蛋白质的三维结构蛋白质的三维结构蛋白质的三维结构优秀课件 三维结构：蛋白质的三维结构优秀课件 二、蛋白质的二级结构与纤维状蛋白二、蛋白质的二级结构与纤维状蛋白（一）构型与构象（一）构型与构象 1.1.构型构型（configurationconfiguration）：）：指在立体异构体中指在立体异构体中取代原子或基团在空间的取向。两种构型间的转变取代原子或基团在空间的取向。两种构型间的转变需要共价键的断裂和重组。需要共价键的断裂和重组。 COOH COOH H2N C H H C NH2 R R 2.2.构象构象（conformationconformation）: :指指取代原子或基团当取代原子或基团当单键旋转时可能形成的不同立体结构。这种空间位单键旋转时可能形成的不同立体结构。这种空间位置的改变不涉及共价键的断裂。置的改变不涉及共价键的断裂。蛋白质的三维结构优秀课件（二）蛋白质的构象（二）蛋白质的构象 一个蛋白质的多肽链在生物体正常的温度一个蛋白质的多肽链在生物体正常的温度和和pH条件下，只有一种或很少几种构象。这种条件下，只有一种或很少几种构象。这种天然构象保证了它的生物学活性，并且相当稳天然构象保证了它的生物学活性，并且相当稳定。定。这一事实说明了天然蛋白质这一事实说明了天然蛋白质共价主链共价主链上的上的单键不能自由旋转。单键不能自由旋转。蛋白质的三维结构优秀课件一、研究蛋白质构象的方法一、研究蛋白质构象的方法 （一）（一）X射线法：目前的主要方法射线法：目前的主要方法 只能用于测定蛋白质晶体结构只能用于测定蛋白质晶体结构 （二）研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法（二）研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法 1、紫外差光谱、紫外差光谱 2、荧光和偏振光、荧光和偏振光 3、园二色性、园二色性 4、核磁共振：一定程度上可代替、核磁共振：一定程度上可代替X-衍衍射射 法，需高浓度较纯的蛋白溶液法，需高浓度较纯的蛋白溶液蛋白质的三维结构优秀课件方法原理優缺點X光結晶繞射造影是將待測蛋白質樣本晶化後，單一蛋白質分子會被排列在規律的方格中，而X光經規律的結晶反射後可以偵測、分析產生蛋白質的電子密度圖，對應出蛋白質的原子座標後，進而得到蛋白質的立體結構模型。優點:準確率高。缺點:1.實驗成本昂貴。2. 蛋白質結構要結晶到適當大小所需的時間太長(需數個月) 。3.許多蛋白質結構不適合結晶。4.待結晶樣本須非常純使得結晶夠大且要形成單一結晶結構沒有裂縫產生。5.沒有通用的結晶化條件。NMR偵測蛋白質分子中自旋轉度不為零的原子核，這些原子核產生的信號會因它們的電場環境在磁場中產生偏移，經由解讀一個分子的NOESY(2D NMR)光譜觀測的化學偏移，分子內特定原子間的結構就可以被估計出來，進而得到蛋白質的結構。優點:1.可以得到蛋白質在溶解狀態下的立體結構。2.可避免蛋白質晶體取得的困難。3.在溶液中測得核磁共振結構，比較符合蛋白質在生理環境的狀態。4.可觀察在不同溶液條件下蛋白質的立體結構。缺點:只能對小的蛋白質作分析(以便於在溶液中快速的旋轉，並在高濃度時保持溶解的狀態) 。蛋白质的三维结构优秀课件作用力作用力 破坏因子破坏因子氢键：氢键： -螺旋，螺旋，-折叠折叠 尿素，盐酸胍尿素，盐酸胍尿素，盐酸胍尿素，盐酸胍疏水作用疏水作用： 形成球蛋白的核心形成球蛋白的核心 去垢剂，有机溶剂去垢剂，有机溶剂去垢剂，有机溶剂去垢剂，有机溶剂Van der Waals力：力：稳定紧密堆积的集团和原子稳定紧密堆积的集团和原子盐键：盐键：稳定稳定-螺旋，三、四级结构螺旋，三、四级结构 酸、碱酸、碱酸、碱酸、碱*二硫键二硫键（共价键）（共价键）（共价键）（共价键）：稳定三、四级结构稳定三、四级结构 还原剂还原剂还原剂还原剂配位键：配位键：与金属离子的结合与金属离子的结合 螯合剂螯合剂螯合剂螯合剂 EDTAEDTA二、稳定蛋白质三维结构的作用力二、稳定蛋白质三维结构的作用力H H2 2NC(:NH)NHNC(:NH)NH2 2 HClHCl维持空间构象的作用力蛋白质的三维结构优秀课件稳定稳定蛋白蛋白质三质三维结维结构的构的一些一些非共非共价键价键蛋白质的三维结构优秀课件二硫键二硫键蛋白质的三维结构优秀课件三、多肽主链折叠的空间限制三、多肽主链折叠的空间限制 酰胺平面：双称为肽平面，是由肽基和酰胺平面：双称为肽平面，是由肽基和相邻两相邻两 -碳原子构成的刚性平面。