蛋白质的三维结构课件

（一）研究蛋白质结晶体：X射线衍射法（二）研究处于溶液中蛋白质构象的光谱学方法:紫外光谱核磁共振荧光和荧光偏振圆二色性扫描隧道显微一、研究蛋白质构象的方法1.4蛋白质的三维结构伦琴1901年获诺贝尔物理奖

1、影响蛋白质结构的因素内力（内因）蛋白质分子内各原子间作用力肽键、二硫键——一级结构氢键、疏水作用、范德华力、离子键、二硫键——三维结构外力（外因）

与溶剂及其他溶质作用力

二、稳定蛋白质三维结构的作用力（１)氢键(Hydrogenbond)两负电性原子对氢原子的静电引力所形成

X—H…Y

质子给予体X-H和质子接受体Y间相互作用氢键具有：

方向性-（键角）指X—H与H…Y间的夹角

饱和性-X—H只与一个Y结合（３）疏水作用

(HydrophobicInteractions)

非极性侧链为避开极性溶剂水彼此靠近所产生主要存在蛋白质的内部结构

蛋白质表面通常具有极性链或区域蛋白质可形成分子内疏水链/腔/缝隙

——稳定生物大分子的高级结构（４)离子键(Electrostaticattraction)又称盐键：具有相反电荷的两个基团间的库仑作用。F：吸引力Q1/2：电荷电量ε：介质介电常数R：电荷质点间距离R基团间的相互作用及稳定蛋白质三维构象的作用力

a.盐键b.氢键c.疏水键d.范德华力e.二硫键多肽链（一）酰胺平面与α－碳原子的二面角三、多肽主链折叠

共振形式相邻的肽平面构成两面角多肽链：通过可旋转的Cα连接的酰胺平面链这种旋转是受到限制的（二）可允许的φ和ψ值：拉氏构象图

四、二级结构（SecondaryStructure）指肽链的主链在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折叠。只涉及主链构象及链内/间形成的氢键主要有-螺旋、-折叠、-转角、无规卷曲等。螺距0.54nm每圈含3.6个AA残基

每个AA残基占0.15nm绕轴旋转100°链内形成氢键与轴平行多为右手螺旋—C—(NH—C—CO)3N—OHHR3.613(ns)①R基大小：较大的难形成，如多聚Ile;R为Gly时，由于Ca上有2个氢，使Ca-C、Ca-N的转动的自由度很大，即刚性很小，所以使螺旋的稳定性大大降低。②R基的电荷性质：不带电荷易形成。带相同电荷的氨基酸残基连续出现在肽链上时，螺旋的稳定性降低。③Pro无法形成链内氢键,α-螺旋遇到Pro就会被中断而拐弯2、影响-螺旋形成的因素由两/多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成。肽链主链呈锯齿状折叠构象。（二）-折叠（

-pleatedsheet）C总是处于折叠的角上AA的R基团处于折叠的棱角上并与之垂直氢键主要在链间/同一肽链不同部分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1、-折叠结构特点平行肽链间以氢键从侧面连接的构象比较稳定的环状结构主要存在于球状蛋白分子中多数处在蛋白质分子的表面反平行β折叠片中的一种不规则排列实质上是多出来的一个AA残基2、β凸起（βbugle）

——泛指不能归入明确的二级结构如折叠片和螺旋的多肽片断。（四）无规卷曲（randomcoil）五、纤维状蛋白质脊椎动物体中50%以上是纤维状蛋白质支架、防护作用规则的线性结构

纤维蛋白

不溶性纤维蛋白（角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白）可溶性纤维蛋白（肌球蛋白血纤蛋白原）（一）-角蛋白（Keratin）皮肤与皮肤的衍生物主要由-螺旋构象的多肽链组成大纤维鳞状细胞皮层细胞微纤维微原纤维初原纤维

α螺旋毛发的结构卷发(烫发)的生物化学基础角蛋白在湿热条件下伸展转变为—构象，冷却干燥时可自发地恢复原状。侧链R基一般较大，不适于处在—构象螺旋多肽链间有着很多的二硫键交联——交联键使外力解除后肽链恢复原状烫发时还原剂（二）-角蛋白丝蛋白的结构六、超二级结构与结构域（一）超二级结构

若干相邻的二级结构单元按照一定规律有规则组合在一起、相互作用，形成在空间构象上可彼此区别的二级结构组合单位。（二）结构域二级/超二级结构基础上形成的特定区域，稳定、相对独立的球状实体。结构域存在的原因：1、局域分别折叠比整条肽链折叠在动力学上更为合理2、结构域之间由肽链连接，有利于结构的调整七、球状蛋白质与三级结构——由二级结构元件构建成的总三维结构，包括一级结构中相距较远的肽段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。在二级结构基础上包括主链和侧链构象在内的三维结构

