第4节蛋白质的高级结构(3学时)

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第二章 脂类化学
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第二章 脂类化学
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3.2 -折叠（ -pleated sheet）
❖ （1） -折叠是由两条或多条几乎完全伸展的 肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。 肽链的主链呈锯齿状折叠构象
❖ （2） -碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸 的R基团交替分布在片层的两侧。 C-C 键几 乎垂直于折叠片平面。两个氨基酸之间的轴心 距为0.35nm或0.325（完全伸展时为0.36nm ）.
❖ 1.2 三种基本组合形式:αα;βαβ;ββ
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2 结构域(structural domain,domain)
❖ 2.1概念
❖
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,它是相对独
❖ 5)蛋白质中的α－螺旋几乎都是右手的.
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氢键的形成
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❖ 6)一条肽链能否形成α－螺旋以及形成 的α－螺旋是否稳定与它的氨基酸组成 和序列有极大的关系.
❖ Pro的N上缺少H，不能形成氢键，经常 出现在α-螺旋的端头，它改变多肽链的 方向并终止螺旋。
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圆二色性 核磁共振(NMR) 拉曼光谱学 光散射
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2、稳定蛋白质三维结构的作用力
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3、多肽主链折叠的空间限制
❖ 3.1 肽键
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❖ C α1 和C α2在平面上的位置为反式构型 C-N键的键长为0.132nm，介于单键（0. 149nm）和双键（0.127nm）的键长之 间，具有部分双键性质，不能自由旋转。
❖ 4）8个螺旋段大体上组装成两层，构成 肌红蛋白的单结构域。
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❖ 5）肌红蛋白的整个分子呈十分致密结 实的球形，分子内部只有1个能容纳4个 水分子的空间。
❖ 6）亲水性侧链的氨基酸残基几乎全部 分布在分子的外表面，疏水侧链的氨基 酸残基几乎全部被埋在分子内部。
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3三级结构的举例—肌红蛋白 (myoblobin,Mb)
❖ 3.1 Mb的构象 ❖ 3.2 Mb的结构和组成P252-253(6点) ❖ 3.3 辅基血红素的结构 ❖ 3.4 氧(O2)的结合改变肌红蛋白的构象 ❖ 3.5 氧结合曲线
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❖ 2）肌红蛋白分子呈扁平的棱形，分子 大小约为4. 5nm×3. 5nm×2. 5nm
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❖ 3）分子中多肽主链由长短不等的8段直 的α-螺旋组成，分子中几乎80%氨基酸 处于α-螺旋区内， 8段螺旋分别命名为 A，B，C……H；非螺旋区肽段为NA， AB，……，HC。
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3.2肽平面（肽单元）
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8ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
❖ 肽键中的C、H、O、N四个原子与它们 相邻的两个α碳原子（即-C α1 -CO-NHC α2-六个原子)都处在同一个平面上， 这个平面称为肽单元或肽键平面或酰胺 平面。
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核糖核酸酶变性与复性的结论
❖ A、空间结构被破坏的核糖核酸酶，只要其一级结构 不发生破坏，就可以恢复到原来的三级结构，同时恢 复本身的生物学活性。
❖ B、规定核糖核酸酶复杂的三维结构所需要的信息包 含在它的氨基酸序列当中。分子生物学中的普遍原理： 顺序决定构象.
2.1核糖核酸酶的一级结构
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❖ 催化RNA水解的酶,由124个氨基酸残基 组成的单链,含有8个半胱氨酸组成的4 个二硫键,26-84，40-95，58-110，6572,数字是从N－末端编号
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2.2 核糖核酸酶的变性与复性:1/7×1/5
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几种常见的结构域
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Ⅲ蛋白质的三级结构
❖ 1、概念 ❖ 2、三级结构与一级结构的关系
➢ 一级结构决定(三级)高级结构 ➢ 2.1 核糖核酸酶的一级结构 ➢ 2.2 核糖核酸酶的变性与复性 ❖ 3、三级结构的举例—肌红蛋白(myoblobin, Mb)
立的紧密实体,称为结构域(structural domain,
domain)或域.单结构域蛋白如核糖核酸酶,肌
红蛋白等.多结构域蛋白
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2.2 结构域的类型
❖ 根据所含的二级结构种类和组合方式分为： ❖ 反平行α-螺旋式（全α- 结构） ❖ 平行或混合型β-折叠片式（ α，β 结构） ❖ 反平行β-折叠片式（全β - 结构） ❖ 富含金属或二硫键式（不规则小蛋白结构）
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4、纤维状蛋白质
❖ 4.1 α-角蛋白及β-角蛋白 P212-215 ❖ 4.2 胶原蛋白 P215-218 ❖ 4.3 肌球蛋白、肌动蛋白和原肌球蛋白 ❖ 4.4 肌纤维结构P280
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3 二级结构的四种形式(结构元件或基本内容)
3.1 α-螺旋结构(3.613-螺旋,α- helix) 3.2 β-折叠(β-结构; β-构象,β-pleated sheet) 3.3 β-转角(β-弯曲;U形回折;链回转β-turn) 3.4 无规卷曲(无规线团结构;自由回转,random coil,
coil)
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3.1 α-螺旋结构(3.613-螺旋)
❖ Pauling和Corey于1965年提出右手螺旋结构。 ❖ 结构要点： 1） ψ=-570 φ=-470 ❖ 2) 螺旋的每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距离为0.54nm.
