探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)

1、第四章第四章 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 第一節(jié)：研究蛋白質(zhì)構(gòu)像的方法 1、X 射線衍射法 2、紫外差光譜 3、熒光偏振 4、圓二色性 5、核磁共振（NMR) 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 第二節(jié)、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的第二節(jié)、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的 作用力作用力 氫鍵 鹽鍵 疏水相互作用 范德華力 二硫鍵（共價鍵） 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 1 1、氫鍵、氫鍵 氫鍵的形成氫鍵的形成 氫鍵是由兩個電負性原子對氫鍵是由兩個電負性原子對 氫原子的靜電引力所形成，是一種特殊氫原子的靜電引力所形成，是一種特殊 形式的偶極形式的偶極偶極鍵。它是質(zhì)子給予體偶極鍵。它是質(zhì)子給予體 X-HX-H和質(zhì)子接受體和質(zhì)子接受體

2、Y Y之間的一種特殊類型之間的一種特殊類型 的相互作用。的相互作用。 氫鍵的大小和方向氫鍵的大小和方向 氫鍵的鍵能比共價鍵氫鍵的鍵能比共價鍵 弱，比范德華力強，氫鍵具有兩個重要弱，比范德華力強，氫鍵具有兩個重要 的特性：一個是方向性，另一個是飽和的特性：一個是方向性，另一個是飽和 性性探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 2 2、 范德華力范德華力 廣義的范德華力包括三種較弱的作用力，廣義的范德華力包括三種較弱的作用力， 即定向效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)和分散效應(yīng)。即定向效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)和分散效應(yīng)。 定向效應(yīng)發(fā)生在極性分子和極性分子之定向效應(yīng)發(fā)生在極性分子和極性分子之 間，是永久偶極間的相互作用，例如氫間，是永久偶極間的相

3、互作用，例如氫 鍵。鍵。 狹義的范德華力是指的分散效應(yīng)。他是狹義的范德華力是指的分散效應(yīng)。他是 一種很弱的作用力，而且隨非共價鍵合一種很弱的作用力，而且隨非共價鍵合 原子或分子間距離（原子或分子間距離（R)R)的的6 6次方倒數(shù)即次方倒數(shù)即 1/R61/R6而變化。而變化。 范德華力包括引力和排斥力，因此范德范德華力包括引力和排斥力，因此范德 華力（吸引力）只有當(dāng)兩個非鍵合原子華力（吸引力）只有當(dāng)兩個非鍵合原子 處于一定距離時才能達到最大，這距離處于一定距離時才能達到最大，這距離 稱為范德華距離，它等于兩個原子的范稱為范德華距離，它等于兩個原子的范 德華半徑之和。德華半徑之和。 探討蛋白質(zhì)的三

4、維結(jié)構(gòu) 3 3、疏水作用、疏水作用 （熵效應(yīng)）（熵效應(yīng)） 疏水作用：水介質(zhì)中球狀蛋疏水作用：水介質(zhì)中球狀蛋 白質(zhì)的折疊總是傾向于把疏白質(zhì)的折疊總是傾向于把疏 水殘基埋藏在分子內(nèi)部，這水殘基埋藏在分子內(nèi)部，這 一現(xiàn)象稱為疏水效應(yīng)，但不一現(xiàn)象稱為疏水效應(yīng)，但不 是形成所謂的疏水鍵。他在是形成所謂的疏水鍵。他在 穩(wěn)定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)方面穩(wěn)定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)方面 占有突出的地位。占有突出的地位。 疏水相互作用其實并不是疏疏水相互作用其實并不是疏 水基團之間有什么吸引力的水基團之間有什么吸引力的 緣故，而是疏水基團或疏水緣故，而是疏水基團或疏水 側(cè)鏈出自避開水的需要而被側(cè)鏈出自避開水的需要而被 迫接近。

5、迫接近。 蛋白質(zhì)溶液系統(tǒng)的熵增加是蛋白質(zhì)溶液系統(tǒng)的熵增加是 疏水相互作用的主要動力。疏水相互作用的主要動力。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 4 4、鹽鍵（離子鍵）、鹽鍵（離子鍵） 它是正電荷于負電荷之間的一種靜電相互作用它是正電荷于負電荷之間的一種靜電相互作用 F=QF=Q1 1Q Q2 2/ /R2R2 在生理在生理pHpH下，蛋白質(zhì)中的酸性氨基酸的側(cè)鏈可下，蛋白質(zhì)中的酸性氨基酸的側(cè)鏈可 解離成負離子，堿性氨基酸可解離成正離子。解離成負離子，堿性氨基酸可解離成正離子。 在多數(shù)情況下這些基團都分布在球狀蛋白質(zhì)表在多數(shù)情況下這些基團都分布在球狀蛋白質(zhì)表 面，而與介質(zhì)水分子發(fā)生電荷面，而與介質(zhì)水分子發(fā)生電

