蛋白質(zhì)化學(xué)-蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)課件

第5章蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)一、研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法p197二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)五、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力一、研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法

p197（一）測定晶體蛋白質(zhì)的分子構(gòu)象的方法

X射線衍射法：（二）研究溶液中蛋白質(zhì)構(gòu)象的光譜方法1、紫外差光譜2、熒光和熒光偏振3、圓二色性4、核磁共振（一）測定晶體蛋白質(zhì)的分子構(gòu)象的方法X射線衍射法：迄今為止，完整而精細(xì)的晶態(tài)蛋白質(zhì)分子三維結(jié)構(gòu)的測定，幾乎完全依賴于Ｘ射線晶體衍射分析法?？梢蕴峁┒嚯逆溕铣龤湓油馑性拥目臻g排布信息。不能測定溶液中蛋白質(zhì)分子的三維結(jié)構(gòu)。二、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)

Secondarystructruesofproteines(一)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次(二)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(三)二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本類型(四)二級(jí)結(jié)構(gòu)類型的代表性蛋白(五)超二級(jí)結(jié)構(gòu)(六)結(jié)構(gòu)域

（一）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次多肽鏈在三維空間上特定的走向與排布就是蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)，也叫做空間結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)、立體結(jié)構(gòu)，或叫做三維構(gòu)象。

一級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)分子中的氨基酸的排列順序。

二級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽鏈的主鏈骨架中的若干肽段的構(gòu)象、排列。所有蛋白質(zhì)的主鏈結(jié)構(gòu)相同，長短不同。三級(jí)結(jié)構(gòu)指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，各原子的空間排布，包括側(cè)鏈基團(tuán)的取向，是二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上范圍更廣的盤旋和折疊。四級(jí)結(jié)構(gòu)是指多條肽鏈組成一個(gè)蛋白質(zhì)分子時(shí)，各亞單位在寡聚蛋白質(zhì)中空間排布及亞單位間的相互作用。（二）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)1、肽單位(Thepeptidegroup)p204構(gòu)成肽鏈主鏈的基本單元，叫做肽單位——主鏈骨架重復(fù)單位，它包括兩個(gè)α-碳原子及其中間的一個(gè)肽鍵，Cα-CO-NH-Cα，肽單位又叫肽平面

兩面角決定了兩個(gè)肽平面的相對(duì)位置，因此就決定了肽鏈主鏈的位置與構(gòu)象。

當(dāng)Φ(Ψ)旋轉(zhuǎn)鍵兩側(cè)的主鏈呈順式時(shí)，規(guī)定Φ(Ψ)=0°從Cα沿鍵軸方向看，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的Φ(Ψ)角為正值，反之為負(fù)值。3、可允許的Φ和Ψ值p205

——拉氏構(gòu)象圖(Ramachandrandiagram)

Ramachandran根據(jù)蛋白質(zhì)中非鍵合原子間的最小接觸距離，確定了哪些成對(duì)二面角（Φ、Ψ）所規(guī)定的兩個(gè)相鄰肽單位的構(gòu)象是允許的，哪些是不允許的，并且以Φ為橫坐標(biāo)，以Ψ為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)圖上標(biāo)出，該坐標(biāo)圖稱拉氏構(gòu)象圖。1、α-螺旋（α-helix)2、β-折疊（β-pleatedsheet)3、β-轉(zhuǎn)角4、無規(guī)卷曲（RandomCoil)(三)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本類型（1)α-螺旋構(gòu)象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1950年P(guān)auling提出

1、α-螺旋（α-helix)p207α-Helix:

（1）右手螺旋（Righthanded）呈圓筒狀，且有偶極性（2）每3.6氨基酸繞一圈，每圈0.54nm高（螺距），每個(gè)殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100°，沿軸上升0.15nm（3）氨基酸殘基側(cè)鏈向外（4）肽鍵上C=O氧與它后面（C端）第四個(gè)殘基上的N-H氫間形成氫鍵，氫鍵封閉的環(huán)是13元環(huán)。氫鍵的取向幾乎與中心軸平行

α-螺旋結(jié)構(gòu)是一種不對(duì)稱的分子結(jié)構(gòu)：（1）α碳原子的不對(duì)稱性（2）構(gòu)象本身的不對(duì)稱性

天然α—螺旋能引起偏振光右旋α-螺旋的比旋不等于構(gòu)成其本身的氨基酸比旋的加和，而無規(guī)卷曲的肽鏈比旋則等于所有氨基酸比旋的加和。（2）α-螺旋結(jié)構(gòu)的旋光性

（3）R側(cè)鏈對(duì)α—螺旋的影響

①多肽鏈上連續(xù)出現(xiàn)帶同種電荷基團(tuán)的氨基酸殘基,(如Lys，或Asp，或Glu)，不能形成穩(wěn)定的α—螺旋。如多聚Lys、多聚Glu。②Gly在肽中連續(xù)存在時(shí)，不易形成α—螺旋。③R基大（如Ile）不易形成α—螺旋④Pro、羥脯氨酸中止α—螺旋⑤R基較小，且不帶電荷的氨基酸利于α—螺旋的形成。如多聚丙氨酸在pH7的水溶液中自發(fā)卷曲成α—螺旋。（4）pH對(duì)α—螺旋的影響

4、無規(guī)卷曲（RandomCoil)

在一些蛋白，特別是在球蛋白中，一部分多肽鏈的主鏈骨架，即非螺旋構(gòu)象，也非β-折迭構(gòu)象，這些無規(guī)則肽鏈的構(gòu)象就是無規(guī)卷曲。無規(guī)卷曲也是二級(jí)結(jié)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)單元，在這種結(jié)構(gòu)單元的存在下，才使得蛋白質(zhì)形成球形，這一部分的存在往往與蛋白的活性有關(guān)。

