蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)PPT課件

1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第二章第二章蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容第一節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第二節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析第三節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)ProteinslProtein is synthesized via the following processes: Each protein is made from the 20 standard amino acids and fold into a specific 3-D structure. DNARNAProteinGeneFunction蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)l氨基酸與多肽鏈氨基酸與多肽鏈l蛋白質(zhì)

2、的空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)l多肽鏈的折疊多肽鏈的折疊l蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系重點(diǎn)：重點(diǎn)：l蛋白質(zhì)的層次體系，二級(jí)結(jié)構(gòu)、模體與結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)的層次體系，二級(jí)結(jié)構(gòu)、模體與結(jié)構(gòu)域 l多肽鏈的折疊多肽鏈的折疊本節(jié)主要內(nèi)容：本節(jié)主要內(nèi)容：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)一、氨基酸與多肽鏈一、氨基酸與多肽鏈（一）（一） 氨基酸氨基酸All organisms use the same 20 amino acids as building blocks for the assembly of protein molecules. 20 Common Amino Acids ?蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第21和22種天

3、然氨基酸:硒半胱氨酸和吡咯賴氨酸l1986 年英國的Chamber和德國的Zinoni等發(fā)現(xiàn)了硒半胱氨酸(Selenocysteine)l2002 年美國的Srinivasan和Hao等報(bào)道發(fā)現(xiàn)了第22 種天然氨基酸吡咯賴氨酸 ( Pyrrolysine )l它們是由基因密碼子直接編碼的非標(biāo)準(zhǔn)氨基酸l其三聯(lián)體密碼子分別為UGA 和UAG蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)The 20 a a-amino acids share common structural features.Each has a carboxyl group and an amino group (but not

4、in proline) bonded to the same carbon atom, designated as the a a-carbon.Each has a different side chain (or R group, R=“Remainder of the molecule”).1. General structure蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)2. 分類分類1）疏水氨基酸）疏水氨基酸 (hydrophobic or nonpolar amino acids) : 8 Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro, Phe, Trp趨于彼此間或與其它非極性原子發(fā)生

5、疏水相互作用。側(cè)鏈一趨于彼此間或與其它非極性原子發(fā)生疏水相互作用。側(cè)鏈一般沒有化學(xué)反應(yīng)。主要位于蛋白質(zhì)分子內(nèi)部。般沒有化學(xué)反應(yīng)。主要位于蛋白質(zhì)分子內(nèi)部。2）極性氨基酸）極性氨基酸 (polar amino acids) : 極性不帶電荷：極性不帶電荷：7 Ser, Thr, Asn, Gln, Cys, Tyr, Gly. 側(cè)鏈都含有極性基團(tuán)，有不同程度的化學(xué)反應(yīng)側(cè)鏈都含有極性基團(tuán)，有不同程度的化學(xué)反應(yīng).荷電氨基酸荷電氨基酸 (charged amino acids): 5 帶負(fù)電荷帶負(fù)電荷 Asp, Glu (acidic); 帶正電荷帶正電荷 Arg, Lys, His (basic)側(cè)鏈

6、在生理?xiàng)l件下都可以解離，使其帶上正電或負(fù)電。側(cè)鏈在生理?xiàng)l件下都可以解離，使其帶上正電或負(fù)電。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)3. 單一構(gòu)型和旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體單一構(gòu)型和旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體1）構(gòu)型與構(gòu)象）構(gòu)型與構(gòu)象 （configuration and conformation）描述分子兩種不同的空間異構(gòu)現(xiàn)象。描述分子兩種不同的空間異構(gòu)現(xiàn)象。2) Only the L-amino acids have been found in proteins (D-isomers have been found only in small peptides of bacteria cell walls and in some

7、peptide antibiotics).3）優(yōu)勢構(gòu)象與旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體）優(yōu)勢構(gòu)象與旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體交錯(cuò)構(gòu)象交錯(cuò)構(gòu)象 （stagged conformation) 是能量上最有利是能量上最有利的排布方式。的排布方式。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（二）（二） 肽單位和多肽鏈肽單位和多肽鏈Peptide unit and peptide chain1. 肽鍵與多肽肽鍵與多肽pthe carboxy group of the first amino group condenses with the amino group of the next to eliminate water and yield a peptide b

