生物化学蛋白质化学蛋白质化学45

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1、会计学1生物化学蛋白质化学蛋白质化学生物化学蛋白质化学蛋白质化学45第1页/共51页第2页/共51页第3页/共51页第4页/共51页第5页/共51页-二面角二面角 两相邻酰胺平面之间，能以共同的两相邻酰胺平面之间，能以共同的C为定点而旋转，绕为定点而旋转，绕C-N键旋转的角度称键旋转的角度称角，绕角，绕C-C键旋转的角度称键旋转的角度称角。角。和和称作二面角，亦称构象角。称作二面角，亦称构象角。第6页/共51页第7页/共51页二、蛋白质高级结构：二、蛋白质高级结构：（一）蛋白质二级结构（一）蛋白质二级结构 定义：定义： 多肽链在一级结构的基础上，按照一定的方式有规律的旋转或折叠形成的空间构象。

2、其实质是多肽链主链主链在空间的排列方式。 类型类型-螺旋-折叠-转角无规卷曲第8页/共51页1. -1. -螺旋（螺旋（-Helix-Helix）: : 又称为又称为3.63.61313螺旋螺旋结构要点结构要点： u多个肽键平面通过多个肽键平面通过-碳原子碳原子旋转，绕一条固定轴形旋转，绕一条固定轴形成成右手螺旋右手螺旋, ,螺旋体中所有氨基酸残基螺旋体中所有氨基酸残基R R侧链都伸向外侧侧链都伸向外侧，链中的全部，链中的全部C=0 C=0 和和N-HN-H几乎都平行于螺旋轴几乎都平行于螺旋轴; ;u每每3.63.6个氨基酸残基上升一圈，相当于个氨基酸残基上升一圈，相当于0.54nm0.54n

3、m, ,每个残每个残基绕轴旋转基绕轴旋转100100，沿轴上升，沿轴上升0.15nm0.15nmu相邻两圈螺旋之间借肽键中相邻两圈螺旋之间借肽键中C CO O和和N-HN-H形成许多形成许多链内链内氢健氢健，即每一个氨基酸残基中的，即每一个氨基酸残基中的NHNH和前面和前面相隔三个残基相隔三个残基的的C CO O之间形成氢键，这是之间形成氢键，这是稳定稳定-螺旋的主要键螺旋的主要键, ,平行平行。u肽链中肽链中氨基酸侧链氨基酸侧链R R，分布在螺旋外侧，分布在螺旋外侧第9页/共51页第10页/共51页第11页/共51页用 a helix 组成坚固的立体结构Zubay (1988) Bioche

4、mistry (2e) p.64肌红蛋白 myoglobin第12页/共51页* * 影响影响-螺旋稳定的因素螺旋稳定的因素： R R基大小：基大小：较大的R(如苯丙氨酸、色氨酸、异亮 氨酸)不易形成、Gly空间占位很小，容易形成电荷：电荷：带同种电荷的R基无法形成,不带电荷的容易形成ProPro的存在的存在第13页/共51页2. 2. -折叠折叠(-pleated sheets)(-pleated sheets)又称又称-片层、片层、-结构，其结构要点如下：结构，其结构要点如下：多肽链呈多肽链呈锯齿状锯齿状（或扇面状）排列成比较伸展的结（或扇面状）排列成比较伸展的结构；构；有有平行式平行式和

5、和反平行式反平行式两种，两种，相邻两个氨基酸残基的相邻两个氨基酸残基的轴心距离轴心距离反平行为反平行为0.35nm0.35nm，平行为平行为0.325nm0.325nm，侧链侧链R R基团交替地分布在片层平面的基团交替地分布在片层平面的上下方上下方所有肽键的所有肽键的C=OC=O和和N NH H形成形成链间链间氢键，方向：与轴垂氢键，方向：与轴垂直；直；第14页/共51页第15页/共51页第16页/共51页b sheet 的同向与反向平行parallelanti-parallel转折tunrAlberts et al (2002) Molecular Biology of the Cell (