碳原子构成的刚性平面。 蛋白质的三维结构优秀课件酰胺平面与酰胺平面与-碳原子的二面角（碳原子的二面角（ 和和 ）二面角二面角 两两相相邻邻酰酰胺胺平平面面之之间间，能能以以共共同同的的CC为为定定点点而而旋旋转转，绕绕C-NC-N键键旋旋转转的的角角度度称称角角，绕绕C-CC-C键键旋旋转转的的角角度度称称角角。和和称称作作二二面面角角，亦亦称称构构象角。象角。二面角所决定的构象能否存在，主要取决二面角所决定的构象能否存在，主要取决于两个相邻肽单位中，非键合原子之间的于两个相邻肽单位中，非键合原子之间的接近有无阻碍。接近有无阻碍。蛋白质的三维结构优秀课件 -碳原子的二面角（ 和 ）蛋白质的三维结构优秀课件（二）可允许的或 值：拉氏构象图蛋白质的三维结构优秀课件蛋白质的三维结构优秀课件蛋白质中非键合原子之间的最小接触距离蛋白质中非键合原子之间的最小接触距离(A) C CN NO OH HC CN NO OH H 3.20 3.20(3.00)(3.00) 2.9 2.9(2.80)(2.80) 2.8 2.8(2.70)(2.70) 2.4 2.4(2.20)(2.20) 2.7 2.7(2.60)(2.60) 2.7 2.7(2.60)(2.60) 2.4 2.4(2.20)(2.20) 2.7 2.7(2.60)(2.60) 2.4 2.4(2.20)(2.20) 2.00 2.00(1.90)(1.90)o o蛋白质的三维结构优秀课件 四、蛋白质的二级结构：四、蛋白质的二级结构：多肽链折叠的规则方式多肽链折叠的规则方式蛋白质的二级蛋白质的二级(Secondary)(Secondary)结构：蛋白结构：蛋白质主链的折叠产生由氢键维系的有规质主链的折叠产生由氢键维系的有规则的构象。则的构象。主要有主要有 - -螺旋、螺旋、 - -折叠、折叠、 - -转角；无转角；无规卷曲。规卷曲。蛋白质的三维结构优秀课件（一）（一） - -螺旋螺旋LinusCarl Pauling1901-19941926年，留学年，留学Sommerfeld实验室（实验室（1年年7个月）个月）1928年，发明杂化轨道，年，发明杂化轨道， 创立量子化学创立量子化学1930年，去年，去Laurence Bragg实验室学实验室学X-ray衍射衍射1936年，与年，与Mirsky一起发表蛋白质变性的理论一起发表蛋白质变性的理论-氢键氢键1937年，开始搭建蛋白质结构模型，发现年，开始搭建蛋白质结构模型，发现- Keratin 的的5.4A的周期，与的周期，与 Astbury的的的的5.1A不符。此后化了约不符。此后化了约10年的时间测定各种含肽键的小分子的结构，得出肽键的年的时间测定各种含肽键的小分子的结构，得出肽键的6个原子在同一平面上的结论个原子在同一平面上的结论1949年，发表年，发表- Keratin的的 X-ray数据，数据，5.4A的周期的周期1950年，年， -helix模型发表，次年发表模型发表，次年发表-sheet模型模型1954年，年，Nobel化学奖化学奖1963年，年，Nobel和平奖和平奖70年代，提倡年代，提倡Vitamin C治百病治百病蛋白质的三维结构优秀课件1 1、多肽链中的各个肽平面围绕、多肽链中的各个肽平面围绕同一中心轴旋转，形成螺旋结构，同一中心轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为距为0.54nm,0.54nm,含含3.63.6个氨基酸残基；个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为两个氨基酸之间的距离为0.15nm;0.15nm;2 2、肽链内形成氢键，氢键的取肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的残基的酰胺基团的-C=O-C=O基与第五基与第五个氨基酸残基酰胺基团的个氨基酸残基酰胺基团的- -NHNH基基形成氢键。