1蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-2.

1、第一篇生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)-1(Structure of Proteins)蛋白質(zhì)的分子組成(1)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)(2)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系(3)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)(4)蛋白質(zhì)的分離.純化與結(jié)構(gòu)分析(4)要求（蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)）【掌握】1.蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的概念及其主要的化學(xué) 2蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)的概念.主要化學(xué)鍵和形式：a-螺旋，P折疊，卩轉(zhuǎn)角與無(wú)規(guī)卷曲。3掌握a-螺旋，折疊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn);【熟悉】1 肽單元、模序（motif）、鋅指結(jié)構(gòu)概念;【了解】1.胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)Si蛋白質(zhì)是由許多氨基酸單位通過(guò)肽鍵連接起 來(lái)的，具有特定分子結(jié)構(gòu)的高分子化合物。質(zhì)的分子

2、結(jié)構(gòu)可人為劃分為一、二 級(jí)結(jié)構(gòu)。除一級(jí)結(jié)構(gòu)外，蛋白質(zhì)的二、三、 四級(jí)結(jié)構(gòu)均屬于空間結(jié)構(gòu)，即構(gòu)象丹麥科學(xué)家Linderstrom-LangM議：蛋白、 v H（conformation ）。構(gòu)象是由于多肽鏈中單鍵的旋轉(zhuǎn)所形成的。 通常由非共價(jià)鍵（次級(jí)鍵）來(lái)維系。養(yǎng)白質(zhì)的一怨結(jié)構(gòu)由英國(guó)化學(xué)家F. Sanger于1953年 完成人工合成具有生物活性的牛胰島素蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)(primary structure) 是指蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序及 二硫鍵的連接方式，即多肽鏈的線狀結(jié)杯維系蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵為肽鍵, 還有二硫鍵的位置。牛胰島素第一個(gè)被測(cè)定一級(jí) 結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子;牛胰島素(in

3、sulin)由51個(gè)氨基酸殘基組甲驚 分為A、B兩條鏈。A鏈21個(gè)氨基酸殘基，B鋰 30個(gè)氨基酸殘基。A、B兩條鏈之間通過(guò)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。B鏈he- b卜 HI 123 45 678 9 】 H )2 13 】4 IS )6 17 1ft id 20 21 22 23 24 2S M 27 28 »測(cè)定蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)的主耍意義:> 一級(jí)結(jié)構(gòu)是研究高級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。A可以從分子水平闡明蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 的關(guān)系。>為生物進(jìn)化理論提供依據(jù)。X為人工合成蛋白質(zhì)提供參考順序。蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象"二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域三級(jí)結(jié)

4、構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的作用力1、影響蛋白質(zhì)三維構(gòu)象的因素 季內(nèi)力（內(nèi)因）蛋白質(zhì)分子內(nèi)各原子間作用力外力（外因）與溶劑及其他溶質(zhì)作用力蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的作用力 _級(jí)結(jié)構(gòu)肽鍵、二硫鍵三維結(jié)構(gòu)氫鍵、疏水作用、范德華力、離子鍵Side-chain hydrogen bondingSheet structureHydrophobic interactionsHelical structureMetaHon coordinatDisulfide bondElectrostatic attraction蛋白質(zhì)分子中的非共價(jià)鍵(次級(jí)鍵)1.氫鍵：氫鍵(hydrogen bond)的形成常見(jiàn)于連接在一電負(fù)

5、性很強(qiáng)的原子上的氫原子，與另一電負(fù)性很強(qiáng)的【子之間。氫鍵在維系蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定上起著重要的 作用。氫鍵的鍵能較低M2kJ/mol),因而易被破壞。蛋白質(zhì)分子中氫鍵的形成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(chēng)為疏水鍵 或疏水作用力。蛋白質(zhì)分子中的許多氨基酸殘基側(cè)鏈也是非極性的，這些非極性的基團(tuán)在水中也可相互聚集，形成疏水鍵，如Leu, He, Vai, Phe,Ala等的側(cè)鏈基團(tuán)。3. 離子鍵(鹽鍵):離子鍵(salt bond)是由帶正電荷基團(tuán)與帶負(fù)電荷基團(tuán)之間相互吸引而形成的化學(xué)鍵。在近中性環(huán)境中，蛋白質(zhì)分子中的酸性氨基酸殘基側(cè)鏈電離后帶負(fù)電

