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蛋白质结构的层次

蛋白质结构层次. 蛋白质结构的层次. 一级结构： 氨基酸序列 二 级结构： α 螺旋， β 折叠等 超二级结构 结构域（ domain ） 三 级结构： 所有原子空间位置 四 级结构： 多亚基蛋白. 六、超二级结构和结构域. （一）超二级结构 由若干相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相互作用，形成的有规则的二级结构组合。 1 、 αα : 由两股平行或反平行的右手螺旋段相互缠绕而成的左手卷曲螺旋或称超螺旋。 2 、 βαβ ：由两段平行 - 折叠股和一段作为连接的螺旋组成。 3 、 ββ ：由若干反平行折叠片组合而成。. 起二级结构示意图.

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蛋白质结构的层次

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  1. 蛋白质结构层次 蛋白质结构的层次 一级结构： 氨基酸序列 二级结构：α螺旋，β折叠等 超二级结构 结构域（domain） 三级结构：所有原子空间位置 四级结构：多亚基蛋白

  2. 六、超二级结构和结构域 （一）超二级结构由若干相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相互作用，形成的有规则的二级结构组合。1、 αα :由两股平行或反平行的右手螺旋段相互缠绕而成的左手卷曲螺旋或称超螺旋。2、βαβ：由两段平行-折叠股和一段作为连接的螺旋组成。3、ββ：由若干反平行折叠片组合而成。

  3. 起二级结构示意图

  4. βαβ在蛋白质中 βαβ在蛋白质中(Rossmann折叠) Rossmann折叠：由三段平行β股和两段α螺旋构成， 相当于两个βαβ单元组合在一起。

  5. （二）结构域 • 结构域：指多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，它是相对独立的球状实体，称为结构域。 • 结构域有时也指功能域。一般说，功能域是蛋白质分子中能独立存在的功能单位。功能域可以是一个结构域，也可以是两个或两个以上的结构域。

  6. 单结构域和多结构域示例 • 结构域与多肽链之间的关系？ • 同一蛋白中结构域之间的关系？

  7. 结构域 结构域(domain)在空间上相对独立 免疫球蛋白

  8. 七、球状蛋白与三级结构 • 纤维蛋白 • 球状蛋白：自然界中远远多于纤维蛋 • 白，绝大多数功能蛋白（如酶，抗体 • 等）都是球状蛋白。 • 三级结构定义：指由二级结构元件（螺旋，折叠，转角，无规卷曲等）构成的总三维结构。包括一级结构中相距远的肽段之间的几何关系和侧链在三维空间中彼此间的相互关系。 • 简言之，是指蛋白质多肽链所有原子在空间上的排列。

  9. （一）球状蛋白的分类 根据结构域类型大致分为四种 1、全-结构蛋白质 最多：反平行螺旋： 螺旋一上一下反平行排列，相邻螺旋间以环相连，形成似筒状螺旋束 。 见page225 图5-36 A

  10. 2、  ，-结构（平行或混合型折叠片）蛋白质 以平行或混合型（含平行和反平行折叠股）折叠片为基础，连有螺旋。

  11. 3、全-结构（反平行折叠片）蛋白质 由反平行折叠片构成

  12. 4、富含金属或二硫键（小的不规则）蛋白质 结构域往往不规则，只有少量二级结构，富含金属或二硫键 见page228 图5-41

  13. （二）球状蛋白质三维结构的特征： （1）含有多种二级结构元件 （2）具有明显的折叠层次 二级结构超二级结构结构域三级结构 （3）是紧密的球状或椭球状实体 （4）疏水侧链埋在分子内部，亲水侧链暴露于分子表面（疏水作用是安排二级结构单元形成三级结构的主要作用力） （5）球状蛋白分子表面有一空穴，是行使功能的活性部位

  14. 八、膜蛋白的结构（了解） • 1、膜周边蛋白：分布在膜双脂层表面，通过与膜内在蛋白的静电相互作用和氢键相互作用与膜结合。 • 2、膜内在蛋白：有的一大部分埋入膜的脂双分子层，有的横跨脂双层。跨膜部分主要由-螺旋或-折叠构成。

  15. 膜周边蛋白和膜内在蛋白（跨膜蛋白)

  16. N-连接 红细胞上血型糖蛋白的跨膜 O-连接四糖：2Neu5Ac，Gal，GalNAc -螺旋

  17. 九、蛋白质折叠和结构预测 （一）蛋白质的变性 • 天然蛋白质分子受到某些物理因素如热、紫外线照射、高压和表面张力等或化学因素如有机溶剂、脲、胍、酸碱等的影响，生物活性丧失，溶解度降低，以及其它物理化学性质发生改变，这种过程称为蛋白质的变性(denaturation)。 • 变性后高级结构破坏，一级结构不变

