《蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)》PPT課件

1、蛋白質(zhì)分子多肽鏈中氨基酸的排列順序 稱為蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)(primary structure)。各種蛋白質(zhì)中氨基酸排列順 序是由該生物遺傳信息決定的，一級結(jié) 構(gòu)是蛋白質(zhì)分子的基本結(jié)構(gòu)，它是決定 蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的基礎(chǔ)，而蛋白質(zhì)的空 間構(gòu)象則是實(shí)現(xiàn)其生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。 一）肽鍵和肽鏈 肽鍵是一分子氨基酸的-羧基與另一分子氨基酸的-氨基脫水縮合形 成的酰胺鍵(一CONH一)，屬共價(jià)鍵。肽鍵是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的主要 化學(xué)鍵，此共價(jià)鍵較穩(wěn)定，不易受破壞。 多個(gè)氨基酸以肽鍵連接成的反應(yīng)產(chǎn)物稱為肽(peptide)，或肽鏈 （peptide chain）。肽鍵原子及其相連的兩個(gè)C原子稱為肽單元 （petide

2、unit）。肽主鏈骨架實(shí)際上是由許多重復(fù)單位，即肽單元借 助C相連而成。 少數(shù)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)；多個(gè)氨基酸相連而 成的肽稱為多肽(polypeptide)。凡氨基酸殘基數(shù)目在50個(gè)以上，且具 有特定空間結(jié)構(gòu)的肽稱蛋白質(zhì)；凡氨基酸殘基數(shù)目在50個(gè)以下，且無 特定空間結(jié)構(gòu)者稱多肽。肽鏈中的氨基酸分子因形成肽鍵失去部分基 團(tuán)，被稱為氨基酸殘基(residue)。多肽鏈有兩端，有自由-氨基的一 端稱氨基末端(amino terminal)或N端；有自由-羧基的一端稱為羧 基末端(carboxyl terminal)或C端。 胰島素（Insulin）由51個(gè)氨基酸殘

3、基組成，分為A、B兩條 鏈。A鏈21個(gè)氨基酸殘基，B鏈30個(gè)氨基酸殘基。A、B兩 條鏈之間通過兩個(gè)二硫鍵聯(lián)結(jié)在一起，A鏈另有一個(gè)鏈內(nèi) 二硫鍵。 二）生物活性肽 生物體內(nèi)具有一定生物學(xué)活性的肽類物質(zhì)稱生物活性肽。 重要的有谷胱甘肽、神經(jīng)肽、肽類激素等。 1. 谷胱甘肽（GSH）： 全稱為-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸。其巰基可氧化、還原， 故有還原型（GSH）與氧化型（GSSG）兩種存在形式。 2. 多肽類激素： 許多小肽在很低濃度下就可發(fā)揮作用，如激素類的腦下垂體 素、緩激肽、促甲狀腺素釋放因子等。 谷胱甘肽的生理功用 解毒作用：與毒物或藥物結(jié)合，消除 其毒性作用；參與氧化還原反應(yīng)：作為重要的還原劑，

4、參與 體內(nèi)多種氧化還原反應(yīng)；保護(hù)巰基酶的活性：使巰基酶的活 性基團(tuán)-SH維持還原狀態(tài)；維持紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定：消除 氧化劑對紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞作用。 3.其它肽類活性物質(zhì)： 有些極毒的蘑菇毒素，許多抗生素，還有商業(yè)合成的二肽甜 味劑天冬甜素等都屬于肽類物質(zhì)。 二、蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) （一）維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的化學(xué)建 1. 氫鍵：氫鍵(hydrogen bond)的形成常見于連接在一電負(fù)性很強(qiáng)的原子上的氫原子， 與另一電負(fù)性很強(qiáng)的原子之間。 2. 疏水鍵：非極性物質(zhì)在含水的極性環(huán)境中存在時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種相互聚集的力，這 種力稱為疏水鍵或疏水作用力。 3. 離子鍵（鹽鍵）：離子鍵(salt bond)是由

5、帶正電荷基團(tuán)與帶負(fù)電荷基團(tuán)之間相互 吸引而形成的化學(xué)鍵。 4范德華氏（van der Waals）引力：原子之間存在的相互作用力。 （二）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)(secondary structure)是指多肽鏈中主鏈原子在各局部區(qū)段空間的 排列分布狀況，而不涉及各R側(cè)鏈的空間排布。 1. 肽平面 肽鍵不能自由旋轉(zhuǎn)而使涉及肽鍵的6個(gè)原子共處于同一平面，稱為肽鍵平 面，又稱肽單元(peptide unit) 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)主要包括：-螺旋，-折迭，-轉(zhuǎn)角及無 規(guī)卷曲等幾種類型。維持蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要力是氫 鍵。 2. 螺旋結(jié)構(gòu) 螺旋結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)肽鏈骨架圍繞一個(gè)軸形 成的構(gòu)象

