03蛋白质高级结构2013(1)
蛋白质的高级结构
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• (7)并且侧链基团的大小与性质对-螺旋体形成和稳 定有很大的影响.
• 肽链中氨基酸侧链R,分布在螺旋外侧,其形状、大 小及电荷影响α-螺旋的形成。酸性或碱性氨基酸集中 的区域,由于同电荷相斥,不利于α-螺旋形成;较大 的R(如苯丙氨酸、色氨酸、异亮氨酸)集中的区域,也 妨碍α-螺旋形成;脯氨酸因其α-碳原子位于五元环 上,不易扭转,加之它是亚氨基酸,不易形成氢键, 故不易形成上述α-螺旋;甘氨酸的R基为H,空间占 位很小,也会影响该处螺旋的稳定。
.胶原蛋白
二级结构的基本类型
• (5)无规线团(random coil )
• 非规则性的二级结构
• Pro及Gly 主要存在于无规线团中 • Met,Glu -螺旋体等形成的能力最强 • Val,Ile-折叠等形成的能力最强
3.2 超二级结构与结构域
• (1)超二级结构(supersecondary structure ) • 指若干相邻的二级结构中的构象单元彼
此相互作用,形成有规则的、在空间上 能辨认的二级结构组合体。 • 如 ; ; ; 。
• 超二级结构没有形成有功能的结构域
超二级结构与结构域
• (2).结构域(supersecondary structure) • 结构域是球状蛋白质的折叠单位。 • 指多肽链在超二级结构的基础上进一步
O
H
C
C
N
二面角 DIHEDRAL ANGLE
• 位于相临的2个肽平面相交位置上的C的肽链 上的2个单键( C-N) 、 ( C-C) 可以自 由旋转, 它们旋转的角度和方向就决定了相临 的2个肽平面在空间上的相对位置,因此这2个 可以旋转的构象角就叫二面角,分别用 ( C-N)和 ( C-C)表示。
1蛋白质高级结构
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§2.3蛋白质的高级结构1, Tools to investigate the protein conformation 2, Super secondary structures and domains 3, globular proteins and SCOP4, fibrous proteinsA, X-ray crystallographyB, NMR (nuclear magnetic resonance)Max Ferdinand Perutz John Cowdery KendrewMRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge, United Kingdom The Nobel Prizein Chemistry1962NMR and Nobel Price:1944: I. I. Rabi, suggests that information about atoms' nuclei can be obtained by studying the internal magnetism of protons. This forms the fundamental basis for today's resonance imaging technologies1952:Physicists E. Purcell(Harvard) and F. Bloch(Stanford) discover Nuclear Magnetic Resonance (NMR).1991: R. Ernst, Advances in NMR could lead to the ability to directly observe the chemical action of medication in the body.2002: John B. Fenn, Koichi Tanaka, Kurt Wüthrich for the development of nuclear magnetic resonance spectroscopy for determining the three-dimensional structure of biological macromolecules in solution"Kti111, Tools to investigate the protein conformation 2, Super secondary structures and domains 3, globular proteins and SCOP4, fibrous proteinsSuper secondary structures, also called motifs or simply folds, are particularly stable arrangements of several elements of secondary structure and the connections between them.Two simple and common motifs that provide two layers of secondary structure.Connections between βstrands in layered βsheetsTwo