2.1蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)

和三、四級(jí)結(jié)構(gòu)復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次 一級(jí)結(jié)構(gòu)：氨基酸序列 二級(jí)結(jié)構(gòu)：α螺旋，β折疊超二級(jí)結(jié)構(gòu)Module結(jié)構(gòu)域〔domain） 三級(jí)結(jié)構(gòu)：所有原子空間位置四級(jí)結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)多聚體蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次高級(jí)結(jié)構(gòu)復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)超二級(jí)結(jié)構(gòu)類(lèi)型形成αα超二級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力形成βαβ超二級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力β-sheet的拓?fù)鋵W(xué)規(guī)律超二級(jí)結(jié)構(gòu)

SuperSecondaryStructure復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)超二級(jí)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型αα：keratin,myosin,βαβ、βββ：擁有β-sheet的蛋白質(zhì)超二級(jí)結(jié)構(gòu)類(lèi)型復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)超二級(jí)結(jié)構(gòu)作用力αα：α螺旋的側(cè)鏈位置的20度錯(cuò)位βαβ：伸展肽鏈的12.5度自然扭曲形成超二級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)Aa超螺旋復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)a螺旋上a碳原子和側(cè)鏈的位置復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)Myosin_1復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)MyosinbundleActinfiberMyosin_2復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)Myosin_3復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)Myosin_4復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)伸展肽鏈的自然扭曲伸展肽鏈的自然扭曲復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)β折疊在蛋白質(zhì)中的不同形式β折疊在蛋白質(zhì)中的不同形式復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)βαβ在蛋白質(zhì)中(Rossmann折疊)βαβ在蛋白質(zhì)中復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)理論上四條β折疊有12種組合，但是……611621beta折疊的各種組合復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)Greekkey的由來(lái)Greekkey的由來(lái)復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)β-sheet模式之一β-sheet模式之一_1復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)β-sheet

模式之一β-sheet模式之一_2復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)β-sheet模式之二β-sheet模式之二復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)β-sheet模式之三β-sheet模式之三復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)結(jié)構(gòu)域(domain)在空間上相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域,是進(jìn)化過(guò)程中不同基因融合的結(jié)果.復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)免疫球蛋白中的結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)每個(gè)原子的空間位置，其主要研究方法是，X-光衍射和核磁共振法。復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)1895:W.C.RoentgendiscoversXrays.1912:MaxvonLauediscoversX-raydiffractionbycrystals.1913:W.L.BraggreportsthecrystalstructureofNaCl,providingthefirstexperimentalevidencefortheabsenceofsalt"molecules".1928:KathleenLonsdalereportsthestructureofbenzeneashavingsixequalsizedbondsinsteadofalternatingdoubleandsinglebonds.1935:J.M.Robertsonetal.solvethestructuresofpthalocyanins,thefirstcaseofacomplexorganicmoleculesolvedindependentlybycrystallography.1948:Bijvoetetal.solvestrychnine,perhapsthefirstcaseinwhichcrystallographydecidedbetweenalternativesproposedbyorganicchemists.1950:Bijvoetetal.establishtheabslouteconfigurationsofdextroandlaevocompoundswithNaRbtartrate.1949-57:DorothyCrowfootHodgkinetal.solvedthestructuresofpenicillin(1949)andvitaminB-12(1957).ShewontheNobelPrizeinChemistryin1964.X-RAYDIFFRACTION技術(shù)的歷史復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)X-RAYDIFFRACTION

