蛋白质的三维结构之二ppt文档
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• 探索Trp和Tyr的微环境以及蛋白质分子构象的变化。
• 酪氨酸的吸收光谱与荧光光谱
• 5.1.2.3 圆二色性
• 圆二色性（circular dichroism，CD）。
• 平面偏振。
• 圆偏振光的场矢量以辐射频率绕光传播方向旋转前进。当朝光源 方向观察圆偏振光时，其电[场]矢量顺时针方向旋转的称为右[手] 圆偏振光，逆时针方向旋转的称为左[手]圆偏振光。用ER和EL来 表示。
• Φ= - 57ºψ= -47º
3.613—螺旋
O
C NH CαH
R
H
CO N 3
• 5.4.1.2 α螺旋的偶极矩 • α螺旋相当于在N—末端积累了部分正电荷，
在C—末端积累了部分负电荷。
• 5.4.1.3 α螺旋的手性
• 蛋白质中的α螺旋几乎都是右手的 (除胶原蛋白 外)。
• 5.4.1.4 影响α螺旋形成的因素
5.1.2 研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法
• 5.1.2.1 紫外光差谱
• 芳香族和杂环族
• 发色团的吸光性质与其结构相关，而结构又受 它的微环境影响。
• [示]差光谱（difference spectrum）是两种不同 条件下的比较，通常选用变性（多肽链伸展的） 蛋白质或天然蛋白质作为参比。从对比试验中 可以推断蛋白质在特定条件下溶液中的大致构 象。
• X射线衍射技术与显微镜技术的主要区别是：
• 光源不是可见光而是波长很短的X射线 （ λ=0.154nm）， 经 物 体 散 射 后 的 衍 射 波 ， 没 有一种透镜能把它收集重组成物体的图像，而 直接得到的是一张衍射图案(diffraction pattern)。 衍射图案需要用数学方法代替透镜进行重组， 绘出电子密度图(electron density map)。
• 5.3.1 酰胺平面与α-碳原子的二面角（φ和ψ） • 主链肽基成为刚性平面，称酰胺平面。平
面内 C==O 与 N—H 成反式排列，各原子间有 固定的键角与键长。肽链主链上只有α-碳原子 连接的两个键，Cα—N和C α—C，是纯的单键， 能自由旋转；α-碳是两个相邻酰胺平面的连接 点，酰胺平面虽然是刚性的，但酰胺平面之间 的位置可以任意取向。
• 图5—6示出α螺旋、β折叠片和无规卷曲（randomcoil）构象的多 态圆二色性光谱。
• 5.2 稳定蛋白质三维结构的作用力
•5.2.1 氢键 •5.2.2 范德华力 •5.2.3 疏水作用 •5.2.4 盐键 •5.2.5 二硫键
5.2.1 氢键
• 由电负性原子与氢形成的基团如N—H和O—H 具有很大的偶极矩。
• N—H……………… O= • O—H……………… O= • 一个是方向性，一个是饱和性。
• 5.2.2 范德华力（范德华相互作用）
• 广义的范德华力：定向效应、诱导效应和分散效应。
• 定向效应(orientation effect)发生在极性分子或极性基团之间。它 是永久偶极间的静电相互作用，氢键可被认为属于这种范德华力。
•5.2.4 盐键源自•• 它是正电荷与负电荷之间的一种静电相互作用。 吸引力F，介电常数ε
• F = Q1 × Q2 / (ε R2 )
5.2.5 二硫键
• • 二硫键的形成并不规定多肽链的折叠。然
而一旦蛋白质采取了它的三维结构则二硫键 的形成对此构象起稳定作用。
• 5.3 多肽主链折叠的空间限制
• 狭义的范德华力：是一种很弱的作用力，只有当两个非键合原子 处于一定距离时才能达到最大，即范德华距离。
• 5.2.3 疏水作用（熵效应）
水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水 残基埋藏在分子的内部。
这一现象被称为疏水作用(hydrophobic interaction)或疏水效应，也曾不正确的称为 疏水键。
蛋白质的三维结构之二
• 蛋白质的天然折叠结构决定于三个因素：
• 1）与溶剂分子（一般是水）的相互作用 。 • 2）溶剂的pH和离子组成 。 • 3）蛋白质的氨基酸序列。
