蛋白质的二级结构PPT课件.ppt

蛋白质的二级结构 1 肽键 肽键由于共振而具有部分双键性质 因此 肽键比一般C N键短 且不能自由旋转肽键原子及相邻的a碳原子组成肽平面相邻的a碳原子呈反式构型 2 3 蛋白质的二级结构 概念 蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构 即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置 并不涉及氨基酸残基侧链的构象 4 蛋白质二级结构的主要形式 螺旋 helix 折叠 pleatedsheet 转角 turn 无规卷曲 randomcoil 5 一 螺旋 1951年提出 螺旋结构模型 6 背景知识 肽键具有部分双键性质 充分意识到氢键在蛋白质结构中的重要作用 X 射线晶体学研究表明组成头发和豪猪刺的蛋白质的空间结构里存在重复结构 7 8 9 特征 1 每隔3 6个AA残基螺旋上升一圈 螺距0 54nm 2 螺旋体中所有氨基酸残基R侧链都伸向外侧 链内氢键几乎都平行于螺旋轴 3 每个氨基酸残基的 N H与前面第四个氨基酸残基的 C 0形成氢键 肽链上所有的肽键都参与氢键的形成 10 影响 螺旋形成的因素 R基团的电荷性质多聚赖氨酸在pH7的水溶液中不能形成 螺旋 而是以无规则卷曲形式存在 R基团的大小多聚亮氨酸由于R基团的空间阻碍不能形成 螺旋 多聚脯氨酸也不能形成 螺旋 11 12 二 折叠 13 两种 折叠方式 反平行 肽链的N端不处于同一端 氢键与肽链走向垂直 如 丝心蛋白 14 平行 所有肽链的N端处于同一端 氢键不与肽链走向垂直 如 角蛋白 15 16 三 转角 17 18 四 无规则卷曲 19 蛋白质的折叠 蛋白质中氨基酸序列决定蛋白质的空间结构 有些蛋白质的折叠需要其它蛋白质如分子伴侣的帮助 折叠过程中存在中间产物 疏水相互作用是蛋白质折叠的主要驱动力 20 21 22 23 24 25 蛋白质的超二级结构 在蛋白质分子中 特别是球状蛋白质中 由若干相邻的二级结构单元 即 螺旋 折叠片和 转角等 彼此相互作用组合在一起 形成有规则 在空间上能辨认的二级结构组合体 充当三级结构的构件单元 称超二级结构 26 27 28 结构域 多肽链在超二级结构基础上进一步绕曲折叠而成的相对独立的三维实体称结构域 29 甘油醛3 P脱氢酶结构域 30 31 蛋白质的三级结构 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置 即肽链中所有原子在三维空间的排布位置 32 抹香鲸肌红蛋白 Myoglobin 的三级结构 分子中多肽主链由长短不等的8段直的 螺旋组成最大的螺旋含23个残基最短的7个残基 分子中几乎80 的氨基酸残基都处于 螺旋区中 拐弯是由1 8个残基组成的无规则卷曲 33 血红素辅基 His93 34 核糖核酸酶三级结构示意图 35 蛋白质的三级结构具有明显的折叠层次 球状蛋白的三级的结构特征 36 38 39 亚基之间的结合力主要是疏水相互作用 蛋白质的四级结构 蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用 称为蛋白质的四级结构 有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链 每一条多肽链都有完整的三级结构 称为蛋白质的亚基 subunit 40 血红蛋白的四级结构 41 42 总结 43 从一级结构到四级结构 血红蛋白 44 蛋白质的一级结构是它的氨基酸序列 蛋白质的二级结构是由氢键导致的肽链卷曲与折叠 Primarystructure Secondarystructure 45 蛋白质的三级结构是多肽链自然形成的三维结构 蛋白质的四级结构是亚基的空间排列 Polypeptide singlesubunitoftransthyretin Transthyretin withfouridenticalpolypeptidesubunits Tertiarystructure Quaternarystructure 46 蛋白质结构与功能的关系TheRelationofStructureandFunctionofProtein 47 一 一级结构是空间构象的基础 