6、荷- -偶極之間的相偶極之間的相 互作用，形成排列有序的水化層。互作用，形成排列有序的水化層。 帶電荷的側(cè)鏈在分子內(nèi)部一般與其他基團形成帶電荷的側(cè)鏈在分子內(nèi)部一般與其他基團形成 較強的氫鍵，形成鹽鍵的機會較少。較強的氫鍵，形成鹽鍵的機會較少。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 5 5、二硫鍵、二硫鍵 二硫鍵的形成并不規(guī)定多肽鏈的折疊，然二硫鍵的形成并不規(guī)定多肽鏈的折疊，然 而一旦蛋白質(zhì)采取了他的三維結(jié)構(gòu)則二硫而一旦蛋白質(zhì)采取了他的三維結(jié)構(gòu)則二硫 鍵的形成將對此構(gòu)象起穩(wěn)定作用。鍵的形成將對此構(gòu)象起穩(wěn)定作用。 在多數(shù)情況下，二硫鍵在多肽鏈的在多數(shù)情況下，二硫鍵在多肽鏈的B-轉(zhuǎn)角附轉(zhuǎn)角附 近形成。近形成。 探討

7、蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 第三節(jié)：第三節(jié)：多肽主鏈折疊的空間限制多肽主鏈折疊的空間限制 1 1、酰胺平面與、酰胺平面與a-a-碳原子的二面角（碳原子的二面角（） 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 2、可允許的值：拉氏構(gòu)象圖 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 一般認為，驅(qū)動蛋白質(zhì)折疊的主要動力是熵效一般認為，驅(qū)動蛋白質(zhì)折疊的主要動力是熵效 應(yīng)；折疊的結(jié)果是疏水基團埋藏在分子內(nèi)部，應(yīng)；折疊的結(jié)果是疏水基團埋藏在分子內(nèi)部， 親水性基團暴露在分子表面。在形成分子數(shù)水親水性基團暴露在分子表面。在形成分子數(shù)水 核心的同時必然有一部分主鏈也被埋在里面。核心的同時必然有一部分主鏈也被埋在里面。 由于主鏈本身是高度親水性

8、的，這樣就產(chǎn)生了由于主鏈本身是高度親水性的，這樣就產(chǎn)生了 矛盾。只有處于分子內(nèi)部的主鏈極性基團也被矛盾。只有處于分子內(nèi)部的主鏈極性基團也被 氫鍵中和，矛盾才能解決。正是在這種能量平氫鍵中和，矛盾才能解決。正是在這種能量平 衡中，蛋白質(zhì)主鏈的折疊產(chǎn)生由氫鍵維系的有衡中，蛋白質(zhì)主鏈的折疊產(chǎn)生由氫鍵維系的有 規(guī)則的構(gòu)象，成為二級結(jié)構(gòu)。規(guī)則的構(gòu)象，成為二級結(jié)構(gòu)。 主要有主要有 - -螺旋、螺旋、 - -折疊、折疊、 - -轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲。轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲。 第四節(jié)、二級結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 1 1、 - -螺旋螺旋 -helix-helix - -螺旋是蛋白質(zhì)中最常見、最

9、典型、含量螺旋是蛋白質(zhì)中最常見、最典型、含量 最豐富的二級結(jié)構(gòu)元件。最豐富的二級結(jié)構(gòu)元件。 在在 - -螺旋中肽平面的鍵長和鍵角一定；螺旋中肽平面的鍵長和鍵角一定； 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 多肽鏈中的各個肽平面圍繞同一多肽鏈中的各個肽平面圍繞同一 軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一 周，沿軸上升的距離即螺距為周，沿軸上升的距離即螺距為 0.54nm,0.54nm,含含3.63.6個氨基酸殘基；兩個氨基酸殘基；兩 個氨基酸之間的距離為個氨基酸之間的距離為0.15nm;0.15nm; 肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取向幾肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取向幾 乎與軸平行，第一個氨基酸殘基乎與軸平

