第三章-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)課件

1、第三章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一、氨基酸蛋白質(zhì)是L-氨基酸的聚合物。除了脯氨酸外，蛋白質(zhì)中已發(fā)現(xiàn)的所有氨基酸都有一個(gè)共同的結(jié)構(gòu)，即與一個(gè)羧基相連的-碳原子、一個(gè)氨基、一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)隨氨基酸不同而異的側(cè)鏈。除了甘氨酸外，所有的-碳原子均具有手性H3NCOO-RHCaCommon structure of 19 AAsproline1.帶電荷的側(cè)鏈：2.不帶電的極性側(cè)鏈3.非極性脂肪烴側(cè)鏈4.芳香族側(cè)鏈帶電荷的側(cè)鏈：酸性氨基酸：通常帶有離子化外的額外的羧基（帶負(fù)電荷），如天冬氨酸、谷氨酸。堿性氨基酸：帶有正電的基團(tuán)，如賴(lài)氨酸有亞氨基連接在-碳原子上，精氨酸則有一個(gè)胍基。酸性和堿性氨基酸可以組成蛋白質(zhì)中重要的鹽

2、橋。不帶電的極性側(cè)鏈不帶電的極性側(cè)鏈氨基酸含有可與水形成氫鍵的基團(tuán)。與帶電氨基酸一起，常被稱(chēng)為親水氨基酸。芳香族側(cè)鏈苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)1. 形狀球蛋白：緊密折疊，在溶液中呈近似球狀顆粒。自然界中絕大部分的酶是球形蛋白。Keratin (角蛋白)Protofibril (初原纖維)microfibril (微管)纖維蛋白呈高軸比（長(zhǎng)/寬），是重要的結(jié)構(gòu)蛋白。例如頭發(fā)與羊毛中的絲蛋白和角蛋白。2.大小蛋白質(zhì)的分子量幾千道爾頓（如胰島素有51個(gè)氨基酸，約5734Da）到幾百萬(wàn)道爾頓（如丙酮酸脫氫酶至少有500萬(wàn)道爾頓）。3.一級(jí)結(jié)構(gòu) 從N端到C端的氨基酸順序就是多肽的一級(jí)結(jié)構(gòu)。R

3、Nase A一級(jí)結(jié)構(gòu)4.二級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋折疊右手螺旋左手螺旋右手螺旋每周3. 6個(gè)氨基酸每個(gè)肽的N-H基團(tuán)都與相距3個(gè)殘基的C=O基團(tuán)間形成氫鍵，N-HO=CBeta strandBeta sheetBeta barrel典型的鏈結(jié)締組織蛋白膠原蛋白有一個(gè)特殊的三股螺旋的二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基序（超二級(jí)結(jié)構(gòu)）：頻繁出現(xiàn)在球蛋白中的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件群，在功能上很重要，代表著蛋白質(zhì)家族從其同祖先進(jìn)化過(guò)程中保留下來(lái)的保守的結(jié)合位點(diǎn)或催化位點(diǎn)的必要部分；也就是說(shuō)，它們代表著在不相關(guān)蛋白質(zhì)湊在一起實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能統(tǒng)一的最佳解決方案bab motif兩個(gè)重疊的bab基序（ babab）形成許多不相關(guān)蛋白質(zhì)中的二核苷酸（如NA

4、D+結(jié)合位點(diǎn)helix-loop-helix motif （MyoD轉(zhuǎn)錄因子）helix-turn-helix motifThis motif is found in hundreds of DNA-binding proteins, including l repressor, tryptophan repressor, catabolite activator protein (CAP), octamer transcription factor 1 (Oct-1) and heat shock factor (HSF),The zinc finger motif can be divid

5、ed into three types: C2H2 zinc finger: It is characterized by the sequence CX2-4C.HX2-4H, where C = cysteine, H = histidine, X = any amino acid. In the 3D structure, two cysteine residues and two histidine residues interact with a zinc ion. C4 zinc finger: Its consensus sequence is CX2CX13CX2CX14-15

6、CX5CX9CX2C. The first four cysteine residues bind to a zinc ion and the last four cysteine residues bind to another zinc ion. C6 zinc finger. It has the consensus sequence CX2CX6CX5-6CX2CX6C. The yeasts Gal4 contains such a motif where six cysteine residues interact with two zinc ions. The structure

7、 of a zinc finger regionThe complex of the ERs （estrogen receptor ）zinc finger domain and DNA. In this figure, two ERs form a dimer. Each ER binds to two zinc ions (represented by orange balls). Most steroid hormone receptors contain such motif.Structure of Gal4s zinc finger. Like many other transcr

8、iption factors, Gal4 form a dimer to interact with DNA. In each Gal4, six cysteine residues bind to two zinc ions (represented by orange balls) Like many other transcription factors, the leucine-zipper-containing transcription factors bind DNA as dimers. A leucine zipper is formed by two a helices,

