第三章 蛋白质结构.ppt

1、第三章 蛋白质结构,一、氨基酸,蛋白质是L-氨基酸的聚合物。除了脯氨酸外，蛋白质中已发现的所有氨基酸都有一个共同的结构，即与一个羧基相连的-碳原子、一个氨基、一个质子和一个随氨基酸不同而异的侧链。 除了甘氨酸外，所有的-碳原子均具有手性,Common structure of 19 AAs,proline,1.带电荷的侧链： 2.不带电的极性侧链 3.非极性脂肪烃侧链 4.芳香族侧链,带电荷的侧链：,酸性氨基酸：通常带有离子化外的额外的羧基（带负电荷），如天冬氨酸、谷氨酸。 碱性氨基酸：带有正电的基团，如赖氨酸有亚氨基连接在-碳原子上，精氨酸则有一个胍基。 酸性和碱性氨基酸可以组成蛋白质中重要

2、的盐桥。,不带电的极性侧链,不带电的极性侧链氨基酸含有可与水形成氢键的基团。与带电氨基酸一起，常被称为亲水氨基酸。,芳香族侧链,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸,二、蛋白质结构,1. 形状,球蛋白：紧密折叠，在溶液中呈近似球状颗粒。自然界中绝大部分的酶是球形蛋白。,Keratin (角蛋白),Protofibril (初原纤维),microfibril (微管),纤维蛋白呈高轴比（长/宽），是重要的结构蛋白。例如头发与羊毛中的丝蛋白和角蛋白。,2.大小 蛋白质的分子量几千道尔顿（如胰岛素有51个氨基酸，约5734Da）到几百万道尔顿（如丙酮酸脱氢酶至少有500万道尔顿）。,3.一级结构,从N端到C端的

3、氨基酸顺序就是多肽的一级结构。,RNase A一级结构,4.二级结构 螺旋 折叠,右手螺旋,左手螺旋,右手螺旋 每周3. 6个氨基酸 每个肽的N-H基团都与相距3个残基的C=O基团间形成氢键，N-HO=C,Beta strand Beta sheet Beta barrel,典型的链,结缔组织蛋白胶原蛋白有一个特殊的三股螺旋的二级结构,结构基序（超二级结构）：频繁出现在球蛋白中的二级结构元件群，在功能上很重要，代表着蛋白质家族从其同祖先进化过程中保留下来的保守的结合位点或催化位点的必要部分；也就是说，它们代表着在不相关蛋白质凑在一起实现结构功能统一的最佳解决方案,bab motif,两个重叠的

4、bab基序（ babab）形成许多不相关蛋白质中的二核苷酸（如NAD+结合位点,helix-loop-helix motif （MyoD转录因子）,helix-turn-helix motif,This motif is found in hundreds of DNA-binding proteins, including l repressor, tryptophan repressor, catabolite activator protein (CAP), octamer transcription factor 1 (Oct-1) and heat shock factor (HSF

5、),The zinc finger motif can be divided into three types: C2H2 zinc finger: It is characterized by the sequence CX2-4C.HX2-4H, where C = cysteine, H = histidine, X = any amino acid. In the 3D structure, two cysteine residues and two histidine residues interact with a zinc ion. C4 zinc finger: Its con

6、sensus sequence is CX2CX13CX2CX14-15CX5CX9CX2C. The first four cysteine residues bind to a zinc ion and the last four cysteine residues bind to another zinc ion. C6 zinc finger. It has the consensus sequence CX2CX6CX5-6CX2CX6C. The yeasts Gal4 contains such a motif where six cysteine residues intera

7、ct with two zinc ions.,The structure of a zinc finger region,The complex of the ERs （estrogen receptor ）zinc finger domain and DNA. In this figure, two ERs form a dimer. Each ER binds to two zinc ions (represented by orange balls). Most steroid hormone receptors contain such motif.,Structure of Gal4

8、s zinc finger. Like many other transcription factors, Gal4 form a dimer to interact with DNA. In each Gal4, six cysteine residues bind to two zinc ions (represented by orange balls),Like many other transcription factors, the leucine-zipper-containing transcription factors bind DNA as dimers. A leuci

9、ne zipper is formed by two a helices, one from each monomer. The helices are held together by hydrophobic interactions between leucine residues, which are located on one side of each helix. Examples include AP-1, CREB, and Gcn4.,The structure of the AP-1/DNA complex. AP-1 is a dimer formed by Jun an

10、d its homologous protein Fos. It contains a leucine zipper motif where two a helices look like a zipper with leucine residues (green color) lining on the inside of the zipper. PDB ID = 1FOS.,5.三级结构 不同片段-螺旋、-折叠、其他微二级结构和连接环进一步折叠成三维构象的组织水平即多肽的三级结构。 三级结构的特性存在于一级结构之中，给予合适的条件，绝大多数多肽将自发折叠成正确的三级结构，因为那通常是序列能

11、量最低的构象。,多肽在体内的正确折叠，常常需要伴娘蛋白的帮助，它能够在蛋白质合成（一级结构）结束前阻止新生多肽的错误折叠。,折叠就是：带有亲水侧链的氨基酸主要位于蛋白质外部，可与水或溶剂离子反应，而疏水氨基酸被埋在疏水的内部，这使得结构总体上稳定。,维系三级结构的作用力有： 非共价作用：范德华力、氢键、带相反电荷之间静电盐桥、存在于芳香族和脂肪族氨基酸非极性侧链间的疏水相互作用。 共价作用：二硫键,加热以及极端pH可以破坏二级和三级结构，导致蛋白质的变性和无规卷曲的形成。,6.四级结构 稳定三级结构的力同样可维系亚基在一起，包括不同多肽链的半胱氨酸间的二硫键。这一组织水平称为四级结构。,The

12、 quaternary structure of hemoglobin。 a1-yellow; b1-light blue; a2-green; b2-dark blue; heme-red,构成很大的蛋白分子，如微管蛋白 通过复合不同活性于一个整体，赋予一个蛋白以更多功能，如脂肪酸合成酶复合体 亚基间的相互作用通过与一些小分子的结合而被修饰，导致酶调节中别构效应的发生。,三、蛋白质功能,酶：除了少数有催化活性的RNA分子外，几乎所有的酶都是蛋白质。 信号传递：细胞膜上的受体蛋白与来自细胞外介质的配体（如激素）结合，通过最终的构象，在细胞内启动对应于配体的反应。 转运与贮存：血红蛋白在红细胞中

13、转运氧气，转铁蛋白转运铁至肝脏。 结构与运动：胶原蛋白是皮肤、骨骼和结缔组织中主要的蛋白质，头发主要由角蛋白组成。 营养：酪蛋白和卵清蛋白分别是奶和蛋中主要的蛋白质，为发育中的后代提供氨基酸。 免疫：识别并结合细菌、病毒和其他外源物质（抗原）的抗体，也是蛋白质。 调节：转录因子与DNA结合并调节其功能。,四、蛋白质家族,蛋白质家族起源于一个古老基因的连续复制和随后的趋异进化。 不同物种的具有相同功能，承担相同生化角色的蛋白质家族成员（如大鼠和小鼠的肌红蛋白）为直向同源。 进化不同但功能类似的蛋白（如-球蛋白与-球蛋白）,不同生物体的一个蛋白质家族直向同源成员间氨基酸序列的相似程度取决于两个生物体从共同祖先歧化的时间以及该序列的保守性对蛋白质功能的重要性。,1. Purification: to obtain enough pure sample for study,2. Sequencing: determine the primary structure of a pure protein sample,3. Mass determination: determine the molecular weight (MW) of an i