10、行，第一個氨基酸殘基 的酰胺基團的的酰胺基團的-CO-CO基與第四個氨基與第四個氨 基酸殘基酰胺基團的基酸殘基酰胺基團的- -NHNH基形成基形成 氫鍵。氫鍵。 由氫鍵閉合的環(huán)是由氫鍵閉合的環(huán)是1313元環(huán)，因此元環(huán)，因此 也稱為也稱為3.63.613 13。 。3n+43n+4 蛋白質(zhì)分子為右手蛋白質(zhì)分子為右手 - -螺旋。右手螺旋。右手 的比左手的穩(wěn)定。的比左手的穩(wěn)定。 - -螺旋螺旋 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) - -螺旋螺旋 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 2 2、 - -折疊折疊 - -折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽 鏈平行排列（每條肽鏈稱為鏈平行排列（每條肽鏈

11、稱為B-B-折疊股），通折疊股），通 過股間的氫鍵交聯(lián)而形成的。肽鏈的主鏈呈過股間的氫鍵交聯(lián)而形成的。肽鏈的主鏈呈 鋸齒狀折疊構(gòu)象鋸齒狀折疊構(gòu)象 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 在在 - -折疊中，折疊中， - -碳原子總是處于折疊的角上，氨基酸的碳原子總是處于折疊的角上，氨基酸的R R基團處于折基團處于折 疊的棱角上并與棱角垂直，兩個氨基酸之間的軸心距為疊的棱角上并與棱角垂直，兩個氨基酸之間的軸心距為0.350.35nmnm； 幾乎所有肽鍵都參與鏈內(nèi)氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長軸接近垂直。幾乎所有肽鍵都參與鏈內(nèi)氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長軸接近垂直。 - -折疊有兩種類型。一種為平行式，即所有肽鏈的折疊有兩種

12、類型。一種為平行式，即所有肽鏈的N-N-端都在同一邊，。端都在同一邊，。 另一種為反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。另一種為反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。 在纖維狀蛋白質(zhì)中，在纖維狀蛋白質(zhì)中，B-B-折疊主要是反平行的，在球狀蛋白質(zhì)當(dāng)中，二折疊主要是反平行的，在球狀蛋白質(zhì)當(dāng)中，二 者均有。者均有。 2 2、 - - 折疊折疊 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 3 3、 - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 -turn-turn 在在 - -轉(zhuǎn)角部分，由四個氨基轉(zhuǎn)角部分，由四個氨基 酸殘基組成酸殘基組成; ; 彎曲處的第一個氨基酸殘基彎曲處的第一個氨基酸殘基 的的 -C=O -C=O 和第四個殘基的和第四個殘基的 N-H

13、 N-H 之間形成氫鍵，形成之間形成氫鍵，形成 一個不很穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。一個不很穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。 這類結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋這類結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋 白分子的表面。白分子的表面。 - -轉(zhuǎn)角處的氨基酸多為脯氨轉(zhuǎn)角處的氨基酸多為脯氨 酸和甘氨酸。酸和甘氨酸。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 4.無規(guī)則卷曲： 沒有規(guī)則的那部分肽鏈構(gòu)象。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 例子：纖維狀蛋白質(zhì)例子：纖維狀蛋白質(zhì) 纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)(fibrous protein)(fibrous protein)廣泛地分布廣泛地分布 于脊椎和無脊椎動物體內(nèi)，它是動物體的基本于脊椎和無脊椎動物體內(nèi)，它是動物體的基本 支架和外保護成分，支

14、架和外保護成分， 占脊推動物體內(nèi)蛋白質(zhì)占脊推動物體內(nèi)蛋白質(zhì) 總量的一半成一半以上?？偭康囊话氤梢话胍陨稀?這類蛋白質(zhì)外形呈纖維狀或細棒狀，分子軸比這類蛋白質(zhì)外形呈纖維狀或細棒狀，分子軸比 ( (長軸短軸長軸短軸) )大于大于1()(1()(小于：小于：1010的為球狀蛋白的為球狀蛋白 質(zhì)質(zhì)) )。分子是有規(guī)則的線型結(jié)構(gòu)，這與其多膚。分子是有規(guī)則的線型結(jié)構(gòu)，這與其多膚 鏈的有規(guī)則二級結(jié)構(gòu)有關(guān)，而有規(guī)則的線型二鏈的有規(guī)則二級結(jié)構(gòu)有關(guān)，而有規(guī)則的線型二 級結(jié)構(gòu)是它們的氨基酸順序的規(guī)則性反映。級結(jié)構(gòu)是它們的氨基酸順序的規(guī)則性反映。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 纖維狀蛋白質(zhì)可分為不溶性纖維狀蛋白質(zhì)可分為不溶性

