3++蛋白质的三维结.ppt

3蛋白质的三维结构,蛋白质的分子结构层次一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure),定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。,蛋白质的一级结构,主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。(一级结构决定高级结构),构象,是蛋白质分子中原子的空间排列，但这些原子的空间排列取决于它们绕键的旋转。一个蛋白质的空间构象在不破坏共价键的情况下是可以改变的，理论上讲可以有无数个构象。但在生理条件下，每种蛋白质似乎是呈现出称为天然构象的单一稳定形状。,蛋白质的二级结构,主要的化学键：氢键,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。,定义,维持蛋白质三维结构（分子构象）的作用力a.盐键（离子键）b.氢键c.疏水键d.范德华力e.二硫键,亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。,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)。,蛋白质结构的主要层次,一级结构,四级结构,二级结构,三级结构,primarystructure,secondarystructure,Tertiarystructure,quariernarystructure,肽键,肽平面（肽单元）,参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2处于肽键的二侧、离得最远为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元(peptideunit)。,酰胺平面与-碳原子的二面角（和）,二面角两相邻肽平面之间，能以共同的C为定点而旋转，肽平面绕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。可以用和来描述肽链的二级结构。,完全伸展的多肽主链构象,-碳原子,酰胺平面,=1800，=1800,=00，=00的多肽主链构象,酰胺平面,=00，=00,侧链,非键合原子接触半径,两个肽平面以一个C为中心发生旋转,3.3蛋白质的二级结构p28,()螺旋（-helix）()折叠（-pleatedsheet）()转角（-turn）()无规则卷曲（nonregularcoil;randomcoil）,蛋白质的二级结构（secondarystructure）是蛋白质结构的构象单元主要有以下类型(结构元件)：,特征：1每隔3.6个AA残基螺旋上升一圈，螺距0.54nm(每个1.5nm)2螺旋体中所有氨基酸残基R侧链都伸向外侧，链中的全部C=0和N-H几乎都平行于螺旋轴;3每个氨基酸残基的C=0与后面第四个氨基酸残基的N-H形成氢键，肽链上所有的肽键都参与氢键的形成。,3.3.1螺旋（helix）,氢键取向与主轴基本平行;侧链基团在外.,右旋，3.6个氨基酸一个周期，螺距0.54nm,第n个AA(NH)与第n-4个AA(CO)形成氢键，环内原子数13。,破坏者:Pro,该处折断，因为亚氨基不能形成氢键；不稳定者(酸性、碱性、太大、太小R基)：Glu、Asp、Arg、Lys、Ile、Gly。,R基团对-右手螺旋的影响：见P30,头发、毛发中的-角蛋白,分布：,3.3.2折叠（-pleatedsheet）,特征：两条或多条伸展的多肽链（或一条多肽链的若干肽段）侧向集聚，通过相邻肽链主链上的N-H与C=O之间有规则的氢键，形成锯齿状片层结构，即折叠片。每条肽链称为折叠股.类别：平行；反平行,反平行折叠,N,C,平行折叠,N,N,转角（-turn）,特征：多肽链中氨基酸残基n的羰基上的氧与残基（n+3）的氮原上的氢之间形成氢键，肽键回折1800。,无规则卷曲示意图,无规则卷曲,细胞色素C的三级结构,3.4胶原蛋白Collagen的特殊性,左手螺旋：存在于胶原蛋白中，aa残基组成为（-Gly-X-Y-），X为Pro,Y为HyPro或HyLys,靠链间氢键和范德华力来维持。,HyPro或HyLys的来源,HyPro或HyLys来源于Pro或Lys的羟化。Pro、Lys的羟化需VitC。VitC缺乏，羟化作用减弱，胶原三螺旋不能正确装配，将会引起血管和皮肤变脆，使皮肤损伤、皮下出血、牙齿松动、牙龈出血。,结缔组织中的胶原蛋白,3.5蛋白质的三级结构和球状蛋白,多肽链在二级结构的基础上，通过侧链基团的相互作用进一步卷曲折叠，借助次级键维系使螺旋、折叠片、转角等二级结构相互配置而形成特定的构象。三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间上的重新排布。球状蛋白：生物体内含量丰富；结构的复杂性和功能多样性体现；实例：肌红蛋白；核糖核酸酶,肌红蛋白三级结构,(p35),核糖核酸酶三级结构示意图,环境的变化或是化学处理都会引起蛋白质天然构象的破坏,导致生物活性的降低或完全丧失,这一过程称为蛋白质的变性（denaturation）。蛋白质变性的的化学本质是高级结构的破坏（一级结构不被破坏），特别是氢键的破坏。有些蛋白质的变性是可逆的，通过适当的方法（如透析）将变性剂除去后，蛋白质可以恢复其天然立体结构，这个过程称为复性（renaturation）。,3.6.1蛋白质的变性和复性p37,蛋白质以多肽链的形式被合成出来后，要形成特定的立体结构后才有生理活性。拥有生理活性的立体结构对每种蛋白质而言，是特定的和唯一的，通常称之为天然结构（nativestructure）。天然构象是处于能量最低的状态。,Anfinsen的实验p37（蛋白质的一级结构决定高级结构）,核糖核酸酶的变性和复性实验,Anfinsen的实验（续）,蛋白质从伸展的多肽链形成其特定的立体结构的过程叫折叠folding。维持其特定的立体结构的作用力为：氢键、疏水作用、范德华力、离子键和配位键。,3.6.3分子拌侣,有些蛋白质被合成以后，自己不能独立形成自由能最低的立体结构，而需要一类蛋白质来催化，这类蛋白质称为分子伴侣（molecularchaperone）。它们普遍存在于真核生物和原核生物中，一般使用ATP的能量帮助其它蛋白质形成自由能最低的立体结构，但不改变自己。,3.6.4疯牛病,是由朊蛋白的变性(不正确折叠)引起.含有大量-螺旋的正常构象变成含有更多折叠的非正常构象时,就会导致疯牛病的发生.,一条肽链对应一个特定的空间结构这条法则的破坏是灾难性的。疯牛病的prion就是一个例子。,正常prion,异常prion,3.7蛋白质的超二级结构和结构域,3.7.2结构域（structuredomain）,蛋白质中相邻的二级结构单位（即单个螺旋或折叠或转角）组合在一起，形成有规则的、在空间上能辩认的二级结构组合体称为蛋白质的超二级结构,也称为基元（Motif)。基本组合方式：；,三级结构内由几个超二级结构单位组成的分立的、独立折叠的结构单位称为结构域，这些超二级结构在一级结构中是相邻的。形成意义：动力学上更为合理;蛋白质（酶）活性部位往往位于结构域之间，使其更具柔性,3.7.1超二级结构（supersecondarystructure）,超二级结构类型,12345,52341,-迂回,回形拓扑结构,回形拓扑结构,-迂回,(Rossmann折叠)在蛋白质中,卵溶菌酶的三级结构中的两个结构域,-螺旋,-转角,-折叠,二硫键,结构域1,结构域2,3.8蛋白质的四级结构,四级结构是指由相同或不同的