《生物化學(xué)》本科課件第5章+蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)

1、Protein第章 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 研究蛋白質(zhì)結(jié)晶體： （一）X射線衍射法（X-ray diffraction method )X射線晶體學(xué)（X-ray crystallography） 一、 研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 The Nobel Prize in Physics 1901for their theories, developed independently, concerning the course of chemical reactions Wilh

2、elm Conrad Roentgen Germany Munich UniversityMunich, Germany1845 - 1923倫琴X-ray揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院The Nobel Prize in Physics 1914for their theories, developed independently, concerning the course of chemical reactions Max von Laue Germany Frankfurt UniversityFrankfurt-on-the Main, Germany1879 - 1960勞厄X射線通過

3、晶體的衍射揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院The Nobel Prize in Physics 1915for their theories, developed independently, concerning the course of chemical reactions Sir William Henry Bragg Great Britain London UniversityLondon, Great Britain1862 - 1942布拉格推導(dǎo)了X射線波長(zhǎng)與衍射角之間關(guān)系，1913年建立第一臺(tái)X射線攝譜儀，并將晶體結(jié)構(gòu)分析程序化。揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院紫外差光譜( UV dif

4、ference Spectrum )熒光和熒光偏振 ( Fluoresence Polarization ) 圓二色性( Circular Dichroism， CD )核磁共振( Nuclear Magnetic Resonance， NMR)（二）研究處于溶液中蛋白質(zhì)構(gòu)象的光譜學(xué)方法揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)：布洛赫(Felix Bloch ) & 珀賽爾 (Edward Purcell)因發(fā)展了核磁精密測(cè)量的新方法及由此所作的發(fā)現(xiàn)核磁共振。布洛赫(Felix Bloch )珀賽爾 (Edward Purcell)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1991年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)：恩

5、斯特R.R.Ernst（1933） 瑞士物理化學(xué)家他的主要成就在于他在發(fā)展高分辨核磁共振波譜學(xué)方面的杰出貢獻(xiàn)。這些貢獻(xiàn)包括： 一.脈沖傅利葉變換核磁共振譜 二.二維核磁共振譜 三.核磁共振成像揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2002諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng): 瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼? 維特里?！癴or his development of nuclear magnetic resonance spectroscopy for determining the three-dimensional structure of biological macromolecules in solution.他獲得2002年諾貝爾化

6、學(xué)獎(jiǎng)另一半的獎(jiǎng)金。 If one knows all the measurements of a house one can draw a three-dimensional picture of that house. In the same way, by measuring a vast number of short distances in a protein, it is possible to create a three-dimensional picture of that protein. 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2003年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) :美國(guó)科學(xué)家保羅勞特布爾 (Pau

7、l Lauterbur)和英國(guó)科學(xué)家彼得曼斯菲爾德(Peter Mansfield )用核磁共振層析“拍攝”的腦截面圖象Peter揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1、影響蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的因素內(nèi)力（內(nèi)因） 蛋白質(zhì)分子內(nèi)各原子間作用力外力（外因） 與溶劑及其他溶質(zhì)作用力 內(nèi)因?yàn)橹?，外因通過改變內(nèi)因起作用二、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2、蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的作用力肽鍵一級(jí)結(jié)構(gòu)氫鍵、疏水作用、范德華力、離子鍵、二硫鍵三維結(jié)構(gòu)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（)氫鍵( Hydrogen bond )兩負(fù)電性原子對(duì)氫原子的靜電引力所形成 XHY 質(zhì)子給予體X-H和質(zhì)子接

