第五章 蛋白质的三维结构.docx

第一节研究蛋白质构像的方法一、X射线衍射法基本规律：X射线穿过原子平面层时，当光程差等于波长的倍数，反射波可以互相叠加形成衍射斑点。如上图所示，光程差等于2dsin，上述规律可总结为Bragg方程：2dsin=n(n=1，2，3)。二、研究溶液中蛋白质构像的光谱学方法 （一）紫外差光谱芳香族氨基酸在极性环境下吸收峰向短波长移动，称作篮移，反之会红移。（二）荧光和荧光偏振变性和非变性蛋白质荧光峰和荧光偏振的位置会有特定的变化。（三）圆二色性圆偏振光可看成是相位相差90的两个平面偏振光叠加而成，若左、右圆偏振光因被测物的吸收而振幅不同，二者叠加会形成椭圆偏振光。椭圆率=短轴/长轴=tan33cl(适合于小的，=RL，c为摩尔浓度，l为光程，为摩尔吸光系数)摩尔椭圆率=/cl100=3300 。（四）核磁共振(NMR) 第二节稳定蛋白质三维结构的作用力一、氢键二、范德华力定向效应诱导效应分散效应三、疏水作用（熵效应）四、盐键五、二硫键第三节多肽主链折叠的空间限制一、酰胺平面与-碳原子的二面角（和）规定键两侧基团为顺式排列时为0o，从C沿键轴方向观察，顺时针旋转的角度为正值。二、可允许的和：拉氏构像图二、可允许的和值：拉氏构像图第四节二级结构：多肽链折叠的规则方式一、螺旋（一）螺旋的结构多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm，含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm。肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，每一个氨基酸残基的酰胺基团的-NH基与其后第四个氨基酸残基酰胺基团的-CO基形成氢键。蛋白质分子为右手a-螺旋。（二）螺旋的偶极矩和帽化（三）螺旋的手性（四）影响螺旋形成的因素R基太小使键角自由度过大，带同种电荷的R基相互靠近，碳原子上有分支均不利于形成螺旋，含脯氨酸的肽段不能形成螺旋。（五）其他类型的螺旋b-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。二、折叠片b-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿桩折叠构像。两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm；b-折叠结构可以由两条肽链之间形成，也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。b-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。反平行式较稳定。三、转角和凸起b-转角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，形成一个不很稳定的环状结构。这类结构主要存在于球状蛋白分子中。四、无规卷曲无一定的规则，但对一定的球蛋白而言，特定的区域有特定的卷曲方式第五节纤维状蛋白质一、 -角蛋白二、丝心蛋白和其他-角蛋白：折叠片蛋白质三、胶原蛋白胶原蛋白的二级结构是由三条肽链组成的三股螺旋，这是一种右手超螺旋结构。螺距为8.6nm，每圈每股包含30个残基。其中每一股螺旋又是一种特殊的左手螺旋，螺距为0.95nm，每一螺圈含3.3个残基,每一残基沿轴向的距离为0.29nm。一级结构分析表明，a肽链的96%都是按三联体的重复顺序：（g1yxy）n排列而成。Gly数目占残基总数的三分之一，x常为Pro，y常为Hpro（羟脯氨酸）和Hlys（羟赖氨酸）。 原胶原蛋白分子在胶原纤维中都是有规则地按四分之一错位，首尾相接，并行排列组成纤维束。这样通过14错位排列便形成间隔一定的（大约70nm）电子密度区域，而呈现横纹区带。胶原蛋白属于结构蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。胶原蛋白至少包括四种类型，称胶原蛋白I、和。腱的胶原纤维具有很高的抗张强度(tensile strength)，约为20-30kgmm2，相当于12号冷拉钢丝的拉力。骨铬中的胶原纤维周围排列着羟基磷灰石(hydroxyapatite，Ca10(PO4)6(OH)2)结晶。脊椎动物的皮肤含有编织比较疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含有胶原纤维。胶原蛋白的共价键： 吡啶啉是由一个原胶原的N末端区和另一个相邻的原胶原的C末端区之间形成。随着年龄的增长，胶原蛋白之间的交联键会增多。四、弹性蛋白 弹性蛋白最重要的特性是富有弹性。 弹性蛋白不含羟赖氨酸，不被糖基化，不能形成胶原蛋白那样的超螺旋。 弹性蛋白的一种交联方式是通过羟赖氨酸正亮氨酸衍生物交联。 弹性蛋白的另一种交联方式是赖氨酸的侧链氧化脱氨基生成醛基，三个醛基和一个未修饰的赖氨酸的侧链形成锁链素和异锁链素，使多条弹性蛋白链交联成肽链网。 弹性蛋白的肽链形成多种多样的无规卷曲，有张力时，卷曲被拉伸，张力去除后又复原。五、肌球蛋白和原肌球蛋白黄色是轻链结合部位，品红色是轻链调节部位，其余为s1头部。有些纤维状蛋白质是由球状蛋白质聚集而成的。第六节超二级结构和结构域一、超二级结构二、结构域第七节球状蛋白质与三级结构一、球状蛋白质的分类（一）反平行螺旋（二），-结构（三）全-结构（四）富含金属或二硫键的蛋白质二、球状蛋白质三维结构的特征 含多种二级结构元件。 具有明显的折叠层次。 球蛋白分子是紧密近似球状的实体。 疏水侧链在分子内部，亲水侧链在分子表面。 分子表面有空穴，是结合底物，效应物等配体，行使生物学功能的活性部位，空穴通常是一个疏水的区域。第八节膜蛋白的结构一、膜蛋白的结构（一）具有单个跨膜肽段的膜蛋白（二）具有7个跨膜肽段的膜蛋白（三）桶型膜蛋白-膜孔蛋白二、脂锚定膜蛋白第九节蛋白质折叠和结构预测一、蛋白质的变性 （一）变性蛋白质的特点空间结构破坏，一级结构完好；活性丧失；溶解度降低；易分解。（二）引起变性的因素加热、辐射、高压等物理因素；有机溶剂、酸、碱、尿素等化学因素。（三）变性的协同性变性发生在较窄的范围内。（四）复性一定条件下可以恢复活性。7531种可能连接方式中的1种。二、氨基酸序列规定蛋白质的三维结构三、蛋白质折叠的热力学四、蛋白质折叠的动力学 折叠不是随机搜索的过程。 折叠时先形成局部二级结构，再形成结构域，熔球态，最后形成完整的三级结构。 折叠时二硫键异构酶和肽基脯氨酸异构酶起重要作用。 分子伴侣在折叠时有重要作用，主要是防止肽链的错误折叠。五、蛋白质结构的预测（一）二级结构的预测参照表5-6，按Pi=Ai（被计算的氨基酸残基处于某一二级结构的份数）/Ti（肽链中的各种氨基酸残基处于某一二级结构的份数）的计算值预测，Pi大于1表示该氨基酸残基倾向于形成所预测的二级结构，Pi小于1表示该氨基酸残基倾向于形成其他构像。（二）三级结构的预测和计算机模拟原理复杂，已由一些成功的例证。第十节亚基缔合和四级结构一、有关四级结构的一些概念亚基（单体），同多聚，杂多聚二、四