高级生物化学_蛋白质结构与功能ppt课件

1、蛋白质的构造与功能蛋白质的构造与功能第第1章章2 蛋白质是细胞组分中含量最丰富、功能最多蛋白质是细胞组分中含量最丰富、功能最多的生物大分子，占人体干重的的生物大分子，占人体干重的45%45%。一个细胞能。一个细胞能够含上万种蛋白质，每种蛋白质发扬不同的功能。够含上万种蛋白质，每种蛋白质发扬不同的功能。 各种蛋白质功能的多样性是由其复杂的分子各种蛋白质功能的多样性是由其复杂的分子构造决议的。只需在深化了解蛋白质构造的根底构造决议的。只需在深化了解蛋白质构造的根底上才干真正了解蛋白质的功能。上才干真正了解蛋白质的功能。3 第一节第一节 组成蛋白质的氨基酸组成蛋白质的氨基酸 蛋白质由氨基酸（蛋白质由

2、氨基酸（amino acid,AA)amino acid,AA)组成。组成。 自然界的氨基酸有自然界的氨基酸有300300余种余种. . 由基因编码的氨基酸仅有由基因编码的氨基酸仅有2020种。种。 AA侧链侧链1 1 AA AA构造通式：构造通式：2 2 除甘氨酸除甘氨酸GlyGly外，外， 均属均属L LAA. AA. COO- H CNH3+R2020种根本氨基酸构造的共同特征是种根本氨基酸构造的共同特征是: :5立体构型：立体构型： 两种构型互为对映体；两种构型互为对映体；一种构型必需有共价键断裂才干构成另一种构型。一种构型必需有共价键断裂才干构成另一种构型。*组成蛋白质的组成蛋白质的

3、 -氨基酸多是氨基酸多是L-构型。构型。D-构型氨基酸：主要存在于某些抗生素和个别植物的生物碱构型氨基酸：主要存在于某些抗生素和个别植物的生物碱中。中。6n天然天然prpr中的中的AAAA通常为通常为L-L-型；型；7根据根据2O2O种根本氨基酸的种根本氨基酸的R R基侧链不同，可分为基侧链不同，可分为: : 非极性疏水非极性疏水AA 7AA 7种种 不解离的极性不解离的极性AAAA或极性中性或极性中性AA) 8AA) 8种种 解离的极性解离的极性AAAA 酸性酸性AA 2种种 碱性碱性AA 3种种811非极性疏水非极性疏水AA 7AA 7种：种： AA AA的的R R基是脂肪烃或芳香烃基是脂

4、肪烃或芳香烃; ;烃链越长疏水性越大。烃链越长疏水性越大。存在部位：常因相互疏水作用而处于球状蛋白内部存在部位：常因相互疏水作用而处于球状蛋白内部或生物膜的跨膜双脂层中。或生物膜的跨膜双脂层中。甘氨酸甘氨酸 glycine Gly G 5.97丙氨酸丙氨酸 alanine Ala A 6.00缬氨酸缬氨酸 valine Val V 5.96亮氨酸亮氨酸 leucine Leu L 5.98 leucine Leu L 5.98 异亮氨酸异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02 苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48脯氨酸脯氨酸 proline Pro P

5、 6.30非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸2.不解离的极性不解离的极性AA 8种种 AA的的R侧链是带有极性的羟基、巯基或酰胺侧链是带有极性的羟基、巯基或酰胺基团，故有亲水性，但不解离基团，故有亲水性，但不解离.色氨酸色氨酸 tryptophan Try W 5.89丝氨酸丝氨酸 serine Ser S 5.68酪氨酸酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 蛋氨酸蛋氨酸 methionine Met M 5.74天冬酰胺天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺谷氨酰胺 glutamine Gln Q

6、5.65 苏氨酸苏氨酸 threonine Thr T 5.602. 极性中性氨基酸极性中性氨基酸3解离的极性解离的极性AA 5种种 AA的的R侧链可解离而带负电荷，又称酸性侧链可解离而带负电荷，又称酸性AA，有有2种种; AA的的R侧链可解离而带正电荷，又称碱性侧链可解离而带正电荷，又称碱性AA，有有3种。种。存在部位：蛋白质分子的外表，与环境中水分子构存在部位：蛋白质分子的外表，与环境中水分子构成成 氢键。氢键。天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97谷氨酸谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22赖氨酸赖氨酸 lysine Lys K 9.74精氨

