蛋白質的二級結構.doc

蛋白質的結構具有多種結構層次，包括一級結構和空間結構，空間結構又稱為構象?？臻g結構包括二級結構、三級結構和四級結構。在二級與三級之間還存在超二級結構和結蛋白質的二級結構構型：指一個不對稱的化合物中不對稱中心上的幾個原子或基團的空間排布方式。如單糖的-、-構型，氨基酸的D-、L-構型。當從一種構型轉換成另一種構型的時候，會牽涉及共價鍵的形成或破壞。 構象：指一個分子結構中的一切原子繞共價單鍵旋轉時產生的不同空間排列方式。一種構象變成另一種構象不涉及共價鍵的形成或破壞。蛋白質的二級結構蛋白質的二級(Secondary)結構是指多肽鏈的主鏈本身在空間的排列、或規(guī)則的幾何走向、旋轉及折疊。它只涉及肽鏈主鏈的構象及鏈內或鏈間形成的氫鍵。氫鍵是穩(wěn)定二級結構的主要作用力。主要有a-螺旋、b-折疊、b-轉角、自由回轉。二面角的概念蛋白質中非鍵合原子之間的最小接觸距離(A)1.3 蛋白質的結構（1）肽鏈空間構象的基本結構單位為肽平面或肽單位。肽平面是指肽鏈中從一個C原子到另一個C原子之間的結構，共包含6個原子（C、C、O、N、H、C），它們在空間共處于同一個平面。（2）肽鍵上的原子呈反式構型 C=O與N-H p204 （3）肽鍵C-N鍵長0.132nm,比一般的C-N單鍵(0.147nm)短，比C=N雙鍵(0.128nm)要長，具有部分雙鍵的性質，不能旋轉。（二）蛋白質的構象 蛋白質多肽鏈空間折疊的限制因素：Pauling和Corey在利用X-射線衍射技術研究多肽鏈結構時發(fā)現：1. 肽鍵具有部分雙鍵性質：2. 肽鍵不能自由旋轉3. 組成肽鍵的四個原子和與之相連的兩個a碳原子 （Ca）都處于同一個平面內，此剛性結構的平面叫肽平面（peptide plane）或酰胺平面（amide plane）。4. 二面角所決定的構象能否存在，主要取決于兩個相鄰肽單位中，非鍵合原子之間的接近有無阻礙。1.a-螺旋及結構特點p207 螺旋的結構通常用“SN”來表示，S表示螺旋每旋轉一圈所含的殘基數，N表示形成氫鍵的C=O與H-N原子之間在主鏈上包含的原子數。又稱為3.613螺旋，= -57。，= -47。 結構要點： 1. 多肽鏈中的各個肽平面圍繞同一軸旋轉，形成螺旋結構，螺旋一周，沿軸上升的距離即螺距為0.54nm,含3.6個氨基酸殘基；兩個氨基酸之間的距離為0.15nm;2. 肽鏈內形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與軸平行，每個氨基酸殘基的C=O氧與其后第四個氨基酸殘基的N-H氫形成氫鍵。 3. 蛋白質中的a-螺旋幾乎都是右手螺旋。無規(guī)卷曲或自由回轉（nonregular coil） p212 了解指無一定規(guī)律的松散盤曲的肽鏈結構。酶的功能部位常包含此構象，靈活易變。 纖維狀蛋白 (了解) 纖維狀蛋白質(fibrous protein)廣泛地分布于脊椎和無脊椎動物體內，它是動物體的基本支架和外表保護成分，占脊椎動物體內蛋白質總量的一半或一半以上。這類蛋白質外形呈纖維狀或細棒狀，分子軸比(長軸短軸)大于10(小于10的為球狀蛋白質)。分子是有規(guī)則的線型結構，這與其多肽鏈的有規(guī)則二級結構有關，而有規(guī)則的線型二級結構是它們的氨基酸順序的規(guī)則性反映。