形成氢键。3 3、天然蛋白质的、天然蛋白质的 - -螺旋绝大多螺旋绝大多数为右手螺旋。数为右手螺旋。 遇到遇到Pro或或HO-Pro螺旋终止螺旋终止（1 1） - -螺旋结构螺旋结构蛋白质的三维结构优秀课件蛋白质的三维结构优秀课件蛋白质的三维结构优秀课件关于关于 - -螺旋的几点说明螺旋的几点说明 - -螺旋是蛋白质中最常见，含量最丰富的二级结构。螺旋是蛋白质中最常见，含量最丰富的二级结构。 - -螺旋中每个残基（螺旋中每个残基（C C ）的二面角）的二面角 和和 各自取同一数各自取同一数值，即值，即 =-57=-57 、 =-48=-48 。 - -螺旋有左手和右手螺旋，蛋白质中的螺旋有左手和右手螺旋，蛋白质中的 - -螺旋几乎都是螺旋几乎都是右手螺旋。右手螺旋。 - -螺旋都是有螺旋都是有L-L-型氨基酸构成的（型氨基酸构成的（GlyGly除外除外）。）。 - -螺旋的形成及其稳定性与其氨基酸组成和顺序有关螺旋的形成及其稳定性与其氨基酸组成和顺序有关（ProPro、polyLyspolyLys、PolyIlePolyIle、PolyAlaPolyAla）。）。 - -螺旋折叠过螺旋折叠过程中存在程中存在协同性协同性。 - -螺旋的书写形式为：螺旋的书写形式为：3.63.61313- -螺旋螺旋蛋白质的三维结构优秀课件 - -螺旋螺旋-螺旋的稳定性:连续带有带电R集团的氨基酸残基间的静电排斥； 相邻R集团的体积；相隔3-4个氨基酸侧链的相互作用；Pro和Gly；螺旋两端的氨基酸残基的相互作用以及电偶。蛋白质的三维结构优秀课件1 1、 - -折叠是由伸展的肽链间或同一肽链的不同肽段折叠是由伸展的肽链间或同一肽链的不同肽段间按层排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽间按层排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿状折叠，氢键与链的长轴接近垂链的主链呈锯齿状折叠，氢键与链的长轴接近垂直直2 2、在、在 - -折叠中，折叠中， - -碳原子总是处于折叠的角上，氨碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的基酸的R R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，并基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，并交替从折叠片平面上下二侧伸出。交替从折叠片平面上下二侧伸出。（2 2） - -折折叠结叠结构构蛋白质的三维结构优秀课件蛋白质的三维结构优秀课件 反平行反平行折叠折叠蛋白质的三维结构优秀课件 平行平行折叠折叠蛋白质的三维结构优秀课件这类结构主要存这类结构主要存在于球状蛋白分在于球状蛋白分子中，使肽链具子中，使肽链具有弯曲，回折，有弯曲，回折，以便生成结实的以便生成结实的球状结构。球状结构。 转角处转角处常出常出现两种氨基酸：现两种氨基酸：Gly,ProGly,Pro（3 3） - -转角转角蛋白质的三维结构优秀课件 泛指那些不能被归入明确的二级结构如折叠片或螺旋的多肽区段，没有一定规律的松散肽链结构，然而它们是有序的、稳定的二级结构，经常构成酶活性部位和其它蛋白质特异的功能部位。