arrangements of βstrands stabilized by the tendencyof the strands to twist (扭曲).Hemolysin(溶血素) (a pore-forming toxin that kills a cell by creating a hole in its membrane) from the bacterium Staphylococcus aureus (葡萄球菌,PDB 7AHL).Photolyase(光解酶) (a protein that repairs certain types of DNA damage) from E. coli (PDB 1DNP).Constructing large motifs from smaller ones1, Tools to investigate the protein conformation 2, Super secondary structures and domains 3, globular proteins and SCOP4, fibrous proteinsIn considering these higher levels of structure, it is useful to classify proteins into two major groups: fibrous proteins, having polypeptide chains arranged in long strands or sheets, and globular proteins, having polypeptide chains folded into a spherical or globular shape.The two groups are structurally distinct:fibrous proteins usually consist largely of a single type of secondary structure;globular proteins often contain several types of secondary structure.The two groups differ functionally from each other: fibrous proteins provide support, shape, and external protection to vertebrates (脊椎动物)globular proteins: most enzymes and regulatory proteinsα/β: the αand βsegments are interspersed or alternateα+β: the αand βregions are somewhat segregatedTypical structures of globular proteinsDistribution of hydrophilic(亲水)and hydrophobic (疏水)residues in globular proteinsMultiprotein complexes and assemblies: 1, viruses2, ribosome3, RNA polymerase holoenzyme4, spliceosome5, proteasome6, …Poliovirus (脊髓灰质炎病毒) (derived from PDB ID 2PLV). The coat proteins of poliovirus assemble into an icosahedron(二十面体) 300 Åin diameter. Icosahedral symmetry (二十面对称) is a type of rotational symmetry. On the left is a surface contour image of the poliovirus capsid(衣壳). In the image on the right, lines have been superimposed (叠合)to show the axes of symmetry.Tobacco mosaic virus (烟草花叶病毒) (derived from PDB ID 1VTM). This rod-shaped virus (as shown in the electron micrograph) is 3,000 Ålong and 180 Åin diameter; it has helical symmetryBrowse Archive:RNApolymerasewith DNAand RNAYin, Y.W., Steitz, T.A.Science298 pp.1387 (2002)1, Tools to investigate the protein conformation 2, Super secondary structures and domains 3, globular proteins and SCOP4, fibrous proteinsFour most representative fibrous