蛋白質(zhì)化學(xué)4.ppt

1、造成轉(zhuǎn)角的各種轉(zhuǎn)折二級(jí)構(gòu)造,b turn,g turn,Pro,劇烈轉(zhuǎn)折,R 在同一側(cè),R 在相對(duì)側(cè),三個(gè)胺基酸夾一氫鍵,兩個(gè)胺基酸夾一氫鍵,Mathews et al (2000) Biochemistry (3e) p.181,4.無(wú)規(guī)卷曲或自由回轉(zhuǎn)（nonregular coil）,指無(wú)一定規(guī)律的松散盤曲的肽鏈結(jié)構(gòu)。 酶的功能部位常包含此構(gòu)象，靈活易變。,3.超二級(jí)結(jié)構(gòu) (Super-secondary structure):在蛋白質(zhì)中，特別是在球狀蛋白質(zhì)中，?？煽吹接腥舾上噜彽亩?jí)結(jié)構(gòu)單元組合在一起，彼此相互作用，形成有規(guī)則且在空間結(jié)構(gòu)上能辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)的組合體以充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。此

2、組合體就稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)。已知的超二級(jí)結(jié)構(gòu)有三種基本組合方式。 （1） 這是一種由兩股或三股右手-螺旋彼此纏繞而成的左手超螺旋。它是角蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和纖維蛋白原中的一種超二級(jí)結(jié)構(gòu)。由于超卷曲，螺旋主鏈的和角與正常的螺旋有偏差，每圈螺旋為3.5個(gè)殘基。螺旋軸有相當(dāng)?shù)膬A斜，重復(fù)距離從5.4?？s短到5.1埃。其穩(wěn)定性主要有范德華力起作用。 （2） 最簡(jiǎn)單的 組合是由二段平行式的-鏈（單股的-折疊）和一段連接鏈組成，此稱為x 單位。連接鏈?zhǔn)锹菪蚴菬o(wú)規(guī)則卷曲，他大體上反平行于-鏈。,最常見(jiàn)的組合是三段平行式的-鏈和兩段-螺旋鏈構(gòu)成，此超二級(jí)結(jié)構(gòu)稱為Rossmann-折疊(Rossmann-f

3、old)。幾乎所有的實(shí)例中的連接鏈都是以右手交叉連接方式處于-折疊片的一側(cè)。 （3） -曲折和回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是此組合的二種超二級(jí)結(jié)構(gòu)。 -曲折是在一級(jí)結(jié)構(gòu)上連續(xù)，在-折疊中相鄰的三條反平行式-鏈通過(guò)緊湊的-轉(zhuǎn)角連接而成。它含有與-螺旋相近數(shù)目的氫鍵。 回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（“Greek Key” topology)也是反平行式-折疊片中常出現(xiàn)的一種超二級(jí)結(jié)構(gòu)。它直接用希臘陶瓷花瓶上的一種圖案命名。這種結(jié)構(gòu)實(shí)際上有兩種可能的回旋方式，但實(shí)際上只有一種。,-螺旋,-鏈, , -曲折,回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),all a helices,all b sheets,helices + sheets,各種二級(jí)結(jié)構(gòu)組合大觀,纖

4、維狀蛋白 纖維狀蛋白質(zhì)(fibrous protein)廣泛地分布于脊椎和無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)，它是動(dòng)物體的基本支架和外表保護(hù)成分， 占脊椎動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)總量的一半或一半以上。 這類蛋白質(zhì)外形呈纖維狀或細(xì)棒狀，分子軸比(長(zhǎng)軸短軸)大于1()(小于10的為球狀蛋白質(zhì))。分子是有規(guī)則的線型結(jié)構(gòu)，這與其多肽鏈的有規(guī)則二級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)，而有規(guī)則的線型二級(jí)結(jié)構(gòu)是它們的氨基酸順序的規(guī)則性反映。,纖維狀蛋白質(zhì)的類型,纖維狀蛋白質(zhì)可分為不溶性(硬蛋白)和可溶性兩類，前者有角蛋白、膠原蛋白和彈性蛋白等； 后者有肌球蛋白和纖維蛋白原等，但不包括微管(microtubule)和肌動(dòng)蛋白細(xì)絲(actin filament)，它