8、onds. pThe peptide (amide) bond was about 1.33 (C-N single bond, 1.49; C=N double bond, 1.27), thus having partial double bond feature (should be rigid and unable to rotate freely).蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)lProteins are built up by amino acids that are linked by peptide bonds into a polypeptide chain.l三肽，四肽：三肽，四肽：20l

9、蛋白質(zhì)：幾十個(gè)蛋白質(zhì)：幾十個(gè)peptides以上以上l活性肽：活性肽：l谷胱甘肽谷胱甘肽GSH: 三肽三肽l催產(chǎn)素，加壓素：九肽催產(chǎn)素，加壓素：九肽l胰島素：胰島素：51肽肽蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)pThe polypeptide chain are divided into peptide units that go from one Ca a to the next Ca a.pThe polypeptide chain of the main chain atoms are represented as rigid peptide units, linked through the Ca a at

10、oms.2. 2. 肽單位與多肽主鏈肽單位與多肽主鏈蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（一）（一） 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次體系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次體系 聚合體（四級(jí)）聚合體（四級(jí)） 球狀蛋白（三級(jí)）球狀蛋白（三級(jí)） 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域/ /亞基亞基 模體（超二級(jí)結(jié)構(gòu)）模體（超二級(jí)結(jié)構(gòu)） 二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu) 氨基酸序列（一級(jí)）氨基酸序列（一級(jí)）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 主要由一級(jí)序列所決定主要由一級(jí)序列所決定蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)的功能 主要由三、四級(jí)結(jié)構(gòu)所決主要由三、四級(jí)結(jié)構(gòu)所決定定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)Primary structurel氨基酸的線性序列氨基酸的線性序列l(wèi)氨基酸殘

11、基之間連接的共價(jià)鍵氨基酸殘基之間連接的共價(jià)鍵l包括包括二硫鍵二硫鍵蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（三）二級(jí)結(jié)構(gòu)（三）二級(jí)結(jié)構(gòu) Secondary structure l 二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)l氨基酸殘基局部空間內(nèi)的排列氨基酸殘基局部空間內(nèi)的排列l(wèi)短程的、非共價(jià)的相互作用：氫鍵短程的、非共價(jià)的相互作用：氫鍵l周期性的結(jié)構(gòu)模式：周期性的結(jié)構(gòu)模式： l-helix-helix螺旋螺旋, -sheet, -sheet折疊片層，折疊片層，lreverse turnreverse turn回折，回折，loopsloops環(huán)肽鏈環(huán)肽鏈, coils, coils無規(guī)則卷無規(guī)則卷曲曲蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) a a - helixl1.

12、蛋白質(zhì)中最多的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)中最多的二級(jí)結(jié)構(gòu)l2. 平均長度：平均長度：10個(gè)氨基酸殘基個(gè)氨基酸殘基 (10 )l長度范圍：長度范圍：5-40aal每一圈：每一圈：3.6個(gè)個(gè)aal通過氫鍵通過氫鍵 (per 4aa) 穩(wěn)定結(jié)構(gòu)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)l通常在內(nèi)核的表面，疏水殘基向內(nèi)，親水殘基向外通常在內(nèi)核的表面，疏水殘基向內(nèi)，親水殘基向外The simplest arrangement of the polypeptide chain was proposed to be a helical structure called a a-helix (Pauling and Corey, 1951)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

13、aahelix 通過氫鍵穩(wěn)定結(jié)構(gòu)通過氫鍵穩(wěn)定結(jié)構(gòu) C = blackO = redN = blueAlso be called 3.6 13 helix.Oi to Ni+4 (n+4).蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)l形成的氫鍵都指向一個(gè)方形成的氫鍵都指向一個(gè)方向，使得向，使得a a - helix具有極具有極性：性： N短積累短積累+, C短積短積累累電荷電荷la a - helix中心沒有空腔中心沒有空腔l這使得這使得a a - helix比較穩(wěn)定，比較穩(wěn)定，主要存在于蛋白質(zhì)分子的主要存在于蛋白質(zhì)分子的表面表面蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)分類分類l右手右手螺旋：主要存在形式螺旋：主要存在形式l左手左手螺旋螺旋l310