proteins:1, Keratins (角蛋白) :α-Keratin in hair, fingernails and animal skinβ-Keratin in feathers and scales (鳞片)2, Collagen (胶原蛋白): in the matrix of bone, tendons (腱), skin (up to 1/3)3, Elastin(弹性蛋白): in ligaments and arterial blood vessels(韧带) (动脉血管)4, Fibroin (丝心蛋白): in silk made by silkworms or spidersFibrous Proteins: Structural Materials of Cells and TissuesProposed structure for keratin-type (角蛋白)intermediatefilamentsa hair Protofibril(初原纤维)Protofilament(原纤维)The structure of collagen (胶原蛋白)fibersBiosynthesis and assembly of collagen1.Translation on the ribosome(synthesizing the primary structure);2. Hydroxylation (羟基化) of the lysine andproline side chains (still on theribosome);3. Release from the ribosome and additionof sugars to lysines to createprocollagen(原骨胶原);4. Assembly of central regions into triplehelices/folding of N-terminal and C-terminal ends into globular structures;5. Export of procollagen complexes fromthe cytosol to the extracellular space; 6. Cleavage of N-terminal and C-terminalregions, yielding the tropocollagen(原胶原蛋白) triple helix;7. Oxidation of some lysine residues toaldehyde(醛) derivatives, which cross-link with lysine residues or one anotheron other strands to solidify the fiberStrands of fibroin (blue) emerge from the spinnerets (喷丝头) of a spider in this colorized electron micrograph.of silk fibroin5th Instar larvae5x1014proteins/cell5Χ105ploid silkgland5Χ105fibroin genes/cellreplication109fibroin proteins/geneexpressionCocoonsilk packingand secretion。
生物化学王镜岩第三第六章蛋白质的高级结构 课件(共54张PPT)
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弹性蛋白:存在于结缔组织
纤维状蛋白质
不溶性〔硬 蛋白〕
角蛋白
α角蛋白:主要存在于毛发中
β角蛋白:天然存在于丝中,丝 心蛋白
胶原蛋白:结缔组织中〔骨、皮肤等〕大量存 在
可溶性蛋 白
肌球蛋白
血纤蛋白原
其它
说明: α角蛋白经充分伸展后可转变成β角蛋白,即β折叠片结构。
(4) 无规那么卷曲〔nonregular coil〕 蛋白质的空间结构:二级结构单元〔 -螺旋、 -折叠、 -转角、自由回转〕、三级与四级结构〔超二级结构、结构域、亚基〕及结构与功 能的关系 特征:两条或多条伸展的多肽链〔或一条多肽链的假设干肽段〕侧向集聚,通过相邻肽链主链上的N-H与C=O之间有规那么的氢键,形成锯齿 状片层结构,即β-折叠片。 70年代,提倡Vitamin C治百病 2 、 螺旋体中所有氨基酸残基R侧链都伸向外侧,链中的全部>C=0 和>N-H几乎都平行于螺旋轴;
4. 蛋白质的超二级结构
(1)超二级结构〔 supersecondary structure 〕 蛋白质中相邻的二级结构单位〔即单个α-螺
旋或β-折叠或β-转角〕组合在一起,形成有规 那么的、在空间上能辩认的二级结构组合体称为蛋 白质的超二级结构
根本组合方式:αα;β×β;βββ
超二级结构类型
αα
Β-链
β×β
βαβ
1 2ββ--迂迂回3 回4 5
βββ
回形拓扑结构
5 2回形3 拓扑4 结1构
丙糖磷酸异构酶
乳酸脱氢酶结构域1
黄素蛋白
丙酮酸激酶结构域4
羧肽酶
腺苷酸激酶
(a)
()
平行 -折叠的结构比较〔a〕 -园桶形排布,〔b〕马蹄形排布
03-蛋白质的三维结构
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目录
