第五、六章蛋白质三维结

Chapter5.TheDstructureofprotein1一、结构和生物学功能。蛋白质的空间结构即蛋白质的构象，指蛋白质分子所有原子在三 （x,y,z)结构:蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺结构:蛋白质多肽链主链的折结构:蛋白质一条多肽链的折结构:寡聚蛋白质各亚基的空2 一级结primary白 二级结secondary结构超二级结构supersecondary 结构主

高级结三级结 Tertiary层 四级结Quaternary研究蛋白质构4二、维持蛋白质三维结构的作a.盐 b.氢 c.疏水作 d.范德华 e.二硫5三、多肽主链折叠的空间（一）酰胺平面与α-碳原子的二面角（φ和ψ两相邻酰胺平面之间，能以共同的两相邻酰胺平面之间，能以共同的Cα为定点而旋转，绕Cα-N键旋转的角度称φ角，绕C-Cα键旋转的角度称ψ角。φψ称作二面角，亦称构象酰胺α-碳原

非键合原接触半侧酰胺平

Φ=00，ψ=00的多肽主链构7（二）可允许的φ和ψ值：Ramachandran8蛋白质的二级结构（secondarystructure）指肽链主α-螺旋（α-helix）β-折叠（β-pleatedβ-转角（β-turn）无规则卷曲（non-regularcoil）9-特征螺旋体中所有氨基酸残基侧链都伸向外侧每个氨基酸残基的>N-H与前面第三个氨基酸残基的形成氢键，肽链上所有的肽键都参与氢键的形成，多态性：多数为右手（较稳定），亦有少数左手螺旋存在,e.g.嗜热菌蛋白酶Asp-Asn-Gly-Gly(226-229)；存β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H与之间有规则的氢键，形成锯齿状片层结构，即β－折叠类别：平β－转角（β特征：多肽链中氨基酸残基n残基（n+3）回折180度。无规则卷曲无规则 -角蛋白是头发-角蛋白是头发的主要 沿长轴方向的-螺旋，靠近氨基端和羧基端加粗。一对这样的螺旋彼双链的螺旋化螺旋（coiledcoils）。螺旋化螺旋继而结合成高度有序的结构，称为原丝（protofilament)和原纤维 约四股原纤维即形成一根细丝（-毛发横切面和毛发-角蛋白的永久烫发的-角蛋白—丝心蛋白(fibroin)堆积的A交替层中A和Gly残基侧胶原蛋(collagen)一股原胶蛋白分胶原纤维(collagenfibril)中原胶原蛋白分子的排列胶原纤维通过Lys-Lys相邻的二级结构单元（即α-螺旋、β-折叠片和β-转（foldingmotif)。类型：αα；βαβ 结构域(structure 超二级结构的基础上）由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合而成三级结构，这种相对独立的三维实体称结构域。现在,结构域的概念有三种不同而又相互联系的涵义:结构域运动：结构域本身都是紧密装配的，结构域之间类型反平行α-螺旋结构域（全α-结构平行或混合型-折叠片结构域（α+β结构域反平行-折叠片结构域（全-结构球状蛋白质是指折叠成球状或近似球状的蛋白质；球状蛋白质代表着蛋白质的三级和四级结构。三级结构（tertiarystructure）：是指球状蛋白质的卷曲折叠，借助次级键维系使α-螺旋、β-折叠、β-转角和含多种二级结构单有明显的折叠层次是紧密的球状或椭球状实分子表面有一空穴(活性部位)；疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧 在分子表面β-折 空β-