14、螺旋：常在螺旋：常在螺旋的最后一圈螺旋的最后一圈l螺旋：螺旋：4.416，內(nèi)部有空腔，結(jié)構(gòu)松散，很少，內(nèi)部有空腔，結(jié)構(gòu)松散，很少存在存在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)R-側(cè)基分布在側(cè)基分布在aahelix 的外側(cè)的外側(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)aahelix的兩親性的兩親性l氨基酸側(cè)鏈分布在氨基酸側(cè)鏈分布在aahelix表面表面laahelix一側(cè)主要分布親水側(cè)鏈一側(cè)主要分布親水側(cè)鏈l另一側(cè)主要分布疏水側(cè)鏈另一側(cè)主要分布疏水側(cè)鏈l造成造成aahelix的兩親性的兩親性laahelix常以其疏水面相互結(jié)合，也可以其疏常以其疏水面相互結(jié)合，也可以其疏水面與其他疏水表面結(jié)合水面與其他疏水表面結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)aahelices

15、：氨基酸偏好：氨基酸偏好 lAla, Glu, Leu, Met：出現(xiàn)頻率高：出現(xiàn)頻率高lPro, Gly Tyr, Ser：出現(xiàn)頻率低：出現(xiàn)頻率低蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) -Strands & Sheetsl1. 一般不單獨(dú)出現(xiàn)，成對或多個(gè)出現(xiàn)一般不單獨(dú)出現(xiàn)，成對或多個(gè)出現(xiàn)l2. 鏈之間通過氫鍵連接，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)鏈之間通過氫鍵連接，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)l3. 相互作用的部分通過短的相互作用的部分通過短的/長的長的loop連接連接l4. 平行或反平行的平行或反平行的 sheet1. 鏈鏈 strand, 5-10 residues long, in an almost fully extended conformati

16、on蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)反平行的反平行的 -sheet蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)平行的平行的 -sheet蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)混合的混合的 -Sheets天然結(jié)構(gòu)中，天然結(jié)構(gòu)中，-Sheets都不都不是平的是平的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)l在纖維狀蛋白質(zhì)中，主要是反平行的在纖維狀蛋白質(zhì)中，主要是反平行的 -sheetl在球狀蛋白質(zhì)中，兩種都存在在球狀蛋白質(zhì)中，兩種都存在 -sheet蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)回折回折 reverse turn：-turn， -turn， -bulge 基本特征：使其所連接的肽鏈發(fā)生基本特征：使其所連接的肽鏈發(fā)生180的急轉(zhuǎn)的急轉(zhuǎn)彎彎 1） - turn 是由是由4個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸

17、殘基順序連接的一段短肽鏈殘基順序連接的一段短肽鏈 b turn is also a common secondary structure found where a polypeptide chain abruptly reverses its direction. It often connects the ends of two adjacent segments of an antiparallel -pleated sheet.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)lIt is a tight turn of 180 degrees involving four amino acid residues.lTh

18、e essence of the structure is the hydrogen bonding between the C=O group of residue n and the NH group of the residue n+3.lGly and Pro are often found in -turns. l -turn 常位于蛋白質(zhì)分子表面，使分子表面的肽常位于蛋白質(zhì)分子表面，使分子表面的肽鏈反向轉(zhuǎn)折，蛋白質(zhì)的球狀結(jié)構(gòu)得以形成。鏈反向轉(zhuǎn)折，蛋白質(zhì)的球狀結(jié)構(gòu)得以形成。l存在三種類型的標(biāo)準(zhǔn)存在三種類型的標(biāo)準(zhǔn) 轉(zhuǎn)折：轉(zhuǎn)折：I型、型、 II型、型、 III型，各型，各自對映體也存在。

19、自對映體也存在。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)I I型和型和IIII型的主要差別第二個(gè)肽單位具有相反的取向型的主要差別第二個(gè)肽單位具有相反的取向蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)2） -turn： 3個(gè)氨基酸組成個(gè)氨基酸組成 is a tight turn involving three amino acid residues. 肽鏈的轉(zhuǎn)變沒肽鏈的轉(zhuǎn)變沒有了中間的緩沖，顯得更為緊急。有了中間的緩沖，顯得更為緊急。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 3) 凸起（凸起（ -bulge)在兩個(gè)連續(xù)在兩個(gè)連續(xù) 型氫鍵之間的一個(gè)凸起區(qū)域，一股鏈上的兩型氫鍵之間的一個(gè)凸起區(qū)域，一股鏈上的兩個(gè)殘基對著另一股鏈上的一個(gè)殘基。個(gè)殘基對著另一股鏈上的一個(gè)

