蛋白质分子中超二级结构

蛋白质分子中超二级结构第1页/共47页

蛋白质的空间构象和维持构象的作用力

(1)蛋白质的构象（conformation）(2)

多肽链折叠的空间限制因素

肽平面和二面角Ｒ基团间的相互作用水分子的作用(3)稳定蛋白质构象的作用力亚基四级结构

-折叠片

-螺旋体三级结构

松散肽段第2页/共46页第2页/共47页二面角

二面角

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。φ和ψ称作二面角，亦称构象角。第3页/共46页第3页/共47页完全伸展的多肽主链构象α-碳原子酰胺平面Φ=1800，ψ=1800Φ=00，ψ=00的多肽主链构象酰胺平面Φ=00，ψ=00侧链非键合原子接触半径第4页/共46页第4页/共47页特征：1、每隔3.6个AA残基螺旋上升一圈，螺距0.54nm;2、螺旋体中所有氨基酸残基侧链都伸向外侧，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>N-H与前面第四个氨基酸残基的>C=0形成氢键，肽链上所有的肽键都参与氢键的形成。形成因素：与ＡＡ组成和排列顺序直接相关。多态性：多数为右手（较稳定），亦有少数左手螺旋存在（不稳定）

α－螺旋（α－helix）第5页/共46页第5页/共47页β－折叠（β-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β－折叠片。类别：平行反平行第6页/共46页第6页/共47页

β－转角（β-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。第7页/共46页第7页/共47页无规则卷曲示意图无规则卷曲细胞色素C的三级结构第8页/共46页第8页/共47页二级结构的基本类型

Helixparallelβ–pleatedsheetantiparallelβ–pleatedsheet第9页/共46页第9页/共47页β-转角及无规则卷曲第10页/共46页第10页/共47页蛋白质超二级结构GreekKeytopology第11页/共46页第11页/共47页DOMAINSuperoxideDismulase

第12页/共46页第12页/共47页ThedoublywoundtopologyPDBcode9LDB第13页/共46页第13页/共47页DOMAIN（1）三种基本组合形式：αα，βαβ，βββ。Up-downBundle1AEP1HCITriple-helixcoiledcoilalpha-actinin1JR8第14页/共46页第14页/共47页DOMAIN（2）Architecture（Horseshoe）1IB2RNABINDINGPROTEIN

第15页/共46页第15页/共47页DOMAIN（3）AlphasolenoidOrthogonalBundleAlpha/alphabarrel1PPR1R3J1KWFHydrolase第16页/共46页第16页/共47页DOMAIN

（4）MainlyBeta（Roll）

1C0M1NH2RNApolymerase

1EX4

第17页/共46页第17页/共47页DOMAIN

（5）ClamBarrelSolenoid4BCL1PQ71K5C

Endopolygalacturonase

第18页/共46页第18页/共47页AllBetaTopologyBetasandwiches:FattyacidbindingproteinPDBcode:1IFB第19页/共46页第19页/共47页ClosedBetaBarrelPDBfile:2POR第20页/共46页第20页/共47页DOMAIN

（6）OrthogonalPrismTrefoilSandwich1B2P（Sugarbindingprotein）1RG81JK4第21页/共46页第21页/共47页DOMAIN

（7）AlignedandOrthogonalBetaSandwiches

第22页/共46页第22页/共47页DOMAIN

（8）

GreekKeytopology（铜蛋白）第23页/共46页第23页/共47页DOMAIN

（9）Gamma-crystallin（晶体球蛋白1A5D

）第24页/共46页第24页/共47页DOMAIN

（10）TheJellyrollTopology（蛋卷三明冶C8N）第25页/共46页第25页/共47页DOMAIN

（11）BetaPropellors

（神经氨酸酶1B9T

）第26页/共46页第26页/共47页DOMAIN

（12）Alphaandbetaproteins(a/b)

1AY7

4FXN1OBO

第27页/共46页第27页/共47页DOMAIN

（13）Alphaandbetaproteins(a+b)

1MB11H6M第28页/共46页第28页/共47页Proteinstructures–differentclassesofproteinstructuresAll-alphaproteinCoiled-coilproteinAll-betaproteinAlpha-betaproteinmembraneprotein第29页/共46页第29页/共47页ProteinTertiaryStructure

多肽键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α－螺旋、β－折叠片、β－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。

实例：肌红蛋白

核糖核酸酶第30页/共46页第30页/共47页第31页/共46页第31页/共47页多肽链维持蛋白质分子构象的作用力

a.盐键b.氢键c.疏水键d.范得华力e.二硫键第32页/共46页第32页/共47页肌红蛋白三级结构第33页/共46页第33页/共47页YeastCu/ZnSuperoxideDismutase（1B4L）第34页/共46页第34页/共47页CatalaseAFromBeef(bostaurus)liver（Ec:1.11.1.6）第35页/共46页第35页/共47页Proteinquaternarystructure

四级结构是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聚合而成的蛋白质结构，维持四级结构稳定的作用力主要是疏水键、离子键、氢键、范得华力等次级键。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。实例：血红蛋白

烟草花叶病毒的外壳蛋白四级结构第36页/共46页第36页/共47页血红蛋白四级结构

第37页/共46页第37页/共47页第38页/共46页第38页/共47页FromPropionibacteriumfreudenreichiisubsp.shermaniiActiveWithMn（1AR4）第39页/共46页第39页/共47页Fe-SodFromAquifexPyrophilus,AHyperthermophilicBacterium（1COJ）第40页/共46页第40页/共47页

HumanErythrocyteCatalase(1DGB)

第41页/共46页第41页/共47页Glutathioneperoxidase(EC1.11.1.9

PDB:1GP1,1PRX

)

第42页/共46页第42页/共47页（三）蛋白质构象改变与疾病

蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。第43页/共46页第43页/共47页蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。第44页/共46页第44页/共47页疯牛病