7、酸精氨酸 arginine Arg R 10.76组氨酸组氨酸 histidine His H 7.593. 酸性氨基酸酸性氨基酸4. 碱性氨基酸碱性氨基酸带正电荷的碱性带正电荷的碱性AA残基常与带负电荷的酸性残基常与带负电荷的酸性AA的残基构成盐键。幻灯片的残基构成盐键。幻灯片 89n脯氨酸脯氨酸:亚氨基酸亚氨基酸几个特殊的氨基酸几个特殊的氨基酸由于其氨基与侧链C原子结合成环，具有固定的构型，在蛋白质肽链中有很强的链构成一个转角而改动主链方向，同时由于环的存在而具有空间妨碍，对蛋白质二级构造构成有破坏性作用，但仍能出如今这些构造的末端或弯曲部位，因此常暴露于分子外表。几个特殊的氨基酸几个特殊

8、的氨基酸半胱氨酸半胱氨酸 胱氨酸胱氨酸n巯基易构成带有二硫键的胱氨酸，在蛋白质的构象构成中具有重要意义。同时巯基还能与金属离子结合，埋藏在分子内部，开成motif构造。 与氨基酸的氨基氮原子之间构成的稳定共价键不同，二硫与氨基酸的氨基氮原子之间构成的稳定共价键不同，二硫容易被复原而断裂，断裂后可再次氧化重新构成二硫键，容易被复原而断裂，断裂后可再次氧化重新构成二硫键，因此是可以动态变化的化学键。因此是可以动态变化的化学键。二硫键是参与一级构造也是构成高级构造的重要化学键，二硫键是参与一级构造也是构成高级构造的重要化学键，对蛋白质折叠和高级构造的构成与维对蛋白质折叠和高级构造的构成与维持非常重要

9、。持非常重要。烫发和发型坚持，主要原理是支配烫发和发型坚持，主要原理是支配毛发角蛋白二硫键的复原和再氧化，毛发角蛋白二硫键的复原和再氧化，即二硫键的断开和重新键合即二硫键的断开和重新键合。 酸性酸性AAAA共共2 2种特点：种特点：除除C C上有一个羧基上有一个羧基COO-)COO-)外，它们的外，它们的R R基上都还具有一基上都还具有一个羧基个羧基. .碱性碱性AA 共共3种种特点：特点：R基都含有碱性基团。基都含有碱性基团。胍胍基基咪咪唑唑基基酸性及碱性AA不仅带电荷，且极性较强。在蛋白质分子中，常出如今分子外表，与环境中的水分子结全而使蛋白质具有亲水性质，尤其是碱性氨基酸的侧链较长，柔性

10、较大，在介质中摆动，可加强其溶解度，同时也易作为多种酶的催化对象。19以上以上2020种由基因编码的种由基因编码的AAAA称为编码氨基酸。称为编码氨基酸。在蛋白质分子中还有非编码氨基酸在蛋白质分子中还有非编码氨基酸是在蛋白质生物合成后经乙酰化、磷酸化、羟基化或甲是在蛋白质生物合成后经乙酰化、磷酸化、羟基化或甲基化等修饰构成的。如：基化等修饰构成的。如： 广泛存在于广泛存在于PrPr中的丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸的磷酸化，中的丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸的磷酸化，在细在细 胞信号传送系统中起重要作用胞信号传送系统中起重要作用; ; 胶原中的羟脯氨酸和羟赖氨酸胶原中的羟脯氨酸和羟赖氨酸; ; 钙调素中的三甲

11、基赖氨酸钙调素中的三甲基赖氨酸; ; 凝血酶原中谷氨酸的凝血酶原中谷氨酸的-羧化羧化; ; 某些蛋白质某些蛋白质N-N-端氨基酸的乙酰化或端氨基酸的乙酰化或C-C-端氨基酸的酰胺端氨基酸的酰胺化；化； 更多的蛋白质中更多的蛋白质中AAAA的糖基化或脂质化，使其亲水或疏的糖基化或脂质化，使其亲水或疏水性增大。水性增大。20第二节第二节 稳定蛋白质构象的作用力稳定蛋白质构象的作用力 任何一个蛋白质分子，在其天然形任何一个蛋白质分子，在其天然形状或活性方式下，都具有独特而稳定的状或活性方式下，都具有独特而稳定的构象。构象。 构象是蛋白质分子在构造上的构象是蛋白质分子在构造上的一个最显著的特征。一个最

12、显著的特征。 21 构象构象* *ConformationConformation: :又称之为三维构造、立体构造，空间构又称之为三维构造、立体构造，空间构造或高级构造等造或高级构造等. .是指分子内各原子或是指分子内各原子或基团之间的相互立体关系。构象的改动，基团之间的相互立体关系。构象的改动，是由于单键的旋转而产生的，它不需有是由于单键的旋转而产生的，它不需有共价键的变化，仅涉及到氢键等次级键共价键的变化，仅涉及到氢键等次级键的改动。的改动。 构型构型configurationconfiguration是指光学活性是指光学活性不对称的一种特定的立体构造不对称的一种特定的立体构造. . 例如

