蛋白质的分子结构

蛋白质的分子结构第1页/共54页蛋白质的分子结构

TheMolecularStructureofProtein

第二节第2页/共54页一级结构二级结构三级结构四级结构空间结构是不是所有的蛋白质都有一、二、三、四级结构呢？第3页/共54页蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。一、蛋白质的一级结构(primarystructure)主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。Ser-Val-Tyr-Cys;SVYC第4页/共54页牛胰岛素的一级结构第5页/共54页FrederickSangerisan

Englishbiochemistandatwo-time

Nobellaureateinchemistry,theonlypersontohavebeenso.In1958,hewasawardedaNobelprizeinchemistry“forhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulin”.In1980,WalterGilbertandSangersharedhalfofthechemistryprize“fortheircontributionsconcerningthedeterminationofbasesequencesinnucleicacids”.Theotherhalfwasawardedto

PaulBerg“forhisfundamentalstudiesofthebiochemistryofnucleicacids,withparticularregardtorecombinant-DNA”.第6页/共54页蛋白质的一级结构研究

蛋白质的氨基酸组成测定：酸水解；碱水解。断裂二硫键：过甲酸氧化法；巯基化合物还原法。末端氨基酸残基测定：N末端：PITC法、DNFB或FDNB法；C末端：肼解法、还原法、羧肽酶法。氨基酸的排列顺序测定：酶裂解或化学裂解肽段后，Edman降解法进行氨基酸序列测定。二硫键位置的测定：对角线电泳。第7页/共54页胰蛋白酶(Trypsin):切割Arg或Lys的羧基形成的肽键。溴化氢(cyanogenbromide):切割Met羧基形成的肽键。二硝基氟苯(FDNB):与肽链N末端氨基酸残基反应。第8页/共54页二、蛋白质的二级结构(secondarystructure)蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。主要的化学键：

氢键

第9页/共54页ααα多肽链主链构象是否有空间限制？YES！肽平面二面角第10页/共54页肽平面肽键的4个原子C、O、N、H及与之相邻的C1、C2位于同一平面，此同一平面上的6个原子构成了肽平面(peptideplane)。C-N:0.146nmC=N:0.127nm

C1和C2在平面上所处的位置为反式(trans)构型。Peptideplane第11页/共54页

-碳原子上的一对二面角(dihedralangle):

N-Cα之间称φ角，Cα-C之间称ψ角。这对二面角决定了相邻肽平面的相对位置。第12页/共54页

是不是φ和ψ角的任意组合都是允许的？多肽链主链骨架的构象是由一系列

-碳原子的的二面角决定的第13页/共54页CαCαHHNNCCHCαRφ=180°,ψ=180°完全伸展的主链构象φ=0°,ψ=0°时的主链构象第14页/共54页非共价键合原子(non-convelently-bondedatom)之间的接触距离第15页/共54页ARamachanrandiagram（拉氏构象图）showingvaluesforPhiandPsiHelix:red-strand:blueOthers:green第16页/共54页多肽链主链构象的空间限制①肽平面是刚性平面。②

-碳原子的一对二面角φ

、ψ角的取值范围是有限制的。第17页/共54页

蛋白质二级结构的主要形式

-螺旋(-helix)

-折叠(-pleatedsheet)

-转角(-turn)

无规卷曲(randomcoil)第18页/共54页LinusCarlPaulingLinusPaulingisoneofonlytwopeopleawardedtwoNobelPrizesindifferentfields(theChemistryandPeaceprizes),andtheonlypersonawardedtwounsharedprizes.

-螺旋第19页/共54页

-螺旋第20页/共54页第21页/共54页3.6，0.54，0.15平行右手氢键第22页/共54页

①多肽链主链绕中心轴形成右手螺旋，每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈。③在同一肽链内相邻的螺圈之间形成氢键。氢键的方向与

-螺旋轴的方向几乎平行。②每圈螺旋的高度为0.54nm，每个氨基酸残基沿轴上升0.15nm。0.54nm第23页/共54页一些侧链基团虽然不参与螺旋，但它们可影响

