生物化學(xué)王鏡巖第三版第六章蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu) 課件

第六章蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)研究蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的方法X射線晶體衍射法使研究蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的主要方法核磁共振光譜法研究蛋白質(zhì)在溶液中的構(gòu)象X-Ray衍射決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象X衍射決定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)核磁共振是確定蛋白質(zhì)分子在溶液中的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的唯一方法核磁共振研究蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)KurtWuthrich,瑞典科學(xué)家2002年獲得諾貝爾獎(jiǎng)氫原子的核磁共振譜維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的作用力

a.鹽鍵b.氫鍵c.疏水鍵d.范得華力e.二硫鍵

肽鍵

肽鍵的特點(diǎn)是氮原子上的孤對(duì)電子與羰基具有明顯的共軛作用。組成肽鍵的原子處于同一平面。肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。在大多數(shù)情況下，以反式結(jié)構(gòu)存在。酰胺平面與α-碳原子的二面角（φ和ψ）

二面角

兩相鄰酰胺平面之間，能以共同的Cα為定點(diǎn)而旋轉(zhuǎn)，繞Cα-N鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱φ角，繞C-Cα鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱ψ角。φ和ψ稱作二面角，亦稱構(gòu)象角。完全伸展的多肽主鏈構(gòu)象α-碳原子酰胺平面Φ=1800，ψ=1800Φ=00，ψ=00的多肽主鏈構(gòu)象酰胺平面Φ=00，ψ=00側(cè)鏈非鍵合原子接觸半徑蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)

(１)α－螺旋（α－h(huán)elix）(２)β－折疊（β-pleatedsheet）(３)β－轉(zhuǎn)角（β-turn）(４)無規(guī)則卷曲（nonregularcoil）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（secondarystructure）指肽鏈主鏈不同區(qū)段通過自身的相互作用，形成氫鍵，沿某一主軸盤旋折疊而形成的局部空間結(jié)構(gòu)，是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)象單元．主要有以下類型：LinusCarlPauling

(1901-1994)1926年，留學(xué)Sommerfeld實(shí)驗(yàn)室（1年7個(gè)月）1928年，發(fā)明雜化軌道，創(chuàng)立量子化學(xué)1930年，去LaurenceBragg實(shí)驗(yàn)室學(xué)X-ray衍射1936年，與Mirsky一起發(fā)表蛋白質(zhì)變性的理論---氫鍵1937年，開始搭α-helix的模型，發(fā)現(xiàn)5.4A的周期，與Astbury的Keratin蛋白測(cè)定得到的5.1A不符。此后化了約10年的時(shí)間測(cè)定各種含肽鍵的小分子的結(jié)構(gòu)，得出肽鍵的6個(gè)原子在同一平面上的結(jié)論1949年，人造絲X-ray數(shù)據(jù)發(fā)表，他看到了5.4A的周期1950年，α-helix模型發(fā)表，次年發(fā)表β-sheet模型1954年，Nobel化學(xué)獎(jiǎng)1963年，Nobel和平獎(jiǎng)70年代，提倡VitaminC治百病80年代，鹽湖城丑聞/biography/Pauling.htmlPauling的生涯特征：1、每隔3.6個(gè)AA殘基螺旋上升一圈，螺距0.54nm;2、螺旋體中所有氨基酸殘基R側(cè)鏈都伸向外側(cè)，鏈中的全部>C=0和>N-H幾乎都平行于螺旋軸;3、每個(gè)氨基酸殘基的>C=0與前面第三個(gè)氨基酸殘基的>N-H形成氫鍵，肽鏈上所有的肽鍵都參與氫鍵的形成。

α－螺旋（α－h(huán)elix）形成因素：與ＡＡ組成和排列順序直接相關(guān)。多態(tài)性：多數(shù)為右手（較穩(wěn)定），亦有少數(shù)左手螺旋存在（不穩(wěn)定）；存在尺寸不同的螺旋。形成因素：與ＡＡ組成和排列順序直接相關(guān)。β－折疊（β-pleatedsheet）

特征：兩條或多條伸展的多肽鏈（或一條多肽鏈的若干肽段）側(cè)向集聚，通過相鄰肽鏈主鏈上的N-H與C=O之間有規(guī)則的氫鍵，形成鋸齒狀片層結(jié)構(gòu)，即β－折疊片。類別：平行反平行

