《第五章蛋白质的三维结构.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章蛋白质的三维结构.ppt（85页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第5章 蛋白质的三维结构,一、研究蛋白质构象的方法,(一)X射线衍射法,基本规律：X射线穿过原子平面层时，当光程差等于波长的倍数，反射波可以互相叠加形成衍射斑点。如图5-2所示，光程差等于2dsin,上述规律可总结为Bragg方程： 2dsin=n(n=1, 2, 3),(二)研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法,1.紫外差光谱 芳香族氨基酸在极性环境下吸收峰向短波长移动，称作篮移，反之会红移。 2.荧光和荧光偏振 变性和非变性蛋白质荧光峰和荧光偏振的位置会有特定的变化。,3.圆二色性,由尼科尔棱镜产生,由电光调制器产生,圆偏振光可看成是相位相差90o的两个平面偏振光叠加而成，若左、右圆偏振光因被
2、测物的吸收而振幅不同，二者叠加会形成椭圆偏振光。 椭圆率=短轴/长轴 =tan 33cl(适合于小的， = R L，c为摩尔浓度，l为光程， 为摩尔吸光系数） 摩尔椭圆率=/cl100=3300 ,4.核磁共振(NMR),二、稳定蛋白质三维结构的作用力,（三）疏水作用(熵效应) （四）盐键 （五）二硫键,（一）氢键 （二）范德华力 定向效应 诱导效应 分散效应,三、多肽主链折叠的空间限制,（一）酰胺平面与-碳原子的二面角（和）： 规定键两侧基团为顺式排列时为0o，从C沿键轴方向观察，顺时针旋转的角度为正值。,（二）可允许的和：拉氏构象图,(二)可允许的和值：拉氏构象图,由印度学者Ramacha
3、ndran制作,四、二级结构：多肽链折叠的规则方式,(一)螺旋 1.螺旋的结构 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为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm; 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，每一个氨基酸残基的酰胺基团的-NH基与其后第四个氨基酸残基酰胺基团的-CO基形成氢键。 蛋白质分子为右手-螺旋。,*,*,3.613螺旋,2.螺旋的偶极矩和帽化,3.螺旋的手性,4.影响螺旋形成的因素：R基太小使键角自由度过大，带同种电荷的R基相互靠近，碳原子上有分支均不利于形成螺旋，含脯氨酸的肽段不能形成螺旋。,5 .其
4、他类型的螺旋,4.416螺旋,(二)折叠片 -折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿桩折叠构象。两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm； -折叠结构可以由两条肽链之间形成，也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。,-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。反平行式较稳定。,(三)转角和凸起,-转角由四个氨基酸残基组成，弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第四个残基的 N-H 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。 这类结
5、构主要存在于球状蛋白分子中。,(四) 无规卷曲 无一定的规则,但对一定的球蛋白而言,特定的区域有特定的卷曲方式.,五、纤维状蛋白质,(一) -角蛋白,纤丝,原纤维,初原纤维,卷曲的螺旋,(二) 丝心蛋白和其他-角蛋白：折叠片蛋白质,(三) 胶原蛋白： 胶原蛋白的二级结构是由三条肽链组成的三股螺旋，这是一种右手超螺旋结构。螺距为8.6nm，每圈每股包含30个残基。其中每一股螺旋又是一种特殊的左手螺旋，螺距为0.95nm，每一螺圈含3.3个残基,每一残基沿轴向的距离为0.29nm。一级结构分析表明，肽链的96%都是按三联体的重复顺序：(g1y-x-y)n排列而成。Gly数目占残基总数的三分之一，x
6、常为Pro，y常为Hpro(羟脯氨酸)和Hlys（羟赖氨酸）。,原胶原蛋白分子在胶原纤维中都是有规则地按四分之一错位，首尾相接，并行排列组成纤维束。这样通过14错位排列便形成间隔一定的（大约70nm)电子密度区域，而呈现横纹区带。,胶原蛋白属于结构蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。胶原蛋白至少包括四种类型，称胶原蛋白I、和。腱的胶原纤维具有很高的抗张强度(tensile strength)，约为20-30kgmm2，相当于12号冷拉钢丝的拉力。骨铬中的胶原纤维周围排列着羟基磷灰石(hydroxyapatite，Ca10(PO4)6(OH)2）结晶。脊椎动物的皮肤含有编织比较疏松，向各个
