蛋白质结构基础

1、会计学1蛋白质结构基础蛋白质结构基础Each protein is made from the 20 standard amino acids and fold into a specific 3-D structure. DNARNAProteinGeneFunction（一）（一） 氨基酸氨基酸All organisms use the same 20 amino acids as building blocks for the assembly of protein molecules. 20 Common Amino Acids ?The 20 a a-amino acids shar

2、e common structural features.Each has a carboxyl group and an amino group (but not in proline) bonded to the same carbon atom, designated as the a a-carbon.Each has a different side chain (or R group, R=“Remainder of the molecule”).1. General structure1）疏水氨基酸）疏水氨基酸 (hydrophobic or nonpolar amino aci

3、ds) : 8 Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro, Phe, Trp趋于彼此间或与其它非极性原子发生疏水相互作用。侧链一趋于彼此间或与其它非极性原子发生疏水相互作用。侧链一般没有化学反应。主要位于蛋白质分子内部。般没有化学反应。主要位于蛋白质分子内部。2）极性氨基酸）极性氨基酸 (polar amino acids) : 极性不带电荷：极性不带电荷：7 Ser, Thr, Asn, Gln, Cys, Tyr, Gly. 侧链都含有极性基团，有不同程度的化学反应侧链都含有极性基团，有不同程度的化学反应.荷电氨基酸荷电氨基酸 (charged amino acids):

4、5 带负电荷带负电荷 Asp, Glu (acidic); 带正电荷带正电荷 Arg, Lys, His (basic)侧链在生理条件下都可以解离，使其带上正电或负电。侧链在生理条件下都可以解离，使其带上正电或负电。1）构型与构象）构型与构象 （configuration and conformation）描述分子两种不同的空间异构现象。描述分子两种不同的空间异构现象。2) Only the L-amino acids have been found in proteins (D-isomers have been found only in small peptides of bacteri

5、a cell walls and in some peptide antibiotics).3）优势构象与旋转异构体）优势构象与旋转异构体交错构象交错构象 （stagged conformation) 是能量上最有利是能量上最有利的排布方式。的排布方式。（二）（二） 肽单位和多肽链肽单位和多肽链Peptide unit and peptide chain2. 2. 肽单位与多肽主链肽单位与多肽主链 聚合体（四级）聚合体（四级） 球状蛋白（三级）球状蛋白（三级） 结构域结构域/ /亚基亚基 模体（超二级结构）模体（超二级结构） 二级结构二级结构 氨基酸序列（一级）氨基酸序列（一级）蛋白质的结构蛋

6、白质的结构 主要由一级序列所决定主要由一级序列所决定蛋白质的功能蛋白质的功能 主要由三、四级结构所决定主要由三、四级结构所决定The simplest arrangement of the polypeptide chain was proposed to be a helical structure called a a-helix (Pauling and Corey, 1951)C = blackO = redN = blueAlso be called 3.6 13 helix.Oi to Ni+4 (n+4).1. 链链 strand, 5-10 residues long, in

7、an almost fully extended conformation天然结构中，天然结构中，-Sheets都不都不是平的是平的 基本特征：使其所连接的肽链发生基本特征：使其所连接的肽链发生180的急转的急转弯弯 1） - turn 是由是由4个氨基酸个氨基酸残基顺序连接的一段短肽链残基顺序连接的一段短肽链 b turn is also a common secondary structure found where a polypeptide chain abruptly reverses its direction. It often connects the ends of two

8、adjacent segments of an antiparallel -pleated sheet.I I型和型和IIII型的主要差别第二个肽单位具有相反的取向型的主要差别第二个肽单位具有相反的取向 3) 凸起（凸起（ -bulge)在两个连续在两个连续 型氢键之间的一个凸起区域，一股链上的两型氢键之间的一个凸起区域，一股链上的两个残基对着另一股链上的一个残基。个残基对着另一股链上的一个残基。特点：特点：i.大多数连接反平行链；大多数连接反平行链； ii. 此结构易于适应一个单氨基酸的插入获删除，而此结构易于适应一个单氨基酸的插入获删除，而 不扰动整体结构，是蛋白质点突变进化的产物；不扰动

9、整体结构，是蛋白质点突变进化的产物； iii. 能对局部侧链的取向进行严格而专一的调控，常能对局部侧链的取向进行严格而专一的调控，常 出现在蛋白质的活性位置出现在蛋白质的活性位置。类型：标准型、类型：标准型、G1型、宽型、型、宽型、GX型型结构模体是一类结构模体是一类超二级结构超二级结构 supersecondary structure, 是二级结构彼此按特定的几何排布形成简单的组合。是二级结构彼此按特定的几何排布形成简单的组合。Motifs是是三级结构的建筑模块三级结构的建筑模块，同一结构模体可出现在，同一结构模体可出现在不同的蛋白质中。不同的蛋白质中。The already identif

10、ied supersecondary structures include mainly aa motif, Greek key motif, -hairpin loop, four-helix-bundle, etc.e.g., DNA binding Myoblast（成肌细胞）（成肌细胞） determination proteins 专一结合钙专一结合钙通过一段短的环链将两条相邻的通过一段短的环链将两条相邻的 链连接在一起的结构。链连接在一起的结构。蛋白质结构中的意义：蛋白质结构中的意义：参与配体参与配体- -受体结合位置受体结合位置酶活性中心的形成酶活性中心的形成类型：类型： 环链具

