生物奥赛辅导蛋白质结构ppt学习课件.ppt

第四节蛋白质,1,三、二肽和多肽,（一）肽,由一个氨基酸的-羧基和另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而成的化合物。氨基酸之间脱水后形成的键称肽键（酰胺键）。,+,甘氨酰甘氨酸,肽键,2,习惯上，含有25个以下氨基酸构成的肽称为寡肽；由25个以上氨基酸组成的肽称为多肽；,寡肽与多肽,多肽链：是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构；多肽链的方向是从氨基末端（N-末端）走向羧基末端（C-末端）。,N末端：多肽链中有自由氨基的一端C末端：多肽链中有自由羧基的一端,3,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,4,多肽是一个线性链状分子,肽链中的氨基酸不是原来完整的分子，多肽链中的氨基酸单位称为氨基酸残基。,肽键,链状结构,5,丝氨酰-缬氨酰-酪氨酰-天冬氨酰-谷氨酰胺,肽的命名,Ser-Val-Tyr-Asp-Gln,6,肽键,由于肽键CONH带有双键性质，不能沿C-N键自由旋转。组成肽键的4个原子处于同一平面。H和O原子处于CN键的两侧形成反式。,酰胺平面,7,酰胺平面与-碳原子的二面角（和）,二面角两相邻酰胺平面之间，能以共同的C为定点而旋转，绕C-N键旋转的角度称角，绕C-C键旋转的角度称角。和称作二面角，亦称构象角。,8,生物的生长、发育、细胞分化、大脑活动、肿瘤病变、免疫防御、生殖控制、抗衰老、生物钟规律及分子进化等均涉及到活性肽。活性肽是机体内传递信息、调节代谢和协调器官活动的重要化学信使。,三、二肽和多肽,（二）几种生物活性肽,在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽。如：谷胱甘肽；脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；蛇毒多肽等。,9,1.谷胱甘肽（GSH）,三、二肽和多肽,（二）几种生物活性肽,体内重要的还原肽,谷胱甘肽的分子中有一个特殊的肽键，是由谷氨酸的羧基与半胱氨酸的氨基缩合而成。,10,GSH过氧化物酶,GSH还原酶,NADPH+H+,NADP+,GSH有抗氧化剂的作用，可还原细胞内产生的过氧化氢。,由于GSH中含有一个活泼的巯基，很容易氧化，二分子GSH脱氢以二硫键相连成氧化型的谷胱甘肽（GSSG）,11,谷胱甘肽的生理功用：解毒作用参与氧化还原反应保护巯基酶的活性抗氧化剂作用，维持红细胞膜的稳定,12,（一）谷光甘肽（GSH）,2GSH,GSSG,（二）胰高血糖素,由胰岛-细胞分泌（-细胞分泌胰岛素），29肽。胰高血糖素调节维持血糖浓度。,13,体内许多激素属寡肽或多肽,2.多肽类激素及神经肽,三、二肽和多肽,（二）几种生物活性肽,14,催产素和升压素,均为9肽，第3位和第9位氨基酸不同。催产素使子宫和乳腺平滑肌收缩，具有催产和促使乳腺排乳作用。升压素促进血管平滑肌收缩，升高血压，减少排尿。,促肾上腺皮质激素（ACTH）,39肽，活性部位为第410位的7肽片段：Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly,15,脑肽,高等动物中枢神经系统产生的一类小活性肽。如:脑啡肽，具有强烈的镇痛作用（强于吗啡），不上瘾,Met-脑啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-MetLeu-脑啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu,-内啡肽，具有较强的吗啡样活性与镇痛作用。,胰高血糖素,由胰岛-细胞分泌，29肽。胰高血糖素调节维持血糖浓度。,16,1.蛋白质的一级结构,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,蛋白质的一级结构包括：组成蛋白质的多肽链数目.多肽链的氨基酸数目、种类和排列顺序。多肽链内或链间二硫键的数目和位置。最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物学功能的基础。,主要的维系键：肽键、二硫键,17,为了表示蛋白质结构的不同组织层次，一般采用下列的专门术语。一级结构指的是多肽链共价主链的氨基酸顺序。二级结构是指多肽链借助氢键排列成沿一维方向具有周期性结构的构象，如纤维状蛋白质中的螺旋和折叠片。三级结构是指多肽链借助各种次级键(非共价键)盘绕成具有特定肽链走向的紧密球状构象。三级结构中，除了属于二级结构的螺旋和折叠片等有规则的构象之外，还有无规则的松散肽段。四级结构是指寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互关系或结合方式。,18,蛋白质的氨基酸序列具有重要意义：（1）蛋白质的一级结构决定它的高级结构氨基酸序列的改变可以导致蛋白高级结构与功能异常和疾病，例如镰刀状细胞贫血病；（2）蛋白质的氨基酸序列是阐明蛋白质生物活性的分子基础。,1.蛋白质的一级结构,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,19,二硫键（SS）是由两个半胱氨酸（残基）脱氢连接而成的，是连接肽链内或肽链间的主要化学键。