维系力有氢键/疏水键/离子键/范德华力，疏水相互作用力对维持三级结构特别重要。

1、全α－结构（反平行α螺旋）蛋白质（一）球状蛋白质的分类：——根据其结构域分为4大类

2、α，β－结构蛋白质

3、全β－结构（反平行β折叠片）蛋白质反平行β桶4、富含金属或二硫键（小的不规则）蛋白质

（二）球状蛋白质三维结构的特征（1）含多种二级结构元件（2）三维结构具有明显的折叠层次（3）分子是“紧密”的球状/椭球状实体——活性部位密度较低，有空间可塑性（4）疏水核和亲水膜（5）表面空穴——营造疏水环境、活性功能部位蛋白质四级结构(QuaternaryStructure）八、亚基缔合和四级结构指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式。包括各亚基：数目、种类、空间排列方式亚基间的相互作用关系血红蛋白

(a2b2)1.5蛋白质的功能与进化一、肌红蛋白的结构和功能（一）三级结构

myoglobin，Mb

丙酸基乙烯基乙烯基甲基甲基甲基甲基丙酸基血红素（二）O2与Mb的结合Mb的氧结合曲线MbO2Mb+O2氧合Mb去氧Mb氧合Mb与去氧Mb的浓度比与氧浓度成正比Y=YMb氧结合/解离曲线二、血红蛋白的结构和功能

(hemoglobin，Hb)(一）结构：α1、α2、β1、β2亚基肌红蛋白血红蛋白α血红蛋白β氨基酸序列大不相同，功能相似（载氧），结构相似结构决定功能BPG(R)relaxedstate(T)tensestate

血中氧分子的运送：Lung氧分子HemoglobinMyoglobinMuscle静脉动脉环境氧高时Hb快速吸收氧分子环境氧低时Hb迅速释放氧分子释放氧分子后Hb变回

Tstate任何一个亚基接受氧分子后，会增进其它亚基吸附氧分子的能力（二）氧结合引起的Hb的构象变化

变构脱氧血红蛋白氧合血红蛋白对氧的亲和力低对氧的亲和力高1、氧合作用改变Hb四级结构别（变）构作用：含亚基的蛋白质由于一个亚基的构象改变而引起其余亚基和整个分子构象、性质和功能发生改变的作用。因别构而产生的效应称别构效应。血红蛋白是别构蛋白，O2结合到一个亚基上以后，影响与其它亚基的相互作用。肌红蛋白血红蛋白在肺部O2的压力在毛细血管中O2的压力饱和度00.5120406080100120O2压力（三）Hb结合氧的调节1、波耳（Bohr）效应

H+、CO2促进O2的释放碳酸酐酶H+—Hb氧合的拮抗物pH降低时：促进氧的释放缓冲血液pH在氧分压不变时，低pH能促进更多的氧释放Bohr效应CO2与Hb的结合氨甲酸可形成额外的盐桥：稳定T态促进氧的释放2、BPG降低Hb对氧的亲和力2，3-二磷酸甘油酸Hb四聚体只有一个BPG结合部位—4个亚基缔合形成的中央空穴内离子键稳定T态分子病：由于基因突变，导致蛋白质中氨基酸种类发生变化，并引起功能降低或丧失。

镰刀型贫血症（sickle-cellanemia）三、血红蛋白分子病镰刀状贫血病—血液中大量出现镰刀红细胞，患者因此缺氧窒息它是最早认识的一种分子病死亡率极高由于遗传基因突变导致血红蛋白分子结构突变正常型(HbA)---Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys---β链

谷氨酸镰刀型

(HbS)---Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys---β链

缬氨酸（极性）（非极性）Nβ-链1234567Hb-AVal-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys…Hb-SVal-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys…Val取代Glu含氧-HbAO2O2粘性疏水斑点含氧HbS脱氧HbS疏水位点血红蛋白分子凝集三、免疫球蛋白的结构立体结构模型三维电镜图（2）酶联免疫吸附法（ELISA）：

专一性检测微量的蛋白质（10－9克）。

专一性强，灵敏度高。1、把抗体固定在固相支持物上（96孔板）；2、加入蛋白质样品保温，再洗去未结合的杂蛋白；3、加入第二抗体，第二抗体结合一个供检测用的酶（辣根过氧化物酶）4、洗去未结合第二抗原，酶活测定。四、肌球蛋白和肌动蛋白肌原纤维肌纤维束肌纤维粗丝细丝五、蛋白质结构和功能的进化1.蛋白质的功能是由空间构象决定的2.蛋白质空间构象由关键部位AA顺序决定3.关键部位AA的变化会引起功能改变蛋白质之所以出现各种内容丰富的构象是绕①和②键的二面角能有不同的程度的转动。答案：Cα-N,Cα-C维持蛋白质结构稳定的两种共价键为①，非共价键为②答案：①肽键和二硫键；②氢键、范德华力、疏水作用力、盐键等。关于蛋白质的肽键有如下的叙述，试选出其正确的答案

A肽键具有部分双键的性质B肽键较一般碳—氮单键为短C与肽键相连的氢原子和氧原子呈反式结构D肽键可自由旋转答案：A。典型的α－螺旋是

。A2.610B310C3.613D4.015答案：C。下列关于蛋白质的α－螺旋的叙述，哪一项是正确的？A属于蛋白质的三级结构B多为右手α－螺旋，3.6个氨基酸残基升高一圈C二硫键起稳定作用D盐键起稳定作用E以上都不对答案：B。形成蛋白质三级结构的驱动力是

。A离子键B疏水作用力C二硫键D氢键答案：B。具有四级结构的蛋白质特征是

。A分子中必定含有辅基