第5章_蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)

1、第5章 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu),3-dimensional structure of proteins,5.1 研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法5.2 穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力5.3 多肽主鏈折疊的空間限制5.4 二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式5.5 纖維狀蛋白質(zhì)5.6 超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域5.7 球狀蛋白質(zhì)與三級(jí)結(jié)構(gòu)5.9 蛋白質(zhì)折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)5.10 亞基締合和四級(jí)結(jié)構(gòu),,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的組織層次,3-dimesional struct

2、ure of proteins,蛋白質(zhì)的天然折疊結(jié)構(gòu)決定于三個(gè)因素：1）與溶劑分子（一般是水）的相互作用 2）溶劑的pH和離子組成 3）蛋白質(zhì)的氨基酸序列,3-dimesional structure of proteins,5.1 研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法The methods to study protein confirmation5.1.1 X射線(xiàn)衍生法光源的光線(xiàn)（λ=500nm）投射在被檢物體上，光波將由此散

3、射，物體的每一小部分都起著一個(gè)新光源的作用。來(lái)自物體的散射光波含有物體構(gòu)造的全部信息。,X射線(xiàn)衍射技術(shù)與顯微鏡技術(shù)的主要區(qū)別是：光源不是可見(jiàn)光而是波長(zhǎng)很短的X射線(xiàn)（λ=0.154nm），經(jīng)物體散射后的衍射波，沒(méi)有一種透鏡能把它收集重組成物體的圖像，而直接得到的是一張衍射圖案(diffraction pattern)。衍射圖案需要用數(shù)學(xué)方法代替透鏡進(jìn)行重組，繪出電子密度圖(electron density map)。,The metho

4、ds to study protein confirmation,,The methods to study protein confirmation,X-ray studies,The methods to study protein confirmation,5.1.2 研究溶液中蛋白質(zhì)構(gòu)象的光譜學(xué)方法5.1.2.1 紫外光差譜芳香族和雜環(huán)族發(fā)色團(tuán)的吸光性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)相關(guān)，而結(jié)構(gòu)又受它的微環(huán)境影響。[示]差光譜（differe

5、nce spectrum）是兩種不同條件下的比較，通常選用變性（多肽鏈伸展的）蛋白質(zhì)或天然蛋白質(zhì)作為參比。從對(duì)比試驗(yàn)中可以推斷蛋白質(zhì)在特定條件下溶液中的大致構(gòu)象。,5.1.2.2 熒光和熒光偏振在大多數(shù)情況下由于吸收輻射能而被提升到激發(fā)電子態(tài)的分子都是通過(guò)激發(fā)能的非輻射轉(zhuǎn)移給予周?chē)肿佣貜?fù)到基態(tài)。能量以熱形式散失。但也有分子將再輻射，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熒光。在蛋白質(zhì)中Trp和Tyr殘基是主要的熒光基團(tuán)（內(nèi)源熒光），其熒光峰位置（λma

6、x）分別為348nm和303nm.，這些殘基的微環(huán)境能明顯地改變其熒光強(qiáng)度和熒光峰位置。探索Trp和Tyr的微環(huán)境以及蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的變化。酪氨酸的吸收光譜與熒光光譜,,,5.1.2.3 圓二色性圓二色性（circular dichroism，CD）平面偏振光圓偏振光:右[手]圓偏振光，左[手]圓偏振光手性物質(zhì)與左、右圓偏振光（EL，ER）的相互作用是不相同的，例如左手螺旋與EL有更強(qiáng)的相互作用，因而對(duì)EL和ER的吸收也不

7、相同。由于手性物質(zhì)對(duì)EL和ER這兩種光的吸收（振幅減?。┎煌闶棺?、右圓偏振光疊合成橢圓偏振光(elliptically polarized light)。這種光學(xué)效應(yīng)稱(chēng)為圓二色性圖5—6示出α螺旋、β折疊片和無(wú)規(guī)卷曲（randomcoil）構(gòu)象的多態(tài)圓二色性光譜。,,5.2 穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力Forces stabilizing Protein 3-dimentional structure,Forces stabili

8、zing Protein 3-dimentional structure,A Protein’s Conformation Is Stabilized Largelyby Weak Interactions,The weak (noncovalent) interactions,Hydrogen bonds,Hydrophobic interactions,Ionic interactions,Van der Waals force