13、氨例如氨基酸从基酸从 D D型型 L L型，共价键的变化。型，共价键的变化。 22 维持和稳定蛋白质分子构象的作用力有：维持和稳定蛋白质分子构象的作用力有： 氢键氢键 疏水作用力疏水作用力 范德华力范德华力 离子键离子键 二硫键二硫键 配位键配位键23一、氢键一、氢键 X一一HY 氢原子与电负性的原子氢原子与电负性的原子X共价结合时，共共价结合时，共用的电子对剧烈地偏向用的电子对剧烈地偏向X的一边，使氢原子带的一边，使氢原子带有部分正电荷，能再与另一个电负性高而半径有部分正电荷，能再与另一个电负性高而半径较小的原子较小的原子Y结合，构成的结合，构成的XHY型的键。型的键。 24氢键有两种不同的

14、含义：氢键有两种不同的含义：第一种是指第一种是指X X一一HYHY的整个构造，氢键的键长就是的整个构造，氢键的键长就是 指从指从X X到到Y Y之间的间隔。之间的间隔。第二种是指第二种是指H.YH.Y之间的结合力。氢键的键能就是之间的结合力。氢键的键能就是 指翻开指翻开H.YH.Y的结合所需求的能量。的结合所需求的能量。 由于间隔短，氢键之间的吸引力强，介于共价键与范由于间隔短，氢键之间的吸引力强，介于共价键与范德华力之间。德华力之间。25 氢键有两个重要特征：氢键有两个重要特征： 1具有方向性：当氢供体具有方向性：当氢供体X-H与氢受体与氢受体Y之间的夹之间的夹角接近角接近180时时,X-H

15、与与Y的相互作用最强的相互作用最强. X一一HY2具有饱和性：具有饱和性：X-H只能和一个只能和一个Y原子相结合原子相结合氢键作用：对于维持蛋白质分子的二、三、四级构造氢键作用：对于维持蛋白质分子的二、三、四级构造的完好性以及功能反响的灵敏性，具有非常重要的意的完好性以及功能反响的灵敏性，具有非常重要的意义。义。 不仅在肽链之间构成，在侧链之间或侧链与肽不仅在肽链之间构成，在侧链之间或侧链与肽键之间也可生成。键之间也可生成。26 二、疏水作用力二、疏水作用力 疏水作用力疏水作用力(疏水键疏水键)：是指非极性基团即疏水基团为了避开水相而群集：是指非极性基团即疏水基团为了避开水相而群集在一同的集合

16、力。在一同的集合力。 在蛋白质分子中，含有许多疏水基团，这些在蛋白质分子中，含有许多疏水基团，这些基团有一种自然的趋势，即避开水相，相互集合，基团有一种自然的趋势，即避开水相，相互集合，藏于蛋白质分子的内部。藏于蛋白质分子的内部。 作用：作用： AA顺序上相隔较远的残基间的疏水作用力，顺序上相隔较远的残基间的疏水作用力， 对维持和稳定蛋白质分子的构象具有重要影响。对维持和稳定蛋白质分子的构象具有重要影响。 27 三、范德华力三、范德华力 在物质的聚集形状中，分子与分子之间存在物质的聚集形状中，分子与分子之间存在着一种较弱的作用力。即原子中带正电荷的核在着一种较弱的作用力。即原子中带正电荷的核与

17、另一原子带负电荷的电子层之间的静电引力。与另一原子带负电荷的电子层之间的静电引力。 包括两种类型的相互作用：包括两种类型的相互作用： 一种是吸引作用范德华引力，另一种是一种是吸引作用范德华引力，另一种是排斥作排斥作 用范德华斥力。用范德华斥力。 范德华引力有范德华引力有3种表现方式：种表现方式：(1)取向力取向力:极性基团之间，偶极与偶极的相互吸引极性基团之间，偶极与偶极的相互吸引;(2)诱导力诱导力:极性基团的偶极与非极性基团的诱导偶极之极性基团的偶极与非极性基团的诱导偶极之间的相互吸引间的相互吸引;(3)色散力色散力:非极性基团瞬时偶极之间的相互吸引。非极性基团瞬时偶极之间的相互吸引。28

18、其共同的特点是其共同的特点是: :引力随作用基团之间间隔的增大而迅速减小，引力随作用基团之间间隔的增大而迅速减小，但两个作用基团只相互吸引并不相碰。但两个作用基团只相互吸引并不相碰。由于当它们靠得很近时，电子云之间会发生排由于当它们靠得很近时，电子云之间会发生排斥，斥，从而产生范德华斥力。从而产生范德华斥力。因此，上述两个基团之间的作用间隔是由范德因此，上述两个基团之间的作用间隔是由范德华引力和范德华斥力的平衡来决议的，这种间华引力和范德华斥力的平衡来决议的，这种间隔称为范德华力间距。隔称为范德华力间距。29 迄今所测得的蛋白质构象都显示出蛋白质分迄今所测得的蛋白质构象都显示出蛋白质分子内的基

