理学类分子生物物理学

理学类分子生物物理学第一页，共八十一页，编辑于2023年，星期一分子水平结构功能研究生物体系物理学性质、行为第二页，共八十一页，编辑于2023年，星期一Biopolymers:

Nucleicacid(DNA,RNA)ProteinMoleculesinBiosystemSaccharideLipidOther第三页，共八十一页，编辑于2023年，星期一PROTEINSTRUCTURE第四页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

1965年中国在世界上首次用化学方法人工合成的蛋白质－牛胰岛素第五页，共八十一页，编辑于2023年，星期一SecondaryStructurePrimaryStructureTertiaryStructuresupersecondaryStructureormotifdomainQuaternaryStructureHierarchyofProteinStructure

byLinderstrøm-Lang第六页，共八十一页，编辑于2023年，星期一ChiralLalanineCOOHCH3NH2HPropertyofaminoacid第七页，共八十一页，编辑于2023年，星期一zwitterionUnchargedstructureMinorcomponentDipolarion,orzwitterionMajorcomponent第八页，共八十一页，编辑于2023年，星期一Classificatoryofaminoacidbasedsidechains(Rgroups)Non-polarG,A,V,L,I;

F,W,P,M,PolarneutralS,T,N,QacidicD,E;C,YbasicR,K,H第九页，共八十一页，编辑于2023年，星期一?Histidine第十页，共八十一页，编辑于2023年，星期一ProteinPrimaryStructure第十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期一PeptidebondBackboneSidechainAmine/NterminusCarboxyl/Cterminus第十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

Pauling&Corey0.132nmC-N,0.149nmC=N,0.127nm第十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

=180=180=0=0?CCN,C第十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

CONHC3.20(3.0)2.80(2.70)2.90(2.80)2.40(2.20)O2.70(2.60)2.70(2.60)2.40(2.20)N2.70(2.60)2.40(2.20)H2.00(1.90)MinimalDistance(Å)betweennonbondingatom(G.N.Ramachandran)第十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期一phi(F),psi(Y),andomega(W)第十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

interactionRelationwithEnergyanddistancecharger-charger-1charger-dipoler-2dipole-dipoler-3charge-induceddipoler-4dipole-induceddipoler-6Transientdipole-induceddipoler-6RelationwithEnergyanddistance第十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

VanderWaalsforce

Lennard-Jonespotential10kJ·mol-1，range:0.3～0.5nm

第十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期一H-bonddefinition,H-bondlocationO….H-XHydrogenbond

OHXHydrogenbondscanvaryinstrengthfromveryweak(1-2kJmol−1)toextremelystrong(40kJmol−1),sostrongastobeindistinguishablefromacovalentbond,asintheionHF2−.Typicalvaluesinclude:O—H...:N(7kcal/mol)O—H...:O(5kcal/mol)N—H...:N(3kcal/mol)N—H...:O(2kcal/mol)第十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期一ProteinSecondary

Structure第二十页，共八十一页，编辑于2023年，星期一第二十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

1951,PaulingPZ0=-57=-47p=0.54nmz0=0.15nm第二十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期一HelicesrepetitivesecondarystructureNCHelicesarethemostabundantformofsecondarystructurecontainingapproximately32-38%oftheresiduesinglobularproteins(KabschandSander,1983)

a-helix310helixp-helix第二十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

nrP3.613-57-473.60.1540.55310-49-263.00.2000.60-57-74.40.1150.51Paral--119+1132.00.3200.64Antiparal--139+1352.00.3400.68Parametersofsecondarystructure[n]isthenumberofresiduesperhelicalturn[r]isthehelicalriseperresidue(nm)[p]isthehelicalpitch(nm).

第二十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

H-bondAtomsinH-bondloopradius3.613i,i+4132.3310i,i+3101.9i,i+5162.8Parametersofsecondarystructure第二十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期一a-helixintroduction32-38%ofallresiduesinglobularproteinsTheaveragelengthofanalphahelixis10residues.Found(-64+/-7,-41+/-7)/ideal(-57.8,-47.0)Thestructurerepeatsitselfevery5.4Åalongthehelixaxis,i.e.wesaythatthea-helixhasapitchof5.4Å.第二十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期一a-heliceshave3.6aminoacidresiduesperturn,i.e.ahelix36aminoacidslongwouldform10turns.Theseparationofresiduesalongthehelixaxisis5.4/3.6or1.5Å,i.e.thea-helixhasariseperresidueof1.5Å第二十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期一thephiandpsianglesofthealphahelixlieinthecenterofanallowed,minimumenergyregionoftheRamachandran(phi,psi)map.

Whyalpha-helixisabundantinnativeglobularprotein?第二十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期一thedipolesofhydrogenbondingbackboneatomsareinnearperfectalignment.

第二十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期一theradius(2.3angstrom)ofthehelixallowsforfavorablevanderWaalsinteractionsacrossthehelicalaxissidechainsarewellstaggeredminimizingstericinterference第三十页，共八十一页，编辑于2023年，星期一COgrouptowardcarboxylterminusNHgrouptowardamideterminusH-bond,i-(i+4)Sidechain:i-(i+3);i-(i+4)interactionsbetweeniandi+4stabilizehelix第三十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期一Distortionsofa-helices

Themajorityofa-helicesinglobularproteinsarecurvedordistortedsomewhatcomparedwiththestandardPauling-Coreymodel.Why?ThepackingofburiedhelicesagainstothersecondarystructureelementsinthecoreoftheproteinProlineresiduesinducedistortionsofaround20degreesinthedirectionofthehelixaxis3.Solvent.Exposedhelicesareoftenbentawayfromthesolventregion.ThisisbecausetheexposedC=OgroupstendtopointtowardssolventtomaximisetheirH-bondingcapacity,i.e.tendtoformH-bondstosolventaswellasN-Hgroups.第三十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期一310helixintroductionOnly3.4%oftheresiduesareinvolvedin310helices,andnearlyallthoseinhelicalsegmentscontaining

i-i+3

hydrogenbonds.

