第五章蛋白质的三维结构-powerpointtemplate

LOGO授课教师：艾永兴动物生物技术系吉林大学畜牧兽医学院Email:[e-mail]主要内容：一、研究蛋白质构象的方法二、稳定蛋白质三维结构的作用力三、多肽主链折叠的空间限制四、二级结构：多肽链的折叠的规则方式五、纤维状蛋白质六、超二级结构和结构域七、球状蛋白质的三级结构八、膜蛋白的结构九、蛋白质折叠和结构预测十、亚基缔合和四级结构www.themegallery.comCompanyLogo每一种蛋白质至少都有一种构象在生理条件下是稳定的，并具有生物活性，这种构象称为蛋白质的天然构象。蛋白质的天然折叠决定于3个因素1.蛋白质的氨基酸序列2.与溶剂分子(一般是水)的相互作用3.溶剂的pH和离子组成www.themegallery.comCompanyLogo一、研究蛋白质构象的方法(一)X-射线衍射法（X-raydiffractionmethod）(二)研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法1.紫外差光谱2.荧光和荧光偏振光谱3.圆二色性（circulardichroism,CD）4.核磁共振（NMR）www.themegallery.comCompanyLogo二.稳定蛋白质三维结构的作用力a离子键b氢键c疏水键d范德华引力www.themegallery.comCompanyLogo三、多肽主链的空间限制(一)酰胺平面与α-碳原子的二面角(φ和ψ)(二)可允许的φ和ψ值：拉氏构象图二面角(φ和ψ)所规定的构象能否存在取决于两个相邻肽单位中非共价键合原子之间的接近有无阻碍。www.themegallery.comCompanyLogo（四）二级结构：多肽链折叠的规则方式二级结构：是指多肽链借助主链基团（C＝O....H－N）形成氢键排列成有规则的构象。α螺旋、β折叠片层、β转角和无规则卷曲。www.themegallery.comCompanyLogo四、二级结构：多肽链折叠的规则方式(一)α-螺旋1950年美国Pauling等人在研究纤维状蛋白质时，提出了α-螺旋，后来发现在球状蛋白质分子中也存在α-螺旋。α-螺旋结构要点：①蛋白质多肽链像螺旋一样盘曲上升，每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，每圈螺旋的高度为0.54nm，每个残基沿轴向高度0.15nm，螺旋上升时，每个残基沿轴旋转100º。②在同一肽链内相邻的螺圈之间形成氢链。③α-螺旋有右手螺旋和左手螺旋之分，天然蛋白质绝大部分是右手螺旋，到目前为止仅在嗜热菌蛋白酶中发现了一段左手螺旋。α-螺旋的稳定性主要靠氢键来维持。www.themegallery.comCompanyLogo四、二级结构：多肽链折叠的规则方式影响α-螺旋形成的因素一些侧链基团虽然不参与螺旋，但可影响α-螺旋的稳定性。在多肽链中连续的出现带同种电荷的极性氨基酸，α-螺旋就不稳定。（Lys、Glu）在多肽链中只要出现pro，α-螺旋就被中断，产生一个弯曲（bend）或结节（kink）。Gly的R基太小，难以形成α-螺旋所需的两面角，所以和Pro一样也是螺旋的最大破坏者。肽链中连续出现带庞大侧链的氨基酸如Ile，由于空间位阻，也难以形成α-螺旋。www.themegallery.comCompanyLogo四、二级结构：多肽链折叠的规则方式(二)β-折叠片也是pauling等人提出来的，它是与α-螺旋完全不同的一种结构。①β-折叠主链骨架以一定的折叠形式形成一个折叠的片层。②α碳原子位于折叠线上，在两条相邻的肽链之间形成氢链。www.themegallery.comCompanyLogo四、二级结构：多肽链折叠的规则方式(二)β-折叠片③β-折叠有平行和反平行的两种形式:平行的β-折叠疏水侧链位于平面的两侧，反平行时疏水侧链位于平面的同一侧。www.themegallery.comCompanyLogo四、二级结构：多肽链折叠的规则方式(三)β-转角(β-turn)β-转角是指蛋白质的分子的多肽链经常出现180º的回折，在回折角上的结构就称β-转角，也称发夹结构，或称U形转折。