2.酰胺平面与二面角
肽键具有部分双键的性质, 不能自由转动。因此,每个肽 单位的六个原子都被酰胺键固 定在同一个平面上,这一平面 称为酰胺平面,也叫肽平面。 它是一个刚性平面,参与肽键 的6个原子C1、C、O、N、H、 C2的相对位臵都是固定不变的。 位于同一平面,C1和C2在平 面上所处的位臵为反式构型。
第三章 蛋白质的高级结构
一、蛋白质的一级结构 二、蛋白质的二级结构 三、蛋白质的三级结构 四、蛋白质的四级结构 五、稳定蛋白质三维结构的作用力 P207,掌握
目录
引言
蛋白质的多肽链并不是线形伸展的,而是 按一定方式折叠盘绕成特有的空间结构。 蛋白质的三维构象,也称空间结构或高级 结构,是指蛋白质分子中原子和基团在三 维空间上的排列、分布及肽链的走向。高 级结构是蛋白质表现其生物功能或活性所 必须的,包括二级、三级和四级结构。
首 N端
末C 端
其中的氨基酸称 氨基酸残基
目录
一级结构
1969年,国际纯化学和应用化学协会经过讨论规定一级 结构只指蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序,又称共 价结构、主链结构。其内容包括:肽键、氨基酸的种类 和数目,氨基酸的排列顺序、肽链数目、二硫键及酰胺 基的位置等。
一级结构要点:
1.蛋白质通过肽键-CO-NH-这一基本方式连接而成。
β转角
目录
β转角
作用力——同样 是肽键衍生来的 氢键 但由于只有这一 个氢键,只形成 β —转角结构。
O ……( 氢 键 )………H —C—(NH—CH—CO)2—N— R
目录
Ϋ-转角是球状蛋白质分子中出现的180°回折,有人称 之为发夹结构。 Ϋ转角的特征: ①由多肽链上4个连续的氨基酸残基组成。 ②主链骨架以180°返回折叠。 ③第一个a.a残基的C=O与第四个a.a残基的N-H生成氢键 ④C1Ϊ与C4Ϊ之间距离小于0.7nm ⑤多数由亲水氨基酸残基组成。 在Ϋ转角中第一个残基地C=O与第四个残基地N-H氢键键 合,形成一个紧密地环,使Ϋ转角成为比较稳定地结构。 由于甘氨酸缺少侧链(只有一个H),在Ϋ转角中能很 好地调整其他残基地空间阻碍,因此是立体化学上最合 适地氨基酸,而脯氨酸具有环状结构和固定的φ角,因 此在一定程度上迫使Ϋ转角形成,促进多肽链自身回折。
蛋白质高级结构形成ppt课件
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细胞内的蛋白质折叠
体内折叠过程往往与翻译共启始,因此,N-末端
蛋白开始折叠,而C-末端部分仍在合成。
氨基酸序列与折叠密切相关
化学修饰往往与肽链的折叠密切相关
折叠是有序的、由疏水力推动的协同过程。
最近的理论提出了蛋白质折叠氢键的贡献
大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个 或数个球状或纤维状的区域,折叠得较为紧密, 各行使其功能,称为结构域(domain) 。
(三)二、三级过渡态—— 蛋白质的超二级结构和结构域
1、超二级结构(Supersecondary structure)
在蛋白质分子中,由若干相邻的二级结构单元 组合在一起,彼此相互作用,形成有规则的、在 空间上能辨认的二级结构组合体。
几种类型的超二级结构:
βαβ
αα
ββ
三、蛋白质的三级结构
(一) 定义:整条肽链中全部氨基酸残基的相 对空间位置,即肽链中所有原子在三维空间的排 布位置。由一个或多个结构域组装而成的结构。
(二)主要的化学键 •非共价键:
疏水键: 多肽链上疏水性较强的氨基酸的非极性侧链避开水相 自相粘附聚集在一起,形成空穴。
〉 进化保守性
分子伴侣的作用机制
〉 分子伴侣的功能是识别新生肽段折叠过程中暂 时暴露的错误结构并与之结合生成复和物,从而防 止这些表面间过早的相互作用,阻止不正确的非功 能折叠途径,抑制不可逆聚合物产生,促进折叠向 正确方向进行。
〉 分子伴侣的作用机制实际上就是它如何与靶蛋 白识别,结合,又解离的机制。
亚基之间的结合力主要是氢键和离子键。
蛋白质折叠的原理
〉 Anfinsen学说:自组装(self-assembly)
生物化学-03 蛋白质3 结构
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第三章 蛋白质
2.4.2 蛋白质的空间结构 (1)维持蛋白质空间结构的化学键 (2)蛋白质的二级结构 (3)球状蛋白质与三级结构 (4)蛋白质的四级结构
熟悉维持蛋白质空间结构的各种化学键,理解 蛋白质的二级、三级和四级结构的概念
能判断维持蛋白质空间结构的主要作用力 应用蛋白质的结构知识解决实际问题
βαβ
βββ
αα
ββ
E、结构域
结构域:在较多的球状蛋白质分子中,多肽链往 往形成几个紧密的球状构象,彼此分开,以松 散的肽链相连,此球状构象就是结构域。
结构域存在的原因:
1、局域分别折叠比整条肽链折叠在动力学上更为合理 2、结构域之间由肽链连接,有利于结构的调整
图示:假设具有2个结构域的蛋白质的线性折叠途径
例如:铁氧还蛋白
稳定蛋白质构象的力
盐键
氢键
二
疏
硫
水
键
作
用
酯键
范德华力
(2)蛋白质的二级结构
A、酰胺平面与α-碳原子的二面角
①肽键中C-N键有部分双键性质——不能自由旋转 ②相关的6个原子处于同一平面(肽平面、酰胺平面) ③键长及键角(约120º)一定 ④大多数情况以两个Cα反式结构存在