20、殘基。特點(diǎn)：特點(diǎn)：i.大多數(shù)連接反平行鏈；大多數(shù)連接反平行鏈； ii. 此結(jié)構(gòu)易于適應(yīng)一個(gè)單氨基酸的插入獲刪除，而此結(jié)構(gòu)易于適應(yīng)一個(gè)單氨基酸的插入獲刪除，而 不擾動(dòng)整體結(jié)構(gòu)，是蛋白質(zhì)點(diǎn)突變進(jìn)化的產(chǎn)物；不擾動(dòng)整體結(jié)構(gòu)，是蛋白質(zhì)點(diǎn)突變進(jìn)化的產(chǎn)物； iii. 能對局部側(cè)鏈的取向進(jìn)行嚴(yán)格而專一的調(diào)控，常能對局部側(cè)鏈的取向進(jìn)行嚴(yán)格而專一的調(diào)控，常 出現(xiàn)在蛋白質(zhì)的活性位置出現(xiàn)在蛋白質(zhì)的活性位置。類型：標(biāo)準(zhǔn)型、類型：標(biāo)準(zhǔn)型、G1型、寬型、型、寬型、GX型型蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 環(huán)肽鏈Loops1.1.連接連接helix和和sheet，可看做是，可看做是turn的延伸的延伸2. 長度（長度（10aa）

21、和三級(jí)結(jié)構(gòu)不定）和三級(jí)結(jié)構(gòu)不定3. 在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的表面在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的表面4. 受點(diǎn)突變的影響小受點(diǎn)突變的影響小5. 柔性好柔性好，構(gòu)象變化余地大，構(gòu)象變化余地大6. 帶電荷、極性的氨基酸比例高帶電荷、極性的氨基酸比例高7. 傾向成為活性位點(diǎn)傾向成為活性位點(diǎn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)p短的環(huán)肽鏈：具明顯的構(gòu)象選擇性，只存在有短的環(huán)肽鏈：具明顯的構(gòu)象選擇性，只存在有限的構(gòu)象類型。構(gòu)象常取決于特定殘基在環(huán)結(jié)限的構(gòu)象類型。構(gòu)象常取決于特定殘基在環(huán)結(jié)構(gòu)中的位置。構(gòu)中的位置。p長的環(huán)肽鏈：可采取數(shù)種構(gòu)象，從而使構(gòu)象有長的環(huán)肽鏈：可采取數(shù)種構(gòu)象，從而使構(gòu)象有相當(dāng)?shù)娜嵝韵喈?dāng)?shù)娜嵝?flexibility)。這類構(gòu)象難于測

22、定，。這類構(gòu)象難于測定，但對蛋白質(zhì)的功能發(fā)揮具有特定意義。如蛋白但對蛋白質(zhì)的功能發(fā)揮具有特定意義。如蛋白活性中心的打開和關(guān)閉。活性中心的打開和關(guān)閉。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)Coils 無規(guī)則卷曲無規(guī)則卷曲random coilsl非非helix非非sheet的氨基酸區(qū)段的氨基酸區(qū)段l實(shí)際上，并不是卷曲，也不是完全實(shí)際上，并不是卷曲，也不是完全不規(guī)則的不規(guī)則的l它們受側(cè)鏈的影響大，可不斷的運(yùn)它們受側(cè)鏈的影響大，可不斷的運(yùn)動(dòng)動(dòng)l經(jīng)常是酶的活性部位，或蛋白的特經(jīng)常是酶的活性部位，或蛋白的特異功能部位異功能部位蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（四）（四） 結(jié)構(gòu)模體結(jié)構(gòu)模體 motifmotif結(jié)構(gòu)模體是一類結(jié)構(gòu)模體是一類超二級(jí)結(jié)

