闡述蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

1、闡述蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)1.1 氨基酸1.2 肽1.3 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)1.4 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系1.5 蛋白質(zhì)的重要性質(zhì)1.6 蛋白質(zhì)的分類1.7 蛋白質(zhì)的分離與鑒定1.3 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)(p41） : 氨基酸序列和二硫鍵的位置二級(jí)結(jié)構(gòu)(p57）：主鏈規(guī)律的空間排列 (-螺旋, -折疊)超二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域（domain）三級(jí)結(jié)構(gòu)(p70）：所有原子空間位置四級(jí)結(jié)構(gòu)(p83）：多肽鏈間的相互關(guān)系維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素我們將要學(xué)到的三、蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域1、超二級(jí)結(jié)構(gòu)（p71) 定義 超二級(jí)結(jié)構(gòu)是指二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)單位（-螺旋，-折疊等）相互聚集，形成有規(guī)律的二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚

2、集體。：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。Keratin(角蛋白p65), myosin(肌球蛋白)：由兩段平行折疊股和一段作為連接鏈的螺旋組成，股之間還有氫鍵相連。擁有-sheet的蛋白質(zhì):由一條多肽鏈的若干段折疊股反向平行組合而成，兩個(gè)股間通過(guò)一個(gè)短環(huán)連接起來(lái)。擁有-sheet的蛋白質(zhì)幾種基本的組合形式發(fā)夾回紋Rossman希臘鑰匙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)中的幾種超二級(jí)結(jié)構(gòu)細(xì)胞色素C的結(jié)構(gòu)細(xì)胞核抗原的結(jié)構(gòu)纖溶酶原的結(jié)構(gòu) 折疊在蛋白質(zhì)中的不同形式在蛋白質(zhì)中(Rossmann folding)2、結(jié)構(gòu)域（domain，p72）定義：多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的局

3、部折疊區(qū),是相對(duì)獨(dú)立的緊密球狀實(shí)體。 Polypeptides with more than a few hundred amino acid residues often fold into two or more stable, globular units called domains。特點(diǎn)最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)域含序列上連續(xù)的100200個(gè)氨基酸殘基，少至40個(gè)左右，多至400個(gè)以上。結(jié)構(gòu)域是多肽鏈的獨(dú)立折疊單位。例如蚯蚓血紅蛋白：由四個(gè)-螺旋組成的結(jié)構(gòu)域木瓜蛋白酶：含有兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域肌鈣蛋白C(3) 意義 結(jié)構(gòu)域往往有特殊的功能，例如結(jié)合小分子。含多結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)中，小分子結(jié)合部位往往出現(xiàn)在

4、兩個(gè)域之間的裂縫處。 對(duì)于較小的球狀蛋白質(zhì)分子或亞基來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)域和三級(jí)結(jié)構(gòu)是一個(gè)意思。肌鈣蛋白C的結(jié)構(gòu)域Structural domains in the polypeptide troponin C. This calcium-binding protein associated with muscle has separate calcium-binding domains, indicated in blue and purple.兩個(gè)鐵原子蚯蚓血紅蛋白中四個(gè)-螺旋組成的結(jié)構(gòu)域木瓜蛋白酶四、球狀蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) p70（tertiary structure） 三級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)分子中所有原

5、子的三維空間排列，包括它的二級(jí)結(jié)構(gòu)要素和它的側(cè)鏈在空間上的相互關(guān)系。 The overall three-dimensional arrangement of all atoms in a protein is referred to as the proteins tertiary structure. 主要研究方法是X-光衍射和核磁共振法。1、定義-折疊-轉(zhuǎn)角無(wú)規(guī)則卷曲空穴-折疊-轉(zhuǎn)角無(wú)規(guī)則卷曲空穴2、球狀蛋白質(zhì)的特征雞卵清溶菌酶的三級(jí)結(jié)構(gòu) 含多種二級(jí)結(jié)構(gòu)單元 有明顯的折疊層次 是緊密的球狀或橢球狀實(shí)體 分子表面有一空穴(活性部位) 疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面。-螺旋細(xì)