O C ¨N
在β-折叠片层中,多肽链间依靠相邻肽链间形 成的 __键来维持结构的稳定性。
练习
β-转角结构是由第一个氨基酸残基的 C=O 与 第___个氨基酸残基的 N-H 之间形成氢键而 构成的。
具有四级结构的蛋白质分子中,每一条肽链称 为一个_____。
维持蛋白质构象的作用力有____,___ _,____,____和____。
蛋白质四级结构的特征
(1)寡聚蛋白质的由两个到几十个亚基组成。一 般为偶数。
蛋白质分子的结构解析PPT课件
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蛋白质的四级结构涉及亚基的组成、 形状、大小以及亚基之间的相互关系 。四级结构的变化会影响蛋白质的整 体功能。
结构域
总结词
蛋白质的结构域是指在较大的蛋白质分子中,可以独立折叠为较为稳定的三级 结构的区域。
详细描述
结构域通常由200-400个氨基酸残基组成,具有特定的空间构象和功能。不同 的结构域可以组成不同的蛋白质,也可以存在于同一蛋白质的不同部位。
疾病诊断与治疗
疾病标志物发现
通过蛋白质结构解析,可以发现 与疾病相关的标志物,用于疾病
的早期诊断。
个性化治疗
基于蛋白质结构的差异,可以为患 者提供更加个性化的治疗方案,提 高治疗效果。
药物疗效评估
通过比较治疗前后蛋白质结构的变 化,可以评估药物治疗的效果。
生物工程与农业应用
酶工程
蛋白质结构解析有助于设计和优 化酶的活性位点,提高酶的催化
核磁共振技术
总结词
核磁共振技术是一种利用核自旋磁矩进行研究的方法,可以对蛋白质的溶液构象进行解 析。
详细描述
核磁共振技术利用核自旋磁矩的相互作用,通过外部磁场对核自旋进行操控,检测其共 振信号。对于蛋白质分子,可以利用该技术检测其氢原子、碳原子等核自旋的共振信号, 从而推断出蛋白质在溶液中的构象和动态行为。该方法具有高分辨率和高灵敏度,能够
05 蛋白质的结构解析方法
X射线晶体学
总结词
X射线晶体学是一种通过X射线分析晶体 结构的方法,广泛应用于蛋白质结构解 析。
VS
详细描述
X射线晶体学利用X射线在晶体中的衍射 效应,通过分析衍射图像,可以确定晶体 的原子排列和分子结构。对于蛋白质分子 ,可以通过结晶将其固定成晶体,然后利 用X射线分析其结构。该方法能够提供高 分辨率的结构信息,是解析大型蛋白质结 构和复杂蛋白质复合物结构的主要手段之 一。
蛋白质的高级结构
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蛋白质的高级结构1 . 氨基酸等电点:氨基酸分子净电荷为零时溶液的 PH 值称为等电点。
2. 肽键:氨基酸之间脱水后形成的共价键。
肽键的结构与性质:具有部分双键性质的肽键不能自由旋转,参与肽键形成的6个原子共处于一个平面--肽平面(Cα1,C,O,N,H,Cα2)与Cα相连的两个单键可以置于旋转,由此产生两个旋转角(Cα-N小写,Cα-C大写,拉式作图)多为反式,X-Pro除外N带部分正电荷,O带部分负电荷3.蛋白质的一级结构:是指蛋白质肽链中氨基酸的序列,它们之间以肽键相连,有的还有二硫键。
蛋白质的一级结构是最基本的结构,决定了蛋白质的高级结构。
4. 构型:指不对称碳上相连的各原子/取代基的空间排布(D/L型)--构型改变涉及共价键5. 构象:在相同构型的化合物中,与碳原子相连的各原子/取代基在单键旋转时形成的空间排布蛋白质的构象:肽键具有部分双键性质,不能自由旋转;氨基酸残基侧链还有空间位阻和静电效应6. a-螺旋: a-螺旋是蛋白质中最常见、含量最丰富的二级结构。
由多肽主链盘绕形成。
每圈螺旋包括 3.6 个氨基酸残基,螺距 0.54nm,每个 aa 沿轴上升 0.1 5nm。
a-螺旋中氨基酸残基的侧链伸向外侧。
相邻螺圈之间形成链内氢键,氢键的趋向几乎与螺旋轴平行。
•肽链中的肽平面绕Cα相继旋转一定角度形成α-螺旋,并盘绕前进•3.6个aa螺旋上升一圈;间距0.54nm•右手螺旋,每个氨基酸残基的N-H都与前面第四个残基C=O形成氢键(13个原子)•侧链:o遇到Pro就会被中断而拐弯(亚氨基酸,不能充当氢键供体,刚性的环)o Gly上只有两个H,两个单键旋转自由度很大,螺旋稳定性大大降低o带相同电荷的氨基酸残基连续出现时,稳定性降低o N端为酸性,C端为碱性可以中和N端为正,C端为负的偶极矩的影响;还可以是N与磷酸基团结合,C端与金属离子结合(不重要)7. B-折叠:在相邻肽链主链上的-NH 和 C=O 之间形成有规则的氢键的多肽链构象。
蛋白质高级结构
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亚基之间的相互作用主要通过氢键、离子键和疏水相互作用等 非共价键来实现。
02
这些相互作用在维持蛋白质四级结构的稳定性和功能中起着关
键作用。
亚基之间的相互作用具有方向性和特异性,通常需要特定的氨
03
基酸序列和空间构象来保证相互作用的稳定性和正确性。
蛋白质的折叠
蛋白质折叠是指蛋白质从无规卷曲状 态转变为特定三维空间构象的过程。
特点
超二级结构是介于蛋白质一级结构 和三级结构之间的层次,对于理解 蛋白质的整体结构和功能具有重要 意义。
实例
肌红蛋白中的血红素结合蛋白的超 二级结构能够使其高效地结合和运 输氧气。
05
蛋白质的四级结构和功能