23、構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu) supersecondary structure, 是二級(jí)結(jié)構(gòu)彼此按特定的幾何排布形成簡單的組合。是二級(jí)結(jié)構(gòu)彼此按特定的幾何排布形成簡單的組合。Motifs是是三級(jí)結(jié)構(gòu)的建筑模塊三級(jí)結(jié)構(gòu)的建筑模塊，同一結(jié)構(gòu)模體可出現(xiàn)在，同一結(jié)構(gòu)模體可出現(xiàn)在不同的蛋白質(zhì)中。不同的蛋白質(zhì)中。The already identified supersecondary structures include mainly aa motif, Greek key motif, -hairpin loop, four-helix-bundle, etc.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)一些常見的結(jié)構(gòu)性一些常見的結(jié)構(gòu)性motif

24、sl1. Helix-turn-helix: e.g., DNA bindingl2. Helix-loop-helix: e.g., Calcium bindingl3. -hairpin: 2 adjacent antiparallel strands connected by short loopl4. Greek key: 4 adjacent antiparallel strandsl5.a a:2 parallel strands connected by helix蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)1）helix-turn-helix motif (HTH)e.g., DNA binding蛋白質(zhì)結(jié)

25、構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) Myoblast（成肌細(xì)胞）（成肌細(xì)胞） determination proteins 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)專一結(jié)合鈣專一結(jié)合鈣蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)通過一段短的環(huán)鏈將兩條相鄰的通過一段短的環(huán)鏈將兩條相鄰的 鏈連接在一起的結(jié)構(gòu)。鏈連接在一起的結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的意義：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的意義：參與配體參與配體- -受體結(jié)合位置受體結(jié)合位置酶活性中心的形成酶活性中心的形成類型：類型： 環(huán)鏈具有不同的長度，可分別包含環(huán)鏈具有不同的長度，可分別包含1 1個(gè)、個(gè)、2 2個(gè)、個(gè)、3 3個(gè)、個(gè)、4 4個(gè)各種數(shù)量的氨基酸殘基。最常見是含個(gè)各種數(shù)量的氨基酸殘基。最常見是含兩個(gè)兩個(gè)殘基的環(huán)鏈殘基

26、的環(huán)鏈 轉(zhuǎn)折。轉(zhuǎn)折。2) Hairpin motif ( - unit)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)出現(xiàn)概率出現(xiàn)概率6403420蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)3) Greek Key motif 4段反平行段反平行鏈常常以特定的來回往復(fù)方式組合，其形貌鏈常常以特定的來回往復(fù)方式組合，其形貌類似古希臘鑰匙上特有的回形裝飾紋類似古希臘鑰匙上特有的回形裝飾紋 strands 3 and 4 form the outer edges of the sheet and strands 1 and 2 are in the middle of the sheet. 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)Greek

27、key蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)4） -a a- motifs這是連接兩股平行這是連接兩股平行 鏈的結(jié)構(gòu)元素組合在此模體鏈的結(jié)構(gòu)元素組合在此模體中，中，a螺旋將一股螺旋將一股b鏈的羧基端與另一股鏈的羧基端與另一股 鏈的鏈的氨端連接起來。氨端連接起來。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)Beta-alpha-beta蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)小的結(jié)構(gòu)基序組成小的結(jié)構(gòu)基序組成大的基序大的基序蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)Domain：Motifs的組合的組合蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（五）（五） 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 （Domain）二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)模體以特定的方式組織連接，在蛋二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)模體以特定的方式組織連接，在蛋白質(zhì)分子中形成兩個(gè)或多個(gè)在空間上可以明顯區(qū)分

28、白質(zhì)分子中形成兩個(gè)或多個(gè)在空間上可以明顯區(qū)分的三級(jí)折疊實(shí)體，稱為的三級(jí)折疊實(shí)體，稱為domain. domain. 結(jié)構(gòu)域是蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的基本單位結(jié)構(gòu)域是蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的基本單位. . The size of domain varies from about 25 amino acids to about 300 , with an average of about 100.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) a a 型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu) 20% 型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu) 32% /a a 型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu) 35% +a a 型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu) 無規(guī)則無規(guī)則/富含二硫鍵和金屬離子富含二硫鍵和金屬離子結(jié)構(gòu)域的分類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)六種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

