蛋白质的空间结构

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Transthyretin, with four identical polypeptide subunits
✓维系蛋白质分子空间结构: 疏水键 氢键 范德华力 盐键(离子键)
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第三节
蛋白质结构与功能的关系
The Relation of Structure and Function of Protein
(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 实用文档
2、结构域
多肽链在超二级结构基础上进一步绕曲折 叠成较为紧密的近似球状或纤维状、具有部分 生物功能的结构,称为结构域(domain)
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) 。
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纤连蛋白分子的结构域
丙糖磷酸实用异文档构酶
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。
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如测一个九肽
测得N端氨基酸残基为Thr 又分别测得片段:
Ala-Ala-Trp-Gly-Lys Val-Lys-Ala-Ala-Trp Thr-Asn-Val-Lys
则其氨基酸排列顺序为: Thr-Asn-Val-Lys-Ala-Trp-Gly-lys
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例1:某五肽先经酸水解再经碱水解,得到摩尔数相等的五 种氨基酸(Ala、Cys、Lys、Phe和Ser)混合物,用Edman分 析法进行N端分析,获得PHT-Ser;经胰蛋白酶水解可得到一 种N端为Cys的三肽和另一种N端为Ser的二肽;用胰糜蛋白酶 水解上述三肽,得到Ala和另一个二肽。问该五肽的氨基酸顺 序怎样?
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例2: 当一种4肽与FDNB反应后,用5.7mol/L HCl水解得到DNPVal及3种其他氨基酸;当这4肽用胰蛋白酶水解时发现有两种碎 片段,其中一片用LiBH4还原后再进行酸水解,水解液内有氨基 乙醇和一种在有浓硫酸条件下能与已醛酸反应产生紫(红)色产 物的氨基酸.试问这4肽的一级结构是由哪几种氨基酸。 (LiBH4还原羧酸成为醇类,可使C-末端AA还原为相应的氨基 醇。)
蛋白质分子的高级结构
蛋白质分子中的结构层次
一级结构→二级结构→超二级结构→结构域 →三级结构→亚基→ 四级结构
一、蛋白质的一级(共价) 结构
定义 蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸
的排列顺序。
主要的化学键 肽键,有些蛋白质还包括二硫键。
N末端
C末端
牛核糖核酸酶
一级结构是蛋白质空间构象和特异生 物学功能的基础。
HbS β 肽链
N-val · his · leu · thr · pro · val · glu · · · · ·C(146)
正常红细胞
镰刀形细胞
这种由蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序发 生变异所导致的疾病,称为“分子病”。
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二、蛋白质空间结构与功能的关系
(一)肌红蛋白与血红蛋白的结构
由多条多肽链组成的蛋白质,肽链间相互 以非共价键联结成一个活性单位,这种肽链就 称为该蛋白质的亚基。
蛋白质分子中各亚基的空间排布、亚基间 通过非共价键聚合而成的特定构象,称为蛋白 质的四级结构。
亚基之间的结合力主要是氢键和离子键。
血红蛋白(Hb)的四级结构
从一级结构到四级结构
血红蛋白
✓蛋白质的一级结构是它的氨基酸序列,维系蛋 白质分子的一级结构的键:肽键、二硫键
一、蛋白质一级结构与功能的关系
(一)一级结构是空间构象的基础
二 硫 键
牛核糖核酸酶的 一级结构
去除尿素、 β-巯基乙醇
天然状态, 有催化活性
尿素、 β-巯基乙醇
非折叠状态,无活性
(二)一级结构与功能的关系
例:镰刀形红细胞贫血
HbA β 肽 链
N-val · his · leu · thr · pro · glu · glu · · · · ·C(146)
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例题:一个α螺旋片段含有180个氨基酸残基,该片段中有多 少圈螺旋?计算该α-螺旋片段的轴长。
解答:180/3.6=50圈,50×0.54=27nm,该片段中含有50 圈螺旋,其轴长为27nm。
例题:一个含有78个氨基酸残基的α螺旋的轴长是多少?此多 肽的α螺旋完全伸展时多长?
