2蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)1

1、 h o h o h o nh2 -c-c-n-c-c-n- c-c-n- r h r h r h肽平面結(jié)構(gòu)特征肽平面結(jié)構(gòu)特征:n肽鍵長肽鍵長=1.33a，具部分，具部分 雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)n肽單位上的六個原子肽單位上的六個原子 都位于同一個平面上，因此肽平面具有剛性都位于同一個平面上，因此肽平面具有剛性n在肽單位中，在肽單位中，c=o與與nh 或兩個或兩個c 呈反式排布。呈反式排布。n除除pro外，外，nc （ ）和）和c c（ ）都是單鍵，可以）都是單鍵，可以繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角度分別用繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角度分別用 和和 表示，稱表示，稱為為二面角（二面角

2、（dihedral angle）ncohcc 115.6 121.9 123.2 119.5 二面角取值的定義二面角取值的定義：n從從c 看看n1：順時針轉(zhuǎn)，：順時針轉(zhuǎn)， 為正為正 逆時針轉(zhuǎn)，逆時針轉(zhuǎn)， 為負為負n從從c 看看c2：順時針轉(zhuǎn)，：順時針轉(zhuǎn)， 為正為正 逆時針轉(zhuǎn)，逆時針轉(zhuǎn)， 為負為負nc c，兩側(cè)兩側(cè): c n1與與 c2=o呈反式：呈反式： =0 順式：順式： =180nnc 兩側(cè)兩側(cè): c c2與與n1h呈反式：呈反式： =0 順式：順式： =180nco完全伸展的多肽主鏈構(gòu)象完全伸展的多肽主鏈構(gòu)象-碳原子碳原子酰胺平面酰胺平面=1800，=1800多肽主鏈構(gòu)象多肽主鏈構(gòu)象酰胺

3、平面酰胺平面=00，=00側(cè)鏈側(cè)鏈非鍵合原子非鍵合原子接觸半徑接觸半徑二二 ramachandran 圖圖( (拉氏圖，拉氏圖， map) ) n允許區(qū)（允許區(qū)（7.7%）：非鍵合原子之間的距離都不小于標(biāo)準接：非鍵合原子之間的距離都不小于標(biāo)準接觸距離觸距離,為最穩(wěn)定的構(gòu)象類型。右手為最穩(wěn)定的構(gòu)象類型。右手 -螺旋，螺旋， -折疊，膠原折疊，膠原螺旋等。螺旋等。n部分允許區(qū)（部分允許區(qū)（13%）： 和和 所決定的構(gòu)象是立體所決定的構(gòu)象是立體 化學(xué)所允許的，但不夠穩(wěn)定?；瘜W(xué)所允許的，但不夠穩(wěn)定。 如：如： 310-螺旋，螺旋， -螺旋和左手螺旋和左手 -螺旋等。螺旋等。n不允許區(qū)不允許區(qū)（80%）

4、 ： 非鍵合原子之間的距離小于非鍵合原子之間的距離小于 極限值，極限值， 和和 值所決定的構(gòu)值所決定的構(gòu) 象是立體化學(xué)所不允許的。象是立體化學(xué)所不允許的。 a cnohc3.20(3.00)2.80 (2.70) n0.27(0.26)0.27(0.26)o0.24(0.22)h0.24(0.22)0.24(0.22)0.24(0.22)三三 二級結(jié)構(gòu)類型二級結(jié)構(gòu)類型: (一一) 螺旋結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu): 主要維持力是氫鍵主要維持力是氫鍵 整數(shù)螺旋，非整數(shù)螺旋；整數(shù)螺旋，非整數(shù)螺旋； 右手螺旋，左手螺旋右手螺旋，左手螺旋 1. -系螺旋系螺旋 ： o h - c nh - c h r - co n

5、n - n: 每個每個nh與其前第與其前第n個肽單位的個肽單位的co形成氫鍵形成氫鍵 n: 氫鍵所封閉的環(huán)內(nèi)原子數(shù)氫鍵所封閉的環(huán)內(nèi)原子數(shù) n=3n+4 s: 每圈螺旋所包含的每圈螺旋所包含的aa殘基平均數(shù)殘基平均數(shù) sn (1) 右手右手 -helix ( 3.6 13r )：n = - 57， = - 48n結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點: 完全符合立體化學(xué)原則完全符合立體化學(xué)原則 n=3 n=13 s=3.6 半徑半徑 r =2.3a 右手，螺距右手，螺距=0.54nm, 3.6aa/圈圈, 0.15nm /aa殘基殘基 螺旋之間形成鏈內(nèi)氫鍵，螺旋之間形成鏈內(nèi)氫鍵， 氫鍵的取向平行于螺旋軸氫鍵的取向平行

