《生物化学》教学课件-蛋白质-4-蛋白质分子结构

第一节蛋白质的元素组成第二节蛋白质的构件单元氨基酸第三节肽第四节蛋白质的分子结构第五节蛋白质结构与功能的关系第六节蛋白质的重要性质第七节蛋白质的分离提纯第八节蛋白质的分类,第二章蛋白质,一、基本认识二、入手点,第四节蛋白质的分子结构,三、蛋白质空间构象的形成与蛋白质的结构层次:（一）构建过程中需要考虑的相关因素：（二）蛋白质的结构层次：主链、侧链.,分析思考层次,（二）蛋白质的结构层次,1.蛋白质的一级结构决定其折叠特性2.构象的空间限制3.二级结构的形成,二级结构的概念二级结构的主要类型稳定二级结构的主要作用力氨基酸组成和二级结构形成之间的某些关系,4.三级结构的组建：,超二级结构的形成：,在各种作用力的平衡下，若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形成有规则的，在空间上可辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件，谓之超二级结构。,在生物体内主要作为结构性组分，起着支撑、连接和保护等作用。,而调节蛋白、酶等生物活性蛋白质基本均为,纤维状蛋白质,球状蛋白质,当我们用热水洗涤烘干羊毛衫时会发现衣服缩水了，而丝绸在相同洗涤条件下却并不会收缩，为什么？请从生化本质阐述其可能的原因。,讨论型作业1：,请大家充分讨论组织好语言，当堂陈述自己的观点。,-角蛋白,-角蛋白,-角蛋白,-structure,丝心蛋白的结构,-角蛋白,为什么胶原蛋白的三股螺旋结构的抗张力强度比-螺旋要强很多？,讨论型作业2：,抗张强度：20-30kg/mm2,胶原蛋白,胶原蛋白是三条左手螺旋形成的右手超螺旋。（由三条肽链缠绕而成）,胶原蛋白具有重复的Gly-X-Y序列：,X通常是Pro，Y通常是Hyp，Gly位于螺旋的中心。,纤维状蛋白质通常是线性结构，只由单一类型的二级结构组成。纤维蛋白质通常作为结构性组分，起着支撑、连接及保护等作用。,纤维状蛋白质：,球状蛋白质,4.三级结构的组建,主要决定因素：超二级结构的形成：结构域的形成和三级结构的产生：,各结构层次间的关联：,分子量较小的蛋白质：单结构域=三级结构=高级结构/天然构象分子量较大的蛋白质：多结构域结构域的缔合=三级结构=高级结构/天然构象分子量更大的蛋白质：多结构域结构域的缔合=三级结构,多肽链的长短及数目；（蛋白质分子的大小。）疏水内核的产生；功能单位功能构件；二硫键的稳定作用；（空间结构中唯一的共价键）铰链区的功能性作用。,结构域的形成,含有多种二级结构的元件；具有多种折叠水平；分子呈紧密的球形；极性基团大多处于分子的表面，非极性基团大多处于分子的内部；分子表面有凹穴。,球蛋白三级结构的特征：,蛋白质的三级结构：一个蛋白质分子内或亚基内所有原子的空间排布。是在二级结构、超二级结构、结构域的基础上，多肽链通过盘绕、折叠形成的复杂的球状构象。,（二）蛋白质的结构层次,1.蛋白质的一级结构决定其折叠特性2.构象的空间限制3.二级结构的形成4.三级结构的组建,5.四级结构（高级结构）：亚基的非共价缔合.,超二级结构、结构域,5.四级结构：亚基的非共价缔合.,具有三级结构的球状蛋白质进一步彼此以非共价键相互缔合，形成一个高度有序的功能型聚集体，称为蛋白质的四级结构。其每一个相对独立的三级结构谓之亚基。