由第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N—H之间形成氢键。www.themegallery.comCompanyLogo四、二级结构：多肽链折叠的规则方式(四)无规卷曲无规卷曲是指没有规律性的肽链结构，但许多蛋白质的功能部位常常埋伏在这里。www.themegallery.comCompanyLogo四、二级结构：多肽链折叠的规则方式Ω环m这是最近发现普通存在于球状蛋白质中的一种新的二级结构，这种结构的形状象希腊字Ω，所以称Ω环。Ω环这种结构总是出现在蛋白质分子的表面，而且以亲水残基为主，这种结构与生物功能有关，另外在分子识别中可能起重要作用。www.themegallery.comCompanyLogo五、纤维状蛋白质分布在动物(脊椎动物和无脊椎动物)体内存在大量纤维状蛋白质(fibrousprotein)。功能为结构蛋白，纤维状蛋白质是动物体的基本支架和外保护成分。含量占脊椎动物体内蛋白质总量的一半以上。形状外形呈纤维状或细棒状。分类不溶性(硬蛋白)和可溶性两类不溶性纤维状蛋白角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白可溶性纤维状蛋白肌球蛋白和血纤蛋白原www.themegallery.comCompanyLogo五、纤维状蛋白质(一)α-角蛋白(二)丝心蛋白和其他β-角蛋白：β-折叠片蛋白质(三)胶原蛋白：一种三股螺旋(四)弹性蛋白(五)肌球蛋白和原肌球蛋白www.themegallery.comCompanyLogo五、纤维状蛋白质角蛋白(keratin)来源于外胚层细胞，是外胚层细胞的结构蛋白质。角蛋白包括皮肤以及皮肤的衍生物：发、毛、鳞、羽、翮(hé鸟翎的茎)、甲、蹄、角、爪、啄等。角蛋白可分为α-角蛋白和β-角蛋白两类。(一)α-角蛋白www.themegallery.comCompanyLogo五、纤维状蛋白质丝心蛋白(fibroin)是蚕丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。丝心蛋白的性能丝心蛋白具有抗张强度高，质地柔软的特性。具有0.7nm的周期。丝心蛋白的构象丝心蛋白是典型的反平行β折叠片，多肽链取锯齿状折叠构象。侧链交替地分布在折叠片的两侧。反平行β折叠片以平行的方式堆积成多层结构。链间主要氢键连接，层间主要靠范德华力维系。(二)丝心蛋白和其他β-角蛋白：β-折叠片蛋白质www.themegallery.comCompanyLogo五、纤维状蛋白质(三)胶原蛋白：一种三股螺旋www.themegallery.comCompanyLogo五、纤维状蛋白质(四)弹性蛋白弹性蛋白(elastin)是结缔组织中的另一种蛋白质。它的最重要性质就是弹性，因此得名。弹性蛋白使肺、血管特别是大动脉管以及韧带等具有伸展性。弹性蛋白与胶原蛋白的不同点弹性蛋白只有一个基因，胶原蛋白每种亚基都有自己的基因；弹性蛋白富含Gly、Ala、Val和Pro。弹性蛋白是由可溶性单体合成的，它是弹性蛋白纤维的基本单位，称原弹性蛋白。Lys的赖氨酰氧化酶的催化氧化脱氨成醛基，3个这样Lys和未被修饰的Lys形成类吡啶啉锁链素和异锁链素交联体。使原弹性蛋白交联成网。www.themegallery.comCompanyLogo五、纤维状蛋白质(四)弹性蛋白www.themegallery.comCompanyLogo六、超二级结构和结构域(一)超二级结构由若干个相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相互作用，形成种类不多的、有规则的二级结构组合或二级结构串，在多种蛋白质中充当三级结构的构件，称为超二级结构。(1)αα(2)βαβ(3)βββ曲折希腊钥匙拓扑结构www.themegallery.comCompanyLogo六、超二级结构和结构域(二)结构域（Structuraldomain,domain）多肽链在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，它是独立的紧密球状实体称为结构域。