一 蛋白质一级结构与功能的关系 48 天然状态 有催化活性 尿素 巯基乙醇 去除尿素 巯基乙醇 非折叠状态 无活性 49 当用透析的方法除去变性剂和巯基乙醇后 发现酶大部分活性恢复 所有的二硫键准确无误地恢复原来状态 若用其他的方法改变分子中二硫键的配对方式 酶完全丧失活性 这个实验表明 蛋白质的一级结构决定它的空间结构 而特定的空间结构是蛋白质具有生物活性的保证 50 镰刀状细胞贫血病 正常的红细胞 左图 与镰刀状红细胞 右图 的区别 51 正常与异常的差异 这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病 称为 分子病 52 一个残基的改变为什么会带来如此大的变化呢 53 血红蛋白单个 2个 氨基酸的改变影响功能 HbS 链第六位谷氨酸突变为缬氨酸 谷氨酸 亲水 带负电荷 缬氨酸 疏水 不带电HbS分子表面多了一个疏水侧链HbS分子三维结构发生改变 镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起的 54 由于伸出HbS分子表面的缬氨酸侧链创造了一个 粘性 的突起 因而一个HbS分子的 粘性 突起可以与另一个HbS分子的互补口袋通过疏水作用结合 最终导致HbS分子的聚集沉淀 脱氧HBS 镰刀状细胞贫血病是血红蛋白分子突变引起的 55 镰刀状细胞贫血病是一种致死性疾病 它的纯合子患者 50 红细胞镰刀状化 有的在童年就死去 杂合子患者 1 红细胞镰刀状化 的寿命虽也不长 但它能抵抗一种流行于非洲的疟疾 它也是一种致死性疾病 甚至对于携带正常血红蛋白基因的纯合子个体死于这种疟疾的概率也很高 常常来不及繁殖后代就已死去 而杂合子患者对疟疾有一定的抗性 尚能繁衍下一代 这是因为杂合子患者加速被感染红细胞的破坏而中断疟原虫的生活周期的缘故 56 蛋白质空间结构与功能的关系 变构效应 一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后 能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象 称为变构效应 像血红蛋白这种具有变构效应的蛋白质称为变构蛋白 57 T态向R态转变因素 当亚铁离子移动时 它同时拖动HisF8残基 进一步导致蛋白质的构象发生改变 58 59 60 氧结合曲线 肌肉 61 蛋白质的理化性质 62 一 蛋白质的两性电离 蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外 氨基酸残基侧链中某些基团 在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团 蛋白质的等电点 pI 当蛋白质溶液处于某一pH时 蛋白质解离成正 负离子的趋势相等 即成为兼性离子 净电荷为零 此时溶液的pH称为蛋白质的等电点 63 二 蛋白质的胶体性质 蛋白质溶液有许多高分子溶液的性质 如 扩散慢 易沉降 粘度大 不能透过半透膜 在水溶液中可形成亲水的胶体 蛋白质胶体溶液的稳定因素 水化膜 同种电荷的相互排斥力 当破坏这两个因素时 蛋白质中从溶液中析出而产生沉淀 64 三 蛋白质的沉淀 1 盐析法向蛋白质溶液中加入大量的中性盐 硫酸铵 硫酸钠等 使蛋白质脱去水化层而聚集沉淀 2 有机溶剂沉淀法向蛋白质溶液中加入一定量的有机溶剂 甲醇 乙醇等 引起蛋白质脱去水化层以及增加蛋白质带点质点间的相互作用 致使蛋白质聚集沉淀 3 重金属盐沉淀法当溶液pH大于等电点时 蛋白质颗粒带负电荷 它容易与重金属离子 Hg2 Ag 结合成不溶性盐而沉淀 65 四 蛋白质的变性作用 1 蛋白质变性的概念 天然蛋白质受物理或化学因素的影响后 使其失去原有的生物活性 并伴随着物理化学性质的改变 但并未导致其一级结构的变化 这种作用称为蛋白质的变性 2 使蛋白质变性的因素 1 物理因素 高温 高压 射线等 2 化学因素 强酸 强碱 重金属盐等 66 3 变性的本质 分子中各种次级键断裂 使其空间构象从紧密有序的状态变成松散无序的状态 一级结构不破坏 4 蛋白质变性后的表现 1 生物学活性消失 2 理化性质改变 溶解度下降 粘度增加 紫外吸收增加 侧链反应增强 对酶的作用敏感 易被水解 67 五 蛋白质的紫外