6、于螺旋軸 螺旋的極化與帽化螺旋的極化與帽化 (helix dipole and capping)n肽鏈中氫鍵的取向，使肽鏈中氫鍵的取向，使 -helix整個整個成為一個偶極成為一個偶極nn-端積累正電荷；端積累正電荷；c- 端積累負電端積累負電荷荷n帽化（帽化（capping）：）： 為末端電荷提供氫鍵配偶為末端電荷提供氫鍵配偶體體 r基對基對 -helix的影響的影響:n 連續(xù)分布的極性氨基酸側(cè)鏈，連續(xù)分布的極性氨基酸側(cè)鏈， 將將影響影響 -helix的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性n pro是是 -helix的破壞者的破壞者n gly大量存在很難形成大量存在很難形成 -helixn -碳原子有分支將碳原子

7、有分支將影響螺旋影響螺旋形成形成（2）左手）左手 -helix ( 3.6 13l )：nn=3 n=13 s=3.6 n - 碳原子與骨架上的碳原子與骨架上的c=o氧原子過于接近，構(gòu)象不氧原子過于接近，構(gòu)象不夠穩(wěn)定。夠穩(wěn)定。(3) 其它其它 -系螺旋系螺旋:n310-螺旋螺旋: n=2 , s=3 =- 49, =-26 位于位于 -螺旋末端螺旋末端n -螺旋螺旋: 4.416-螺旋螺旋 n=4 , s= 4.4， 螺旋半徑螺旋半徑=2.8a 螺距螺距=0.484nm 存在于存在于過氧化氫酶過氧化氫酶n非典型非典型 -螺旋螺旋： n-ho三原子不在一條三原子不在一條線且距離較遠，常出現(xiàn)線且距

8、離較遠，常出現(xiàn)在在 -螺旋末端。溶菌酶、螺旋末端。溶菌酶、胰島素、肌紅蛋白等胰島素、肌紅蛋白等2 -系螺旋：系螺旋： h o - n c h r - co - nh n c h r - c - n 環(huán)內(nèi)原子數(shù)環(huán)內(nèi)原子數(shù): n=3n+5 ( n = 1, 2, 3 )n代表代表: -螺旋螺旋 (5.117-helix) n = 4, n=17, s=5.13 膠原螺旋膠原螺旋:（1）一級結(jié)構(gòu)特殊：）一級結(jié)構(gòu)特殊： gly(33%) pro(12%) ，hyp(9%) 符合：符合：-（gly-x-y）n- 規(guī)律規(guī)律（2）由三條肽鏈構(gòu)成的超螺旋，）由三條肽鏈構(gòu)成的超螺旋， 每條肽鏈都是左手每條肽鏈都

9、是左手helix（3）維持力：氫鍵）維持力：氫鍵,范德華力范德華力,共價鍵共價鍵（4） =-60, =140（5）左手）左手螺旋螺距螺旋螺距=9.5a3.3aa/圈圈 超螺旋螺距超螺旋螺距= 86a30aa/圈圈 (二二 )-折疊折疊(-sheet)n1951年，年，pauling和和corey 等在提出等在提出 -螺旋結(jié)構(gòu)的螺旋結(jié)構(gòu)的同時提出同時提出 -折疊結(jié)構(gòu)折疊結(jié)構(gòu)n -折疊結(jié)構(gòu)折疊結(jié)構(gòu)特征特征: 若干條若干條多條肽鏈（段）并行排列，彼此間通過多條肽鏈（段）并行排列，彼此間通過 nh,co形成的有規(guī)則的氫鍵維持形成的有規(guī)則的氫鍵維持 肽鏈折疊形成鋸齒狀肽鏈折疊形成鋸齒狀 r基朝上或朝下交