9、,,共價(jià)鍵,非共價(jià)鍵,,化學(xué)鍵,肽鍵,,一級(jí)結(jié)構(gòu),氫鍵,二硫鍵,,,二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu),疏水作用,鹽鍵,范德華力,,,,三、四級(jí)結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)分子中的共價(jià)鍵與非共價(jià)鍵,三、四級(jí)結(jié)構(gòu),,Forces stabilizing Protein 3-dimentional structure,5.2.1 氫鍵 Hydrogen bonds,氫鍵：連在電負(fù)性強(qiáng)的半徑小的原子上的氫原子與另一個(gè)電負(fù)性強(qiáng)的原子之間的相互作用。

10、 x H···y x，y 的特點(diǎn)：?電負(fù)性強(qiáng)；?分子半徑小；?有孤對(duì)電子代表: N，O，S原子等,,,,Hydrogen bonds,,氫鍵的2個(gè)重要特征：1. 方向性2. 飽和性,O,H,H,,,Hydrogen bond is the main force to maintain the secondary structure of prote

11、in,Hydrogen bonds,5.2.2范德華力van der Waals force,廣義的范德華力包括三種弱的作用力：?定向效應(yīng)?誘導(dǎo)效應(yīng)?分散效應(yīng),van der Waals force,5.2.3 疏水作用（熵效應(yīng)）Hydrophobic interactions,水介質(zhì)中球狀蛋白質(zhì)的折疊總是傾向于把疏水殘基埋藏在分子的內(nèi)部。 這一現(xiàn)象被稱(chēng)為疏水作用或疏水效應(yīng)，也曾不正確的稱(chēng)為疏水鍵。,疏水作用非極性分子

12、進(jìn)入水中，有聚集在一起形成最小疏水面積的趨勢(shì)，保持這些非極性分子聚集在一起的作用則稱(chēng)為疏水作用。,Hydrophobic interaction,,,,對(duì)蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)，在水相溶液中，球狀蛋白質(zhì)的折疊總是傾向于把疏水殘基埋藏在分子的內(nèi)部，這種現(xiàn)象可稱(chēng)為疏水作用。,backbone: purple hydrophobic: green hydrophilic: yellow,Hydrophobic interaction,疏水作用的本質(zhì),

13、,,Hydrophobic interaction,Hydrophobic interaction in proteins:Hydrophobic interactions are clearly important in stabilizing a protein conformation; The interior of a protein is generally a densely packed core of hydrop

14、hobic amino acid side chains.,Hydrophobic interaction,5.2.4 鹽鍵( Salt bridge, Ionic interaction),離子鍵Ionic interactions （鹽鍵）正電荷和負(fù)電荷之間的一種靜電作用。 其大小與電荷電量的乘積成正比，與電荷質(zhì)點(diǎn)間的距離成反比。,Ionic interactions,生理pH下，Asp、Glu側(cè)鏈解離成負(fù)離子，Lys、

15、Arg、His側(cè)鏈解離成正離子多數(shù)情況下，這些基團(tuán)分布在球狀蛋白質(zhì)分子的表面，與水分子作用形成排列有序的水化層，穩(wěn)定蛋白質(zhì)的構(gòu)象。,,Covalent bond between side chains of two cysteine residues,5.2.5 二硫鍵 Disulfide bond,Disulfide bond,二硫鍵對(duì)蛋白質(zhì)的構(gòu)象和生物活性有穩(wěn)定作用二硫鍵的形成不規(guī)定多肽鏈的折疊二硫鍵可以選擇性地被還原,

16、,A Protein’s Conformation Is Stabilized Largely by Weak Interactions,a. Ionic interaction b. Hydrogen bond c. Hydrophobic interaction d . Van der Waals forcese. Disulfide bond,,Weak interactions

17、 are crucial for the structure and function of biomoleculesThe weak interactions, although individually weak, accumulate to a significant level when occur in large numbers. This is the so called accumulative or collecti

18、ve總體的 effect.Weak interactions will maximized when a macromolecule forms its three-dimensional structure and interacts with other complementary 互補(bǔ)的(cognate) molecules (producing stability).The transient瞬時(shí)的 nature of we

