生物化学课件蛋白质结构与功能.ppt
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1、五、蛋白质的结构,蛋白质是由一条或多条多肽链以特殊方式组合成的生物大分子。 蛋白质与多肽并无严格的界线,通常是将分子量在6000道尔顿(dalton,d)以上的多肽称为蛋白质。 蛋白质分子量变化范围很大, 从大约6000到100万道尔顿甚至更大。,1.构型和构象,构型(configuration):立体异构体分子中取代原子或者基团的取向。这种排列的改变会牵涉到共价键的形成和破坏,但与氢键无关。例如氨基酸的D-和L-型。 构象(conformation):取代基团单键旋转时形成的不同的立体结构,这种空间位置的改变会牵涉到氢键的形成和破坏,但共价键不被破坏。,一级结构 二级结构 三级结构 四级结构
2、,aa顺序 -螺旋 多肽链 寡聚蛋白 (单体蛋白或亚基),2.蛋白质的一级结构,蛋白质的一级结构(primary structure)指蛋白 质分子中氨基酸残基的排列顺序。 蛋白质的化学结构包括组成蛋白质的多肽链 数目,多肽链的氨基酸序列,以及多肽链内 或链间二硫键的数目和位置。 二硫键(disulfide bond):由肽链中相应部 位上两个半胱氨酸残基的侧链脱氢形成。,链间 二硫键,链内 二硫键,我国1965年在世界上第一个用化 学方法人工合成这种牛胰岛素。,牛胰核糖核酸酶的一级结构,(1)蛋白质样品的预处理; (2)测定每条多肽链的氨基酸组成; (3)测定多肽链的N-末端和C-末端; (
3、4)应用两种或两种以上不同的水解方法将所要测定的蛋白质断裂,各自得到一系列大小不同的肽段; (5)分离提纯所产生的肽,并测定它们的序列; (6)从有重叠结构的各个肽的序列中推断出蛋白质中全部氨基酸顺序。,蛋白质一级结构测定的步骤,(3)分析多肽链的N-末端和C-末端;,N-端氨基酸分析法: DNFB法、Edman法、氨肽酶法(肽链外切酶,它能从多肽链的N-端逐个的向里水解),C-端氨基酸分析法: 羧肽酶法(肽链外切酶,它能从多肽链的C-端逐个的向里水解)、肼解法,肼解法,多肽与肼在无水条件下加热,C-端氨基酸即从肽链上解离出来,其余的氨基酸则变成肼化物;肼化物能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而
4、与C-端氨基酸分离。,3、多肽链折叠的空间限制,肽键带有双键的性质,主链上1/3的键不能自由旋转。肽键中的四个原子和它相临的两个C原子都处于一个平面上(酰胺平面)。,多肽链通过可 旋转的- 碳 原 子连接的酰胺平面链,二个肽平面旋转时受到C原子上侧链R基空间位阻的影响。,蛋白质的二级结构,蛋白质的二级结构(Secondary Structure) 是指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式。 它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。 主要有-螺旋、-折叠、-转角、无规卷曲等。,(1)-螺旋(-helix) 最常见,多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转,形成螺旋结构,螺旋一周,沿轴上升的距离即螺距
5、为0.54nm,含3.6个Aa残基;两个Aa之间的距离为0.15nm; Aa残基侧链伸向外侧,相邻的螺圈之间形成链内氢键; 天然蛋白质的-螺旋通常都是右手-螺旋。,氢键的取向几乎与轴平行,第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO基与第五个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成氢键。,-螺旋有左旋和右旋两种,右旋比左旋更加稳定,因此也更常见。,影响-helix不稳定的因素:,a. 多肽链中连续存在带相同电荷的氨基酸; b.多肽链中有Pro时,则helix中断,产生一个“结节”;,c. R基团太大,造成空间阻碍作用。,(2)折叠(pleated sheet),两条或多条几乎完全伸展的肽链通过链间的氢键交联而形
6、成的; 肽链的主链呈锯齿状折叠构象,R基团处于折叠平面的两侧。,平行式,反平行式,折叠中的 氢键与-螺 旋中的氢键有 何不同?,(3)转角(turn)或迴 转结构(reverse turn),多肽链经常出现180的回折,这个回折角就是 转角结构; 它由四个Aa残基组成; 回折处的第一个Aa残 基的 -C=O 和第四个 Aa残基的 N-H 之间 形成氢键,形成一个不很稳定的环状结。,(4)无规卷曲(nonregular coil) 或自由回转(random coil),没有一定规律的松散的肽链结构,通常酶的活性中心常处在这一构象区域里。,转角,折叠,螺旋,无规卷曲,4.超二级结构和结构域,超二级
7、结构(supersecondary structure): 是指若干相邻的二级结构中的构象单元彼 此相互作用,形成有规则的,在空间上能 辨认的二级结构组合体。通常有, , 。,结构域(domain) :是在超二级结构 基础上进一步卷曲折叠成紧密的近似 球状的结构,在空间上彼此分隔,各 自具有部分生物功能的结构。,由4个 组成的/ 桶结构域,/桶结构域:丙酮酸激酶,小的蛋白质分子只有一个 结构域 结构域三级结构 大的蛋白质分子有数个结 构域,丙酮酸激酶,己糖激酶,前清蛋白,肌红蛋白,免疫球蛋白,5.三级结构(Tertiary Structure),在二级结构基础上,肽链不同区段的侧链基团相互作用
8、,进一步盘绕、折叠形成的的空间结构。 维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、离子键、范德华力和二硫键、配位键等。,肌红蛋白,辅基血红素结构图,多肽链,疏水键,氢键,二硫键,离子键,CH2OH,CH2OH,范德华力,维持三级结构的作用力,6.四级结构(Quaternary Structure),由两条或两条以上具有三级结构的肽链聚合而成的特定构象的蛋白质分子叫蛋白质的四级结构; 其中具有独立三级结构的一条肽链叫亚基(subunit),无生物功能; 由几个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白。,4个亚基缔合而成 2种亚基(、) 亚基呈球形 亚基间靠次级键连接 亚基两两相同,分别 为1 、2、1、
9、2 每个亚基都含有一个 血红素辅基,血红蛋白,氨基酸序列大 不相同,但结 构(三级)相 似,功能也相 似(载氧) 结构决定功能,维持蛋白质结构的作用力,一级结构:肽键、二硫键(都属于共价键) 二级结构:氢键(主链上C=O和NH之 间形成) 三、四级结构:次级键(氢键、疏水键、 离子键、范德华力、配位键),7.蛋白质结构与功能的关系,a.同源蛋白质中氨基酸顺序的种属差异 同源蛋白质(homologous protein):指不同的有机体中实现同一功能的蛋白质。 例如:胰岛素和细胞色素C,(1)蛋白质的一级结构与功能的关系,b.同种蛋白质中氨基酸顺序的个体差异(分子病) 血红蛋白的一级结构变化引起
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