蛋白质化-结构与功能

1、 蛋白质分子结构蛋白质分子结构蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括 一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)高级高级结构结构一、蛋白质的一级结构：定义：一、蛋白质的一级结构：定义：蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键位置键位置 特点：基础结构，稳定结构特点：基础结构，稳定结构 牛胰岛素的一级结构（局部）：牛胰岛素由牛胰岛素的一级结构（局部）：牛胰岛素由A、B两

2、条肽链组成，两条肽链组成，A链链20个个氨基酸残基，氨基酸残基，B链链30个氨基酸残基个氨基酸残基 二、蛋白质的空间结构：二、蛋白质的空间结构：定义：通常称蛋白质的构象，或高级结构，是指蛋白质定义：通常称蛋白质的构象，或高级结构，是指蛋白质分子中所有原子在三维空间的分布和肽链的走向分子中所有原子在三维空间的分布和肽链的走向（一）二级结构（一）二级结构：（：（1）概念：二级结构定义）概念：二级结构定义指多肽主链有一定周期性的，由氢指多肽主链有一定周期性的，由氢键维持的局部空间结构。键维持的局部空间结构。 由于单键可以自由旋转，所以从理论上说肽链有无数种构象，但实际上，蛋由于单键可以自由旋转，所以

3、从理论上说肽链有无数种构象，但实际上，蛋白质的二级结构只有少数几种。白质的二级结构只有少数几种。SSH-Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser- AH-Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val- BSS肽单元肽单元肽平面肽平面(peptide unit，肽单，肽单元元)：由肽键中的四个原子和与之：由肽键中的四个原子和与之相邻的两个碳原子共同构成的刚相邻的两个碳原子共同构成的刚性平面。（性平面。（CCONHC） 蛋白质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式 - -螺旋螺旋 ( -he

4、lix ) - -折叠折叠 ( -pleated sheet ) - -转角转角 ( -turn ) 无规卷曲无规卷曲 ( random coil ) 特征特征：1 1、 每隔每隔3.63.6个个AAAA残残基 螺 旋 上 升 一 圈 ， 螺 距基 螺 旋 上 升 一 圈 ， 螺 距0.54nm;0.54nm; 2 、 每个氨基酸残基的每个氨基酸残基的N-H与前面第四个氨基酸残与前面第四个氨基酸残基的基的C=0形成氢键，肽链上形成氢键，肽链上所有的肽键都参与氢键的形所有的肽键都参与氢键的形成。氢键形成为成。氢键形成为n+3。 -折叠折叠 -折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间

5、的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿桩折叠构象。在-折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm. -折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。CNCCNCOHOHCNCCNCOHOHCNOHCNCCNCOHOHCNCCNCOHOHCNOH平行平行 折叠折叠反平行反平行 折叠折叠反平行反平行 折叠折叠CNCCNCOHOHCNC

6、CNCOHOHCNOHCNCCNCOHOHCNCCNCOHOHCNOH平行平行 折叠折叠 折叠有平行和反平行两种折叠有平行和反平行两种特 征特 征 ： 多 肽多 肽链 中 氨 基 酸链 中 氨 基 酸残基残基n n的羰基的羰基上 的 氧 与 残上 的 氧 与 残基（基（n+3n+3）的）的氮 原 上 的 氢氮 原 上 的 氢之 间 形 成 氢之 间 形 成 氢键 ，键 ， 肽 键 回肽 键 回折折1801800 0 。 无规则卷曲无规则卷曲细胞色素细胞色素C的三级结构的三级结构蛋白质分子中那些没有确定规律性的部分肽链构象称为无规卷曲。蛋白质分子中那些没有确定规律性的部分肽链构象称为无规卷曲。疏

7、水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Vander Waals力等。力等。 主要的化学键主要的化学键整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置，包括即肽链中所有原子在三维空间的排布位置，包括主链和侧链。三级结构的形成使得在序列中相隔主链和侧链。三级结构的形成使得在序列中相隔较远的氨基酸侧链相互靠近。较远的氨基酸侧链相互靠近。 （一）（一） 定义定义 目目 录录肌红蛋白肌红蛋白 (Mb) 的三级结构的三级结构 N 端端 C端端亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。是氢

8、键和离子键。四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级蛋白质的四级结构结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的质的亚基亚基 (subunit)。如：血红蛋白含有四个亚基，为如：血红蛋白含有四个亚基，为 2 2，每个亚基含一个血红素，每个血红素每个亚基含一个血红素，每个血红素可结合一个氧分子。可结合一个氧分子。 亚基含亚基含141个氨个氨基

9、酸残基，基酸残基， 亚基含亚基含146个氨基酸残基。个氨基酸残基。-亚基-亚基 -亚基 -亚基血红素血红素Fe2+Fe2+蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系第第 五五 节节（一）一级结构是空间构象的基础（一）一级结构是空间构象的基础 一、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系 牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一级结构一级结构二二硫硫键键 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶（二）一级结构与功能的关系（二）一级结构与功能的关系例：镰刀型

10、红细胞贫血例：镰刀型红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146) 这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为称为“分子病分子病”。（一）肌红蛋白（一）肌红蛋白(Mb)与血红蛋白与血红蛋白(Hb)结构结构 二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系 肌红蛋白由一条多肽链和一个血红素组成。 血红蛋白由2个亚基和2 个亚基亚基组成，每个亚基各结合1 分子血红素。肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红

11、蛋白(Hb)的氧解离曲线的氧解离曲线（三）蛋白质构象改变与疾病（三）蛋白质构象改变与疾病 蛋白质构象疾病蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。致疾病发生。蛋白质构象改变导致疾病的机理蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