19、ak interactions confers flexibility for macromolecules and their interactions.,5.3 多肽主鏈折疊的空間限制5.3.1 酰胺平面與α-碳原子的二面角（φ和ψ）,因?yàn)殡逆I不能自由旋轉(zhuǎn)，所以肽鍵的四個(gè)原子和與之相連的兩個(gè)α碳原子共處一個(gè)平面，稱(chēng)肽平面。 肽鏈可看作由一系列剛性的肽平面通過(guò)α碳原子連接起來(lái)的長(zhǎng)鏈，主鏈的構(gòu)象由肽平面之間的角度決定。,The P

20、eptide Bond Is Rigid and Planar,主鏈上只有α碳原子連接的兩個(gè)鍵是單鍵，可自由旋轉(zhuǎn)繞Cα-N旋轉(zhuǎn)的-?角繞Cα-C旋轉(zhuǎn)的?角這兩個(gè)角稱(chēng)為二面角,多肽主鏈折疊的空間限制,?和?取值范圍是正負(fù)180度從C?沿鍵軸方向觀察，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的?和?角度為正值，逆時(shí)針為負(fù)值。,多肽主鏈折疊的空間限制,,,多肽主鏈折疊的空間限制,Ramachandran根據(jù)蛋白質(zhì)中非共價(jià)鍵合原子間的最小接觸距離，確定了哪些成對(duì)二面

21、角（?和?）所規(guī)定的兩個(gè)相鄰肽單位的構(gòu)象是允許的，哪些是不允許的，并且以?為橫坐標(biāo)，以?為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)圖上標(biāo)出，該坐標(biāo)圖稱(chēng)拉氏構(gòu)象圖。,拉氏構(gòu)象圖：,⑴ 深藍(lán)色區(qū)域：允許區(qū)；⑵ 淺藍(lán)色區(qū)域：不完全允許區(qū)；⑶ 灰色區(qū)域：不允許區(qū)。,上圖：L-Ala殘基的拉氏構(gòu)象圖，橫坐標(biāo)為?的取值，縱坐標(biāo)為? 的取值。,拉氏構(gòu)象圖：,拉氏圖不僅對(duì)蛋白質(zhì)的構(gòu)象研究起到了簡(jiǎn)化作用，對(duì)于判斷所得到的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的正誤也有意義。 實(shí)際得到的許多蛋白質(zhì)的

22、三維結(jié)構(gòu)證實(shí)了拉氏圖是基本正確的。,多肽主鏈形成三維結(jié)構(gòu)的空間限制,5.4 二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式 Secondary structure :The common regular folding patterns of the polypeptide backbone.,蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（概念）： 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)主鏈的折疊產(chǎn)生的有規(guī)則的構(gòu)象。 通過(guò)形成鏈內(nèi)或鏈間氫鍵可以使肽鏈卷曲折疊形成各種二級(jí)結(jié)構(gòu)元件，主要有

23、?螺旋、?折疊片、?轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲。 復(fù)雜的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)就由這些比較簡(jiǎn)單的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件進(jìn)一步組合而成。,Protein Secondary structure,蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化概念： 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)主鏈折疊所產(chǎn)生的由氫鍵維系的規(guī)則構(gòu)象。,蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)元件：Secondary structural elements ?螺旋 ??-Helix ?折疊片 ??- Pleated Sheet ?

24、轉(zhuǎn)角 ?? Turn 無(wú)規(guī)卷曲?Random coil,Protein Secondary structure,5.4.1 ??-Helixα螺旋是蛋白質(zhì)中最常見(jiàn)、最典型、含量最豐富的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件。,Protein Secondary structure,Characteristics of ?-helix多肽鏈中的各個(gè)肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結(jié)構(gòu)；?=-57o，?=-47o；,,?-helix,Linus Pa

25、uling（1901－1994）,,The simplest arrangement of the polypeptide chain was proposed to be a helical structure called ?-helix (Pauling and Corey, 1951),Protein Secondary structure,α螺旋的結(jié)構(gòu)每圈螺旋占3.6個(gè)氨基酸殘基沿螺旋軸方向上升0.54nm,螺距(pit