10、替排列基朝上或朝下交替排列 類型類型 重復(fù)單位重復(fù)單位平行平行 -折疊折疊-1191136.8a反平行反平行 -折疊折疊-1391357.0annnnnncccccc(三三) 回折結(jié)構(gòu)回折結(jié)構(gòu)(reverse turn)1 -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角(-turn)：特點特點: 由由4個個aa構(gòu)成構(gòu)成 由第由第1個個aa與第與第4個個aa之間之間 形成一個氫鍵維持形成一個氫鍵維持 形成形成180的轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)彎 c 1和和c 1間距離間距離 0.7nm i型型: 中間肽平面的中間肽平面的c=o與與 兩個兩個-r 基呈反式基呈反式 ii型型: 順順式式, 要求要求aa3為為gly * 有時將有時將310-螺旋看作是螺

11、旋看作是iii型型cnohi 型型ii 型型 -turn的構(gòu)象是由第的構(gòu)象是由第2和第和第3個個aa殘基的二面角決定殘基的二面角決定的的: -turn在蛋白質(zhì)中出現(xiàn)幾率很高，約占殘基總量的在蛋白質(zhì)中出現(xiàn)幾率很高，約占殘基總量的1/3，常出現(xiàn)于球蛋白的表面，主要由親水，常出現(xiàn)于球蛋白的表面，主要由親水a(chǎn)a構(gòu)成構(gòu)成類型類型 2 2 3 3i-60-30-900ii-60120-6002. -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角(-turn)：n 特點特點: 由由3個個aa組成組成 靠兩個氫鍵維持靠兩個氫鍵維持 形成形成180轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角n 如：嗜熱菌蛋白酶如：嗜熱菌蛋白酶(thermolysin) 的第的第25 27個個aa c

12、noh (四四) -發(fā)夾和發(fā)夾和-環(huán)環(huán) 1. -發(fā)夾發(fā)夾(- hairpin): 特點特點: (1) 有一條肽鏈彎曲形成，兩條等長相鄰反向平行有一條肽鏈彎曲形成，兩條等長相鄰反向平行 (2) 氫鍵大約氫鍵大約1-6個個 (3) 10-11個氨基酸殘基個氨基酸殘基 (4) -發(fā)夾分為發(fā)夾分為4類：類：類別類別aa殘殘基數(shù)基數(shù)氫鍵氫鍵數(shù)數(shù)末端末端氫鍵氫鍵出現(xiàn)出現(xiàn)幾率幾率一一113-6有有6%二二101-4無無40%三三111-4無無34%四四101-4有有20% 2. -環(huán)環(huán)(-loop ) (1) 多肽鏈中環(huán)狀節(jié)段，呈多肽鏈中環(huán)狀節(jié)段，呈形，形， 兩端距離兩端距離13.7a (2) 結(jié)段長度結(jié)段

13、長度610 個個aa殘基殘基 (3) 環(huán)中的鏈為無規(guī)則卷曲環(huán)中的鏈為無規(guī)則卷曲 (4) 由由r基側(cè)鏈包裹，形成一個含內(nèi)部空腔的高度基側(cè)鏈包裹，形成一個含內(nèi)部空腔的高度 致密的球狀結(jié)構(gòu)致密的球狀結(jié)構(gòu) (5) 只出現(xiàn)在蛋白質(zhì)分子表面，大多為親水性只出現(xiàn)在蛋白質(zhì)分子表面，大多為親水性aa， 與生物活性有關(guān)與生物活性有關(guān)(五五) -突突(凸凸)起起(-bulge) ：n在在-sheet中額外插入一個中額外插入一個aa形成的凸起形成的凸起n有四種主要類型有四種主要類型: 經(jīng)典型經(jīng)典型：aa插在窄對氫鍵之間插在窄對氫鍵之間 g1型型：第二：第二個個aa需是需是gly hnnhocnhhncoochnocn

14、hconhcohnocnhconhcohnnhcohnhncoocco gx 型型: 由由3個肽段形成個肽段形成, 寬型寬型: aa插在寬對氫鍵之間插在寬對氫鍵之間 x位置必須是位置必須是gly nhoccohnocnhochncoocnhcohncohnhncoocnhcoconhhnnhcoochnocnhhnconhochnoc(六六) 無規(guī)則卷曲無規(guī)則卷曲(random coil) 或稱為：卷曲或稱為：卷曲(coil) 有序的非重復(fù)有序的非重復(fù)性結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu) 是活性和功能是活性和功能部位部位 第四節(jié)第四節(jié) 超二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)一 超二級結(jié)構(gòu)的概念：超二級結(jié)構(gòu)的概念： 二級結(jié)構(gòu)進一步結(jié)合形