19、团是严密堆积的。这阐明。在蛋白质分子内的基团是严密堆积的。这阐明。在蛋白质分子内无疑存在着范德华力。子内无疑存在着范德华力。作用：对维持和稳定蛋白质的三、四级构造具有作用：对维持和稳定蛋白质的三、四级构造具有 一定的奉献。一定的奉献。Van der Waals Van der Waals 力在维持蛋白质的构象中虽有一力在维持蛋白质的构象中虽有一定的作用，但能够非常有限。定的作用，但能够非常有限。 30四、离子键四、离子键( (盐键、盐桥或静电作用力盐键、盐桥或静电作用力) ) 是由带相反电荷的两个基团间的静电吸引所是由带相反电荷的两个基团间的静电吸引所构成的构成的 在蛋白质分子中，通常有带正电

20、荷的基团和在蛋白质分子中，通常有带正电荷的基团和带负电荷的基团带负电荷的基团: : 带正电荷的基团带正电荷的基团- - N- N-末端的末端的-NH3+ -NH3+ 肽链中赖氨酸残基的肽链中赖氨酸残基的NH3+ NH3+ 精氨酸残基的胍基；精氨酸残基的胍基； 带负电荷的基团带负电荷的基团- - C C一末端的一末端的-COO-COO 肽链中天冬氨酸残基的肽链中天冬氨酸残基的-COO-COO- 谷氨酸残基的谷氨酸残基的COOCOO31在蛋白质空间构造与环境都适宜的情况下，上述基团中有一部分是相互接近而构成离子键的。高浓度的盐、过高或过低的pH值，可以破坏蛋白质构象中的离子键-蛋白量变性的主要缘由

21、32五、配位键五、配位键配位共价键简称配位共价键简称“配位键是指两原子的成键电配位键是指两原子的成键电子全部由一个原子提供所构成的共价键。子全部由一个原子提供所构成的共价键。 其中，提供一切成键电子的称其中，提供一切成键电子的称“配位体配位体简称配体、提供空轨道接纳电子的称简称配体、提供空轨道接纳电子的称“受受体。体。 金属离子与蛋白质的衔接普统统过配位键金属离子与蛋白质的衔接普统统过配位键: 如铁氧复原蛋白、细胞色素如铁氧复原蛋白、细胞色素C等等-含有铁离子含有铁离子 胰岛素等胰岛素等-含有锌离子。含有锌离子。 金属离子经过配位键参与维持和稳定蛋白质的三、金属离子经过配位键参与维持和稳定蛋白

22、质的三、 四级构造。四级构造。 假设用螯合剂从蛋白质中除去金属离子那么假设用螯合剂从蛋白质中除去金属离子那么: 1.蛋白质分子便解离成亚基蛋白质分子便解离成亚基,导致生物活性丧失导致生物活性丧失 2.或者是三级构造遭到部分破坏或者是三级构造遭到部分破坏34 5. 5. 二硫键二硫键-S-S-S-S- 是两个硫原子之间所构成的共价键。是两个硫原子之间所构成的共价键。 作用作用: : 它可以把不同的肽链、或同一条肽链的它可以把不同的肽链、或同一条肽链的不同部不同部 分衔接起来，对维持和稳定蛋白质的构分衔接起来，对维持和稳定蛋白质的构象具有象具有 重要作用重要作用. . 在某些蛋白质中，二硫键一旦遭

23、到破坏，那在某些蛋白质中，二硫键一旦遭到破坏，那么蛋白质么蛋白质 的生物活性立刻丧失。的生物活性立刻丧失。 假设二硫键的数目多，那么蛋白质分子抗拒假设二硫键的数目多，那么蛋白质分子抗拒外界变性因外界变性因 素的才干也强，蛋白质三级构造的稳定性也高素的才干也强，蛋白质三级构造的稳定性也高( (角蛋白角蛋白) ) 二硫键的种类有多种二硫键的种类有多种36综上综上: : 氢键、疏水作用力、范德华力和离子键这四种次级键氢键、疏水作用力、范德华力和离子键这四种次级键 - -是维持和稳定蛋白质分子构象的主要作用力。是维持和稳定蛋白质分子构象的主要作用力。 二硫键和配位键这两种共价键二硫键和配位键这两种共价

24、键 - -参与维持和稳定蛋白质的三级或四级构造。参与维持和稳定蛋白质的三级或四级构造。 37例：胰岛素例：胰岛素胰脏中胰岛胰脏中胰岛-细胞分泌的一种蛋白质激素。细胞分泌的一种蛋白质激素。功能：降低血糖。功能：降低血糖。构造：构造： A A链：链：21aa21aa；B B链：链：30aa30aa； 链间有两对二硫键；链间有两对二硫键； 在在A A链内链内aa6aa6和和aa11aa11间以二硫键连成小环。间以二硫键连成小环。如：牛胰岛素如：牛胰岛素1965.9.1739 第三节 蛋白质分子的构造 40一、 肽(peptide)一肽一肽peptide)peptide)： AA AA经过肽键衔接构成

