蛋白质的分子结构

1、高级结构一级结构(primary structure)二级结构(secondary structure)三级结构(tertiary structure)四级结构(quaternary structure)第二节 蛋白质的分子结构The Molecular Structure of Protein定义:在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。一、蛋白质的一级结构主要的化学键:肽键、二硫键 牛胰岛素的一级结构1953年测定出牛胰岛素分子中全部氨基酸的排列顺序，并证明了其内部氨基酸的结合方式。Frederick Sanger(1918-)The Nobel Prize in Chemistry

2、 1958 二、蛋白质二级结构蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。定义:主要的化学键: 氢键 氢键负电性很强的原子（如氧或氮）和与氧或氮共价结合的氢原子相互吸引，这种作用力称为氢键。参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 (peptide unit) 。（一）参与肽键形成的6个原子在同一平面上二、蛋白质二级结构肽单元(peptide unit) 肽键中，与-相连的O和H呈反式构型（反式）CNOH（顺式）CNOH肽键的特点： C-N单键为0.149nm, C=N双键为

3、0.127nm, 肽键中C-N键长为0.132nm具有部分双键性质,不能自由旋转CC肽键中的和-均不能自由旋转和肽键(-CONH-)中的个原子个碳原子( C)被约束在一个刚性平面（即肽键平面）上，构成一个肽单元(peptide unit)。CNOHCC蛋白质二级结构的常见形式二、蛋白质二级结构 -螺旋 ( -helix) -折叠 (-pleated sheet) -转角 (-turn) 无规卷曲 (random coil) 右手螺旋每3.6个氨基酸残基 螺旋上升一圈，螺距 为0.54nm二、蛋白质二级结构（二）-螺旋结构是常见的蛋白质二级结构侧链伸向螺旋外侧维系力：链内氢键锯齿状结构侧链交替地

4、位于锯齿状结构的上下方；肽链的走向可相同，也可相反。维系力：链间氢键。二、蛋白质二级结构（三）-折叠使多肽链形成片层结构-转角(-turn)用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构无规卷曲(random coil)二、蛋白质二级结构（四）-转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在常发生于肽链进行180回折时的转角上通常由4个氨基酸残基构成维系力：链内氢键举例：蜘蛛网丝蛋白二、蛋白质二级结构（五）模体是具有特殊功能的超二级结构超二级结构在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个有规则的二级结构组合，被称为超二级结构。二级结构组合形式有3种：，。模体: 具有特殊功

5、能的超二级结构钙结合蛋白中结合钙离子的模体-螺旋-转角（或环）-螺旋链-转角-链链-转角-螺旋-转角-链锌指结构（六）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响二、蛋白质二级结构蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋或-折叠，它就会出现相应的二级结构。 三、蛋白质的三级结构（一）三级结构是指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 定义: 形成和稳定三级结构的作用力:次级键: 疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等疏水相互作用由非极性基团受到水分子排斥相互聚集在一起的作用力疏水

6、作用示意图离子键由异性电荷间的静电吸引形成的键三、蛋白质的三级结构（二）结构域是三级结构层次上的局部折叠区分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密的区域，并各行其功能，称为结构域(domain) 。三、蛋白质的三级结构（三）分子伴侣参与蛋白质折叠分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。 与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。 在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。 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

7、作用氢键和离子键四、含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构亚基(subunit)四级结构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，称为蛋白质的亚基。化学键五、蛋白质的分类 根据蛋白质组成成分:单纯蛋白质结合蛋白质 = 蛋白质部分 + 非蛋白质部分 根据蛋白质形状:纤维状蛋白质球状蛋白质(辅基)六、蛋白质组学（一）蛋白质组学基本概念指一种细胞或一种生物所表达的全部蛋白质，即“一种基因组所表达的全套蛋白质”。 （二）蛋白质组学研究技术平台 蛋白质组学是高通量，高效率的研究:双向电泳分离样品蛋白质 蛋白质点的定位、切取 蛋白质点的质谱分析 （三）蛋白质组学研究的科学意义蛋白

8、质一级结构改变与疾病蛋白质空间结构改变与疾病五、蛋白质结构异常与疾病1、蛋白质的一级结构改变与疾病镰刀形红细胞贫血（Sickle-cell Anemia）镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) 亚基N-val his leu thr pro val glu C 肽链CAC GTG基因正常成人Hb (HbA)亚基N-val his leu thr pro glu glu C 肽链CTC GAG基因镰形红细胞贫血病的分子机制 这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”(molecular disease)。2、蛋白质空间结构改变与疾病蛋白质构象疾病（conformation disease）: 若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。疯牛病-牛海绵状脑病（BSE）一种发生在牛身上的进行性中枢神经系统病变。病牛脑组织呈海绵状病变。出现步态不稳、平衡失调、瘙痒、烦躁不安等症状。疯牛病的分子机制StanleyB.Prusiner1997年获Nobel生理医学奖 朊病毒蛋白(prion protein, PrP)疯牛病中的蛋白质构象改变两种构象：PrPc（cellular）和PrPsc（Scrapie）Cell. 2005 Apr 22;121(2)