蛋白质复合物的形成
蛋白质复合物是由两个或多个蛋白质分子相互结合形成的较大分子复合 物。这种复合物的形成通常是通过非共价键相互作用,如氢键、离子键 和疏水相互作用等。
定义
松散的三级结构是指蛋白质的各个肽链之间相互 作用较弱,形成的三维构象相对较为松散。
特点
这种结构容易受到外部环境的影响,如温度、pH 等。
实例
一些酶类蛋白质具有松散的三级结构,这使得它 们能够更好地适应不同的反应条件。
超二级结构
定义
超二级结构是指蛋白质中相邻的 肽链通过特定的相互作用,形成
一种二维的构象。
详细描述
每个氨基酸残基贡献0.153埃的高度, 通常由3~4个氨基酸残基组成,每个 残基沿着中心轴上升0.15埃。螺旋的 走向可以是右手或左手方向。
β-折叠
总结词
β-折叠是蛋白质中另一种常见的二级 结构,由肽链主链沿着垂直于中心轴 的方向形成的一系列平行的片层结构。
详细描述
每个肽段在片层中占据一定位置,并 沿着中心轴方向折叠成锯齿状,相邻 肽段之间形成氢键以维持结构的稳定 性。β-折叠片层的走向可以是反平行 的或平行的。
蛋白质的高级结构
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蛋白质的多肽链并不是线形伸展的,而是按一定方式折叠盘绕成特有的空间结构。
蛋白质的三维构象,也称空间结构或高级结构,是指蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列、分布及肽链的走向。
高级结构是蛋白质表现其生物功能或活性所必须的,包括二级、三级和四级结构。
一、有关概念1. 构型与构象构型是指立体异构体中取代原子或基团在空间的取向,构型的改变必须通过共价键的断裂。
构象是指这些取代基团当单键旋转时可能形成的不同的立体结构,构象的改变不涉及共价键的改变。
2. 二面角因为肽键不能自由旋转,所以肽键的四个原子和与之相连的两个α碳原子共处一个平面,称肽平面。
肽平面内的C=O与N-H呈反式排列,各原子间的键长和键角都是固定的。
肽链可看作由一系列刚性的肽平面通过α碳原子连接起来的长链,主链的构象就是由肽平面之间的角度决定的。
主链上只有α碳原子连接的两个键是单键,可自由旋转。
绕Cα-N1旋转的角称Φ,而绕Cα-C2旋转的角称Ψ。
这两个角称为二面角。
规定当旋转键两侧的肽链成顺式时为0度。
取值范围是正负180度,当二面角都是180度时肽链完全伸展。
由于空间位阻,实际的取值范围是很有限的。
二、二级结构(一)二级结构是肽链的空间走向蛋白质的二级结构是指肽链主链的空间走向(折叠和盘绕方式),是有规则重复的构象。
肽链主链具有重复结构,其中氨基是氢键供体,羰基是氢键受体。
通过形成链内或链间氢键可以使肽链卷曲折叠形成各种二级结构单元。
复杂的蛋白质分子结构,就由这些比较简单的二级结构单元进一步组合而成。
(二)肽链卷曲折叠形成四种二级结构单元1.α螺旋(α-helix) α螺旋模型是Pauling和Corey等研究α-角蛋白时于1951年提出的。
角蛋白是动物的不溶性纤维状蛋白,是由动物的表皮衍生而来的。
它包括皮肤的表皮以及毛发、鳞、羽、甲、蹄、角、丝等。
角蛋白可分为两类,一类是α角蛋白,胱氨酸含量丰富,如角、甲、蹄的蛋白胱氨酸含量高达22%;另一类是β角蛋白,不含胱氨酸,但甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸的含量很高,蚕丝丝心蛋白就属于这一类。
三、蛋白质的高级结构
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1.1.3 The partial double bond feature is a result of partial sharing (resonance) of electrons between the carbonyl oxygen and amide nitrogen. 1.1.4 The atoms attached to the peptide bond are coplanar with the oxygen and hydrogen atom in trans positions. 1.2 X-ray studies of a-keratin (the fibrous protein making up hair and wool) revealed a repeating unit of 5.4 Å (Astury in the 1930s).
2. Protein Secondary Structure
2.1 The likely regular conformations of protein molecules were proposed before they were actually observed!
This was accomplished by building precise molecular models. 2.1.1 Experimental data (from Xray studies) were closely adhered, interpreted. 2.1.2 Single bonds other than the peptide bond in the backbone chain are free to rotate.