（4 4）无规卷曲）无规卷曲 （自由回转）（自由回转）蛋白质的三维结构优秀课件 环 这是最近发现普通存在于球状蛋这是最近发现普通存在于球状蛋白质中的一种新的二级结构，这白质中的一种新的二级结构，这种结构的形状象希腊字种结构的形状象希腊字，所以，所以称称环。环。 环这种结构总是出现环这种结构总是出现在蛋白质分子的表面，而且以亲在蛋白质分子的表面，而且以亲水残基为主，这种结构与生物功水残基为主，这种结构与生物功能有关，另外在分子识别中可能能有关，另外在分子识别中可能起重要作用。起重要作用。蛋白质的三维结构优秀课件五、纤维状蛋白质 分布分布 在动物在动物(脊椎动物和无脊椎动物脊椎动物和无脊椎动物)体内体内存在大量纤维状蛋白质存在大量纤维状蛋白质(fibrous protein)。功能功能 为结构蛋白，纤维状蛋白质是动物体为结构蛋白，纤维状蛋白质是动物体的基本支架和外保护成分。的基本支架和外保护成分。 含量含量 占脊椎动物体内蛋白质总量的一半以占脊椎动物体内蛋白质总量的一半以上。上。形状形状 外形呈纤维状或细棒状。外形呈纤维状或细棒状。分类分类 不溶性不溶性(硬蛋白硬蛋白)和可溶性两类和可溶性两类不溶性纤维状蛋白不溶性纤维状蛋白 角蛋白、胶原蛋白和弹性角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白蛋白可溶性纤维状蛋白可溶性纤维状蛋白 肌球蛋白和血纤蛋白原肌球蛋白和血纤蛋白原蛋白质的三维结构优秀课件(一一) -角蛋白角蛋白(二二)丝心蛋白和其他丝心蛋白和其他-角蛋白：角蛋白： -折叠片蛋白质折叠片蛋白质(三三)胶原蛋白：一种三股螺旋胶原蛋白：一种三股螺旋(四四)弹性蛋白弹性蛋白(五五)肌球蛋白和原肌球蛋白肌球蛋白和原肌球蛋白蛋白质的三维结构优秀课件角蛋白角蛋白(keratin)来源于外来源于外胚层细胞，是外胚层细胞的胚层细胞，是外胚层细胞的结构蛋白质。结构蛋白质。角蛋白包括皮肤以及皮肤的角蛋白包括皮肤以及皮肤的衍生物：发、毛、鳞、羽、衍生物：发、毛、鳞、羽、翮翮(h鸟翎的茎鸟翎的茎)、甲、蹄、甲、蹄、角、爪、啄等。角、爪、啄等。角蛋白可分为角蛋白可分为-角蛋白和角蛋白和-角蛋白两类。角蛋白两类。(一一) -角蛋白角蛋白蛋白质的三维结构优秀课件丝心蛋白(fibroin) 是蚕丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。丝心蛋白的性能 丝心蛋白具有抗张强度高，质地柔软的特性。具有0.7nm的周期。丝心蛋白的构象 丝心蛋白是典型的反平行折叠片，多肽链取锯齿状折叠构象。侧链交替地分布在折叠片的两侧。反平行折叠片以平行的方式堆积成多层结构。链间主要氢键连接，层间主要靠范德华力维系。(二二)丝心蛋白和其他丝心蛋白和其他-角蛋白：角蛋白： -折叠片蛋白质折叠片蛋白质蛋白质的三维结构优秀课件(三三)胶原蛋白：一种三股螺旋胶原蛋白：一种三股螺旋蛋白质的三维结构优秀课件(四四)弹性蛋白弹性蛋白弹性蛋白(elastin) 是结缔组织中的另一种蛋白质。它的最重要性质就是弹性，因此得名。弹性蛋白使肺、血管特别是大动脉管以及韧带等具有伸展性。弹性蛋白与胶原蛋白的不同点 弹性蛋白只有一个基因，胶原蛋白每种亚基都有自己的基因；弹性蛋白富含Gly、Ala、Val和Pro。弹性蛋白是由可溶性单体合成的，它是弹性蛋白纤维的基本单位，称原弹性蛋白。Lys 的赖氨酰氧化酶的催化氧化脱氨成醛基，3个这样Lys和未被修饰的Lys形成类吡啶啉锁链素和异锁链素交联体。使原弹性蛋白交联成网。蛋白质的三维结构优秀课件(四四)弹性蛋白弹性蛋白蛋白质的三维结构优秀课件 角蛋白角蛋白是毛发的主要蛋白是毛发的主要蛋白三股右手三股右手 螺旋向左缠绕螺旋向左缠绕原纤维原纤维9+29+2电缆式排列成微原纤维（电缆式排列成微原纤维（8nm8nm）聚合成大纤维聚合成大纤维毛发的结构单元毛发的结构单元蛋白质的三维结构优秀课件角角蛋蛋白白分分子子中中的的二二硫硫键键蛋白质的三维结构优秀课件卷发卷发( (烫发烫发) )的生物化学基础的生物化学基础永久性卷发永久性卷发( (烫发烫发) )是一项生物化学工程是一项生物化学工程(biochemical engineering),(biochemical engineering), 角蛋白在湿热角蛋白在湿热条件下可以伸展转变为条件下可以伸展转变为 构象，但在冷却干燥时构象，但在冷却干燥时又可自发地恢复原状。