25、的化合物叫肽；经过肽键衔接构成的化合物叫肽； 两分子AA缩合构成二肽，三分子AA缩合那么构成三肽NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO肽键：一个肽键：一个AAAA的的-COOH-COOH与另一个与另一个AAAA的的-NH2NH2脱水缩合而构成的化学键脱水缩合而构成的化学键. . 42寡肽寡肽oligopeptide)： 20个以下氨基酸组成。个以下氨基酸组成。多肽多肽polypeptide)：20

26、-50个氨基酸构成个氨基酸构成.蛋白质蛋白质 (protein)：50个以上氨基酸组成。个以上氨基酸组成。肽链中的氨基酸已非完好分子，称氨基酸肽链中的氨基酸已非完好分子，称氨基酸残基残基(animo acid residue) 。 肽的命名：某氨基酰某氨基酰肽的命名：某氨基酰某氨基酰.某氨基酸某氨基酸. N N末端末端( (氨基末端氨基末端) )，常写在左端；，常写在左端； C C末端末端( (羧基末端羧基末端) )，常写在右端，常写在右端. .肽的简写：肽的简写：Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu或或SGYAL Ser Gly Tyr Ala Leu 44 肽单位和二面角 多肽链的根本构

27、造:肽单位45肽单位空间构造特征肽单位空间构造特征:1.肽单位是刚性平面构造。肽单位上肽单位是刚性平面构造。肽单位上 的六个原子都处于同一平面上。的六个原子都处于同一平面上。 2肽键具有部分双键性质，不能自在旋转。肽键具有部分双键性质，不能自在旋转。3. 在肽单位上，两个在肽单位上，两个C是反式构型。是反式构型。46二面角二面角肽键中的CN键具有部分双键的特征，不能自在旋转，其结果使肽键处在一个刚性的平面上，此平面被称为肽键平面(酰胺平面)。两个肽键平面之间的-碳原子，可以作为一个旋转点构成二面角(dihedral angle)。二面角的变化，决议着多肽主键在三维空间的排布方式，是构成不同蛋白

28、质构象的根底 。47高级构造,又称空间构象一级构造二级构造三级构造四级构造蛋白质的分子构造包括：蛋白质的分子构造包括：丹麦科学家Linderstrom-Lang 二、蛋白质的构造二、蛋白质的构造48 Pr Pr 的一级构造的一级构造: Pr: Pr中中N-N-端到端到C-C-端的端的AAAA陈列顺陈列顺序序. . 维系的键维系的键: : 肽键，二硫键肽键，二硫键 一级构造决议高级构造一级构造决议高级构造 一级构造是蛋白质空间构象和特异生物学一级构造是蛋白质空间构象和特异生物学功能的根底功能的根底. . 但一级构造并不是决议蛋白质空间构象的但一级构造并不是决议蛋白质空间构象的独一要素独一要素.

29、.Pr Pr 的高级构造的高级构造: : 二级二级 三级三级 四级构造四级构造49( (一一) )二级构造及其根本类型二级构造及其根本类型1. 1. 二级构造二级构造: :是指多肽链主链骨架中的假设干肽段所是指多肽链主链骨架中的假设干肽段所构成的有规那么的空间排布如构成的有规那么的空间排布如-螺旋、螺旋、-折叠折叠和和-转角转角) )或无规那么的空间排布如无规那么卷或无规那么的空间排布如无规那么卷曲。曲。 主要包括主要包括: :主链原子部分的空间排布，不涉及侧链的构主链原子部分的空间排布，不涉及侧链的构象以及与其他肽段的关系。象以及与其他肽段的关系。维系的主要化学键：维系的主要化学键：H H

30、键键502.2.二级构造的根本类型二级构造的根本类型: : - -螺旋螺旋 - -折叠折叠 - -转角转角 无规卷曲无规卷曲51-螺旋螺旋(-helix) (-helix) ：1 1主链构成右手螺旋或左手螺旋主链构成右手螺旋或左手螺旋2 2每圈螺旋占每圈螺旋占3.63.6个个AAAA残基，残基， 螺距螺距0.54nm;0.54nm;3 3螺旋中氨基酸残基的侧链伸向螺旋中氨基酸残基的侧链伸向 外侧；外侧；4 4相邻螺圈之间构成链内氢键，相邻螺圈之间构成链内氢键， 取向与中心轴平行。取向与中心轴平行。 氢键氢键: :是由肽键上的是由肽键上的N-HN-H上的氢和第四上的氢和第四 个肽键的个肽键的C=

