大分子的结构与功能

大分子的结构与功能第1页，共51页，2023年，2月20日，星期一大分子的结构与功能第2页，共51页，2023年，2月20日，星期一蛋白质结构的主要层次一级结构四级结构二级结构三级结构primarystructuresecondarystructureTertiarystructurequariernarystructure超二级结构结构域supersecondarystructureStructuredoman第3页，共51页，2023年，2月20日，星期一一级结构与功能一级结构是蛋白质功能的结构基础，也决定蛋白质的空间结构。蛋白质一级结构中也有一些特定的序列能阻碍蛋白质表现出生物功能，只有将其切除后才能形成有活性的蛋白质。如牛胰岛素原和酶原。分子病：基因突变导致蛋白质的一级结构改变，表现出生理功能的异常，使机体出现病态现象。如镰刀状红细胞贫血。一级结构中的主要化学键：肽健，二硫键第4页，共51页，2023年，2月20日，星期一第5页，共51页，2023年，2月20日，星期一正常红血球镰刀状红血球第6页，共51页，2023年，2月20日，星期一二级结构与功能α-螺旋（α-helix）、β-折叠（β-pleatedsheet）、β-转角、无规卷曲（randomcoil）、π-螺旋及Ω环（Ω-loop）。α-螺旋多的蛋白质分子紧密、稳定。如毛发、细菌纤毛的蛋白质。富含β-折叠的蛋白如丝心蛋白柔软有强度,但缺乏弹性.第7页，共51页，2023年，2月20日，星期一特征：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>N-H与前面第四个氨基酸残基的>C=0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）第8页，共51页，2023年，2月20日，星期一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anti-parallelparallel第9页，共51页，2023年，2月20日，星期一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。第10页，共51页，2023年，2月20日，星期一无规则卷曲示意图无规则卷曲细胞色素C的三级结构第11页，共51页，2023年，2月20日，星期一蛋白质的模体（motif）和结构域由α螺旋和β片层参与的特定组合称为基元或模体。常见模体有：β发夹：由位于同一层面内的两条反向平行β折叠链与一股环形肽链连接而成。β拱形：由位于不同层面内相对的两条β折叠链共价连接一个环拱结构组成。β-α-β模体：由两个相邻的平行β折叠通过一定长度的α螺旋连接在一起α-α模体：第12页，共51页，2023年，2月20日，星期一第13页，共51页，2023年，2月20日，星期一模体的类型βββααβ×β12345

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Β-链βαββ-迂回回形拓扑结构回形拓扑结构β-迂回第14页，共51页，2023年，2月20日，星期一第15页，共51页，2023年，2月20日，星期一第16页，共51页，2023年，2月20日，星期一结构域（domain）：某些较大的球状蛋白质分子多肽链往往形成几个紧密的构象，彼此分开，各行其功能。1970年Edelman描述IgG分子构象提出。功能域是蛋白质分子中能独立存在的功能单位，可以由一个或几个结构域组成。一个蛋白质分子可包含一个或多个结构域，结构域的核心由模体组成。第17页，共51页，2023年，2月20日，星期一免疫球蛋白的结构一免疫球蛋白的基本结构IgG,IgD,IgE为单体分子第18页，共51页，2023年，2月20日，星期一1、重链和轻链Ig的两条长链称为重链（Heavychain,H链）Ig的两条短链称为轻链（Lightchain,L链)2、可变区和恒定区（1)可变区（variableregion,V区)N端重链1/4和轻链1/2组成，AA的种类、排列顺序与构型变化很大。（2）恒定区：C端重链3/4和轻链1/2组成，AA的种类、排列顺序及构型相对稳定

第19页，共51页，2023年，2月20日，星期一（二）免疫球蛋白的功能区Lchain:VL,CLHchain:VH,CH1,CH2,CH3第20页，共51页，2023年，2月20日，星期一Figure2Thebasicstructureofimmunoglobulins第21页，共51页，2023年，2月20日，星期一第22页，共51页，2023年，2月20日，星期一功能区VH+VL

一个抗原结合位点CH+CL同种异型的遗传标记(IgG)CH2C1q的结合位点(IgG)CH3结合FcR(MC,M,B,NK)(IgM)CH3C1q的结合位点(IgE)CH2+CH3结合FcR(肥大细胞，嗜碱性粒细胞)第23页，共51页，2023年，2月20日，星期一三级结构与功能蛋白质分子的一条多肽链在二级结构和超二级结构的基础上进一步盘旋和折叠形成的空间结构，靠次级键维系，二硫键加固。亲水基团朝外翻，疏水基团朝内钻。三级结构的完整性是其功能的基础。若蛋白质严密有序的空间结构遭到破坏，则其生理功能丧失。维持三级结构稳定的键侧链基团之间形的氢键、离子键、疏水作用、分子引力、二硫键第24页，共51页，2023年，2月20日，星期一肌红蛋白三级结构第25页，共51页，2023年，2月20日，星期一核糖核酸酶三级结构示意