研究蛋白立體結(jié)構(gòu)1936年MaxF.Perutz開(kāi)始用X-光衍射技術(shù)來(lái)研究血紅蛋白的立體結(jié)構(gòu)1945年P(guān)erutz的學(xué)生J.C.Kendrew開(kāi)始研究肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)1957年肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)確定,1959年血紅蛋白結(jié)構(gòu)解明兩人于1962年獲得諾貝爾獎(jiǎng).復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)KendrewPerutzL.Braggs復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)LaboratoryprocedureMusthaveapurifiedprotein(ornucleicacid)MustbeabletocrystallizethismoleculeintoacrystalfromthatisstabletoirradiationbyX-raysMountthecrystalintheX-raymachineCollectdiffractedradiationonfilmorintoanarrayofdetectorsUseacomputertocarryoutFouriertransformsonthisdensitydataFromthesespots(reflections)andtheFouriertransform,acontourmapofelectrondensityiscreatedAnactualphysicalmodelisthenconstructedsoastoplacethenucleiofeachofthenon-hydrogenatomsinthecenterofoneofeachoftheareasofhighelectrondensity(originallydonebyhandisnowdonebycomputer).Inadditiontotheimmenseamountofworkrequired,PerutzandKendrewfacedtwomajorproblemsthathadtobesolvedinordertoobtainastructure:A.Thephasedetermination(i.e.whatisupanddown).Thiswasachievedbytheprocessofheavyatom(UorPb)replacement.B.Obtainingadequatecomputerpowerforthemassivenumberofcomputations,theFouriertransformcalculations.ThefirstelectroniccomputerswerenotdevelopeduntilafterWorldWarII.復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)By1957,Kendrewhadmeasured400reflections,andfromthem,createdastructureformyoglobinatthelevelof0.6nmresolution.(Noindividualaminoacidresidueswerevisible)Laterheanalyzed9600reflectionstoproduceadensitymapat0.2nmresolution.Finally,in1962heanalyzed25,000reflectionstoproduceadensitymapat0.14nm.Resolutionofthislevelallowedassignmentof1200ofthe1260non-hydrogenatoms.TodaythetechniqueofX-raycrystallographyhasbeenrefinedsuchthatpreparingrobustcrystalsoftheappropriatesizeisthemostdifficulttaskinobtainingamolecularstructure.Theadventofarraysofdetectorsconnecteddirectlytopowerfulcomputers,permitsthegenerationofmolecularstructuresonthecomputerdisplayinamatterofweeks.復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)如何看立體圖----斗雞眼法如何看立體圖復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)蛋白質(zhì)幾種不同的立體結(jié)構(gòu)表示法立體圖的不同表示方法復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)X-Ray衍射決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象X衍射決定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)核磁共振是確定蛋白質(zhì)分子在溶液中的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的唯一方法核磁共振研究蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)KurtWuthrich,瑞典科學(xué)家2019年獲得諾貝爾獎(jiǎng)復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)氫原子的核磁共振譜復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用，蛋白質(zhì)與核酸的相互作用，比較簡(jiǎn)單的體系有血紅蛋白、限制性內(nèi)切酶等，復(fù)雜體系有核糖體、病毒、肌肉蛋白等。復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)DNA和蛋白質(zhì)的相互作用也是四級(jí)結(jié)構(gòu)DNA和蛋白質(zhì)的結(jié)合復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)病毒是巨大的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)復(fù)合體病毒中的四級(jí)結(jié)構(gòu)復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)核糖體，蛋白質(zhì)和核酸的復(fù)合體核糖體中的四級(jí)結(jié)構(gòu)復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)

決定三級(jí)結(jié)構(gòu)復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)蛋白質(zhì)從伸展的多肽鏈形成其特定的立體結(jié)構(gòu)的過(guò)程叫折疊〔folding）。維持其特定的立體結(jié)構(gòu)的作用力為：氫鍵、疏水作用、范德華力、離子鍵和配位鍵。多數(shù)蛋白質(zhì)被合成以后，自己就能形成自由能最低的立體結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的Folding復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定其高級(jí)結(jié)構(gòu)。換言之，蛋白質(zhì)的三維立體結(jié)構(gòu)完全取決于其氨基酸的序列。蛋白質(zhì)的天然立體結(jié)構(gòu)一般是自由能最低的狀態(tài)。Anfinsen（1972諾貝爾獎(jiǎng)獲得者〕用極其簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)證明了蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定其高級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)決定立體結(jié)構(gòu)復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)