Ideal(-74.0,-4.0)/found(-71.0and-18.0)CO---HNhydrogenbond:

i-i+3第三十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期一Standard310helix第三十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期一ProlinehelixLefthandedhelix3.0residuesperturnpitch=9.4ÅNohydrogenbondinginthebackbonebuthelixstillforms.Poly-glycinealsoformsthistypeofhelixCollagen:highinGly-Proresidueshasthistypeofhelicalstructure第三十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期一p-helicesintroductionThepihelixisanextremelyraresecondarystructuralelementinproteins.thebackboneC=OofresidueihydrogenbondstothebackboneHNofresiduei+5.i--i+5H-bonds2.8angstrom第三十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期一thephiandpsianglesofthepurepihelix(

-57.1,-69.7)lieattheveryedgeofanallowed,minimumenergyregionoftheRamachandran(phi,psi)map.

thepihelixrequiresthattheangletau(N-Ca-C')belarger(114.9)thanthestandardtetrahedralangleof

109.5degrees.thelargeradiusofthepihelixmeansthepolypeptidebackboneisnolongerinvanderWaalscontactacrossthehelicalaxisforminganaxialholetoosmallforsolventwatertofill.sidechainsaremorestaggeredthantheideal3.10helixbutnotaswellasthealphahelix.第三十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期一H-bond:1-5第三十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期一alpha-helix,surfaceofprotein,barrieramphiphilicproteindesignprojectsbyDegrado,USAHelicalwheeltools第三十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期一HelixdipoleThepartialchargesontheamidehydrogenandcarbonyloxygenareshowninunitsoftheelementarychargecontributingtoanoveralldipolemomentof3.46Debyeunits.helixmacrodipole

第四十页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

Sheet20-28%

(Kabsch&Sander,1983;Creighton,1993)arepeatingsecondarystructure第四十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

nrP3.613-57-473.60.1540.55310-49-263.00.2000.60-57-74.40.1150.51Paral--119+1132.00.3200.64Antiparal--139+1352.00.3400.68Parametersofsecondarystructure[n]isthenumberofresiduesperhelicalturn[r]isthehelicalriseperresidue(nm)[p]isthehelicalpitch(nm).

第四十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期一-139and+135

第四十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期一ParallelsheetAntiparallelsheet第四十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期一第四十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期一第四十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期一第四十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期一Twistsabout30degreesperresidueinright-handedsenseLeft-handed:crossoverangelRight-handed:progressiveH-bondtwist第四十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期一Parallelsheetsarelesstwistedthananti-parallelandarealwaysburied.第四十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期一BulgesBeta-hairpinCrossoverconnection:right-handedleft-handedOneresiduebackbone,twoH-bondsStrandconnections第五十页，共八十一页，编辑于2023年，星期一TurnthatservetoreversethedirectionofthepolypeptidechainSurfaceoftheproteinAntibodyrecognition,phosphorylation,glycosylation,hydroxylation

第五十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期一Gamma-turnH-bond:i----i+2(70,-60)and(-70,60)fori+1residue第五十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期一TypeIandI’turnH-bond:i----i+3(-60,-30)and(-90,0)fori+1,i+2residues第五十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期一Thebackbonedihedralanglesofresidueare(-60,120)and(80,0)ofresiduesi+1andi+2,respectivelyofthetypeIIturn.

2.3.3.TypeIIandII’turn第五十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期一thehydrogenbondbetweenCOofresidueiandNHofresiduei+3.Thisisasingleturnofright-handed(III)andleft-handed(III')3.10helix,respectively.Thebackbonedihedralanglesofresidueare(-60,-30)and(-60,-30)ofresiduesi+1andi+2,respectivelyoftheclassicaltypeIIIturn.

第五十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期一2.3.4.Otherstructures1.Looprandomcoil2.Paperclipscapofa-helix第五十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期一Identificationofsecondarystructure第五十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期一Identificationwithout3DstructureCD可信度：a-helix,97%;sheet75%;50%turn,89%otherFromManavalan&Johnson,1987第五十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期一FTIRamidebandI1600-1700第五十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期一NMR

couplingconstant:3JHAHN

right-handeda-helix,phi=-57,3JHAHN=3.9Hz

righthanded3.10helix,phi=-60,3JHAHN=4.2Hz

antiparallelb-sheet,phi=-139,3JHAHN=8.9Hz

parallelb-sheet,phi=-119,3JHAHN=9.7Hz

left-handeda-helix,phi=57,3JHAHN=6.9Hz第六十页，共八十一页，编辑于2023年，星期一Predictionofsecondarystructure(a).Homology.Ifsequence>25-30%,structuresimilarity(b).Statistical.Chou&Fasman(1978).(c).StereochemicalSchifferandEdmundson(1967)

第六十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期一Motif&domain第六十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期一超二级结构motif相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，排列形成规则的、在空间结构上能够辨认的二级结构组合体，并充当三级结构的构件（blockbuilding)，成为超二级结构，介于二级结构与结构域之间的结构层次。第六十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期一常见的几种超二级结构形式a.α-loop-α;b.β-α-β;c.β-loop-β;d.Rossmann折叠；E,f,g.回形拓扑结构第六十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

细胞色素C

α-loop-α第六十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

细胞核抗原的β-α-β结构

β-α-β第六十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期一

纤溶酶原的β-loop-β结构第六十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期一结构域domain多肽链在超二级结构的基础上进一步折叠成紧密的近乎于球状的结构，这种结构称为结构域domain第六十八页，共八