29、類型六種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)類型l(1) a a Domains: a a螺旋束通過螺旋束通過loops連接連接l(2) Domains: 主要是反平行主要是反平行 片，兩對片，兩對 片形成片形成sandwich結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)l(3) a aDomains: a a螺旋連接的螺旋連接的平行的平行的 片片l(4) a aDomains： a a螺旋和螺旋和 片各自形成單獨(dú)的結(jié)片各自形成單獨(dú)的結(jié)構(gòu)構(gòu)l(5) Multidomain (a a ) )：包含多種包含多種domainsl(6) Membrane & cell-surface proteins蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)1）All-a a topologies主要由

30、主要由a-螺旋組成。螺旋組成。a-helix含量在含量在60-80%，a-helix多以反平行方式多以反平行方式排布和堆積。又稱排布和堆積。又稱反平行反平行a結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)a a-domain structures: 4-helix bundles蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 四螺旋束在很多蛋白中都存在，是四螺旋束在很多蛋白中都存在，是a蛋白中最常見蛋白中最常見的一種域結(jié)構(gòu)。的一種域結(jié)構(gòu)。 是由四股螺旋排布成一束狀結(jié)構(gòu)，是由四股螺旋排布成一束狀結(jié)構(gòu)，其間各段螺旋的軸向近似平行。其間各段螺旋的軸向近似平行。 四螺旋束中的疏水殘基被包埋螺旋中間，在束體中四螺旋束中的疏水殘基被包埋螺旋中間，在束體中心

31、形成疏水內(nèi)核，親水殘基暴露在束體表面。心形成疏水內(nèi)核，親水殘基暴露在束體表面。 組合方式：相鄰螺旋全部反平行；兩對平行螺旋以組合方式：相鄰螺旋全部反平行；兩對平行螺旋以反平行方式連接；兩組線繞式螺旋通過側(cè)鏈相互作反平行方式連接；兩組線繞式螺旋通過側(cè)鏈相互作用堆積在一起。用堆積在一起。The four-helix bundle（四螺旋束（四螺旋束）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)主要由逆平行主要由逆平行層構(gòu)成。在大小和組織上都有層構(gòu)成。在大小和組織上都有很大的變異范圍，多數(shù)情況下很大的變異范圍，多數(shù)情況下反平行反平行層層都纏都纏繞成一柱狀或圓桶狀，其纏繞方式可以是鏈間繞成一柱狀或圓桶狀，其纏繞方式可以是鏈間順序連

32、接，也可以是鏈間的跨接。順序連接，也可以是鏈間的跨接。2）All- domain蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)Protein folds which consist of almost entirely sheets exhibit a completely or mostly anti-parallel arrangement. Many of these anti-parallel domains consist of two sheets packed against each other, with hydrophobic side chains forming the interface. Bear

33、ing in mind that side chains of a -strand point alternately to opposite sides of a sheet, this means that such structures will tend to have a sequence of alternating hydrophobic and polar residues.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（六）（六） 三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu) （tertiary structure） 結(jié)構(gòu)域在三維空間中以專一的方式組合排布，或結(jié)構(gòu)域在三維空間中以專一的方式組合排布，或者者二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)模體結(jié)構(gòu)

34、模體及其與之相關(guān)聯(lián)的各種環(huán)肽鏈及其與之相關(guān)聯(lián)的各種環(huán)肽鏈在空間中的進(jìn)一步協(xié)同盤曲、折疊，形成包括主鏈、在空間中的進(jìn)一步協(xié)同盤曲、折疊，形成包括主鏈、側(cè)鏈在內(nèi)的專一排布側(cè)鏈在內(nèi)的專一排布. Tertiary structure results from the folding of a polypeptide (which may already possess some regions of a a helix and structure) into a closely packed three-dimensional structure. 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)l穩(wěn)定因素：穩(wěn)定因素：l次級(jí)鍵：氫鍵，