8、受體Y間相互作用氫鍵具有： 方向性-（鍵角）指XH與HY間的夾角 飽和性- XH只與一個(gè)Y結(jié)合揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（)范德華力 (van der Waals force ) 普遍存在： 原子、基團(tuán)或分子間比較弱的、非特異性的作用力。 極性基團(tuán)間的定向效應(yīng) 極性基團(tuán)與非極性基團(tuán)間的誘導(dǎo)效應(yīng) 非極性基團(tuán)間的分散效應(yīng)(狹義的范德華力)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（）疏水作用 ( Hydrophobic Interactions) 非極性側(cè)鏈為避開極性溶劑水彼此靠近所產(chǎn)生主要存在蛋白質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)表面通常具有極性鏈或區(qū)域蛋白質(zhì)可形成分子內(nèi)疏水鏈/腔/縫隙 穩(wěn)定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)方面占有突出的地

9、位揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（)鹽鍵 ( Electrostatic attraction )又稱離子鍵：具有相反電荷的兩個(gè)基團(tuán)間的靜電相互作用。這種鍵可以解離。F：吸引力Q1/2：電荷電量 ：介質(zhì)介電常數(shù)R：電荷質(zhì)點(diǎn)間距離揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（5）二硫鍵 (Disulfide Bond) 由半胱氨酸形成起穩(wěn)定肽鏈空間結(jié)構(gòu)的作用某些二硫鍵被破壞，蛋白質(zhì)生物活性喪失揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 鍵 能肽鍵 二硫鍵離子鍵 氫鍵疏水鍵 范德華力 90kcal/mol3kcal/mol1kcal/mol1kcal/mol0.1kcal/mol這四種鍵能遠(yuǎn)小于共價(jià)鍵，稱次級(jí)

10、鍵次級(jí)鍵微弱卻是維持蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)主要的作用力 ?數(shù)量巨大揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（一）酰胺平面與碳原子的二面角三、多肽主鏈折疊肽平面鍵長(zhǎng)和鍵角一定肽鍵的原子排列呈反式構(gòu)型相鄰的肽平面構(gòu)成兩面角揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 肽鍵中C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)組成酰胺的原子處于同一平面 共 振 形 式揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院繞Ca-N鍵軸旋轉(zhuǎn)的二面角（C-N-Ca-C）稱為F ，繞Ca-C鍵軸旋轉(zhuǎn)的二面角（N-Ca-C-N）稱為Y。揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院多肽鏈：通過可旋轉(zhuǎn)的C連接的酰胺平面鏈這種旋轉(zhuǎn)是受到限制的揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 和= 0時(shí)的主鏈構(gòu)象揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生

11、物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（二）可允許的和值： 拉氏構(gòu)象圖 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院拉氏構(gòu)象圖揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（來自丙酮酸激酶）揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四、二級(jí)結(jié)構(gòu)（Secondary Structure）指肽鏈的主鏈在空間的排列,或規(guī)則的幾何走向、旋轉(zhuǎn)及折疊。只涉及主鏈構(gòu)象及鏈內(nèi)/間形成的氫鍵主要有-螺旋、 -折疊片、-轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲等。揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（一）-螺旋 （-helix）1、-螺旋的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)中最常見，最典型，含量最豐富的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件。和分別在-57 和-47 附近。揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院每圈含3.6個(gè)AA殘基，沿螺旋軸方向上升0.54

12、nm。每個(gè)AA殘基占0.15nm，繞軸旋轉(zhuǎn)100鏈內(nèi)形成氫鍵與軸平行多為右手螺旋揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2 、-螺旋的特點(diǎn)（1）又稱3.613螺旋（2）螺旋的偶極矩：由于螺旋中所有氫鍵都沿螺旋軸指向同一方向，每一肽鍵具有由N-H和CO極性而產(chǎn)生的偶極距，所以總的效果是螺旋本身也是一個(gè)偶極距。 帽化（helix capping）給末端裸露的N-H和CO提供氫鍵配偶體折疊蛋白質(zhì)其它部分 促成與末端非極性殘基的疏水作用揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（3）螺旋的手性左/右手螺旋都由L-AA殘基構(gòu)成 不是對(duì)映體右手螺旋空間位阻較小，構(gòu)象穩(wěn)定在肽鏈折疊中容

