第五、六章蛋白質(zhì)三維結(jié)

Chapter5.TheDstructureofprotein1一、結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)即蛋白質(zhì)的構(gòu)象，指蛋白質(zhì)分子所有原子在三 （x,y,z)結(jié)構(gòu):蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸殘基的排列順結(jié)構(gòu):蛋白質(zhì)多肽鏈主鏈的折結(jié)構(gòu):蛋白質(zhì)一條多肽鏈的折結(jié)構(gòu):寡聚蛋白質(zhì)各亞基的空2 一級(jí)結(jié)primary白 二級(jí)結(jié)secondary結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)supersecondary 結(jié)構(gòu)主

高級(jí)結(jié)三級(jí)結(jié) Tertiary層 四級(jí)結(jié)Quaternary研究蛋白質(zhì)構(gòu)4二、維持蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作a.鹽 b.氫 c.疏水作 d.范德華 e.二硫5三、多肽主鏈折疊的空間（一）酰胺平面與α-碳原子的二面角（φ和ψ兩相鄰酰胺平面之間，能以共同的兩相鄰酰胺平面之間，能以共同的Cα為定點(diǎn)而旋轉(zhuǎn)，繞Cα-N鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱φ角，繞C-Cα鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱ψ角。φψ稱作二面角，亦稱構(gòu)象酰胺α-碳原

非鍵合原接觸半側(cè)酰胺平

Φ=00，ψ=00的多肽主鏈構(gòu)7（二）可允許的φ和ψ值：Ramachandran8蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（secondarystructure）指肽鏈主α-螺旋（α-helix）β-折疊（β-pleatedβ-轉(zhuǎn)角（β-turn）無規(guī)則卷曲（non-regularcoil）9-特征螺旋體中所有氨基酸殘基側(cè)鏈都伸向外側(cè)每個(gè)氨基酸殘基的>N-H與前面第三個(gè)氨基酸殘基的形成氫鍵，肽鏈上所有的肽鍵都參與氫鍵的形成，多態(tài)性：多數(shù)為右手（較穩(wěn)定），亦有少數(shù)左手螺旋存在,e.g.嗜熱菌蛋白酶Asp-Asn-Gly-Gly(226-229)；存β特征：兩條或多條伸展的多肽鏈（或一條多肽鏈的若干肽段）側(cè)向集聚，通過相鄰肽鏈主鏈上的H與之間有規(guī)則的氫鍵，形成鋸齒狀片層結(jié)構(gòu)，即β－折疊類別：平β－轉(zhuǎn)角（β特征：多肽鏈中氨基酸殘基n殘基（n+3）回折180度。無規(guī)則卷曲無規(guī)則 -角蛋白是頭發(fā)-角蛋白是頭發(fā)的主要 沿長軸方向的-螺旋，靠近氨基端和羧基端加粗。一對(duì)這樣的螺旋彼雙鏈的螺旋化螺旋（coiledcoils）。螺旋化螺旋繼而結(jié)合成高度有序的結(jié)構(gòu)，稱為原絲（protofilament)和原纖維 約四股原纖維即形成一根細(xì)絲（-毛發(fā)橫切面和毛發(fā)-角蛋白的永久燙發(fā)的-角蛋白—絲心蛋白(fibroin)堆積的A交替層中A和Gly殘基側(cè)膠原蛋(collagen)一股原膠蛋白分膠原纖維(collagenfibril)中原膠原蛋白分子的排列膠原纖維通過Lys-Lys相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元（即α-螺旋、β-折疊片和β-轉(zhuǎn)（foldingmotif)。類型：αα；βαβ 結(jié)構(gòu)域(structure 超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上）由兩個(gè)或兩個(gè)以上相對(duì)獨(dú)立的三維實(shí)體締合而成三級(jí)結(jié)構(gòu)，這種相對(duì)獨(dú)立的三維實(shí)體稱結(jié)構(gòu)域。現(xiàn)在,結(jié)構(gòu)域的概念有三種不同而又相互聯(lián)系的涵義:結(jié)構(gòu)域運(yùn)動(dòng)：結(jié)構(gòu)域本身都是緊密裝配的，結(jié)構(gòu)域之間類型反平行α-螺旋結(jié)構(gòu)域（全α-結(jié)構(gòu)平行或混合型-折疊片結(jié)構(gòu)域（α+β結(jié)構(gòu)域反平行-折疊片結(jié)構(gòu)域（全-結(jié)構(gòu)球狀蛋白質(zhì)是指折疊成球狀或近似球狀的蛋白質(zhì)；球狀蛋白質(zhì)代表著蛋白質(zhì)的三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)（tertiarystructure）：是指球狀蛋白質(zhì)的卷曲折疊，借助次級(jí)鍵維系使α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和含多種二級(jí)結(jié)構(gòu)單有明顯的折疊層次是緊密的球狀或橢球狀實(shí)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) 在分子表面β-折 空β-

無規(guī)卷-雞卵雞卵清溶菌酶的三級(jí)全α-結(jié)構(gòu)（反平行α-螺旋)蛋白質(zhì)

