第五章蛋白质的三维结构.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第5章 蛋白质的三维结构,一、研究蛋白质构象的方法,(,一),X,射线衍射法,基本规律：,X,射线穿过原子平面层时，当光程差等于波长的倍数，反射波可以互相叠加形成衍射斑点。如图,5-2,所示，光程差等于,2dsin,上述规律可总结为,Bragg,方程：,2dsin,=n,(n=1,2,3),(二)研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法,1.紫外差光谱,芳香族氨基酸在极性环境下吸收峰向短波长移动，称作篮移，反之会红移。,2.荧光和荧光偏振,变性和非变性蛋白质荧光峰和荧光偏振的位置会有特定的变化。,3.圆二色性,由尼科尔棱镜产生,由电光调制器产生,圆偏振光可看成是相位相差,90,o,的两个平面偏振光叠加而成，若左、右圆偏振光因被测物的吸收而振幅不同，二者叠加会形成椭圆偏振光。,椭圆率,=,短轴,/,长轴,=tan,33cl,(,适合于小的,，,=,R L,，,c,为摩尔浓度，,l,为光程，,为摩尔吸光系数,）,摩尔椭圆率,=,/cl100=3300,（三）疏水作用(熵效应),（四）盐键,（五）二硫键,（一）氢键,（二）范德华力,定向效应,诱导效应,分散效应,三、多肽主链折叠的空间限制,（一）酰胺平面与,-,碳原子的二面角（,和,）：,规定键两侧基团为顺式排列时为,0,o,，从,C,沿键轴方向观察，顺时针旋转的角度为正值。,（二）可允许的和：拉氏构象图,(二)可允许的,和,值：,拉氏构象图,由印度学者,Ramachandran,制作,四、二级结构：多肽链折叠的规则方式,(一),螺旋,1.,螺旋的结构,多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为,0.54nm,含,3.6,个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为,0.15nm;,肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，每一个氨基酸残基的酰胺基团的,-,NH,基与其后第四个氨基酸残基酰胺基团的,-CO,基形成氢键。,蛋白质分子为右手,-,螺旋。,*,*,3.6,13,螺旋,2.,螺旋的偶极矩和帽化,3.,螺旋的手性4.,影响,螺旋形成的因素：,R,基太小使键角自由度过大，带同种电荷的,R,基相互靠近，,碳原子上有分支均,不利于形成,螺旋，含脯氨酸的肽段不能形成,螺旋。,5.其他类型的螺旋,4.4,16,螺旋,(,二),折叠片,-,折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿桩折叠构象。,两个氨基酸之间的轴心距为0.35,nm,；,-,折叠结构可以由两条肽链之间形成，也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。,-,折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的,N-,端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。反平行式较稳定。,(,三),转角和,凸起,-,转角由四个氨基酸残基组成，弯曲处的第一个氨基酸残基的,-C=O,和第四个残基的,N-H,之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。,这类结构主要存在于球状蛋白分子中。,(四)无规卷曲,无一定的规则,但对一定的球蛋白而言,特定的区域有特定的卷曲方式.,五、纤维状蛋白质,(一),-,角蛋白,纤丝,原纤维,初原纤维,卷曲的螺旋,(二)丝心蛋白和其他,-,角蛋白：,折叠片蛋白质,(三)胶原蛋白：,胶原蛋白的二级结构是由三条肽链组成的,三股螺旋,，这是一种,右手超螺旋结构,。螺距为,8.6nm,，每圈每股包含,30,个残基。其中每一股螺旋又是一种特殊的,左手螺旋,，螺距为,0.95nm,，每一螺圈含,3.3,个残基,每一残基沿轴向的距离为,0.29nm,。一级结构分析表明，,肽链的,96%,都是按三联体的重复顺序：,(g1y-x-y)n,排列而成。,Gly,数目占残基总数的三分之一，,x,常为,Pro,，,y,常为,Hpro(,羟脯氨酸,),和,Hlys,（羟赖氨酸）。,原胶原蛋白分子在胶原纤维中都是有规则地按四分之一错位，首尾相接，并行排列组成纤维束。这样通过,1,4,错位排列便形成间隔一定的（大约,70nm),电子密度区域，而呈现横纹区带。,胶原蛋白属于结构蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。胶原蛋白至少包括四种类型，称胶原蛋白,I,、,、,和,。腱的胶原纤维具有很高的抗张强度,(tensile strength),，约为,20-30kg,mm,2,，相当于,12,号冷拉钢丝的拉力。