6、，是蛋白質(zhì)中最常見、最典型、含量最豐富的二級 結(jié)構(gòu)元件。螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如下： (1)肽單元圍繞中心軸呈有規(guī)律右手螺旋，每3.6個(gè)氨基酸殘 基螺旋上升一圈，螺距為0.54nm，每個(gè)殘基上升0.15nm,螺 旋半徑0.23nm； (2)螺旋的每個(gè)肽鍵的NH與相鄰第四個(gè)肽鍵的羰基氧 形成氫鍵(hydrogen bond)，氫鍵的方向與螺旋長軸基本平行， 肽鏈中的全部肽鍵都可形成氫鍵，是維持螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 的主要次級鍵。 (3)氨基酸側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)，不參與-螺旋的形成，但其形 狀、大小及電荷量的多少均影響螺旋的形成。這種影響 主要表現(xiàn)在以下幾方面： A.極大的側(cè)鏈基團(tuán): 如Ile、Phe、Trp集中排

7、列的肽段，因?yàn)?存在空間位阻而妨礙了螺旋的形成。 B. 連續(xù)存在的側(cè)鏈帶有相同電荷的氨基酸殘基：如Glu、 Asp相鄰排列，同種電荷的互斥效應(yīng)影響了肽鏈內(nèi)氫鍵的形 成，不利于螺旋的形成。 C. 有Pro等亞氨基酸存在：由于其R側(cè)鏈與其氨基成環(huán)， C-N鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，所以不能形成螺旋所需的角度； 另外，Pro殘基氨基上沒有H ,因而不能形成鏈內(nèi)氫鍵， 影響了此處螺旋的形成。 圖2-2 螺旋的結(jié)構(gòu) D.有甘氨酸存在：甘氨酸R側(cè)鏈為H,因而沒有約束，肽平面可以任意取向， 所以形成螺旋的幾率很小，即使形成，由于其活潑的旋轉(zhuǎn)性也極不穩(wěn)定。 圖2-2 螺旋的結(jié)構(gòu) 3. 折疊 -折疊是由若干肽段或肽鏈排列

8、并以氫鍵相連所形成的扇面 狀片層構(gòu)象。是某些纖維狀蛋白質(zhì)分子中的基本構(gòu)象，也是球狀蛋白質(zhì) 中常見的構(gòu)象。 其特點(diǎn)如下： (1)肽鏈近于充分伸展的結(jié)構(gòu)，各個(gè)肽單元以C為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，依次折疊，側(cè) 面看呈鋸齒狀結(jié)構(gòu)。 (2)肽鏈成平行排列，相鄰肽段的肽鏈相互交替形成氫鍵，這是維持 折疊構(gòu)象穩(wěn)定的主要因素。 (3)肽鏈的平行走向有兩種：平行式，即相互平行的肽段的N端在同一側(cè)； 反平行式，即相互平行的肽段的N端在不同一側(cè)。 圖2-3 折疊結(jié)構(gòu)圖 4)肽鏈中的氨基酸殘基的R側(cè)鏈垂直于相鄰的兩個(gè)肽平面的交線，交替地分布于 折疊的兩側(cè)。 (5)折疊涉及肽段一般比較短，只含510個(gè)氨基酸殘基。 圖2-3 折疊結(jié)構(gòu)圖

9、 4. -轉(zhuǎn)角是多肽鏈180回折部分所形成的一種二級結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特征為： (1)主鏈骨架本身以大約180回折; (2)回折部分通常由四個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成; (3）構(gòu)象依靠第一殘基的-CO基與第四殘基的-NH基之間形成氫鍵來維系。 圖2-4 轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)圖 5. 無規(guī)卷曲 或稱卷曲（coil）是指多肽鏈主鏈部分形成的無規(guī)律的卷曲構(gòu)象。雖 相對沒有規(guī)律性排布，但是其同樣表現(xiàn)重要生物學(xué)功用，但習(xí)慣稱為“無規(guī)卷 曲”。 圖2-4 轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)圖 （三）蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu) 在蛋白質(zhì)分子中特別是球形蛋白質(zhì)分子中，經(jīng)常有若干個(gè)相鄰的二級結(jié) 構(gòu)元件（主要是螺旋和折疊）組合在一起，彼此相互作用形成 種類不多的、有規(guī)律的二

10、級結(jié)構(gòu)組合（combination）或二級結(jié)構(gòu)串 （cluster），在多種蛋白質(zhì)中充當(dāng)三級結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，稱為超二級結(jié)構(gòu) （super-secondary structure）或模序。 （四）結(jié)構(gòu)域（domain） 在一級結(jié)構(gòu)上相距較遠(yuǎn)的氨基酸殘基，通過三級結(jié)構(gòu)的形成，多肽鏈的 彎折，彼此聚集在一起，從而形成一些在功能上相對獨(dú)立的，結(jié)構(gòu)較為 緊湊的區(qū)域，稱為結(jié)構(gòu)域。 結(jié)構(gòu)域在空間上相對獨(dú)立。 （五）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)（tertiary structure）是指蛋白質(zhì)的一條多 肽鏈的所有原子的整體排列。包括形成主鏈構(gòu)象和側(cè)鏈構(gòu)象 的所有原子在三維空間的相互關(guān)系。也就是一條多肽鏈的完 整的三維結(jié)構(gòu)。 圖2-5 蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)示意圖 穩(wěn)定三級結(jié)構(gòu)的因素是側(cè)鏈基團(tuán)的相互作用，包括氫鍵、離 子鍵(鹽鍵)、疏水作用、范德華力。 2-5 蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)示意圖 （六）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)（quaternary structure)就是指蛋白質(zhì)分子 中亞基的立體排布，亞基間的相互作用與接觸