26、ch)。每個(gè)殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100°，沿軸上升0.15nm螺旋的直徑約為0.5nm相鄰螺圈之間形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與螺旋軸平行。,Protein Secondary structure,α螺旋由氫鍵構(gòu)成一個(gè)封閉環(huán)，其中包括三個(gè)殘基，共13個(gè)原子， 3.613—螺旋,Protein Secondary structure,,α螺旋相當(dāng)于在N—末端積累了部分正電荷，在C—末端積累了部分負(fù)電荷,α螺旋的偶極矩,Protein

27、 Secondary structure,α螺旋的手性,蛋白質(zhì)中的α螺旋幾乎都是右手的 (除膠原蛋白外)。,Protein Secondary structure,影響α螺旋形成的因素與它的氨基酸組成和序列有極大的關(guān)系:☆不帶電荷的多聚丙氨酸，在pH7的水溶液中能自發(fā)地卷曲成α-螺旋?！疃嗑圪?lài)氨酸在pH7時(shí),不能形成鏈內(nèi)氫鍵，在pH12時(shí)，及自發(fā)地形成α螺旋?！畛齊基的電荷性質(zhì)之外，R基的大小對(duì)多肽鏈能否形成螺旋也有影響?！?/p>

28、多聚異亮氨酸，在碳原子附近有較大的R基，造成空間阻礙?！罡彼?Protein Secondary structure,5.4.2 ?- Pleated Sheetβ折疊片是一種重復(fù)性的結(jié)構(gòu)，肽鏈幾乎是完全伸展的，相鄰的多肽鏈間形成氫鍵。?側(cè)鏈都垂直于折疊片的平面?平行式(parallel)?反平行式（antiparallel）,Protein Secondary structure,The adjacent鄰近的 polyp

29、eptide chains can be either parallel (the same direction) or antiparallel (the opposite direction).,Protein Secondary structure,,Protein Secondary structure,Protein Secondary structure,5.4.3 β轉(zhuǎn)角和β凸起 β--turn and β—bug

30、le自然界的蛋白質(zhì)大多是球狀蛋白質(zhì)β轉(zhuǎn)角,或β彎曲（β—bend）或發(fā)夾結(jié)構(gòu)（hairpin structure）, 非重復(fù)性結(jié)構(gòu)。第一個(gè)殘基的C==O與第四個(gè)殘基的N—H氫鍵鍵合，形成一個(gè)緊密的環(huán)。β轉(zhuǎn)角在球狀蛋白質(zhì)中約占全部殘基的四分之一。β凸起,Protein Secondary structure,Two main β--turns,Protein Secondary structure,2 ?凸起（ ? -bul

31、ge）,常作為反平行?折疊片的一種不規(guī)則情況存在，其基本結(jié)構(gòu)特征是在兩個(gè)連續(xù)?型氫鍵之間的一個(gè)凸起區(qū)域，一股鏈上的二個(gè)殘基對(duì)著另一股鏈上的一個(gè)殘基。,Protein Secondary structure,5.4.4 Random coil 無(wú)規(guī)卷曲或稱(chēng)卷曲（coil），泛指那些不能被歸入明確的二級(jí)結(jié)構(gòu)如折疊片或螺旋的多肽區(qū)段。 這些“無(wú)規(guī)卷曲”也像其他二級(jí)結(jié)構(gòu)那樣是明確而穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。,Protein Secondar

32、y structure,無(wú)規(guī)卷曲,這類(lèi)有序的非重復(fù)性結(jié)構(gòu)經(jīng)常構(gòu)成酶活性部位和其它蛋白質(zhì)特異的功能部位，例如鐵氧還蛋白和紅氧環(huán)蛋白中結(jié)合鐵硫串(iron-sulfur cluster)的肽環(huán)以及許多鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的E—F手結(jié)構(gòu)（E—F hand structure）的中央環(huán)。,,Protein Secondary structure,二級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)主鏈的折疊產(chǎn)生的有規(guī)則的構(gòu)象。維系蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力是氫鍵，氫鍵存在于肽