6、胞色素C核糖核酸酶溶酶體紅色血紅素(細(xì)胞色素c)和活性部位(溶酶體和核糖核酸酶)黃色二硫鍵 抹香鯨肌紅蛋白的立體結(jié)構(gòu)表示法（三級(jí)）多肽骨架（絲帶法，二級(jí)結(jié)構(gòu)）“網(wǎng)眼”圖(蛋白質(zhì)表面)表面輪廓圖(觀察凹穴)絲帶法(包括側(cè)鏈)立體模型(包括側(cè)鏈)疏水殘基血紅素由124個(gè)氨基酸殘基組成多肽鏈折疊形成3個(gè)-螺旋、6個(gè)-折疊片以及一些-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)則卷曲二級(jí)結(jié)構(gòu)再組合形成近似卵圓的結(jié)構(gòu)表面有一個(gè)凹陷，構(gòu)成酶活性中心的3個(gè)氨基酸殘基就集中于此3、實(shí)例核糖核酸酶肌紅蛋白由一條多肽鏈和一個(gè)輔基血紅素構(gòu)成含153個(gè)氨基酸殘基分子中多肽鏈由長(zhǎng)短不等的8段直的-螺旋組成拐彎是由18個(gè)殘基組成的無(wú)規(guī)卷曲C-末端有一段5

7、殘基的松散肽鏈分子致密結(jié)實(shí)，內(nèi)部只有一個(gè)能容納4個(gè)水分子的空間親水的氨基酸幾乎全分布在分子的表面，而疏水的殘基幾乎全被埋在分子內(nèi)部血紅素(Heme)是鐵卟啉化合物，由4個(gè)甲炔基相連成為一個(gè)環(huán)形，F(xiàn)e2+居于環(huán)中。鐵離子有6個(gè)配位鍵，其中4個(gè)與吡咯環(huán)的N配位結(jié)合，1個(gè)配位鍵和肌紅蛋白的93位(F8)組氨酸殘基結(jié)合，氧則與Fe2+ 形成第6個(gè)配位鍵，接近第64位(E7)組氨酸。血紅素(Heme)是鐵卟啉化合物，由4個(gè)甲炔基相連成為一個(gè)環(huán)形，F(xiàn)e2+居于環(huán)中。鐵離子有6個(gè)配位鍵，其中4個(gè)與吡咯環(huán)的N配位結(jié)合，1個(gè)配位鍵和肌紅蛋白的93位(F8)組氨酸殘基結(jié)合，氧則與Fe2+ 形成第6個(gè)配位鍵，接近第

8、64位(E7)組氨酸。核糖核酸酶A三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖ribonuclease A抹香鯨肌紅蛋白（Myoglobin）的三級(jí)結(jié)構(gòu)五、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu) p83 (quaternary structure)肝臟醇脫氫酶（2) Some proteins contain two or more separate polypeptide chains, or subunits, which may be identical or different. The arrangement of these protein subunits in three-dimensional complexes consti

9、tutes quaternary structure.五、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternary structure) 四級(jí)結(jié)構(gòu)是由相同或不同亞基按照一定排列方式聚合而成的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。去氧血紅蛋白 寡聚蛋白：由兩個(gè)或兩個(gè)以上亞基組成的蛋白質(zhì)統(tǒng)稱。 亞基：寡聚蛋白中的每個(gè)獨(dú)立的三級(jí)結(jié)構(gòu)單元。 維持四級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用力是疏水鍵、離子鍵、氫鍵、范德華力。 原體(protomer)：對(duì)稱的寡聚蛋白質(zhì)分子可視為由兩個(gè)或多個(gè)相同結(jié)構(gòu)成分組成,這種相同結(jié)構(gòu)成分稱為原聚體或原體。 例如：血紅蛋白(22)的原體是。去氧血紅蛋白蛋白質(zhì)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱Rotational symmetry in proteins環(huán)狀對(duì)稱

10、蛋白質(zhì)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱Rotational symmetry in proteins二面體對(duì)稱一個(gè)二重旋轉(zhuǎn)軸并以直角橫切蛋白質(zhì)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱Rotational symmetry in proteins二十面對(duì)稱實(shí)例：血紅蛋白(22)由4個(gè)多肽亞基組成，兩個(gè)亞基，兩個(gè)亞基組成每個(gè)亞基都有一個(gè)血紅素基和一個(gè)氧結(jié)合部位 亞基含有141個(gè)氨基酸殘基 亞基含有146個(gè)氨基酸殘基 亞基和亞基的三級(jí)結(jié)構(gòu)和肌紅蛋白鏈的三級(jí)結(jié)構(gòu)非常相似O2 transport組織肺或鰓靜脈動(dòng)脈脫氧血紅蛋白氧合血紅蛋白肌紅蛋白血紅蛋白四級(jí)結(jié)構(gòu)球狀蛋白,寡聚蛋白,含四個(gè)亞基兩條鏈,兩條鏈,22鏈：141個(gè)殘基; 鏈：146個(gè)殘基分子量65