纖維狀蛋白質的類型(了解) 纖維狀蛋白質可分為不溶性(硬蛋白)和可溶性兩類，前者有角蛋白、膠原蛋白和彈性蛋白等；后者有肌球蛋白和纖維蛋白原等，但不包括微管(microtubule)和肌動蛋白細絲(actin filament)，它們是球狀蛋白質的長向聚集體(aggregate)。角蛋白 Keratin(了解)角蛋白廣泛存在于動物的皮膚及皮膚的衍生物，如毛發(fā)、甲、角、鱗和羽等，屬于結構蛋白。角蛋白中主要的是a-角蛋白。a-角蛋白主要由a-螺旋構象的多肽鏈組成。一般是由三條右手a-螺旋肽鏈形成一個原纖維（向左纏繞），原纖維的肽鏈之間有二硫鍵交聯(lián)以維持其穩(wěn)定性例如毛的纖維是由多個原纖維平行排列，并由氫鍵和二硫鍵作為交聯(lián)鍵將它們聚集成不溶性的蛋白質。a-角蛋白的伸縮性能很好，當a-角蛋白被過度拉伸時，則氫鍵被破壞而不能復原。此時a-角蛋白轉變成b-折疊結構，稱為b-角蛋白。毛發(fā)的結構(了解) 一根毛發(fā)周圍是一層鱗狀細胞(scaIe cell)，中間為皮層細胞(cortical celI)。皮層細胞橫截面直徑約為20mm。在這些細胞中，大纖維沿軸向排列。所以一根毛發(fā)具有高度有序的結構。毛發(fā)性能就決定于a螺旋結構以及這樣的組織方式。1.超二級結構指蛋白質中相鄰的二級結構單位（a-螺旋或b-折疊或b-轉角）組合在一起，形成有規(guī)則的、在空間上能夠辨認的二級結構組合體。2.超二級結構的基本類型：aa、 bab、bbb 2結構域（structural domain） p222 理解在一些相對較大的蛋白質分子中，在空間折疊時往往先分別折疊成幾個相對獨立的區(qū)域，再組裝成更復雜的球狀結構，這種在二級或超二級結構基礎上形成的特定區(qū)域稱為結構域。（三級結構的局部折疊區(qū)）。它的結構層次介于超二級結構和三級結構之間。蛋白質的三級結構維持三級結構的作用力（掌握）1. 氫鍵：多肽主鏈上的羰基氧和酰胺氫之間形成的氫鍵是穩(wěn)定蛋白質二級結構的主要作用力。此外，還可在側鏈與側鏈，側鏈與介質水，主鏈肽基與側鏈或主鏈肽基與水之間形成。 2. 范德華力：包括3種較弱的作用力：定向效應，誘導效應，分散效應。分散效應是在多數情況下主要作用的范德華力，它是非極性分子或基團間僅有的一種范德華力即狹義的范德華力，也稱london分散力。這是瞬時偶極間的相互作用，偶極方向是瞬時變化的。范德華力包括吸引力和斥力。 3. 疏水鍵（疏水相互作用）在水介質中球狀蛋白質的折疊總是傾向于把疏水殘基埋藏在分子的內部。這一現象稱為疏水相互作用。4. 離子鍵（鹽鍵）：正電荷與負電荷之間的一種靜電相互作用5. 二硫鍵疏水鍵，在蛋白質三級結構中起著重要作用，它是使蛋白質多肽鏈進行折疊的主要驅動力三級結構形成后，生物學活性必需基團靠近，形成活性中心或部位，即蛋白質分子表面形成了某些發(fā)揮生物學功能的特定區(qū)域。蛋白質的四級結構四級結構 二個或二個以上具有獨立的三級結構的多肽鏈(亞基)，彼此借次級鍵相連，形成一定的空間結構，稱為四級結構。 具有獨立三級結構的多肽鏈單位，稱為亞基或亞單位(subunit)，亞基可以相同，亦可以不同。四級結構的實質是亞基在空間排列的方式。 單獨亞基，無生物學功能，當亞基聚合成為具有完整四級結構的蛋白質后，才有功能。具有四級結構的蛋白屬于寡聚蛋白或多體蛋白。（寡聚蛋白中亞基可以是相同的或不相同的，亞基相同時，分子具有對稱性） 實質：蛋白質的四級結構實際上研究亞基之間的相互作用、空間排布及亞基接觸部位的空間布局。