解答:78×0.15=11.7nm α螺旋每圈螺旋占3.6个氨基酸残基,故该α螺旋圈数为:
(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。 ➢离子键(盐健):由蛋白质中正、负电荷的侧链基团 相互接近,通过静电吸引而形成的基团之间的作用力。 ➢氢键:
• 范德华力等
C 端
N端
• 肌红蛋白 (Mb)
四、蛋白质的四级结构
(一)酰胺平面
参与形成肽键的4个原子(C、 O、N、H)和与之相连的2个-碳原 子( C1、C2)共处于同一平面上, 形成酰胺平面,或称肽键平面,肽
平 面 , 肽 单 元 。 C1 和 C2 在 平 面 上 所处的位置为反式(trans)构型。
O
肽单元
R
N
C

ψ

N
φ
C
R O
它是蛋白质构象的基本结构单位 实用文档
由6-16个氨基酸残基组成
5、无规卷曲(自由回转)
是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。
H2N
COOH
酶的功能部位常位于这种构象区域
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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。 一段肽链的氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋 或β-折叠时,它就会出现相应的二级结构。
1、分析:FDNB即2,4-二硝基氟苯,在弱碱性溶液中可与肽 链N-末端的氨基酸生成黄色的二硝基苯氨基酸(DNP-AA)。 盐酸水解可以打开所有的肽链,使蛋白质或者多肽变为游离 的氨基酸。LiBH4还原羧酸成为醇类,可使C-末端AA还原为相 应的氨基醇。胰蛋白酶可专一性水解由碱性氨基酸(lys,Arg) 羧基端形成的肽键。
蛋白质的根本差异在于一级结构的不同
实用文档 胰岛素的一级结构
多肽链中氨基酸序列分析—— 一级结构测定
准备工作:
•样品纯度97%以上; •测定蛋白质的相对分子质量(允许误差10%左右) •测定肽的数目; •测定氨基酸组成
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多肽链中氨基酸序列分析
分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成(纯度97%以上) 测定多肽链的氨基末端与羧基末端为何种氨基酸残基
把肽链水解成片段,分别进行分析 测定各肽段的氨基酸排列顺序,一般采用Edman降解法
一般需用数种水解法,并分析出各肽段中的氨基酸顺序,然 后经过组合排列对比,最终得出完整肽链中氨基酸顺序结果。
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•胰蛋白酶:水解赖氨酸和精氨酸的羧基 形成的肽键; •糜蛋白酶(胰凝乳蛋白酶):水解芳香 族氨基酸【苯丙氨酸(Phe)、酪氨酸 (Tyr)、色氨酸(Trp)】等氨基酸残 基的羧基形成的肽键。 •胃蛋白酶:专一性较差,主要水解Glu、 Asp或其他氨基酸的侧链。
Hemoglobin 血红蛋白
静脉
释放氧气后 Hb 变回 T state
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环境氧浓度低时 Hb 迅速释放氧气
Muscle
Myoglobin 肌红蛋白
(三)蛋白质构象改变与疾病
蛋白质构象疾病:若蛋白质的折叠发生 错误,尽管其一级结构不变,但蛋白质的构 象发生改变,仍可影响其功能,严重时可导 致疾病发生。
解答: 1、是一个N端为Ser的五肽; 2、胰蛋白酶的水解部位是Lys或Arg的羧基端肽键,因为得到 一种N端为Ser的二肽,因此第二位为Lys; 3、经胰蛋白酶水解可得到一种N端为Cys的三肽,所以第三位 为Cys; 4、因为胰糜蛋白酶只水解芳香族氨基酸的羧基端肽键,水解 上述三肽,得到Ala和另一个二肽,所以三肽为:Cys-PheAla 5、整个五肽的顺序为Ser- Lys- Cys-Phe-Ala。
(二)蛋白质二级结构的主要形式
• -螺旋 ( -helix ) • -折叠 ( -pleated sheet ) • -转角 ( -turn ) • 无规卷曲 ( random coil )
1、 -螺旋 结构要点:
①从N端为起点,多肽链主链围绕中心轴形成右手螺旋,侧链 伸向螺旋外侧。
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α-螺旋的结构特点
反平行
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平行
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3、-转角
