第10章蛋白质结构分析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
结构顶部视图，可见转角(turn)；d. 来自人信号传递蛋白 SMAD4(1DD1.pdb)的一个亚基中部分β折叠结构顶部视图，可
见到大的环区(loop)。
3. β转角的结构特征为：
多肽链180°回折部分，通常由四个氨基酸残基 构成，借1. 4残基之间形成的氢键维系。
β转角及其连接的β折叠链和α螺旋
第二节蛋白质的高级结构
Advanced Structures of Protein
一、蛋白质的高级结构特征
（一）二级结构的主要类型和特征
蛋白质的二级结构是指多肽链主链骨架盘 绕折叠而形成的构象，借氢键维系。主要分 为α螺旋、β折叠、β转角及无规卷曲等类型。
1. α螺旋(αhelix)的结构特征为：
1982年诺贝尔化学奖，克卢格（A.Klug）将Ｘ射线衍 射技术与电子显微技术结合发明显微影象重组技术，以 及在结构分子生物学方面的研究
1985年诺贝尔化学奖，豪普特曼 (H.A.Haupt-man) 和 卡尔(J.Karlc) 开发了用于X射线衍射确定物质晶体结构 的直接计算法
1991年诺贝尔化学奖，恩斯特 （R.Ernst） 发明了傅 立叶变换核磁共振分光法和二维核磁共振技术
超二级结构(supersecondary structure) 指位于同一主链的多个二级结构组装形成的特 定组装体，可直接作为三级结构的或结构域的 组成单元，是从蛋白质二级结构形成三级结构 的一个过渡结构形式，也称为立体结构形成的 模体。
超二级结构的主要类型：
（1）β转角或Ω环等连接连续四个α螺旋形成的四α螺旋捆； （2）中部固定位置含有亮氨酸及其他疏水侧链氨基酸残基 、在螺旋两端含有强亲水侧链氨基酸的α螺旋组成的亮氨酸 拉链(Leucine zipper)； （3）一条主链中相邻七个两亲α螺旋通过过度结构形成的七 次穿膜螺旋组； （4）连续主链中两段α螺旋连接三段β折叠链形成的 Rossmann折叠； （5）β转角连接a螺旋构成的a-螺旋-β转角-α螺旋； （6）Ω环连接α螺旋构成的α螺旋-Ω环-α螺旋等。 （7）β-折叠都为超二级结构。
人细胞珠蛋白(2DC3.pdb)的第121到140位残基 对应的a-螺旋侧面和顶部(N端)视图
β折叠示意图
a. 反平行和平行的多个β折叠链形成一个完整β折叠结构的氢键 示意图；b.来自人pi型谷胱甘肽-S-转硫酶中单个亚基中连续主链 的部分β折叠结构(2DGQ.pdb)侧面视图，可见转角(turn)； c. 来自人pi型谷胱甘肽-S-转硫酶一个亚基中连续主链的部分β折叠
4. 四级结构 (quaternary structure)
三、蛋白质结构分析的主要目标
1. 建立研究蛋白质结构信息发掘与预测的方 法； 2. 研究参与生命活动过程的蛋白质的物理性 质、空间架构、功能片段和相互作用； 3. 探索基于蛋白质结构表征蛋白质的生物学 意义； 4. 得到新的预测性的知识。
（1）主链骨架围绕中心轴盘绕形成右手螺旋； （2）螺旋每上升一圈ห้องสมุดไป่ตู้3.6个氨基酸残基，螺距为 0.54nm； （3）相邻螺旋圈之间形成许多氢键； （4）侧链基团位于螺旋的外侧。
2. β折叠(βsheets) 的结构特征为：
（1）若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片； （2）所有肽键的C=O和N—H形成链间氢键； （3）侧链基团分别交替位于片层的上、下方。
a. 人谷胱甘肽-S-转硫酶pi第56到59位残基的β转角连接了来自相同主链 的两段β折叠链，片层末端残基显示为粗枝状，β转角中Gly和Asp显示为
细线，转角区域内第一个Asp的α羰基氧与其后第三位α氨基成氢键 (3DGQ.pdb)； b. 来自人细胞珠蛋白(2DC3.pdb)的两段α螺旋由β转角
连接，用粗树枝状显示了两段螺旋末端的脯氨酸。
第十章 蛋白质结构分析
Analysis of Protein Structure
哈尔滨医科大学 陈丽娜
本章重点、难点
重点：使用蛋白质结构数据库分析蛋白 质结构及可视化、蛋白质结构预测方法、 基于蛋白质结构的功能预测方法 难点：蛋白质的三维结构预测及基于结 构的蛋白质功能预测软件的使用、蛋白 质高级结构特征的识别和指认
1944年诺贝尔物理学奖，拉比（I.I.Rabi） 发明核磁共振法