11、有不同的长度，可分别包含环链具有不同的长度，可分别包含1 1个、个、2 2个、个、3 3个、个、4 4个各种数量的氨基酸残基。最常见是含个各种数量的氨基酸残基。最常见是含两个两个残基的环链残基的环链 转折。转折。出现概率出现概率64034204段反平行段反平行链常常以特定的来回往复方式组合，其形貌链常常以特定的来回往复方式组合，其形貌类似古希腊钥匙上特有的回形装饰纹类似古希腊钥匙上特有的回形装饰纹 strands 3 and 4 form the outer edges of the sheet and strands 1 and 2 are in the middle of the shee

12、t. 4） -a a- motifs这是连接两股平行这是连接两股平行 链的结构元素组合在此模体链的结构元素组合在此模体中，中，a螺旋将一股螺旋将一股b链的羧基端与另一股链的羧基端与另一股 链的链的氨端连接起来。氨端连接起来。小的结构基序组成小的结构基序组成大的基序大的基序二级结构和结构模体以特定的方式组织连接，在蛋二级结构和结构模体以特定的方式组织连接，在蛋白质分子中形成两个或多个在空间上可以明显区分白质分子中形成两个或多个在空间上可以明显区分的三级折叠实体，称为的三级折叠实体，称为domain. domain. 结构域是蛋白质三级结构的基本单位结构域是蛋白质三级结构的基本单位. . The

13、size of domain varies from about 25 amino acids to about 300 , with an average of about 100. a a 型结构型结构 20% 型结构型结构 32% /a a 型结构型结构 35% +a a 型结构型结构 无规则无规则/富含二硫键和金属离子富含二硫键和金属离子结构域的分类1）All-a a topologies主要由主要由a-螺旋组成。螺旋组成。a-helix含量在含量在60-80%，a-helix多以反平行方式多以反平行方式排布和堆积。又称排布和堆积。又称反平行反平行a结构结构。 四螺旋束在很多蛋白中都存

14、在，是四螺旋束在很多蛋白中都存在，是a蛋白中最常见蛋白中最常见的一种域结构。的一种域结构。 是由四股螺旋排布成一束状结构，是由四股螺旋排布成一束状结构，其间各段螺旋的轴向近似平行。其间各段螺旋的轴向近似平行。 四螺旋束中的疏水残基被包埋螺旋中间，在束体中四螺旋束中的疏水残基被包埋螺旋中间，在束体中心形成疏水内核，亲水残基暴露在束体表面。心形成疏水内核，亲水残基暴露在束体表面。 组合方式：相邻螺旋全部反平行；两对平行螺旋以组合方式：相邻螺旋全部反平行；两对平行螺旋以反平行方式连接；两组线绕式螺旋通过侧链相互作反平行方式连接；两组线绕式螺旋通过侧链相互作用堆积在一起。用堆积在一起。The four

15、-helix bundle（四螺旋束（四螺旋束）主要由逆平行主要由逆平行层构成。在大小和组织上都有层构成。在大小和组织上都有很大的变异范围，多数情况下很大的变异范围，多数情况下反平行反平行层层都缠都缠绕成一柱状或圆桶状，其缠绕方式可以是链间绕成一柱状或圆桶状，其缠绕方式可以是链间顺序连接，也可以是链间的跨接。顺序连接，也可以是链间的跨接。2）All- domain（六）（六） 三级结构三级结构 （tertiary structure） 结构域在三维空间中以专一的方式组合排布，或结构域在三维空间中以专一的方式组合排布，或者者二级结构二级结构、结构模体结构模体及其与之相关联的各种环肽链及其与之相关

16、联的各种环肽链在空间中的进一步协同盘曲、折叠，形成包括主链、在空间中的进一步协同盘曲、折叠，形成包括主链、侧链在内的专一排布侧链在内的专一排布. Tertiary structure results from the folding of a polypeptide (which may already possess some regions of a a helix and structure) into a closely packed three-dimensional structure. 胰岛素的三级结构胰岛素的三级结构 （七）（七） 四级结构（四级结构（quaternary st

17、ructure）血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构 （两（两 亚基亚基 两两 亚基）亚基） Hsp10 Hsp60 1.前体与活性蛋白质一级结构的关系前体与活性蛋白质一级结构的关系胰岛素的体内合成胰岛素的体内合成胰岛素基因胰岛素基因mRNA核糖体核糖体SSSSSSB chainSSSSSSA chain胰岛素原胰岛素原 9kDa胰岛素胰岛素 5.5 5.5kDakDaC 肽肽GOLGI分泌颗粒分泌颗粒 血血 液液Zn2+MICROCRYSTALS切割位点切割位点A肽肽B肽肽30 aa33 aa21 aa前胰岛素原前胰岛素原 11.5 kDaRER600600核苷酸核苷酸C肽肽24 aa信号肽信号肽镰刀状细胞贫血病镰刀状细胞贫血病血红蛋白分子病血红蛋白分子病Each protein is m