二硫键在蛋白质分子中起着稳定肽链空间结构的作用，往往与生物活力有关。二硫键被破坏后，蛋白质或多肽的生物活力就会丧失。蛋白质结构中，二硫键的数目多，蛋白质结构的稳定性就越强。在生物体内起保护作用的皮、角、毛发的蛋白质中，二硫键最多。,20,a盐键（离子键）b氢键c疏水作用d范德华力e二硫键,稳定蛋白质三维结构的作用力主要是一些称为非共价键或次级键的弱相互作用。,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,21,稳定蛋白质三维结构的作用力,22,指多肽链本身折叠和盘绕的方式，形成有规律的结构或构象。,2.蛋白质的二级结构,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,主要的维系键：氢键（链内或链间）,-螺旋-折叠-转角无规卷曲,23,（一）蛋白质的二级结构(secondarystructure)定义蛋白质分子中多肽链主链原子中的局部空间分布状态，即多肽链主链原子的空间构象,不涉及侧链原子的空间排布。,24,25,2.蛋白质的二级结构,（1）-螺旋：,-螺旋是多肽链的主链原子沿一中心轴盘绕所形成的有规律的螺旋构象。,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,26,27,结构特征：(1)天然蛋白质绝大多数都是右手螺旋(2)除主链原子外，侧链都伸向螺旋外侧(3)每圈螺旋有3.6个氨基酸残基(4)螺旋间距离0.54nm(5)螺旋上升时，每个残基沿轴旋转100(6)相邻螺圈之间以链内氢键维系,第一个氨基酸残基的-C=O与第五个氨基酸残基的-NH形成氢键。(7)氢键方向与螺旋中心轴平行,28,特点：-螺旋结构允许所有肽键都能参与链内氢键的形成，因此构象很稳定。-螺旋结构在纤维蛋白和球状蛋白中普遍存在。-角蛋白几乎全是-螺旋结构。多肽链中有脯氨酸时，-螺旋就被中断，并产生一个“结节”，往往就形成转角。,2.蛋白质的二级结构,（1）-螺旋：,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,29,-折叠是由若干肽段或肽链排列形成的片层构象,是一种肽链相当伸展的结构。,（2）-折叠,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,2.蛋白质的二级结构,30,（1）肽链按层排列，主要依靠相邻肽链上的-C=O与-NH-形成的氢键以维持结构的稳定性。也可以在同一肽链的不同部分之间形成。（2）肽键的平面性使多肽折叠成片，氨基酸侧链伸展在折叠片的上面和下面。,结构特征：,31,-折叠包括平行式和反平行式两种类型,32,（3）-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。反平行结构更为稳定。,（4）-折叠在纤维蛋白和球状蛋白中均存在。,-角蛋白用热水或稀碱等方法处理，或用外力拉直，就转变为-角蛋白，属于平行结构。丝心蛋白属于反平行结构。,33,34,35,36,37,纤维状蛋白质1.角蛋白(keratin)角蛋白是外胚层细胞的结构蛋白质，来源于皮肤以及皮肤的衍生物：发、毛、鳞、羽、甲，蹄、角等。角蛋白可分为两类，一类是-角蛋白，另一类是-角蛋白。-角蛋白是角蛋白中的优势形式。它主要是由-螺旋构象的多肽链构成的，多肽链大体上与角蛋白的长向平行。一根毛发大纤维沿轴向排列。毛发具有高度有序的结构。毛发性能就决定于-螺旋结构以及这样的组织方式。,38,2.胶原蛋白胶原蛋白或称胶原(collagen)是很多脊椎动物和无脊椎动物休内含量最丰富的蛋白质，它也属于结构蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。,39,3.弹性蛋白弹性蛋白是结缔组织的另一个蛋白质组分，它的最重要性质就是弹性。,40,（三）模体(motif),在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，被称为模体,钙结合蛋白中结合钙离子的模体,41,螺旋折叠折叠2个His和2个Cys与Zn离子结合螺旋区与DNA结合,锌指结构（zincfinger),42,*模体（motif）在许多蛋白质的分子中，几个（多为23个）具有二级结构的肽段相互靠近，形成具有特定功能的空间构象，称为模体。模体是一种超二级结构。形式：螺旋-转角-螺旋（HTH）锌指结构亮氨酸拉链,43,helix-turn-helix(HTH),螺旋-转角-螺旋,44,45,46,碱性亮氨酸拉链模体（basicleucinezipper,bZIP）,47,(1)在-转角部分，由四个氨基酸残基组成;弯曲处的第一个氨基酸残基的-C=O和第四个残基的N-H之间形成氢键。(2)这类结构主要存在于球状蛋白分子中。(3)属于非重复性结构,2.蛋白质的二级结构,（3）-转角：,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,结构特点：,多肽链上经常出现180的回折，这个回折角上就是-转角结构。,48,为了紧紧折叠成紧密的球蛋白，多肽链常常反转方向，成发夹形状。一个氨基酸的羰基氧以氢键结合到相距的第四个氨基酸的氨基氢上。,-转角经常出现在连接反平行-折叠片的端头。