《分子 细胞与组织教学课件》3.生物大分子蛋白质的化学特性,结构与功能.ppt
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1、生物大分子蛋白质的化学特性、结构与功能,第三章,蔡蓉, M.D. & Ph.D 生物化学与分子细胞生物学系 ,主要内容,蛋白质的空间结构 蛋白质空间结构和功能的关系 蛋白质的重要理化性质,4 Levels of Protein Structure,蛋白质的空间结构,第一节,一、蛋白质的二级结构,主要的化学键:氢键,所谓肽链主链骨架原子即N(氨基氮)、 C(-碳原子)和Co(羰基碳)3个原子依次重复排列。,蛋白质二级结构,(一)-螺旋,G蛋白偶联受体,莱纳斯卡尔鲍林,莱纳斯卡尔鲍林(Linus Carl Pauling,1901.2.28-1994.8.19.),美国著名化学家、量子化学和结构生
2、物学的先驱者之一。1954年因在化学键方面的工作取得诺贝尔化学奖,1962年因反对核弹在地面测试的行动获得诺贝尔和平奖。,鲍林在生物大分子领域最初的工作是对血红蛋白结构的确定。鲍林首先将x-射线衍射晶体结构测试的方法引入到蛋白质结构测定中来。结合血红蛋白的晶体衍射图谱,鲍林提出蛋白质中的肽链在空间中是呈螺旋形排列的,这就是最早的 螺旋结构模型。有科学史学者认为沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构模型就是受到了鲍林的影响。1951年鲍林结合他在血红蛋白进行的实验研究,以及对肽链和肽平面化学结构的理论研究,提出了螺旋和折叠是蛋白质二级结构的基本构建单元的理论。这一理论成为20世纪生物化学若干基本理论
3、之一,影响深远。,肌红蛋白的三维空间结构,(三)-折叠,(三)-转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在,-转角,无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。,(四),(五)超二级结构和模体,在许多蛋白质分子中,可发现二个或三个具有二级结构的肽段,在空间上相互接近,形成一个有规则的二级结构组合,被称为超二级结构。,二级结构组合形式有3种:, 。,二个或三个具有二级结构的肽段,在空间上相互接近,形成一个特殊的空间构象,称为模体(motif) 。,模体是具有特殊功能的超二级结构。,钙结合蛋白中结合钙离子的模体,锌指结构,-螺旋-转角(或环)-螺旋模体 链-转角-链模体 链-转角-螺旋-转角-链模
4、体,模体常见的形式,二、蛋白质的三级结构,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。,定义:,(一)三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置,Water-Soluble Globular Proteins,肌红蛋白 (Mb),结构域是三级结构层次上的独立功能区,分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密且稳定的区域,并各行其功能,称为结构域 (domain) 。,大多数结构域含有序列上连续的100至200个氨基酸残基,若用限制性蛋白酶水解,含多个结构域的蛋白质常分解出独立的结构域,而各结构域的构象可以基本不改变,并保持其功能。 超二级结构则不具备
5、这种特点。 因此,结构域也可看作是球状蛋白质的独立折叠单位,有较为独立的三维空间结构。,蛋白质的多肽链须折叠成正确的空间构象,分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。,分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开,如此重复进行可防止错误的聚集发生,使肽链正确折叠。,分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合,使之解聚后,再诱导其正确折叠。,分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。,亚基之间的结合主要是氢键和离子键。,三、蛋白质的四级结构,蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用,称为蛋白质的四级结构。,许多功
6、能性蛋白质分子含有2条或2条以上多肽链。每一条多肽链都有完整的三级结构,称为蛋白质的亚基 (subunit)。,Quaternary Structure,血红蛋白(hemoglobin,Hb),四、维系蛋白质空间结构的非共价键,二级结构:氢键 三级结构:疏水键 四级结构:盐键,五、二硫键,蛋白质结构与功能的关系,第二节,(一)一级结构是空间构象的基础,一、蛋白质分子一级结构和功能的关系,天然状态,有催化活性,尿素、 -巯基乙醇,去除尿素、 -巯基乙醇,非折叠状态,无活性,(二)一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能,一级结构相似的多肽或蛋白质,其空间构象以及功能也相似。, 氨基酸残基序号
7、 胰岛素 A5 A6 A10 A30 人 Thr Ser Ile Thr 猪 Thr Ser Ile Ala 狗 Thr Ser Ile Ala 兔 Thr Gly Ile Ser 牛 Ala Gly Val Ala 羊 Ala Ser Val Ala 马 Thr Ser Ile Ala ,(三)氨基酸序列提供重要的生物进化信息,一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素(cytochrome C),比较它们的一级结构,可以帮助了解物种进化间的关系。,(四)重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病,例:镰刀形红细胞贫血,这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病,称为“分子病”。,肌红蛋白/血红蛋白含有血红
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