31、OC=O上的氧之间构成的。上的氧之间构成的。化学键：氢键化学键：氢键a螺旋的稳定性最好，各种氨基酸都有折叠成a螺旋的倾向。1多肽链在一空间平面内伸展，各肽链平面间折叠成锯多肽链在一空间平面内伸展，各肽链平面间折叠成锯齿状构造齿状构造. 2AA残基的侧链残基的侧链R基交替分布在片层上下基交替分布在片层上下. 3肽链按层陈列，靠链间氢键维持其构造的稳定性，肽链按层陈列，靠链间氢键维持其构造的稳定性， -折叠构造的氢键是由相邻肽链主链上的折叠构造的氢键是由相邻肽链主链上的NH上的氢上的氢和和CO上的氧间构成的上的氧间构成的.链间氢键方向与链方向垂直链间氢键方向与链方向垂直 4-折叠可由一条多肽链折返

32、而成，或由两条以上多折叠可由一条多肽链折返而成，或由两条以上多肽链顺向或逆向平行陈列而成肽链顺向或逆向平行陈列而成. -折叠折叠(-pleated sheet )： -片层、片层、 -构造构造平行式平行式反平行式反平行式55平行与反平行平行与反平行平行指的是两条肽链走向一样；反平行那么指走向平行指的是两条肽链走向一样；反平行那么指走向相反。相反。-折叠是某些纤维状蛋白质的根本构象，也普遍存折叠是某些纤维状蛋白质的根本构象，也普遍存在于球状蛋白质中。在于球状蛋白质中。 -折叠的蛋白质稳定性较差。折叠的蛋白质稳定性较差。 -转角转角 (-turn) -弯曲、弯曲、 -发夹构造发夹构造 发生于肽链进

33、展发生于肽链进展180回折时的转角上回折时的转角上. 通常有四个通常有四个AA残基组残基组成，第一个残基的羰基成，第一个残基的羰基O与与第四个氨基第四个氨基H构成氢键。第构成氢键。第二个残基常为二个残基常为ProGly、Asp、Asn、Trp此构造广泛存在球状蛋白中，球蛋白的严密球此构造广泛存在球状蛋白中，球蛋白的严密球形在于肽链走向的多次逆转，主要是经过形在于肽链走向的多次逆转，主要是经过-转转角实现的角实现的 。主要在各种二级构造之间起衔接作。主要在各种二级构造之间起衔接作用。用。57无规卷曲无规卷曲(random coil )(random coil ) 多肽链骨架上的肽段在空间上的不规

34、那么排布，多肽链骨架上的肽段在空间上的不规那么排布，无明确规律性。无明确规律性。通常酶蛋白的功能部位在此。通常酶蛋白的功能部位在此。 在普通的球蛋白分子中，含有在普通的球蛋白分子中，含有大量的无规那么卷曲，它使蛋白质大量的无规那么卷曲，它使蛋白质肽链从整体上构成球状构象。肽链从整体上构成球状构象。59在不同的蛋白质中，二级构造的分布和作用却很不在不同的蛋白质中，二级构造的分布和作用却很不一样一样: :纤维蛋白纤维蛋白-二级构培育是其分子的根本构造，并在二级构培育是其分子的根本构造，并在 根本的方面决议了分子的性能。根本的方面决议了分子的性能。 哺乳动物的角蛋白哺乳动物的角蛋白: :二级构造主要

35、是二级构造主要是-螺旋。螺旋。 丝和昆虫纤维，其二级构造主要是丝和昆虫纤维，其二级构造主要是-折叠。折叠。 胶原蛋白，三股螺旋是它的根本构造。胶原蛋白，三股螺旋是它的根本构造。球蛋白球蛋白- - 二级构造是分子三维折叠的根本要素，二级构造是分子三维折叠的根本要素， 对分子的骨架构成具有重要作用。对分子的骨架构成具有重要作用。 60、蛋白质的超二级构造和构造域、蛋白质的超二级构造和构造域超二级构造超二级构造(supersecondary structure(supersecondary structure * * ：由相邻的几个二级构造相互作用构成有规那么的组由相邻的几个二级构造相互作用构成有规

36、那么的组合体。合体。是特殊的序列或构造的根本组成单元，又称基序或是特殊的序列或构造的根本组成单元，又称基序或模序模序motif)motif)* *. .可进一步组建成构造域。可进一步组建成构造域。超二级构造包括：超二级构造包括： 、 、 组合。组合。钙结合蛋白中结合钙离子的模序锌指构造63蛋白质的构造域蛋白质的构造域* * DomainDomain ：在超二级构造的根底上进一步组合折叠构成半独立较在超二级构造的根底上进一步组合折叠构成半独立较严密的球状构造，具有简单的生物学功能。严密的球状构造，具有简单的生物学功能。1.1.与蛋白质分子整体以共价键相连，普通难以分别，与蛋白质分子整体以共价键相