• 5.1 研究蛋白质构象的方法
• 5.1.1 X射线衍生法
• 光源的光线（λ=500nm）投射在被检物体上， 光波将由此散射，物体的每一小部分都起着 一个新光源的作用。来自物体的散射光波含 有物体构造的全部信息。
• 5.4 二级结构：多肽链折叠的规则方式
• 5.4.1 α螺旋
• α螺旋是蛋白质中最常见、最典型、含量最丰 富的二级结构元件。
• 5.4.1.1 α螺旋的结构
• 每圈螺旋占3.6个氨基酸残基（即图中的n数）， 沿螺旋轴方向上升0.54nm,称为移动距离或螺 距(pitch)。每个残基绕轴旋转100°，沿轴上 升0.15nm。螺旋的直径约为0.5nm。相邻螺圈 之间形成氢键，氢键的取向几乎与螺旋轴平 行 。 从 N- 末 端 出 发 ， 氢 键 是 由 每 个 肽 基 的 C==O与其前面第3个肽基的N—H之间形成的。 因此α螺旋也称3.613—螺旋。
• 手性物质与左、右圆偏振光（EL，ER）的相互作用是不相同的， 例如左手螺旋与EL有更强的相互作用，因而对EL和ER的吸收也 不相同。由于手性物质对EL和ER这两种光的吸收（振幅减小）不 同，便使左、右圆偏振光叠合成椭圆偏振光(elliptically polarized light)。这种光学效应称为圆二色性。
• 5.1.2.2 荧光和荧光偏振
• 在大多数情况下由于吸收辐射能而被提升到激发电子 态的分子都是通过激发能的非辐射转移给予周围分子 而回复到基态。能量以热形式散失。
• 但也有分子将再辐射，这种现象称为荧光。
• 在蛋白质中Trp和Tyr残基是主要的荧光基团（内源荧 光），其荧光峰位置（λmax）分别为348nm和303nm.， 这些残基的微环境能明显地改变其荧光强度和荧光峰 位置。
• 诱导效应(induction effect)发生在极性物质与非极性物质之间，这 是永久偶极与由他诱导而来的诱导偶极之间的静电相互作用。
• 分散效应(dispersioneffect)是瞬时偶极间的相互作用，偶极方向是 瞬时变化的。瞬时偶极是由于所在分子或基团中电子电荷密度的 波动及电子运动的不对称性造成的。
• 酪氨酸的吸收光谱与荧光光谱
• 5.1.2.3 圆二色性
• 圆二色性（circular dichroism，CD）。
• 平面偏振。
• 圆偏振光的场矢量以辐射频率绕光传播方向旋转前进。当朝光源 方向观察圆偏振光时，其电[场]矢量顺时针方向旋转的称为右[手] 圆偏振光，逆时针方向旋转的称为左[手]圆偏振光。用ER和EL来 表示。
• Φ= - 57ºψ= -47º
3.613—螺旋
O
C NH CαH
R
H
CO N 3
• 5.4.1.2 α螺旋的偶极矩 • α螺旋相当于在N—末端积累了部分正电荷，
在C—末端积累了部分负电荷。
• 5.4.1.3 α螺旋的手性
• 蛋白质中的α螺旋几乎都是右手的 (除胶原蛋白 外)。
• 5.4.1.4 影响α螺旋形成的因素
5.1.2 研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法
• 5.1.2.1 紫外光差谱
• 芳香族和杂环族
• 发色团的吸光性质与其结构相关，而结构又受 它的微环境影响。
• [示]差光谱（difference spectrum）是两种不同 条件下的比较，通常选用变性（多肽链伸展的） 蛋白质或天然蛋白质作为参比。从对比试验中 可以推断蛋白质在特定条件下溶液中的大致构 象。
• X射线衍射技术与显微镜技术的主要区别是：
• 光源不是可见光而是波长很短的X射线 （ λ=0.154nm）， 经 物 体 散 射 后 的 衍 射 波 ， 没 有一种透镜能把它收集重组成物体的图像，而 直接得到的是一张衍射图案(diffraction pattern)。 衍射图案需要用数学方法代替透镜进行重组， 绘出电子密度图(electron density map)。
• 5.3.1 酰胺平面与α-碳原子的二面角（φ和ψ） • 主链肽基成为刚性平面，称酰胺平面。平