33、鏈主鏈之間而不是氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)之間。氨基酸殘基側(cè)鏈沿蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的分布是有規(guī)律的。不同的氨基酸對(duì)形成某種二級(jí)結(jié)構(gòu)有一定的偏好，同時(shí)對(duì)形成某種二級(jí)結(jié)構(gòu)有一定的排斥。,二級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)總結(jié),,Glu Met Ala Leu Lys Phe Gln Trp Ile Val Asp His Arg Thr Ser Cys Tyr Asn Pro Gly,? helix,? sheet,? turn,Ami

34、no acid and secondary structure,5.5 纖維狀蛋白質(zhì) Fibrous proteins,α-角蛋白與α-螺旋 ?－keratin and α-helix絲心蛋白與β-折疊 Fibroin (the protein of silk) and ? sheet膠原蛋白 Collagen,?－keratin and α-helix,,Fibroin and ? sheet,Collagen,,F

35、ibrous proteins,Super-secondary structure,超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域 Super-secondary structure ( motif ) and Domain,超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域是位于二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)之間的兩個(gè)層次，超二級(jí)結(jié)構(gòu)的層次接近二級(jí)結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)域的層次接近三級(jí)結(jié)構(gòu)。,,Quaternary structureTertiary structureDomain Super-second

36、ary strutureSecondary structure Primary structure,Super-secondary structure and domain,5.6.1 超二級(jí)結(jié)構(gòu)若干相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件（主要是α螺旋和β折疊片）組合在一起，彼此相互作用，形成種類(lèi)不多的、有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合(combination)或二級(jí)結(jié)構(gòu)串（cluster）, 在多種蛋白質(zhì)中充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，稱(chēng)為超二級(jí)結(jié)構(gòu)(super-se

37、condary structure) 標(biāo)準(zhǔn)折疊單位(standard folding unit)折疊花式(folding motif).,Super-secondary structure and domain,Super-secondary structuresαα :由兩股平行和反平行排列的右手螺旋段相互纏繞而成的左手卷曲螺旋 (coiled coil) 或稱(chēng)超螺旋Βαβ: 組合式由三段平行β股和兩段α螺旋組

38、成Ββ?-pleated Barrel,Super-secondary structure and domain,Super-secondary structures,,5.6.2 結(jié)構(gòu)域 Domain多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成三級(jí)結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)，它是相對(duì)獨(dú)立的緊密球狀實(shí)體，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)域（structural domain,）或域 (domain）。,結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白質(zhì)的獨(dú)立折疊單位。對(duì)于那些較小的球狀蛋白質(zhì)分

39、子或亞基來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)域和三級(jí)結(jié)構(gòu)是一個(gè)意思，這些蛋白質(zhì)或亞基是 單結(jié)構(gòu)域(Single domain),Domain,,Domain,結(jié)構(gòu)域的特點(diǎn)（功能上）：通過(guò)結(jié)構(gòu)域之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使蛋白質(zhì)分子實(shí)現(xiàn)一定的生物功能。酶的活性中心往往位于兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的界面上．在蛋白質(zhì)分子內(nèi)，結(jié)構(gòu)域可作為結(jié)構(gòu)單位進(jìn)行相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)，水解出來(lái)后仍能維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，甚至保留某些生物活性（功能的獨(dú)立性）。,Domain,★ 結(jié)構(gòu)域與功能域（蛋白質(zhì)中能獨(dú)立

40、存在的功能單位）的關(guān)系：有時(shí)一個(gè)結(jié)構(gòu)域就是蛋白質(zhì)的功能域，但不總是。功能域通常由多個(gè)結(jié)構(gòu)域組成。作為酶活性部位的功能域經(jīng)常由多個(gè)結(jié)構(gòu)域的相鄰部分組成，結(jié)構(gòu)域的剩余部分不參與組成活性部位。,Domain,A compact region (usually including less than 30~400 residues) that is a distinct structural unit within a larger p

41、olypeptide chain is called a domain.Many domains fold independently into thermodynamically stable structures, and sometimes, have separate functions.,Domain,Domains are compact regions that may be connected by a flexibl

42、e segment of polypeptide chain.A protein with multiple domains may appear to have a distinct globular lobe for each domain, but, more commonly, extensive contacts between domains make individual domains hard to discern.