37、连，普通难以分别，这是与亚基的区别这是与亚基的区别. . 2.2.构造域之间有裂隙，是构造域之间有裂隙，是 结合位点或活性位点。结合位点或活性位点。3.3.大的蛋白质可有多个结大的蛋白质可有多个结 构域。构域。 纤连蛋白分子的构造域纤连蛋白分子的构造域64构造域的特点：构造域的特点：1.1.各个构造域有不同的组成，有些有一定的规律，有各个构造域有不同的组成，有些有一定的规律，有 些无。些无。2.2.一个一个PrPr分子内的构造域，可以非常类似，也可完全分子内的构造域，可以非常类似，也可完全 不同。不同。3.3.构造域大小普通为构造域大小普通为100-200100-200残基少残基少40 40

38、多多4004004.4.构造域衔接，有的只靠一段肽段，有的是靠接触面。构造域衔接，有的只靠一段肽段，有的是靠接触面。65构造域构造域(domain)(domain)：66 构造域有两个重要的功能*：第一，像亚基那样，能作为一个方式构造来有效地参与 蛋白质分子的装配。 独立构造域的存在可以把蛋白质肽链的折叠、盘 曲过程简化为个别的简单步骤。 这对于分子量很大的蛋白质来说更显得特别重要。第二，构造域可以活动。对底物的结合、变构控制以及 宏大构造的装配具有决议作用。68(二二) 蛋白质分子的三级构造蛋白质分子的三级构造三级构造：是指一条多肽链在二级构造、超二级构造和三级构造：是指一条多肽链在二级构造

39、、超二级构造和 构造域的根底上进一步盘曲或折叠，构成包构造域的根底上进一步盘曲或折叠，构成包 括主、侧链在内的专注性空间排布。括主、侧链在内的专注性空间排布。 即整条肽链的三维构造。即整条肽链的三维构造。维系的化学键：次级键维系的化学键：次级键(疏水作用、氢键、离子键、范疏水作用、氢键、离子键、范德华力德华力 有些有些pr只需三级构造。只需三级构造。69单链蛋白质单链蛋白质-是分子本身的特征性立体构造；是分子本身的特征性立体构造；多链蛋白质多链蛋白质-是各组成链亚基的主链和侧链的空间是各组成链亚基的主链和侧链的空间 排布排布 重要的生命活动都与蛋白质的三级构造直接相关并重要的生命活动都与蛋白质

40、的三级构造直接相关并且对三级构造有严厉的要求。且对三级构造有严厉的要求。 三级构造是蛋白质构象中的一个至关重要的等级或三级构造是蛋白质构象中的一个至关重要的等级或层次，从整体看，它实践包含着除亚基缔合以外的蛋白层次，从整体看，它实践包含着除亚基缔合以外的蛋白质分子构造的全部内容。质分子构造的全部内容。70蛋白质分子三级构造的根本特征以球状蛋白质分子三级构造的根本特征以球状PrPr为例为例1 1在蛋白质分子中，一条多肽链往往是经过一部分在蛋白质分子中，一条多肽链往往是经过一部分 - -螺旋、螺旋、 一部分一部分-折叠、一部分折叠、一部分-转角和一部分无规那么卷转角和一部分无规那么卷曲构成曲构成

41、严密的球状构造严密的球状构造2 2在蛋白质分子中，在蛋白质分子中， 大多数非极性侧链总是埋在分子的内部，构成疏水核；大多数非极性侧链总是埋在分子的内部，构成疏水核； 大多数极性侧链总是暴露在分子的外表上，极性基团大多数极性侧链总是暴露在分子的外表上，极性基团的种类、数目与排布决议了蛋白质的功能。的种类、数目与排布决议了蛋白质的功能。713 3在蛋白质分子的外表，有一个内陷的空穴裂隙、在蛋白质分子的外表，有一个内陷的空穴裂隙、凹槽、凹槽、 袋袋-疏水区，可以包容一个或两个小分子配体疏水区，可以包容一个或两个小分子配体, ,或大分或大分 子配体的一部分。子配体的一部分。 酶分子酶分子-此空穴正好包

42、容一个或两个小分子底物，此空穴正好包容一个或两个小分子底物，或大分子或大分子 底物的一部分，即酶分子的活性部位。底物的一部分，即酶分子的活性部位。如：如： 肌红蛋白肌红蛋白 血红蛋白血红蛋白 此空穴正好包容一个血红素分子。此空穴正好包容一个血红素分子。 细胞色素细胞色素C C 73三蛋白质的四级构造三蛋白质的四级构造亚基：在体内有许多亚基：在体内有许多PrPr分子含有两条或多条多肽链，每一条分子含有两条或多条多肽链，每一条 多肽链都有其完好的三级构造，称为多肽链都有其完好的三级构造，称为PrPr的亚基的亚基 subunitsubunit。 亚基之间呈特定的三维空间排布，并以次级键亚基之间呈特定