5、們是球狀蛋白質(zhì)的長(zhǎng)向聚集體(aggregate)。,角蛋白 Keratin,角蛋白廣泛存在于動(dòng)物的皮膚及皮膚的衍生物，如毛發(fā)、甲、角、鱗和羽等，屬于結(jié)構(gòu)蛋白。角蛋白中主要的是-角蛋白。 -角蛋白主要由-螺旋構(gòu)象的多肽鏈組成。一般是由三條右手-螺旋肽鏈形成一個(gè)原纖維（向左纏繞），原纖維的肽鏈之間有二硫鍵交聯(lián)以維持其穩(wěn)定性 例如毛的纖維是由多個(gè)原纖維平行排列，并由氫鍵和二硫鍵作為交聯(lián)鍵將它們聚集成不溶性的蛋白質(zhì)。 -角蛋白的伸縮性能很好，當(dāng)-角蛋白被過(guò)度拉伸時(shí)，則氫鍵被破壞而不能復(fù)原。此時(shí)-角蛋白轉(zhuǎn)變成-折疊結(jié)構(gòu)，稱為-角蛋白。,來(lái)源于外胚層細(xì)胞，是外胚層細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，主要有-角蛋白和-角蛋白

6、。 1） -角蛋白：它是角蛋白的優(yōu)勢(shì)形式。它主要由 -螺旋構(gòu)象的多肽鏈構(gòu)成，多肽鏈基本上與角蛋白的長(zhǎng)向平行，其大周期（0.5-0.55nm）和螺旋模型中的螺距（0.54nm）相當(dāng)，而小周期（0.15nm）和軸心距（0.15nm）相當(dāng)。所以它是-螺旋的典型實(shí)例。 -角蛋白中，三股-螺旋向左纏繞，擰成一根稱為原纖維的結(jié)構(gòu)，這個(gè)就是 組合的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。然后，由原纖維形成電纜式結(jié)構(gòu)的微纖維，再由微纖維結(jié)合成不規(guī)則的纖維束，即大纖維。 -角蛋白的伸縮性能很好，一根毛發(fā)可拉長(zhǎng)到原有長(zhǎng)度的二倍，這時(shí)， -螺旋被撐開(kāi)，各圈間的氫鍵被破壞，轉(zhuǎn)變?yōu)?構(gòu)象。但當(dāng)張力除去后，單靠氫鍵不能使纖維恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。因螺旋

7、是被包埋在基質(zhì)中的半胱氨酸交聯(lián)起來(lái)的。,一般每四個(gè)螺旋有一個(gè)二硫鍵，其交聯(lián)鍵可抵抗張力，其鍵愈多愈穩(wěn)定，纖維的剛性愈強(qiáng)。 根據(jù)含硫量的多少， -角蛋白可分為含硫多的硬角蛋白和含硫少的軟角蛋白。,毛發(fā)的結(jié)構(gòu),一根毛發(fā)周圍是一層鱗狀細(xì)胞(scaIe cell)，中間為皮層細(xì)胞(cortical celI)。皮層細(xì)胞橫截面直徑約為20m。在這些細(xì)胞中，大纖維沿軸向排列。所以一根毛發(fā)具有高度有序的結(jié)構(gòu)。 毛發(fā)性能就決定于螺旋結(jié)構(gòu)以及這樣的組織方式。,角蛋白分子中的二硫鍵,永久性卷發(fā)（燙發(fā)）的機(jī)制 燙發(fā)是一項(xiàng)生物化學(xué)工程（biochemical engineering)： -角蛋白在濕熱條件下可以伸展變

8、為-構(gòu)象，但在冷卻干燥時(shí)又可以自發(fā)地恢復(fù)原狀。這時(shí)因?yàn)椋?） -角蛋白的側(cè)鏈R基一般都比較大，不適于在 -構(gòu)象狀態(tài)；（2） -角蛋白中的螺旋多肽鏈間有著很多的二硫鍵交聯(lián)，這些交聯(lián)鍵也是當(dāng)外力解除后使肽鏈恢復(fù)原狀的重要力量。這就是卷發(fā)行業(yè)的生物化學(xué)基礎(chǔ)。具體做法是： 首先把頭發(fā)卷成一定的形狀，然后涂上還原劑（含巰基的化合物）溶液并加熱，此時(shí)，還原劑打開(kāi)鏈間的二硫鍵。濕熱破壞氫鍵使頭發(fā)的-角蛋白的螺旋結(jié)構(gòu)展開(kāi)并伸直。過(guò)一段時(shí)間除去還原劑，再涂上氧化劑以便在相鄰多肽鏈的半胱氨酸殘基對(duì)（而不是原來(lái)的）建立新的二硫鍵。當(dāng)洗滌并冷卻頭發(fā)時(shí)，多肽鏈回到原來(lái)的-螺旋構(gòu)象。這時(shí)頭發(fā)將以所希望的形式卷曲，因?yàn)樾碌?/p>