15、( (硬蛋白硬蛋白) )和可和可 溶性二類，前者有角蛋白、膠原蛋白和彈溶性二類，前者有角蛋白、膠原蛋白和彈 性蛋白等；性蛋白等； 后者有肌球蛋白和纖維蛋白原等，但不包后者有肌球蛋白和纖維蛋白原等，但不包 括微管括微管(microtubule)(microtubule)、肌動蛋白細絲、肌動蛋白細絲 (actin filament)(actin filament)或鞭毛或鞭毛( flagella)( flagella)，它，它 們是球狀蛋白質(zhì)的長向聚集體們是球狀蛋白質(zhì)的長向聚集體(aggregate)(aggregate)。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 1 1、a-a-角蛋白角蛋白 KeratinKer

16、atin 角蛋白來源于外胚層，廣泛存在于動物的皮膚角蛋白來源于外胚層，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，及皮膚的衍生物，如毛發(fā)、甲、角、鱗和羽等， 屬于結(jié)構(gòu)蛋白。角蛋白分為屬于結(jié)構(gòu)蛋白。角蛋白分為 - -角蛋白和角蛋白和 - -角蛋角蛋 白。白。 - -角蛋白主要由角蛋白主要由 - -螺旋構(gòu)象的多肽鏈組成中央螺旋構(gòu)象的多肽鏈組成中央 棒狀區(qū)棒狀區(qū) ，兩邊是非螺旋區(qū)，兩邊是非螺旋區(qū) 。 a-a-角蛋白是角蛋白是一般是由三條右一般是由三條右 手手 - -螺旋向左纏繞形成一個初原纖維（螺旋向左纏繞形成一個初原纖維（2nm) 2nm) ， 初原纖維在排列成初原纖維在排列成

17、9+29+2電纜式結(jié)構(gòu)，稱為微電纜式結(jié)構(gòu)，稱為微 原纖維（原纖維（8nm)8nm)。成百根微原纖維在結(jié)合成為一。成百根微原纖維在結(jié)合成為一 不規(guī)則的纖維束，稱為大原纖維不規(guī)則的纖維束，稱為大原纖維( 200nm)( 200nm)。他。他 們是毛發(fā)的結(jié)構(gòu)元件。們是毛發(fā)的結(jié)構(gòu)元件。 a-a-角蛋白的肽鏈之間角蛋白的肽鏈之間 有二硫鍵交聯(lián)以維持其穩(wěn)定性有二硫鍵交聯(lián)以維持其穩(wěn)定性 - -角蛋白的伸縮性能很好，當(dāng)角蛋白的伸縮性能很好，當(dāng) - -角蛋白被過度角蛋白被過度 - -拉伸時，則氫鍵被破壞而不能復(fù)原。拉伸時，則氫鍵被破壞而不能復(fù)原。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 角角 蛋蛋 白白 分分 子子 中中 的的

18、二二 硫硫 鍵鍵 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 毛發(fā)的結(jié)構(gòu)毛發(fā)的結(jié)構(gòu) 一根毛發(fā)周圍是一層一根毛發(fā)周圍是一層 鱗狀細胞鱗狀細胞(scaIe (scaIe cell)cell)，中間為皮層，中間為皮層 細胞細胞(cortical (cortical celI)celI)。皮層細胞橫。皮層細胞橫 截面直徑約為截面直徑約為2020 m m。 在這些細胞中，大纖在這些細胞中，大纖 維沿軸向排列。所以維沿軸向排列。所以 一根毛發(fā)具有高度有一根毛發(fā)具有高度有 序的結(jié)構(gòu)。序的結(jié)構(gòu)。 毛發(fā)性能就決定于毛發(fā)性能就決定于 螺旋結(jié)構(gòu)以及這螺旋結(jié)構(gòu)以及這 樣的組織方式。樣的組織方式。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 卷發(fā)卷發(fā)( (燙發(fā)燙

19、發(fā)) )的生物化學(xué)基礎(chǔ)的生物化學(xué)基礎(chǔ) 永久性卷發(fā)永久性卷發(fā)( (燙發(fā)燙發(fā)) )是一項生物化學(xué)工程是一項生物化學(xué)工程 (biochemical engineering),(biochemical engineering), 角蛋白在濕熱角蛋白在濕熱 條件下可以伸展轉(zhuǎn)變?yōu)闂l件下可以伸展轉(zhuǎn)變?yōu)?構(gòu)象，但在冷卻干燥時構(gòu)象，但在冷卻干燥時 又可自發(fā)地恢復(fù)原狀。又可自發(fā)地恢復(fù)原狀。 這是因為這是因為 角蛋白的側(cè)鏈角蛋白的側(cè)鏈R R基一般都比較大，不基一般都比較大，不 適于處在適于處在 構(gòu)象狀態(tài)，此外構(gòu)象狀態(tài)，此外 角蛋白中的螺旋角蛋白中的螺旋 多肽鏈間有著很多的二硫鍵交聯(lián)，這些交聯(lián)鍵也多肽鏈間有著很多的二