43、,Domain,CD4,Troponin C,Domain,In many cases, a domain from a large protein will retain its correct three-dimensional structure even when it is separated from the remainder of the polypeptide chain. Small proteins usuall

44、y have only one domain (the domain is the protein).,Domain,Domain and the active site of aspartic protease,Enzyme active sites are often located in the interface of two domains,Domain,5.7 球狀蛋白質(zhì)與三級(jí)結(jié)構(gòu)Globular Proteins and

45、 Tertiary structure蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指由二級(jí)結(jié)構(gòu)原件（α螺旋，β構(gòu)象，β轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)則卷 曲等）構(gòu)建成的總?cè)S結(jié)構(gòu)。,Globular Proteins and Tertiary structure,The overall three-dimensional arrangement of all atoms in a protein is referred to as the protein's terti

46、ary structure.,5.7.1 球狀蛋白質(zhì)的分類(lèi)Classification of globular protein ◎ 全α—結(jié)構(gòu)（反平行α螺旋）蛋白質(zhì)◎ α，β—結(jié)構(gòu)（平行或混合型β折疊 片） 蛋白質(zhì)◎全β—結(jié)構(gòu)（反平行β折疊片）蛋白質(zhì)◎富含金屬和二硫鍵（小的不規(guī)則）蛋白 質(zhì),1）球狀蛋白質(zhì)分子含多種二級(jí)結(jié)構(gòu)原件；2）球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)具有明顯的折疊層次；3) 球狀蛋白質(zhì)分子是

47、緊密的球狀或橢球狀實(shí)體；4) 球狀蛋白質(zhì)疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水 側(cè)鏈暴露在分子表面；5）球狀蛋白質(zhì)分子表面有一個(gè)空穴（也稱(chēng)裂 溝、 凹槽或口袋）。,5.7.2 球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的特征 Characteristics of globular protein 3-dimentional structure,5.8 Membrane protein structure,Self-study

48、 this part please,5.9.1 蛋白質(zhì)的變性 Protein denature 天然蛋白質(zhì)分子受到某些物理因素如熱、紫外線(xiàn)照射、高壓和表面張力等化學(xué)因素如有機(jī)溶劑、脲、胍、酸、堿等的影響時(shí)，生物活性喪失，溶解度降低，不對(duì)稱(chēng)性增高及其他的物理化學(xué)常數(shù)發(fā)生改變，這種過(guò)程稱(chēng)為蛋白質(zhì)變性。,5.9 蛋白質(zhì)折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)Protein fold and structure calculation,蛋白質(zhì)變性的實(shí)質(zhì)是

49、蛋白質(zhì)分子中次級(jí)鍵被破壞，引起天然構(gòu)象解體。,Protein denature,蛋白質(zhì)變性的過(guò)程中，往往發(fā)生下列現(xiàn)象：１）生物活性的喪失２）一些側(cè)鏈基團(tuán)的暴露３）一些物理化學(xué)性質(zhì)的改變:①溶解度降低;②分 子形狀發(fā)生改變,不對(duì)稱(chēng)性增加，黏度增減，旋光和紫外吸收變化 4）生物化學(xué)性質(zhì)的改變：易被酶水解,Protein denature,變性劑：尿素和鹽酸胍，能與多肽主鏈競(jìng)爭(zhēng)氫鍵，因此破壞蛋白

50、質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。十二烷基硫酸鈉（ＳＤＳ）。關(guān)于蛋白質(zhì)變性的學(xué)說(shuō)，我國(guó)生物化學(xué)家吳憲在２０世紀(jì)３０年代就已提出，天然蛋白質(zhì)分子因環(huán)境的種種關(guān)系，從有序而緊密的結(jié)構(gòu)，變?yōu)闊o(wú)序而松散的結(jié)構(gòu)，這就是變性。,,Protein denature,當(dāng)變性因素去除后，變性蛋白質(zhì)又可重新恢復(fù)到天然構(gòu)象，為蛋白質(zhì)的復(fù)性,Protein denature,5.9.2 氨基酸序列 規(guī)定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)

51、Amino acid sequence determine protein 3-dimenational structure5.9.2.1 核糖核酸酶的變性和復(fù)性實(shí)驗(yàn)牛胰核糖核酸酶（RNA酶）有4個(gè)二硫鍵 8mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍+巰基乙醇 酶