無規(guī)卷曲與其他二級(jí)結(jié)構(gòu)一樣是明確而穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

(六)結(jié)構(gòu)域

一些相對(duì)較大的蛋白質(zhì)分子中，在空間折疊時(shí)往往先分別折疊成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域，再組裝成更復(fù)雜的球狀結(jié)構(gòu)，這種在二級(jí)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的特定區(qū)域稱為結(jié)構(gòu)域。它的結(jié)構(gòu)層次介于超二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)之間。

結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白的折疊單位較小的蛋白質(zhì)分子或亞基往往是單結(jié)構(gòu)域的。結(jié)構(gòu)域一般有100－200氨基酸殘基。結(jié)構(gòu)域之間常常有一段柔性的肽段相連，形成所謂的鉸鏈區(qū)，使結(jié)構(gòu)域之間可以發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。結(jié)構(gòu)域承擔(dān)一定的生物學(xué)功能，幾個(gè)結(jié)構(gòu)域協(xié)同作用，可體現(xiàn)出蛋白質(zhì)的總體功能。例如，脫氫酶類的多肽主鏈有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，一個(gè)為NAD結(jié)合結(jié)構(gòu)域，一個(gè)是起催化作用的結(jié)構(gòu)域，兩者組合成脫氫酶的脫氫功能區(qū)。結(jié)構(gòu)域間的裂縫，常是酶的活性部位，也是反應(yīng)物的出入口三、蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)(一).三級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)(二).肌紅蛋白(Mb)的構(gòu)象(三).一級(jí)結(jié)構(gòu)與三級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系(四).維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力(一)三級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

一條多肽鏈中所有原子在三維空間的整體排布，稱為三級(jí)結(jié)構(gòu)，是包括主、側(cè)鏈在內(nèi)的空間排列。大多數(shù)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)為球狀或近似球狀。在三級(jí)結(jié)構(gòu)中，大多數(shù)的親水的R側(cè)基分布于球形結(jié)構(gòu)的表面，而疏水的R側(cè)基分布于球形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，形成疏水的核心。蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)特征1、球狀蛋白含有豐富的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件，而纖維狀蛋白通常只含一種二級(jí)結(jié)構(gòu)單元。2、球狀蛋白具有明顯的折疊層次（一級(jí)二級(jí)超二級(jí)結(jié)構(gòu)域三級(jí)、亞基四級(jí)）。3、分子呈現(xiàn)球狀或橢球狀。4、疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在外5、表面常常有空穴，配體結(jié)合部位（活性中心）(二)肌紅蛋白(Mb)的構(gòu)象三級(jí)結(jié)構(gòu)形成后，生物學(xué)活性必需基團(tuán)靠近，形成活性中心或部位，即蛋白質(zhì)分子表面形成了某些發(fā)揮生物學(xué)功能的特定區(qū)域。

（三）一

級(jí)

結(jié)

構(gòu)

與

三

級(jí)

結(jié)

構(gòu)的

關(guān)

系四、寡聚蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)(一)寡聚蛋白的概念(二)亞基的聚合(三)亞基的空間排布(四)血紅蛋白（Hb)的構(gòu)象(一)寡聚蛋白的概念二個(gè)或二個(gè)以上具有獨(dú)立的三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈(亞基)，彼此借次級(jí)鍵相連，形成一定的空間結(jié)構(gòu)，稱為四級(jí)結(jié)構(gòu)。具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈單位，稱為亞基或亞單位(subunit)，亞基可以相同，亦可以不同。四級(jí)結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是亞基在空間排列的方式。

(二)亞基的締合

血紅蛋白（Hb)是四個(gè)亞基締合而成，聚合動(dòng)力：疏水作用（主要），二硫鍵，離子鍵，氫鍵等。亞單位即是結(jié)構(gòu)單位，又是一個(gè)功能單位，但只有聚合在一起時(shí)，才真正地起生物學(xué)功能

(三)亞基的空間排布

（四）四級(jí)締合在結(jié)構(gòu)和功能上的優(yōu)越性

1、降低比表面積，增加蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性2、提高遺傳經(jīng)濟(jì)性和效率3、使酶的催化基團(tuán)匯集，提高催化效率4、具有協(xié)同效應(yīng)和別構(gòu)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)酶活性的調(diào)節(jié)（五）寡聚蛋白與別構(gòu)效應(yīng)

別構(gòu)蛋白：除了有活性部位（結(jié)合底物）外，還有別構(gòu)部位（結(jié)合調(diào)節(jié)物）。有時(shí)活性部位和別構(gòu)部位分屬不同的亞基（活性亞基和調(diào)節(jié)亞基），活性部位之間以及活性部位和調(diào)節(jié)部位之間通過蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化而相互作用。

別構(gòu)效應(yīng)：別構(gòu)蛋白的別構(gòu)部位與效應(yīng)物的結(jié)合改變了蛋白質(zhì)的構(gòu)象，從而對(duì)活性部位產(chǎn)生的影響。

同促效應(yīng)（同位效應(yīng)）：一種配體的的結(jié)合對(duì)于其它部位結(jié)合同種配體的能力的影響，包括（正）協(xié)同效應(yīng)和負(fù)協(xié)同效應(yīng)。同位效應(yīng)一般是指活性部位之間的效應(yīng)。同位效應(yīng)是別構(gòu)效應(yīng)的基礎(chǔ)，別構(gòu)效應(yīng)可以看成`是對(duì)同位效應(yīng)的一種修飾

異促效應(yīng)（異位效應(yīng)）：就是別構(gòu)效應(yīng)，別