2.2.4 The model made optimal use of internal hydrogen bonding for structure stabilization.
蛋白质高级结构 2013copy
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(北京理工大学2011)
(一).-螺旋 ( -helix )[hi:liks]
1950年美国Pauling等人在研究某一小肽的晶体结构时, 提出了α-螺旋,α-螺旋是蛋白质中最常见、最典型、含量 最丰富的二级结构单元
美国科学家莱纳斯-
鲍
林(Linus Pauling)
于1954年获得诺贝尔化学 奖,理由是阐明了化学结 合的本性并解释了复杂的 分子结构。1962年,鲍林 因联合美国及其它49个国 家的科学家呼吁停止核武 器试验而获得诺贝尔和平 奖。成为唯一一个两次单 独获得诺贝尔奖的人。
牛胰核糖核酸酶
8 M 尿素 -巯基乙醇
变性
天然状态,有催化活性 非折叠状态,无活性
P201 二. 维持蛋白质三维结构的作用力
氢键: x (N)— H … y(O) 范德华力:在物质的聚集状态中,分子与分子之间存在着一种较弱的作用力 疏水作用力:是指非极性基团即疏水基团为了避开水相而群集在一起的集合力 离子键:它是由带相反电荷的两个基团间的静电吸引所形成的 二硫键 :是两个硫原子之间所形成的共价键
α-螺旋结构的要点如下:
① α-碳的二面角:Φ= -57°, Ψ= - 47°。 ② 每圈螺旋:3.6个a.a残基, 高度:0.54nm。每个残 基绕轴旋转100°,沿轴上升0.15nm。 ③ 氨基酸残基侧链:向外
④相邻螺圈之间形成链内氢键,氢键的取向几乎与中心轴 平行。肽键上C=0氧(N端)与它后面第四个残基N-H氢间 形成氢键,氢键所封闭的环中含13个原子 。
拉氏构象图
Ramachandran(拉马钱德兰)根据蛋白质中非键合原子间的最小接触距离,
确定了哪些成对二面角(Φ、Ψ)所规定的两个相邻肽单位的构象是允许的, 哪些是不允许的,并且以Φ为横坐标,以Ψ为纵坐标,在坐标图上标出,该 坐标图称拉氏构象图,可用来鉴定蛋白质构象是否合理。
蛋白质的高级结构
![蛋白质的高级结构](https://img.taocdn.com/s3/m/acd6acbec77da26925c5b016.png)
疏水作用
水介质中球状蛋白质的折叠注视倾向于把疏水残基埋 藏在分子的内部,称疏水作用。 疏水作用使水与疏水残基之间发生的作用力最小 蛋白质折叠一个首要的推动力
非极性溶剂和去污剂可破坏疏水作用,所以可作为蛋 白质的变性剂 盐酸胍和尿素既破坏疏水作用,又破坏氢键,所以是 强烈的变性剂。
牛核糖核酸酶A三维结构
PEP carboxykinase
四、蛋白质的四级结构
quarternary structure 1、定义:是指由两条或两条以上各自具有一、二、 三级结构的多肽链通过非共价键(次级键)连接起 来的结构形式;各个亚基在这些蛋白质中的空间排 列方式及亚基之间的相互作用关系。 2、单体蛋白质和寡聚蛋白质;均一寡聚蛋白质和不 均一寡聚蛋白质。
盐键/离子键
正电荷和负电荷之间的静电相互作用 酸性氨基酸与碱性氨基酸之间形成 较少形成
范德华力
主要的是分散效应起作用 非极性基团间发生 包括引力和斥力 当两个非键合原子处于一定距离时引力最大,称范德 华距离 单个范德华力很微弱,但是数量大且具有加和效应和 位相效应。不可忽视
蛋白质的高级结构
二级结构 三级结构 四级结构 高级结构的测定 结构与功能的关系
Many different forces work together in a delicate balance to determine the overall threedimensional structure of a protein
α—螺旋(α—helix)
β—转角( β— turn)无规卷曲(random coil)
• 肽链内形成氢键,氢键的取向几乎与轴平行,第一个氨 基酸残基的酰胺基团的-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基 团的-NH基形成氢键。
3蛋白质高级结构与性质
![3蛋白质高级结构与性质](https://img.taocdn.com/s3/m/2e1737c35fbfc77da269b1fb.png)
Lefthanded peptide
righthanded
Viewed from one end
20种标准氨基酸结构
The
20
basic “elements”
Side chains in βsheets
Antiparallel βsheet structure in silk fibroin
蛋白质结构与功能
结构形状决定功能
• 结构蛋白一 般都呈纤维 状; • 酶蛋白一般 都呈球状; • 一个蛋白质 一个功能, 不同的功能 一般由多个 结构域来完 成; • 复合蛋白质 是结构复杂 体系,如病毒.
蛋白质立体结构是特定和唯一的
蛋白质以多肽链的形式被合成出来后,要 形成特定的立体结构后才有生理活性。拥有 生理活性的立体结构对每种蛋白质而言,是 特定的和唯一的,通常称之为天然结构 (native structure)。 蛋白质的天然立体结构在溶液中有一定 的可塑性(弹性)。有些蛋白质被合成以后, 自己不能独立形成自由能最低的立体结构, 而需要一类蛋白质来催化,这类蛋白质称为 分子伴侣 ( molecular chaperone)。
Anfinsen的实验
Amino sequence of a protein determines its 3D-structure
Anfinsen’s experiment
核糖核酸酶
Anfinsen的实验_2
Anfinsen’s Experiment
葡萄球菌核酸酶 1~5、6~48或6~49、 49~149或50~149
利用分子量差异 利用电荷差异 利用亲疏性差异
利用特异性亲和
利用非特异性吸附
What is chromatography?