20、硫鍵交聯(lián)，這些交聯(lián)鍵也 是當(dāng)外力解除后使肽鏈恢復(fù)原狀是當(dāng)外力解除后使肽鏈恢復(fù)原狀( ( 螺旋構(gòu)象螺旋構(gòu)象) ) 的重要力量。這就是卷發(fā)行業(yè)的生化基礎(chǔ)。的重要力量。這就是卷發(fā)行業(yè)的生化基礎(chǔ)。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 2 2、 - -角蛋白角蛋白 絲心蛋白絲心蛋白(fibroin)(fibroin)這是蠶這是蠶 絲和蜘蛛絲的一種蛋白質(zhì)。絲和蜘蛛絲的一種蛋白質(zhì)。 絲心蛋白具有抗張強度高，絲心蛋白具有抗張強度高， 質(zhì)地柔軟的特性，但不能質(zhì)地柔軟的特性，但不能 拉伸。它具有拉伸。它具有0.7nm0.7nm周期，周期， 這與這與 角蛋白在濕熱中角蛋白在濕熱中 伸展后形成的伸展后形成的 角蛋白很角蛋白很 相似

21、相似(0.65nm(0.65nm周期周期) )。絲心。絲心 蛋白是典型的反平行式蛋白是典型的反平行式 - - 折疊片，多肽鏈取鋸齒狀折疊片，多肽鏈取鋸齒狀 折疊構(gòu)象，側(cè)鏈交替地分折疊構(gòu)象，側(cè)鏈交替地分 布在折疊片的兩側(cè)。布在折疊片的兩側(cè)。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 絲蛋白的絲蛋白的 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 絲蛋白是由伸展的肽鏈沿纖維軸平行排列成反向絲蛋白是由伸展的肽鏈沿纖維軸平行排列成反向 - -折疊折疊 結(jié)構(gòu)。分子中不含結(jié)構(gòu)。分子中不含 - -螺旋。絲蛋白的肽鏈通常是由多個螺旋。絲蛋白的肽鏈通常是由多個 六肽單元重復(fù)而成。主要是由具有小側(cè)鏈的甘氨酸、絲六肽單元重復(fù)而成。主要是由具有小側(cè)鏈的甘氨酸、絲 氨酸和丙

22、氨酸組成，每隔一個殘基就有一個甘氨酸。這氨酸和丙氨酸組成，每隔一個殘基就有一個甘氨酸。這 六肽的氨基酸順序為：六肽的氨基酸順序為： - -（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-AlaGly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala）n n- - 絲心蛋白分子去片層結(jié)構(gòu)即反平行的 - -折疊片以平行的折疊片以平行的 方式堆積成多層結(jié)構(gòu)。鏈間主要以氫鍵連接，層間主要方式堆積成多層結(jié)構(gòu)。鏈間主要以氫鍵連接，層間主要 靠范德華力。靠范德華力。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 3 3、膠原蛋白、膠原蛋白 1 1）類型和分布：）類型和分布： 膠原蛋白或稱膠原膠原蛋白或稱膠原(collagen

23、)(collagen)是很多脊椎動是很多脊椎動 物和無脊椎動物體內(nèi)含量最豐富的蛋白質(zhì)，物和無脊椎動物體內(nèi)含量最豐富的蛋白質(zhì)， 它也屬于結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，使骨、腱、軟骨和皮它也屬于結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，使骨、腱、軟骨和皮 膚具有機械強度。膠原蛋白包括多種類型，膚具有機械強度。膠原蛋白包括多種類型， 分別稱膠原蛋白分別稱膠原蛋白I I、IIII、IIIIII型等。腱的膠原型等。腱的膠原 纖維具有很高的抗張強度纖維具有很高的抗張強度(tensile (tensile strength)strength)，約為，約為20-30kg20-30kgmm2mm2， 相當(dāng)于相當(dāng)于 1212號冷拉鋼絲的拉力。號冷拉鋼絲的拉力。