6、4e) p.140第17页/共51页第18页/共51页第19页/共51页4. 无规卷曲无规卷曲没有一定规律的松散肽链结构。但也像二级结构的其他类型一样具有明确面稳定的结构 酶的活性部位。第20页/共51页无规则卷曲无规则卷曲细胞色素细胞色素C的三级结构的三级结构第21页/共51页第22页/共51页第23页/共51页（二）超二级结构和结构域（二）超二级结构和结构域1 1超二级结构超二级结构 超二级结构（超二级结构（Super-secondary Super-secondary structurestructure） 是指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相是指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相

7、互作用，形成互作用，形成有规则有规则的，在的，在空间上能辨认空间上能辨认的二级的二级结构结构组合体组合体。是蛋白质二级结构至三级结构层次。是蛋白质二级结构至三级结构层次的一种过渡态构象层次。的一种过渡态构象层次。M.Rossmann于1973年提出来的。常见的有：、等。 第24页/共51页第25页/共51页1 2 3 4 5 5 2 3 4 1 -链链 -迂回迂回回形拓扑结构回形拓扑结构回形拓扑结构回形拓扑结构 -迂回迂回第26页/共51页2. 结构域结构域 结构域结构域是球状蛋白质的折叠单位。多肽链在超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球形的结构，具有部分生物功能具有部分生物功能。对

8、于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个以上结构域缔合而成三级结构。结构域之间常常有一段柔性的肽段相连，形成所谓的铰链区，使结构域之间可以发生相对移动。形成意义：形成意义： 动力学上更为合理动力学上更为合理 蛋白质（酶）活性部位往往位于结构域之间蛋白质（酶）活性部位往往位于结构域之间，使其更具柔性，使其更具柔性第27页/共51页 （三）蛋白质的三级结构（三）蛋白质的三级结构 一条多肽链中一条多肽链中所有原子所有原子在在三维空间三维空间的整体排的整体排布，称为三级结构，是包括主、侧链在内的空间布，称为三级结构，是包括主、侧链在内的空间排列。大多数蛋白质的三级结构为球状或近似球排列。大多数蛋白质

9、的三级结构为球状或近似球状。在三级结构中，大多数的亲水的状。在三级结构中，大多数的亲水的R R侧基分布侧基分布于球形结构的表面，而疏水的于球形结构的表面，而疏水的R R侧基分布于球形侧基分布于球形结构的内部，形成疏水的核心。结构的内部，形成疏水的核心。 第28页/共51页第29页/共51页第30页/共51页 N His12CHis119Lys41第31页/共51页 （四）蛋白质的四级结构（四）蛋白质的四级结构具有独立三级结构的多肽链单位，称为具有独立三级结构的多肽链单位，称为亚基亚基或或亚单位亚单位(subunit)(subunit)，亚基可以相同，亦可以不同，亚基可以相同，亦可以不同单独的亚

10、基没有生物学功能，当单独的亚基没有生物学功能，当亚基亚基聚合成聚合成为具有完整四级结构的蛋白质后，才有功能。为具有完整四级结构的蛋白质后，才有功能。 四级结构的四级结构的实质实质是亚基在空间排列的方式。是亚基在空间排列的方式。 二个或二个以上具有独立的三级结构的多肽链二个或二个以上具有独立的三级结构的多肽链(亚基亚基)，彼此借次级键相连，形成一定的空间结构，称为彼此借次级键相连，形成一定的空间结构，称为四级结四级结构构。第32页/共51页多肽链多肽链第33页/共51页蛋白质分子中的共价键与次级键蛋白质分子中的共价键与次级键共价键次级键化学键化学键 肽键一级结构氢键二硫键二、三、四级结构疏水键盐

11、键范德华力三、四级结构第34页/共51页一级结构一级结构primary primary structurestructureNelson & Cox (2000) Lehninger Principles of Biochemistry (3e) p.129二级结构二级结构三级结构三级结构四级结构四级结构secondary secondary structurestructureTertiary Tertiary structurestructureTertiary Tertiary structurestructure第35页/共51页一级结构一级结构四级结构四级结构二级结构二级结构三级结构