又可自发地恢复原状。这是因为这是因为 角蛋白的角蛋白的侧链侧链R R基一般都比较大基一般都比较大，不，不适于处在适于处在 构象状态，此外构象状态，此外 角蛋白中的螺旋角蛋白中的螺旋多肽链间有着很多的二硫键交联，这些交联键也多肽链间有着很多的二硫键交联，这些交联键也是当外力解除后使肽链恢复原状是当外力解除后使肽链恢复原状( ( 螺旋构象螺旋构象) )的重要力量。这就是卷发行业的生化基础。的重要力量。这就是卷发行业的生化基础。蛋白质的三维结构优秀课件蛋白质的三维结构优秀课件（一）超二级结构（一）超二级结构由若干相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相由若干相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相互作用，形成的有规则的二级结构组合。互作用，形成的有规则的二级结构组合。1、 :由两股平行或反平行的右手螺旋段相互由两股平行或反平行的右手螺旋段相互缠绕而成的左手卷曲螺旋或称超螺旋。缠绕而成的左手卷曲螺旋或称超螺旋。2、：由两段平行：由两段平行-折叠股和一段作为连接的折叠股和一段作为连接的螺旋组成。螺旋组成。3、：由若干反平行折叠片组合而成。：由若干反平行折叠片组合而成。 曲折曲折 希腊钥匙拓扑结构希腊钥匙拓扑结构六、超二级结构和结构域蛋白质的三维结构优秀课件起二级结构示意图蛋白质的三维结构优秀课件在蛋白质中在蛋白质中(Rossmann折叠折叠)在蛋白质中RossmannRossmannRossmannRossmann折叠：由三段平行折叠：由三段平行股和两段股和两段螺旋构成，螺旋构成，相当于两个相当于两个单元组合在一起。单元组合在一起。蛋白质的三维结构优秀课件结构域：指多肽链在二级结构或超二级结构域：指多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，它是相对独立的球状实体，称为结区，它是相对独立的球状实体，称为结构域。构域。结构域有时也指功能域。一般说，功能结构域有时也指功能域。一般说，功能域是蛋白质分子中能独立存在的功能单域是蛋白质分子中能独立存在的功能单位。功能域可以是一个结构域，也可以位。功能域可以是一个结构域，也可以是两个或两个以上的结构域。是两个或两个以上的结构域。（二）结构域（二）结构域蛋白质的三维结构优秀课件结构域与多肽链之间的关系结构域与多肽链之间的关系同一蛋白中结构域之间的关系同一蛋白中结构域之间的关系红氧还蛋白（一个结构域）功能域（酵母已糖激酶2个结构域）蛋白质的三维结构优秀课件结构域结构域(domain)在空间上相对独立在空间上相对独立免疫球蛋白免疫球蛋白结构域蛋白质的三维结构优秀课件 纤维蛋白纤维蛋白 球状蛋白：自然界中远远多于纤维蛋球状蛋白：自然界中远远多于纤维蛋 白，绝大多数功能蛋白（如酶，抗体白，绝大多数功能蛋白（如酶，抗体 等）都是球状蛋白。等）都是球状蛋白。三级结构定义三级结构定义：指由二级结构元件（：指由二级结构元件（ 螺旋，螺旋， 折叠，折叠， 转角，无规卷曲等）构成的总三维结转角，无规卷曲等）构成的总三维结构。包括一级结构中相距远的肽段之间的几何构。包括一级结构中相距远的肽段之间的几何关系和侧链在三维空间中彼此间的相互关系。关系和侧链在三维空间中彼此间的相互关系。简言之，是指蛋白质多肽链所有原子在空间上简言之，是指蛋白质多肽链所有原子在空间上的排列。的排列。七、球状蛋白与三级结构七、球状蛋白与三级结构蛋白质的三维结构优秀课件（一）球状蛋白的分类（一）球状蛋白的分类根据结构域类型大致分为四种根据结构域类型大致分为四种1、全、全 -结构蛋白质结构蛋白质最多：反平行最多：反平行 螺旋：螺旋： 螺旋一上一下反螺旋一上一下反平行排列，相邻螺旋间以环相连，形成似平行排列，相邻螺旋间以环相连，形成似筒状螺旋束筒状螺旋束 。