生化—蛋白质-3.ppt

1 蛋白质化学,1.1 氨基酸 1.2 肽 1.3 蛋白质的分子结构 1.4 蛋白质结构和功能的关系 1.5 蛋白质的重要性质 1.6 蛋白质的分类 1.7 蛋白质的分离与鉴定,1.3 蛋白质的分子结构,一级结构(p41） : 氨基酸序列和二硫键的位置 二级结构(p57）：主链规律的空间排列 (-螺旋, -折叠) 超二级结构 结构域（domain） 三级结构(p70）：所有原子空间位置 四级结构(p83）：多肽链间的相互关系 维持蛋白质空间结构稳定的因素,我们将要学到的,三、蛋白质的超二级结构和结构域,1、超二级结构（p71), 定义,超二级结构是指二级结构的基本结构单位（-螺旋，-折叠等）相互聚集，形成有规律的二级结构的聚集体。,：由两股平行或反平行排列的右手螺旋段相互缠绕而成的左手卷曲螺旋。Keratin(角蛋白p65), myosin(肌球蛋白) ：由两段平行折叠股和一段作为连接链的螺旋组成，股之间还有氢键相连。拥有-sheet的蛋白质 :由一条多肽链的若干段折叠股反向平行组合而成，两个股间通过一个短环连接起来。拥有-sheet的蛋白质,几种基本的组合形式,发夹,回纹,Rossman,希腊钥匙拓扑结构,蛋白质中的几种超二级结构,细胞色素C的结构,细胞核抗原的结构,纤溶酶原的结构,折叠在蛋白质中的不同形式,在蛋白质中(Rossmann folding),2、结构域（domain，p72）,定义：多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形成的局部折叠区,是相对独立的紧密球状实体。 Polypeptides with more than a few hundred amino acid residues often fold into two or more stable, globular units called domains。,特点,最常见的结构域含序列上连续的100200个氨基酸残基，少至40个左右，多至400个以上。 结构域是多肽链的独立折叠单位。,例如,蚯蚓血红蛋白：由四个-螺旋组成的结构域,木瓜蛋白酶：含有两个不同的结构域,肌钙蛋白C,(3) 意义,结构域往往有特殊的功能，例如结合小分子。 含多结构域的蛋白质中，小分子结合部位往往出现在两个域之间的裂缝处。 对于较小的球状蛋白质分子或亚基来说，结构域和三级结构是一个意思。,肌钙蛋白C的结构域 Structural domains in the polypeptide troponin C. This calcium-binding protein associated with muscle has separate calcium-binding domains, indicated in blue and purple.,蚯蚓血红蛋白中四个 -螺旋组成的结构域,木瓜蛋白酶,四、球状蛋白质的三级结构 p70（tertiary structure）,三级结构是蛋白质分子中所有原子的三维空间排列，包括它的二级结构要素和它的侧链在空间上的相互关系。 The overall three-dimensional arrangement of all atoms in a protein is referred to as the proteins tertiary structure. 主要研究方法是X-光衍射和核磁共振法。,1、定义,2、球状蛋白质的特征,鸡卵清溶菌酶的三级结构,含多种二级结构单元 有明显的折叠层次 是紧密的球状或椭球状实体 分子表面有一空穴(活性部位) 疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面。,-螺旋,细胞色素C,核糖核酸酶,溶酶体,红色血红素(细胞色素c)和活性部位(溶酶体和核糖核酸酶) 黄色二硫键,抹香鲸肌红蛋白的立体结构表示法（三级）,多肽骨架（丝带法，二级结构）,“网眼”图 (蛋白质表面),表面轮廓图 (观察凹穴),丝带法 (包括侧链),立体模型 (包括侧链),疏水残基,血红素,由124个氨基酸残基组成 多肽链折叠形成3个-螺旋、6个-折叠片以及一些-转角和无规则卷曲 二级结构再组合形成近似卵圆的结构 表面有一个凹陷，构成酶活性中心的3个氨基酸残基就集中于此,3、实例,核糖核酸酶,肌红蛋白,由一条多肽链和一个辅基血红素构成 含153个氨基酸残基 分子中多肽链由长短不等的8段直的-螺旋组成 拐弯是由18个残基组成的无规卷曲 C-末端有一段5残基的松散肽链 分子致密结实，内部只有一个能容纳4个水分子的空间 亲水的氨基酸几乎全分布在分子的表面，而疏水的残基几乎全被埋在分子内部,血红素(Heme)是铁卟啉化合物，由4个甲炔基相连成为一个环形，Fe2+居于环中。铁离子有6个配位键，其中4个与吡咯环的N配位结合，1个配位键和肌红蛋白的93位(F8)组氨酸残基结合，氧则与Fe2+ 形成第6个配位键，接近第64位(E7)组氨酸。,血红素(Heme)是铁卟啉化合物，由4个甲炔基相连成为一个环形，Fe2+居于环中。铁离子有6个配位键，其中4个与吡咯环的N配位结合，1个配位键和肌红蛋白的93位(F8)组氨酸残基结合，氧则与Fe2+ 形成第6个配位键，接近第64位(E7)组氨酸。