11、 000含四個(gè)血紅素輔基親水性側(cè)鏈基團(tuán)在分子表面，疏水性基團(tuán)在分子內(nèi)部煙草花葉病毒（TMV）每3圈49個(gè)蛋白質(zhì)亞基，螺距2.3nm，右手螺旋。煙草花葉病毒外殼蛋白（亞基）微原纖維(4個(gè)右手卷曲的螺旋對(duì))原絲(兩個(gè)-螺旋形成的卷曲的螺旋)初原絲(卷曲的螺旋對(duì))六、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素 p73 穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力主要是一些所謂弱的相互作用或稱非共價(jià)鍵或次級(jí)鍵，包括氫鍵、范德華力、疏水作用和鹽鍵（離子鍵），此外還有共價(jià)二硫鍵、酯鍵和配位鍵。氫鍵離子鍵吸引排斥疏水作用范德華力四種典型的非共價(jià)鍵構(gòu)型與構(gòu)象 構(gòu)型：立體異構(gòu)體分子中取代原子或基團(tuán)在空間的取向，如幾何異構(gòu)體和光學(xué)異構(gòu)體。構(gòu)型互變需

12、要共價(jià)鍵的斷裂。 構(gòu)象：取代基團(tuán)當(dāng)單鍵旋轉(zhuǎn)時(shí)形成不同的立體結(jié)構(gòu)，這種空間位置的改變不涉及共價(jià)鍵的斷裂。二氯乙烷 定義：是一種由弱酸性的供體基團(tuán)（D-H）和一個(gè)具獨(dú)對(duì)電子的原子（A）之間形成的最顯著的靜電作用力。（p75）在生物系統(tǒng)中，D和A兩者都是高電負(fù)性的N和O以及S原子。 舉例 ：蛋白質(zhì)分子中的氫鍵示意圖1、氫鍵生物體系中常見(jiàn)氫鍵 氫受體通常是氧或氮; 氫受體是另一個(gè)電負(fù)性原子.氫供體氫受體 對(duì)于二級(jí)結(jié)構(gòu)（主鏈構(gòu)象）的穩(wěn)定起主要作用 在蛋白質(zhì)的主鏈上，有大量羰基氧原子和已與氮原子共價(jià)結(jié)合的氫原子，它們之間可產(chǎn)生氫鍵。氫鍵雖弱，但由于數(shù)量很大，對(duì)于二級(jí)結(jié)構(gòu)（主鏈構(gòu)象）的穩(wěn)定起極其重要的作用。

13、 對(duì)于維系蛋白質(zhì)三、四級(jí)結(jié)構(gòu)也起著一定的作用 某些側(cè)鏈與另一側(cè)鏈之間也能形成氫鍵，這對(duì)于維系蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)也起著一定作用。 氫鍵在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的作用2、范德華力 在電中性分子之間的非共價(jià)結(jié)合統(tǒng)稱為范德華力。 一般是指范德華吸引力。當(dāng)兩個(gè)非鍵合原子處于一定距離時(shí)，這種力才能達(dá)到最大，此距離稱接觸距離，它等于兩個(gè)原子的范德華半徑之和。 范德華引力是很弱的力，但在蛋白質(zhì)分子中它的數(shù)量也較大，且具加和性，因此也是形成和穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象的一種不可忽視的作用力。共價(jià)半徑范德華半徑疏水鍵在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的作用： 對(duì)蛋白質(zhì)三、四級(jí)結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定起主要作用。 定義：指疏水基團(tuán)在水溶液中常避開(kāi)水而聚集在一起的那種力量。或：指非極性基團(tuán)受到水分子的排斥相互聚集在一起的作用力。 3、疏水作用舉例：蛋白質(zhì)分子中的疏水鍵示意圖 (非極性氨基酸)(非極性氨基酸)4、鹽鍵（離子鍵）定義：指正負(fù)離子電荷間的靜電引力 鹽鍵在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的作用： 鹽鍵對(duì)蛋白質(zhì)三、四級(jí)結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定起重要作用 舉例:蛋白質(zhì)分子中的離子鍵示意圖 形成：兩個(gè)半胱氨酸的巰基脫氫氧化可產(chǎn)生二硫鍵.5、二硫鍵說(shuō)明 二硫鍵可在同一條肽