52、 無(wú)規(guī)線(xiàn)團(tuán) 透析除去變性劑和巰基乙醇,,,Amino acid sequence determine protein 3-dimenational structure,,,,Amino acid sequence determine protein 3-dimenational structure,8個(gè)SH重新氧化，隨機(jī)重組形成 4個(gè)正確配對(duì)二硫鍵的概率=1/7*1/5*1/3=1/105

53、當(dāng)還原后的RNA酶在8mol/L尿素中被重新氧化時(shí)，只恢復(fù)到原來(lái)天然活性的1% 左右。,Amino acid sequence determine protein 3-dimenational structure,5.9.5 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)Calculation of protein structure5.9.5.1 二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè) (自學(xué)) Secondary structure calculation5.9.5.

54、2 三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)----折疊的計(jì)算機(jī)模擬(自學(xué)) 3-dimensional calculation --- computer simulate protein fold,5.10 亞基締合和四級(jí)結(jié)構(gòu)Subunits 結(jié)合conjection Protein Quaternary structure5.10.1 concepts relate to quaternary structure亞基(su

55、bunit)\單體( monomer)單體蛋白質(zhì)寡聚蛋白(oligomer)原聚體（protomer）同多聚（homomultimeric)蛋白質(zhì)雜多聚（heteromultimeric)蛋白質(zhì),亞基締合和四級(jí)結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)涉及 ①亞基種類(lèi)和數(shù)目 ②各亞基和原聚體在整個(gè)分子中的空間排布,亞基締合和四級(jí)結(jié)構(gòu),5.10.2 四級(jí)締合的推動(dòng)力,亞基締合和四級(jí)結(jié)構(gòu),Van der Waals forces Hydr

56、ogen bond Ionic interactions Hydrophobic interaction Disulfide bond,具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的有關(guān)概念：結(jié)合在蛋白質(zhì)分子的特定部位上的配體對(duì)該分子的其他部位所產(chǎn)生的影響（如改變親和力和催化能力）稱(chēng)為別構(gòu)效應(yīng)（allosteric effect）。具有別構(gòu)效應(yīng)的蛋白質(zhì)稱(chēng)為別構(gòu)蛋白質(zhì)。別構(gòu)效應(yīng)中亞基之間的信息傳遞是通過(guò)蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化實(shí)現(xiàn)的，別構(gòu)效應(yīng)具有協(xié)同性(

57、cooperativity)。,,別構(gòu)效應(yīng)分為同促效應(yīng)和異促效應(yīng)。同促效應(yīng)包括正協(xié)同性和負(fù)協(xié)同性。,4-5蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)構(gòu)，三維結(jié)構(gòu)作業(yè),名詞解釋?zhuān)簡(jiǎn)渭兊鞍祝ㄅe例），綴合蛋白（舉例），輔基，配體，蛋白質(zhì)的一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)，超二級(jí)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)域，肽平面（酰胺平面），谷胱甘肽（結(jié)構(gòu)式），對(duì)角線(xiàn)電泳，完全水解，部分水解，同源蛋白質(zhì)，不變殘基，可變殘基，α-螺旋 β-折疊，膜內(nèi)在蛋白，蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性，單體，同聚體，雜

58、多聚蛋白,回答問(wèn)題：1.      試舉例說(shuō)明蛋白質(zhì)功能的多樣性？2.      哪些實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f(shuō)明肽鍵是蛋白質(zhì)的連接方式？3.      試述肽鍵的性質(zhì)。4.      試述蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定的策略。5.  &#

59、160;   如何測(cè)定N-端氨基酸？6.      圖示胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、嗜熱菌蛋白酶 及胃蛋白酶的作用專(zhuān)一性。7.      書(shū)p194—第2題8.      研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法都有哪些？9.   

60、60;  穩(wěn)定蛋白質(zhì)的三微結(jié)構(gòu)的作用力有哪些？10.  影響α-螺旋形成的因素有哪些？11.  膠原蛋白的氨基酸組成有何特點(diǎn)？12.  蛋白質(zhì)變性后有哪些現(xiàn)象？13.  舉例說(shuō)明蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)決定三級(jí)結(jié)構(gòu)。,,What are the Characteristics of globular protein 3-dimentional structure?What are the