-螺旋的稳定性在多肽链中连续的出现带同种电荷的极性氨基酸，

-螺旋就不稳定。在多肽链中只要出现Pro，

-螺旋就被中断。肽链中连续出现带庞大侧链的氨基酸如Ile，由于空间位阻，也难以形成

-螺旋。H2CH2CCH2

CH-COOHNH第24页/共54页

-角蛋白胶原蛋白两个右手螺旋肽链拧成左手超螺旋三个左手螺旋肽链拧成右手超螺旋第25页/共54页第26页/共54页-折叠两条或多条几乎完全伸展的多肽链（或同一肽链的不同肽段）侧向聚集在一起，相邻肽链主链上的C=O和NH之间形成氢键。第27页/共54页平行式反平行式NNNNCCCC第28页/共54页（1）氢键与肽链的长轴接近垂直。（2）多肽主链呈锯齿状折叠构象。（3）侧链R基交替地分布在片层平面的两侧。（4）包括平行式和反平行式两种构象。

-折叠特征第29页/共54页β-sheetinaProtein第30页/共54页丝心蛋白第31页/共54页第32页/共54页-转角球状蛋白质分子中出现的180°回折，由第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H间形成氢键。第33页/共54页第34页/共54页

①由多肽链上4个连续的氨基酸残基组成;②主链骨架以180°返回折叠;③第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H形成氢键;④多数由亲水氨基酸残基组成。特征第35页/共54页

无规卷曲没有规律性的主链骨架构象。但，仍具有特定构象。第36页/共54页第37页/共54页三、蛋白质的三级结构

(tertiarystructure)疏水键、离子键、氢键和VanderWaals力等。主要的化学键整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。第38页/共54页肌红蛋白(Mb)Hemegroup第40页/共54页Mb的三级结构

Mb由一条153个氨基酸残基组成的多肽链和一个血红素构成，血红素位于分子内部一个袋型空穴中。

Mb有8段

－螺旋结构，分别称为A、B、C、D、E、F、G及H肽段。

整条多肽链折叠成紧密球状分子，非极性氨基酸残基大都在分子内部，极性氨基酸残基则在分子表面。第41页/共54页蛋白质的超二级结构(supersecondarystructures,motif)是指二级结构的基本结构单位（-螺旋，β-折叠等）相互聚集，形成有规律的二级结构的聚集体。基本形式有、、。第42页/共54页红素氧还蛋白前清蛋白（人）磷酸丙糖异构酶（鸡肌肉）第43页/共54页

在较大的球形蛋白质分子里，多肽链常常折叠形成两个或多个近似球状的三维实体,它们之间由舒展的肽链连接。结构域（domain)第44页/共54页IgG第45页/共54页

对那些较小的蛋白质分子来说，结构域和三级结构往往是一个意思，也就是说是单结构域的。

结构域是球状蛋白质的折叠单位，多肽链折叠的最后一步是结构域的缔合。有的蛋白质分子可以由2个或更多个结构域组成。

第46页/共54页亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键、离子键和VanderWaals力。四、蛋白质的四级结构(quaternarystructure)蛋白质分子中各亚基的种类、数目、空间排布以及相互作用，称为蛋白质的四级结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基

(subunit)。第47页/共54页血红蛋白（Hb）的四级结构4个亚基组成（

2β2)，-亚基含141个氨基酸，β–亚基含146个氨基酸。每个亚基含有1分子血红素，可结合1分子氧。β2β1

2

1第48页/共54页第49页/共54页蛋白质的结构层次一级结构二级结构超二级结构结构域三级结构四级结构高级结构空间结构氨基酸排列顺序主链骨架局部空间结构二级结构聚集体多肽链中紧密的球状构象所有原子的空间排布多个亚基的聚合体第50页/共54页蛋白质的分子结构小结蛋白质的分子结构包括4个层次：一级结构、二级结构、三级结构、四级结构。其中二、三、四级称为高级结构。一级结构指多肽链中氨基酸残基的排列顺序。二级结构指多肽链主链局部空间构象。三级结构是多肽链中所有原子的空间排布。四级结构指两个或两个以上亚基组成的聚合体。。第51页/共54页超二级结构指相邻的二级结构的聚集体。结构域是多肽链中紧密的球状构象。蛋白质都有一、二、三级结构。有些蛋白质有超