生物化学王镜岩第三版第六章蛋白质的高级结构 课件

第六章蛋白质的高级结构

蛋白质的二级结构蛋白质的超二级结构和结构域蛋白质的三级结构蛋白质的四级结构研究蛋白质空间结构的方法X射线晶体衍射法使研究蛋白质空间结构的主要方法核磁共振光谱法研究蛋白质在溶液中的构象X-Ray衍射决定蛋白质空间构象X衍射决定蛋白质空间结构核磁共振是确定蛋白质分子在溶液中的动态结构的唯一方法核磁共振研究蛋白质的立体结构KurtWuthrich,瑞典科学家2002年获得诺贝尔奖氢原子的核磁共振谱维持蛋白质分子构象的作用力

a.盐键b.氢键c.疏水键d.范得华力e.二硫键

肽键

肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。组成肽键的原子处于同一平面。肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。在大多数情况下，以反式结构存在。酰胺平面与α-碳原子的二面角（φ和ψ）

二面角

两相邻酰胺平面之间，能以共同的Cα为定点而旋转，绕Cα-N键旋转的角度称φ角，绕C-Cα键旋转的角度称ψ角。φ和ψ称作二面角，亦称构象角。完全伸展的多肽主链构象α-碳原子酰胺平面Φ=1800，ψ=1800Φ=00，ψ=00的多肽主链构象酰胺平面Φ=00，ψ=00侧链非键合原子接触半径蛋白质的二级结构

(１)α－螺旋（α－helix）(２)β－折叠（β-pleatedsheet）(３)β－转角（β-turn）(４)无规则卷曲（nonregularcoil）蛋白质的二级结构（secondarystructure）指肽链主链不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，是蛋白质结构的构象单元．主要有以下类型：LinusCarlPauling

(1901-1994)1926年，留学Sommerfeld实验室（1年7个月）1928年，发明杂化轨道，创立量子化学1930年，去LaurenceBragg实验室学X-ray衍射1936年，与Mirsky一起发表蛋白质变性的理论---氢键1937年，开始搭α-helix的模型，发现5.4A的周期，与Astbury的Keratin蛋白测定得到的5.1A不符。此后化了约10年的时间测定各种含肽键的小分子的结构，得出肽键的6个原子在同一平面上的结论1949年，人造丝X-ray数据发表，他看到了5.4A的周期1950年，α-helix模型发表，次年发表β-sheet模型1954年，Nobel化学奖1963年，Nobel和平奖70年代，提倡VitaminC治百病80年代，盐湖城丑闻/biography/Pauling.htmlPauling的生涯特征：1、每隔3.6个AA残基螺旋上升一圈，螺距0.54nm;2、螺旋体中所有氨基酸残基R侧链都伸向外侧，链中的全部>C=0和>N-H几乎都平行于螺旋轴;3、每个氨基酸残基的>C=0与前面第三个氨基酸残基的>N-H形成氢键，肽链上所有的肽键都参与氢键的形成。

α－螺旋（α－helix）形成因素：与ＡＡ组成和排列顺序直接相关。多态性：多数为右手（较稳定），亦有少数左手螺旋存在（不稳定）；存在尺寸不同的螺旋。形成因素：与ＡＡ组成和排列顺序直接相关。β－折叠（β-pleatedsheet）

特征：两条或多条伸展的多肽链（或一条多肽链的若干肽段）侧向集聚，通过相邻肽链主链上的N-H与C=O之间有规则的氢键，形成锯齿状片层结构，即β－折叠片。类别：平行反平行

β－转角（β-turn）

特征：多肽链中氨基酸残基n的羰基上的氧与残基（n+3）的氮原上的氢之间形成氢键，肽键回折1800。无规则卷曲示意图无规则卷曲细胞色素C的三级结构纤维状蛋白质：动物体的基本支架和外保护成分，分子具规则的线性结构。纤维状蛋白质不溶性（硬蛋白）可溶性蛋白角蛋白胶原蛋白：结缔组织中（骨、皮肤等）大量存在弹性蛋白：存在于结缔组织α角蛋白：主要存在于毛发中β角蛋白：天然存在于丝中，丝心蛋白肌球蛋白血纤蛋白原其它说明：

α角蛋白经充分伸展后可转变成β角蛋白，即β折叠片结构。纤维状蛋白质4.蛋白质的超二级结构

蛋白质中相邻的二级结构单位（即单个α－螺旋或β－折叠或β－转角）组合在一起，形成有规则的、在空间上能辩认的二级结构组合体称为蛋白质的超二级结构

基本组合方式：αα；β×β；βββ(１)超二级结构（supersecondarystructure

）超二级结构类型βββααβ×β12345

52341

Β-链βαββ-迂回回形拓扑结构回形拓扑结构β-迂回

丙酮酸激酶结构域4羧肽酶

腺苷酸激酶

(a)(b)