13、易形成。2 、-螺旋的特點(diǎn)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 R基大?。狠^大的難形成，如多聚Ile R基的電荷性質(zhì)：不帶電荷易形成 Pro吡咯環(huán)的形成 C -N /C -N不能旋轉(zhuǎn) 無法形成鏈內(nèi)氫鍵3 、影響-螺旋形成的因素?fù)P州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院310螺旋螺旋（4.416螺旋）4、其他類型的螺旋揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院由兩/多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列，通過鏈間的氫鍵交聯(lián)而形成。分為平行-折疊片和反平行-折疊片兩種形式肽鏈主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象。（二） -折疊（ -pleated sheet）揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院C總是處于折疊的角上AA的R基團(tuán)處于折疊的棱角上并與之垂直反平行中重復(fù)周期之間

14、的距離為0.7nm。而平行式中為0.65nm。1、-折疊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院氫鍵主要在鏈間/同一肽鏈不同部分間形成幾乎所有肽鍵都參與鏈內(nèi)氫鍵的交聯(lián)氫鍵與鏈的長(zhǎng)軸接近垂直揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院平行肽鏈間以氫鍵從側(cè)面連接的構(gòu)象揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院平行式：所有肽鏈的N-端都在同一邊反平行式：相鄰兩條肽鏈的方向相反2、-折疊的類型揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院維持折疊片的作用力也是肽鍵衍生出的氫鍵股這種氫鍵與-螺旋中氫鍵有何不同呢？形成氫鍵的N、O歸屬于不同的肽鏈折疊片揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（三） -

15、轉(zhuǎn)角和凸起1、 轉(zhuǎn)角（ turn/bend/hairpin structure）肽鏈主鏈骨架180的回折結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由4個(gè)連續(xù)的AA殘基組成第一個(gè)殘基C=O第四個(gè)殘基NH形成氫鍵揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院作用力是氫鍵 O （ 氫 鍵 ） H C（NHCHCO）2N R揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院比較穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子中多數(shù)處在蛋白質(zhì)分子的表面揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院反平行折疊片中的一種不規(guī)則排列實(shí)質(zhì)上是多出來的一個(gè)AA殘基2、 凸起（ bugle）揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 泛指不能歸入明確的二級(jí)結(jié)構(gòu)如折疊片和螺旋的多肽片斷。（四）無規(guī)卷曲（rando

16、m coil）揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院五、纖維狀蛋白質(zhì)脊椎動(dòng)物體中50%以上是纖維狀蛋白質(zhì)支架、防護(hù)作用規(guī)則的線性結(jié)構(gòu) 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院纖維蛋白 不溶性纖維蛋白（角蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白）可溶性纖維蛋白（肌球蛋白 血纖蛋白原）硬蛋白揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（一）-角蛋白 （Keratin）-角蛋白硬-角蛋白 強(qiáng)軟-角蛋白 弱皮膚與皮膚的衍生物主要由-螺旋構(gòu)象的多肽鏈組成揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院毛發(fā)的結(jié)構(gòu)高度有序揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院大纖維鱗狀細(xì)胞皮層細(xì)胞微纖維微原纖維初原纖維 螺旋揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院-角蛋白的伸縮性能很好：被過度拉伸時(shí)氫鍵被破壞不能復(fù)原。此時(shí)-角蛋

17、白轉(zhuǎn)變成-折疊結(jié)構(gòu)，稱為-角蛋白（限于軟角蛋白）。揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院卷發(fā)(燙發(fā))的生物化學(xué)基礎(chǔ)角蛋白在濕熱條件下伸展轉(zhuǎn)變?yōu)闃?gòu)象，冷卻干燥時(shí)可自發(fā)地恢復(fù)原狀。側(cè)鏈R基一般較大，不適于處在構(gòu)象螺旋多肽鏈間有著很多的二硫鍵交聯(lián)交聯(lián)鍵使外力解除后肽鏈恢復(fù)原狀燙發(fā)時(shí)還原劑揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（二）-角蛋白絲心蛋白(fibroin)：蠶絲和蜘蛛絲 特點(diǎn)：反平行式折疊片抗張強(qiáng)度高質(zhì)地柔軟 不能拉伸揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院側(cè)鏈交替地分布在折疊片的兩側(cè)伸展肽鏈沿纖維軸平行排列成反向-折疊揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院絲蛋白的結(jié)構(gòu)分子中不含-螺旋肽鏈常由多個(gè)六肽單元重復(fù)而成