面内 C==O 与 N—H 成反式排列，各原子间有 固定的键角与键长。肽链主链上只有α-碳原子 连接的两个键，Cα—N和C α—C，是纯的单键， 能自由旋转；α-碳是两个相邻酰胺平面的连接 点，酰胺平面虽然是刚性的，但酰胺平面之间 的位置可以任意取向。
• 图5—6示出α螺旋、β折叠片和无规卷曲（randomcoil）构象的多 态圆二色性光谱。
• 5.2 稳定蛋白质三维结构的作用力
•5.2.1 氢键 •5.2.2 范德华力 •5.2.3 疏水作用 •5.2.4 盐键 •5.2.5 二硫键
5.2.1 氢键
• 由电负性原子与氢形成的基团如N—H和O—H 具有很大的偶极矩。
• N—H……………… O= • O—H……………… O= • 一个是方向性，一个是饱和性。
• 5.2.2 范德华力（范德华相互作用）
• 广义的范德华力：定向效应、诱导效应和分散效应。
• 定向效应(orientation effect)发生在极性分子或极性基团之间。它 是永久偶极间的静电相互作用，氢键可被认为属于这种范德华力。
•5.2.4 盐键源自•• 它是正电荷与负电荷之间的一种静电相互作用。 吸引力F，介电常数ε
• F = Q1 × Q2 / (ε R2 )
5.2.5 二硫键
• • 二硫键的形成并不规定多肽链的折叠。然
而一旦蛋白质采取了它的三维结构则二硫键 的形成对此构象起稳定作用。
• 5.3 多肽主链折叠的空间限制
• 狭义的范德华力：是一种很弱的作用力，只有当两个非键合原子 处于一定距离时才能达到最大，即范德华距离。
• 5.2.3 疏水作用（熵效应）
水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水 残基埋藏在分子的内部。
这一现象被称为疏水作用(hydrophobic interaction)或疏水效应，也曾不正确的称为 疏水键。
蛋白质的三维结构之二
• 蛋白质的天然折叠结构决定于三个因素：
• 1）与溶剂分子（一般是水）的相互作用 。 • 2）溶剂的pH和离子组成 。 • 3）蛋白质的氨基酸序列。
• 5.1 研究蛋白质构象的方法
• 5.1.1 X射线衍生法
• 光源的光线（λ=500nm）投射在被检物体上， 光波将由此散射，物体的每一小部分都起着 一个新光源的作用。来自物体的散射光波含 有物体构造的全部信息。
• 5.4 二级结构：多肽链折叠的规则方式
• 5.4.1 α螺旋
• α螺旋是蛋白质中最常见、最典型、含量最丰 富的二级结构元件。
• 5.4.1.1 α螺旋的结构
• 每圈螺旋占3.6个氨基酸残基（即图中的n数）， 沿螺旋轴方向上升0.54nm,称为移动距离或螺 距(pitch)。每个残基绕轴旋转100°，沿轴上 升0.15nm。螺旋的直径约为0.5nm。相邻螺圈 之间形成氢键，氢键的取向几乎与螺旋轴平 行 。 从 N- 末 端 出 发 ， 氢 键 是 由 每 个 肽 基 的 C==O与其前面第3个肽基的N—H之间形成的。 因此α螺旋也称3.613—螺旋。
• 手性物质与左、右圆偏振光（EL，ER）的相互作用是不相同的， 例如左手螺旋与EL有更强的相互作用，因而对EL和ER的吸收也 不相同。由于手性物质对EL和ER这两种光的吸收（振幅减小）不 同，便使左、右圆偏振光叠合成椭圆偏振光(elliptically polarized light)。这种光学效应称为圆二色性。
• 5.1.2.2 荧光和荧光偏振
• 在大多数情况下由于吸收辐射能而被提升到激发电子 态的分子都是通过激发能的非辐射转移给予周围分子 而回复到基态。能量以热形式散失。
• 但也有分子将再辐射，这种现象称为荧光。
• 在蛋白质中Trp和Tyr残基是主要的荧光基团（内源荧 光），其荧光峰位置（λmax）分别为348nm和303nm.， 这些残基的微环境能明显地改变其荧光强度和荧光峰 位置。
• 诱导效应(induction effect)发生在极性物质与非极性物质之间，这 是永久偶极与由他诱导而来的诱导偶极之间的静电相互作用。
• 分散效应(dispersioneffect)是瞬时偶极间的相互作用，偶极方向是 瞬时变化的。瞬时偶极是由于所在分子或基团中电子电荷密度的 波动及电子运动的不对称性造成的。