,甘氨酸侧链为氢原子，适于充当多肽链大幅度转向的成员。脯氨酸的环状侧链的固定取向有利于-转角的形成，它往往出现在转角部位。,49,（3）-转角（-turn）多肽链中的肽段出现1800回折时的结构。-转角常出现在肽链呈180回折处，多由4个氨基酸残基组成，第1个氨基酸的羰基氧与第4个氨基酸残基的氨基氢形成氢键。,50,（1）没有一定规律，不能被归入明确的二级结构；（2）对每一种特定蛋白都是确定的结构，有其自身的结构规律；（3）球蛋白分子中，往往含有较多的无规卷曲；（4）无规卷曲往往有利于多肽链形成灵活的、具有特异生物活性的构象。,2.蛋白质的二级结构,（4）无规卷曲：,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,没有规律性的的松散肽链结构，就是无规卷曲。,结构特征：,51,（4）无规卷曲(randomcoil),-螺旋,-折叠,-转角,无规卷曲,限制性内切核酸酶BamHI的三级结构（示二级结构的几种类型）,某些肽段似乎无确定规律的折叠方式。,52,转角与无规卷曲的功能特点（1）转角与无规卷曲多位于球状蛋白的表面，使多肽链具有弯曲、回折和重新定向的能力，以形成结实、球状的结构。（2）无规卷曲与生物活性密切相关，经常构成酶的活性中心和其它蛋白质特异的功能部位，对外界的理化因子极为敏感。,2.蛋白质的二级结构,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,53,蛋白质二级结构总结与比较,54,各种蛋白质依其一级结构特点在其多肽链的不同区段可形成不同的二级结构。如：蜘蛛网丝蛋白中有很多-螺旋及-折叠层，也有-转角和不规则卷曲。,55,超二级结构和结构域是位于二级结构和三级结构之间的两个层次，超二级结构的层次接近二级结构，而结构域的层次接近三级结构。,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,3.蛋白质的超二级结构和结构域,56,是指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作用，形成有规则的，在空间上能辨认的二级结构组合体。是蛋白质二级结构至三级结构层次的一种过渡态构象层次。,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,3.蛋白质的超二级结构和结构域,（1）超二级结构：,57,在多数情况下，只有非极性残基侧链参与构成超二级结构的相互作用，而极性残基多在蛋白质分子的外表面。氢键与疏水作用对维系超二级结构有大贡献。,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,3.蛋白质的超二级结构和结构域,（1）超二级结构：,58,1、（复绕-螺旋）2、3、4、曲折（希腊钥匙构象）,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,3.蛋白质的超二级结构和结构域,（1）超二级结构：,59,60,61,62,是球状蛋白质的折叠单位。多肽链在二级结构或超二级结构基础上进一步绕曲折叠，形成紧密的三级结构的局部折叠区，它是相对独立的近似球状的结构，具有部分生物功能。对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个以上结构域缔合而成三级结构。,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,3.蛋白质的超二级结构和结构域,（2）结构域：,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,63,结构域通常是超二级结构的组合；结构域是三级结构的结构单位；,结构域一般由100200个氨基酸残基组成；结构域之间常形成相对松散的裂隙；许多结构域之间由“铰链区”相连，使分子构象具有一定的柔性，结构域之间容易发生相对运动。,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,3.蛋白质的超二级结构和结构域,（2）结构域：,结构特点：,64,结构域之间常常只有一段肽链相连，形成所谓“铰链区”，使结构域容易发生相对运动。结构域之间的这种柔性有利于如酶和抗体活性的发挥。,65,通过结构域之间的相对运动，使蛋白质分子实现一定的生物功能。酶的活性中心往往位于两个结构域的界面上在蛋白质分子内，结构域可作为结构单位进行相对独立的运动，水解出来后仍能维持稳定的结构，甚至保留某些生物活性（功能的独立性）。,功能特点：,（一）蛋白质的空间结构,3.蛋白质的超二级结构和结构域,（2）结构域：,66,一条多肽链、以二级结构为基础、总三维空间结构,重点：,是指在二级结构、超二级结构和结构域基础上，主链构象和侧链构象相互作用，进一步盘曲折叠形成的特定的球状分子结构。三级结构是指多肽链中所有原子的空间排布。对于单一多肽链的蛋白质，三级结构是它的最高级结构，只有具有完整的三级结构，才具有全部的生物学功能。,4.蛋白质的三级结构,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,67,68,有氢键、疏水作用、离子键、范德华力和二硫键等。尤其是疏水作用，在蛋白质三级结构中起着重要作用。