《蛋白质高级结构》ppt课件

1、 一级构造：氨基酸序列一级构造：氨基酸序列 二级构造：二级构造：螺旋，螺旋，折叠折叠 超二级构造超二级构造 Module Module 构造域构造域domaindomain 三级构造：一切原子空间位置三级构造：一切原子空间位置 四级构造：蛋白质多聚体四级构造：蛋白质多聚体蛋白质的构造层次 超二级构造类型超二级构造类型 构成构成超二级构造的作用力超二级构造的作用力 构成构成超二级构造的作用力超二级构造的作用力 -sheet 的拓扑学规律的拓扑学规律超二级构造类型超二级构造作用力Aa超螺旋a螺旋上a碳原子和侧链的位置Myosin_1Myosin bundleActin fiberMyosin_2M

2、yosin_3Myosin_4伸展肽链的自然扭曲折叠在蛋白质中的不同方式在蛋白质中在蛋白质中(Rossmann折叠折叠)在蛋白质中实际上四条实际上四条折叠有折叠有12种组合，种组合， 但是但是 611621beta折叠的各种组合Greek key 的由来的由来Greek key 的由来 - sheet 方方式之一式之一 - sheet 方式之一_1 - sheet方式之一方式之一 - sheet 方式之一_2 - sheet 方式之二方式之二 - sheet 方式之二 - sheet 方式之三方式之三 - sheet 方式之三在空间上相对独立的区域在空间上相对独立的区域,是进化过程中不同基因交

3、融的是进化过程中不同基因交融的结果结果.构造域蛋白质每个原子的空间位置，蛋白质每个原子的空间位置，其主要研讨方法是，其主要研讨方法是，X-光衍射光衍射 和核磁共振法。和核磁共振法。1936年年Max F. Perutz开场用开场用X-光光衍射技术来研讨血红蛋白的立体构造衍射技术来研讨血红蛋白的立体构造 1945年年Perutz的学生的学生J. C.Kendrew开场研讨肌红蛋白的构造开场研讨肌红蛋白的构造1957年肌红蛋白的构造确定年肌红蛋白的构造确定, 1959年血红蛋白构造解明年血红蛋白构造解明两人于两人于1962年获得诺贝尔奖年获得诺贝尔奖. KendrewPerutzL. Braggs

4、Laboratory procedureMust have a purified protein (or nucleic acid) Must be able to crystallize this molecule into a crystal from that is stable to irradiation by X-rays Mount the crystal in the X-ray machine Collect diffracted radiation on film or into an array of detectors Use a computer to carry o

5、ut Fourier transforms on this density data From these spots (reflections) and the Fourier transform, a contour map of electron density is created An actual physical model is then constructed so as to place the nuclei of each of the non-hydrogen atoms in the center of one of each of the areas of high

6、 electron density (originally done by hand is now done by computer). In addition to the immense amount of work required, Perutz and Kendrew faced two major problems that had to be solved in order to obtain a structure: A. The phase determination (i.e. what is up and down). This was achieved by the p

7、rocess of heavy atom (U or Pb) replacement. B. Obtaining adequate computer power for the massive number of computations, the Fourier transform calculations. The first electronic computers were not developed until after World War II.By 1957, Kendrew had measured 400 reflections, and from them, create

8、d a structure for myoglobin at the level of 0.6 nm resolution. (No individual amino acid residues were visible)Later he analyzed 9600 reflections to produce a density map at 0.2 nm resolution. Finally, in 1962 he analyzed 25,000 reflections to produce a density map at 0.14 nm. Resolution of this lev

9、el allowed assignment of 1200 of the 1260 non-hydrogen atoms. Today the technique of X-ray crystallography has been refined such that preparing robust crystals of the appropriate size is the most difficult task in obtaining a molecular structure. The advent of arrays of detectors connected directly

10、to powerful computers, permits the generation of molecular structures on the computer display in a matter of weeks. 如何看立体图立体图的不同表示方法X衍射决议蛋白质空间构造核磁共振研讨蛋白质的立体构造Kurt Wuthrich,瑞典科学家瑞典科学家2002年获得诺贝尔奖年获得诺贝尔奖蛋白质与蛋白质的相互作用，蛋白质与蛋白质的相互作用，蛋白质与核酸的相互作用，比蛋白质与核酸的相互作用，比较简单的体系有血红蛋白、限较简单的体系有血红蛋白、限制性内切酶等，复杂体系有核制性内切酶等，复杂

11、体系有核糖体、病毒、肌肉蛋白等。糖体、病毒、肌肉蛋白等。DNA和蛋白质的结合病毒中的四级构造核糖体中的四级构造蛋白质从伸展的多肽链构成其特蛋白质从伸展的多肽链构成其特定的立体构造的过程叫折叠定的立体构造的过程叫折叠folding。维持其特定的立体。维持其特定的立体构造的作用力为：氢键、疏水作用、构造的作用力为：氢键、疏水作用、范德华力、离子键和配位键。范德华力、离子键和配位键。多数蛋白质被合成以后，本人就多数蛋白质被合成以后，本人就能构成自在能最低的立体构造。能构成自在能最低的立体构造。蛋白质的Folding 蛋白质的一级构造决议其高级构造。蛋白质的一级构造决议其高级构造。换言之，蛋白质的三维