維持蛋白質四級結構的主要作用力在蛋白質四級結構中，亞基之間的作用力主要包括：氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水鍵。即亞基之間通過次級鍵彼此締合在一起（二硫鍵？）疏水鍵是最主要的作用力。1.5 蛋白質的理化性質及分離純化一、蛋白質的兩性電離和等電點 p291 掌握 蛋白質與氨基酸相似，也具有兩性電離的性質。蛋白質的多肽鏈含有末端氨基和羧基，一些側鏈上含有可解離的基團，有的可以接受氫離子，有的可以電離出氫離子，因此蛋白質具有酸堿兩性電離的性質。它的兩性電離比氨基酸復雜。 對某一蛋白質而言，在某一pH下，當它所帶正負電荷相等的時候，該溶液的pH就稱為該蛋白質的等電點。 蛋白質的等電點的大小與蛋白質的氨基酸組成有關。 蛋白質溶液有許多高分子溶液的性質，如：擴散慢、易沉降、 粘度大、不能透過半透膜，在水溶液中可形成親水的膠體。 蛋白質膠體溶液的穩(wěn)定因素：水化膜、帶電荷。當破壞這兩個因素時，蛋白質中從溶液中析出而產生沉淀。 三、蛋白質的沉淀作用 使蛋白質從溶液中析出的現象稱為沉淀，方法有： 1. 鹽析：在蛋白質的水溶液中，加入大量高濃度的強電解質鹽如硫酸胺、氯化鈉、硫酸鈉等，使蛋白質從溶液中析出，稱為蛋白質的鹽析。而低濃度的鹽溶液加入蛋白質溶液中，會導致蛋白質的溶解度增加，該現象稱為鹽溶。 鹽析的機理：破壞蛋白質的水化膜，中和表面的凈電荷。 鹽析法是最常用的蛋白質沉淀方法，該方法不會使蛋白質產生變性 2.有機溶劑沉淀法：在蛋白質溶液中，加入能與水互溶的有機溶劑如乙醇、丙酮等，蛋白質產生沉淀。 有機溶劑沉淀法的機理：破壞蛋白質的水化膜。 有機溶液沉淀蛋白質通常在低溫條件下進行，否則有機溶劑與水互溶產生的溶解熱會使蛋白質產生變性。 3.重金屬鹽沉淀（條件：pH 稍大于pI為宜）：在蛋白質溶液中加入重金屬鹽溶液，會使蛋白質沉淀。 重金屬沉淀法的機理：重金屬鹽加入之后，與帶負電的羧基結合。 重金屬沉淀蛋白質會使蛋白質產生變性，長期從事重金屬作業(yè)的人應多吃高蛋白食品，以防止重金屬離子被機體吸收后造成對機體的損害。 4.生物堿試劑沉淀法（條件：pH稍小于pI） 生物堿是植物組織中具有顯著生理作用的一類含氮的堿性物質。能夠沉淀生物堿的試劑稱為生物堿試劑。生物堿試劑一般為弱酸性物質，如單寧酸、苦味酸、三氯乙酸等。 生物堿試劑沉淀蛋白質的機理：在酸性條件下，蛋白質帶正電，可以與生物堿試劑的酸根離子結合而產生沉淀。 “柿石癥”的產生就是由于空腹吃了大量的柿子，柿子中含有大量的單寧酸，使腸胃中的蛋白質凝固變性而成為不能被消化的“柿石”。 5.弱酸或弱堿沉淀法：用弱酸或弱堿調節(jié)蛋白質溶液的pH處于等電點處，使蛋白質沉淀。 弱酸或弱堿沉淀法機理：破壞蛋白質表面凈電荷。 四、蛋白質的變性作用、結絮和凝固 1.蛋白質變性的概念：天然蛋白質受物理或化學因素的影響后，使其失去原有的生物活性，并伴隨著物理化學性質的改變，這種作用稱為蛋白質的變性。 2.使蛋白質變性的因素 1）物理因素：高溫、高壓、射線等 2）化學因素：強酸、強堿、重金屬鹽等 3.變性的本質： 分子中各種次級鍵斷裂，使其空間構象從緊密有序的 狀態(tài)變成松散無4. 蛋白質變性后的表現：生物活性喪失；溶解度降低，對于球狀蛋白粘度增加；生化反應易進行；光吸收系數增大；組分和分子量不變。序的狀態(tài)，一級結構不破壞。五、蛋白質的顏色反應 蛋白質的顏色反應主要與其定性、定量測定有關： 1.茚三酮反應：多肽與蛋白質都能與之反應生成藍色