1958年诺贝尔化学奖，桑格（F.Sanger） 分离和测定一
种蛋白质--胰岛素的氨基酸结构 1962年诺贝尔化学奖，佩鲁茨(M.F.Perutz)和肯德鲁
(J.C.Kendrew) 用 Ｘ射线衍射技术测定肌红蛋白和血红 蛋白 的原子排列 1964年诺贝尔化学奖，霍奇金（D.C.Hodgkin）测定维生 素B12等复杂晶体的结构 1972年诺贝尔化学奖，安芬森 (C.B.Anfinsen) 、莫尔 (S.Moore)和斯坦 (W.H.Stein) 对核糖核酸酶的三维结构及 其 124个氨基酸顺序的研究
2019年诺贝尔化学奖，库尔特·维特里希“发明了利用 核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”
二、蛋白质高级结构信息
1. 二级结构 (secondary structure)
2. 超二级结构 (super secondary structure)
3. 三级结构 (tertiary structure)
（三）三级结构的主要类型和特征
三级结构（protein tertiary structure），即 蛋白质分子处于它的天然折叠状态的三维构象，它 是在二级结构的基础上进一步盘绕，折叠形成的。 蛋白质三级结构的稳定主要靠氨基酸侧链之间的疏 水相互作用，氢键、二硫键、范德华力和静电作用 维持。不同类型的蛋白质尽管局部结构分解后具有 很高的相似性，但是由于其含辅助因子的全部共价 相连原子空间的相对位置，即其二级结构的组装 (assembly)模式存在着差异，在三级结构层面不同 的蛋白质将体现各自整体的结构特征。
4. 无规卷曲的结构特征为：
无规卷曲的特点为在主链骨架上无规则盘绕，其 构象状态仍遵循物理化学原理，但波动性较大， 对温度变化敏感；实验测定三级结构时往往无法 识别无规卷曲(缺失其座标)，即使有座标则其温 度因子也较高。无规卷曲同Ω环的区分主要是其 长度和其形状的波动性。
（二）超二级结构的主要类型和特征
第一节 引言
Introduction
一、诺贝尔奖与蛋白质结构分析
1914年诺贝尔物理学奖，劳厄(M.von Laue) 发现晶体中的X 射线衍射现象
1915年诺贝尔物理学奖，布拉格父子用X射线对晶体结构的 研究
1936年诺贝尔化学奖，德拜(P.J.W.Debye)用Ｘ射线衍射技术 探明分子中原子的排列与结合形式
见到大的环区(loop)。
3. β转角的结构特征为：
多肽链180°回折部分，通常由四个氨基酸残基 构成，借1. 4残基之间形成的氢键维系。
β转角及其连接的β折叠链和α螺旋
第二节蛋白质的高级结构
Advanced Structures of Protein
一、蛋白质的高级结构特征
（一）二级结构的主要类型和特征
蛋白质的二级结构是指多肽链主链骨架盘 绕折叠而形成的构象，借氢键维系。主要分 为α螺旋、β折叠、β转角及无规卷曲等类型。
1. α螺旋(αhelix)的结构特征为：
1982年诺贝尔化学奖，克卢格（A.Klug）将Ｘ射线衍 射技术与电子显微技术结合发明显微影象重组技术，以 及在结构分子生物学方面的研究
1985年诺贝尔化学奖，豪普特曼 (H.A.Haupt-man) 和 卡尔(J.Karlc) 开发了用于X射线衍射确定物质晶体结构 的直接计算法
1991年诺贝尔化学奖，恩斯特 （R.Ernst） 发明了傅 立叶变换核磁共振分光法和二维核磁共振技术
超二级结构(supersecondary structure) 指位于同一主链的多个二级结构组装形成的特 定组装体，可直接作为三级结构的或结构域的 组成单元，是从蛋白质二级结构形成三级结构 的一个过渡结构形式，也称为立体结构形成的 模体。
超二级结构的主要类型：
（1）β转角或Ω环等连接连续四个α螺旋形成的四α螺旋捆； （2）中部固定位置含有亮氨酸及其他疏水侧链氨基酸残基 、在螺旋两端含有强亲水侧链氨基酸的α螺旋组成的亮氨酸 拉链(Leucine zipper)； （3）一条主链中相邻七个两亲α螺旋通过过度结构形成的七 次穿膜螺旋组； （4）连续主链中两段α螺旋连接三段β折叠链形成的 Rossmann折叠； （5）β转角连接a螺旋构成的a-螺旋-β转角-α螺旋； （6）Ω环连接α螺旋构成的α螺旋-Ω环-α螺旋等。 （7）β-折叠都为超二级结构。
人细胞珠蛋白(2DC3.pdb)的第121到140位残基 对应的a-螺旋侧面和顶部(N端)视图
β折叠示意图