18、-（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala）n -揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（三）膠原蛋白(collagen)1、組織分布與類型屬結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)使骨、腱、軟骨和皮膚具有機(jī)械強(qiáng)度揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2、AA組成皮膚中膠原蛋白肽鏈的96%是按 三聯(lián)體 (G1yxy)n順序重復(fù)排列 Gly數(shù)目占?xì)埢倲?shù)1/3 X 常為Pro，y常為Hy-Pro/Hy-Lys 需Vc、是糖蛋白揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院膠原蛋白以膠原纖維的形式存在膠原纖維的基本結(jié)構(gòu)單位是原膠原分子三股右手螺旋，但每股都是左手螺旋 原膠原分子 膠原纖維 膠原蛋白 膠原三螺旋只存在于膠原纖維中至今未在球狀蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)。3、結(jié)構(gòu)揚(yáng)

19、州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院Gly揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院4、膠原蛋白中的共價(jià)交聯(lián)分子內(nèi)交聯(lián)通過分子內(nèi)和分子間交聯(lián)增強(qiáng)分子穩(wěn)定性揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院分子內(nèi)交聯(lián)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院分子間交聯(lián)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院腱有很高抗張強(qiáng)度，20-30kgmm2骨骼基質(zhì)含羥基磷灰石 磷酸鈣聚合物Ca10(PO4)6(OH)2結(jié)晶皮膚含較疏松、向各個(gè)方向伸展 血管亦含有 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院由肽組成至少有：l(I)/l(II)/l(III)/1(IV)和2膠原蛋白I：1(I)22三螺旋五種肽鏈AA順序不同，分子量

20、介于95000到100000之間，含1000個(gè)殘基左右5、膠原蛋白的類型揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物體內(nèi)膠原蛋白網(wǎng)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（四）彈性蛋白（elastin） 由可溶性的單體合成是彈性蛋白纖維的基本單位含有各種各樣無規(guī)卷曲構(gòu)象揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院肌肉肌纖維束肌纖維肌原纖維（五）肌球蛋白和原肌球蛋白揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院粗絲和細(xì)絲揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院肌球蛋白的六條多肽鏈揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院輕酶解肌球蛋白重酶解肌球蛋白頭片揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院N-末端域中央域C-末端域S1約500/ 820AA殘基在各物種間高度保守（ATP結(jié)合位點(diǎn)） Gly-Glu-Se

21、r-Gly-Ala-Gly-Lys-Thr揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院六、 超二級(jí)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)域（一）超二級(jí)結(jié)構(gòu) 若干相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元按照一定規(guī)律有規(guī)則組合在一起、相互作用，形成在空間構(gòu)象上可彼此區(qū)別的 二級(jí)結(jié)構(gòu)組合單位。揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（二）結(jié)構(gòu)域二級(jí)/超二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的特定區(qū)域結(jié)構(gòu)域存在的原因：1、局域分別折疊比整條肽鏈折疊 在動(dòng)力學(xué)上更為合理2、

22、結(jié)構(gòu)域之間由肽鏈連接， 有利于結(jié)構(gòu)的調(diào)整揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院立體結(jié)構(gòu)模型揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院七、球狀蛋白質(zhì)與三級(jí)結(jié)構(gòu)(Tertiary Structure)由二級(jí)結(jié)構(gòu)元件構(gòu)建成的總?cè)S結(jié)構(gòu)，包括一級(jí)結(jié)構(gòu)中相距較遠(yuǎn)的肽段間的幾何相互關(guān)系和側(cè)鏈在三維空間中彼此間的相互關(guān)系。維系力有氫鍵/疏水鍵/離子鍵/范德華力揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的三維結(jié)構(gòu)（一）球狀蛋白質(zhì)的分類： 根據(jù)其結(jié)構(gòu)域分為4大類 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 1、全結(jié)構(gòu)（反平行螺旋）蛋白質(zhì)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 2

