蛋白质的结构层次

蛋白质变性与复性
1、蛋白质变性的的化学本质：维持高级结 构的次级键（氢键，离子键，疏水相互作用， 范德华力等）被破坏（一级结构不被破坏）， 特别是氢键的破坏，从而具有活性的蛋白质 空间构象被破坏。
2、有些蛋白质的变性是可逆的。
将变性因素除去后，变性蛋白质可以恢复其 天然构象，这个过程称为蛋白质的复性 （renaturation）。
见page228 图5-41
（二）球状蛋白质三维结构的特征：
（1）含有多种二级结构元件
（2）具有明显的折叠层次
二级结构超二级结构结构域三级结构
（3）是紧密的球状或椭球状实体
（4）疏水侧链埋在分子内部，亲水侧链暴露于分子 表面（疏水作用是安排二级结构单元形成三级结构 的主要作用力）
（5）球状蛋白分子表面有一空穴，是行使功能的活 性部位
Anfinsen的实验_2
Anfinsen的实验（续）
十、亚基缔合和四级结构
• 关于蛋白四级结构的一些概念：
• 1、蛋白质的四级结构是指由多条各自具有一、 二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的 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、这种蛋白质分子中，最小的单位通常称为 亚基或亚单位Subunit，它一般由一条肽链构 成，无生理活性；
白分子的特定部位上的配体对该分子的其他部 位所产生的影响称为别构效应。具有别构效应 的蛋白质称为别构蛋白质。 • 别构效应具有正协同作用和负协同作两种
习题
• 超二级结构 纤维状蛋白 球状蛋白 疏水相互作用 别构现象（效 应） 肽键平面 结构域 蛋白质的变性作用
• 酰胺平面中具有部分双键性质的单键是： • A C-Cα B C-N • C N-H D N-Cα • *肽键平面的结构特点是： • A 4个原子处于一个平面 • B 肽键中的C-N键具有双键的性质 • C 肽键中的C-N键可以自由旋转 • D 只有α-碳原子形成的单键可以自由旋转 • E 肽键平面是蛋白质一级结构的基本单位 • *变性蛋白中未被破坏的化学键是： • A 氢键 B 盐键 C 疏水键 • D 肽键 E 二硫键 F 范德华力
• （二）氨基酸序列规定蛋白质的三 维结构
• 蛋白质的一级结构决定其高级结构。换 言之，蛋白质的三维立体结构完全取决 于其氨基酸的序列。
• Anfinsen （诺贝尔奖获得者）用极其 简单的实验证明了蛋白质的一级结构决 定其高级结构。
Anfinsen的实验
蛋白质的一级结构决定高级结构
Anfinsen的实验（牛胰核糖酸酶变复性实验）
• 变性后高级结构破坏，一级结构不变
的
变
性
蛋白质的变性
热、紫外线照射、高 压和表面张力、有机溶 剂、脲、胍、酸碱
变性来自百度文库程发生的现象：
（1）生物活性丧失
（2）一些侧链基团暴露
（3）物理化学性质发生改变：分子伸展，不 对称程度增高，粘度增加，扩散系数降低， 旋光性和紫外吸收变化
（4）生物化学性质发生改变：分子结构松散， 易于被蛋白酶水解(将蛋白食物煮熟吃？）
蛋白质结构层次
蛋白质结构的层次
一级结构： 氨基酸序列 二级结构：α螺旋，β折叠等
超二级结构 结构域（domain） 三级结构：所有原子空间位置 四级结构：多亚基蛋白
六、超二级结构和结构域
（一）超二级结构 由若干相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相 互作用，形成的有规则的二级结构组合。
1、 αα :由两股平行或反平行的右手螺旋段相互 缠绕而成的左手卷曲螺旋或称超螺旋。 2、βαβ：由两段平行-折叠股和一段作为连接的 螺旋组成。 3、ββ：由若干反平行折叠片组合而成。
糖红 蛋细 白胞 的上 跨血 膜型
九、蛋白质折叠和结构预测
• 天然蛋白质分子受到某些物理因素如热、紫外
（ 一
线照射、高压和表面张力等或化学因素如有机 溶剂、脲、胍、酸碱等的影响，生物活性丧失，
） 溶解度降低，以及其它物理化学性质发生改变，
蛋 这种过程称为蛋白质的变性(denaturation)。
白 质
起二级结构示意图
βαβ在蛋白质中
βαβ在蛋白质中(Rossmann折叠)
Rossmann折叠：由三段平行β股和两段α螺旋构成， 相当于两个βαβ单元组合在一起。
（二）结构域
• 结构域：指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，它是相对独立的球状实体，称为结 构域。
• 结构域有时也指功能域。一般说，功能 域是蛋白质分子中能独立存在的功能单 位。功能域可以是一个结构域，也可以 是两个或两个以上的结构域。
• 3、维持亚基之间的作用力主要是疏水相互作 用。
• 4、由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡 聚蛋白或多聚蛋白；由一个亚基组成无四级结 构的称为单体蛋白质。
四级缔合在结构和功能上的优越性
• 1、增强结构稳定性 • 2、提高遗传经济性和效率 • 3、使催化基团聚在一起，提高催化效率（对
酶而言） • 4、具有协同性和别构效应 • 多亚基蛋白一般具有多个结合部位，结合在蛋
八、膜蛋白的结构（了解）
• 1、膜周边蛋白：分布在膜双脂层表面， 通过与膜内在蛋白的静电相互作用和氢 键相互作用与膜结合。
• 2、膜内在蛋白：有的一大部分埋入膜的 脂双分子层，有的横跨脂双层。跨膜部 分主要由-螺旋或-折叠构成。
膜周边蛋白和膜内在蛋白（跨膜蛋白)
-螺旋
N-连接
O-连接四糖： 2Neu5Ac， Gal，GalNAc
折叠，转角，无规卷曲等）构成的总三维结 构。包括一级结构中相距远的肽段之间的几何 关系和侧链在三维空间中彼此间的相互关系。 • 简言之，是指蛋白质多肽链所有原子在空间上 的排列。
（一）球状蛋白的分类
根据结构域类型大致分为四种
1、全-结构蛋白质
最多：反平行螺旋： 螺旋一上一下反 平行排列，相邻螺旋间以环相连，形成似 筒状螺旋束 。
见page225 图5-36 A
2、 ， -结构（平行或混合型折叠片）蛋白 质
以平行或混合型（含平行和反平行折叠股） 折叠片为基础，连有螺旋。
3、全-结构（反平行折叠片）蛋白质 由反平行折叠片构成
4、富含金属或二硫键（小的不规则）蛋 白质
结构域往往不规则，只有少量二级结构， 富含金属或二硫键
单结构域和多结构域示例
•结构域与多肽链之间的关系？ •同一蛋白中结构域之间的关系？
结构域
结构域(domain)在空间上相对独立
免疫球蛋白
七、球状蛋白与三级结构
• 纤维蛋白 • 球状蛋白：自然界中远远多于纤维蛋 • 白，绝大多数功能蛋白（如酶，抗体 • 等）都是球状蛋白。 • 三级结构定义：指由二级结构元件（螺旋，