,注意以下概念的内涵与界定：多肽链/亚基/亚单位/单体,亚基：具有四级结构的蛋白质其高级构象中独立的三级结构，每个亚基既可能由一条多肽链也可能由多条多肽链组成，亚基间彼此非共价缔合形成四级结构。,（胰岛素）,由两条多肽链形成三级结构也即最终的高级结构。,血红蛋白由四条多肽链组成，每条多肽链形成独立的三级结构，再彼此缔合成最后的四级结构，所以说血红蛋白由四个亚基组成。,（二）蛋白质的结构层次,1.蛋白质的一级结构决定其折叠特性2.构象的空间限制3.二级结构的形成4.三级结构的组建5.四级结构：亚基的非共价缔合.,蛋白质的结构,蛋白质结构层次的构建,第四节蛋白质的分子结构,一、基本认识二、入手点三、蛋白质空间构象的形成与蛋白质的结构层次：,（一）构建过程中需要考虑的相关因素：（二）蛋白质的结构层次1.蛋白质的一级结构决定其折叠特性2.构象的空间限制3.二级结构的形成4.三级结构的组建5.四级结构：亚基的非共价缔合.,第四节蛋白质的分子结构,一、基本认识二、入手点三、蛋白质空间构象的形成与蛋白质的结构层次：,（一）构建过程中需要考虑的相关因素：（二）蛋白质的结构层次1.蛋白质的一级结构决定其折叠特性2.构象的空间限制3.二级结构的形成4.三级结构的组建5.四级结构：亚基的非共价缔合.（三）结合蛋白质中非蛋白组分/辅基的嵌入（四）体内蛋白质折叠的“催化剂”伴侣蛋白（五）膜蛋白组装的特点,四、蛋白质作用的实质？,生命是物质运动的特殊形式，是蛋白体的存在方式。而这种存在方式的本质是蛋白质作用的专一性及其构象改变的准确传递！,第四节蛋白质的分子结构,一、基本认识二、入手点三、蛋白质空间构象的形成与蛋白质的结构层次：,（一）构建过程中需要考虑的相关因素：（二）蛋白质的结构层次1.蛋白质的一级结构决定其折叠特性2.构象的空间限制3.二级结构的形成4.三级结构的组建5.四级结构：亚基的非共价缔合.（三）结合蛋白质中非蛋白组分/辅基的嵌入（四）体内蛋白质折叠的“催化剂”伴侣蛋白（五）膜蛋白组装的特点,四、蛋白质作用的实质,第一节蛋白质的元素组成第二节蛋白质的构件单元氨基酸第三节肽第四节蛋白质的分子结构第五节蛋白质结构与功能的关系第六节蛋白质的重要性质第七节蛋白质的分离提纯第八节蛋白质的分类,第二章蛋白质,第五节蛋白质结构与功能的关系,蛋白质的功能取决于以一级结构为基础的蛋白质的空间构象。,蛋白质结构与功能的关系,空间结构是功能的直接承担者；一级结构是功能的最终决定者。,镰刀型贫血病,一级结构的变异与分子病,HbA与HbB的胰蛋白酶消化液的指纹图谱,镰刀型贫血病,HbA：NVal-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-LysHbS：NVal-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys,谷氨酸,缬氨酸,细胞色素C的系统进化树,一级结构与生物进化,细胞色素C的进化树,一级结构的变异与分子病一级结构与生物进化,一、一级结构与功能的关系,第五节蛋白质结构与功能的关系,二、空间结构与功能的关系,1、核糖核酸酶（RNase）的变性与复性2、蛋白质的变构效应3、朊病毒与构象病,第五节蛋白质结构与功能的关系,空间结构与功能核糖核酸酶：,变性,复性,在体内，大多数蛋白质的折叠需要分子伴侣（chaperone）的参与和酶（二硫键异构酶，肽基脯氨酸异构酶）的催化。,二、空间结构与功能的关系,血红蛋白的变构现象,HelixF,HelixF,Fe2+,0.6,0.6,18,Deoxy-Hb,Oxy-Hb,肌红蛋白与血红蛋白对氧的结合,肌红蛋白的氧合曲线为双曲线。