生物物理蛋白质空间构象

蛋白质空间构象:是指蛋白质多肽链主链在空间上的走向及所有原子和基团在空间中的排列与分布。

蛋白质的空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构。

X-射线晶体衍射和核磁共振光谱是研究大分子结构的主要方法。

X-射线晶体衍射可用来研究处在晶体状态下的蛋白质的空间结构,核磁共振(NMR)光谱可用来研究处在溶液状态的蛋白质的结构。

蛋白质的一级结构是指蛋白质分子中氨基酸排列顺序
蛋白质的二级结构是:蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段
肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。

维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键。

α-螺旋是多肽链的主链原子
沿一中心轴盘绕所形成的有规律的螺旋构象
结构特征：⑴为一右手螺旋，侧链伸向螺旋外侧
⑵螺旋每圈包含3.6个氨基酸残基,螺距0.54nm；每个残基偏转100°;
⑶螺旋以氢键维系（氨基酸的N-H和相邻第四个氨基酸的羰基氧C=O
之间。

氢键方向与螺旋轴基本平行）
β-折叠是由若干肽段或肽链排列起来所形成的扇面状片层构象
结构特征：
⑴由若干条肽段或肽链平行或反平行排列组
成片状结构；
⑵主链骨架伸展呈锯齿状；
⑶涉及的肽段较短，一般为5～10个氨基酸
残基；
⑷借相邻主链之间的氢键维系
β-折叠包括平行式和反平行式两种类型
β-转角（U形转折,发夹结构）：是多肽链180°回折部分所形成的一种二级结构，其结构特征为：
⑴主链骨架本身以大约180°回折;
⑵回折部分通常由四个氨基酸残基构成;
⑶构象依靠第一残基的-CO基与第四残基的-NH基之间形成氢键来维系。

(4)主要有两种类型：I 型和II型；二者主要差别是中央肽基旋转了1800，
(5) 一些氨基酸如Pro、Gly经常出现在β-转角中；II型β-转角中的第三个氨基酸残基总是Gly。

无规卷曲是指多肽链主链部分形成的无规律的卷曲构象。

约占球蛋白分子结构的一半；蛋白质（酶）的功能部位常常位于这种构象之中
氨基酸残基的侧链对二级结构形成
的影响
蛋白质二级结构是以一级结构为基
础的。

一段肽链其氨基酸残基的侧链
适合形成α-螺旋或β-折叠，它就会
出现相应的二级结构。

蛋白质的三级结构
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。

主要维系键：疏水键、离子键、氢键
和Van der Waals力等•三级结构是蛋白质功能的基础
•对于单一多肽链的蛋白质，三级结构是它的最高级结构，只有具有完整的三级结构，才具有全部的生物学功能
蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局，称为蛋白质的四级结构
变性原理
破坏次级键
不破坏共价键
温度：较高时导致蛋白质交联聚沉，凝固，不可逆
pH ：破坏盐键，影响解离，改变相互作用的性质
盐：活度，溶解度
脲：竞争氢键
知道蛋白质的非天然构象至少在以下三方面有重要作用：
1、蛋白质折叠和稳定性
2、蛋白质的跨膜运输
3、蛋白质的水解和更新
蛋白质一级结构决定三级结构
形成三级结构所需要的所有信息包含在一级结构中
结论：蛋白质的折叠不是随机尝试所有可能的构象直到遇到某个自由能最低的构象，而是沿着某些确定的途径进行的。

蛋白质的天然构象未必是最低自由能的构象，而是动力学途径中
所能得到的稳定的构象。

蛋白质错误折叠产生淀粉样纤维，导致构象病
分子伴侣：在动物、植物、细菌内广泛分布和存在，其功能是介导其它蛋白质的折叠和装配，而本身却不是最终功能蛋白质分子的组成部分。