35、疏水力，范德華力等次級(jí)鍵：氫鍵，疏水力，范德華力等l容易受到外界環(huán)境的影響容易受到外界環(huán)境的影響l二硫鍵是共價(jià)鍵，是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要因素二硫鍵是共價(jià)鍵，是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要因素l纖維狀蛋白和球狀蛋白纖維狀蛋白和球狀蛋白蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)胰島素的三級(jí)結(jié)構(gòu)胰島素的三級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)l球狀蛋白分子的二、三級(jí)結(jié)構(gòu)特征：球狀蛋白分子的二、三級(jí)結(jié)構(gòu)特征：一條肽鏈通過多種方式形成緊密的球狀構(gòu)象；一條肽鏈通過多種方式形成緊密的球狀構(gòu)象；非極性側(cè)鏈非極性側(cè)鏈總是埋在分子內(nèi)部形成疏水內(nèi)核，總是埋在分子內(nèi)部形成疏水內(nèi)核，極性側(cè)鏈極性側(cè)鏈暴露在分子表面形成親水區(qū)；暴露在分子表面形成親水區(qū)；1.分子表面往往有一分子表面往往

36、有一空穴空穴。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（七）（七） 四級(jí)結(jié)構(gòu)（四級(jí)結(jié)構(gòu)（quaternary structure）有些蛋白由多個(gè)具有獨(dú)立結(jié)構(gòu)的多肽鏈（亞有些蛋白由多個(gè)具有獨(dú)立結(jié)構(gòu)的多肽鏈（亞基）組成基）組成 多亞基蛋白中亞基的數(shù)目、類型、空間排布多亞基蛋白中亞基的數(shù)目、類型、空間排布方式和亞基間相互作用的性質(zhì)，都屬于蛋白方式和亞基間相互作用的性質(zhì)，都屬于蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容。Quaternary structure refers to the organization and arrangement of subunits in a protein with multiple s

37、ubunits.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu) （兩（兩 亞基亞基 兩兩 亞基）亞基） 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)三、多肽鏈的折疊三、多肽鏈的折疊l正常構(gòu)像是蛋白質(zhì)行使正常功能的前提條件l這要求蛋白質(zhì)不僅要正常的被生物合成，還要正確的折疊成特定的立體結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第二遺傳密碼第二遺傳密碼l鄒承魯，2000年，科學(xué)通報(bào)l遺傳信息的傳遞應(yīng)該是從核酸序列到有完整結(jié)構(gòu)的功能蛋白質(zhì)的全過程。l現(xiàn)有的遺傳密碼僅有從核酸序列到無結(jié)構(gòu)的多肽鏈的信息傳遞, 因此是不完整的。l后一部分, 即遺傳信息傳遞密碼的第二部分(簡稱第二遺傳密碼), 是遺傳信息從蛋白質(zhì)中氨基酸序列到其空間結(jié)構(gòu)之間的傳遞。蛋白質(zhì)結(jié)

38、構(gòu)基礎(chǔ)第二遺傳密碼的特點(diǎn)第二遺傳密碼的特點(diǎn)l簡并性l氨基酸序列不同的肽鏈可以有相似甚至相同的空間結(jié)構(gòu)l多意性l相同的氨基酸序列還可以在不同條件下決定不同的空間結(jié)構(gòu)l全局性l維系蛋白質(zhì)總體空間結(jié)構(gòu)的是大量弱鍵協(xié)同作用的結(jié)果l第二密碼必須把蛋白分子作為一個(gè)全局來考慮, 不可能像第一密碼那樣有簡單的一對一的關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)幫助多肽鏈實(shí)現(xiàn)正常折疊的蛋白質(zhì)和酶幫助多肽鏈實(shí)現(xiàn)正常折疊的蛋白質(zhì)和酶l分子伴侶(Chaperone)l二硫鍵異構(gòu)酶(PDI)l肽基脯氨酰順反異構(gòu)酶(PPI)lPDI（Protein disulfide isomerase ）能識(shí)別和水解非正確配對的二硫鍵，使它們在正確的半胱氨酸殘基位置重新形成二硫鍵，從而改變二硫鍵的連接位置。主要存在在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。lPPI（Peptidyl prolyl cis/trans isomerase ）催化肽基-脯氨酰之間肽鍵的旋轉(zhuǎn)反應(yīng)，促進(jìn)X-pro（X可以是任何的氨基酸）肽鍵的順反異構(gòu)化。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)分子伴侶分子伴侶lChaperone，又稱：molecular chaperone l一類協(xié)助細(xì)胞內(nèi)分子組裝和協(xié)助蛋白質(zhì)折疊的蛋白質(zhì) l分子伴侶的特征l分子伴侶對靶蛋白沒有高度專一性。l它的催化效率很低,行使功能