15、成二級結(jié)構(gòu)進一步結(jié)合形成 有規(guī)則的組合有規(guī)則的組合(folding unit,motif)。 通常含通常含2個或個或2個以上二級結(jié)構(gòu)個以上二級結(jié)構(gòu)二二 超二級結(jié)構(gòu)類型：超二級結(jié)構(gòu)類型： 1.復(fù)繞復(fù)繞 -helix（） ：n 兩條或多條兩條或多條 -helix沿同一軸沿同一軸 形成左手超螺旋，疏水力維持形成左手超螺旋，疏水力維持 n（反）平行，重復(fù)單位（反）平行，重復(fù)單位14nmn存在：存在： -角蛋白；角蛋白；tmv衣殼蛋白衣殼蛋白2. 單元單元:n 兩股兩股-sheet中間通過中間通過 不確定單元不確定單元(有規(guī)則二級有規(guī)則二級 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu))聯(lián)接在一起聯(lián)接在一起 , n主要形式主要形式: ,

16、c , （rossman折疊）等折疊）等n具有手性：右手扭曲具有手性：右手扭曲 (right-handed twist)3. -迂回（迂回（- meander）:n三個以上相鄰三個以上相鄰-sheet通過短鏈連接形成通過短鏈連接形成 三個三個 （-meander） 四個四個（希臘鑰匙）（希臘鑰匙） 五個五個（雙希臘鑰匙）（雙希臘鑰匙）4. - 折疊筒折疊筒 (- sheet barrel)： (1)印第安花藍：印第安花藍： 如如 木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶 (2)希臘鑰匙：希臘鑰匙： 如如 胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 (3)閃電結(jié)構(gòu)閃電結(jié)構(gòu) 如如 磷酸丙糖異構(gòu)酶磷酸丙糖異構(gòu)酶5. -helix-tur

17、n - -helix：n 如某些噬菌體的如某些噬菌體的 阻遏阻遏 蛋白分子中的操縱子蛋白分子中的操縱子 結(jié)合部位；結(jié)合部位； cu-zn sod； 木瓜蛋白酶；木瓜蛋白酶； 胰凝乳蛋白酶等胰凝乳蛋白酶等n是蛋白質(zhì)與是蛋白質(zhì)與dna相互作相互作 用的主要方式之一用的主要方式之一 -helix-turn- -helix 第五節(jié)第五節(jié) 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域一一 概念：概念：多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的三多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的三級結(jié)構(gòu)局部折疊區(qū)，為緊密球體，是相對獨立的結(jié)構(gòu)、功級結(jié)構(gòu)局部折疊區(qū)，為緊密球體，是相對獨立的結(jié)構(gòu)、功能和折疊單元。能和折疊單元。 二二 結(jié)構(gòu)域的特性：結(jié)構(gòu)

18、域的特性： 1. 結(jié)構(gòu)域的大小結(jié)構(gòu)域的大小: 40aa400aa, 平均平均100200aa 2. 結(jié)合方式：或單一短鏈相連，或大面積接觸結(jié)合方式：或單一短鏈相連，或大面積接觸 3. 結(jié)構(gòu)域與功能域結(jié)構(gòu)域與功能域 4. 結(jié)構(gòu)域通常是一個折疊單元結(jié)構(gòu)域通常是一個折疊單元 5. 結(jié)構(gòu)域的運動結(jié)構(gòu)域的運動三三 結(jié)構(gòu)域的類型結(jié)構(gòu)域的類型 1.反平行反平行 域域 : -helix-helix按一定方式排列折疊按一定方式排列折疊 n上下型螺旋束上下型螺旋束: : 如四螺旋束，上下擺放，如四螺旋束，上下擺放， 如：蚯蚓血紅蛋白，如：蚯蚓血紅蛋白，cyt b562，tmv蛋白蛋白n珠蛋白型珠蛋白型 - -螺旋螺旋( (greek key螺旋束螺旋束) )： 相鄰的兩螺旋接近相互垂直相鄰的兩螺旋接近相互垂直 如如: :血紅蛋白、肌紅蛋白、木瓜蛋白酶血紅蛋白、肌紅蛋白、木瓜蛋白酶血紅蛋白血紅蛋白2. 反平行反平行 /域