23、、，結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì) （平行或混合型折疊片）揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3、全結(jié)構(gòu)（反平行折疊片）蛋白質(zhì)反平行桶揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院4、富含金屬或二硫鍵（小的不規(guī)則）蛋白質(zhì)小于100殘基的蛋白質(zhì)/結(jié)構(gòu)域往往不規(guī)則只有很少量二級(jí)結(jié)構(gòu)，但富含金屬或二硫鍵揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（二）球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的特征（1）含多種二級(jí)結(jié)構(gòu)元件揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（2）三維結(jié)構(gòu)具有明顯的折疊層次（3）分子是“緊密”的球狀/橢球狀實(shí)體活性部位密度較低，有空間可塑性（4）疏水核和親水膜（5）表面空穴營(yíng)造疏水環(huán)境、活性功能部位揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院膜蛋白膜

24、周邊蛋白膜內(nèi)在蛋白脂錨定蛋白質(zhì)大部分埋在脂中小部分埋在脂中可溶性八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（一）膜內(nèi)在蛋白 1、具有單個(gè)跨膜肽段的膜蛋白跨膜疏水肽段常是螺旋棒親水序列伸向細(xì)胞質(zhì)或/和胞外液 如血型糖蛋白揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胞外結(jié)構(gòu)域揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2、具有7個(gè)跨膜肽段的膜蛋白多肽鏈來回跨膜折疊7個(gè)螺旋段反平行裝配 如細(xì)菌紫膜質(zhì)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3、桶型膜蛋白膜孔蛋白以大折疊片形式橫跨膜 如膜孔蛋白揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（二）脂錨定膜蛋白膜蛋白與脂質(zhì)分子共價(jià)連接脂質(zhì)部分插入脂雙層，蛋白質(zhì)錨定于膜上 脂

25、錨定結(jié)構(gòu)： 酰胺豆蔻酰錨鉤（14C） 硫酯脂肪酰錨鉤（C T S） 硫醚異戊二烯基錨鉤 酰胺糖基磷脂酰肌醇錨鉤揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 酰胺連接豆蔻酰錨鉤N-豆蔻?；瘬P(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 硫酯連接脂肪酰錨鉤揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 硫醚連接異戊二烯基錨鉤甲基化揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 酰胺連接糖基磷脂酰肌醇錨鉤磷酸乙醇胺揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(一)蛋白質(zhì)的變性(denaturation)某些理化因素破壞Pr結(jié)構(gòu)狀態(tài)， 引起Pr理化性質(zhì)改變、生理活性喪失 的現(xiàn)象 。九、蛋白質(zhì)折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1、變性的實(shí)質(zhì)次級(jí)鍵被破壞天然結(jié)構(gòu)解體一級(jí)結(jié)構(gòu)沒有變化揚(yáng)州大學(xué)生

26、物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2、變性因素物理：熱、紫外線照射、高壓和表面張力化學(xué)：有機(jī)溶劑、脲、胍、 酸、堿、 重金屬陽(yáng)離子、生物堿等揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院尿素/鹽酸胍競(jìng)爭(zhēng)主鏈氫鍵破壞二級(jí)結(jié)構(gòu)有機(jī)溶劑破壞分子內(nèi)疏水作用非極性基團(tuán)暴露強(qiáng)酸/堿破壞氫鍵、離子鍵重金屬陽(yáng)離子與帶負(fù)電荷基團(tuán)結(jié)合不溶性金屬蛋白鹽生物堿與帶正電荷基團(tuán)結(jié)合不溶性蛋白鹽揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院十二烷基磺酸鈉？磺酸基 極性親水烷基 親油（蛋白質(zhì)疏水區(qū)）變性天然蛋白揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 變性是一個(gè)協(xié)同過程揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 Pr的膠體性質(zhì)什么是膠體？質(zhì)點(diǎn)大小在1100 nm范圍所構(gòu)成的分散系統(tǒng)。大多數(shù)球狀蛋白溶于水，直徑2