  18. 蛋白质的变性 热、紫外线照射、高压和表面张力、有机溶剂、脲、胍、酸碱

  19. 变性过程发生的现象： （1）生物活性丧失 （2）一些侧链基团暴露 （3）物理化学性质发生改变：分子伸展，不对称程度增高，粘度增加，扩散系数降低，旋光性和紫外吸收变化 （4）生物化学性质发生改变：分子结构松散，易于被蛋白酶水解(将蛋白食物煮熟吃？）

  20. 蛋白质变性与复性 1、蛋白质变性的的化学本质：维持高级结构的次级键（氢键，离子键，疏水相互作用，范德华力等）被破坏（一级结构不被破坏），特别是氢键的破坏，从而具有活性的蛋白质空间构象被破坏。 2、有些蛋白质的变性是可逆的。 将变性因素除去后，变性蛋白质可以恢复其天然构象，这个过程称为蛋白质的复性（renaturation）。

  21. （二）氨基酸序列规定蛋白质的三维结构 • 蛋白质的一级结构决定其高级结构。换言之，蛋白质的三维立体结构完全取决于其氨基酸的序列。 • Anfinsen （诺贝尔奖获得者）用极其简单的实验证明了蛋白质的一级结构决定其高级结构。

  22. Anfinsen的实验 蛋白质的一级结构决定高级结构Anfinsen的实验（牛胰核糖酸酶变复性实验）

  23. Anfinsen的实验_2 Anfinsen的实验（续）

  24. 十、亚基缔合和四级结构 • 关于蛋白四级结构的一些概念： • 1、蛋白质的四级结构是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。 • 2、这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基或亚单位Subunit，它一般由一条肽链构成，无生理活性； • 3、维持亚基之间的作用力主要是疏水相互作用。 • 4、由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白或多聚蛋白；由一个亚基组成无四级结构的称为单体蛋白质。

  25. 四级缔合在结构和功能上的优越性 • 1、增强结构稳定性 • 2、提高遗传经济性和效率 • 3、使催化基团聚在一起，提高催化效率（对酶而言） • 4、具有协同性和别构效应 • 多亚基蛋白一般具有多个结合部位，结合在蛋白分子的特定部位上的配体对该分子的其他部位所产生的影响称为别构效应。具有别构效应的蛋白质称为别构蛋白质。 • 别构效应具有正协同作用和负协同作两种

  26. 习题 • 超二级结构 纤维状蛋白 球状蛋白 疏水相互作用 别构现象（效应） 肽键平面 结构域 蛋白质的变性作用 • 酰胺平面中具有部分双键性质的单键是： • A C-Cα B C-N • C N-H D N-Cα • *肽键平面的结构特点是： • A 4个原子处于一个平面 • B 肽键中的C-N键具有双键的性质 • C 肽键中的C-N键可以自由旋转 • D 只有α-碳原子形成的单键可以自由旋转 • E 肽键平面是蛋白质一级结构的基本单位 • *变性蛋白中未被破坏的化学键是： • A 氢键 B 盐键 C 疏水键 • D 肽键 E 二硫键 F 范德华力

  27. 习题 • *下列关于蛋白质的三级结构的叙述哪些是正确的 • A．一条多肽链和一个辅基连成的紧密型结构。 • B．蛋白质分子中含有α－螺旋、ß－片层折叠结构和ß－转角。 • C．其辅基通过氨基酸残基与分子内部相连。 • D．大部分非极性基团位于蛋白质分子内部。 • 在下列肽链主干原子排列中,符合肽链结构的是： • A 、 C—N—N—C B 、 N—C—C—N C、 N—C—N—C • D 、 C—C—C—N E 、 C—C—N—C F 、 C—O—N—H • 蛋白质空间构象的特征主要取决于: • A. 氨基酸的排列次序 B. 次级键的维持力 • C. 温度, pH, 离子强度 D. 肽链内和肽链间的二硫键 • 蛋白质二级结构的主要维系力是 • A、 盐键 B、 疏水键 C、 氢键 D、 二硫键 • α–螺旋表示的通式是 • A、3.010 B、3.613 C、2.27 D、4.616

  28. 习题 • 试计算由100个氨基酸残基组成的肽链的α.－螺旋的轴长长度。 • 0.15nmx100=15nm • 一个大肠杆菌的细胞中含106个蛋白质分子，假设每个蛋白质分子平均分子量约为40000，并且所有的分子都处于α-螺旋构象，计算每个大肠杆菌细胞中的蛋白质多肽链的总长度。（假设氨基酸残基的平均分子量为118）（106*40000/118）*0.15*10-7=5.08（cm） • 某一蛋白质的多肽链在一些区段为α螺旋构象,在另一些区段为β构象，该蛋白质的分子量为240000,多肽链外形的长度为5.06x10-5厘米,试计算：α螺旋体占分子的百分比?(假设β构象中重复单位为0.7nm,即0.35nm长/残基。氨基酸残基平均分子量以120为计) • (该蛋白质分子中α－螺旋体占分子的48.5％ )

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