蛋白质的三维结构

蛋白质的三维结构第一页，共三十一页，编辑于2023年，星期一一、研究蛋白质构象的方法构型和构象

构型－－在立体结构中取代原子或基团在空间的取向。涉及共价键的断裂。

构象－－取代基团当单键旋转时可能形成不同的立体结构。不涉及共价键的断裂。（一）X射线衍射法（二）研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法如：紫外差光谱、荧光和荧光偏震、圆二色性、核磁共振（NMR）吸收第二页，共三十一页，编辑于2023年，星期一二、稳定蛋白质三维结构的作用力a.氢键b.盐键c.疏水键d.范德华力e.二硫键de第三页，共三十一页，编辑于2023年，星期一三、多肽主链折叠的空间限制多肽主链上只有α碳原子连接的两个键（Cα-N1和Cα-C2）是单键，能自由旋转。第四页，共三十一页，编辑于2023年，星期一四、二级结构：多肽链折叠的规则方式蛋白质的二级结构（Secondarystructure）是指肽链的主链在空间的排列，或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。肽链主链骨架原子包括N（氨基氮）、Cα（α-碳原子）和CO（羰基碳）3个原子依次重复排列。

第五页，共三十一页，编辑于2023年，星期一第六页，共三十一页，编辑于2023年，星期一

-螺旋(-helix)

-折叠(-pleatedsheet)

-转角(-turn)

无规卷曲(randomcoil)

蛋白质二级结构的主要形式：维系二级结构的主要化学键：氢键第七页，共三十一页，编辑于2023年，星期一第八页，共三十一页，编辑于2023年，星期一LinusPauling,1901–1994RobertCorey,1897–19711954年的诺贝尔化学奖1962年的诺贝尔和平奖第九页，共三十一页，编辑于2023年，星期一在α螺旋中，多肽主链按右手或左手方向盘绕，形成右手螺旋或左手螺旋，相邻的螺圈之间形成链内氢键，构成螺旋的每个Cα都取相同的二面角Φ、Ψ。典型的α螺旋特征：①

二面角：Φ=

-57°,

Ψ=

-

48°；②

每圈螺旋：3.6个a.a残基，

高度：0.54nm；③

每个残基绕轴旋转100°，沿轴上升0.15nm；（一）-螺旋（-helix）第十页，共三十一页，编辑于2023年，星期一Right-handedα-helix④

是一种右手螺旋；氨基酸残基侧链向外；第十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期一hydrogenbondPro/Gly稳定因素⑤

相邻螺圈之间形成链内氢链，氢键的取向几乎与中心轴平行。⑥

肽键上N-H氢与它后面（N端）第四个残基上的C=O氧间形成氢键。第十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期一影响α螺旋形成的因素R侧链的大小和带电性决定了能否形成α螺旋以及形成的α螺旋的稳定性：①

多肽链上连续出现带同种电荷基团的氨基酸残基,(如Lys，或Asp，或Glu)，则由于静电排斥，不能形成链内氢键，从而不能形成稳定的α螺旋。如多聚Lys、多聚Glu。②

Gly的Φ角和Ψ角可取较大范围，在肽中连续存在时，使形成α螺旋所需的二面角的机率很小，不易形成α螺旋。丝心蛋白含50%Gly，不形成α—螺旋。③

R基大（如Ile）不易形成α螺旋。

④

Pro－Pro中止α螺旋。第十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期一hydrogenbond氢键Peptide1Peptide2Peptide3Peptide

4（二）β折叠片（-pleatedsheet）第十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期一反平行β折叠平行β折叠第十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期一4个连续的氨基酸残基构成，使多肽主链出现180º的回折。（三）β-转角（β-turn）β-转角也称β-回折（reverse

turn）、β-弯曲（β-bend）、发夹结构（hair-pin

structure）转角处多有甘氨酸，或脯氨酸参与第十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期一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）