血红蛋白的氧合曲线为S-形曲线。两种曲线表明了蛋白质三级结构与四级结构的区别。,肌红蛋白与血红蛋白的氧合曲线,变性与变构概念的区别,被动,主动,变性与变构概念的区别？,变性：受到某些外界因素的作用，蛋白质的高级结构遭到破坏，从而丧失其生物学功能，但一级结构未受影响。,变构：受到某些特定生理因子的作用，蛋白质的高级结构发生改变从而适应其生物学功能的需要。,朊病毒是至今未能检测到其对应核酸模板的传染性极强的蛋白质颗粒。朊病毒成熟蛋白正常型（PrPc）中-螺旋约占42%,-折叠约占3%，而PrPSc则含43%的折叠，及30%的-螺旋。,朊病毒与构象病,蛋白质一级结构是空间结构和生物功能的基础，一级结构决定空间结构；但一级结构并非决定空间结构的唯一因素。空间结构是生物活性的直接体现者。,第五节蛋白质结构与功能的关系,第五节蛋白质结构与功能的关系,蛋白质的功能取决于以一级结构为基础的蛋白质的空间构象。,第五节蛋白质结构与功能的关系,三级结构预测:,利用大量已有的蛋白质一级结构数据进行空间结构预测可以快速地获取许多有关蛋白质空间结构的信息。,生物信息学,第五节蛋白质结构与功能的关系,蛋白组学：,蛋白组：细胞或组织或生物体在特定时间和空间上表达的全套蛋白质。,蛋白质组学：以细胞内全部蛋白质的存在及其功能运作为研究对象，对在不同时空发挥功能的特定蛋白质组群进行研究。,现代生物科学已进入组学时代！,生物信息学,一、一级结构与功能的关系,第五节蛋白质结构与功能的关系,二、空间结构与功能的关系,三、三级结构的预测,四、蛋白组与蛋白组学,第一节蛋白质的元素组成第二节蛋白质的构件单元氨基酸第三节肽第四节蛋白质的分子结构第五节蛋白质结构与功能的关系第六节蛋白质的重要性质第七节蛋白质的分离提纯第八节蛋白质的分类,第二章蛋白质,第六节：蛋白质的重要性质,一、蛋白质的胶体性质二、蛋白质的两性解离及等电点三、蛋白质的沉淀反应四、蛋白质的变性与复性五、蛋白质的呈色反应六、蛋白质的紫外吸收,第六节蛋白质的重要性质,蛋白质的两性解离、等电点电场中的泳动方向电泳现象,第六节蛋白质的重要性质,蛋白质的胶体性质与蛋白质沉淀,蛋白质亲水胶体稳定的两个因素：,水化作用；水化层(水膜），双电层;(非等电点状态下的同性电荷),蛋白质的分级沉淀：,1、等电点沉淀反应2、中性盐沉淀反应3、有机试剂沉淀反应4、重金属盐沉淀反应5、生物碱试剂沉淀反应,蛋白质的分级沉淀：,1、等电点沉淀反应2、中性盐沉淀反应3、有机试剂沉淀反应4、重金属盐沉淀反应5、生物碱试剂沉淀反应,盐溶；盐析,盐溶、盐析、等电点,蛋白质变性与沉淀反应是两个不同的概念。,蛋白质的变性与复性,蛋白质的变性与复性蛋白质变性的概念蛋白质变性的因素变性蛋白质的特性,相关概念勿混淆,变性/复性变性/沉淀变性/降解变性/变构,蛋白质的呈色反应双缩脲反应福林酚反应考马斯亮蓝结合反应,280nm紫外吸收,它们的应用？为什么前人建立了多种蛋白含量测定的方法？实际工作中如何选择？,第六节：蛋白质的重要性质,一、蛋白质的胶体性质二、蛋白质的两性解离及等电点三、蛋白质的沉淀反应四、蛋白质的变性与复性五、蛋白质的呈色反应六、蛋白质的紫外吸收,第一节蛋白质的元素组成第二节蛋白质的构件单元氨基酸第三节肽第四节蛋白质的分子结构第五节蛋白质结构与功能的关系第六节蛋白质的重要性质第七节蛋白质的分离提纯第八节蛋白质的分类,第二章