2蛋白質結構1

1、 h o h o h o nh2 -c-c-n-c-c-n- c-c-n- r h r h r h肽平面結構特征肽平面結構特征:n肽鍵長肽鍵長=1.33a，具部分，具部分 雙鍵性質，不能自由旋轉雙鍵性質，不能自由旋轉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，其旋轉角度分別用繞鍵軸自由旋轉，其旋轉角度分別用 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，：順時針轉， 為正為正 逆時針轉，逆時針轉， 為負為負n從從c 看看c2：順時針轉，：順時針轉， 為正為正 逆時針轉，逆時針轉， 為負為負nc c，兩側兩側: c n1與與 c2=o呈反式：呈反式： =0 順式：順式： =180nnc 兩側兩側: 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象完全伸展的多肽主鏈構象-碳原子碳原子酰胺平面酰胺平面=1800，=1800多肽主鏈構象多肽主鏈構象酰胺

3、平面酰胺平面=00，=00側鏈側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準接：非鍵合原子之間的距離都不小于標準接觸距離觸距離,為最穩(wěn)定的構象類型。右手為最穩(wěn)定的構象類型。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 所決定的構象是立體所決定的構象是立體 化學所允許的，但不夠穩(wěn)定?；瘜W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 值所決定的構值所決定的構 象是立體化學所不允許的。象是立體化學所不允許的。 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 二級結構類型二級結構類型: (一一) 螺旋結構螺旋結構: 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)內原子數(shù)氫鍵所封閉的環(huán)內原子數(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結構特點結構特點: 完全符合立體化學原則完全符合立體化學原則 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 螺旋之間形成鏈內氫鍵，螺旋之間形成鏈內氫鍵， 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鏈，連續(xù)分布的極性氨基酸側鏈， 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，構象不氧原子過于接近，構象不夠穩(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)內原子數(shù)環(huán)內原子數(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）一級結構特殊：）一級結構特殊： gly(33%) pro(12%) ，hyp(9%) 符合：符合：-（gly-x-y）n- 規(guī)律規(guī)律（2）由三條肽鏈構成的超螺旋，）由三條肽鏈構成的超螺旋， 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 -螺旋結構的螺旋結構的同時提出同時提出 -折疊結構折疊結構n -折疊結構折疊結構特征特征: 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 重復單位重復單位平行平行 -折疊折疊-1191136.8a反平行反平行 -折疊折疊-1391357.0annnnnncccccc(三三) 回折結構回折結構(reverse turn)1 -轉角轉角(-turn)：特點特點: 由由4個個aa構成構成 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的轉彎的轉彎 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的構象是由第的構象是由第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在蛋白質中出現(xiàn)幾率很高，約占殘基總量的在蛋白質中出現(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構成構成類型類型 2 2 3 3i-60-30-900ii-60120-6002. -轉角轉角(-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轉角轉角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) 結段長度結段

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基側鏈包裹，形成一個含內部空腔的高度基側鏈包裹，形成一個含內部空腔的高度 致密的球狀結構致密的球狀結構 (5) 只出現(xiàn)在蛋白質分子表面，大多為親水性只出現(xiàn)在蛋白質分子表面，大多為親水性aa， 與生物活性有關與生物活性有關(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) 有序的非重復有序的非重復性結構性結構 是活性和功能是活性和功能部位部位 第四節(jié)第四節(jié) 超二級結構超二級結構一 超二級結構的概念：超二級結構的概念： 二級結構進一步結合形

15、成二級結構進一步結合形成 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個以上二級結構個以上二級結構二二 超二級結構類型：超二級結構類型： 1.復繞復繞 -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，重復單位（反）平行，重復單位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 結構結構)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)閃電結構閃電結構 如如 磷酸丙糖異構酶磷酸丙糖異構酶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 結合部位；結合部位； 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是蛋白質與是蛋白質與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) 結構域結構域一一 概念：概念：多肽鏈在二級結構或超二級結構基礎上形成的三多肽鏈在二級結構或超二級結構基礎上形成的三級結構局部折疊區(qū)，為緊密球體，是相對獨立的結構、功級結構局部折疊區(qū)，為緊密球體，是相對獨立的結構、功能和折疊單元。能和折疊單元。 二二 結構域的特性：結構

18、域的特性： 1. 結構域的大小結構域的大小: 40aa400aa, 平均平均100200aa 2. 結合方式：或單一短鏈相連，或大面積接觸結合方式：或單一短鏈相連，或大面積接觸 3. 結構域與功能域結構域與功能域 4. 結構域通常是一個折疊單元結構域通常是一個折疊單元 5. 結構域的運動結構域的運動三三 結構域的類型結構域的類型 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