无规卷曲

第十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期一六、超二级结构和结构域（一）超二级结构已知的超二级结构有3种基本组合形式：αα、βαβ（包括βxβ）、βββ。钙结合蛋白中结合钙离子的模体

锌指结构

第十八页，共三十一页，编辑于2023年，星期一在二级结构及超二级结构的基础上，多肽链进一步卷曲折叠，组装成几个相对独立、近似球形的三维实体。通常含有100～200个氨基酸残基。substrateNAD+（二）结构域（sructuraldomain，domain）Glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase第十九页，共三十一页，编辑于2023年，星期一稳定蛋白质三维结构的作用力a.氢键b.盐键c.疏水键d.范德华力e.二硫键de第二十页，共三十一页，编辑于2023年，星期一七、球状蛋白质与三级结构三级结构（tertiarystructure）是指球状蛋白质的多肽链在二级结构的基础上，通过侧链基团的相互作用进一步卷曲折叠，借助次级键维系使α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲等二级结构相互配置而形成特定的构象。多肽链中所有原子的空间排布第二十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期一球状蛋白质三维结构的特征

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；疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面；分子表面有一空穴(活性部位)。β-折叠β-转角无规则卷曲空穴α－螺旋鸡卵清溶菌酶的三级结构第二十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期一八、膜蛋白的结构第二十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期一九、蛋白质折叠和结构预测（一）蛋白质的变性当天然蛋白质受到某些物理因素和化学因素的影响，使其分子内部原有的高级构象发生变化时，蛋白质的理化性质和生物学功能都随之改变或丧失，但并未导致其一级结构的变化，这种现象称为变性作用（denaturation）。变性的因素：

强酸和强碱；有机溶剂，破坏疏水作用；去污剂，都是两亲分子，破坏疏水作用；还原性试剂：尿素、β-硫基乙醇；盐浓度，盐析、盐溶；重金属离子，Hg2+、pb2+，能与-SH或带电基团反应；温度；机械力，如搅拌和研磨中的气泡。第二十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期一变性的实质：

次级键（有时包括二硫键）被破坏，天然构象解体。变性不涉及一级结构的破坏。蛋白质变性后性质的改变：①结晶及生物活性丧失是蛋白质变性的主要特征。②硫水侧链基团外露。③理化性质改变，溶解度降低、沉淀，粘度增加，分子伸展。④生理化学性质改变。分子结构伸展松散，易被蛋白酶水解。实际应用：A.消毒灭菌：75%乙醇，紫外线，高温。B.制备活性蛋白质时严防蛋白质变性。第二十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期一变性是一个协同过程。在所加变性剂的很窄浓度范围内或很窄pH或温度间隔内突然发生。变性剂：尿素和盐酸胍，与多肽主链竟争氢键。破坏蛋白质的二级结构。变性剂增加非极性侧链在水中的溶解度，降低了维持蛋白质三级结构的疏水作用。SDS能破坏蛋白质分子内的疏水相互作用使非极性基团暴露于介质水中。蛋白质的变性作用如果不过于剧烈，则是一种可逆过程，变性蛋白质通常在除去变性因素后，可缓慢地重新自发折叠成原来的构象，恢复原有的理化性质和生物活性，这种现象成为复性（renaturation）。第二十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期一牛核糖核酸酶的一级结构二硫键核糖核酸酶（ribonucleaseA）变性与复性作用（二）氨基酸序列规定蛋白质的三维结构第二十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期一

天然状态，有催化活性

尿素、β-巯基乙醇

去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性Anfinsen经典实验Anfinsen:NobelPrizein1972第二十八页，共三十一页，编辑于2023年，星期一十、亚基缔合和四级结构（一）有关四级结构的一些概念四级结构（quarternarystructure）指由相同或不同的称作亚基（subunit）的亚单位按照一定排布方式缔合而成的蛋白质结构。亚基一般是一条多肽链，有时也称单体。本身具有球状三级结构。蛋白质的四级结构涉及亚基种类和数目以及各亚基在整个分子中的空间排布，包括亚基间的