蛋白质4-三级结构与四级结构

第五节蛋白质三级构造与四级构造一三级构造二四级构造三研究蛋白质构象的办法5/22/20261基本规定一球状蛋白质的三级构造的特性。二膜蛋白的构造特点。三蛋白质的变性和复性四蛋白质四级构造的特点。5/22/20262一蛋白质的三级构造蛋白质的三级构造是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链的三维构造。5/22/20263（一）、球状蛋白质与三级构造I球状蛋白质分类：1全-构造蛋白2,-构造(平行或混合型-折叠片)蛋白3全-构造蛋白4富含金属或二硫键蛋白(不规则小蛋白构造)单构造域蛋白、多构造域蛋白5/22/202641全α－构造1）反平行螺旋构造域上下型螺旋束(up-and-downhelixbundle)如：四螺旋束，上下摆放，轻微左手扭曲2）珠蛋白型-螺旋蛋白：相邻的两螺旋靠近互相垂直5/22/20265蚯蚓肌红蛋白子宫珠蛋白流感病毒血凝素烟草花叶病毒蛋白1全α－构造5/22/202661）单绕平行β桶含平行折叠片或,混合构造。折叠片两侧都分布有疏水侧链，常位于蛋白质的核心。2.α,β-构造5/22/202672.α,β-构造丙糖磷酸异构酶（侧）丙糖磷酸异构酶（顶）丙酮酸激酶1）单绕平行β桶肽链按Rossmann折叠方式单向卷绕而成的闭合式圆桶构造5/22/202682.α,β-构造1）单绕平行β桶2）双绕平行β片由片扭曲成马鞍形，-螺旋分处扭曲片的两侧。5/22/20269反平行-折叠片为主两个亚类：1）反平行-桶-折叠片扭曲后围绕而成类似桶型的构造2）反平行片