蛋白质的三维结构优秀课件2、 ， -结构（平行或混合型折叠片）蛋白结构（平行或混合型折叠片）蛋白质质以平行或混合型（含平行和反平行以平行或混合型（含平行和反平行 折叠股）折叠股） 折叠片为基础，连有折叠片为基础，连有 螺旋。螺旋。蛋白质的三维结构优秀课件3、全、全 -结构（反平行结构（反平行 折叠片）蛋白质折叠片）蛋白质由反平行由反平行 折叠片构成折叠片构成蛋白质的三维结构优秀课件4、富含金属或二硫键（小的不规则）蛋、富含金属或二硫键（小的不规则）蛋白质白质结构域往往不规则，只有少量二级结构，结构域往往不规则，只有少量二级结构，富含金属或二硫键富含金属或二硫键蛋白质的三维结构优秀课件（二）球状蛋白质三维结构的特征：（二）球状蛋白质三维结构的特征：（1 1）含有多种二级结构元件）含有多种二级结构元件（2 2）具有明显的折叠层次）具有明显的折叠层次二级结构二级结构超二级结构超二级结构结构域结构域三级结构三级结构（3 3）是紧密的球状或椭球状实体）是紧密的球状或椭球状实体（4 4）疏水侧链埋在分子内部，亲水侧链暴露于分子表面（疏水作用是安）疏水侧链埋在分子内部，亲水侧链暴露于分子表面（疏水作用是安排二级结构单元形成三级结构的主要作用力）排二级结构单元形成三级结构的主要作用力）（5 5）球状蛋白分子表面有一空穴，是行使功能的活性部位）球状蛋白分子表面有一空穴，是行使功能的活性部位蛋白质的三维结构优秀课件八、膜蛋白的结构（了解）八、膜蛋白的结构（了解）1、膜周边蛋白：分布在膜双脂层表面，通、膜周边蛋白：分布在膜双脂层表面，通过与膜内在蛋白的静电相互作和氢键相互过与膜内在蛋白的静电相互作和氢键相互作用与膜结合。作用与膜结合。2、膜内在蛋白：有的一大部分埋入膜的脂、膜内在蛋白：有的一大部分埋入膜的脂双分子层，有的横跨脂双层。双分子层，有的横跨脂双层。蛋白质的三维结构优秀课件膜周边蛋白和膜内在蛋白（跨膜蛋白膜周边蛋白和膜内在蛋白（跨膜蛋白)蛋白质的三维结构优秀课件红红细细胞胞上上血血型型糖糖蛋蛋白白的的跨跨膜膜O-连接四糖：2Neu5Ac，Gal，GalNAcN-连接-螺旋蛋白质的三维结构优秀课件亚基缔合和四级结构亚基缔合和四级结构关于蛋白四级结构的一些概念：关于蛋白四级结构的一些概念：1、蛋白质的四级结构是指由多条各自具有一、蛋白质的四级结构是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排结构形式；各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。列方式及亚基之间的相互作用关系。2、这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为、这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基或亚单位亚基或亚单位Subunit，它一般由一条肽链构，它一般由一条肽链构成，无生理活性；成，无生理活性；3、维持亚基之间的作用力主要是疏水相互作、维持亚基之间的作用力主要是疏水相互作用。用。4、由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡、由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白或多聚蛋白；由一个亚基组成无四级结聚蛋白或多聚蛋白；由一个亚基组成无四级结构的称为单体蛋白质。构的称为单体蛋白质。蛋白质的三维结构优秀课件有关四级结构的一些概念 同多聚蛋白质由单一类型亚基组成的蛋白质称同多聚 (homomultimeric) 蛋白质杂多聚蛋白质 由几种不同类型的亚基组成的蛋白质称杂多聚（heteromultimeric）蛋白质。