24、 骨骼中的膠原纖維為骨骼提供基質(zhì)，在它的骨骼中的膠原纖維為骨骼提供基質(zhì)，在它的 周圍排列著羥磷灰石周圍排列著羥磷灰石(hydroxyapatite)(hydroxyapatite)磷磷 酸鈣聚合物酸鈣聚合物Ca10(PO4)6(OH)2Ca10(PO4)6(OH)2結(jié)晶。脊椎動結(jié)晶。脊椎動 物的皮膚含有組織比較疏松，向各個方向伸物的皮膚含有組織比較疏松，向各個方向伸 展的膠原纖維。血管亦含有膠原纖維。展的膠原纖維。血管亦含有膠原纖維。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 膠膠 原原 蛋蛋 白白 的的 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 2 2）結(jié)構(gòu)特征：）結(jié)構(gòu)特征： 膠原蛋白在體內(nèi)以膠原纖維的形式存在。其基膠

25、原蛋白在體內(nèi)以膠原纖維的形式存在。其基 本組成單位是原膠原蛋白分子本組成單位是原膠原蛋白分子( (tropocollagen) )， 長度為長度為280nm280nm，直徑為，直徑為1.5nm1.5nm，分子量為，分子量為300000300000。 原膠原蛋白分子經(jīng)多級聚合形成膠原纖維。在原膠原蛋白分子經(jīng)多級聚合形成膠原纖維。在 電子顯微鏡下，膠原纖維呈現(xiàn)特有的橫紋區(qū)帶，電子顯微鏡下，膠原纖維呈現(xiàn)特有的橫紋區(qū)帶， 區(qū)帶間距為區(qū)帶間距為60-70nm60-70nm，其大小取決于膠原的類型，其大小取決于膠原的類型 和生物來源；和生物來源； 原膠原蛋白分子在膠原纖維中都是有規(guī)則地按原膠原蛋白分子在膠

26、原纖維中都是有規(guī)則地按 四分之一錯位排列，首尾相接，并行排列組成四分之一錯位排列，首尾相接，并行排列組成 纖維束。纖維束。 由于原膠原肽鏈上殘基所帶電荷不同，因而電由于原膠原肽鏈上殘基所帶電荷不同，因而電 子密度不同，這樣通過子密度不同，這樣通過1 14 4錯位排列便形成間錯位排列便形成間 隔一定的（大約隔一定的（大約70nm)70nm)電子密度區(qū)域，而呈現(xiàn)橫電子密度區(qū)域，而呈現(xiàn)橫 紋區(qū)帶。紋區(qū)帶。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 膠原蛋白的二級結(jié)構(gòu)是由三條肽鏈組成的三股膠原蛋白的二級結(jié)構(gòu)是由三條肽鏈組成的三股 螺旋，這是螺旋，這是種右手超螺旋結(jié)構(gòu)。螺距為種右手超螺旋結(jié)構(gòu)。螺距為 8.6nm8.6nm，

27、每圈每股包含，每圈每股包含3030個殘基。其中每一股個殘基。其中每一股 螺旋又是一種特殊的左手螺旋，螺距為螺旋又是一種特殊的左手螺旋，螺距為0.95nm0.95nm， 每一螺圈含每一螺圈含3.33.3個殘基個殘基, ,每一殘基沿軸向的距離每一殘基沿軸向的距離 為為0.29nm0.29nm。 膠原三螺旋只存在于膠原纖維中。至今沒有在膠原三螺旋只存在于膠原纖維中。至今沒有在 球狀蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)。球狀蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)。 一級結(jié)構(gòu)分析表明，一級結(jié)構(gòu)分析表明， 肽鏈的肽鏈的96%96%都是按三聯(lián)體都是按三聯(lián)體 的重復(fù)順序：的重復(fù)順序：(g1y(g1yx xy)ny)n排列而成。排列而成。GlyGly數(shù)數(shù) 目占

28、殘基總數(shù)的三分之一目占殘基總數(shù)的三分之一x x常為常為ProPro，y y常為常為 Hpro(Hpro(羥脯氨酸羥脯氨酸) )和和HlysHlys（羥賴氨酸）。（羥賴氨酸）。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 膠原蛋白 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 生物體內(nèi)膠原蛋白網(wǎng)生物體內(nèi)膠原蛋白網(wǎng) 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 第六節(jié)：超二級結(jié)構(gòu)： 超二級結(jié)構(gòu)是介于蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)和三 級結(jié)構(gòu)之間的空間結(jié)構(gòu),指相鄰的二級結(jié)構(gòu) 單元組合在一起，彼此相互作用，排列形成 規(guī)則的、在空間結(jié)構(gòu)上能夠辨認的二級結(jié)構(gòu) 組合體，并充當(dāng)三級結(jié)構(gòu)的構(gòu)件（block building），其基本形式有、和 等。多數(shù)情況下只有非極性殘基側(cè)鏈 參與這些相互作用,