Anfinsen的實(shí)驗(yàn)Anfinsen的實(shí)驗(yàn)復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)Anfinsen的實(shí)驗(yàn)〔續(xù)）Anfinsen的實(shí)驗(yàn)_2復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)Anfinsen的實(shí)驗(yàn)〔續(xù)2）Anfinsen的實(shí)驗(yàn)_3復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)蛋白質(zhì)以多肽鏈的形式被合成出來(lái)后，要形成特定的立體結(jié)構(gòu)后才有生理活性。擁有生理活性的立體結(jié)構(gòu)對(duì)每種蛋白質(zhì)而言，是特定的和唯一的，通常稱之為天然結(jié)構(gòu)〔nativestructure）。蛋白質(zhì)的天然立體結(jié)構(gòu)在溶液中有一定的可塑性〔彈性）。Nativestructure復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)有些蛋白質(zhì)被合成以后，自己不能獨(dú)立形成自由能最低的立體結(jié)構(gòu)，而需要一類(lèi)蛋白質(zhì)來(lái)催化，這類(lèi)蛋白質(zhì)稱為分子伴侶（molecularchaperone）。它們普遍存在于真核生物和原核生物中，一般使用ATP的能量幫助其它蛋白質(zhì)形成自由能最低的立體結(jié)構(gòu)，但不改變自己。自由能最低復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)蛋白質(zhì)在受熱或在高濃度的尿素、鹽酸胍等化學(xué)試劑存在下會(huì)喪失活性，該現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性〔denaturation）。蛋白質(zhì)變性的的化學(xué)本質(zhì)是高級(jí)結(jié)構(gòu)的破壞〔一級(jí)結(jié)構(gòu)不被破壞），特別是氫鍵的破壞。有些蛋白質(zhì)的變性是可逆的，通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒ā踩缤肝觥硨⒆冃詣┏ズ?，蛋白質(zhì)可以恢復(fù)其天然立體結(jié)構(gòu)，這個(gè)過(guò)程稱為復(fù)性〔renaturation）。變性與復(fù)性復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與疾病復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)生物體內(nèi)的每一個(gè)基因均受到來(lái)自生物演化的選擇壓，其結(jié)果是每個(gè)蛋白質(zhì)均有其獨(dú)特〔和唯一的〕的立體的結(jié)構(gòu)，和生化生理功能。蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)的特定和唯一的復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)一條肽鏈對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的空間結(jié)構(gòu)這條法則的破壞是災(zāi)難性的。導(dǎo)致瘋牛病的prion就是一個(gè)例子。正常prion異常prion蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)的特定和唯一的復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)Prion在病理組織中的纖維狀聚合體纖維狀prion復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)形成總則復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)一、蛋白質(zhì)的形狀分球狀和纖維狀；穩(wěn)定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)傾向與擁有最多量的氫鍵；二、球狀蛋白質(zhì)都有疏水核心，由疏水側(cè)鏈構(gòu)成，親水側(cè)鏈分布在蛋白質(zhì)的表面或酶活性中心〔油滴法則），蛋白質(zhì)的內(nèi)部不得有空隙；纖維狀蛋白也符合這一規(guī)律；三、多聚體化是球狀蛋白質(zhì)的普遍現(xiàn)象，不正常聚合成纖維狀可導(dǎo)致疾??；四、穿膜區(qū)一定呈α螺旋結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈外露。變性與復(fù)性復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)蛋白質(zhì)的折疊過(guò)程很象左圖中的繩子自然落下的過(guò)程，不會(huì)出現(xiàn)右圖中的“打結(jié)〞現(xiàn)象。復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)?蛋白質(zhì)與人工合成的高分子

聚合物(高分子化學(xué)合成而

成)的本質(zhì)性區(qū)別是什么?

思考題思考題：復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)系黃偉達(dá)Thefirstthree-dimensionalstructureofabiopolymerwastheDNAmodelbuiltbyJ.D.WatsonandF.H.C.Crickin1953takingintoaccountfiberdiffractiondataprovidedbyM.H.F.Wilkinsandothers(NobelPrizeinPhysiologyorMedicine,1962).HereisacopyoftheoriginalpapersubmittedtoNatureonApril2,1953andpublishedonApril25,1953.Thefirstthree-dimensionalproteinstructures(myoglobinandhemoglobin)weredeterminedbyM.F.PerutzandJ.C.Kendrew(NobelPrizeinChemistry,1962).TheentriesincludedinthePDB(PDBcodes:1mbnand2dhb)representrefinedstructures.J.C.Kendrewhadobtainedamyoglobinstructureataresolutionof6?alr