无规卷-鸡卵鸡卵清溶菌酶的三级全α-结构（反平行α-螺旋)蛋白质

-螺旋组成的结构、β结构（平行或混合型-折叠片）蛋白磷磷酸丙糖异构酶（顶面磷酸丙糖异构酶（侧面单饶平行双饶平行免疫球蛋白VL结构Cu.Zn-免疫球蛋白VL结构铁铁氧还高氧还二节荠蛋胰岛RNaseAissmallproteinwith4disulfideAnfinsen’s TheNobelPrizeinChemistry1972ThesequencedeterminestheTheinformationnecessarytospecifythestructureispresentinthesequence.ChristianB.Anfinsen--forhisworkonribonuclease,especiallyconcerningtheconnectionbetweentheaminoacidsequenceandthebiologicallyactive胰蛋白酶抑制剂（BPTI）是一种小分子蛋白质胰蛋白酶抑制剂（BPTI）是一种小分子蛋白质G=H–TGischangeinGibbsFreeEnergy.Iftheendingstateislowerinfreeenergythanthestartingstate,reactionwillproceedspontaneously.HischangeinEnthalpy.Enthalpyistheenergyfrombondsandattractiveinteractions.NegativeHisfavorable.(e.g.formingmorebonds.)SischangeinEntropy.Entropyisdisorder.Positiveisfavorable.(e.g.increasingtheamountofProteinLevinthalForexample:100residues,3statesper#ofconformations= =~1047Supposethechaincansearch1012Timetofindcorrectstate=1047/1012=1035Ageofuniverse=~12billionyears=~1020Theproteincanfoldwithinseconds.ThisparadoxcalledtheLevinthalparadox,afterCyrusProteinFoldingProteinsdonotsampleallpossibleconformations-rather,“partiallyfolded”states(“foldingintermediates”)withsomebutnotallpossiblebondsandinteractionsoccurduringthefoldingprocess.ThesequencealsospecifiesthefoldingAsmoreinteractionsform,thestructuregetscloserandclosertothefinalfoldedstate.Typicaltimesforproteinfoldingare~10-6secto102蛋白质折叠是热力学有利的过程，即蛋白质的折叠方向新生蛋白质中正确的二硫键配对受蛋白质二硫键异构酶蛋白质中的肽键几乎总是反式的，但X-pro是例外。肽基脯氨酰异构酶（peptidylprolylisomerase)可催化顺-反异构化。分子伴侣（Molecularchaperone）是一类相互之间有关系的 Hsp60分子伴侣系统中GroE在蛋白质折叠八四级结构（Quaternary structure）：指由相同或不同的称作亚基（subunit）的亚单位按照一定排布方式缔合而成的蛋白维持四级结构稳定的作用力：疏水键、离子键、氢键、范得亚基本身都具有球状三级结构，一般只包含一条多肽链，也有的由二条或二条以上由二硫键连接的肽链组成。对称性是 能使蛋白质复原的最小旋转角度为（基转角），则2/=n,n为蛋白质旋转360度与原有结构重复的次数，称为重（fold),对应的旋转轴称为n-重轴。假设的单

C2对 C3对 C4对 D2对 D3对 四面体

八面体 螺旋对 二十面体对（具有螺旋对称的性质 本章基本 Chapter6.Therelationshipofstructure&functionofprotein同源蛋白质的物种差异与生物质(homologousproteins)，如脊椎动物中的血红蛋似性叫序列同源性(（invariantresidue);而有些是不同的，称可变残基（variableresidue)。红字-不变残基；蓝色阴影—保守取代；未标记—生与人不同的aa黑猩0恒河1兔9袋牛、猪、羊、 鸡、火 响尾 海 金枪 角 小 小 粗早链孢 酵

根据细胞色素C的不1 的的 素 中不 的

血红

不变的AA残2828个不变的AA残基，是CytC的生物功能所不蛋白质一级结构与Redbloodcellsfromsicklecellanemiapatients:esickle-shapedinthedeoxygenatedstateTheelongatedcellstendtoblockcapillaries,causinginflammationandconsiderable Electronmicrographofdeoxy-HbSfibersspillingoutofarupturederythrocyte.Electronmicrographofdeoxy-HbSfibersspillingoutofarupturederythrocyte.Thesickledcellsarefragile.Theirbreakdownleadstoananemiathatleavesthevictimsusceptibletoinfectionsanddiseases. +The ByDr.V.M. HbA:His-Val-Leu-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-HbS:HbA:His-Val-Leu-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Sicklecellanemiaiscausedbyasingleaminoacidsubstitution,whichisresultedfromasinglebasechangeintheencodingHbSgene.subunitofHbsubunitofHbTheHbSalleleconfersasmallbut tomalariainheterozygousindividualsTheHbSallele(i.e.,sicklecelltrait)wasfoundcommonincertainpartsofAfrica.Plasmodiumfalciparum，aprotozoancausingmalaria，increasestheacidityoferythrocyte,favoringtheformationofdeoxy-HbS(theBohreffect)andruptureoferythrocytes,thusprobablyallowingthespleentopreferentiallyremovetheinfected肌红蛋白分子和血红蛋白的-亚ββchain 至少有7种：、、、G 发育阶名或样或样亚基组胚出生出生—血红(HisE7,血红素 氧合肌红蛋白中血红素的六个配

KMbO 2令氧饱和度Y2

则Mb

将（2）带入（1）式，得

K1Y可推得：Y

KPo

2

K

令氧饱和Y

Hb(O2)n则:Y

将（2）带入（1