,核糖核酸酶A三级结构示意图,ribonuclease A,抹香鲸肌红蛋白（Myoglobin）的三级结构,五、蛋白质的四级结构 p83 (quaternary structure),肝脏醇脱氢酶（2),Some proteins contain two or more separate polypeptide chains, or subunits, which may be identical or different. The arrangement of these protein subunits in three-dimensional complexes constitutes quaternary structure.,五、蛋白质的四级结构(quaternary structure),四级结构是由相同或不同亚基按照一定排列方式聚合而成的蛋白质结构。,去氧血红蛋白,寡聚蛋白：由两个或两个以上亚基组成的蛋白质统称。 亚基：寡聚蛋白中的每个独立的三级结构单元。 维持四级结构稳定的作用力是疏水键、离子键、氢键、范德华力。,原体(protomer)：对称的寡聚蛋白质分子可视为由两个或多个相同结构成分组成,这种相同结构成分称为原聚体或原体。 例如：血红蛋白 (22)的原体是。,去氧血红蛋白,蛋白质的旋转对称 Rotational symmetry in proteins,环状对称,蛋白质的旋转对称 Rotational symmetry in proteins,二面体对称,一个二重旋转轴并以直角横切,蛋白质的旋转对称 Rotational symmetry in proteins,二十面对称,实例：,血红蛋白(22),由4个多肽亚基组成，两个亚基，两个亚基组成 每个亚基都有一个血红素基和一个氧结合部位 亚基含有141个氨基酸残基 亚基含有146个氨基酸残基 亚基和亚基的三级结构和肌红蛋白链的三级结构非常相似,血红蛋白四级结构,球状蛋白,寡聚蛋白,含四个亚基 两条链,两条链,22 链：141个残基; 链：146个残基,分子量65 000 含四个血红素辅基 亲水性侧链基团在分子表面，疏水性基团在分子内部,烟草花叶病毒（TMV）,每3圈49个蛋白质亚基，螺距2.3nm，右手螺旋。,烟草花叶病毒外壳蛋白（亚基）,微原纤维(4个右手卷曲的螺旋对),原丝(两个-螺旋形成的卷曲的螺旋),初原丝(卷曲的螺旋对),六、蛋白质空间结构稳定的因素 p73,稳定蛋白质三维结构的作用力主要是一些所谓弱的相互作用或称非共价键或次级键，包括氢键、范德华力、疏水作用和盐键（离子键），此外还有共价二硫键、酯键和配位键。,构型与构象,构型：立体异构体分子中取代原子或基团在空间的取向，如几何异构体和光学异构体。构型互变需要共价键的断裂。,构象：取代基团当单键旋转时形成不同的立体结构，这种空间位置的改变不涉及共价键的断裂。,二氯乙烷,定义：是一种由弱酸性的供体基团（D-H）和一个具独对电子的原子（A）之间形成的最显著的静电作用力。（p75） 在生物系统中，D和A两者都是高电负性的N和O以及S原子。,举例 ：蛋白质分子中的氢键示意图,1、氢键,生物体系中常见氢键 氢受体通常是氧或氮; 氢受体是另一个电负性原子.,氢供体,氢受体,对于二级结构（主链构象）的稳定起主要作用 在蛋白质的主链上，有大量羰基氧原子和已与氮原子共价结合的氢原子，它们之间可产生氢键。氢键虽弱，但由于数量很大，对于二级结构（主链构象）的稳定起极其重要的作用。 对于维系蛋白质三、四级结构也起着一定的作用 某些侧链与另一侧链之间也能形成氢键，这对于维系蛋白质的三级结构和四级结构也起着一定作用。,氢键在蛋白质结构中的作用,2、范德华力,在电中性分子之间的非共价结合统称为范德华力。 一般是指范德华吸引力。当两个非键合原子处于一定距离时，这种力才能达到最大，此距离称接触距离，它等于两个原子的范德华半径之和。,范德华引力是很弱的力，但在蛋白质分子中它的数量也较大，且具加和性，因此也是形成和稳定蛋白质构象的一种不可忽视的作用力。,共价半径,范德华半径,疏水键在蛋白质结构中的作用： 对蛋白质三、四级结构的形成和稳定起主要作用。,定义：指疏水基团在水溶液中常避开水而聚集在一起的那种力量。 或：指非极性基团受到水分子的排斥相互聚集在一起的作用力。,3、疏水作用,举例：蛋白质分子中的疏水键示意图,(非极性氨基酸),(非极性氨基酸),4、盐键（离子键）,定义：指正负离子电荷间的静电引力,盐键在蛋白质结构中的作用： 盐键对蛋白质三、四级结构的形成和稳定起重要作用,举例:蛋白质分子中的离子键示意图,形成：两个半胱氨酸的巯基脱氢氧化可产生二硫键.,5、二硫键,说明 二硫键可在同一条肽链内或不同肽链之间形成 二硫键属共价键，对于维持蛋白质的三级结构和生物活性起很大作用 并不是所有蛋白质都含有成对的半胱氨酸残基，因此二硫键没有普遍意义,6、配位键,定义：两个原子之间由单方面提供共用电子对形成的共价键。 形成条件 一、是中心原子或离子，它必须有能接受电子对的空轨道； 二、是配位体，组成配位体的原子必须能提供配对的孤对电子。,举例: 不少蛋白质含有某些金属离子，往往以配位键与蛋白质连接，参与蛋白质高级结构的形成与维持。,血红素(Heme)是铁卟啉化合物，由4个甲炔基相连成为一个环形，Fe2+居于环中。铁离子有6个配位键，其中4个与吡咯环的N配位结合，1个配位键和肌红蛋白的93位(F8)组氨酸残基结合，氧则与Fe2+ 形成第6个配位键，接近第64位(E7)组氨酸。,