红氧还蛋白（一个结构域）功能域（酵母已糖激酶2个结构域）www.themegallery.comCompanyLogo六、超二级结构和结构域(二)结构域（Structuraldomain,domain）(2)多肽链折叠中的手性效应发夹右手左手右手左手www.themegallery.comCompanyLogo六、超二级结构和结构域(二)结构域（Structuraldomain,domain）(2)多肽链折叠中的手性效应马鞍形扭曲片平行β桶www.themegallery.comCompanyLogo六、超二级结构和结构域(二)结构域（Structuraldomain,domain）(3)结构域类型•反平行α螺旋结构域(全α结构)•平行或混合型β折叠片结构域(α,β结构)•反平行β折叠片结构域(全β结构)•富含金属或二硫键结构域www.themegallery.comCompanyLogo七、球状蛋白质与三级结构(一)球状蛋白质的分类1.全α结构(反平行α螺旋)蛋白质2.α,β结构(平行或混合型β折叠片)蛋白质3.全β结构(反平行β折叠片)蛋白质4.富含金属或二硫键（小的不规则）蛋白质www.themegallery.comCompanyLogo七、球状蛋白质与三级结构(二)球状蛋白质三维结构的特征1.蛋白质分子含多种二级结构元件2.三维结构具有明显的折叠层次3.分子是紧密的球状或椭球状实体4.疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面5.球状蛋白质分子的表面有一个空穴www.themegallery.comCompanyLogo八、膜蛋白的结构膜蛋白是膜的功能分子膜蛋白质与纤维状蛋白质及球状蛋白质结构不同膜蛋白质可分为膜周边蛋白质和膜内在蛋白质膜周边蛋白质的性质及其与膜的联系膜周边蛋白质(peripheralprotein)实际上属于可溶性球状蛋白质，它们分布在膜双脂层的表面，主要通过与膜内在蛋白质的静电相互作用和氢键键合相互作用与膜结合。膜内在蛋白质(integralprotein）是与脂双层强缔合的膜蛋白。它们有的一部分或大部分埋入脂双层，有的横跨脂双层。脂锚定蛋白质（lipidanchoredprotin）这些蛋白质与膜的缔合是通过各种共价连接的脂锚钩实现的。www.themegallery.comCompanyLogo八、膜蛋白的结构（一）膜内在蛋白质1.具有单个跨膜肽段的膜蛋白人血型糖蛋白人白细胞结合蛋白www.themegallery.comCompanyLogo八、膜蛋白的结构（一）膜内在蛋白质2.具有7个跨膜肽段的膜蛋白质膜上起钠钾泵作用的ATP酶（8-10）大肠杆菌的乳糖通道（10-14）细菌的紫膜质www.themegallery.comCompanyLogo八、膜蛋白的结构（一）膜内在蛋白质3.β桶型膜蛋白－膜孔蛋白麦芽糖膜孔蛋白www.themegallery.comCompanyLogo八、膜蛋白的结构（二）脂锚定膜蛋白1.酰胺连接的豆蔻酰锚钩：cAMP依赖性蛋白激酶催化亚基，HIV－1的gag蛋白等2.硫酯连接的脂肪酰锚钩：转铁蛋白受体、某些病毒的表面糖蛋白受体等3.硫醚连接的异戊二烯锚钩：酵母交配因子，核纤蛋白等4.糖基磷脂酰肌醇锚钩：真核生物细胞表面抗原。粘着分子和细胞表面水解酶，原核中未见。www.themegallery.comCompanyLogo八、膜蛋白的结构（二）脂锚定膜蛋白1.酰胺连接的豆蔻酰锚钩：cAMP依赖性蛋白激酶催化亚基，HIV－1的gag蛋白等www.themegallery.comCompanyLogo八、膜蛋白的结构（二）脂锚定膜蛋白2.硫酯连接的脂肪酰锚钩：转铁蛋白受体、某些病毒的表面糖蛋白受体等www.themegallery.comCompanyLogo八、膜蛋白的结构（二）脂锚定膜蛋白3.硫醚连接的异戊二烯锚钩：酵母交配因子，核纤蛋白等CAAX－C端www