骨铬中的胶原纤维周围排列着羟基磷灰石,(hydroxyapatite,，,Ca,10,(PO,4,),6,(OH),2,）结晶。脊椎动物的皮肤含有编织比较疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含有胶原纤维。,基底膜蛋白聚糖,层黏连蛋白,巢蛋白,胶原蛋白的共价键,吡啶啉是由一个原胶原的,N,末端区和另一个相邻的原胶原的,C,末端区之间形成。,随着年龄的增长，胶原蛋白之间的交联键会增多。,(四)弹性蛋白,1.,弹性蛋白最重要的特性是富有弹性。,2.,弹性蛋白不含羟赖氨酸，不被糖基化，不能形成胶原蛋白那样的超螺旋。,3.,弹性蛋白的一种交联方式是通过羟赖氨酸正亮氨酸衍生物交联。,4.,弹性蛋白的另一种交联方式是赖氨酸的侧链氧化脱氨基生成醛基，三个醛基和一个未修饰的赖氨酸的侧链形成锁链素和异锁链素，使多条弹性蛋白链交联成肽链网。,5.,弹性蛋白的肽链形成多种多样的无规卷曲，有张力时，卷曲被拉伸，张力去除后又复原。,（五）肌球蛋白和原肌球蛋白,胰蛋白酶,木瓜蛋白酶,重酶解肌球蛋白,轻酶解肌球蛋白,M,黄色是轻链结合部位，品红色是轻链调节部位，其余为,s1,头部。,有些纤维状蛋白质是由球状蛋白质聚集而成的,六、超二级结构和结构域,(一)超二级结构,花边,(二)结构域,黄素氧还蛋白中的,-,螺旋,柠檬酸合酶中的,-,螺旋,钙调蛋白中的,-,螺旋,胰腺胰蛋白酶抑制剂,七、球状蛋白质与三级结构,(一)球状蛋白质的分类:1.反平行,螺旋,蚯蚓肌红蛋白,子宫珠蛋白,流感病毒血凝素,烟草花叶病毒蛋白,2.,-,结构,丙糖磷酸异构酶（侧）,丙糖磷酸异构酶（顶）,丙酮酸激酶,3.全,-,结构,大豆胰蛋白酶抑制剂,玉红氧还蛋白,木瓜蛋白酶结构域,2,伴刀豆凝集素,晶体蛋白,链霉属枯草杆菌蛋白酶,谷胱甘肽还原酶结构域,3,甘油醛,-3-,磷酸脱氢酶结构域,2,4.富含金属或二硫键的蛋白质,胰岛素,磷脂酶,A,2,高氧还势铁蛋白,铁氧还蛋白,二)球状蛋白质三维结构的特征,1.含多种二级结构元件;,2.具有明显的折叠层次;,3.球蛋白分子是紧密近似球状的实体;,4.疏水侧链在分子内部,亲水侧链在分子表面;,5.分子表面有空穴,是结合底物,效应物等配体,行使生物学功能的活性部位,空穴通常是一个疏水的区域。,八、膜蛋白的结构,1.具有单个跨膜肽段的膜蛋白,2.具有7个跨膜肽段的膜蛋白,3.,桶型膜蛋白-膜孔蛋白,(二)脂锚定膜蛋白,疱症性口炎糖蛋白,甲状腺球蛋白,乙酰胆碱酯酶,糖脂,A,*,九、蛋白质折叠和结构预测,(一)蛋白质的变性,1.变性蛋白质的特点:,空间结构破坏，一级结构完好；活性丧失；溶解度降低；易分解。,2.引起变性的因素:,加热、辐射、高压等物理因素；有机溶剂、酸、碱、尿素等化学因素。,3.变性的协同性:,变性发生在较窄的范围内。,4.复性:,一定条件下可以恢复活性。,7,531,种可能连接方式中的,1,种,(二)氨基酸序列规定蛋白质的三维结构,(三)蛋白质折叠的热力学,(四)蛋白质折叠的动力学,1.折叠不是随机搜索的过程。,2.折叠时先形成局部二级结构，再形成结构域,熔球态，最后形成完整的三级结构。,3.折叠时二硫键异构酶和肽基脯氨酸异构酶起重要作用。,4.分子伴侣在折叠时有重要作用，主要是防止肽链的错误折叠.。,1.二级结构的预测,参照表5-6,按,Pi=Ai(,被计算的氨基酸残基处于某一二级结构的份数/Ti(,肽链中的各种氨基酸残基处于某一二级结构的份数）的计算值预测,Pi,大于,1,表示该氨基酸残基倾向于形成所预测的二级结构，,Pi,小于,1,表示该氨基酸残基倾向于形成其他构象。,2.,三级结构的预测和计算机模拟,原理复杂，已由一些成功的例证。,(五)蛋白质结构的预测,十、亚基缔合和四级结构,(一)有关四级结构的一些概念,亚基(单体)，同多聚，杂多聚,(二)四级缔合的驱动力,主要有范氏作用力，氢键，离子键和疏水作用力，其中疏水作用力最为重要，二硫键对于稳定四级结构有重要意义。,(三)亚基相互作用的方式,亚基之间的分布有各种各样的对称关系。,(五)四级缔合在结构和功能上的优越性,1.增强结构稳定性;,2.提高遗传的经济性和效率;,3.构成功能部位;,4.为别构效应提供结构基础.,基本要求,1.,熟悉研究蛋白质构象的主要方法。,2.,掌握稳定蛋白质三级结构的作用力。,3.,熟悉多肽主链折叠的空间限制。,4.,掌握蛋白质的二级结构。,5.,熟悉主要的纤维状蛋白质的结构特点。,6.,掌握超二级结构和结构域含义，熟悉其结构特点。,7.,掌握球状蛋白质的三级结构的特征。,8.,熟悉膜蛋白的结构特点。,9.,掌握蛋白质的变性和复性，了解蛋白质折叠的动力学、热力学和结构预测。,10.,熟悉蛋白质四级结构的特点。,作业题,1.,第,249,页第,1,题；,2.,第,249,页第,2,题；,3.,第,249,页第,5,题；,4.,第,250,页第,8,题；,5.,第,250,页第,10,题；,6.,第,250,页第,11,题；,7.,流感病毒的凝集素蛋白含有一个,53,个残基的,螺旋,这个螺旋有多长,?,螺旋中的每个,残基与两个氢键有关，,这个螺旋中共有多少个,氢键？,