27、-20nm，能形成穩(wěn)定的膠體溶液。蛋白質(zhì)膠體溶液穩(wěn)定的原因？1.同種蛋白帶同種電荷，相互排斥；2.水膜揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院等電點(diǎn)沉淀的蛋白質(zhì)溶液中加入NaCl后 沉淀溶解鹽溶原因？鹽溶分子在等電點(diǎn)時(shí)，相互吸引，聚合沉淀，加少量鹽離子后破壞這種吸引力，分子分散，溶于水中鹽溶揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院鹽析向蛋白質(zhì)溶液中加入大量硫酸銨后 蛋白質(zhì)沉淀析出原因？鹽濃度高時(shí)，Pr分子表面水分子被鹽抽出，破壞了水化層鹽析（NH4）2SO4揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3、變性蛋白質(zhì)特點(diǎn) A.生物活性喪失 B.側(cè)鏈基團(tuán)暴露:易與化學(xué)試劑反應(yīng) C.理化性質(zhì)改變: 疏水基外露溶解度 分

28、子相互凝集,形成沉淀 D.生化性質(zhì)改變：結(jié)構(gòu)伸展易被酶解揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 4、復(fù)性（renaturation） 除去變性因素變性蛋白 重新回復(fù)到天然結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu) (Quaternary Structure）十、亞基締合和四級(jí)結(jié)構(gòu) 指由多條各自具有一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu)的肽鏈 通過非共價(jià)鍵連接起來的結(jié)構(gòu)形式。 包括各亞基：種類、數(shù)目、空間排列方式亞基間的相互作用關(guān)系揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1、單體蛋白2、亞基3、聚集體（二、三、寡）4、同多聚蛋白、異多聚蛋白5、原聚體（原體）6、分子和分子聚集體（一

29、）有關(guān)四級(jí)結(jié)構(gòu)的概念 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院?jiǎn)为?dú)亞基無生物功能 亞基血紅蛋白血紅蛋白四亞基兩兩相同，分別稱1 、2、1、2亞基：具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的肽鏈。揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院血紅蛋白揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院研究對(duì)象：幾個(gè)亞基，相同否？ 怎樣連接？（二）穩(wěn)定四級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力 結(jié)構(gòu)互補(bǔ)（極性）和非共價(jià)鍵離子鍵和氫鍵締合的專一性疏水相互作用驅(qū)動(dòng)締合 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（三）亞基相互作用的方式 同多聚蛋白質(zhì) 同種締合異種締合揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院兩個(gè)亞基的結(jié)構(gòu)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（四）四級(jí)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性 單體蛋白沒有對(duì)稱性； 含兩/多種不同單拷貝亞基的 異多聚體沒有對(duì)稱性；

30、只有含相同亞基有可能有對(duì)稱性。 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（五）四級(jí)締合在結(jié)構(gòu)和功能上的優(yōu)越性1.減少溶液中其他因素對(duì)蛋白結(jié)構(gòu)的影響2.減少編碼蛋白質(zhì)的基因序列3.使催化基團(tuán)匯集在一起，具備新功能4.亞基間具協(xié)同性和別構(gòu)效應(yīng)精細(xì)調(diào)節(jié)酶的功能揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1. 在下列有關(guān)谷胱甘肽的敘述中,正確的是( ) A. 谷胱甘肽中含有胱氨酸 B. 谷胱甘肽是體內(nèi)重要的氧化劑 C. 谷胱甘肽谷氨酸的-羧基是游離的 D. 谷胱甘肽的C-端是主要的功能基團(tuán)2. 在有關(guān)蛋白