43、的三维空间排布，并以次级键 相衔接。相衔接。四级构造：蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部四级构造：蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部 位的规划和相互作用位的规划和相互作用. .维系的力：次级键维系的力：次级键( (氢键、离子键、疏水作用和范得华力氢键、离子键、疏水作用和范得华力74亚基是独立的构造单位，但不是独立的功能单位。亚基是独立的构造单位，但不是独立的功能单位。亚基单独存在时无完好的生物学功能亚基单独存在时无完好的生物学功能. .只需缔合成完只需缔合成完好的四级构造才具有生物活性。好的四级构造才具有生物活性。血红蛋白血红蛋白:2:2个个亚基和亚基和2 2个个亚基亚基75寡

44、聚蛋白寡聚蛋白-多个亚基组成的蛋白质。多个亚基组成的蛋白质。寡聚蛋白的四级构造对其生物学功能具有重要作用。寡聚蛋白的四级构造对其生物学功能具有重要作用。亚基：可以是一样的，也可以是不同的。亚基：可以是一样的，也可以是不同的。 亚基数目从亚基数目从2 2个到几十，几百个不等。通常亚基用个到几十，几百个不等。通常亚基用字母表示。如：字母表示。如： 血红蛋白血红蛋白-2-2、 2 2四聚体四聚体 烟草花叶病毒的外壳蛋白烟草花叶病毒的外壳蛋白-2130-2130个一样的亚基组成个一样的亚基组成7677蛋白质的四种构造层次蛋白质的四种构造层次暨南大学医学院莫宏波motifdomain78 第三节 蛋白质

45、分子构造与功能的关系 一、蛋白质的一级构造与功能的关系1.一级构造决议高级构造Anfinsen经典实验)79 2. 2.一级构造与功能的关系一级构造与功能的关系1 1普通而言，一级构造类似的多肽或蛋白质，其空间构象普通而言，一级构造类似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能也类似。蛋白质具不同的一级构造和空间构造，因此以及功能也类似。蛋白质具不同的一级构造和空间构造，因此各具不同的功能。各具不同的功能。 2 2一级构造改动或氨基酸的改动对功能的影响：一级构造改动或氨基酸的改动对功能的影响：蛋白质分子中非关键部位一些氨基酸残基的改动或缺失，并不蛋白质分子中非关键部位一些氨基酸残基的改动或缺失，并不会

46、影响蛋白质分子的生物活性；会影响蛋白质分子的生物活性；另一方面，蛋白质分子关键活性部位氨基酸残基的改动，会影另一方面，蛋白质分子关键活性部位氨基酸残基的改动，会影响其功能，甚至呵斥疾病。响其功能，甚至呵斥疾病。80例如例如1.1.人、猪、牛的胰岛素人、猪、牛的胰岛素A A链中链中8 8、9 9、1111位位 氨基酸残基不同氨基酸残基不同 存在种族差别，但存在种族差别，但这并不这并不B B链中链中3030位位 影响其降低血糖浓度的共同生理功能影响其降低血糖浓度的共同生理功能2.2.人群中不同个体间同一种蛋白质也会有氨基酸的不同或人群中不同个体间同一种蛋白质也会有氨基酸的不同或差别，但这也不影响他

47、们在不同个体中担负着一样的生理差别，但这也不影响他们在不同个体中担负着一样的生理功能。功能。3.3.假设是分类上从脂肪族换成了芳香族氨基酸，即蛋白质假设是分类上从脂肪族换成了芳香族氨基酸，即蛋白质之间的免疫原性就差别较大，由这些蛋白质组成的人体组之间的免疫原性就差别较大，由这些蛋白质组成的人体组织、器官，在临床上进展移植时，就更产生排异反响织、器官，在临床上进展移植时，就更产生排异反响. .例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146) 82镰刀型贫血病血红蛋白仅一级构造中：镰刀型贫血病血红蛋白仅一级构造中： 6Glu换成换成6Val 由此引起三级构造多一疏水键，四级构由此引起三级构造多一疏水键，四级构造发生线性缔合，导致红细胞发生溶血。造发生线性缔合，导致红细胞发生溶血。83二、空间构造与功能的关系二、空间构造与功能的关系当蛋白质构象发生改动时会引起蛋白质功能的改当蛋白质构象发生改动时会引起蛋白质功能的改动或动或丧失。丧失。例如例如: : 酶在某些要素如高温、紫外线照射等作用下，酶在某些要素如高温、紫外线照射等作用下，空间构造受破坏而一级构造没改动，但酶分子的空间构造受破坏而一级构造没改动，但酶分子