第三章-蛋白质的三维结构.ppt

每个天然蛋白质都有自己的空间结构，被称为三维结构和空间构象。 一、研究方法、x射线衍射法的主要方法光谱学方法(溶液中蛋白质的构象)1.紫外差光谱2 .荧光和荧光偏振光3 .圆二色性(CD)4.核磁共振(NMR )， x-raycrystalography preprotedinsclistalisisdiffractionofx-rrassgiverspaternwhichanbessolveddrivestructure， x-raycrystatusgraphy preprotedinscrystallisisdiffractionofx-rrasgivespattercanbessolveddrivestructure， x-raycrystatusgraphy preprotedinsclytaliseddiffractionofx-rassgiverivespaternwhichanbessolveddrivestructure，蛋白质空间结构(构象) 3 构象决定了蛋白质的分子形状、理化性质和生物学活性。 构象、主链构象多肽在主链骨架上的各原子(-碳原子及肽键相关原子)的配置和相互关系，与侧链基配置侧链构象的各氨基酸残基侧链基(r基)中的原子配置相互关系有影响，并影响主链的折叠和卷缩方式。 二、多肽主链折叠的空间限制，一个蛋白质的多肽链在生物体内只有一个极少数的构象，而且相当稳定，该构象被称为自然构象，此时蛋白质具有生物活性，这说明天然蛋白质主链上的单键不能自由旋转1、酰胺平面和肽链的二面角，thepartialdoublebondcharacterofthepeptidebond.resonanceinteractionsamongthecarbon，oxygen a ) (b ) inanequallyfeasibleform，thepeptidebondisnowadoublebond； theamidenbearsapositivechargerandthecarbonylohasanegativecharge.(c ) theactualpeptidebondisbestdesredatessarseshibridoftheforms . signcertificatently，allofothattatomassssociateddwithpetidegouparcoplanar，rotationaboutCo-Nisrestricted， andthepeptideisdistinctlypolar.(Irving geis ) thecoplanrarreationshipoftheatomsintheamidegroupishightedsaniminityshaddddplanerlyingbetweentwosuccessivea-carbonatomsinthe 、，C3，C2，C1，c，n，n，h，h，o，o，r，酰胺平面1，酰胺平面2，肽单位及其旋转， trandcispeptidebonds.theta transformisstronglyfavordbecasoftstrecosstrechisthetoccurinthecisform .变压器(trans )、系统(cis ) 多肽键具有双键的性质，不能自由旋转，与多肽键相关的6个原子被约束在一个平面上，与多肽键相关的6个原子：-C-CO-NH-C-被称为肽单元(peptideunit )的肽平面相反即两个C以多肽键的异侧c和多肽键的n、c原子为单键旋转，从而确定了相邻多肽平面的相对空间位置。 多肽的主链上只有碳原子结合的两个键(CN1和C-C2 )是单键，可以自由旋转。 以CN键为中心旋转的角度以CC2键为中心旋转的角度多肽链的所有可能的构象都可以用和两个构象角描述，称为二面角。 (2)当二面角、旋转键C-N1两侧的N1-C1和C-C2为顺式时，规定为=0。 在旋转耦合C-C2两侧的C-N1和C2-N2为顺式的情况下，设=0。 从C到n-1来看，使C-N1键顺时针旋转后的角为正值，相反为负值。 从C看C2，使C-C2键顺时针旋转的角为正值，相反为负值。 manyofthepposibleconformationsaboutana-carnetbewentwopeptideplanesareforbiddenbecauseoffstriccrowding.severallnothewenterwor 0 theformaliupac-iubcommissionnnbiohemicalnomeconnectrureconnforthedefinitionoftherentersfandinitionpolypeptidechain 1970 ) isdifferentfromthatusedhere、wherethaamtservesasthepointofreferenceeforbothratus、butterheresultisthesame.(Irving geis )、2 这是因为邻接的两个肽平面上的酰胺基h原子和羰基0原子的接触距离比范德瓦尔斯半经之和小，空间位电阻小。因此，是否存在由二面角(，)决定的构象，主要是通过相邻肽单元的非结合原子间有无接近障碍而决定的。 C上r基的大小和带电性影响和P206表3-12蛋白质中的非结合原子间的最小接触距离。 三、拉氏构象图：Ramachandran基于蛋白质中非结合原子间的最小接触距离，以哪个对二面角(，)规定的两个相邻肽单位的构象是允许的、不允许的，为横轴，为纵轴绘制在坐标系上，此坐标图、Ramachandranplot，实线封闭区域一般允许区域、非结合原子间的距离大于一般允许距离，该区域内的任何二面角确定的构象都允许，且构象稳定。 虚线封闭区域是最大允许区域，非结合原子之间的距离在最小允许距离和一般允许距离之间，允许立体化学，但构象不稳定。 