-螺旋組成的結(jié)構(gòu)、β結(jié)構(gòu)（平行或混合型-折疊片）蛋白磷磷酸丙糖異構(gòu)酶（頂面磷酸丙糖異構(gòu)酶（側(cè)面單饒平行雙饒平行免疫球蛋白VL結(jié)構(gòu)Cu.Zn-免疫球蛋白VL結(jié)構(gòu)鐵鐵氧還高氧還二節(jié)薺蛋胰島RNaseAissmallproteinwith4disulfideAnfinsen’s TheNobelPrizeinChemistry1972ThesequencedeterminestheTheinformationnecessarytospecifythestructureispresentinthesequence.ChristianB.Anfinsen--forhisworkonribonuclease,especiallyconcerningtheconnectionbetweentheaminoacidsequenceandthebiologicallyactive胰蛋白酶抑制劑（BPTI）是一種小分子蛋白質(zhì)胰蛋白酶抑制劑（BPTI）是一種小分子蛋白質(zhì)G=H–TGischangeinGibbsFreeEnergy.Iftheendingstateislowerinfreeenergythanthestartingstate,reactionwillproceedspontaneously.HischangeinEnthalpy.Enthalpyistheenergyfrombondsandattractiveinteractions.NegativeHisfavorable.(e.g.formingmorebonds.)SischangeinEntropy.Entropyisdisorder.Positiveisfavorable.(e.g.increasingtheamountofProteinLevinthalForexample:100residues,3statesper#ofconformations= =~1047Supposethechaincansearch1012Timetofindcorrectstate=1047/1012=1035Ageofuniverse=~12billionyears=~1020Theproteincanfoldwithinseconds.ThisparadoxcalledtheLevinthalparadox,afterCyrusProteinFoldingProteinsdonotsampleallpossibleconformations-rather,“partiallyfolded”states(“foldingintermediates”)withsomebutnotallpossiblebondsandinteractionsoccurduringthefoldingprocess.ThesequencealsospecifiesthefoldingAsmoreinteractionsform,thestructuregetscloserandclosertothefinalfoldedstate.Typicaltimesforproteinfoldingare~10-6secto102蛋白質(zhì)折疊是熱力學(xué)有利的過程，即蛋白質(zhì)的折疊方向新生蛋白質(zhì)中正確的二硫鍵配對(duì)受蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶蛋白質(zhì)中的肽鍵幾乎總是反式的，但X-pro是例外。肽基脯氨酰異構(gòu)酶（peptidylprolylisomerase)可催化順-反異構(gòu)化。分子伴侶（Molecularchaperone）是一類相互之間有關(guān)系的 Hsp60分子伴侶系統(tǒng)中GroE在蛋白質(zhì)折疊八四級(jí)結(jié)構(gòu)（Quaternary structure）：指由相同或不同的稱作亞基（subunit）的亞單位按照一定排布方式締合而成的蛋白維持四級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用力：疏水鍵、離子鍵、氫鍵、范得亞基本身都具有球狀三級(jí)結(jié)構(gòu)，一般只包含一條多肽鏈，也有的由二條或二條以上由二硫鍵連接的肽鏈組成。對(duì)稱性是 能使蛋白質(zhì)復(fù)原的最小旋轉(zhuǎn)角度為（基轉(zhuǎn)角），則2/=n,n為蛋白質(zhì)旋轉(zhuǎn)360度與原有結(jié)構(gòu)重復(fù)的次數(shù)，稱為重（fold),對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸稱為n-重軸。假設(shè)的單

C2對(duì) C3對(duì) C4對(duì) D2對(duì) D3對(duì) 四面體

八面體 螺旋對(duì) 二十面體對(duì)（具有螺旋對(duì)稱的性質(zhì) 本章基本 Chapter6.Therelationshipofstructure&functionofprotein同源蛋白質(zhì)的物種差異與生物質(zhì)(homologousproteins)，如脊椎動(dòng)物中的血紅蛋似性叫序列同源性(（invariantresidue);而有些是不同的，稱可變殘基（variableresidue)。紅字-不變殘基；藍(lán)色陰影—保守取代；未標(biāo)記—生與人不同的aa黑猩0恒河1兔9袋牛、豬、羊、 雞、火 響尾 海 金槍 角 小 小 粗早鏈孢 酵

根據(jù)細(xì)胞色素C的不1 的的 素 中不 的

血紅

不變的AA殘2828個(gè)不變的AA殘基，是CytC的生物功能所不蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與Redbloodcellsfromsicklecellanemiapatients:esickle-shapedinthedeoxygenatedstateTheelongatedcellstendtoblockcapillaries,causinginflammationandconsiderable Electronmicrographofdeoxy-HbSfibersspillingoutofarupturederythrocyte.Electronmicrographofdeoxy-HbSfibersspillingoutofarupturederythrocyte.Thesickledcellsarefragile.Theirbreakdownleadstoananemiathatleavesthevictimsusceptibletoinfectionsanddiseases. +The ByDr.V.M. HbA:His-Val-Leu-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-HbS:HbA:His-Val-Leu-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Sicklecellanemiaiscausedbyasingleaminoacidsubstitution,whichisresultedfromasinglebasechangeintheencodingHbSgene.subunitofHbsubunitofHbTheHbSalleleconfersasmallbut tomalariainheterozygousindividualsTheHbSallele(i.e.,sicklecelltrait)wasfoundcommonincertainpartsofAfrica.Plasmodiumfalciparum，aprotozoancausingmalaria，increasestheacidityoferythrocyte,favoringtheformationofdeoxy-HbS(theBohreffect)andruptureoferythrocytes,thusprobablyallowingthespleentopreferentiallyremovetheinfected肌紅蛋白分子和血紅蛋白的-亞ββchain 至少有7種：、、、G 發(fā)育階名或樣或樣亞基組胚出生出生—血紅(HisE7,血紅素 氧合肌紅蛋白中血紅素的六個(gè)配

KMbO 2令氧飽和度Y2

則Mb

將（2）帶入（1）式，得

K1Y可推得：Y

KPo

2

K

令氧飽和Y

Hb(O2)n則:Y

將（2）帶入（1