丙糖磷酸异构酶乳酸脱氢酶结构域1黄素蛋白平行-折叠的结构比较（a）-园桶形排布，（b）马蹄形排布

5.结构域（structuredomain）

在二级结构的基础上，多肽进一步卷曲折叠成几个相对独立、近似球形的三维实体，再由两个或两个以上这样的三维实体缔合成三级结构，这种相对独立的三维实体称为结构域。

形成意义：

动力学上更为合理

蛋白质（酶）活性部位往往位于结构域之间，使其更具柔性蛋白质的三级结构

多肽键在二级结构的基础上，通过侧链基团的相互作用进一步卷曲折叠，借助次级键维系使α－螺旋、β－折叠片、β－转角等二级结构相互配置而形成特定的构象。三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间上的重新排布。

三级结构的某些特征1.常含有α－螺旋，β－折叠；2.具有明显的折叠层次，且疏水测链球状分子内部，亲水侧链暴露在分子表面；3.具有紧密地堆砌核心球状蛋白质：

其种类远比纤维状蛋白质多，蛋白质结构的复杂性和功能的多样性主要体现在球状蛋白质；球状蛋白质的整个肽链没有均一的二级结构，但具有多种二级结构元件如α螺旋、β折叠片、无规卷曲等，由此构建的三级结构—结构域，并将球状蛋白质分成4大类；其三维结构具有明显的折叠层次，且疏水测链球状分子内部，亲水侧链暴露在分子表面；在多数的胞内酶、血浆蛋白及蛋白类激素都属于球状蛋白质。卵溶菌酶的三级结构中的两个结构域-螺旋-转角-折叠二硫键结构域1结构域2肌红蛋白三级结构核糖核酸酶三级结构示意图

N

His12CHis119Lys41蛋白质变性与复性

●蛋白质各自所特有的高级结构，是表现其物理性质和化学特性以及生物学功能的基础。当天然蛋白质受到某些物理因素和化学因素的影响，使其分子内部原有的高级构象发生变化时，蛋白质的理化性质和生物学功能都随之改变或丧失，但并未导致其一级结构的变化，这种现象称为变性作用（denaturation)/v_show/id_XMTQxNzU5NTI4.html。

表征：生物活性丧失；物理性质（溶解度、粘度、扩散系数、光谱特性等）和化学性质（化学反应，被酶解性）改变

应用：变性灭菌、消毒；变性制食品；抗衰老……

●蛋白质的变性作用如果不过于剧烈，则是一种可逆过程，变性蛋白质通常在除去变性因素后，可缓慢地重新自发折叠成原来的构象，恢复原有的理化性质和生物活性，这种现象成为复性（renaturation）。/v_show/id_XMTQxNzU4MTU2.html蛋白质变性与复性

核糖核酸酶变性与复性作用NativeribonucleaseDenativereducedribonucleaseNativeribonuclease8Mureaand-mercapotoethanolDialysis变性复性多肽链的折叠是一个有序的过程

蛋白质折叠途径

-螺旋-折叠熔球小体亚域结构，单域结构，三级或四级结构分子伴侣蛋白质的结构预测

fa=na/nPa=fa/<fa>许多蛋白质是由两个或两个以上独立的三级结构通过非共价键结合成的多聚体，称为寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每个独立三级结构单元称为亚基。蛋白质的四级结构是指亚基的种类、数量以及各个亚基在寡聚蛋白质中的.空间排布和亚基间的相互作用。如，血红蛋白的四级结构得测定由佩鲁茨1958年完成，其结构要点为：球状蛋白，寡聚蛋白，含四个亚基两条α链，两条β链，α2β2α链：141个残基；β链：146个残基分子量65000含四个血红素辅基亲水性侧链基团在分子表面，疏水性基团在分子内部蛋白质的四级结构

原体原体可有一条肽链（一个亚基）构成，也可有几条不同的肽链（几个不同的亚基）构成。在血红蛋白中，一个α-亚基，和一个β-亚基组成一个原体。寡聚体蛋白质亚基的对称性环状对称，二面体对称等寡聚体蛋白质存在的意义提高蛋白质的稳定性遗传上经济性和有效性亚基汇聚形成酶的活性部位协同性作用力

破坏因子氢键：

α-螺旋，β-折叠

尿素，盐酸胍疏水作用：

形成球蛋白的核心

去垢剂，有机溶剂VanderWaals力：稳定紧密堆积的集团和原子离子键：稳定α-螺旋，三、四级结构酸、碱二硫键：稳定三、四级结构还原剂配位键：与金属离子的结合螯合剂EDTA维持蛋白质空间构象的作用力H2NC(:NH)NH2HCl维持空间构象的作用力本章小节蛋白质的生物学作用：功能蛋白、结构蛋白蛋白质的组成（元素组成、化学组成）蛋白质的一级结构：肽、肽键、活性多肽及一级结构的测定蛋白质的空间结构：二级结构单元（-螺旋、-折叠、-转角、自由回转）、三级与四级结构（超二级结构、结构域、亚基）及结构与功能的关系蛋白质的性质：大分子性质、蛋白质分析与分离（离心法、凝胶过滤法、SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法）、两性解离（等电点、电泳、离子交换）、胶体性质、蛋白质沉淀（可逆沉淀、不可逆沉淀）、蛋白质变性、紫外吸收及颜色反应

思考题1、为什麽说蛋白质是生命活动最重要的物质基础？2、试比较Gly、Pro与其它常见氨基酸结构的异同，它们对多肽链二级结构的形成有何影响？3、试举例说