β－轉(zhuǎn)角（β-turn）

特征：多肽鏈中氨基酸殘基n的羰基上的氧與殘基（n+3）的氮原上的氫之間形成氫鍵，肽鍵回折1800。無規(guī)則卷曲示意圖無規(guī)則卷曲細(xì)胞色素C的三級(jí)結(jié)構(gòu)纖維狀蛋白質(zhì)：動(dòng)物體的基本支架和外保護(hù)成分，分子具規(guī)則的線性結(jié)構(gòu)。纖維狀蛋白質(zhì)不溶性（硬蛋白）可溶性蛋白角蛋白膠原蛋白：結(jié)締組織中（骨、皮膚等）大量存在彈性蛋白：存在于結(jié)締組織α角蛋白：主要存在于毛發(fā)中β角蛋白：天然存在于絲中，絲心蛋白肌球蛋白血纖蛋白原其它說明：

α角蛋白經(jīng)充分伸展后可轉(zhuǎn)變成β角蛋白，即β折疊片結(jié)構(gòu)。纖維狀蛋白質(zhì)4.蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)中相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單位（即單個(gè)α－螺旋或β－折疊或β－轉(zhuǎn)角）組合在一起，形成有規(guī)則的、在空間上能辯認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體稱為蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)

基本組合方式：αα；β×β；βββ(１)超二級(jí)結(jié)構(gòu)（supersecondarystructure

）超二級(jí)結(jié)構(gòu)類型βββααβ×β12345

52341

Β-鏈βαββ-迂回回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)β-迂回

丙酮酸激酶結(jié)構(gòu)域4羧肽酶

腺苷酸激酶

(a)(b)

丙糖磷酸異構(gòu)酶乳酸脫氫酶結(jié)構(gòu)域1黃素蛋白平行-折疊的結(jié)構(gòu)比較（a）-園桶形排布，（b）馬蹄形排布

5.結(jié)構(gòu)域（structuredomain）

在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽進(jìn)一步卷曲折疊成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立、近似球形的三維實(shí)體，再由兩個(gè)或兩個(gè)以上這樣的三維實(shí)體締合成三級(jí)結(jié)構(gòu)，這種相對(duì)獨(dú)立的三維實(shí)體稱為結(jié)構(gòu)域。

形成意義：

動(dòng)力學(xué)上更為合理

蛋白質(zhì)（酶）活性部位往往位于結(jié)構(gòu)域之間，使其更具柔性蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)

多肽鍵在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過側(cè)鏈基團(tuán)的相互作用進(jìn)一步卷曲折疊，借助次級(jí)鍵維系使α－螺旋、β－折疊片、β－轉(zhuǎn)角等二級(jí)結(jié)構(gòu)相互配置而形成特定的構(gòu)象。三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成使肽鏈中所有的原子都達(dá)到空間上的重新排布。

三級(jí)結(jié)構(gòu)的某些特征1.常含有α－螺旋，β－折疊；2.具有明顯的折疊層次，且疏水測(cè)鏈球狀分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面；3.具有緊密地堆砌核心球狀蛋白質(zhì)：

其種類遠(yuǎn)比纖維狀蛋白質(zhì)多，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和功能的多樣性主要體現(xiàn)在球狀蛋白質(zhì)；球狀蛋白質(zhì)的整個(gè)肽鏈沒有均一的二級(jí)結(jié)構(gòu)，但具有多種二級(jí)結(jié)構(gòu)元件如α螺旋、β折疊片、無規(guī)卷曲等，由此構(gòu)建的三級(jí)結(jié)構(gòu)—結(jié)構(gòu)域，并將球狀蛋白質(zhì)分成4大類；其三維結(jié)構(gòu)具有明顯的折疊層次，且疏水測(cè)鏈球狀分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面；在多數(shù)的胞內(nèi)酶、血漿蛋白及蛋白類激素都屬于球狀蛋白質(zhì)。卵溶菌酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域-螺旋-轉(zhuǎn)角-折疊二硫鍵結(jié)構(gòu)域1結(jié)構(gòu)域2肌紅蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)核糖核酸酶三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖

N

His12CHis119Lys41蛋白質(zhì)變性與復(fù)性

●蛋白質(zhì)各自所特有的高級(jí)結(jié)構(gòu)，是表現(xiàn)其物理性質(zhì)和化學(xué)特性以及生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。當(dāng)天然蛋白質(zhì)受到某些物理因素和化學(xué)因素的影響，使其分子內(nèi)部原有的高級(jí)構(gòu)象發(fā)生變化時(shí)，蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生物學(xué)功能都隨之改變或喪失，但并未導(dǎo)致其一級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，這種現(xiàn)象稱為變性作用（denaturation)/v_show/id_XMTQxNzU5NTI4.html。

