第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)——基本結(jié)構(gòu)當(dāng)前第1頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)

1．定義：

蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序，一級(jí)結(jié)構(gòu)的主要連接鍵是肽鍵，通常將二硫鍵也歸屬于一級(jí)結(jié)構(gòu)2．結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：蛋白質(zhì)的序列具有方向性，一般書寫順序是從N-端到C-端，其主要作用是決定蛋白質(zhì)分子的高級(jí)結(jié)構(gòu)和功能當(dāng)前第2頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)胰島素由51個(gè)氨基酸殘基組成，分為A、B兩條鏈。A鏈21個(gè)氨基酸殘基，B鏈30個(gè)氨基酸殘基。A、B兩條鏈之間通過兩個(gè)二硫鍵聯(lián)結(jié)在一起，A鏈另有一個(gè)鏈內(nèi)二硫鍵。當(dāng)前第3頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，但并不是決定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的唯一因素當(dāng)前第4頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)1、定義：指多肽鏈主鏈骨架原子的空間相對(duì)位置，不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。2、基本類型：

-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角、無規(guī)結(jié)構(gòu)3、穩(wěn)定二級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力：氫鍵二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)

當(dāng)前第5頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)(1)-螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：(1)肽鍵平面為單位,以-碳原子為轉(zhuǎn)折盤旋形成右手螺旋，螺旋的每圈有3.6個(gè)氨基酸，螺旋間距離為0.54nm，每個(gè)殘基沿軸旋轉(zhuǎn)100，上升0.15nm(2)主鏈原子構(gòu)成螺旋的主體,側(cè)鏈在其外部，直徑約為0.5nm當(dāng)前第6頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)-螺旋左、右手螺旋當(dāng)前第7頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)(3)每個(gè)肽鍵的羰基氧與遠(yuǎn)在第四個(gè)氨基酸氨基上的氫形成氫鍵(共形成n-4個(gè)氫鍵)，所有肽鍵都能參與鏈內(nèi)氫鍵的形成，氫鍵的方向與中心軸大致平行,是穩(wěn)定螺旋的主要作用力3.613(SN)(4)Pro的N上缺少H，不能形成氫鍵，經(jīng)常出現(xiàn)在-螺旋的端頭，它改變多肽鏈的方向并終止螺旋當(dāng)前第8頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)當(dāng)前第9頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)（2）-折疊

β-折疊是由兩條或多條伸展的多肽鏈靠氫鍵聯(lián)結(jié)而成的鋸齒狀片狀結(jié)構(gòu)。側(cè)鏈基團(tuán)與Cα間的鍵幾乎垂直于折疊平面，R基團(tuán)交替地分布于片層平面兩側(cè)。

β-折疊分平行式和反平行式，后者更為穩(wěn)定。N端在同一端。氨基酸之間沿軸相距0.325nmN端不在同一端。氨基酸之間沿軸相距0.35nm當(dāng)前第10頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)當(dāng)前第11頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)維持β-折疊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的力——?dú)滏I由一條鏈上的羰基和另一條鏈上的氨基之間形成，即氫鍵是在鏈與鏈之間形成的。當(dāng)前第12頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)（a）平行式

（b）反平行式當(dāng)前第13頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)三、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(3)-轉(zhuǎn)角概念：

肽鏈出現(xiàn)180回折的轉(zhuǎn)角處結(jié)構(gòu)稱為-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

第一個(gè)殘基的C=O與第四個(gè)殘基的N-H形成氫鍵，常見于連接反平行β-折疊片的端頭(如Gly與Pro)，多位于球狀蛋白質(zhì)分子表面，約占全部殘基的四分之一當(dāng)前第14頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)(4)無規(guī)卷曲oil）概念：

沒有確定規(guī)律性的肽鍵構(gòu)象特點(diǎn)：

常見于球狀蛋白質(zhì)分子中，在其它類型二級(jí)結(jié)構(gòu)肽段之間起連接作用，有利于整條肽鏈盤曲折疊。酶的功能部位常常處于這種構(gòu)象區(qū)域。H2N

COOH

當(dāng)前第15頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)α-螺旋β-折疊β-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲核糖核酸酶分子中的二級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第16頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)總結(jié)多肽鏈折疊的規(guī)則方式當(dāng)前第17頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)

概念：

蛋白質(zhì)分子中所有原子(包括主鏈和側(cè)鏈)在三維空間的排列分布，又稱為空間結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)、構(gòu)象當(dāng)前第18頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力二硫鍵——共價(jià)鍵疏水作用非共價(jià)鍵（次級(jí)鍵）氫鍵

離子鍵范德華力當(dāng)前第19頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力a離子鍵b氫鍵c疏水作用

d范德華力e二硫鍵abcdeacd當(dāng)前第20頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)

氫鍵對(duì)維持二級(jí)結(jié)構(gòu)特別重要

疏水作用對(duì)維持三級(jí)結(jié)構(gòu)特別重要

這些非共價(jià)鍵以量取勝，它們不僅穩(wěn)定了蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，對(duì)蛋白質(zhì)的功能也有重要影響作用當(dāng)前第21頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)疏水核：

疏水區(qū)多位于分子內(nèi)部，

往往

是與輔酶/基或底物結(jié)合的位點(diǎn)維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素

親水區(qū)：

親水區(qū)多位于分子表面，

故球

形蛋白質(zhì)水溶性較好

當(dāng)前第22頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的其它特點(diǎn)：

許多在一級(jí)結(jié)構(gòu)上相差很遠(yuǎn)的氨基酸堿基在三級(jí)結(jié)構(gòu)上相距很近。三級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)發(fā)揮生物活性所必須的。所有具有高度生物學(xué)活性的蛋白質(zhì)幾乎都是球狀蛋白。球狀蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)很密實(shí)，大部分的水分子從球形蛋白的核心中被排出，這使得極性基團(tuán)間以及非極性基團(tuán)間的相互用成為可能。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第23頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)例子1——胰島素分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第24頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)例2——溶菌酶分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第25頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)例3——磷酸丙糖異構(gòu)酶和丙酮酸激酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第26頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)

許多蛋白質(zhì)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立的球狀蛋白質(zhì)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)立的球狀蛋白質(zhì)稱為亞基，亞基一般由一條肽鏈構(gòu)成，也稱為單體。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。四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)

當(dāng)前第27頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第28頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)四級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):亞基單獨(dú)存在時(shí)無生物活性，只有相互聚合成特定構(gòu)象時(shí)才具有完整的生物活性亞基之間以非共價(jià)鍵結(jié)合，容易彼此解離大多數(shù)寡聚蛋白質(zhì)分子的亞基的排列是對(duì)稱的，對(duì)稱性是四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)最重要的性質(zhì)之一當(dāng)前第29頁(yè)\共有31頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第30頁(yè)\共有31頁(yè)\編