第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)——基本結(jié)構(gòu)當(dāng)前1頁，總共31頁。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)

1．定義：

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序，一級結(jié)構(gòu)的主要連接鍵是肽鍵，通常將二硫鍵也歸屬于一級結(jié)構(gòu)2．結(jié)構(gòu)特點：蛋白質(zhì)的序列具有方向性，一般書寫順序是從N-端到C-端，其主要作用是決定蛋白質(zhì)分子的高級結(jié)構(gòu)和功能當(dāng)前2頁，總共31頁。胰島素由51個氨基酸殘基組成，分為A、B兩條鏈。A鏈21個氨基酸殘基，B鏈30個氨基酸殘基。A、B兩條鏈之間通過兩個二硫鍵聯(lián)結(jié)在一起，A鏈另有一個鏈內(nèi)二硫鍵。當(dāng)前3頁，總共31頁。一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，但并不是決定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的唯一因素當(dāng)前4頁，總共31頁。1、定義：指多肽鏈主鏈骨架原子的空間相對位置，不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。2、基本類型：

-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角、無規(guī)結(jié)構(gòu)3、穩(wěn)定二級結(jié)構(gòu)的作用力：氫鍵二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)

當(dāng)前5頁，總共31頁。(1)-螺旋結(jié)構(gòu)要點：(1)肽鍵平面為單位,以-碳原子為轉(zhuǎn)折盤旋形成右手螺旋，螺旋的每圈有3.6個氨基酸，螺旋間距離為0.54nm，每個殘基沿軸旋轉(zhuǎn)100，上升0.15nm(2)主鏈原子構(gòu)成螺旋的主體,側(cè)鏈在其外部，直徑約為0.5nm當(dāng)前6頁，總共31頁。-螺旋左、右手螺旋當(dāng)前7頁，總共31頁。(3)每個肽鍵的羰基氧與遠(yuǎn)在第四個氨基酸氨基上的氫形成氫鍵(共形成n-4個氫鍵)，所有肽鍵都能參與鏈內(nèi)氫鍵的形成，氫鍵的方向與中心軸大致平行,是穩(wěn)定螺旋的主要作用力3.613(SN)(4)Pro的N上缺少H，不能形成氫鍵，經(jīng)常出現(xiàn)在-螺旋的端頭，它改變多肽鏈的方向并終止螺旋當(dāng)前8頁，總共31頁。當(dāng)前9頁，總共31頁。（2）-折疊

β-折疊是由兩條或多條伸展的多肽鏈靠氫鍵聯(lián)結(jié)而成的鋸齒狀片狀結(jié)構(gòu)。側(cè)鏈基團與Cα間的鍵幾乎垂直于折疊平面，R基團交替地分布于片層平面兩側(cè)。

β-折疊分平行式和反平行式，后者更為穩(wěn)定。N端在同一端。氨基酸之間沿軸相距0.325nmN端不在同一端。氨基酸之間沿軸相距0.35nm當(dāng)前10頁，總共31頁。當(dāng)前11頁，總共31頁。維持β-折疊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的力——氫鍵由一條鏈上的羰基和另一條鏈上的氨基之間形成，即氫鍵是在鏈與鏈之間形成的。當(dāng)前12頁，總共31頁。（a）平行式

（b）反平行式當(dāng)前13頁，總共31頁。三、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)(3)-轉(zhuǎn)角概念：

肽鏈出現(xiàn)180回折的轉(zhuǎn)角處結(jié)構(gòu)稱為-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)特點：

第一個殘基的C=O與第四個殘基的N-H形成氫鍵，常見于連接反平行β-折疊片的端頭(如Gly與Pro)，多位于球狀蛋白質(zhì)分子表面，約占全部殘基的四分之一當(dāng)前14頁，總共31頁。(4)無規(guī)卷曲oil）概念：

沒有確定規(guī)律性的肽鍵構(gòu)象特點：

常見于球狀蛋白質(zhì)分子中，在其它類型二級結(jié)構(gòu)肽段之間起連接作用，有利于整條肽鏈盤曲折疊。酶的功能部位常常處于這種構(gòu)象區(qū)域。H2N

COOH

當(dāng)前15頁，總共31頁。α-螺旋β-折疊β-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲核糖核酸酶分子中的二級結(jié)構(gòu)當(dāng)前16頁，總共31頁。蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)總結(jié)多肽鏈折疊的規(guī)則方式當(dāng)前17頁，總共31頁。三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)

概念：

蛋白質(zhì)分子中所有原子(包括主鏈和側(cè)鏈)在三維空間的排列分布，又稱為空間結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)、構(gòu)象當(dāng)前18頁，總共31頁。維持三級結(jié)構(gòu)的作用力二硫鍵——

共價鍵疏水作用非共價鍵（次級鍵）氫鍵

離子鍵范德華力當(dāng)前19頁，總共31頁。穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力a離子鍵b氫鍵c疏水作用

d范德華力e二硫鍵abcdeacd當(dāng)前20頁，總共31頁。

氫鍵對維持二級結(jié)構(gòu)特別重要

疏水作用對維持三級結(jié)構(gòu)特別重要

這些非共價鍵以量取勝，它們不僅穩(wěn)定了蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，對蛋白質(zhì)的功能也有重要影響作用當(dāng)前21頁，總共31頁。疏水核：

疏水區(qū)多位于分子內(nèi)部，

往往

是與輔酶/基或底物結(jié)合的位點維持蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素

親水區(qū)：

親水區(qū)多位于分子表面，

故球

形蛋白質(zhì)水溶性較好

當(dāng)前22頁，總共31頁。蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的其它特點：

許多在一級結(jié)構(gòu)上相差很遠(yuǎn)的氨基酸堿基在三級結(jié)構(gòu)上相距很近。三級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)發(fā)揮生物活性所必須的。所有具有高度生物學(xué)活性的蛋白質(zhì)幾乎都是球狀蛋白。球狀蛋白的三級結(jié)構(gòu)很密實，大部分的水分子從球形蛋白的核心中被排出，這使得極性基團間以及非極性基團間的相互用成為可能。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)當(dāng)前23頁，總共31頁。例子1——胰島素分子的三級結(jié)構(gòu)當(dāng)前24頁，總共31頁。例2——溶菌酶分子的三級結(jié)構(gòu)當(dāng)前25頁，總共31頁。例3——磷酸丙糖異構(gòu)酶和丙酮酸激酶的三級結(jié)構(gòu)當(dāng)前26頁，總共31頁。

許多蛋白質(zhì)是由兩個或兩個以上獨立的球狀蛋白質(zhì)通過非共價鍵結(jié)合成的多聚體，稱為寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每個獨立的球狀蛋白質(zhì)稱為亞基，亞基一般由一條肽鏈構(gòu)成，也稱為單體。蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是指亞基的種類、數(shù)量以及各個亞基在寡聚蛋白質(zhì)中的空間排布和亞基間的相互作用。四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

當(dāng)前27頁，總共31頁。蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)當(dāng)前28頁，總共31頁。四級結(jié)構(gòu)的特點:亞基單獨存在時無生物活性，只有相互聚合成特定構(gòu)象時才具有完整的生物活性亞基之間以非共價鍵結(jié)合，容易彼此解離大多數(shù)寡聚蛋白質(zhì)分子的亞基的排列是對稱的，對稱性是四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)最重要的性質(zhì)之一當(dāng)前29頁，總共31頁。血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)當(dāng)前30頁，總共3