每个残基沿轴旋转100°，沿轴上升0.15nm； ❖ 3)R侧链基团伸向螺旋的外侧，不计侧链，螺旋直径
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3.4无规卷曲(random coil)
❖ 泛指那些不能被归入明确的二级结构如 折叠或螺旋的肽区段, 是一种无确定规
律的松散肽链结构,。
❖ 这类有序的非重复性结构常构成酶的活 性中心和其他蛋白质特异的功能部位.
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❖ Kendrew等借助X-射线晶体衍射技术测 定了抹香鲸的肌红蛋白的构象：分子呈 扁平的棱形，分子大小约为4.5×3.5×2. 5nm
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3.1Mb的构象
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3.2 Mb的结构和组成
❖ 1）肌红蛋白是由一条多肽链和一个辅 基血红素克构成，分子量为16700，含1 53个氨基酸残基。
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Ⅱ超二级结构和结构域
❖ 1超二级结构(super-secondary structure)
❖ 1.1 含义P220
➢ 超二级结构是由若干相邻的二级结构元件（主要 是α-螺旋和β-折叠）组合在一起，彼此相互作 用，形成种类不多的、有规则的二级结构聚合体 它是蛋白质构象中二级和三级结构之间的一个层 次，故称超二级结构。
β—折叠较为伸展。
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❖ 5）-折叠的两种类型。一种为平行式， 即所有肽链的N-端都在同一边。另一 种为反平行式，即相邻两条肽链的方向 相反。大量存在于丝心蛋白和-角蛋白 中
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×1/3=1/105
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❖ 用尿素（或盐酸胍）和β－巯基乙醇处 理核糖核酸酶溶液，分别会破坏次级键 和二硫键。即：破坏二三级结构（变 性），不改变一级结构（肽键不被破 坏）。结果造成酶的活性完全丧失。
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❖ 透析除去尿素（或盐酸胍）和β－巯基乙醇， 则变性后松散的多肽链，曝露在空气当中， 能够按其特定的氨基酸顺序重新卷曲折叠成 原来的天然构象，酶活性也恢复到原来的水 平。被还原的8个SH－复性时应该有很多种 构象，应该有105种构象，但为什么只恢复 成一种天然的构象？
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3.3 辅基血红素的结构
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二面角
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Ⅰ蛋白质的二级结构
❖ 1 概念
➢ 多肽链主链骨架中若干肽段各自沿着某个轴 盘旋或折叠,并以氢键维持,从而形成有规则的 构象,如α-螺旋,β-折叠,β-转角,不包括R侧链的 构象.维持二级结构稳定的化学键是氢键
❖ 2 形成二级结构的原因
第二章 脂类化学
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3.3 β-转角
❖ 在-转角部分，由四个氨基酸残基组成;
❖ 1)弯曲处的第一个氨基酸残基的 -C=O 和第四 个残基的 –N-H 之间形成氢键，形成一个紧密 的环状结构。
❖ 2)某些氨基酸如脯氨酸和甘氨酸经常在β-转 角序列存在.
❖ 3) β-转角多数处于蛋白质分子中表面。
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β-凸起
❖ 是一小片的非重复性结构，能单独存在，大多 数作为反平行β-折叠的一种不规则情况存在。
❖ β-折叠股中额外插入的一个残基，它使得在 两个正常氢键之间、在凸起折叠股上是两个残 基，而另一侧正常股上是一个残基。
约0.5nm。
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R R
R
R R
R R
R R
2021/3/4 螺旋的横截面
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❖ 4）相邻螺圈之间形成氢键,氢键的取向几乎与 螺旋轴平行.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.由氢键封闭的环 是13元环. 因此， α－螺旋也称3.613螺旋。
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❖ （3）-折叠结构的氢键主要是由两条肽链 之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分 之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的 交联，氢键与链的长轴接近垂直。
4）Φ= —139o ;ψ=＋135o （反平行折叠） Φ= —119o ;ψ=＋113o （平行折叠）
第四节 蛋白质的空间结构
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第二章 脂类化学
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本节主要内容
❖ 概述 ❖ Ⅰ蛋白质的二级结构 ❖ Ⅱ 超二级结构和结构域 ❖ Ⅲ蛋白质的三级结构 ❖ Ⅳ 蛋白质的四级结构
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第二章 脂类化学
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概述
❖ 1 研究蛋白质构象的方法 ➢ 1.1 X射线衍射法 ➢ 1.2 研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法 紫外差光谱 荧光和荧光偏振
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第二章 脂类化学
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第二章 脂类化学
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4.2 胶原蛋白
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第二章 脂类化学
38
4.3 肌球蛋白的分子结构
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第二章 脂类化学
39
肌动蛋白和原肌球蛋白
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第二章 脂类化学
40
粗丝与细丝
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第二章 脂类化学
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第二章 脂类化学
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1、蛋白质的三级结构概念
❖ 指蛋白质多肽链上所有原子在三维空间的分布。 蛋白质的多肽链在二级结构的基础上,由于其 顺序上相隔较远的AA残基侧链相互作用,再进 一步的盘曲、折叠形成具有一定规律的空间结 构。
❖ 具有三级结构的蛋白质可以有生物学的活性。
➢ 小蛋白质分子：多为单结构域，即三级结构； ➢2021大/3/4蛋白质分子：由2第或二章2脂个类化以学 上结构域结合成三5级2 结