如血红蛋白(22)、天冬氨酸转甲酰酶(r6c6)等。对称寡聚蛋白质 可视为由两个或多个不对称的相同结构成分组成，这种相同结构成分被称为原聚体或原体(protomer)。同多聚蛋白质中原体就是亚基，但是杂多聚蛋白质中原体由两种或多种不同的亚基组成。如血红蛋白(22)的原体是。因此把原体看作单体，血红蛋白为二聚体，亚基为单体，血红蛋白是四聚体。蛋白质四级结构内容 亚基种类和数目以及各亚基或原聚体在整个分子中的空间排布，包括亚基间的接触位点和作用力。大多数寡聚蛋白质分子中亚基数目为偶数，其中以2个和4个为主。个别的为奇数。如荧光素酶分子含3个亚基。蛋白质的三维结构优秀课件四级缔合在结构和功能上的优越性四级缔合在结构和功能上的优越性1、增强结构稳定性、增强结构稳定性2、提高遗传经济性和效率、提高遗传经济性和效率3、使催化基团聚在一起，提高催化效率（对、使催化基团聚在一起，提高催化效率（对酶而言）酶而言）4、具有协同性和别构效应、具有协同性和别构效应多亚基蛋白一般具有多个结合部位，结合在蛋多亚基蛋白一般具有多个结合部位，结合在蛋白分子的特定部位上的配体对该分子的其他部白分子的特定部位上的配体对该分子的其他部位所产生的影响称为位所产生的影响称为别构效应别构效应。具有别构效应。具有别构效应的蛋白质称为的蛋白质称为别构蛋白质。别构蛋白质。别构效应具有正协同作用和负协同作两种别构效应具有正协同作用和负协同作两种蛋白质的三维结构优秀课件天然蛋白质分子受到某些物理因素如热、紫外天然蛋白质分子受到某些物理因素如热、紫外线照射、高压和表面张力等或化学因素如有机线照射、高压和表面张力等或化学因素如有机溶剂、脲、胍、酸碱等的影响，溶剂、脲、胍、酸碱等的影响，生物活性丧失，生物活性丧失，溶解度降低，以及其它物理化学性质发生改变溶解度降低，以及其它物理化学性质发生改变，这种过程称为这种过程称为蛋白质的变性蛋白质的变性( (denaturation)。变性后高级结构破坏，一级结构不变变性后高级结构破坏，一级结构不变 （一一一一）蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质的的的的变变变变性性性性九、蛋白质折叠和结构预测九、蛋白质折叠和结构预测蛋白质的三维结构优秀课件蛋白质的变性蛋白质的变性 热、紫外线照射、高热、紫外线照射、高压和表面张力、有机溶压和表面张力、有机溶剂、脲、胍、酸碱剂、脲、胍、酸碱蛋白质的三维结构优秀课件 变性过程发生的现象：变性过程发生的现象：（1 1）生物活性丧失）生物活性丧失（2 2）一些侧链基团暴露）一些侧链基团暴露（3 3）物理化学性质发生改变：分子伸展，不）物理化学性质发生改变：分子伸展，不对称程度增高，粘度增加，扩散系数降低，对称程度增高，粘度增加，扩散系数降低，旋光性和紫外吸收变化旋光性和紫外吸收变化（4 4）生物化学性质发生改变：分子结构松散，）生物化学性质发生改变：分子结构松散，易于被蛋白酶水解易于被蛋白酶水解( (将蛋白食物煮熟吃）将蛋白食物煮熟吃）蛋白质的三维结构优秀课件 1 1、蛋白质变性的的化学本质：维持高级结蛋白质变性的的化学本质：维持高级结构的次级键（氢键，离子键，疏水相互作用，构的次级键（氢键，离子键，疏水相互作用，范德华力等）被破坏（范德华力等）被破坏（一级结构不被破坏一级结构不被破坏），），特别是氢键的破坏，从而具有活性的蛋白质特别是氢键的破坏，从而具有活性的蛋白质空间构象被破坏。空间构象被破坏。 2 2、有些蛋白质的变性是可逆的。、有些蛋白质的变性是可逆的。 将变性因素除去后，变性蛋白质可以恢复其将变性因素除去后，变性蛋白质可以恢复其天然构象，这个过程称为蛋白质的天然构象，这个过程称为蛋白质的复性复性（renaturationrenaturation）。）。蛋白质变性与复性蛋白质的三维结构优秀课件（二）氨基酸序列规定蛋白质的三维结构（二）氨基酸序列规定蛋白质的三维结构蛋白质的一级结构决定其高级结构。换蛋白质的一级结构决定其高级结构。