蛋白质多肽链经常出现180˚的回折,这种肽 链回折处的称为-转角( -tern)或-bend,或 称发夹结构(hairpin structure)。
一般由四个连续的氨基酸残基组成, 第一个氨基酸残基与第四个形成氢键。
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4、Ω环
Ω环多存在于球状蛋白质分子中,形 状像“Ω”,称为Ω环( Ωloop)。
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(二)血红蛋白的构象变化与结合氧
Hb与Mb一样能可逆地与O2结合, Hb 与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的 百分数(称百分饱和度)随O2浓度变化而改 变。
肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线
* 协同效应(cooperativity)
一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合 后,能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能 力的现象,称为协同效应。
蛋白质的二级结构是由氢键导致的肽链卷曲 与折叠
Primary structure
Secondary structure
蛋白质的三级结构是多肽链自然形成的三维结构 蛋白质的四级结构是亚基的空间排列
Tertiary structure
Quaternary structure
Polypeptide (single subunit of transthyretin)
78÷3.6圈; α螺旋的直径约为0.5nm,故每圈轴长为0.5πnm。 完全伸展的α螺旋长度约为:0.5π×(78÷3.6)≌34.01nm
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2、-折叠
多肽链充分伸展,相邻肽单元之间折叠成锯齿状 结构,侧链位于锯齿结构的上下方。
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-折叠
②-折叠结构的肽链几乎是完全伸展的,两段以上的β-折 叠结构平行排列,两链间可顺向平行,也可反向平行,反平 行结构更为稳定 。 ③两链间的肽键之间形成氢键,以稳固β-折叠结构。氢键与 螺旋长轴垂直。
多个肽键平面通过α-碳原子旋转,相互之间紧 密盘曲成稳固的右手螺旋。 每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形成的 氢键保持螺旋稳定(氢键是稳定α-螺旋的主要 键),氢键与螺旋长轴基本平行。 主链呈螺旋上升,每个氨基酸残基沿轴上升 0.15nm,沿轴旋转1000,每3.6个氨基酸残基上升 一圈,相当于上升高度(螺距)0.54nm,螺旋的直径 约为0.5nm 。
如果是促进作用则称为正协同效应 (positive cooperativity)
如果是抑制作用则称为负协同效应 (negative 来自百度文库ooperativity)
血红素与氧结
合后,铁原子半径
变小,就能进入卟
O2
啉环的小孔中,继
而引起肽链位置的
变动。
变(别)构效应(allosteric effect)
某些蛋白质表现其生物学功能时, 构象发生改变,从而改变了整个分子的 性质,这种现象称为别构效应。
血液中O2的运输 (Hb R/T态的互换)
任何一个亚基接受O2后,会增加其他亚基吸收O2的能力
氧 分 子
(R) relaxed state
Lung
环境氧浓度高时 Hb 快速吸收氧分子
动脉
(T) tense state
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解题: (1)四肽与FDNB反应后,用5.7mol/LHCl水解得到DNPVal,证明N端为Val; (2)LiBH4还原后再水解,水解液中有氨基乙醇,Gly 是氨基乙酸,证明肽的C端为Gly; (3)水解液中有在浓H2SO4条件下能与乙醛酸反应产生 紫红色产物的氨基酸,说明此氨基酸为Trp; (4)根据胰蛋白酶的专一性,得知此肽键-COOH末端是 Lys或者Arg;
根据以上结果可知道四肽的顺序: Val·Lys·Trp·Gly或者Val·Arg·Trp·Gly。
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二、蛋白质的二级结构
定义 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。
蛋白质多肽链本身的折叠盘绕方式。
主要的化学键: 氢键、盐键、疏水键、范德华力
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