31、質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的描述中, 錯(cuò)誤的是( ) A. 具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈都有生物學(xué)活性 B. 三級(jí)結(jié)構(gòu)是單體蛋白質(zhì)或亞基的空間結(jié)構(gòu) C. 三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性由次級(jí)鍵維持 D. 親水基團(tuán)多位于三級(jí)結(jié)構(gòu)的表面3. 在有關(guān)蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的描述中, 正確的是( ) A. 蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性由二硫鍵維系 B. 四級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)保持生物學(xué)活性的必要條件 C. 蛋白質(zhì)都有四級(jí)結(jié)構(gòu) D. 蛋白質(zhì)亞基間由非共價(jià)鍵聚合揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（二）氨基酸序列規(guī)定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)1.核糖核酸酶的變性與復(fù)性實(shí)驗(yàn)：是最直接和最有力的可逆變性實(shí)驗(yàn)的證據(jù)2.二硫橋在穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象中的作用：二硫橋能穩(wěn)定蛋白質(zhì)的構(gòu)象，但體內(nèi)二硫橋

32、較少，這是因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)的環(huán)境是相當(dāng)還原的，它傾向于保持巰基處于還原狀態(tài) 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)是由一級(jí)結(jié)構(gòu)決定的（三）蛋白質(zhì)折疊的熱力學(xué)：多肽鏈的折疊是自發(fā)過程。是在生理?xiàng)l件下自由能最低的構(gòu)象（四）蛋白質(zhì)折疊的動(dòng)力學(xué)：1.蛋白質(zhì)折疊不是通過隨機(jī)搜索找到自由能最低的構(gòu)象：蛋白質(zhì)折疊的實(shí)質(zhì)就是保留局部正確折疊的中間體2.用于研究折疊中間體的一些方法：停流法、溫度躍遷法結(jié)合熒光、圓二色性，以及脈沖標(biāo)記NMR。此外還有位點(diǎn)專一誘變等3.蛋白質(zhì)折疊經(jīng)過熔球態(tài)的中間體階段 球狀蛋白質(zhì)的折疊過程：完全的伸展態(tài)快速、可逆地形成二級(jí)結(jié)構(gòu)即成核過程通過折疊核的協(xié)同聚集形成初始的結(jié)構(gòu)域由結(jié)構(gòu)域裝配成熔球態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)域進(jìn)行調(diào)整形

33、成具有完整三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)單體或天然蛋白質(zhì)4.體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊有異構(gòu)酶和伴侶蛋白質(zhì)參加:如hsp揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（五）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)1.二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)：MEAL在螺旋中出現(xiàn)的頻率高；Gly和Pro在螺旋中頻率很低，但在轉(zhuǎn)角中很高；Val、Ile和芳香族氨基酸在折疊片中頻率很高，而DEP在折疊片中很低 經(jīng)驗(yàn)規(guī)則： 螺旋預(yù)測(cè)：相鄰6個(gè)殘基中若有4個(gè)傾向于形成螺旋，則被認(rèn)為是螺旋核。但其中不允許出現(xiàn)Pro，若有則螺旋終止 折疊片預(yù)測(cè)：相鄰的5個(gè)殘基若有三個(gè)傾向于形成折疊片，則被認(rèn)為是折疊核 轉(zhuǎn)角預(yù)測(cè)：具有轉(zhuǎn)角傾向性因子（Pt) 1.0，且（P )和（P ）2.三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)折疊的計(jì)算機(jī)模擬