3全(反平行)-构造域：5/22/202610希腊钥匙型:超二级构造希腊钥匙闭合而成果冻卷型(jellroll-barrel)：伴刀豆凝集素A上下型：-meander对合而成1）反平行-桶：5/22/2026113.全β-构造大豆胰蛋白酶抑制剂玉红氧还蛋白木瓜蛋白酶结构域21）反平行-桶——上下型5/22/202612伴刀豆凝集素晶体蛋白5/22/2026132）反平行片也称露面夹心(open-facesandwish)构造-折叠片上有一层-螺旋，由回环连接，不闭合成桶。5/22/202614链霉属枯草杆菌蛋白酶谷胱甘肽还原酶构造域3甘油醛-3-磷酸脱氢酶构造域25/22/202615普通不大于100aa残基构造域不规则极少量二级构造富含金属或二硫键，有稳定构造域作用4.富含金属或二硫键的蛋白质5/22/2026164.富含金属或二硫键的蛋白质胰岛素磷脂酶A2高氧还势铁蛋白铁氧还蛋白5/22/2026175/22/2026185/22/2026191、含多个二级构造元件2、明显折叠层次5、表面有空穴（疏水）：结合、活性部位4、内部：疏水侧链，表面：亲水侧链使球蛋白含有水溶性3、紧密折叠近球状II球状蛋白质三维构造的特性5/22/202620Howaproteinfoldsintoaglobularconformation.Thepolaraminoacidsidechainstendtogatherontheoutsideoftheprotein,wheretheycaninteractwithwater.Thenonpolaraminoacidsidechainsareburiedontheinsidetoformahydrophobiccorethatis"hidden"fromwater.5/22/202621III球状蛋白与三级构造球状蛋白有些是单亚基的，称单体蛋白质；有些是多亚基的，称寡聚或多聚蛋白质。亚基普通是一条多肽链。亚基（涉及单体蛋白质）的总三维构造称三级构造。三级构造是在二级构造基础，进一步盘绕、折叠形成，涉及主链、侧链构象在内特定空间构造。5/22/2026225/22/202623立体构造模型5/22/202624I膜蛋白质分类1膜周边蛋白质(peripheralprotein)：也称为膜外周蛋白。与脂双层的外部亲水部分结合或通过其它蛋白与膜相联系，普通是可溶性的。与球蛋白相似2膜内在蛋白质(integralprotein)或内在膜蛋白：镶嵌或埋没在膜中，与膜结合牢固3脂锚定蛋白质(lipid-anchoredprotein)：运用脂锚钩(lipidanchor)结合于膜上（二）膜蛋白(membraneproteins)的构造5/22/202625Figure1.9Sixwaysinwhichmembraneproteinsassociatewiththelipidbilayer.Mosttrans-membraneproteinsarethoughttoextendacrossthebilayerasasingleahelix(1)orasmultipleahelices(2);someofthese"single-pass"and"multipass"proteinshaveacovalentlyattachedfattyacidchaininsertedinthecytoplasmicmonolayer(1).Othermembraneproteinsareattachedtothebilayersolelybyacovalentlyattachedlipid-eitherafattyacidchainorprenylgroup-inthecytoplasmicmonolayer(3)or,lessoften,viaanoligosaccharide,toaminorphospholipid,phosphatidylinositol,inthenoncytoplasmicmonolayer(4).Finally,manyproteinsareattachedtothemembraneonlybynoncovalentinteractionswithothermembraneproteins(5)and(6).Howthestructurein(3)isformedisillustratedinFigure1.9Membraneproteins5/22/2026261内在膜蛋白:占膜蛋白的70%-80%依靠疏水作用与膜互相作用难于和膜分离，常需要借助去污剂、有机溶剂或超声波根据与膜互相作用状况，现在重要有两大类第一种类型：小的疏水肽链锚定于膜，蛋白质的大部分伸展于水环境中。第二种类型：近似球状，大部分蛋白质埋在膜中以-螺旋（血型糖蛋白、菌紫质、LHCII）和以β-折叠片跨膜（某些孔道蛋白，如LamB等）II膜蛋白构造5/22/2026271).单个跨膜肽段的膜蛋白红细胞血型糖蛋白的跨膜分布涉及全部糖残基的亲水性构造域四糖：两个唾液酸（Neu5Ac），半乳糖，GalNac羟基以O-连接方式于Ser或Thr寡糖链以N-连接方式于Asn19个疏水性AA残基75-93；α-helix64-74位AA残基片段也含疏水性AA残基，可插入脂双层外层5/22/2026282).7个跨膜肽段的膜蛋白5/22/202629细菌视紫红质——一种跨膜蛋白5/22/202630膜内在蛋白5/22/2026313)β桶型膜蛋白-膜孔蛋白E.Coli外膜蛋白22个反平行β链构成的β-筒；通过该通道，周边阳离子与载体铁色素结合进入，外表面残基疏水，与外膜脂蛋白、脂多糖互相作用胞外5/22/2026322脂锚定膜蛋白5/22/2026335/22/2026345/22/202635疱症性口炎糖蛋白甲状腺球蛋白乙酰胆碱酯酶糖脂A*5/22/202636（三）蛋白质折叠和构造预测I蛋白质的变性蛋白质在某些物理和化学因素作用下其三维构造被变化，从而造成其理化性质的变化和生物活性的丧失，这种现象称为蛋白质变性。5/22/202637（三）蛋白质折叠和构造预测I蛋白质的变性1.变性蛋白质的特点实质：蛋白质分子中的次级键被破坏，天然构象解体。变性不涉及共价键（肽键和二硫键等）的破裂，一级构造仍保持完好。1）.生物活性丧失2）.侧链基团暴露，水溶性减少3）.易被蛋白酶水解5/22/202638I蛋白质的变性2.引发变性的因素3.复性如果除去变性因素，在适宜条件下变性蛋白质可恢复其天然构象和生物活性，这种现象称为蛋白质复性（renaturation）。5/22/202639II氨基酸序列规定蛋白质的三维构造1、核糖核酸酶的变性与复性实验5/22/2026407531+105种可能连接方式中的1种2、二硫桥在稳定蛋白质构象中的作用对肽链的对的折叠不是必要稳定折叠态构造作出奉献5/22/2026413氨基酸序列决定三级构造5/22/202642III蛋白质折叠的热力学5/22/202643热动力学将蛋白质折叠描述为一种自由能漏斗蛋白质分子中处在天然构象的残基所占比例熵螺旋开始及开始崩溃不持续折叠中间体溶球态顶端，构象数多，熵较高，在天然构象中起作用的分子间互相作用只有少部分存在；随折叠进行，沿漏斗下降热动力学减少了存在的构象数（熵值减少），天然构象的蛋白质数目增多，自由能减少蛋白质折叠过程中产生的含有高能量的二级构造，但许多AA侧链还没有完全固定的状态5/22/2026441.折叠不是随机搜索的过程IV蛋白质折叠的动力学2.折叠时先形成局部二级构造，再形成构造域,熔球态，最后形成完整的三级构造3.折叠时二硫键异构酶和肽基脯氨酸异构酶起重要作用4.分子伴侣在折叠时有重要作用，重要是避免肽链的错误折叠5/22/202645IV蛋白质折叠的动力学多肽链按环节快速折叠某些蛋白质的折叠在其它蛋白质的辅助下进行蛋白质折叠缺点可能是大部分人类遗传性紊乱的分子基础5/22/202646错误折叠引发的死亡：朊病毒疾病疯牛病（1996）Kuru亚急性海绵状脑症Creutzfeldt-Jakob（克雅氏病）羊Scrapie（瘙痒病）脑皮层染色：海绵（空泡）状退化空泡直径20-100umPrion蛋白质（PrP）Mw28000哺乳动物脑中正常成分，功效未知5/22/202647V蛋白质构造的预测1.二级构造的预测参考表5-6Pi=Ai/Ti(被计算的AA残基处在某一二级构造的份数）(肽链中的多个AA残基处在某一二级构造的份数）Pi＞1：该AA残基倾向于形成所预测的二级构造Pi<1：该AA残基倾向于形成其它构象2.三级构造的预测和计算机模拟原理复杂，已有某些成功的例证5/22/202648模拟的折叠过程36残基亚构造域的蛋白质的折叠途径无规卷曲+3000个水分子构成的“虚拟水箱”，无数种可能性中，对达成最后构造最有可能的途径作图，考虑了肽链的分子运动和水分子的效果；模拟折叠发生的理论时间跨度1us；计算需要在两台Cray计算机进行5亿个整合环节，每台持续运行两个月5/22/2026495/22/2026505/22/202651二、亚基缔合和四级构造(一)有关四级构造的某些概念由两个或两个以上独立的三级构造通过非共价键结合成的多

聚体——寡聚蛋白每个独立三级构造单元——亚基Subunit蛋白质的四级构造是指亚基的种类、数量以及各个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布和亚基间的互相作用5/22/202652二、亚基缔合和四级构造(一)有关四级构造的某些概念由两个或两个以上独立的三级构造通过非共价键结合成的多聚体——寡聚蛋白每个独立三级构造单元——亚基Subunit蛋白质的四级构造是指亚基的种类、数量以及各个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布和亚基间的互相作用5/22/2026535/22/202654血