N

His12CHis119Lys41第26页，共51页，2023年，2月20日，星期一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第27页，共51页，2023年，2月20日，星期一第28页，共51页，2023年，2月20日，星期一Figure6-16a第29页，共51页，2023年，2月20日，星期一四级结构与功能蛋白质分子中亚基的空间排布和相互间的布局。具有四级结构的蛋白质的功能活性可以通过变构作用（allostericeffect）而被调节。维持蛋白质四级结构的作用力次级键主要是疏水作用、盐键、氢键亚基间以次级键相连，绝无共价键。

第30页，共51页，2023年，2月20日，星期一第三节生物大分子的相互作用生物大分子相互作用的力

非共价键的作用。离子键、氢键、vanderwaals力、疏水键。信息的传递及利用极大地依赖弱的非共价键。它们不仅决定着生物大分子的三维结构，还决定着这些结构如何与其它结构相互作用。第31页，共51页，2023年，2月20日，星期一蛋白质-蛋白质的相互作用

（protein-proteininteraction）蛋白质通过分子之间的相互作用实现其特异的生物学功能。如蛋白质酶的催化作用需要酶与特异作用物之间的相互识别、结合成中间复合物；抗体参与的防御功能需要抗体与抗原之间的特异识别与结合。第32页，共51页，2023年，2月20日，星期一蛋白质－蛋白质相互作用和识别在诸如生物催化、转运、信号传导、免疫、细胞调控等多种生命过程起着重要的作用。第33页，共51页，2023年，2月20日，星期一蛋白质的结合位点一个蛋白质分子与其配体之间的结合需要在两个分子的特定部位之间形成很多弱化学键，两分子间相互作用的部位称为结合位点。仅仅属于多肽链的一小部分，其余的氨基酸残基为维持正确的空间位置所必需。蛋白质之间相互作用的特异性由其结合位点决定。两分子的结合位点必需存在能够配对形成非共价键的基团，而且每对基团在空间上恰好能达到形成非共价键的最佳距离。信号传递过程中，正是通过蛋白质分子之间相互作用的特异性而保证信号传递的特异性。第34页，共51页，2023年，2月20日，星期一DNA-蛋白质相互作用（DNA-proteininteraction）一、DNA-蛋白质相互作用的化学键1、氢键：具有识别功能蛋白质的螺旋结构常与DNA的大沟相互作用。2、疏水键：暴露于大沟侧缘的T-CH3基团是疏水性的，可与疏水氨基酸残基侧链相互作用。3、离子键：第35页，共51页，2023年，2月20日，星期一二、DNA-蛋白质相互作用中的序列特异性1、序列特异识别的结合：依赖两种类型的相互作用。一是多肽链与DNA大沟暴露的碱基之间通过氢键和范德华力建立的联系；二是多肽链中的碱性氨基酸与戊糖-磷酸骨架之间的电荷联系。2、序列特异结合的结构基元：螺旋-转角-螺旋（helix-turn-helixHTH），锌指结构（zincfingermotif），亮氨酸拉链（LeucineZipper）第36页，共51页，2023年，2月20日，星期一第37页，共51页，2023年，2月20日，星期一H-BondinginaProtein-DNAInteraction第38页，共51页，2023年，2月20日，星期一HTH第39页，共51页，2023年，2月20日，星期一HTH基元：最初发现于λ噬菌体的阻遏蛋白中，现发现在很多原核及真核DNA结合蛋白中存在。由两个较短的α螺旋与其间含Gly残基的绞链组成。如大肠杆菌的CAP蛋白含一HTH结构域，HTH通过DNA双螺旋大沟识别、结合反向重复序列TGTG/CACA。第40页，共51页，2023年，2月20日，星期一第41页，共51页，2023年，2月20日，星期一HTH第42页，共51页，2023年，2月20日，星期一第43页，共51页，2023年，2月20日，星期一锌指结构首先发现于非洲爪蟾卵母细胞纯化的TFⅢA，它是5SrRNA基因转录激活因子，结合50bp5SrRNA编码基因的内调控区。含有9个相同的锌指结构。第44页，共51页，2023年，2月20日，星期一

Zincfinger（锌指）:长约30个aa，其中4个氨基酸（Cys或2个Cys，两个His）与一个Zinc原子相结合。与Zinc结合后锌指结构较稳定。第45页，共51页，2023年，2月20日，星期一第46页，共51页，2023年，2月20日，星期一第47页，共51页，2023年，2月20日，星期一

Leucinezippers（亮氨酸拉链）

是亲脂性的α螺旋，包含有许多集中在螺旋一边的疏水氨基酸，两条多肽链以此