12、三级结构primary structureprimary structuresecondary structuresecondary structureTertiary structureTertiary structurequariernary structurequariernary structure超二级结构超二级结构结构域结构域 supersecondary structuresupersecondary structureStructure domanStructure doman第36页/共51页第37页/共51页1 1、蛋白质一级结构的种属差异与同源性、蛋白质一级结构的种属差异

13、与同源性 实例：实例：细胞色素细胞色素2 2、蛋白质一级结构的变异与分子病、蛋白质一级结构的变异与分子病(p266)(p266) 实例：实例：血红蛋白质异常病变血红蛋白质异常病变镰刀型贫血镰刀型贫血病3 3、蛋白质前体的激活与一级结构、蛋白质前体的激活与一级结构 实例：实例：胰岛素原的激活胰岛素原的激活第38页/共51页14106100134323029271817675952514845413887848280706891GlyGlyPheCysGlyGlyGlyArgLysGlyCysLysPheHisProLeuGlyArgTyrAlaAsnTrpTyr707580LysLysLysPr

14、oProTyrIleGlyThrMetAsnLeu血红素血红素细胞色素细胞色素c c分子的空间结构分子的空间结构不变不变的的AAAA残基残基 35个不变的个不变的AA残基，是残基，是Cyt C 的生物功能所不可缺少的。其中有的可能参加维持分子构象；有的可能参与电子传递；有的可能参与的生物功能所不可缺少的。其中有的可能参加维持分子构象；有的可能参与电子传递；有的可能参与“识别识别”并结合细胞色素还原酶和氧化酶。并结合细胞色素还原酶和氧化酶。第39页/共51页生物生物 与人不同的与人不同的AAAA数目数目黑猩猩黑猩猩 0恒河猴恒河猴 1兔兔 9袋鼠袋鼠 10牛、猪、羊、狗牛、猪、羊、狗 11马马

15、12鸡、火鸡鸡、火鸡 13响尾蛇响尾蛇 14海龟海龟 15金枪鱼金枪鱼 21角饺角饺 23小蝇小蝇 25蛾蛾 31小麦小麦 35粗早链孢霉粗早链孢霉 43酵母酵母 44 不同生物与人的不同生物与人的Cytc的的AA差异数目差异数目第40页/共51页第41页/共51页镰状细胞贫血（镰状细胞贫血（sick-cell anemia）从患者红细胞中鉴定出特异的镰刀型或月牙型细胞。-链 1 2 3 4 5 6 7Hb-A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-LysHb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys Val 取代Glu含氧-HbAO2O2粘性疏水斑点含氧HbS脱氧

16、HbS疏水位点血红蛋白分子凝集生理条件下电荷： Glu- Val 亲水 疏水第42页/共51页第43页/共51页1 1 、蛋白质高级构象破坏，功能丧失蛋白质高级构象破坏，功能丧失 实例：实例：核糖核酸酶的变性与复性核糖核酸酶的变性与复性2 2 、蛋白质在表现生物功能时，构象发生一定蛋白质在表现生物功能时，构象发生一定变化（变化（变构效应变构效应）: :蛋白质的构象不是固定不变蛋白质的构象不是固定不变的的, ,有些蛋白质当表现其生物学功能时有些蛋白质当表现其生物学功能时, ,构象发构象发生改变生改变, ,从而改变了整个分子的性质从而改变了整个分子的性质. . 实例：实例：血红蛋白的变构效应和输氧功能血红蛋白的变构效应和输氧功能第44页/共51页第45页/共51页第46页/共51页第47页/共51页第48页/共51页第49页/共51页O2HbHb- O2O2血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线活动肌肉毛活动肌肉毛细血管中的细血管中的PO20 20 40 60 80 100肺泡中的肺泡中的PO2MyoglobinHemoglobin第50页/共51页