29、而親水側(cè)鏈多在分子的 外表面。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 超二級結(jié)構(gòu)類型超二級結(jié)構(gòu)類型 A ；B 單元；C Rossman折疊，螺旋處于 折疊片上側(cè)；D 發(fā)夾；E 曲折；F 希臘鑰匙拓撲 結(jié)構(gòu)） 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 細胞色素C的結(jié)構(gòu) 是種螺旋束,經(jīng) 常是由兩股平行或反平行 排列的右手螺旋段相互纏 繞而成的左手卷曲螺旋或 稱超螺旋。螺旋束中還 發(fā)現(xiàn)有三股和四股螺旋。 卷曲螺旋是纖維狀蛋白質(zhì) 如角蛋白肌球蛋白和 原肌球蛋白的主要結(jié)構(gòu)元 件,也存在于球狀蛋白質(zhì)中。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 細胞核抗原的結(jié)構(gòu) 最簡單的組合也稱單元( unit),它是由兩段平行折疊股和一段作為連接鏈 (connector)的

30、螺旋組成, 股之間還有氫鍵相連； 連接鏈反平行的交叉在折疊片的一側(cè), 折疊片的 疏水側(cè),鏈面向螺旋的疏水面,彼此緊密裝配.作為連 接的除了螺旋還可以是無規(guī)卷曲。最常見的 組合是由三段平行的股和兩段螺旋構(gòu)成(圖C),相 當(dāng)于兩個單元組合在一起,稱Rossman折疊 ()。由于L-氨基酸的伸展多肽鏈(股)傾 向于采取右手扭曲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生幾乎所有實例多種連接鏈 都是右手交叉,這是種拓撲學(xué)現(xiàn)象。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 纖溶酶原的纖溶酶原的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 就是反平行就是反平行折疊片在球狀蛋白質(zhì)中由一條多肽鏈的折疊片在球狀蛋白質(zhì)中由一條多肽鏈的 若干段若干段折疊股反平行組合而成折疊股反平行組合而成,兩個兩個股之間通

31、過一個股之間通過一個 短回環(huán)短回環(huán)(發(fā)夾發(fā)夾)連接起來連接起來 。最簡單的。最簡單的折疊花式是折疊花式是發(fā)夾發(fā)夾 (hairpin)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu),由幾個由幾個發(fā)夾可以形成更大更復(fù)雜的發(fā)夾可以形成更大更復(fù)雜的 折疊片圖案折疊片圖案,如如曲折和希臘鑰匙拓撲結(jié)構(gòu)。曲折和希臘鑰匙拓撲結(jié)構(gòu)。曲折曲折( meander)是種常見的超二級結(jié)構(gòu)是種常見的超二級結(jié)構(gòu),由氨基酸序列上連續(xù)由氨基酸序列上連續(xù) 的多個反平行的多個反平行折疊股通過緊湊的折疊股通過緊湊的轉(zhuǎn)角連接而成轉(zhuǎn)角連接而成,含含 有與有與螺旋相近數(shù)目的氫鍵螺旋相近數(shù)目的氫鍵,穩(wěn)定性高。希臘鑰匙拓撲穩(wěn)定性高。希臘鑰匙拓撲 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(Greek key to

32、pology)也是反平行也是反平行折疊片中常出現(xiàn)折疊片中常出現(xiàn) 的一種折疊花式的一種折疊花式,這種拓撲結(jié)構(gòu)有兩種可能的回旋方向這種拓撲結(jié)構(gòu)有兩種可能的回旋方向, 但實際上只存在其中一種。當(dāng)折疊片的親水面朝向觀但實際上只存在其中一種。當(dāng)折疊片的親水面朝向觀 察者時察者時,從從N到到C末端回旋幾乎總是逆時針的。末端回旋幾乎總是逆時針的。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu) (螺旋螺旋-折迭折迭-折迭模序折迭模序) 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子MyoD的螺旋的螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋模序螺旋模序 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 第七節(jié)：蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)第七節(jié)：蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 1.1.蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋

33、白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中所有原子或基團指多肽鏈中所有原子或基團 的空間排列。的空間排列。 三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)( (Tertiary Structure) )是指在二級結(jié)構(gòu)是指在二級結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ)上，肽鏈的不同區(qū)段的側(cè)鏈基團相互作用基礎(chǔ)上，肽鏈的不同區(qū)段的側(cè)鏈基團相互作用 在空間進一步盤繞、折疊形成的包括主鏈和側(cè)在空間進一步盤繞、折疊形成的包括主鏈和側(cè) 鏈構(gòu)象在內(nèi)的特征三維結(jié)構(gòu)。鏈構(gòu)象在內(nèi)的特征三維結(jié)構(gòu)。 維系這種特定結(jié)構(gòu)的力主要有氫鍵、疏水相互維系這種特定結(jié)構(gòu)的力主要有氫鍵、疏水相互 作用作用、離子鍵和范德華力等。尤其是疏水作用作用、離子鍵和范德華力等。尤其是疏水 相互，在蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)中起著重要作

