(2.80)2.80(2.70)2.40(2.20)N2.70(2.60)2.70(2.60)2.40(2.20)O2.70(2.60)2.40(2.20)H2.00(1.90)

第42页：可允许的Φ和ψ值

• 肽链实际所取构象的范围是有限的

第43页：氨基酸序列规定蛋白质的三维结构实验研究

• 蛋白质的变性(我国吴宪20世纪30年代提出)变性蛋白的特点:生物活性丧失;溶解度降低,等电点时一般不溶解形成沉淀;不对称程度增高,粘度增加;易被蛋白水解酶分解;反应基团增加

第44页：导致变性的因素

• 导致变性的因素:热、紫外线照射、高压、表面张力、搅拌、有机溶剂、脲(尿素)、胍、酸、碱等。常用的变性剂:尿素和十二烷基硫酸钠(SDS)尿素:与多肽主链竞争氢键;增加非极性侧链在水中的溶解度,从而降低疏水相互作用。O(NH)C

第45页：十二烷基硫酸钠

• 十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate SDS)
• 破坏蛋白质分子内的疏水相互作用,使非极性基团暴露于介质中。并可以负离子形式与松散的肽链结合
• 核糖核酸酶的变性与复性实验(尿素和β-巯基乙醇处理)肽链的一维信息控制肽链自身折叠成天然构象。二硫键稳定结构。CH3-(CH2)10-CH2-O-S-O--Na+OO

第46页：核糖核酸酶A的变性与复性图

• 体内蛋白质折叠有异构酶和伴侣蛋白质参加
• 分泌蛋白质:存在二硫键多
• 胞内蛋白质:二硫键少,胞内环境相当还原,保持巯基处于还原状态

第47页：结构预测240页

• (二)结构预测240页
• α-螺旋的预测
• 折叠片预测
• β-转角预测
• 三级结构的预测

第48页：本节小结

• 四级结构、超二级构、结构域层次和概念,
• 维持蛋白质空间结构的主要作用力。3.蛋白质的变性及变性蛋白质的特点。变性剂的作用机制。习题250页:1,2,5,8,9,11,12