虚线以外的区域是不允许的区域，该区域内的哪个二面角确定的肽链构象是不允许的，该构象中的非结合原子间距离比最小允许距离小，反弹力大，构象极不稳定。 Gly的、角的允许范围很宽。 总而言之，由于原子基因间的不利空间相互作用，肽链构象范围有限，非Gly氨基酸残基的一般容许区占总平面的7.7%，最大容许区占总平面的20.3%。configurationandconformationarenotsynonymous.(a ) rearrarange-mentosbetwenconfigurationalltrantivesfmolecanbeachievedonlybybreakingandremakingsds asinthetransformationbe ationsofglycceraldehyde.noposiblesoptionotationaloerientationofbondslinkingheatomsofd-glycceraldehydyieldsgeo metricidentityy venthoughtheyaremirrormimagesofeachother.(b ) theintrisinsicronforrrollcoventbonscreagerearityofthree-dimentallconformations evenforrelativelysimplemolecules.consider 1， 2-dichloroethane.viewed end-oninanewmanprojection terseperincinstallotationolorrationsorconformationspredominate.ster ipsedcomormationskeepsthepossibilitysatar eastonablenumber.(c ) imaginethereconformationalpossibilitiesoraproteinwhichweeveryhedbondsalonitisbackereeferrreeleryrottinglebonds .四、二(2)维持处于伸展状态的多肽链与周围水分子之间形成的氢键相互作用的有利能量状态。 多肽链的局部空间结构，即氨基酸残基在某一区间的相对空间位置-蛋白质的二次结构，在1、螺旋、螺旋中，多肽主链向右或左手方向缠绕，形成右手螺旋或左手螺旋，在相邻的螺旋之间形成链内氢键(1)螺旋及其特征，典型的螺旋具有以下特征：二面角：=-57，=-48，右手螺旋回忆p08图5-14螺旋： 3.6个a.a残基，高度： 0.54nm每残基绕轴旋转100圈，沿轴上升0.15nm 相邻线圈之间形成链内氢键，氢键的取向大致与中心轴平行。 肽键上的N-H氢和接着的第(n端) 4个残基上的C=0氧之间形成氢键。 此典型的螺旋由3.613表示，其中3.6每螺旋包含3.6残基，且13由氢键封闭的环包含13原子。2.27螺旋(n=1)310螺旋(n=2，=-49，=-26)613螺旋(n=3)4.316螺旋(n=4)闭环原子数3n4(n=1， 2 ).2.273103.6134.316 n=1n=2n=4-螺旋-螺旋- carryingmoleculemyoglobin (153 aminocidslong ) isshown， (b ) aa perfecthelixisshowninoutline，-螺旋的要点：一般为右手螺旋(=-57o，=-47o )； 各螺旋含有3.6个氨基酸残基，间距为0.54nm的螺旋环间，结构因氢键而稳定的r侧链位于螺旋的外侧，其大小、形状和电荷等是影响该结构形成的主要因素。 (2)R侧链对螺旋的影响，r侧链的大小和带电性决定能否形成螺旋和形成的螺旋的稳定性。 多肽链上连续出现具有同种电荷基的氨基酸残基时，由于静电排斥不形成链内氢键，无法形成稳定的螺旋。 例如，聚Lys、聚Glu。 另外，这些残基分散存在时，对螺旋稳定没有影响。 Gly的角和角优选在较宽的范围内，但当肽中连续存在时，形成螺旋所需的二面角的概率较小，难以形成螺旋。 丝丝蛋白含有50%的Gly，不形成螺旋。 R基大(如Ile )时难以形成-螺旋，Pro、脯氨酸中止-螺旋。 R基小，无电荷氨基酸有利于螺旋的形成。 例如，聚丙氨酸在pH7的水溶液中自发地卷曲成螺旋。 (3)pH对螺旋的影响，聚L-Glu和聚L-Lys，(4)右手螺旋和左手螺旋图，右手螺旋比左手螺旋稳定。 蛋白质中的螺旋几乎都是右手，但嗜热菌蛋白酶左手的螺旋较短，由aspasnglygly (226229 )组成( 64，42 )。 (5)-螺旋结构的旋光性由于螺旋结构为非对称的分子结构，因此有旋光性，原因： (1)碳原子的非对称性，(2)构象自身的非对称性。 天然的螺旋引起偏振右旋，利用螺旋的旋光性，可以测定蛋白质和多肽中螺旋的相对含量，也可以用于研究螺旋和随机卷曲两个构象之间影响相互变化的因素。 螺旋的比旋转不等于构成其本身的氨基酸比旋转之和，随机缠绕的肽链比旋转等于所有氨基酸比旋转之和。 (6)-螺旋(包括其他二次结构)形成中的协同性，一旦形成螺旋，之后的每个残基的添加就更容易且迅速。 2，-折叠，定义：多肽链的部分多肽片段是以多肽键平面单元折叠为锯齿状的比较伸展结构。 几乎完全延伸的2条以上的多肽链(或者同一多肽链的不同的多肽段)聚集在侧方，在相邻的多肽链的主链上的NH与C=0之间形成有氢链的多肽序列为折叠片。 adomainof 115 aminanocidsromanmunoglobulinmolelishown，-折叠中的所有多肽链都涉及链间氢键的形成，氢键几乎与多肽链的长轴垂直。 多肽的主链呈锯齿状折叠的构象，侧链r基交替分布在片材平面的两侧。 平行式：参与折叠的所有多肽链的n端都在同一方向。 逆平行式：多肽链的极性依次相反，n端间隔相同的平行式：=-119=113逆平行式：=-139=135，在能量上，