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TEM image of collagen fibres.
Model of a collagen helix
Berisio R, Vitagliano L, Mazzarella L, Zagari A (2002). "Crystal structure of the collagen triple helix model [(Pro-Pro-Gly)(10)](3)". Protein Sci. 11 (2): 262–70.
27
310
3.613 (α) 4.416 (π)
Collagen 胶原蛋白 The collagen helix, or type 2 helix, consists of a triple helix made of the repetitious amino acid sequence glycine-proline-hydroxyproline. The three chains are hydrogen bonded to each other. The hydrogen bond donors are the NH groups of Gly. The hydrogen bond acceptors are the CO groups of residues on the other chains. The OH group of hydroxyproline also participates in hydrogen bonding. The rise of the collagen helix (superhelix) is 2.9 Å (0.29 nm) per residue.
coiled coil
β
Functional roles of alpha helix α helices have particular significance in DNA binding motifs, including helix-turn-helix motifs, leucine zipper motifs and zinc finger motifs. The diameter of the α helix is 12 Å, the same as the width of the major groove in B-form DNA.
Disallowed: Gly, Pro
二级结构的长度分布
一些典型的二级结构举例
α helix
a right-handed
Top viewSide viw肽平面Two key developments in the modeling of the modern α-helix were (1) the correct bond geometry, thanks to the crystal structure determinations of amino acids and peptides and Pauling‘s prediction of planar peptide bonds; and (2) the relinquishing (放弃) of the assumption of an integral number (整 数) of residues per turn of the helix. The pivotal moment came in the early spring of 1948, when Pauling caught a cold and went to bed. Being bored, he drew a polypeptide chain of roughly correct dimensions on a strip of paper and folded it into a helix, being careful to maintain the planar peptide bonds. After a few attempts, he produced a model with physically plausible hydrogen bonds. Pauling then worked with Corey and Branson to confirm his model before publication.
Omega (ω): Cα-C’-N- Cα, trans-180ºor cis-0º
trans is favored, except for X-P (cis configuration is preferred)
问题1:为何Omega角只能是0或180度?
主链
侧链
2, secondary structures
27
310
3.613 (α) 4.416 (π)
主链原子数加上形成氢键的氧和氢原子
A Ramachandran plot (拉氏图)
Ramachandran plot of the residues in bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI).(牛胰蛋白酶抑制剂)
Psi-loop motif
This motif is rare as the process resulting in its formation seems unlikely to occur during protein folding. The Ψloop was first identified in the aspartic protease family.
310 helix
3 residues per turn and a 10 member loop
π helix 4.416 helix
Parameters of five actual or theoretical secondary structures:
Hydrogen bonding patterns for four helices
360º
Due to its double covalent nature, the peptide bond is rigid.
Rotation around the bonds in a polypeptide chain.
Dihedral angle: φ, ψ, ω Phi: the angle of rotation around the N-Cα bond (C’-N- Cα-C’) Psi: the angle of rotation around the Cα-C’ bond (N-Cα-C’-N)
羧基端
氨基端
Activation of amino acids for incorporation into proteins.
核糖体
peptide bond formation is coupled to the hydrolysis of ATP during translation
360º
β sheet
the backbone of the polypeptide chain is extended into a zigzag (锯齿形) structure.
β turns (转角)
β turns: connect the ends of two adjacent segments of an antiparallel β sheet.
■ The most common secondary structures are the α helix, the β conformation, and β turns. ■ The secondary structure of a polypeptide segment can be completely defined if the φ and ψ angles are known for all amino acid residues in that segment.
Greek key motif This type of structure forms easily during the protein folding process. It was named after a pattern common to Greek ornamental artwork (装 饰工艺品). 3 2 1 4
The λ repressor of bacteriophage lambda employs a helix-turnhelix to bind DNA
310 helix
27
310
3.613 (α) 4.416 (π)
π helix theoretically possible, but never found in the proteins
■ Secondary structure is the regular arrangement of amino acid residues in a segment of a polypeptide chain, in which each residue is spatially related to its neighbors in the same way.
Refers to local folding of the backbone of a linear polymer to form a regular, repeating structure. For a polypeptide, the secondary structure is determined by the primary structure and the solvent environment in which it is located.
Ψ
β-meander motif (β 回曲)