换言之，蛋白质的三维立体结构完全取决言之，蛋白质的三维立体结构完全取决于其氨基酸的序列。于其氨基酸的序列。Anfinsen Anfinsen （诺贝尔奖获得者）用极其诺贝尔奖获得者）用极其简单的实验证明了蛋白质的一级结构决简单的实验证明了蛋白质的一级结构决定其高级结构。定其高级结构。蛋白质的三维结构优秀课件蛋白质的一级结构决定高级结构蛋白质的一级结构决定高级结构Anfinsen的实验（牛胰核糖酸酶变复性实验）的实验（牛胰核糖酸酶变复性实验）Anfinsen的实验蛋白质的三维结构优秀课件Anfinsen的实验（续）的实验（续）Anfinsen的实验_2蛋白质的三维结构优秀课件(三三) 蛋白质折叠蛋白质折叠1.蛋白质折叠不是通过随机搜索找到自由能最蛋白质折叠不是通过随机搜索找到自由能最低的构象低的构象2.用于研究折叠中间体的一些方法用于研究折叠中间体的一些方法3.蛋白质折叠经过熔球态的中间体阶段蛋白质折叠经过熔球态的中间体阶段4.体内蛋白质折叠有异构酶和伴侣蛋白质参加体内蛋白质折叠有异构酶和伴侣蛋白质参加二硫键异构酶（二硫键异构酶（PDI）分子伴侣（分子伴侣（Molecular Chaperone） Hsp70蛋白蛋白ATP酶结构域和肽结合结构域酶结构域和肽结合结构域蛋白质的三维结构优秀课件New view combines energy landscape with classic framework mechanism to require an obligatory nucleus along the pathwaysEnergy landscape蛋白质的三维结构优秀课件Carbamate carboxylate activationRubisco Activase:- an ATPase;- causing a conformational change in Rubisco from a close to an open form;- allowing release of tightly bound substrate (RuBP leaving the active site), promoting carbamate formation. inhibitorsRubisco activase蛋白质的三维结构优秀课件图5-46(一一) 蛋白质的变性蛋白质的变性(二二)氨基酸序列规定蛋白质的三维结构氨基酸序列规定蛋白质的三维结构1.核糖核酸酶的变性与复性实验核糖核酸酶的变性与复性实验2.二硫桥在稳定蛋白质构象中的作用二硫桥在稳定蛋白质构象中的作用(三三) 蛋白质折叠的热力学蛋白质折叠的热力学(四四)蛋白质折叠的动力学蛋白质折叠的动力学1.蛋白质折叠不是通过随机搜索找到自由能最低的构象蛋白质折叠不是通过随机搜索找到自由能最低的构象2.用于研究折叠中间体的一些方法用于研究折叠中间体的一些方法3.蛋白质折叠经过熔球态的中间体阶段蛋白质折叠经过熔球态的中间体阶段4.体内蛋白质折叠有异构酶和伴侣蛋白质参加体内蛋白质折叠有异构酶和伴侣蛋白质参加(五)蛋白质结构的预测1.二级结构的预测Glu、Met、Ala、Leu在螺旋中出现频率高。Gly、Pro、Ser、Thr、Asn、Ile不利于螺旋的形成； Gly、Pro在 转角中很高。 Val、 Ile 及芳香族氨基酸在折叠片中频率高。而Asp、 Glu、和Pro则很低。Chou和Fasman二级结构预测的经验规则：（残基倾向性因子）Pi=Ai/Ti (1)螺旋预测：4/64,P1.03, P P (2) 折叠预测：3/5 4(3) 转角预测： Pt1.0, P和 P 其他预测法：GOR算法，多序列列线预测，基于神经网络的序列预测，混合方法等。2.三级结构的预测折叠的计算机模拟蛋白质的三维结构优秀课件蛋白质的三维结构优秀课件常利用蛋白质数据库常利用蛋白质数据库/www.espasy.ch/swissmod/www.ncbi.nlm.nih.gov/www.rcsb.org/pdb/蛋白质的三维结构优秀课件