二硫键是维持三级结构唯一的一种共价键，能把肽链的不同区段牢固地连接在一起。,主要的维系键：,4.蛋白质的三级结构,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,69,肌红蛋白(Mb),为单肽蛋白质，含有153个氨基酸，有8个螺旋区,70,五、肌红蛋白的结构与功能肌红蛋白是第一个被确定的具有三级结构的蛋白质，主要生物学功能是结合氧，是哺乳动物肌肉中储氧的蛋白质。肌红蛋白是一个相对比较小的蛋白，只由一条多肽链组成，呈扁平的棱形，含有一个血红素辅基。分子大小为4.5X3.5X2.5nm。,71,蛋白质在三级结构层次的分类,纤维状蛋白质：整个分子形成有规则的线性结构，外形呈纤维状或细棒状；多数不溶于水；起支架和保护作用。,球状蛋白质：分子结构层次分明，外形接近球形或椭球形；溶解性较好；承担重要生理功能。,膜蛋白：与细胞的各种膜系统结合而存在，具有独特的结构特点。,4.蛋白质的三级结构,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,72,4.蛋白质的三级结构,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,（1）球状蛋白质,球状蛋白质含多种二级结构元件球状蛋白质三维结构具有明显的折叠层次球状蛋白质分子是紧密的球状或椭球状实体球状蛋白质疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面,73,有代表性的纤维状蛋白质结构特点总结,4.蛋白质的三级结构,（一）蛋白质的空间结构,（2）纤维状蛋白质,74,蛋白质整体结构多为线性，由数条多肽链按照一定规则组合而成；在多数纤维状蛋白质中，某一种二级结构元件占绝对优势；纤维状蛋白质三维结构并不具有鲜明的折叠层次；多数纤维状蛋白质不易溶于水，主要原因为纤维状蛋白质在分子内部与表面具有较多的疏水性氨基酸残基。,4.蛋白质的三级结构,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,（2）纤维状蛋白质,75,膜蛋白的疏水氨基酸侧链可伸向外部膜蛋白所含的亲水氨基酸残基比胞质蛋白质少膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜实施功能的基本场所，生物膜的各种功能，大部分是由蛋白质来完成的。,4.蛋白质的三级结构,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,（3）膜蛋白,76,脂锚定蛋白,膜内在蛋白(整合蛋白）,膜周边蛋白(外周蛋白）,与脂双层强缔合的膜蛋白，埋入或横跨脂双层,含有一条或多条跨膜序列,膜蛋白的分类,77,（三）分子伴侣(chaperon),分子伴侣通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构.,*可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。,*可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。,*在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。,78,伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用,79,这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为亚基或亚单位，一般由一条肽链构成，无生理活性。,5.蛋白质的四级结构,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,主要是疏水作用，其次是氢键、离子键和范德华力。,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。,主要的维系键：,80,许多蛋白质是由两个或两个以上独立的球状蛋白质通过非共价键结合成的多聚体，称为寡聚蛋白质。寡聚蛋白质中的每个独立的球状蛋白质称为亚基，亚基一般由一条肽链构成，也称为单体。蛋白质的四级结构，是指亚基的种类、数量以及各个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布和亚基间的相互作用。,5.蛋白质的四级结构,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,81,（1）维持四级结构的作用力：范德华力氢键离子键疏水作用二硫键,5.蛋白质的四级结构,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,82,寡聚蛋白质由多个亚基组成；寡聚蛋白质一级结构规定了亚基间的结合方式；寡聚蛋白质通常含有两个以上具有相同三级结构的亚基（或原体）；寡聚蛋白质多具有对称结构；,（2）结构特点：,5.蛋白质的四级结构,四、蛋白质,（一）蛋白质的空间结构,83,寡聚蛋白质才是完整的独立功能单位，各亚基分别承担相对独立但彼此相关的任务，缺一不可；亚基之间的组合与相互作用使寡聚蛋白质具有特定的功能（如产生酶活性部位）；寡聚蛋白质的调节功能（别构效应与协同性）；四级结构可提高遗传经济性和效率。,（3）