34、：成功率很低 同源蛋白質(zhì)預(yù)測(cè)的步驟：結(jié)構(gòu)保守性分析，主鏈和側(cè)鏈結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)以及模型優(yōu)化揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院-螺旋的穩(wěn)定性不僅取決于肽鏈內(nèi)部的氫鍵，而且還與氨基酸側(cè)鏈的性質(zhì)相關(guān)。室溫下，在溶液中下列多聚氨基酸哪些能形成 螺旋？哪些能形成其他有規(guī)則的結(jié)構(gòu)？哪些能形成無規(guī)則的結(jié)構(gòu)？并說明其理由。（1）多聚亮氨酸pH7.0；（2）多聚異亮氨酸pH7.0；(3) 多聚精氨酸pH7.0；(4) 多聚精氨酸pH13.0；（5）多聚谷氨酸pH1.5； (6) 多聚蘇氨酸pH7.0； (7) 多聚羥脯氨酸p

35、H7.0. （1）多聚亮氨酸的R基團(tuán)不帶電荷，適合于形成 -螺旋。（2）異亮氨酸的 -碳位上有分支，所以形成無規(guī)則結(jié)構(gòu)。（3）在pH7.0時(shí)，所有精氨酸的R基團(tuán)帶正電荷，由于靜電斥力，使氫鍵不能形成，所以形成無規(guī)則結(jié)構(gòu)。（4）在pH13.0時(shí)，精氨酸的R基團(tuán)不帶電荷，并且 -碳位上沒有分支，所以形成 -螺旋。（5）在pH1.5時(shí)，谷氨酸的R基團(tuán)不帶電荷，并且 -碳位上沒有分支，所以形成 -螺旋。（6）因?yàn)樘K氨酸 -碳位上有分支，所以不能形成 -螺旋。（7）脯氨酸和羥脯氨酸折疊成脯氨酸螺旋，這是一種不同于 -螺旋的有規(guī)則結(jié)構(gòu)。 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)溶液的穩(wěn)定因素，和實(shí)驗(yàn)室沉淀蛋白

36、質(zhì)的常用方法 維持蛋白質(zhì)溶液穩(wěn)定的因素有兩個(gè)：（1）水化膜：蛋白質(zhì)顆粒表面大多為親水基團(tuán)，可吸引水分子，使顆粒表面形成一層水化膜，從而阻斷蛋白質(zhì)顆粒的相互聚集，防止溶液中蛋白質(zhì)的沉淀析出。（2）同種電荷：在pHpI的溶液中，蛋白質(zhì)帶有同種電荷。若pHpI，蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷；若pHpI，蛋白質(zhì)帶正電荷。同種電荷相互排斥，阻止蛋白質(zhì)顆粒相互聚集而發(fā)生沉淀。沉淀蛋白質(zhì)的方法，常用的有：（1）鹽析法，在蛋白質(zhì)溶液加入大量的硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等中性鹽，去除蛋白質(zhì)的水化膜，中和蛋白質(zhì)表面的電荷，使蛋白質(zhì)顆粒相互聚集，發(fā)生沉淀。用不同濃度的鹽可以沉淀不同的蛋白質(zhì)，稱分段鹽析。鹽析是對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行粗分離的常用

37、方法。（2）有機(jī)溶劑沉淀法：使用丙酮沉淀時(shí)，必須在04低溫下進(jìn)行，丙酮用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液的體積，蛋白質(zhì)被丙酮沉淀時(shí)，應(yīng)立即分離，否則蛋白質(zhì)會(huì)變性。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。此外，還可用加重金屬鹽，加某些有機(jī)酸，加熱等方法將樣品中的蛋白質(zhì)變性沉淀。 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1）除共價(jià)鍵外，維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要非共價(jià)鍵有哪幾種？（2）有人說蛋白質(zhì)組學(xué)比基因組學(xué)研究更具挑戰(zhàn)性，請(qǐng)從蛋白質(zhì)分子和DNA分子的復(fù)雜性和研究難度來說明這一觀點(diǎn) （1）除共價(jià)鍵外，維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要非共價(jià)鍵有：范德華力（范德華相互作用）、疏水作用、鹽鍵、氫鍵。（2）DNA是由4種元件構(gòu)成的大分子，蛋白質(zhì)是由20多