6、荷，而堿性氨基殘基側(cè)鏈電離后帶正電荷，二者之間可形成4.范德華氏(van der Waals)引力原子之間存在的相互作用力。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)：:蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)是指多肽鏈甲主鏈原子的局部空間排布即構(gòu)象，不涉及側(cè)鏈部分的構(gòu)象。主要有a-螺旋、卩-折疊B-轉(zhuǎn)角、 無(wú)規(guī)卷曲等多種形式。蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是肽鍵平面。肽鍵平面/肽單元(peptide unit )由于C=0雙鍵中的it電子云與N原子上 的未共用電子對(duì)發(fā)生“電子共振”，使 肽鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋 轉(zhuǎn)。共振形式肽鍵中C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)組成酰胺的原子處于同一平面伸展肚欲小*鍵鍵長(zhǎng)肽鍵

7、結(jié)構(gòu)互變HBond angles and lengths肽單元由于肽鍵具有部分雙鍵的性 質(zhì)，使參與肽鍵構(gòu)成的六個(gè)原子被束縛 在同一平面上，這一平面稱(chēng)為肽鍵平面 或肽單元。IIIIII心Co C*C C-N多肽鏈：通過(guò)可旋轉(zhuǎn)的Cq連接的酰胺平面這種旋轉(zhuǎn)是受到限制的2. a-螺旋的特點(diǎn)由Pauling 和Corey 提出a -螺旋是多肽鏈的主鏈子沿一中心軸盤(pán)繞所形成的有規(guī)律的螺旋構(gòu)象，其結(jié)構(gòu)特征為:為一右手螺旋;螺旋每圈包含36個(gè)氨基酸殘基，螺距為544埃(0 5 4 nm)； 螺旋以氫鍵維系（第1個(gè)aa的NH與第4個(gè)aa的CO形成氫鍵），氫鍵是穩(wěn)定a 螺旋的主要鍵。蛋白質(zhì)分子的Q螺旋Myoglo

8、binIl-bonds stabilizestacked array of peptide planes hinged at a-carbons3 de grcipFour different rep resent it lions of the a-helixAmino traunui*Carbuxyl Ufxuxiuuti3 帆 FMkhi")C Hydncen QUx>-gvn O 卜 “iSGd R youp影響a-螺旋形成的因素I：I鏈中氨基酸側(cè)鏈R,分布在螺旋外側(cè)，其 形狀、大小及電荷影響a螺旋的形成（1）極大的側(cè)鏈基團(tuán)（存在空間位阻）； 連續(xù)存在的側(cè)鏈帶有相同電荷

9、的氨基酸殘基（同種電荷的互斥效應(yīng)）； 有Pro等亞氨基酸存在（不能形成氫鍵）。（4）Gly:由于自由度過(guò)大而不穩(wěn)定。(二)卩-折疊(p-pleated sheet)由兩/多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列，通 過(guò)鏈間的氫鍵交聯(lián)而形成。肽鏈主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象。11、卩-折疊結(jié)構(gòu)特點(diǎn) Coe總是處于折疊的角上 AA的R基團(tuán)處于折疊的棱角上并與之垂直兩個(gè)AA之間的軸心距為0.35nm氫鍵主要在鏈間/同一肽鏈不同部分間形成Side view(a> AntiparallelTop viewSide view(b) ParallelTop viewSide view)卩-轉(zhuǎn)角(P turn/bend/

10、hairpin structure )肽鏈主鏈骨架180。的回折結(jié)構(gòu) 特點(diǎn):由4個(gè)連續(xù)的AA殘基組成第一個(gè)殘基C=O第四個(gè)殘基NH形成氫鍵O(氫鍵)HC (NHCHCO) 2N RTvpell比較穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子中多數(shù)處在蛋白質(zhì)分子的表面(四)無(wú)規(guī)卷曲(random coil )泛指不能歸入明確的二級(jí)結(jié)構(gòu) 如折疊和螺旋的多肽片斷。RNA酶的分子結(jié)構(gòu)B -轉(zhuǎn)角(三)模體(motif)在蛋白質(zhì)分子中，若干具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段在空間上相互接近，形成具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)區(qū)域，稱(chēng)模體(motif)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)。模體的基本形式鋅指結(jié)構(gòu) 亮氨酸拉鏈螺旋-環(huán)-螺旋鋅指結(jié)構(gòu)(zinc finger)（折疊-折疊-螺旋）：與DNA相互作用- Cys - - CysHis His (c) Zinc-finger motif鋅指結(jié)構(gòu)（折疊-折疊-螺旋）鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)（折疊-折疊-螺旋