34、用。相互，在蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)中起著重要作用。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 2. 模序模序(motif)與結(jié)構(gòu)域與結(jié)構(gòu)域(domain) 模序又叫模體、基序、基元：是蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)模序又叫模體、基序、基元：是蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu) 中某些立體形狀或拓撲結(jié)構(gòu)頗為類似的局部區(qū)域，常中某些立體形狀或拓撲結(jié)構(gòu)頗為類似的局部區(qū)域，常 有特殊的結(jié)合功能。其序列長度一般也比結(jié)構(gòu)域短。有特殊的結(jié)合功能。其序列長度一般也比結(jié)構(gòu)域短。 如與如與DNA結(jié)合調(diào)控基因表達的幾種結(jié)構(gòu)單元。結(jié)合調(diào)控基因表達的幾種結(jié)構(gòu)單元。 有些有些 模序僅由幾個氨基酸殘基組成，如：纖連蛋白中與受模序僅由幾個氨基酸殘基組成，如：

35、纖連蛋白中與受 體結(jié)合的肽段，只有體結(jié)合的肽段，只有Arg-Gly-AspR三肽。三肽。 結(jié)構(gòu)域：是蛋白質(zhì)分子中較長的相似序列在立體結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)域：是蛋白質(zhì)分子中較長的相似序列在立體結(jié)構(gòu)中 形成相對獨立或半獨立的部分，可具有一定的功能。形成相對獨立或半獨立的部分，可具有一定的功能。 結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白的基本功能單位，具有生物活性的結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白的基本功能單位，具有生物活性的 蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的形成實質(zhì)上是特定結(jié)構(gòu)域形成的過蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的形成實質(zhì)上是特定結(jié)構(gòu)域形成的過 程，多肽鏈折疊的最后一步是結(jié)構(gòu)域的締合。程，多肽鏈折疊的最后一步是結(jié)構(gòu)域的締合。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)域形成的優(yōu)點結(jié)構(gòu)域形成

36、的優(yōu)點 從結(jié)構(gòu)形成的角度看：一條長的多肽鏈先分別折疊成從結(jié)構(gòu)形成的角度看：一條長的多肽鏈先分別折疊成 幾個相對獨立的區(qū)域，再締合成三級結(jié)構(gòu)要比整條多幾個相對獨立的區(qū)域，再締合成三級結(jié)構(gòu)要比整條多 肽鏈直接折疊成三級結(jié)構(gòu)在動力學(xué)上更合理。肽鏈直接折疊成三級結(jié)構(gòu)在動力學(xué)上更合理。 從功能角度看：具有多結(jié)構(gòu)域的酶，其活性中心都位從功能角度看：具有多結(jié)構(gòu)域的酶，其活性中心都位 于結(jié)構(gòu)域之間。通過結(jié)構(gòu)域容易構(gòu)建具有特定三維構(gòu)于結(jié)構(gòu)域之間。通過結(jié)構(gòu)域容易構(gòu)建具有特定三維構(gòu) 象的活性中心。結(jié)構(gòu)域與結(jié)構(gòu)域之間常常有一段肽鏈象的活性中心。結(jié)構(gòu)域與結(jié)構(gòu)域之間常常有一段肽鏈 相連形成相連形成“鉸鏈區(qū)鉸鏈區(qū)”，使結(jié)構(gòu)域可以發(fā)生相對運動。，使結(jié)構(gòu)域可以發(fā)生相對運動。 有利于活性中心與底物結(jié)合，也有利于別構(gòu)中心結(jié)合有利于活性中心與底物結(jié)合，也有利于別構(gòu)中心結(jié)合 調(diào)節(jié)物和發(fā)生別構(gòu)效應(yīng)。調(diào)節(jié)物和發(fā)生別構(gòu)效應(yīng)。 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 探討蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 第六節(jié)：第六節(jié)：亞基締合和四極結(jié)構(gòu)亞基締合和四極結(jié)構(gòu) 1.四級結(jié)構(gòu) 是指由多條各自具有一、二、三級結(jié)構(gòu)的肽鏈 通過非共價鍵連接起來的結(jié)構(gòu)形式；各個亞基在這 些蛋白質(zhì)中的空間排列方式及亞基之間的相互作用