12、立体构造完全换言之，蛋白质的三维立体构造完全取决于其氨基酸的序列。蛋白质的天取决于其氨基酸的序列。蛋白质的天然立体构造普通是自在能最低的形状。然立体构造普通是自在能最低的形状。 Anfinsen 1972诺贝尔奖获得者用诺贝尔奖获得者用极其简单的实验证明了极其简单的实验证明了 蛋白质的一级构造决议蛋白质的一级构造决议 其高级构造。其高级构造。蛋白质一级构造决议立体构造Anfinsen的实验Anfinsen的实验_2Anfinsen的实验_3蛋白质以多肽链的方式被合成蛋白质以多肽链的方式被合成出来后，要构成特定的立体构造出来后，要构成特定的立体构造后才有生理活性。拥有生理活性后才有生理活性。拥有

13、生理活性的立体构造对每种蛋白质而言，的立体构造对每种蛋白质而言，是特定的和独一的，通常称之为是特定的和独一的，通常称之为天然构造天然构造native structure。蛋白质的天然立体构造在溶液蛋白质的天然立体构造在溶液中有一定的可塑性弹性。中有一定的可塑性弹性。Native structure 有些蛋白质被合成以后，本人有些蛋白质被合成以后，本人不能独立构成自在能最低的立体不能独立构成自在能最低的立体构造，而需求一类蛋白质来催化，构造，而需求一类蛋白质来催化，这类蛋白质称为分子伴侣这类蛋白质称为分子伴侣 molecular chaperone。它们。它们普遍存在于真核生物和原核生物普遍存在

14、于真核生物和原核生物中，普通运用中，普通运用ATP的能量协助其的能量协助其它蛋白质构成自在能最低的立体它蛋白质构成自在能最低的立体构造，但不改动本人。构造，但不改动本人。自在能最低 蛋白质在受热或在高浓度的尿素、盐酸蛋白质在受热或在高浓度的尿素、盐酸胍等化学试剂存在下会丧失活性，该景胍等化学试剂存在下会丧失活性，该景象称为蛋白质的变性象称为蛋白质的变性denaturation。蛋白量变性的的化学本质是高级构造的蛋白量变性的的化学本质是高级构造的破坏一级构造不被破坏，特别是氢破坏一级构造不被破坏，特别是氢键的破坏。有些蛋白质的变性是可逆的，键的破坏。有些蛋白质的变性是可逆的，经过适当的方法如透析

15、将变性剂除经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构造，去后，蛋白质可以恢复其天然立体构造，这个过程称为复性这个过程称为复性renaturation。变性与复性 生物体内的每一个基因均遭生物体内的每一个基因均遭到来自生物演化的选择压，其到来自生物演化的选择压，其结果是每个蛋白质均有其独特结果是每个蛋白质均有其独特和独一的的立体的构造，和独一的的立体的构造，和生化生理功能。和生化生理功能。蛋白质立体构造的特定和独一的 一条肽链对应一个一条肽链对应一个特定的空间构造特定的空间构造 这条法那么的破坏这条法那么的破坏是灾难性的。导致疯是灾难性的。导致疯牛病的牛病的prionprio

16、n就是一就是一个例子。个例子。蛋白质立体构造的特定和独一的纤维状prion一、蛋白质的外形分球状和纤维状；稳定一、蛋白质的外形分球状和纤维状；稳定的蛋白质构造倾向与拥有最多量的氢键；的蛋白质构造倾向与拥有最多量的氢键；二、球状蛋白质都有疏水中心，由疏水侧二、球状蛋白质都有疏水中心，由疏水侧链构成，亲水侧链分布在蛋白质的外表链构成，亲水侧链分布在蛋白质的外表或酶活性中心油滴法那么，蛋白质或酶活性中心油滴法那么，蛋白质的内部不得有空隙；纤维状蛋白也符合的内部不得有空隙；纤维状蛋白也符合这一规律；这一规律；三、多聚体化是球状蛋白质的普遍景象，三、多聚体化是球状蛋白质的普遍景象，不正常聚合成纤维状可导

17、致疾病；不正常聚合成纤维状可导致疾病；四、穿膜区一定呈四、穿膜区一定呈螺旋构造，侧链外露。螺旋构造，侧链外露。变性与复性 蛋白质的折叠过程很象左图中的绳蛋白质的折叠过程很象左图中的绳子自然落下的过程，不会出现右图中的子自然落下的过程，不会出现右图中的“打结景象。打结景象。 蛋白质与人工合成的高分子蛋白质与人工合成的高分子 聚合物聚合物 ( (高分子化学合成而高分子化学合成而 成成) ) 的本质性区别是什么的本质性区别是什么? ?思索题The first three-dimensional structure of a biopolymer was the DNA model built by

18、J. D. Watson and F. H. C. Crick in 1953 taking into account fiber diffraction data provided by M. H. F. Wilkins and others (Nobel Prize in Physiology or Medicine, 1962). Here is a copy of the original paper submitted to Nature on April 2, 1953 and published on April 25, 1953.The first three-dimensio

19、nal protein structures (myoglobin and hemoglobin) were determined by M. F. Perutz and J. C. Kendrew (Nobel Prize in Chemistry, 1962). The entries included in the PDB (PDB codes: 1mbn and 2dhb) represent refined structures. J. C. Kendrew had obtained a myoglobin structure at a resolution of 6 ? already in 1957. A. Klug has contributed substantially to the development of electron microscopy. Thi