7、方向伸展的胶原纤维。血管亦含有胶原纤维。,基底膜蛋白聚糖,层黏连蛋白,巢蛋白,胶原蛋白的共价键,吡啶啉是由一个原胶原的N末端区和另一个相邻的原胶原的C末端区之间形成。,随着年龄的增长，胶原蛋白之间的交联键会增多。,(四) 弹性蛋白,1.弹性蛋白最重要的特性是富有弹性。 2.弹性蛋白不含羟赖氨酸，不被糖基化，不能形成胶原蛋白那样的超螺旋。 3.弹性蛋白的一种交联方式是通过羟赖氨酸正亮氨酸衍生物交联。 4.弹性蛋白的另一种交联方式是赖氨酸的侧链氧化脱氨基生成醛基，三个醛基和一个未修饰的赖氨酸的侧链形成锁链素和异锁链素，使多条弹性蛋白链交联成肽链网。 5.弹性蛋白的肽链形成多种多样的无规卷曲，有张力
8、时，卷曲被拉伸，张力去除后又复原。,（五） 肌球蛋白和原肌球蛋白,胰蛋白酶,木瓜蛋白酶,重酶解肌球蛋白,轻酶解肌球蛋白,M,黄色是轻链结合部位，品红色是轻链调节部位，其余为s1头部。,有些纤维状蛋白质是由球状蛋白质聚集而成的,六、超二级结构和结构域,(一) 超二级结构,花边,(二) 结构域,黄素氧还蛋白中的-螺旋,柠檬酸合酶中的-螺旋,钙调蛋白中的-螺旋,胰腺胰蛋白酶抑制剂,七、球状蛋白质与三级结构,(一) 球状蛋白质的分类 : 1.反平行螺旋,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,2. , -结构,丙糖磷酸异构酶（侧）,丙糖磷酸异构酶（顶）,丙酮酸激酶,3.全-结构,大
9、豆胰蛋白酶抑制剂,玉红氧还蛋白,木瓜蛋白酶结构域2,伴刀豆凝集素,晶体蛋白,链霉属枯草杆菌蛋白酶,谷胱甘肽还原酶结构域3,甘油醛-3-磷酸脱氢酶结构域2,4.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,(二) 球状蛋白质三维结构的特征 1.含多种二级结构元件; 2.具有明显的折叠层次; 3.球蛋白分子是紧密近似球状的实体; 4.疏水侧链在分子内部,亲水侧链在分子表面; 5.分子表面有空穴,是结合底物,效应物等配体,行使生物学功能的活性部位,空穴通常是一个疏水的区域。,八、膜蛋白的结构 1.具有单个跨膜肽段的膜蛋白,2.具有7个跨膜肽段的膜蛋白,3. 桶型膜蛋白-膜
10、孔蛋白,(二) 脂锚定膜蛋白,疱症性口炎糖蛋白,甲状腺球蛋白,乙酰胆碱酯酶,糖脂A,*,九、蛋白质折叠和结构预测,(一) 蛋白质的变性 1.变性蛋白质的特点: 空间结构破坏，一级结构完好；活性丧失；溶解度降低；易分解。 2.引起变性的因素: 加热、辐射、高压等物理因素；有机溶剂、酸、碱、尿素等化学因素。 3.变性的协同性: 变性发生在较窄的范围内。 4.复性: 一定条件下可以恢复活性。,7531种可能连接方式中的1种,(二) 氨基酸序列规定蛋白质的三维结构,(三) 蛋白质折叠的热力学,(四) 蛋白质折叠的动力学 1.折叠不是随机搜索的过程。 2.折叠时先形成局部二级结构，再形成结构域,熔球态，
11、最后形成完整的三级结构。 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，主要是防止肽链的错误折叠.。,1.二级结构的预测 参照表5-6,按Pi=Ai(被计算的氨基酸残基处于某一二级结构的份数）/Ti (肽链中的各种氨基酸残基处于某一二级结构的份数）的计算值预测, Pi大于1表示该氨基酸残基倾向于形成所预测的二级结构，Pi小于1表示该氨基酸残基倾向于形成其他构象。 2.三级结构的预测和计算机模拟 原理复杂，已由一些成功的例证。,(五) 蛋白质结构的预测,十、亚基缔合和四级结构,(一) 有关四级结构的一些概念 亚基(单体)，同多聚，杂多聚 (二) 四级缔合的
12、驱动力 主要有范氏作用力，氢键，离子键和疏水作用力，其中疏水作用力最为重要，二硫键对于稳定四级结构有重要意义。 (三) 亚基相互作用的方式 亚基之间的分布有各种各样的对称关系。,(五) 四级缔合在结构和功能上的优越性,1.增强结构稳定性; 2.提高遗传的经济性和效率; 3.构成功能部位; 4.为别构效应提供结构基础.,基本要求 1.熟悉研究蛋白质构象的主要方法。 2.掌握稳定蛋白质三级结构的作用力。 3.熟悉多肽主链折叠的空间限制。 4.掌握蛋白质的二级结构。 5.熟悉主要的纤维状蛋白质的结构特点。 6.掌握超二级结构和结构域含义，熟悉其结构特点。 7.掌握球状蛋白质的三级结构的特征。 8.熟悉膜蛋白的结构特点。 9.掌握蛋白质的变性和复性，了解蛋白质折叠的动力学、热力学和结构预测。 10.熟悉蛋白质四级结构的特点。,作业题 1.第249页第1题； 2.第249页第2题； 3.第249页第5题； 4.第250页第8题； 5.第250页第10题； 6.第250页第11题； 7.流感病毒的凝集素蛋白含有一个53个残基的螺旋,这个螺旋有多长? 螺旋中的每个残基与两个氢键有关，这个螺旋中共有多少个氢键？,