9、二硫鍵的交聯(lián)使得頭發(fā)的-螺旋纖維束發(fā)生扭曲所致。,2） -角蛋白：除了上述的-角蛋白的伸展可逆轉(zhuǎn)地變?yōu)?角蛋白外，自然界還存在天然的-角蛋白。例如絲心蛋白（fibrroin)就是蠶絲和蜘蛛絲的一種蛋白質(zhì)。絲心蛋白具有抗張強(qiáng)度強(qiáng)，質(zhì)地柔軟的特性，但不能拉伸。它具有0.7nm的周期，是典型的反平行式-折疊片，多肽鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象，酰胺基的取向是相鄰的C 為側(cè)鏈騰出空間，從而避免了任何空間位阻。,（2）-角蛋白,絲心蛋白(fibroin)：這是蠶絲和蜘蛛絲的一種蛋白質(zhì)。絲心蛋白具有抗張強(qiáng)度高，質(zhì)地柔軟的特性，但不能拉伸。絲心蛋白是典型的反平行式-折疊片，多肽鏈取鋸齒狀折疊構(gòu)象。,絲心蛋白的結(jié)構(gòu),絲

10、蛋白是由伸展的肽鏈沿纖維軸平行排列成反向-折疊結(jié)構(gòu)。分子中不含-螺旋。絲蛋白的肽鏈通常是由多個(gè)六肽單元重復(fù)而成。這六肽的氨基酸順序?yàn)椋?-（Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala）n-,并已揭示：它主要由具有小側(cè)鏈的甘氨酸、絲氨酸和丙氨酸組成，每隔一個(gè)殘基就是甘氨酸。這意味著所有的甘氨酸位于折疊平面的一側(cè)，絲氨酸和丙氨酸都在平面的另一側(cè)。同一條多肽鏈一側(cè)的兩個(gè)側(cè)鏈間距離（重復(fù)距離）是0.7nm。,a,g,a,a,a,g,g,g,g,a,g,a,a,a,a,a,g,g,g,g,a,a,a,a,a,g,g,g,g,g,0.35nm,0.57nm,絲心蛋白結(jié)構(gòu)中殘基的堆積方式,2.膠原蛋白：

11、又稱膠原，是很多脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)含量最豐富的蛋白質(zhì)，它也屬于結(jié)構(gòu)蛋白，使骨、腱、軟骨和皮膚具有機(jī)械強(qiáng)度。膠原蛋白至少包括四種類型，稱膠原蛋白、和。 膠原蛋白在體內(nèi)以膠原纖維的形式存在（腱的膠原纖維具有很高的抗張強(qiáng)度，約為20-30kg/mm2,相當(dāng)于12號(hào)冷 拉銅絲的拉力）。其基本單位是原膠原蛋白分子，原膠原蛋白分子經(jīng)多級(jí)聚合形成膠原纖維。 膠原蛋白的X-射線衍射圖案與-角蛋白和-角蛋白的不同。膠原蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)是由三條肽鏈組成的三股螺旋，其中每一股為一種特殊的左手螺旋，三股左手螺旋擰成右手超螺旋結(jié)構(gòu)。膠原三螺旋只存在于膠原纖維中，至今沒(méi)有發(fā)現(xiàn)在球狀蛋白中發(fā)現(xiàn)。 穩(wěn)定原膠原三螺旋的力有：螺旋鏈間的范德華力；螺旋鏈間的氫鍵；鏈間的共價(jià)交聯(lián)鍵。其外，穩(wěn)定三螺旋結(jié)構(gòu)還要三聯(lián)體的每第三個(gè)位置必須是甘氨酸。另外，在膠原蛋白中常存在的氨基酸有脯氨酸、羥脯氨酸和羥賴氨酸。,3.彈性蛋白：它是結(jié)締組織的另一個(gè)蛋