a. 反平行和平行的多个β折叠链形成一个完整β折叠结构的氢键 示意图；b.来自人pi型谷胱甘肽-S-转硫酶中单个亚基中连续主链 的部分β折叠结构(2DGQ.pdb)侧面视图，可见转角(turn)； c. 来自人pi型谷胱甘肽-S-转硫酶一个亚基中连续主链的部分β折叠
4. 四级结构 (quaternary structure)
三、蛋白质结构分析的主要目标
1. 建立研究蛋白质结构信息发掘与预测的方 法； 2. 研究参与生命活动过程的蛋白质的物理性 质、空间架构、功能片段和相互作用； 3. 探索基于蛋白质结构表征蛋白质的生物学 意义； 4. 得到新的预测性的知识。
（1）主链骨架围绕中心轴盘绕形成右手螺旋； （2）螺旋每上升一圈ห้องสมุดไป่ตู้3.6个氨基酸残基，螺距为 0.54nm； （3）相邻螺旋圈之间形成许多氢键； （4）侧链基团位于螺旋的外侧。
2. β折叠(βsheets) 的结构特征为：
（1）若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片； （2）所有肽键的C=O和N—H形成链间氢键； （3）侧链基团分别交替位于片层的上、下方。
a. 人谷胱甘肽-S-转硫酶pi第56到59位残基的β转角连接了来自相同主链 的两段β折叠链，片层末端残基显示为粗枝状，β转角中Gly和Asp显示为
细线，转角区域内第一个Asp的α羰基氧与其后第三位α氨基成氢键 (3DGQ.pdb)； b. 来自人细胞珠蛋白(2DC3.pdb)的两段α螺旋由β转角
连接，用粗树枝状显示了两段螺旋末端的脯氨酸。
第十章 蛋白质结构分析
Analysis of Protein Structure
哈尔滨医科大学 陈丽娜
本章重点、难点
重点：使用蛋白质结构数据库分析蛋白 质结构及可视化、蛋白质结构预测方法、 基于蛋白质结构的功能预测方法 难点：蛋白质的三维结构预测及基于结 构的蛋白质功能预测软件的使用、蛋白 质高级结构特征的识别和指认
1944年诺贝尔物理学奖，拉比（I.I.Rabi） 发明核磁共振法
1958年诺贝尔化学奖，桑格（F.Sanger） 分离和测定一
种蛋白质--胰岛素的氨基酸结构 1962年诺贝尔化学奖，佩鲁茨(M.F.Perutz)和肯德鲁
(J.C.Kendrew) 用 Ｘ射线衍射技术测定肌红蛋白和血红 蛋白 的原子排列 1964年诺贝尔化学奖，霍奇金（D.C.Hodgkin）测定维生 素B12等复杂晶体的结构 1972年诺贝尔化学奖，安芬森 (C.B.Anfinsen) 、莫尔 (S.Moore)和斯坦 (W.H.Stein) 对核糖核酸酶的三维结构及 其 124个氨基酸顺序的研究
2019年诺贝尔化学奖，库尔特·维特里希“发明了利用 核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”
二、蛋白质高级结构信息
1. 二级结构 (secondary structure)
2. 超二级结构 (super secondary structure)
3. 三级结构 (tertiary structure)
（三）三级结构的主要类型和特征
三级结构（protein tertiary structure），即 蛋白质分子处于它的天然折叠状态的三维构象，它 是在二级结构的基础上进一步盘绕，折叠形成的。 蛋白质三级结构的稳定主要靠氨基酸侧链之间的疏 水相互作用，氢键、二硫键、范德华力和静电作用 维持。不同类型的蛋白质尽管局部结构分解后具有 很高的相似性，但是由于其含辅助因子的全部共价 相连原子空间的相对位置，即其二级结构的组装 (assembly)模式存在着差异，在三级结构层面不同 的蛋白质将体现各自整体的结构特征。
4. 无规卷曲的结构特征为：
无规卷曲的特点为在主链骨架上无规则盘绕，其 构象状态仍遵循物理化学原理，但波动性较大， 对温度变化敏感；实验测定三级结构时往往无法 识别无规卷曲(缺失其座标)，即使有座标则其温 度因子也较高。无规卷曲同Ω环的区分主要是其 长度和其形状的波动性。
（二）超二级结构的主要类型和特征
第一节 引言
Introduction
一、诺贝尔奖与蛋白质结构分析
1914年诺贝尔物理学奖，劳厄(M.von Laue) 发现晶体中的X 射线衍射现象
1915年诺贝尔物理学奖，布拉格父子用X射线对晶体结构的 研究
1936年诺贝尔化学奖，德拜(P.J.W.Debye)用Ｘ射线衍射技术 探明分子中原子的排列与结合形式