表征：生物活性喪失；物理性質(zhì)（溶解度、粘度、擴(kuò)散系數(shù)、光譜特性等）和化學(xué)性質(zhì)（化學(xué)反應(yīng)，被酶解性）改變

應(yīng)用：變性滅菌、消毒；變性制食品；抗衰老……

●蛋白質(zhì)的變性作用如果不過于劇烈，則是一種可逆過程，變性蛋白質(zhì)通常在除去變性因素后，可緩慢地重新自發(fā)折疊成原來的構(gòu)象，恢復(fù)原有的理化性質(zhì)和生物活性，這種現(xiàn)象成為復(fù)性（renaturation）。/v_show/id_XMTQxNzU4MTU2.html蛋白質(zhì)變性與復(fù)性

核糖核酸酶變性與復(fù)性作用NativeribonucleaseDenativereducedribonucleaseNativeribonuclease8Mureaand-mercapotoethanolDialysis變性復(fù)性多肽鏈的折疊是一個(gè)有序的過程

蛋白質(zhì)折疊途徑

-螺旋-折疊熔球小體亞域結(jié)構(gòu)，單域結(jié)構(gòu)，三級(jí)或四級(jí)結(jié)構(gòu)分子伴侶蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

fa=na/nPa=fa/<fa>許多蛋白質(zhì)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立的三級(jí)結(jié)構(gòu)通過非共價(jià)鍵結(jié)合成的多聚體，稱為寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每個(gè)獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)單元稱為亞基。蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指亞基的種類、數(shù)量以及各個(gè)亞基在寡聚蛋白質(zhì)中的.空間排布和亞基間的相互作用。如，血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)得測(cè)定由佩魯茨1958年完成，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)為：球狀蛋白，寡聚蛋白，含四個(gè)亞基兩條α鏈，兩條β鏈，α2β2α鏈：141個(gè)殘基；β鏈：146個(gè)殘基分子量65000含四個(gè)血紅素輔基親水性側(cè)鏈基團(tuán)在分子表面，疏水性基團(tuán)在分子內(nèi)部蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)

原體原體可有一條肽鏈（一個(gè)亞基）構(gòu)成，也可有幾條不同的肽鏈（幾個(gè)不同的亞基）構(gòu)成。在血紅蛋白中，一個(gè)α-亞基，和一個(gè)β-亞基組成一個(gè)原體。寡聚體蛋白質(zhì)亞基的對(duì)稱性環(huán)狀對(duì)稱，二面體對(duì)稱等寡聚體蛋白質(zhì)存在的意義提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性遺傳上經(jīng)濟(jì)性和有效性亞基匯聚形成酶的活性部位協(xié)同性作用力

破壞因子氫鍵：

α-螺旋，β-折疊

尿素，鹽酸胍疏水作用：

形成球蛋白的核心

去垢劑，有機(jī)溶劑VanderWaals力：穩(wěn)定緊密堆積的集團(tuán)和原子離子鍵：穩(wěn)定α-螺旋，三、四級(jí)結(jié)構(gòu)酸、堿二硫鍵：穩(wěn)定三、四級(jí)結(jié)構(gòu)還原劑配位鍵：與金屬離子的結(jié)合螯合劑EDTA維持蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的作用力H2NC(:NH)NH2HCl維持空間構(gòu)象的作用力本章小節(jié)蛋白質(zhì)的生物學(xué)作用：功能蛋白、結(jié)構(gòu)蛋白蛋白質(zhì)的組成（元素組成、化學(xué)組成）蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)：肽、肽鍵、活性多肽及一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)：二級(jí)結(jié)構(gòu)單元（-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角、自由回轉(zhuǎn)）、三級(jí)與四級(jí)結(jié)構(gòu)（超二級(jí)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域、亞基）及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的性質(zhì)：大分子性質(zhì)、蛋白質(zhì)分析與分離（離心法、凝膠過濾法、SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法）、兩性解離（等電點(diǎn)、電泳、離子交換）、膠體性質(zhì)、蛋白質(zhì)沉淀（可逆沉淀、不可逆沉淀）、蛋白質(zhì)變性、紫外吸收及顏色反應(yīng)

思考題1、為什麼說蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)？2、試比較Gly、Pro與其它常見氨基酸結(jié)構(gòu)的異同，它們對(duì)多肽鏈二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成有何影響？3、試舉例說