9、one from each monomer. The helices are held together by hydrophobic interactions between leucine residues, which are located on one side of each helix. Examples include AP-1, CREB, and Gcn4. The structure of the AP-1/DNA complex. AP-1 is a dimer formed by Jun and its homologous protein Fos. It conta

10、ins a leucine zipper motif where two a helices look like a zipper with leucine residues (green color) lining on the inside of the zipper. PDB ID = 1FOS.5.三級(jí)結(jié)構(gòu)不同片段-螺旋、-折疊、其他微二級(jí)結(jié)構(gòu)和連接環(huán)進(jìn)一步折疊成三維構(gòu)象的組織水平即多肽的三級(jí)結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)的特性存在于一級(jí)結(jié)構(gòu)之中，給予合適的條件，絕大多數(shù)多肽將自發(fā)折疊成正確的三級(jí)結(jié)構(gòu)，因?yàn)槟峭ǔＪ切蛄心芰孔畹偷臉?gòu)象。多肽在體內(nèi)的正確折疊，常常需要伴娘蛋白的幫助，它能夠在蛋白質(zhì)合成（一

11、級(jí)結(jié)構(gòu)）結(jié)束前阻止新生多肽的錯(cuò)誤折疊。折疊就是：帶有親水側(cè)鏈的氨基酸主要位于蛋白質(zhì)外部，可與水或溶劑離子反應(yīng)，而疏水氨基酸被埋在疏水的內(nèi)部，這使得結(jié)構(gòu)總體上穩(wěn)定。維系三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力有：非共價(jià)作用：范德華力、氫鍵、帶相反電荷之間靜電鹽橋、存在于芳香族和脂肪族氨基酸非極性側(cè)鏈間的疏水相互作用。共價(jià)作用：二硫鍵加熱以及極端pH可以破壞二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的變性和無(wú)規(guī)卷曲的形成。6.四級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定三級(jí)結(jié)構(gòu)的力同樣可維系亞基在一起，包括不同多肽鏈的半胱氨酸間的二硫鍵。這一組織水平稱(chēng)為四級(jí)結(jié)構(gòu)。The quaternary structure of hemoglobin。 a1-yellow; b1

12、-light blue; a2-green; b2-dark blue; heme-red構(gòu)成很大的蛋白分子，如微管蛋白通過(guò)復(fù)合不同活性于一個(gè)整體，賦予一個(gè)蛋白以更多功能，如脂肪酸合成酶復(fù)合體亞基間的相互作用通過(guò)與一些小分子的結(jié)合而被修飾，導(dǎo)致酶調(diào)節(jié)中別構(gòu)效應(yīng)的發(fā)生。三、蛋白質(zhì)功能酶：除了少數(shù)有催化活性的RNA分子外，幾乎所有的酶都是蛋白質(zhì)。信號(hào)傳遞：細(xì)胞膜上的受體蛋白與來(lái)自細(xì)胞外介質(zhì)的配體（如激素）結(jié)合，通過(guò)最終的構(gòu)象，在細(xì)胞內(nèi)啟動(dòng)對(duì)應(yīng)于配體的反應(yīng)。轉(zhuǎn)運(yùn)與貯存：血紅蛋白在紅細(xì)胞中轉(zhuǎn)運(yùn)氧氣，轉(zhuǎn)鐵蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)鐵至肝臟。結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)：膠原蛋白是皮膚、骨骼和結(jié)締組織中主要的蛋白質(zhì)，頭發(fā)主要由角蛋白組成。營(yíng)

13、養(yǎng)：酪蛋白和卵清蛋白分別是奶和蛋中主要的蛋白質(zhì)，為發(fā)育中的后代提供氨基酸。免疫：識(shí)別并結(jié)合細(xì)菌、病毒和其他外源物質(zhì)（抗原）的抗體，也是蛋白質(zhì)。調(diào)節(jié)：轉(zhuǎn)錄因子與DNA結(jié)合并調(diào)節(jié)其功能。四、蛋白質(zhì)家族蛋白質(zhì)家族起源于一個(gè)古老基因的連續(xù)復(fù)制和隨后的趨異進(jìn)化。不同物種的具有相同功能，承擔(dān)相同生化角色的蛋白質(zhì)家族成員（如大鼠和小鼠的肌紅蛋白）為直向同源。進(jìn)化不同但功能類(lèi)似的蛋白（如-球蛋白與-球蛋白）不同生物體的一個(gè)蛋白質(zhì)家族直向同源成員間氨基酸序列的相似程度取決于兩個(gè)生物體從共同祖先歧化的時(shí)間以及該序列的保守性對(duì)蛋白質(zhì)功能的重要性。1. Purification: to obtain enough pure sample for study2. Sequencing: determine the primary structure of a pure protein sample3. Mass determination: determine the molecular weight (MW) of